2-5. РЕЖИМ АСИНХРОННОГО ХОДА И РЕСИНХРОНИЗАЦИИ
Генератор, выпавший из синхронизма, находится в особом режиме. Этот режим не является аварийным, но все же не может допускаться неограниченно длительное время.
Асинхронный режим может наступить из-за неисправности возбуждения генератора (потеря возбуждения, вызванная самопроизвольным отключением АГП или обрывом цепи возбуждения), неисправности в системе (например, отключение участка линии после короткого замыкания на нем или внезапное отключение части нагрузки), приводящей к уменьшению мощности, отдаваемой генератором, — к сбросу нагрузки.
Очевидно, что в любом из этих случаев генератор при выпадении из синхронизма увеличивает скорость сверх синхронной и начинает работать как асинхронный генератор, выдавая в сеть некоторую активную мощность, зависящую от величины скольжения и параметров, имеющихся на роторе генератора короткозамкнутых обмоток и эквивалентных им цепей. Эта зависящая от скольжения мощность и соответствующий ей момент носят название асинхронных.
Вращающий момент турбины (Мт) обычно оказывается больше асинхронного момента (Мас) и увеличение скорости ротора, происходящего под действием ∆М=Мт—Мас, приводит в действие регуляторы скорости, действующие на уменьшение выпуска энергоносителя. Происходящее благодаря этому уменьшение момента турбины приводит к установившемуся асинхронному ходу при Мас=Мт; ∆М=0. Режим асинхронного хода может быть неустойчивым, тогда происходит самосинхронизация машины, выпавшей из синхронизма.
В случае устойчивого асинхронного хода ресинхронизация может быть проведена за счет уменьшения мощности первичных двигателей. Это осуществляется дополнительным воздействием на регулятор скорости (уменьшение или отключением части генераторов (увеличение нагрузки оставшихся в работе генераторов).
Ресинхронизация выпавших из синхронизма генераторов может быть проведена весьма быстро, без отключения генераторов от сети и не приводит к перерыву в электроснабжении потребителей.
Во время асинхронного хода гидрогенераторы отдают до 50—60% номинальной мощности, а турбогенераторы — до 70—80%. При работе через линию эти мощности уменьшаются, но все же в системе сохраняется часть генерирующей мощности, что является весьма положительным обстоятельством.
Затруднения, возникающие при ресинхронизации, заключаются, с одной стороны, в возможности неблагоприятного влияния асинхронного режима на выпавшие из синхронизма генераторы, с другой стороны, на синхронные генераторы, и на потребителей остальной части системы. В обмотках ротора и эквивалентных им цепях генератора, выпавшего из синхронизма и вращающегося со скоростью, отличной от синхронной, наводятся токи, имеющие частоту скольжения. Эти токи, значительные по величине, могут заметно нагревать ротор. Чем больше скольжение, при котором наступает установившийся асинхронный ход, тем больше токи в обмотках ротора.
Величина скольжения зависит как от параметров генератора, так и от характеристик системы регулирования скорости первичного двигателя (рис. 2-28).
Асинхронный ход турбогенераторов с массивным ротором допускается до 30 мин, а гидрогенераторов — до нескольких минут, причем при работе через длинную линию нагревание ротора может быть несколько меньше и асинхронный режим разрешается соответственно дольше. Механические усилия, возникающие при асинхронном режиме, могут быть для генераторов опасны, а для некоторых из них (например, для генераторов с проволочными бандажами) асинхронный режим вообще недопустим.
При асинхронном режиме в токе ротора и статора появляются характерные биения, обусловленные несоответствием частот э. д. с. данного генератора и эквивалентной э. д. с., изображающей генераторы системы. Величина биений зависит от скольжения, которое меньше при замкнутой обмотке ротора. Наличие биений в токе статора приводит к колебаниям напряжения как на шинах выпавшего из синхронизма генератора, так и в системе, параллельно с которой он работает.
Это неблагоприятное влияние на работу системы устраняется (или во всяком случае уменьшается) при наличии регуляторов возбуждения сильного действия или пропорционального типа на всех или на части генераторов системы.
Второе неблагоприятное воздействие на систему заключается в том, что выпавший из синхронизма генератор потребляет из системы значительную реактивную мощность. Потребление реактивной мощности приводит к уменьшению общего уровня напряжения в системе, в отдельных точках которой снижение напряжения может быть особенно значительным. Происходящее при этом понижение качества энергии, выдаваемой потребителям, может не иметь особо большого значения, если асинхронный режим кратковременен, но появляющаяся при этом опасность нарушения статической устойчивости и особенно устойчивости нагрузки должна обязательно привлекать внимание проектировщиков и персонала, эксплуатирующего систему.
Ресинхронизация выпавших из синхронизма машин или станций без опасности для системы может быть всегда обеспечена, если только будут проведены необходимые мероприятия. Выявление этих мероприятий для каждого конкретного случая составляет задачу расчета результирующей устойчивости.
Рассмотрим общий порядок такого расчета для случая, когда одна из станций 1 системы, отдающая свою мощность через линию передачи к центру потребления, выпадает из синхронизма и затем ресинхронизируется (рис. 2-29). Расчет рекомендуется вести последовательными приближениями. Сначала, принимая неизменным напряжение Ua в точке а примыкания линии передачи к системе ("закрепляя" его), устанавливаем, будет ли в этой системе установившийся асинхронный ход или нет. Если установившийся асинхронный ход не наступает, то расчет сводится к нахождению времени ресинхронизации и наибольшего скольжения sмакс во время ее протекания. В случае установившегося асинхронного хода находим (рис. 2-28,а) величину установившегося скольжения s~. Далее, снимая условие закрепления Ua и зная скольжение выпавшей из синхронизма станции (sмакс или s~), находим токи этой станции и токи всех остальных станций, работающих синхронно (рис. 2-29,б). При этом все станции замещаются переходными сопротивлениями и приложенными за ними э. д. с. Далее, пользуясь методом наложения и замещая нагрузку Z=const, легко найти собственные и взаимные проводимости и определить токи во всех элементах системы. Это позволяет установить наличие перегрузки током и время, в течение которого такая перегрузка элементов систем допустима. Нетрудно также найти напряжение в точке
. Если 
будет отличаться от ранее принятого Uа более чем на 8%, расчет следует повторить, найдя второе приближение 
и в случае необходимости — третье
Дальнейшая задача сводится к повторению расчета при ручном и автоматическом отключении части машин или уменьшении мощности турбин, выпавших из синхронизма станций. Расчет, проводимый последовательными интервалами, позволит установить продолжительность асинхронного хода, допустимость его по условиям нагрева машин, работающих асинхронно, перегрузки синхронно работающих элементов. Можно также проверить устойчивость нагрузки в условиях сниженного напряжения, величина которого легко определяется.
Рис, 2-29, Расчет режима системы при асинхронном ходе станции: а — исходная схема; б — расчетная схема.
В случае выявленной нежелательности отключения части машин или уменьшения их мощности в результате расчета устанавливаются требования к мероприятиям, более быстро устраняющим асинхронный ход или даже не допускающим его появления: электрическому или механическому торможению, комплексному регулированию, т. е. одновременному (изменяемому в зависимости от режима) воздействию на регулирование возбуждения и механический момент турбины. Если установившийся асинхронный ход не наступает, то проверка режима синхронно работающей части системы (перегрузка, снижение напряжения, устойчивость нагрузки) производится при наибольшем (sмакс) скольжении.
Кроме описанных расчетов, для более полной характеристики должна производиться проверка возможности электромеханического резонанса, заключающегося в том, что при ликвидации асинхронного хода одной из станций системы другая (до того работавшая синхронно) станция выпадает из синхронизма.
Не касаясь техники расчета асинхронного режима и ресинхронизации, излагаемой в курсе «Переходные процессы», отметим, что более точные расчеты требуют применения уравнений Парка — Горева, понятие о которых дается в гл. 3.
