ИЭ / 7 сем (станции+реле) / Расписанные билеты Лапидус v.1

2.4. Асинхронный режим

Возникает при полной или частичной потере возбуждения, и это происходит при:

-обрыв в цепи ротора;

-КЗ в обмотке ротора;

-повреждение в возбудителе;

-ложное или самопроизвольное срабатывание АГП.

Асинхронный генераторный режим:

-выдача малой Р;

-потребление большой Q;

-отсутствует возбуждение.

Рис. 2.4.1

Асинхронный режим – совместная работа возбуждённых и невозбуждённых СМ.

Асинхронный ход – параллельная несинхронная работа возбуждённых генераторов.

Таблица 2.4.1

ПТЭ (п. 5.1.27.):

«-Допускается кратковременная работа турбогенераторов в асинхронном режиме без возбуждения при сниженной нагрузке.

-Для турбогенераторов с косвенным охлаждением обмоток допустима нагрузка в указанном режиме до 60% номинальной, а продолжительность работы не более 30 мин.

-Допустимая нагрузка и продолжительность работы в асинхронном режиме без возбуждения асинхронизированных турбогенераторов и турбогенераторов с непосредственным охлаждением обмоток должны быть установлены на основании указаний заводских инструкций, а при их отсутствии – на основании результатов специальных испытаний или положений нормативных документов.

-Допустимость асинхронных режимов турбогенераторов по их воздействию на сеть (потребление Q) должна быть установлена расчётами или испытаниями.

-Работа гидрогенераторов и турбогенераторов с наборными зубцами ротора в асинхронном режиме без возбуждения не допускается.

-Несинхронная работа отдельного возбуждённого генератора любого типа относительно других генераторов электростанции не допускается (асинхронный ход).»

При исчезновении тока возбуждения исчезает сила Ампера – та самая тормозящая сила, которая не давала ротору разогнаться из-за ускорения турбиной. Момент турбины и

момент электрический компенсировали друг друга и делали ускорение равным нулю, а скорость постоянной. Так как на ротор перестала действовать должная тормозящая сила, он стал ускоряться и прокручиваться относительно поля статора. А если ротор проскальзывает относительно поля статора, то начинает срабатывать закон Фарадея (при изменении магнитного потока, во всех короткозамкнутых витках (обмотка ротора или бочка ротора ТГ, демпферная обмотка ГГ) будет создаваться ЭДС электромагнитной индукции и потекут токи). Из-за этого появляется асинхронный тормозящий момент, которого раньше не было, то есть получается, что наша машина стала асинхронным генератором. Возникший режим стабилизируется, потому что асинхронный момент при определённых условиях компенсируется ускоряющим моментом турбины, но для того, чтобы эта компенсация случилось надо генератор разгрузить (снижаем вдвое активную мощность).

Рис.2.4.2

Рис. 2.4.3

Работа СГ возможна во всех четырёх квадрантах PQ-диаграммы в зависимости от режима.

2.5. Двигательный режим

Двигательный режим возникает при отсутствие подачи пара, газ или воды. Т. е. по какой-то преднамеренной или случайной аварийной причине на турбину перестаёт поступать рабочее тело. Существует 2 разновидности такого режима:

•Если у нас есть ток возбуждения, то это режим синхронного двигателя.

•Если по какой-то причине ток возбуждения потерян, то машина переходит в режим асинхронного электродвигателя.

Двигательный режим это не одно и тоже, что и изменение направление вращения ротора. При переходе в двигательный режим ротор продолжает вращаться в ту же сторону с той же скоростью.

Польза двигательного режима (режима СД)

Рисунок 2.5.1

Режим синхронного двигателя — это когда всё в порядке с током возбуждения, но на турбину перестало подаваться рабочее тело. Теперь двигателю придётся из сети потреблять маленькие порции активной мощности P, чтобы покрыть потери на трение или сопротивление. Но при этом ценность этого режима в том, что двигатель будет попрежнему выдавать реактивную мощность, т. е. он будет поддерживать напряжение на своих шинах, на шинах РУ и СН. Поэтому этот режим при определённых оговорках вполне удобен, разумен и допустим.

Более того, в этот режим можно перейти специально, 1) когда мы решили поэксплуатировать генератор в режиме СК или 2) сделать из генератора вращающийся резерв (например, в период минимума нагрузки). В противном случае, если бы при минимуме нагрузки, мы бы просто разгрузили и остановили генератор, то потом, когда

понадобится электроэнергия, мы его сначала разгоним, потом синхронизируем, потом будем долго набирать нагрузку. В случае вращающегося резерва он уже в синхронизме, набирать активную мощность – нужно, но это можно делать более ускоренным темпом, чем из холодного состояния (примерно в 3 раза быстрее).

Как СГ переходит в режим СД?

Воспользуемся аналогией про велосипедистов. Оба едут с одинаковой скоростью, но «Uс» едет расслабленно, а «Uг» трудится, он крутит педали, тратит калории и поэтому он является ведущим т. е. генератором. А Uс – энергосистемой. Между ними натянут резиновый жгут в положительном направлении, то есть угол больше нуля, тогда мы говорим, что первая машина (которая «Uг») – генератор.

Рисунок 2.5.2.

А теперь который «генератор» по какой-то причине устал, престал налегать на педали, поэтому стал отставать и тогда тот который был сзади «Uс», уже стал ведущим. Т. е. система тащит за собой этого «расслабленного пассажира». Тогда шнур натягивается в обратную сторону, угол становится отрицательным. И машина становится двигателем.

Рисунок 2.5.3.

Подтвердим вышесказанное 2-м законом Ньютона.

Мы должны показать, что тормозящая сила Ампера в режиме генератора, становится ускоряющей в режиме электродвигателя.

Для удобства мы условились считать, что наша система отсчёта связана с полем статора.

Мы видим, что, если генератор был нагружен, то значит, что ротор немножко «убежал» от поля статора. На рисунке показана продольная ось статора dc, продольная ось ротора dp, а между ними угол нагрузки , который больше 0.

Вспомним как мы рисовали силу Ампера, мы говорили, что сила, вызванная индукцией dp будет перпендикулярна и она будет идти по радиусу, т. е. она не тормозит и не ускоряет ротор. Наиболее интересно рисовать силу Ампера, вызванную индукцией dc, т. е. индукцией со стороны поля статора. Потому что она является перпендикулярной магнитной индукции dc по правилу левой руки – тормозит ротор. Ротор вращается против часовой стрелки, а сила Ампера старается его остановить. И пока они находятся в балансе, наша машина движется без ускорения, т. е. синхронно.

Рисунок 2.5.4.

Теперь посмотрим на переходный режим. А что же будет, когда турбина лишится подачи рабочего тела? Ротор прокрутился относительно поля статора и стал немного позади от этого «велосипедиста», которого мы называем системой. На самом деле угол между осью ротора и dc немного утрирован. Так как генератору надо очень мало активной мощности Р для покрытия потерь на трения, то, скорее всего, стрелка ротора будет очень похожа на dc, но будет немного отставать. И угол станет меньше нуля. (Правая картинка на рисунке 2.5.5. – было, рисунок 2.5.6. – стало).

Рисунок 2.5.5.

Сила Ампера в этом режиме, когда угол меньше нуля, не поменяла направление (можно сравнить на рисунках 2.5.4. и 2.5.6.). Потому что мы условились рисовать только интересующую нас составляющую силу Ампера (которая либо тормозит, либо ускоряет ротор), созданную магнитной индукцией dc. Видно, что вектор силы по отношению к dc не поменялся. Но теперь эта сила Ампера раскручивает ротор. Этот фокус произошёл изза изменения угла дельта. Т. е. момент этих сил оказался другого знака, потому что точки приложения сил стали под другим углом относительно ротора.

Рисунок 2.5.6.