ПОВЕДЕНИЕ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ С СИСТЕМАМИ САМОВОЗБУЖДЕНИЯ ПРИ БЛИЗКИХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ
Сивокобыленко В.Ф., Меженкова М.А.
В настоящее время на большинстве блочных электростанций Украины с агрегатами 200-300 МВт системы тиристорного возбуждения генераторов выполнены по схеме самовозбуждения, в которой используется шунтовой трансформатор, подключенный к выводам генератора, и отсутствует последовательный трансформатор в цепи генератора. При близких коротких замыканиях и отказе основных защит генератор должен отключиться резервными защитами с большими выдержками времени. Однако, из-за затухания напряжения возбуждения, тока и напряжения генератора может произойти отказ в работе резервных защит. В настоящее время отсутствуют методы расчета токов и напряжений таких генераторов при коротких замыканиях различных длительностей и удаленностей.
Целью данной работы является анализ поведения генераторов с системами самовозбуждения
Разработана математическая модель блочной электростанции, к шинам которой подключены два энергоблока с системами самовозбуждения, электрическая система через трансформатор, а также линия с активно-индуктивной нагрузкой, на которой моделировались КЗ различной удаленности.
На каждом шаге расчета из решения системы алгебраических уравнений методом Гаусса находились напряжения в узлах схемы, а затем из решения дифференциальных уравнений элементов методом Рунге-Кутта определялись токи генераторов, электрической системы, ток в месте короткого замыкания.
Математическое моделирование осуществлялось по полным дифференциальным уравнениям Парка-Горева для элементов системы: генераторов, трансформаторов, линий. Для генераторов учитывались массивы роторов, представленные 2-контурными схемами замещения по каждой из осей
d и q и обмотка возбуждения по оси d. Параметры элементов моделируемой электростанции приведены в таблицах 1-3.Таблица 1 - Параметры генераторов (о.е.)
|
Тип |
8н,МВА |
U н, кв |
СОSфн |
1н, кА |
Rs |
Х s |
Ха d1 |
Ха q |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
TГВ-200 |
235,3 |
15,75 |
0,85 |
8,625 |
0,0011 |
0,124 |
1,716 |
1,661 |
Продолж. таблицы 1
|
Rrd(1) |
Rrd(2) |
Хг d(1) |
Хг d(2) |
Rrq(1) |
Rrq(2) |
Xrq(1) |
Х rq(2) |
Rf |
Х f |
|
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
|
0,031 |
0,079 |
0,445 |
0,036 |
0,0917 |
0,01202 |
0,05483 |
0,2035 |
0,000845 |
1,906 |
Таблица 2 - Параметры трансформаторов
|
Тип |
5н,МВА |
U в.кВ |
U н.кВ |
Рк, кВт |
U к, % |
R т, о,е,* |
Хт, о.е.* |
|
ТДЦ-250000/220 |
250 |
242 |
15,75 |
600 |
11 |
0,00226 |
0,103 |
Таблица 3 - Параметры линии и нагрузки
|
ЛЭП |
Нагрузка |
|||
|
Длина, км |
Худ, Ом/км |
R уд, Ом/км |
Хнг, о.е.* |
R яг, о.е.* |
|
200 |
0,435 |
0,121 |
0,043 |
1,079 |
* - параметры приведены к генераторному напряжению.
Моделировались короткие замыкания различной удаленности на отходящей от шин электростанции линии электропередачи.
Токи генераторов и напряжения на выводах генераторов при трехфазных
коротких замыканиях на сборных шинах электростанции и на отходящей линии на расстоянии 10 км от шин приведены на рис.1, 2 и рис. 3, 4 соответственно.При коротком замыкании (КЗ) на сборных шинах станции (рис. 1, 2) генератор отделяется от системы точкой КЗ. В момент возникновения замыкании
напряжение скачком снижается до 0,25Uном, а сверхпереходное значение токaдостигает значения 5,8Iном. Затухание тока статора до 1,2Iном происходит з
a время 1,2 с, а до Iном - за 3 с. За это время напряжение на выводах генераторa снизилось до 0,17 Uном.
Рисунок 1 - Ток генератора при КЗ на шинах
Рисунок 2 - Напряжение на выводах генератора при КЗ на шинах
При КЗ на отходящей линии (рис. 3, 4) на ее сопротивлении создается падение напряжения, пропорциональное токам генераторов и системы. Через 0,5 с после возникновения КЗ угол сдвига фаз между токами генераторов и системы достигает 180°, после чего начинаются колебания токов и напряжений статоров генераторов. Среднее значение тока через 3 с
составило, как и при КЗ на шинах, значение равное Iном.
Рисунок 3 - Ток генератора при КЗ на отходящей линии
Рисунок 4 - Напряжение на выводах генератора при КЗ па отходящей линии
Приведенные данные рекомендуются для использования при выборе уставок устройств релейной защиты генератора, в частности его резервных защит, действующих с большими выдержками времени.