К наиболее характерным анормальным режимам работы турбогенераторов относятся:
работа синхронных машин, связанная со значительными аварийными перегрузками;
работа с потерей возбуждения;
работа с недовозбуждением;
работа при появлении значительных несинусоидальности и несимметрии напряжения сети.
Работа синхронных машин, связанная со значительными аварийными перегрузками
Указанные в таблице перегрузки разрешаются с интервалом времени не менее 20 минут. Запрещается применять указанные перегрузки при нормальных условиях работы энергосистемы.
Допустимые аварийные перегрузки
По току статора генератора | ||||||
Продолжительность перегрузки, мин. | 1 | 2 | 4 | 6 | 15 | 60 |
Допустимая величина тока статора, кА. | 40 | 37 | 34 | 32 | 30 | 29 |
По току возбуждения (току ротора) генератора | ||||||
Продолжительность перегрузки. | 15 сек | 45 сек | 3 мин | 8,3 мин | 1 час | |
Допустимая величина тока ротора, кА. | 14 | 10,5 | 8,4 | 7,7 | 7,4 | |
Работа синхронных машин при потере возбуждения (асинхронный режим)
5.6.04. Механическая модель передачи мощности от турбогенератора в систему
Асинхронный режим синхронных машин возникает при потере возбуждения (обрыв цепи возбуждения, шунтирование обмотки возбуждения непосредствено, через резистор системы АГП или через обмотки возбудителя), а также при выпадении машины из синхронизма, связанном с возмущениями в энергосистеме (короткие замыкания, неполнофазные режимы, резкий сброс или наброс нагрузки и т. п.).
При потере возбуждения собственная э.д.с. генератора, а вместе с ней и синхронный электромагнитный момент уравновешивающий момент турбины, обращается в нуль. Т.е. отсутствует электромагнитная связь между ротором и статором через воздушный зазор. Это удобно представить на механической модели рис. 5.6.04.
Частота вращения ротора генератора под воздействием турбины возрастает и контуры (электрические) ротора начинают пересекаться синхронно вращающимся магнитным потоком статора.
В контурах ротора (в общем случае это замкнутый контур обмотки возбуждения, контуры вихревых токов массивной бочки ротора) наводятся э.д.с. с частотой, соответствующей разности частот вращения ротора и потока статора.
Наведенные э.д.с. вызывают токи, а последние, взаимодействуя с потоком статора, создают асинхронный момент.
При увеличении частоты вращения асинхронный момент тормозящий, поэтому возможно новое равновесие. Турбогенераторы с их массивной бочкой ротора обладают большим асинхронным моментом, поэтому равновесие наступает при сравнительно небольшом увеличении частоты вращения и небольшом снижении активной мощности.
Реактивный ток при потере возбуждения потребляется из сети. Величина его не регул ируется,т. к. зависит от величины напряжения на шинах и от собственного индуктивного сопротивления обмотки статора.
Поэтому уменьшить ток можно снижением активной составляющей тока статора, т.е. снижением активной нагрузки генератора.
В таком режиме резко возрастает температура торцевых пакетов железа статора, что требует быстрого снижения нагрузки генератора до 40 % номинальной.
Максимальное время такого режима не более 15мин.
Работа генератора с недовозбуждением
При избытке реактивной мощности в системе (что может быть в системах с длинными линиями высокого напряжения) может потребоваться работа генератора с потреблением реактивной мощности. Такой режим работы создается уменьшением тока возбуждения.
Необходимо учитывать, что снижение тока возбуждения (снижение э. д. с. и силы магнитного поля ротора) приводит к снижению статической устойчивости генератора, т.к. увеличивается внутренний угол генератора (угол мощности) и приближению угла δ к пределу статической устойчивости (90°).
5.6.05. Механическая модель угла мощности ТГ
Эту зависимость также удобно рассмотреть на механической модели рис. 5.6.05.
С увеличением потребляемой реактивной мощности ток статора возрастает.
Зависимость электрических величин генератора удобно проследить по рис. 5.6.06.
Из рисунка видно, что при сохранении заданной величины активной мощности уменьшение тока возбуждения до If2 (Q=0 и coscp=l) приводит к уменьшению тока статора. При дальнейшем уменьшении тока возбуждения генератор начинает потреблять реактивную мощность и реактивный ток из сети, вследствие чего ток статора снова увеличивается.
В режиме работы с недовозбуждением появляется необходимость контроля за нагревом торцевых пакетов активного железа статора, вызванным увеличением потерь в них.
Эти обстоятельства накладывают ограничения на осуществление режимов с потреблением реактивной мощности.
Для повышения устойчивости работы генератора в сети не допускается его работа в режиме недовозбуждения турбогенераторов Балаковской АЭС.
Минимальная величина выдаваемой генератором в сеть реактивной мощности должна быть не менее 10-20 МВАр при любой величине активной мощности.
5.6.06. Зависимость электрических величин генератора
Режим работы генераторов при несимметричных условиях
Синхронные генераторы являются источниками практически симметричного, синусоидального напряжения. Однако они работают параллельно с сетью, в которой отдельные потребители и возникающие в эксплуатации несимметричные режимы работы могут явиться причиной ухудшения качества напряжения в сети, появления несимметрии и несинусоидальности.
Несимметричные условия работы трехфазных генераторов могут возникать как из- за несимметричной по фазам нагрузки (однофазная осветительная нагрузка, однофазная тяговая нагрузка, однофазные металлургические печи), так и из-за неполнофазных режимов (обрыв или отключение одной поврежденной фазы трансформатора в блоке и т. д.).
Часто оказывается, что симметрирование токов или затруднено, или экономически не оправдано.
Поэтому как для кратковременных, так и для длительных несимметричных режимов работы необходимо уметь определить допустимые условия работы генератора.
При несимметричных условиях работы возникают следующие неблагоприятные для генератора обстоятельства:
Ток в одной или двух фазах может быть больше, чем допустимый фазный ток.
Несимметричные по фазам токи создают в воздушном зазоре не круговое, а эллиптическое магнитное поле с пространственно неподвижными центрами.
Такое поле вызывает вибрацию в генераторе от неравномерных сил притяжения между ротором и статором и приводит к наведению в контурах ротора и его бочке токов двойной частоты. Потери от токов такой частоты могут быть значительными,так как с ростом частоты уменьшается глубина их проникновения в толщу стали. Наибольший нагрев поверхностного слоя ротора происходит при этом по торцам бочки, где на меньшей поверхности сходятся токи с поверхности ротора. Возможны местные дополнительные нагревы, обусловленные конструктивными особенностями ротора.
Все эти обстоятельства должны учитываться при работе генератора в несимметричных условиях.
При задании нагрузки для синхронного генератора при несимметричных нагрузках следует исходить из того, чтобы:
температура ни в одной части ротора не превосходила допустимой; вибрация агрегата не превосходила допустимых пределов;
ток в наиболее нагруженной фазе статора не превышал номинального.
Исходя из этого допускается длительная работа генератора с неравенством токов в фазах, не превышающем 3200 А (12% номинального тока статора). При этом ни в одной из фаз ток не должен превышать номинального.
