Сивокобыленко В.Ф., Меженкова М.А.

Донецкий государственный технический университет

Одной из важных задач, возникающих при моделировании режимов работы синхронных и асинхронных машин, является определение активных и индуктивных сопротивлений обмоток статора и эквивалентных контуров ротора. Параметры должны отражать явления вытеснения тока в активных материалах машины и влияние насыщения ее магнитных цепей. В качестве исходных данных для определения указанных параметров можно использовать кривые затухания постоянного тока в обмотке статора или частотные характеристики входных проводимостей [1]. Для турбогенераторов мощностью 100-800 МВт, применяемых в электрических системах, сведения об их параметрах в виде сопротивлений множества контуров ротора приведены в работах [1-3]. Однако использование при моделировании сведений о параметрах в указанном виде затруднительно, что связано со следующим

В результате обработки экспериментальных кривых затухания постоянного тока в обмотке статора получают параметры многоконтурных схем замещения ротора в осях d и q [4]. Использование большого количества контуров при моделировании ведет к усложнению и увеличению времени расчетов. С другой стороны, в работе [5] показано, что двухконтурная схема замещения ротора вполне обоснованно может приниматься в расчетах устойчивости, асинхронных режимов, коротких замыканий и других переходных режимов, поскольку частотная характеристика, соответствующая двум контурам незначительно отличается от экспериментальной в большом диапазоне скольжений

В настоящей работе ставилась задача получить параметры, удобные для использования при математическом моделировании, для наиболее широко применяемых в настоящее время на электростанциях турбогенераторов.

Для решения этой задачи применен основанный на [5] способ определения параметров схем замещения турбогенераторов электрических станций (ЭС) из частотных характеристик или многоконтурных схем замещения, отличающийся тем, что заданная информация методом минимизации ошибок отклонения преобразуется в наиболее простую схему замещения, содержащую, кроме обмотки возбуждения по оси d, только две (три) короткозамкнутые демпферные обмотки по каждой из осей d и q.

Для оценки правильности полученных данных проводилось сравнение частотных характеристик, построенных по исходным и рассчитанным параметрам. Ниже приведена методика расчета параметров схем замещения турбогенераторов с двумя эквивалентными контурами ротора по каждой из осей d и q без учета обмотки возбуждения. Исходной информацией послужили параметры многоконтурных (количество контуров А=2-8) схем замещения генераторов, приведенные в следующих литературных источниках: ТВ2-100, ТВВ-320, ТВВ-500 - [I], ТГВ-200 –[2], TГВ-300-[1], ТВВ-800-[3].

Роторную цепь машины по одной из осей d или q представим схемой замещения, состоящей из двух параллельных цепей. Тогда дискретные значения роторных проводимостей для диапазона скольжений S можно представить как:

где Rr{i}, X{i) - активное и индуктивное сопротивления i-го роторного контура двухконтурной схемы замещения

Проводимости, определяемые по заданным значениям параметров многоконтурных схем замещения найдем как:

где r(i), x(i) - активное и индуктивное сопротивления i-то роторного контура многоконтурной схемы замещения; k – количество заданных контуров ротора.

Воспользовавшись известными значениями проводимостей g(s) и b(s) для скольжений Sj, j=1,2...n, и, используя (1), составляем переопределенную систему нелинейных алгебраических уравнений, порядок которой равен 2n, а число неизвестных –4:

Система (3) решается одним из методов минимизации, например, методом Левенберга-Маркардта, имеющимся в пакете Mathcad; т нес определяются искомые активные и индуктивные сопротивления двухконтурной схемы замещения ротора.

Ниже в табл. 1 приведены параметры, полученные для турбогенераторов мощностью 100, 200, 300, 320, 500, 800 МВт: активные сопротивления и индуктивности рассеяния обмотки статора - Rs, Xas: демпферных контуров ротора - Rrd(l), Rrd(2), Rrq(l). Rrq(2), Xrd(l), Xrd(2), Xrq(l), Xrq(2); обмотки возбуждения - Rf., Х?f.

Ниже, в качестве примера, на рис.1 приводятся частотные характеристики b(s), g(s) ротора генерато ТВВ-800 по осям d и q, построенные по исходным параметрам (заданным в [4] значениям сопротивлений четырёх контуров по оси d и шести контуров по оси q) и характеристики B(s), G(s), построенные по полученным из решения системы уравнений (3) параметрам двух эквивалентных контуров. На рис.2 приводят соответствующие входные частотные характеристики генератора ТВВ-800.

Рисунок 1 - Частотные характеристики ротора турбогенератора ТВВ-800

Ось d

Рисунок2 -Входные частотные характеристики турбогенератора ТВВ-800

В табл.2 приведены величины среднеквадратических отклонений активной и реактивной проводимостей роторов турбогенераторов по осям d и q, рассчитанных по двухконтурным схемам замещения, от рассчитанных по многоконтурным (исходным) схемам замещения в диапазоне'скольжений от 0 до 100.

Следует отметить, что для некоторых турбогенераторов при скольжениях от 0 до 0.1 отклонения характеристик роторов могут существенно превышать среднеквадратические. Отклонения же входных проводимостей, несмотря на это. гораздо меньше, чем роторных, и увеличение числа контуров на роторе не оказывает сильного влияния на входную частотную характеристику. Например, Среднеквадратическое отклонение во всем диапазоне скольжений от 0 до 100 полных входных проводимостей при учете ротора турбогенератора ТВВ-800 двумя контурами по оси d составило 0.25%, а по оси q - 1.2%, в то время, как отклонение полных роторных проволнмостей по оси d составило 0.788%, а по оси q - 11.4%.

Для повышения точности совпадения частотных характеристик, построенных по параметрам исходных многоконтурных и рассчитанных двухконтурных схем замещения роторов, можно использовать изложенную методику, приняв число контуров на роторе равным 3. Например, для турбогенератора TB2-100 Среднеквадратическое отклонение полной роторной проводимости по оси q при этом составило 6.1%.

1. Изложена методика получения параметров схем замещения современных турбогенераторов с ограниченным числом (2-3) эквивалентных контуров на роторе по исходным частотным характеристикам.

2. Для применяемых в настоящее время в электрических системах турбогенераторов мощностью 1 ОС-800 МВт приведены параметры эквивалентных схем замещения, что позволяет использовать т при математическом моделировании стационарных и переходных режимов работы.

1. Казовский Е.Я., Рогозин Г.Г., Горин В.Я. Исследование частотных характеристик турбогенераторов. -Электротехника, 1975, № 1.

2. В.Я.Горин, Г.Г.Рогозин. Применение экспериментальных частотных характеристик к расчету параметров эквивалентных схем замещения крупных турбогенераторов. В сб. "Автоматизация и оптимизация режимов электрических систем и приводов". Донецк, 1971.

3. Лернер Л.Г., Сидельников А.В. Построение схем замещения электрических машин по заданным частотным характеристикам. - Электротехника, 1974, №11.

4. А.В.Сидельников О синтезе схем замещения электрических машин переменного тока по заданным частотным характеристикам. В сб. "Теория, расчет и исследование высокоиспользованных электрических машин", Наука, 1965.

5. Сивокобыленко В.Ф., Совпель В.Б.. Павлюков В.А. Метод определения эквивалентных параметров машин переменного тока.- Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1975, № 2.