Внезапное короткое замыкание синхронной машины

 

Если рассмотреть осциллограмму тока внезапного переходного КЗ синхронного генератора без АРВ, то можно установить, что периодические составляющие токов КЗ всех фаз имеют одинаковые огибающие, которые затухают до значения установившегося тока I. Синусоиды их смещены относительно друг друга на 120 градусов.

Вычитая из результирующей кривой тока КЗ установившийся ток КЗ, получаем периодически изменяющийся экспоненциальный ток. В машинах без демпферных обмоток он изменяется с постоянной времени Т?d и называется переходной слагающей тока КЗ I?. В машинах с демпферными обмотками он состоит из двух слагающих: переходной I? и сверхпереходной слагающей I? тока КЗ, которая изменяется с постоянной времени Т?d.

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени t Iпt без демпферных обмоток определяется выражением

Iпt=I+I?0е-t/Т?d

или

Iпt =Eq/(Xd+Xвн)+[E?q/(X?d+Xвн)-Eq/(Xd+Xвн)]?е-t/Т?d, (3.1)

 - ] е-t/Т?d, (3.1)

где Eq, E?q - синхронная и переходная ЭДС генератора.

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени t с демпферными обмотками определяется выражением

Iпt=I+I?0е-t/ Т?d+I?0 е-t/ Т?d (3.2)

или

Iпt= +[ --t/ Т?d +

+ [ - -t/ Т?d , (3.3)

где Т?df0(Х?dвн)/(Хdвн) - постоянная времени обмотки возбуждения при закороченной обмотке статора; Тf0 - постоянная времени обмотки возбуждения; E?q - сверхпереходная ЭДС генератора.

Влияние автоматического регулирования возбуждения

Расчет параметров режима переходного процесса при наличии АРВ у генераторов можно упростить, если воспользоваться методом наложения. При этом рассматриваются два независимых режима: при неизменном напряжении возбуждения (Uf=пост.), т.е. приращение за счет АРВ отсутствует ?Uf=0 и дополнительного напряжения за счет действия АРВ ?Uf. Из первого режима находят приращение тока при неизменном возбуждении ?Iпtб/АРВ, из второго - от действия АРВ ?IпtАРВ.

Естественно, что этот ток, благодаря действию регулятора, не может превысить ток генератора при номинальном напряжении Uн. Как только на выводах генератора установиться режим нормального напряжения, дальнейшее изменение тока прекращается.

Величину ?IпtАРВ можно определить, если известна система возбуждения и закон регулирования возбуждения. Пусть нам задана функция F(t), характеризующая закон изменения единичного тока статора при действии АРВ. Её граничные значения известны: для t=0 F(t)=0 и для t=µ функция F(t)=1.

Действующее значение периодической слагающей тока КЗ с учетом АРВ определяется выражением

IпtАРВ=Iпtб/АРВ+?IпрF(t),

где Iпtб/АРВ - периодическая слагающая тока при отсутствии АРВ; ?Iпр - предельное приращение установившегося тока КЗ, равное разности установившихся токов при предельном и предшествующем возбуждениях.

При машинном возбуждении для генератора без демпферных обмоток функция F(t) имеет вид

F(t)=1 - (Т?d е-t/ Т?d - Те е-t/ Те)/(Т?d - Те),

где Те - постоянная времени экспоненциальной функции, приближенно заменяющей сложную функцию нарастания возбуждения.

Для машин с демпферными обмотками функция F(t) имеет более сложный вид. В случае тиристорной системы возбуждения, когда Те ≈ 0

F(t)=1 - е-t/ Т?d .

Для машин без демпферных обмоток при Те ≈ 0 периодическая составляющая тока КЗ генератора с АРВ выражается зависимостью

Iпt =+[--t/ Т?d.

При известных значениях Iпt можно определить ЭДС Eqt и E?qt

Eqt=Iпtdвн); E?qt=Iпt(Х?dвн).

Напряжение на выводах генератора рассчитывается как Uгt=IпtХвн.

При отключении генератора от поврежденных шин ток статорной обмотки прерывается. Размагничивающая реакция статора прекращается. Однако она компенсируется благодаря возникновению размагничивающего свободного тока в обмотке возбуждения так, что результирующее потокосцепление в генераторе не изменяется. В начальный момент отключения переходная ЭДС E?q, обусловленная результирующим потокосцеплением также не изменяется. Отключенный генератор находится в режиме холостого хода. Очевидно, что при этом E?q=E q=U в любой момент времени.

Если в момент коммутации t1 величина E′ qt1=E qt1=U t1 < Uном, то даже при отключении генератора с АРВ от поврежденной цепи форсировка будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на выводах генератора не станет равным Uном. С учетом действия форсировки режим будет изменяться по закону

E?qt1=Eqt1=Ut1=Eqпр+(E?qt1 - Eqпр-(t-t1)/ Тfo £ Uном,

где t1- момент времени, когда произошло отключение генератора (момент коммутации).

Форсировка возбуждения не всегда действует в момент отключения. При отключенных удаленных КЗ может возникнуть расфорсировка возбуждения, если E?qt1=E qt1=Ut1 > Uном.

При неограниченно длительном процессе (т.е.If=0 и Eq= 0) расфорсировку генератора, работающего вхолостую можно описать уравнением

E?qt1=Eqt1=Ut1=Eqt1е-(t-t1)/ Тfo £ Uном.

При аварийных отключениях генератора от сети, а также при эксплуатационных отключениях вступает в действие (автоматически или полуавтоматически) автомат гашения поля. Его контактная система сначала подключает к обмотке возбуждения (возбудителю) резистор, а затем быстро отключает возбудитель (тиристорный возбудитель запирается). Электромагнитная энергия, запасенная обмоткой возбуждения, поглjщается резистором, генератор развозбуждается.

Процесс развозбуждения отключенного от сети генератора протекает без скачкообразного изменения режимных параметров генератора с постоянной времени

Tг=Tf0/(1+Rг /Rf),

где Rг, Rf - активные сопротивления соответственно резистора и обмотки возбуждения.

При полном развозбуждении If=0 и Eq=0 уравнение имеет вид

E?qt=Eqt=Ut=Eqt2е-(t-t2)/ Тг ,

где Eqt2 - значение синхронной ЭДС в момент включения автомата t2.

Если автомат гашения поля (АГП) вступает в действие не при отключенном от сети генераторе, то уравнение описывающее переходной процесс имеет вид

Eqt=Eqt2е-(t-t2)/Т?г , Iпt=Ut2е-(t-t2)/Т?г ,

Iпt=Iпt2е-(t-t2)/Т?г , Eqt=Eqt2е-(t-t2)/Т?г ,

где T?г=T?d/(1+Rг/Rf) - постоянная времени АГП.

Назад