97. Процесс ресинхронизации генераторов по слабой связи.
Асинхронный режим для большинства синхронных машин не представляет опасности, но возникает опасность возникновения нарушения устойчивости остальной части системы, в которой мощный генератор работает асинхронно. В этом режиме генератор обычно потребляет из системы значительную реактивную мощность. Это приводит к увеличению тока статора. Поскольку предельная величина тока статора ограничена, предельная активная мощность генератора также ограничивается 50...70 % номинальной мощности, а у крупных турбогенераторов - 30...50 %. Это приводит к дефициту активной мощности в системе, что является существенным недостатком асинхронного режима.
Возможность работы в асинхронном режиме и ее длительность ограничены опасностью повреждений самого генератора. Турбогенератору разрешается работать в асинхронном режиме 15...30 минут, длительность работы гидрогенератора более кратковременна и составляет несколько минут.
Восстановление нормальной работы возможно без отключения от сети выпавшего из синхронизма генератора. Можно оставить его на некоторое время в асинхронном режиме, а затем заставить снова войти в синхронизм, осуществив ресинхронизацию.
Два условия успешной ресинхронизации:
1. Если скольжение, с которым работает генератор в асинхронном режиме, станет равным нулю, то скорость вращения генератора станет синхронной. Это условие необходимое, но недостаточное для втягивания генератора в синхронизм.
2. Синхронный момент должен быть больше момента турбины Мс > Мт.
Рис.22. Ресинхронизация синхронного генератора
При таком соотношении моментов и S = 0 на вал генератора действует тормозной избыточный момент (рис.22), который вызывает уменьшение угла d. Ротор генератора начинает движение в сторону его уменьшения, площадь торможения аbс уравновешивается площадью ускорения cde, происходят затухающие колебания около точки с.
Если второе условие Мс > Мтне выполняется, то ресинхронизация будет неуспешной, угол продолжит возрастать, а генератор останется в асинхронном режиме. Избежать выпадения из синхронизма можно, регулируя надлежащим образом ток возбуждения.
Процесс ресинхронизации может быть рассчитан методом последовательных интервалов с учетом характеристик турбин и их регуляторов скорости.
98. Устойчивость нагрузки
УСТОЙЧИВОСТЬ НАГРУЗКИ способность асинхронных электродвигателей, входящих в состав комплексной нагрузки электрич. системы, продолжать работу при значит. Отклонении отноминальныхзначений электрич. напряжения в сети или загрузки приводимого механизма. В мощных энергосистемахасинхр. двигатели обычно работают с большим запасом устойчивости. При питании группы асинхр. двигателей от источника соизмеримой мощности возможно нарушение У. н.: асинхр.- двигатель тормозится, азатем останавливается - "опрокидывается", что сопровождается резким увеличением потребляемого тока, реактивной мощности и снижением напряжения сети. Процесс снижения напряжения в энергосистеме, вызванный нарушением У. н., наз. "лавиной напряжения". При этом нарушается устойчивость всей системы. Для повышения У. н. применяют автоматическое регулирование возбуждения на синхронных машинах(генераторах, двигателях), увеличивают долю синхронных двигателей в составе комплексной нагрузки, обеспечивают необходимый резерв реактивной мощности.
Возмущения в энергосистеме в большинстве случаев заметно влияют на работу потребителей и могут вызвать большие и резкие изменения активной и реактивной нагрузок. Это, естественно, влияет на изменение углов δ и устойчивость генераторов. Поэтому взаимное влияние генераторов и нагрузок часто оказывается основным фактором, определяющим весь ход процесса и возможность развития аварии. Этот фактор приходится иметь в виду, в частности, при выборе точек приложения расчетных возмущений. Например, КЗ внутри концентрированной энергосистемы само по себе может не создавать угрозы нарушения динамической устойчивости генераторов, так как при малых взаимных сопротивлениях пределы устойчивости велики. Но это же КЗ может стать причиной нарушения устойчивости энергосистемы, если нарушится устойчивость большого числа двигателей или отключится большая часть потребителей [1]. Снижение напряжения в узле нагрузки приводит к торможению двигателей, резкому увеличению потребляемой ими реактивной мощности и дополнительному снижению напряжения. Последнее может вызвать нарушение устойчивости других, еще работающих двигателей. Это – лавина напряжения. Она характеризуется глубоким снижением напряжения, вначале медленным, потом все более быстрым. Если в нагрузке есть синхронные двигатели, то в напряжении и токе нагрузки появляются пульсации, вызванные асинхронным ходом возбужденных синхронных двигателей. Исходная причина нарушения динамической устойчивости двигателей для диспетчера энергосистемы может оказаться совершенно незаметной; ею может быть, например, КЗ в сети 6 – 10 кВ промышленного предприятия. Но последствия такого возмущения – наброс реактивной нагрузки – иногда приводит к значительному снижению напряжения даже в сети 220 – 500 кВ. Лавинообразный процесс нарушения устойчивости синхронных двигателей, вызванный КЗ в распределительной сети, показан на рис. 1. При начальном возмущении выпали из синхронизма двигатели на первой подстанции СД1, что привело к снижению напряжения и последовательному Рис. 1. Нарушение динамической устойчивости энергосистемы со значительной синхронной нагрузкой. нарушению устойчивости синхронных двигателей на других подстанциях – СД2, СД3, СД4. Асинхронный режим большого числа двигателей вызвал значительное снижение напряжения на линии электропередачи 500 кВ и нарушение синхронизма генераторов ближайшей электростанции (Г1 на рис. 1). Поскольку нагрузка данного района значительно превышала генерацию, нарушение устойчивости генераторов сопровождалось не повышением, а понижением частоты (уменьшением угла δ). Иногда нарушение устойчивости нагрузки совершенно меняет вид переходных процессов, особенно в дефицитных районах энергосистем. Покажем, что потеря связи такого района с энергосистемой может приводить (в зависимости от запаса устойчивости нагрузки, значения дефицита активной мощности и имеющихся резервов реактивной мощности) к переходным процессам двух типов: в одних условиях процесс может сопровождаться понижением частоты генераторов, а в других, наоборот, − ее повышением