ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ТУРБОГЕНЕРАТОРА ДЛЯ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Авторы: Заболотный И.П., Гришанов С.А., Васковский А.С.
Источник:Международная научно-практическая интернет-конференция ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ - 3. Электротехника, радиотехника, телекоммуникации.
В докладе изложены результаты исследования предопределения параметров электромеханического переходного процесса в электрической системе при использовании различных схем замещения турбогенератора. Даются рекомендации, позволяющие уменьшить неопределенность выбора исходных данных при имитационном моделировании аварийных ситуаций в электрических системах с помощью известных компьютерных программ.
Ключевые слова: Схема замещения, турбогенератор, электромеханический переходный процесс.
Актуальность темы. В настоящее время для исследования переходных режимов в электрических системах наиболее широко используются специализированные компьютерные программы («Mustang»; «Корона»; «СДО-6»; «Каскад-Ретрен»; «Анарэс»; «Dakar»; «Eurostag»; «PSS/E»; «SimPow»; «Netovac»; «Plse» «DIgSILENT PowerFactory» и др.), а также универсальные пакеты моделирования с наборами приложений, например среда Matlab.
Программные комплексы можно классифицировать по многим факторам, но общим является представление машин переменного тока с помощью схем замещения различного вида при наличии ряда методик для определения параметров, что вызывает определенные трудности при формировании модели исходных данных для исследования переходных режимов в электрических системах.
Цель работы, методика проведения исследований. Целью работы является анализ влияния структуры и параметров схем замещения на параметры электромеханического переходного процесса генератора.
Методика исследования основана на следующих положениях.
1. Схемы замещения с многоконтурными демпферными контурами, параметры которых синтезированы по данным специальных испытаний, адекватно отражают физические процессе в массивном роботе турбогенератора.
2. Эффективность использования многоконтурных схем замещения для определения параметров переходных режимов подтверждается результатами сопоставительного анализа результатов моделирования асинхронного режима, вызванного потерей возбуждения турбогенератором при разных состояниях обмотки возбуждения с данными натурных испытаний [1-4].
3. Установлено, что отражение эффекта вытеснения тока в роторе турбогенератора и распределение токов в роторе определяется числом демпферных контуров по осям симметрии ротора и структурой схемы. Число контуров демпферных обмоток с постоянными параметрами должно составлять не менее двух по каждой оси ротора.
4. Наличие информации о схемах
замещения различной структуры и
параметрах, полученных различными способами; о параметрах переходных
режимов, полученных экспериментальным путем разными исследователями,
для генераторов типа ТВВ-200, ТВВ-320, ТГВ-200.
5. Структура и параметры генераторов, реализованные в существующих программах для исследования переходных процессов, могут быть представлены с помощью обобщенной схемы замещения (рис.1).
Для отражения поверхностного эффекта с учетом конструкции ротора в многоконтурных схемах замещения обмотка возбуждения генератора (ОВГ) [5-6], демпферная система (ДС) учитываются в виде нескольких контуров с постоянными параметрами. Сопротивления рассеяния, не связанные с эффектом вытеснения тока, учитываются с помощью собственного сопротивления взаимоиндукции массива ротора; сопротивления взаимоиндукции массива и обмотки возбуждения [7-9]. Определение величин представляет значительные затруднения ввиду сложного характера поля рассеяния.
Методика исследования включала в себя следующие этапы:
1) параметрический синтез схем замещения генераторов различной структуры и различным числом контуров по частотным характеристикам генераторов ТВВ-200, ТВВ-320, ТГВ-200. При идентификации значения , выбирались из диапазона от 0,001 до 0,08 о.е.;
2) сопоставление результатов синтеза для оценки отклонения в частотной области входной проводимости машины переменного тока со стороны статора и составляющих, отражающих структуру ротора;
3)
сопоставления результатов моделирования
асинхронного режима генератора, работающего в электрической системе
простейшего типа (генератор – трансформатор - эквивалентная
система) без и с учетом системы регулирования скорости для исключения
факторов, которые могут нивелировать особенности структуры и параметров
схем замещения на параметры электромеханического переходного процесса.
1. Синтезированы схемы замещения, входные проводимости которых со
стороны обмотки статора практически совпадают, отличающиеся параметрами
и структурой представления массива.
2. Выполнено сопоставление расчетов асинхронного режима, возникающего
при потере возбуждения, для мощности исходного режима (0,4-0,6)РНОМ при
замыкании ОВГ в электромеханическом переходном режиме на сопротивление
самосинхронизации, накоротко, на тиристоры системы возбуждения и при
разомкнутом состоянии ОВГ для различных вариантов схем замещения.
Установлено, что:
- учет сопротивлений, не связанных с эффектом вытеснения в роторе, не
приводит к уточнению параметров асинхронного режима;
- представление ОВГ двумя контурами также не приводит к уточнению
значений тока в обмотке;
- в режимах, когда ОВГ не находится в разомкнутом состоянии
использование одного демпферного контура по оси d является достаточным
для предопределения параметров режима, в противном случае (отключено
АГП, угол вылета ротора находится в интервале 180-3600 при учете
тиристоров системы возбуждения) ошибка моделирования движения ротора
значительна (отличие в периоде проворота ротора генератора).
Выводы.
1. При моделировании электромеханических переходных процессов в
электрических системах нет необходимости учитывать эффект вытеснения
тока в ОВГ с помощью увеличения числа контуров, а также учитывать
сопротивления взаимоиндукции массива. Указанные параметры схемы
замещения сказываются на высокочастотной области частотных
характеристик и проявляются в начальной стадии протекания
электромагнитных процессов.
2. Предопределение движения ротора при моделировании
электромеханических процессов в электрической системе при условии
возникновения ситуаций, когда ОВГ некоторое время остается разомкнутой
возможно с достаточной точностью при учете по оси d не менее двух
демпферных контуров (кроме ОВГ).
2. Баракин К.А. Математическая модель турбогенератора для исследования
асинхронного режима его работы на АВМ и ЦВМ/ К.А. Баракин, Б.
З. Гамм, Ф.Л. Коган -М.: Энергия. - 1976. - С. 75-84.
3. Заболотный И.П. Анализ электромагнитных параметров и некоторых
переходных процессов в турбогенераторах мощностью 500 МВт / И.П.
Заболотный, И.Б. Каплунов, А.М. Ларин, Л.Г. Лернер, Г.Г. Рогозин //
Электротехника. – 1984. - N10. – С. 14-18.
4. Гамм Б.З. Исследование переходных процессов в электроэнергетической
системе при учете некоторых ее элементов динамическими характеристиками
/ Б.З. Гамм // Тр. СибНИИЭ. – 1972. - Вып. 21.–
С.43-48.
5. Сидельников А.В., Синтез схемы замещения синхронной машины при
представлении обмотки возбуждения многоконтурной цепью / А.В.
Сидельников // Электротехника. – 1983. - №7. – С.
25-28.
6. Ларин А.М. Экспериментальное определение параметров схем замещения
синхронных машин при представлении обмотки возбуждения многоконтурной
цепью / А.М. Ларин, Гуедиди Фаузи Бен Килани // Електротехніка і
Електромеханіка.– 2008.- №3. – С.37-40.
7. Рогозин Г.Г. Определение электромагнитных параметров структурной
схемы замещения ротора турбогенератора / Г.Г. Рогозин, Н.Г. Пятлина,
В.А. Ковязин // Научные труды ДонГТУ, серия Электромеханика и
электроэнергетика, вып 1. - Донецк. - 1996. – С. 98-102.
8. Escarela-Perez R. Unique Determination of One-Damper D-Axis Circuits
of Synchronous Machines Using Finite-Element Simulations /
Escarela-Perez R., Campero-Littlewood E., Niewierowicz T.,
Hernandez-Anaya // IEEE Transactions on Energy Conversion.- 2005. -
Vol.-16, No 2. – P. 137 – 142.
9. Kundur P. Power System Stability and Control / P. Kundur.
–
McGraw, Inc. – 1994. – 1167 p.