Замыкания синхронного генератора

Лекция 3.9. Переходные процессы внезапного короткого

Переходные процессы происходят при сбросе - наброске нагрузки, замыкании - размыкании обмоток, коротких замыканиях и т.д. Переходные процессы, особенно аварийные, протекают быстро. Поэтому необходимо применение автоматической аппаратуры для контроля их протекания и защиты оборудования. Наиболее опасными для генератора и прочего оборудования являются процессы внезапного короткого замыкания.

Внезапное трехфазное короткое замыкание на зажимах синхронного генератора, работавшего до этого в режиме холостого хода, протекает при неизменной скорости вращения генератора. С учетом соотношения активного и реактивного сопротивлений генератора ток короткого замыкания является чисто реактивным, а реакция якоря – продольно - размагничивающей.

Объяснение процессов, происходящих при внезапном коротком замыкании, основано на понятии о сверхпроводящем контуре и о потокосцеплении сверхпроводящего контура.

Согласно закону Кирхгофа для контура . Для сверхпроводящего контура , т.е. потокосцепление сверхпроводящего контура не меняется и является величиной постоянной

Поясним на примере контура, расположенного в поле постоянного магнита с потокосцеплением ψ₀.

Рис.3.46. К понятию о сверхпроводящем контуре

Удалим магнит. При попытке изменить потокосцепление витка, в нем возникает ЭДС и ток, который создает свой поток такой величины, что суммарное потокосцепление витка остается неизменным как угодно долго.

Контуры обмоток якоря, возбуждения и успокоительной обмотки обладают очень маленьким активным сопротивлением, поэтому могут рассматриваться как сверхпроводящие. Рассмотрим, как происходит процесс короткого замыкания при различных начальных условиях.

Случай 1. Короткое замыкание происходит в момент, когда потокосцепление обмотки якоря с основным магнитным потоком ψ_o=0 и ЭДС e₁=E_MAX.

Рис.3.47. Короткое замыкание при начальном потокосцеплении

обмотки якоря с основным магнитным потоком ψ_o= 0 и e₁=E_MAX

Катушка обмотки якоря АХ по условию является сверхпроводящим контуром. Поэтому ее потокосцепление должно оставаться постоянным равным нулю в течение короткого замыкания. Это возможно при возникновении дополнительного потока реакции якоря , при котором . Этот поток в начале процесса короткого замыкания не может проникнуть в контур ротора, поскольку обмотка возбуждения и успокоительная обмотка также являются сверхпроводящими контурами и их потокосцепление тоже должно оставаться неизменным. Это возможно, если в них возникают токи и потоки, которые препятствуют проникновению потока в контуры этих обмоток. Он замыкается по путям рассеяния с большим магнитным сопротивлением. И для его проведения требуется большой ток , который создает потокосцепление . Бросок этого тока достигает своего максимального значения через четверть периода после начала короткого замыкания.

Рис.3.48

Изменение токов УО и ОВ также объясняется тем, что они являются сверхпроводящими контурами. При появлении потока в УО и ОВ возникают дополнительные токи, компенсирующие действие реакции якоря. Поток не может проникнуть в контуры этих обмоток и вытесняется на пути рассеяния. Процессы в УО и ОВ аналогичны за исключением того, что в токе ОВ есть постоянная составляющая, обусловленная действием постоянного тока от возбудителя. В реальных обмотках УО и ОВ процесс затухает и токи в них оказываются постоянными по направлению, но затухающими по величине. Затухание происходит с постоянными времени . Быстрее затухает процесс в УО и в ее контур проникает поток реакции якоря. Затем затухает индуктированный ток ОВ, и поток проникает в контур ОВ.

В процессе КЗ обмотки статора и ротора связаны электромагнитно и их поля вращаются синхронно. Это возможно благодаря тому, что обмотки ротора создают неподвижные относительно самого ротора поля, а токи являются постоянными по направлению и затухающими во времени, т.е. апериодическими. Затухающий ток УО создает сверхпереходную составляющую ТКЗ статора, которая затухает так же, как и ток УО. Затухающий ток ОВ создает переходную составляющую ТКЗ статора, которая затухает вместе с индуктированным током ОВ.

Рис.3.49.Схемы замещения сверхпереходного, переходного и установившегося процессов трехфазного симметричного короткого замыкания синхронного генератора

Случай 2. Короткое замыкание происходит в момент, когда потокосцепление обмотки якоря с основным магнитным потоком максимально ψ_o= ψ_omax и ЭДС e₁=0_.

Рис.3.50. Короткое замыкание при максимальном начальном потокосцеплении

обмотки якоря с основным магнитным потоком ψ_o= ψ_omax и ЭДС e₁=0

В этом случае потокосцепление сверхпроводящей катушки обмотки якоря АХ должно оставаться постоянным максимальным в течение всего процесса КЗ. Это возможно если возникает поток , равный , сдвинутый относительно него на 180⁰ и компенсирующий его, и возникает постоянный поток . Периодический ток создает продольный поток , который в конце переходного процесса замыкается по продольной оси по стали ротора и поэтому ток для его создания невелик. В начале короткого замыкания, когда в контурах обмоток возбуждения и успокоительной еще протекают дополнительные токи, и созданные ими потоки препятствуют проникновению потока в контуры этих обмоток, поток замыкается по путям рассеяния. Для создания этого потока требуется значительный ток сверхпереходного, а затем переходного процесса. Поэтому периодическая составляющая тока затухает во времени, снижаясь до величины установившегося ТКЗ. Поток создается апериодической составляющей тока статора, которая из-за того, что реальный контур не является сверхпроводящим, затухает во времени с постоянной времени .

Рис.3.51. Потокосцепления при коротком замыкании при начальном потокосцеплении обмотки якоря с основным магнитным потоком ψ_o= ψ_мах и ЭДС e=0

Рис.3.52. Полный ток короткого замыкания явнополюсного

синхронного генератора с успокоительной обмоткой

Полный ток короткого замыкания явнополюсного синхронного генератора с успокоительной обмоткой в наиболее тяжелом случае короткого замыкания

Результирующий ТКЗ представляет собой кривую, смещенную относительно оси абсцисс. Через полпериода после начала КЗ происходит всплеск тока. Это ударный ТКЗ

Величина ударного ТКЗ не ограничивается стандартами. Но СГ должен выдержать этот ток при КЗ после ХХ с напряжением, равным .

Параметры и постоянные времени синхронных машин с успокоительной обмоткой и без нее:

Параметр	Синхронная машина с успокоительной обмоткой	Синхронная машина без успокоительной обмотки
о.е	0,6-1,4	0,6-1,4
о.е.	0,4-1,0	0,4-1,0
о.е.	0,2-0,5	0,25-0,6
о.е.	0,15-0,3
о.е.	0,15-0,35
с	0,6-2,5	1-3
с	0,02-0,06
с	0,05	0,1-0,5

Установившиеся токи однофазного, двухфазного и трехфазного короткого замыкания при замыкании на зажимах генератора

При коротком замыкании на зажимах машины сопротивления . Поэтому ток трехфазного короткого замыкания имеет наименьшее значение . Это также объясняется тем, что при трехфазном коротком замыкании размагничивающее действие оказывают три фазы, а при однофазном - размагничивающее действие лишь одной фазы. При удаленном коротком замыкании наибольшую величину имеет ток трехфазного коротком замыкании.

Рис.3.53. Установившиеся токи однофазного, двухфазного и трехфазного короткого замыкания при замыкании на зажимах генератора

Электродинамическое и термическое действие ТКЗ

Дата добавления: 2017-02-01