Процессы при форсировке возбуждения

Автоматические регуляторы возбуждения синхронных машин реагируют на изменение их напряжений и других параметров режима и тем самым оказывают влияние на протекание переходных процессов в энергосистемах. Однако в некоторых случаях этого влияния оказывается недостаточно и, в частности, для сохранения динамической устойчивости энергосистем используется дополнительное автоматическое воздействие на систему АРВ с целью быстрого увеличения или уменьшения тока возбуждения. Быстрое повышение тока возбуждения называется форсировкой возбуждения (ФВ), а его быстрое снижение — расфорсировкой возбуждения (РФВ). Технически ФВ осуществляется путем повышения напряжения возбудителя U U_f достигается за счет резкого уменьшения сопротивления R в цепи питания обмотки возбуждения возбудителя (ОВВ).

Рис. 2.18. Электромашинная система возбуждения В тиристорных системах возбуждения повышение напряжения U г.

производится через систему управления тиристорами.

Следует отметить, что даже в самых совершенных системах возбуждения напряжение U ,? не возрастает и не уменьшается мгновенно, а изменяется по экспоненциальному закону. Скорость нарастания тока возбуждения и, соогветсвенно, синхронной ЭДС Е синхронной машины (СМ) дополнительно ограничивается электромагнитной инерцией обмотки возбуждения, и поэтому его нарастание будет более медленным (рис. 2.19), чем нарастание напряжения. Для увеличения скорости нарастания тока возбуждения часто «потолок» по напряжению Uf

возбуждения делается выше, чем «потолок» по току if, с тем чтобы в рабочей зоне напряжение нарастало по возможности быстрее. То есть для СМ принимают.

U, Готн.ед.1>г'/ [отн. ед.1. (2.57).

Jмикс ?* 7 м*кс *• -*.

Рис. 2.19. Процессы в системе возбуждения синхронных машин при ФВ

Синхронная ЭДС E_(j в этом режиме практически точно повторяет кривую тока возбуждения, то есть можно принять.

Таким образом, синхронная ЭДС Е_с/, как и ток возбуждения, не изменяется мгновенно как при ФВ, так и при РФВ.

Для сохранения или повышения динамической устойчивости энергосистемы важно максимально уменьшить площадки ускорения синхронных генераторов. Поэтому сигнал на ФВ формируется и подастся еще в начальной стадии развития КЗ. Некоторое запаздывание действия ФВ обусловлено работой органов противоаварийной автоматики по распознаванию аварийной ситуации, формированию и прохождению управляющего сигнала.

Рассмотрим случай, когда при отсутствии ФВ динамическая устойчивость одномашинной системы нс сохраняется. Как следует из рис. 2.20, а, площадка возможного торможения в этом случае меньше площадки ускорения.

Рис. 2.20. Угловые характеристики мощности генератора при отсутствии (а) и при действии форсировки возбуждения (б)

При использовании ФВ ЭДС Е_ч начинает возрастать еще в режиме КЗ (участок 2'-3' на рис. 2.20, б). Участок 2'-3' отражает запаздывание в подъеме E_q. При отключении поврежденной цепи электромагнитная мощность скачком изменяется от точки 3' до точки 4, расположенной на угловой характеристике /^|(5)с повышенным значением ЭДС Е. При дальнейшем увеличении угла ЭДС E_q увеличивается и изображающая точка выходит на граничную кривую Р_тЕо (8), построенную при «поголочном» значении Е_(/ (участок 4−5). На участке 5-т мощность изменяется по граничной кривой. Угол при этом нарастает до тех пор, пока площадка торможения F#_4Smm>_c4'^не сравняется с площадкой ускорения F,_с'4'33'2'1 а •.

Нетрудно заметить, что при ФВ уменьшилась площадка ускорения. В состав площадки ускорения не вошли два фрагмента: Fyy₂2' и F_A-_C34<

Рис. 2.21. Угловые характеристики мощности при расфорсировке возбуждения в начале (а) и в конце (б) обратного хода ротора генератора

Любая СМ не может длительное время работать при максимальном токе возбуждения из-за возможного перегрева обмотки возбуждения. Поэтому необходимо снять форсировку, то есть осуществить расфорсировку возбуждения. РФВ можно выполнить через несколько десятков секунд, когда прекратятся синхронные качания роторов СМ. Обычно в таком виде РФВ выполняется на синхронных двигателях. В другом варианте РФВ выполняется сразу после ФВ и используется для уменьшения синхронных качаний роторов СМ. При этом сигнал на РФВ должен быть подан в самом начале обратного движения ротора СМ от 8," в направлении к 8_МИН (рис. 2.21, а). В этом случае заметно уменьшается площадка торможения при обратном ходе F_cmm>_c и появляется возможность сохранения устойчивости (рис. 2.21, а).

Если сигнал на РФВ подать при 6_МИИ (рис. 2.21, б), то вместо уменьшения размаха синхронных качаний вероятнее всего произойдет выпадение из синхронизма на втором цикле качаний ротора СМ.

В этом случае площадь торможения /у",_т'_сс' и, соответственно, площадь ускорения F₆>_c-_6c— при обратном ходе имеют наибольшие значения, что приводит к увеличенному уходу ротора в сторону минимальных углов (см. рис. 2.21, б).

Совмещение начала РФВ с началом возрастания угла приведет к движению по траектории 6-/ -7 и, соответственно, к увеличению площади ускорения на величину Е'_с-_с7;._6с— и уменьшению площади возможного торможения до исходной величины F_cf_m<_c.

При этом коэффициент запаса динамической устойчивости может быть меньше, чем в начале процесса, что приведет к нарушению динамической устойчивости на втором цикле качания.