Электромеханические характеристики турбогенератора

Рассмотрим нормальный режим работы синхронного генератора на шины электрической системы бесконечной мощности (рис. 2-5). Под системой бесконечной мощности понимают систему достаточно большой мощности, чтобы пренебречь влиянием на ее режим работы поведением рассматриваемого нами генератора.

В схемах замещения сопротивление такой системы приравнивается нулю, а синусоидальное напряжение узла системы, куда присоединяется генератор, считается неизменным по амплитуде и фазе при любых изменениях, происходящих в ветви с исследуемым генератором. Последнее записывается в виде U=соnst. В схему замещения генератор вводится э. д. с. и реактивным сопротивлением. Для ненасыщенной машины э. l. с. генератора пропорциональна току возбуждения.

Построим векторную диаграмму режима работы генератора и получим из нее выражение для активной мощности через угол сдвига векторов э. д. с. генератора и напряжения шин системы.

Из векторной диаграммы видно, что BC=Ixcosφ=Esinδ. Умножив обе части равенства на U, получим xUIcosφ=EUsinδ, откуда

Это соотношение называют угловой характеристикой мощности (показана на рис. 2-6 для разных значений э. д. с. генератора). Так как угол δ жестко связан с геометрическим положением ротора генератора в пространстве, то соотношение (2-11) связывает электрические характеристики генератора с его механическим движением.

Если мощность генератора и момент на его валу выразить в относительных единицах, приняв за единицу их собственные номинальные значения, то при синхронной частоте вращения

т. е. получается равенство относительных значений активной мощности н электрического момента на валу генератора (рис. 2-6). При изменении угла положения ротора момент изменяется по синусоиде, если э. д. с. остается постоянной.

Устойчивый режим работы турбогенератора устанавливается при равенстве момента турбины (прямая линия на рис. 2-6) и момента генератора.

Равенство названных моментов имеет место как в точках а и д (при э. д. с. генератора Е1), так и в точках б и г (при э. д. с. Е2). Однако устойчивое равновесие моментов создается только в точках и и б. Случайные малые увеличения угла 6 в этом случае вызывают увеличение момента генератора в соответствии с угловой характеристикой при постоянной э. д. с., тормозящее действие которого приводит к уменьшению угла δ.

Случайное малое уменьшение угла 6 приводит к тому, что момент турбины оказывается больше момента генератора, что приводит к увеличению угла и сохранению прежнего устойчивого равновесия моментов.

Способность электрической системы восстанавливать исходный режим после малого его возмущения или режим, весьма близкий к исходному (если возмущающее воздействие не снято), называют статической устойчивостью системы.

Режимы, соответствующие точкам а и б, устойчивые.

В точках г и д случайные малые увеличения угла приводят к тому, что момент генератора становится меньше момента турбины, и это способствует дальнейшему увеличению угла δ. Случайное уменьшение угла вызовет увеличение момента генератора, которое будет способствовать дальнейшему уменьшению угла δ. В этих точках режимы неустойчивые.

Режим в точке в на рис. 2-6 при э. д. с. генератора, равной Е3, отвечает пределу статической устойчивости (момент турбины равен максимальному моменту генератора т_турб=Е₃U/x).

Для рассмотренного нами простейшего примера работы генератора на шины мощной системы (рис. 2-5, 2-6) при условии P_Т=P_Г=const критерий статической устойчивости выражается в форме dP/dδ>0 |Л. 10]

При увеличении мощности турбины согласно характеристике (2-11) увеличивается угол δ.

Максимальная величина активной мощности генератора, которую можно передавать по условию сохранения статической устойчивости, пропорциональна э. д. с. генератора и величине напряжения на шинах системы и обратно пропорциональна результирующему реактивному сопротивлению

где х включает собственное синхронное индуктивное сопротивление генератора x_d, сопротивление трансформаторов и линии.

Предельное значение угла между напряжением шин системы и э. д. с. генератора по условию статической устойчивости составляет 90 эл. град. Для надежного обеспечения устойчивости параллельной работы генератора и системы максимум характеристики мощности должен быть больше номинальной активной мощности генератора.