ИЭ / 8 сем (станции+реле) / Экзамен / РЗ 8 сем

2

1. Защиты генератора от асинхронных режимов

При синусоидальных эдс генератора

г( )= г sin + г

и энергосистемы

с( )= с sin + с

при одинаковой частоте вращения, они отображаются векторами 1 и 2,

сдвинутыми между собой на угол .

Связь между ЭДС генератора и напряжением (ЭДС) системы наглядно показана на ВД:

I

δ

Зависимость величины передаваемой мощности от угла между ЭДС генератора и системы показана на рисунке (угловая характеристика генератора):

3

Чем ниже сопротивление (выше проводимость) линии между Г и системой,

тем меньше угол при одинаковых токах (и больше ток при одинаковых углах),

тем большую мощность (при одном напряжении) можно передать через линию.

Чем выше напряжение, тем выше угловая характеристика генератора (при тех же токе и угле напряжение выше), тем большую мощность можно передать через линию.

Угол нагрузки не должен достигать 90 градусов (почему – см. теорию по электромеханическим переходным процессам). Если он превысит 90 градусов,

электромагнитный момент будет не тормозить, а разгонять ротор, увеличивая угол (при условии, что механический момент не меняется). Это будет происходить до завершения проворота и выхода на устойчивую часть характеристики. Полная характеристика выглядит так:

4

Если после проворота ситуация не изменится (ускоряющий момент на валу не уменьшится, амплитуда электромагнитного не увеличится), то тормозящий момент не удержит ротор в устойчивой части и начнётся новый проворот. Таким образом, ЭДС генератора (вращается вместе с ротором) и ЭДС системы будут вращаться с разными частотами (т.к. угол между ними изменяется и скорость изменения этого угла и есть разность частот).

г( )= гsin( г + г)с( )= сsin( с + с)

Это состояние называется асинхронный ход.

Угол между ними будет изменяться =( г− с) = , где – скольжение.

При возникновении скольжения создаётся асинхронный момент и генератор генерирует асинхронную мощность.

Синхронная составляющая мощности зависит от параметров машины, тока возбуждения, приложенного напряжения и угла , а асинхронная – от параметров машины, приложенного напряжения, угла и скорости его изменения.

Рассмотрим режим с бесконечно малым скольжением, т.о. асинхронный момент мал и его можно не учитывать.

Пусть г( )= гsin( г) и с( )= сsin( с). Уравнительный ток в линии определится разностью ЭДС источников:

( )= г() − с() = гsin( г) − сsin( с)

Упростим ( г= с):

или

( ) = 2 ( ) ∙ cos (ср)

Этот сигнал не является гармоническим.

При частоте скольжения меньше 1 Гц на отрезке времени 20 мс можно считать, что ЭДС постоянны и рассматривать ( ) как гармонический сигнал со средней частотой ср и постоянной амплитудой. Тогда действующее значение

уравнительного тока:

5

а активная мощность генератора тогда будет:

ген = г ∙ с ∙ .

ВД и эпюры для случая δ=180°:

Напряжение в n-ой точке:

= г − ∙ ур

Точка Ц – центр электрических качаний – точка, напряжение в которой = 0

при угле между Eг и Eс = 180°. В случае синхронного вращения векторов Eг и Eс

при угле 180°, напряжение в точке Ц =0 в любой момент времени.

Электрический центр качаний – точка электрической сети,

характеризующаяся максимальным снижением напряжения при взаимных колебаниях или проворотах роторов генераторов электрически связанных частей энергосистемы, а также сменой знака мощности по линиям электропередачи,

связывающим эти части между собой – по стандартам СО ЕЭС.

Чтобы защита от АХ была достаточно чувствительна, желательно устанавливать её ближе к предполагаемому центру качаний.

Точка Ц* - центр электрических качаний при отсутствии сопротивления системы (иногда сопротивлением системы пренебрегают, представляя её как

6

ШБМ).

Защиты делятся на:

-защиты от асинхронного режима с потерей возбуждения;

-защиты от асинхронного хода без потери возбуждения.

Применение защиты от асинхронного хода без потери возбуждения не диктуется требованиями ПУЭ. Однако именно эта защита может предотвратить развитие крупных аварий, характеризующихся большими колебаниями активной и реактивной мощности.

Указанные защиты чаще всего реализуют на дистанционном принципе.

Для анализа поведения годографа сопротивления целесообразно рассмотреть схему замещения.

Шины посередине – точка m, при условии, что между генератором и системой линии нет.

Для реализации защит от АХ на дистанционном принципе нужно построить годографы изменения вектора сопротивления (на реле сопротивления,

установленном на шинах) при разных значениях q и δ. Точка N – номинальный режим.

7

Годограф 1

Из-за того, что ЭДС имеют разные направления, а с обеих сторон от шин течёт один ток, сопротивления направлены не противоположно друг другу, из-за этого отрезок АВ не проходит через начало координат. Из-за того, что сопротивления генератора и системы не равны, прямая CD (годограф сопротивления при q=1) не проходит через начало координат.

В более развёрнутом виде годографы представлены здесь:

8

Годограф 2

Допустим, что остальная энергосистема большая и устойчива. Тогда модуль ЭДС системы не меняется.

При асинхронном ходе без потери возбуждения угол δ меняется с частотой скольжения . Модуль ЭДС генератора изменяется, в связи с большими уравнительными токами (большой нагрузкой на генератор), но при АХ без потери возбуждения будем считать его постоянным. Таким образом, при АХ без потери возбуждения угол δ меняется, а q остаётся условно постоянной.

При АХ без потери возбуждения и при принятии допущений выше конец результирующего вектора сопротивления Zр в месте установки защиты будет описывать окружность, радиус и положение центра которой будут зависеть от q.

При q=1 окружность выродится в прямую.

При АР (асинх. режим) с потерей возбуждения величина q изменяется в связи с потерей возбуждения генератора. При этом, в зависимости от вида повреждения, ЭДС генератора может быть разной:

9

1.При повреждении обмотки возбуждения возбудителя возбуждение пропадает, обмотка возбуждения становится короткозамкнутой.

2.При повреждении (разрыве) обмотки возбуждения ток возуждения пропадает, ОВ остаётся разорванной – поток ОВ и взаимная индуктивность исчезают, остаётся собственная индуктивность генератора и взимная индуктивность с демпферной обмоткой при её наличии.

3.При ложном отключении АГП сопротивление ОВ увеличивается, ОВ остаётся замкнутой на дугогасительное сопротивление.

ЭДС генератора зависит от вида повреждения, величины скольжения и параметров генератора.

1. В случае повреждения ОВВ ЭДС снижается, но не пропадает полностью,

генератор работает ка асинхронный, q<1.

2.В случае разрыва ОВ ЭДС генератора близко к 0, таким образом q=0.

3.В случае ложного отключения АГП ЭДС генератора меньше, чем в случае повреждения ОВВ, так как в ОВ введено сопротивление, q<1.

Зависимость характеристики сопротивления при q=const от величины скольжения представлена на рисунке:

При этом, угол δ также меняется в связи со снижением ЭДС генератора и снижением максимума угловой характеристики. При неизменной механической

10