Переходные процессы при гашении поля

При коротких замыканиях внутри генератора или на его выводах генератор отключается от сети. Но токи короткого замыкания при повреждениях внутри машины или до выключателя остаются, и для их устранения необходимо быстро снизить ток возбуждения до нуля. Этот процесс называется гашением магнитного поля.

При гашении поля необходимо изменять ток в обмотке возбуждения по определенному закону. Разрыв цепи возбуждения недопустим из-за перенапряжений, а также из-за того, что запасенная в магнитном поле энергия вызовет на контактах выключателя электрическую дугу, гашение которой потребует мощного дугогасительного устройства. Медленное снижение тока в обмотке возбуждения недопустимо, так как длительное протекание аварийного тока приведет к тяжелым повреждениям машины. Поэтому необходимо изменять ток в обмотке возбуждения так, чтобы перенапряжения были допустимы, а время отключения — минимальным.

Па рис. 4.74 показана принципиальная схема возбуждения синхронных генера торов с автоматом гашения поля. При коротком замыкании замыкается контакт К2 и отключается контакт Kj. Обмотка возбуждения синхронного генератора ОВГ замыкается на резистор R₂, сопротивление которого в 3—5 раз больше сопротивления обмотки возбуждения синхронного генератора. При отключении обмотки ОВГ в переходном процессе участвуют все контуры, в которых могут протекать токи. При разомкнутых обмотках якоря и демпферной обмотки время переходного процесса будет определяться постоянной времени обмотки возбуждения генератора.

где Lf, >у — индуктивность и активное сопротивление обмотки возбуждения.

Чем больше активное сопротивление в контуре ОВГ, тем меньше Т₍ю и тем быстрее затухает ток в обмотке возбуждения. Время TfiQ для синхронных машин равно 2-И4 с, у турбогенераторов оно больше, чем у гидрогенераторов.

Рис. 4.74. Схема возбуждения с автоматом гашения поля:

В — возбудитель; Г — синхронный генератор; ОВГ — обмотка возбуждения генератора; ОВВ — обмотка возбуждения возбудителя; Rj — регулировочный резистор; К], К₂ — контакты автомата гашения поля; R₂ — резистор автомата гашения поля При наличии демпферной обмотки и разомкнутой обмотки якоря необходимо время переходного процесса определять из решения двух уравнении, соответствующих условной схеме рис. 4.75:

Рис. 4.75. Схема для определения постоянных времени обмотки возбуждения.

где if и 2_Д — токи в обмотке возбуждения и демпферной обмотке; L_v г_д — индуктивность и активное сопротивление демпферной обмотки; М — взаимная индуктивность между обмотками.

Затухание тока в обмотке возбуждения с учетом демпферной обмотки определяется постоянной времени T’d о;

При учете замкнутой обмотки якоря и демпферной обмотки уравнения имеют вид:

где L_n, г_а — индуктивность и активное сопротивление обмотки якоря; р — оператор дифференцирования.

При записи уравнений (4.126) считаем, что взаимная индуктивность М между обмотками одинаковая, a Lf = М + L_aj, 7-д = М + 1_ад, и L_a = М + L_aa, где 1_а/, 1_ад, L_mi — индуктивности рассеяния обмоток возбуждения, демпферной и якоря.

Затухание тока возбуждения при учете двух контуров (обмоток якоря и демпферной) определяется постоянной времени T’dо; T’do 3> Т'/'о, для турбогенераторов 7) У₀ = 0,14−0,2 с, а 'Гм = 74−12 с; для гидрогенераторов 77/₀ =0,054−0,1 с, а Т'/₀ = = 34−7 с.

Ток возбуждения быстрее затухает в гидрогенераторах. Включение в контур обмотки возбуждения активного сопротивления снижает время переходного процесса. При замкнутой обмотке якоря токи в обмотке возбуждения и демпферной обмотке в начале переходного процесса затухают быстрее.

На рис. 4.76 показано затухание токов в обмотке возбуждения и изменение тока в демпферной обмотке при гашении поля.

При исследовании переходных процессов в синхронных машинах необходимо учитывать токи, протекающие в бочке ротора турбогенератора, а также токи в стали статора. Тогда число уравнений напряжения возрастает до пяти, что снова усложнит их решение.

Рис. 4.76. Токи в обмотке возбуждения и демпферной обмотке при гашении поля.

При решении уравнений (4.126) в токах статора и ротора можно выделить апериодические и периодические составляющие, которые затухают со своими постоянными времени. В настоящее время уравнения (4.126) решают на ЭВМ вместе с уравнением движения с учетом изменения частоты вращения и нелинейностей.

При аварийных отключениях генератора от сети нельзя быстро снять момент с паровой или гидравлической турбины. Поэтому ротор генератора разгоняется, и если снова не подключить генератор к сети, частота вращения ротора генератора увеличится и синхронный генератор начнет работать в асинхронном режиме. Работа синхронного генератора в асинхронном режиме допускается кратковременно при небольших скольжениях. В асинхронном режиме генератор работает с отключенной обмоткой возбуждения. При включенной обмотке возбуждения в асинхронном режиме возникают знакопеременные моменты, которые раскачивают ротор, усугубляя отрицательные последствия — увеличивается амплитуда токов, растут ударные моменты.

В асинхронном режиме при отключенной обмотке возбуждения синхронная машина работает как асинхронная. В контурах ротора протекают токи скольжения, реактивная мощность поступает из сети. В асинхронном режиме в роторе появляются потери скольжения, которые в крупных генераторах даже при скольжении в несколько сотых процентов при длительной работе недопустимы.

Процесс ресинхронизации — выхода машины из синхронного режима сопровождается сложными переходными процессами и осуществляется автоматами гашения поля (АГП) и повторного включения (ЛПВ).

При возникновении аварийной ситуации вне машины осуществляется трижды повторное подключение генератора к сети. Если короткое замыкание ликвидировано (выгорел закороченный учас ток) или устранена аварийная ситуация, машина должна как можно быстрее подключаться к сети для поддержания в системе номинального напряжения и частоты. Переходные процессы при повторном включении сопровождаются бросками токов и моментов и оказывают значительное влияние на надежную работу машины. Достоверное определение ударных моментов дает возможность правильно рассчитывать валонроводы, муфты, деформации лобовых частей обмоток и крепление к фундаменту крупных синхронных машин.

Исследование сложных переходных процессов необходимо для обеспечения надежной работы синхронных машин и энергетических систем.