Генератора ограниченной мощности

Короткое замыкание в цепи, питающейся от

В отличие от предыдущего в данном случае рассматриваются такие повреждения, при которых сопротивление цепи КЗ равно нулю или одного порядка с сопротивлением генератора.

При малой электрической удаленности места повреждения существенное влияние на переходный процесс оказывает АВР генератора. Для упрощения рассмотрим сначала генератор с отключенным АВР. В такой машине ток возбуждения остается постоянным и обеспечивает неизменный магнитный поток возбуждения.

На рис.4 показан генератор, питающий простую трехфазную цепь КЗ, аналогичную представленной на рис.3.1. Основная особенность данного случая состоит в том, что параметры генератора и их изменение в переходном режиме существенно влияют на ход процесса КЗ.

Рис.4 Трехфазная симметричная цепь, питаемая от синхронного генератора

При работе генератора на холостом ходу под действием тока ротора в машине наводится магнитный поток возбуждения Ф_f. В момент возникновения КЗ в статоре генератора появляется ток. Периодическая составляющая тока отстает от напряжения на выводах генератора на угол j_к, определяемый параметрами цепи КЗ. Протекая по обмоткам генератора, периодическая составляющая тока создает магнитный поток Ф_ст, который будет направлен встречно потоку возбуждения Ф_f.

На пути потока Ф_ст находятся два проводящих контура: короткозамкнутый контур демпферной обмотки и замкнутый на возбудитель контур обмотки возбуждения.

В установившихся режимах работы генератора поток Ф_ст замыкается через сталь ротора. Контуры демпферной обмотки и обмотки возбуждения обладают индуктивностью, в которой под действием Ф_ст наводятся ЭДС и возникают свободные токи - соответственно i_св,д и i_св,f. Поток Ф_ст неподвижен относительно ротора, поэтому токи i_св,д и i_св,f имеют апериодический характер. Указанные апериодические токи затухают с постоянной времени, равной отношению индуктивности контура к его активному сопротивлению. Им соответствуют свободные магнитные потоки обмоток: демпферной Ф_св,д и возбуждения Ф_св,f.

Так как магнитный поток ротора не можем изменятся скачком, очевидно, что для момента времени t = 0 должно выполняться условие и результирующий поток в немагнитном зазоре будет равен:

.

В начальный момент КЗ поток Ф_ст в роторе компенсируется свободными потоками и в немагнитном зазоре машины действует резервирующий магнитный поток, равны потоку обмотки возбуждения Ф_f до начала КЗ. В результате магнитный поток Ф_ст вытесняется из ротора и замыкается в основном по пути рассеяния обмотки статора.

Параметры, которыми характеризуется генератор в момент КЗ (t = 0), называют сверхпереходными: сверхпереходное сопротивление генератора по продольной оси х^"_d; сверхпереходная ЭДС, действующее фазное значение которой обозначают как Е^"_ф.

Начальное значение периодической составляющей тока КЗ обозначают: I_п,m - амплитуда, I_п,0 - действующее значение за первый период. Для синусоидального тока I_п,0 = I_п,m/. Величина I_п,0 может быть определена, если известны значение ЭДС Е^"_ф, сопротивление генератора х^"_d и сопротивление цепи КЗ х_к:

, (9)

где х_рез - результирующее сопротивление цепи с учетом сопротивления генератора при условии х_рез >> r_рез.

Сверхпереходное значение ЭДС генератора в начальный момент времени может быть определено по формуле

, (10)

где U₍₀₎ и I₍₀₎ - соответственно фазное напряжение и ток генератора в предшествующем КЗ режиме; j₍₀₎ - угол между векторами тока и напряжения в том же режиме; х^"_d - сверхпереходное индуктивное сопротивление генератора.

С течением времени происходит затухание апериодических токов в демпферной обмотке и обмотке возбуждения с одновременным уменьшением соответствующих магнитных потоков Ф_св,д и Ф_св,f, причем первым затухает магнитный поток Ф_св,д. В цепи обмотки возбуждения, имеющей малое активное сопротивление, свободный ток затухает медленнее. Свободные магнитные потоки уже не могут компенсировать размагничивающее действие потока реакции якоря Ф_ст, вследствие чего происходит уменьшение ЭДС генератора. Изменение параметров машины оказывает влияние на периодическую составляющую тока КЗ, которая также уменьшается:

. (11)

После затухания свободных токов в демпферной обмотке и в обмотке возбуждения наступает установившийся режим для периодической составляющей тока статора.

При отсутствии на генераторе АВР установившееся значение периодической составляющей тока КЗ оказывается меньше его начального значения. Апериодическая составляющая тока КЗ затухает по экспоненте с постоянной времени Т_а.

Длительность переходного процесса КЗ для современных генераторов обычно составляет не более 3 - 5 с. Как и в случае питания цепи КЗ от шин неизменного напряжения, максимальное значение полного тока - ударный ток имеет место обычно через 0,01 с после начала процесса.

.

Учитывая, что I_п,m = I_п,0 и выражение в скобках представляет собой значение ударного коэффициента к_у, получаем:

. (13)

При включенном АВР снижение напряжения при КЗ компенсируется увеличением тока возбуждения. АВР изменяет магнитный поток возбуждения Ф_f, ЭДС генератора и ток КЗ. АВР не влияют на ток КЗ в первые периоды короткого замыкания. Начальные значения периодической и апериодической составляющих тока, процесс затухания последней, а следовательно, и ударный ток остаются такими же, как и в рассмотренном выше случае работы генератора без АВР.

При дальнейшем увеличении электрической удаленности места повреждения ток КЗ уменьшается и короткое замыкание все в меньшей степени влияет на работу генератора.

Удаленной точкой КЗ условно называют такое место в электрической сети, при коротком замыкании в котором ток в генераторах станций изменяется настолько незначительно, что можно пренебречь изменением ЭДС и напряжений генераторов и считать напряжение на их зажимах неизменным и равным номинальному. Поэтому при коротком замыкании в удаленной точке периодическая составляющая тока не изменяется и с первого же момента времени ток КЗ принимает свое установившееся значение I_п,0 = I_п,t = I_¥. Очевидно, что в данном случае характер изменения тока в цепи будет таким же, как и при питании от шин неизменного напряжения.

Дата добавления: 2014-01-07