Электротехника. – 1984. - N10.

Развитие энергетики связано с ростом единичной мощности отдельных генераторов, созданием автоматизированных систем управления режимами агрегатов, электрических станций и энергообъединений. При этом существенно растут требования к надежности работы оборудования, что обусловливает необходимость повышения точности расчетов переходных процессов, протекающих при возникновении в электрических системах неизбежных анормальных режимов.

Решение этой задачи предполагает наличие не только математических моделей, адекватно описывающих электромагнитное состояние синхронных машин — элементов, определяющих в основном режим систем в целом, но и исходной информации о параметрах синхронных машин, соответствующей повышенному уровню требований, предъявляемых к достоверности предопределения проявлений переходных процессов.

В данной работе оценивается эффективность использования экспериментальных частотных характеристик для исследования переходных процессов в турбогенераторах мощностью 500 МВт: в двухполюсном типа ТГВ-500-2 и четырехполюсном типа ТГВ-500-4 исполнениях. Рассматриваемые турбогенераторы имеют близкие значения электромагнитных параметров. Сравнивались результаты расчета процесса гашения поля, а также переходного процесса при потере генератором возбуждения с данными натурных испытаний.

Сравнение частотных характеристик по оси d двухполюсного турбогенератора типа ТГВ-500-2 при короткозамкнутой обмотке возбуждения, определенных по методикам [1—4], свидетельствует об их существенном несовпадении, что может быть объяснено различием принятых допущений. Методика [2] использует соотношения, полученные при решении уравнений электромагнитного поля с рядом допущений, методика [3] — выражения для расчета параметров детализированных схем замещения с дискретными цепями, а методика [4] основана на результатах обработки данных экспериментов. Расчетные частотные характеристики по оси q этого же турбогенератора также имеют значительное расхождение во всем диапазоне частот токов в роторе.

По расчетным [2—5] и экспериментальным частотным характеристикам были определены средние статические асинхронные характеристики — зависимости изменения тока статора и активной мощности от частоты тока в роторе турбогенератора. Результаты расчета сопоставлены с экспериментальными данными (рис. 1). Как показывает анализ, в области малых нагрузок генератора (Р<0,ЗPном) лучшее совпадение с опытными данными дает расчет по экспериментальным частотным характеристикам, определенным по опытам затухания постоянного тока [6]. При нагрузках (0,3—0,6)Pном несовпадение характеристик увеличивается. При этом меньшие расхождения для зависимости P=f(s) при скольжениях до 1 % дает расчет по данным [2], а для зависимости I=f(s) — расчет по экспериментальным частотным характеристикам. Несовпадение величины первого максимума активной мощности при сравнении опытных данных при обмотке возбуждения генератора, замкнутой на сопротивление самосинхронизации Rсс=0,43 Ом, с результатами расчета по [2] равно 20 %, а с данными расчета по экспериментальным частотным характеристикам — 21 %, причем во втором случае максимальное значение мощности наблюдается при значительно большем скольжении. Наибольшее несовпадение зависимостей P=f(s), I=f(s) с опытными данными наблюдается при использовании методики [5]. Погрешности расчетов по [3, 4] примерно одинаковы. В диапазоне нагрузок до 0,6Pном несколько выше точность расчета по [4], при Р> 0,6Pном—по [3].

Начальный ток в опыте затухания постоянного тока составляет 5—10 А и соответствует очень малой линейной нагрузке статора. Поэтому при проведении опыта в соответствии с методикой [6], предусматривающей исключение частных циклов гистерезиса, определяемые по методу затухания постоянного тока совокупности электромагнитных параметров являются ненасыщенными. Для повышения точности расчетов асинхронных режимов по экспериментальным частотным характеристикам необходимо учитывать влияние изменений электромагнитных нагрузок.

Учет влияния насыщения на электромагнитные параметры, эквивалентирующие массивный ротор, усложняется наличием клиньев в пазах ротора. При использовании приведенной в статье методики учета насыщения были получены уточненные зависимости P=f(s), I=f(s) (рис. 1, кривые 2).

Рис. 1. Асинхронные характеристики турбогенератора мощностью 500 МВт (ОВГ замкнута на сопротивление самосинхронизации): 1 — расчет по данным опыта затухания постоянного тока (без учета насыщения); 2 — расчет по данным опыта затухания постоянного тока с учетом насыщения; 3 — экспериментальные данные; 4 — расчет по [4]: 5 — расчет во [3]; 6 — расчет по [5]; 7 — расчет по данным [2]

Основные принципы методики учета насыщения заключаются в следующем:

1. Учитывается изменение эквивалентного активного сопротивления массива ротора из-за изменения магнитного состояния магнитопровода по выражению

где i — номер итерации расчета; s—скольжение ротора машины; r(s) — эквивалентное активное сопротивление массива ротора, для первой итерации исходное значение определяется по параметрам демпферных контуров rl, xl n-контурной схемы замещения, синтезированной на основе экспериментальных частотных характеристик, полученных по данным опыта затухания постоянного тока

гдe rt(s) — эквивалентное активное сопротивление массива ротора, полученное в результате расчета на итерации i;

2. Используя построенную по данным [7] аппроксимирующую формулу (табл.2)

Рис. 2. Гашение поля двухполюсного турбогенератора мощкостью 500 МВт: 1 — расчет по данным опыта затухания постоянного 2 — растет по данным [2]; 3 — эксперимент

3. Статические асинхронные характеристики и переходные процессы с учетом влияния насыщения рассчитываем методом последовательных приближений.

Как показывает анализ зависимостей I=f(s), P=f(s), учет насыщения массивных элементов магнитопровода турбогенератора позволяет повысить точность расчета параметров асинхронного режима. При этом несовпадение результатов расчета по экспериментальным частотным характеристикам с опытными данными снизилось во всем рассматриваемом диапазоне скольжений. Аналогичные результаты получены и для средних асинхронных характеристик как при замкнутой накоротко, так и при разомкнутой обмотке возбуждения.

Как показывает анализ зависимостей I=f(s), P=f(s), учет насыщения массивных элементов магнитопровода турбогенератора позволяет повысить точность расчета параметров асинхронного режима. При этом несовпадение результатов расчета по экспериментальным частотным характеристикам с опытными данными снизилось во всем рассматриваемом диапазоне скольжений. Аналогичные результаты получены и для средних асинхронных характеристик как при замкнутой накоротко, так и при разомкнутой обмотке возбуждения.

Результаты расчета переходного процесса, обусловленного замыканием накоротко обмотки возбуждения двухполюсного турбогенератора мощностью 500 MB, работающего с активной нагрузкой, равной 0,4Рном показали, что средние и экстремальные значения тока статора, активной мощности и напряжения на выводах генератора при расчете по экспериментальным частотным характеристикам в меньшей степени отличаются от опытных значений, чем результаты расчета поданным [2]. В первом случае наибольшая погрешность не превышает 5 %, во втором— равна 6,5 %. Наибольшее несовпадение расчетных и экспериментальных данных по реактивной мощности соответственно 26 % и 22 %.

Результаты расчета переходного процесса, обусловленного замыканием накоротко обмотки возбуждения двухполюсного турбогенератора мощностью 500 MB, работающего с активной нагрузкой, равной 0,4Рном показали, что средние и экстремальные значения тока статора, активной мощности и напряжения на выводах генератора при расчете по экспериментальным частотным характеристикам в меньшей степени отличаются от опытных значений, чем результаты расчета поданным [2]. В первом случае наибольшая погрешность не превышает 5 %, во втором— равна 6,5 %. Наибольшее несовпадение расчетных и экспериментальных данных по реактивной мощности соответственно 26 % и 22 %.

Достоверность экспериментальных частотных характеристик турбогенератора ТГВ-500-4 исследовалась путем сопоставления электромагнитных параметров, полученных расчетным и экспериментальным путем. Синхронные индуктивные сопротивления по продольной оси практически совпали. Сверхпереходное сопротивление по продольной оси, полученное по данным опыта затухания постоянного тока, совпало со средним арифметическим сопротивлений, полученных экспериментально. Несовпадение х'd полученного по данным опыта затухания постоянного тока, с данными других экспериментов не превышает 10 %.

Для оценки проявления различий в совокупностях электромагнитных параметров турбогенераторов выполнены расчеты электромеханического переходного процесса при потере возбуждения двух- и четырехполюсной машины для случая питания ОВГ от электромашинной системы возбуждения (резервного возбудителя).

Установлено, что допустимая скорость разгрузки турбины с двухполюсным турбогенератором для сохранения устойчивой работы энергоблока в асинхронном режиме должна быть не менее 37,5 МВт/с. При этом предполагается, что ограничение впуска пара происходит по линейному закону, начиная с момента потери возбуждения. За 6с снижается активная мощность турбины до 0,55Рном. У четырехполюсного турбогенератора сохранение устойчивой работы энергоблока обеспечивается при разгрузке со скоростью 27МВт/с, действующей в течеиие 8с. Активная мощность при этом снижается до 0,57Рном. Менее напряженные требования к скорости аварийной разгрузки четырехполюсных турбогенераторов объясняются более жесткой асинхронной характеристикой и большей постоянной инерции.

Выводы

1. Сравнение результатов расчета асинхронных характеристик, полученных на основе различной исходной информации, а также переходных процессов при асинхронном ходе и гашении электромагнитного поля двухполюсного турбогенератора мощностью 500 МВт с данными натурных испытаний подтверждает эффективность использования экспериментальных совокупностей электромагнитных параметров генератора, определенных из опыта затухания постоянного тока, для исследования анормальных режимов.

2. Турбоагрегат с четырехполюсным генератором предъявляет менее жесткие требования к скорости аварийной разгрузки. Для сохранения устойчивой работы энергоблока при потере возбуждения генератора в номинальном режиме необходима разгрузка со скоростью 27 МВт/с в течение 8 с.

Список литературы

1. Казовский E. Я. Переходные процессы в электрических машинах переменного тока. М.— Л.: Изд. АН СССР, 1962.

   
   

2. Определение параметров турбогенераторов по расчетным характеристикам /В. Н. Асанбаев, В- А. Саратов, В. П. Коваленко и др. — Техническая электродинамика, 1979, № 1.

   
   

3. Лютер Р. А. Расчет синхронных машин. Л.: Энергия. Ленингр. отд.-ние, 1979.

   
   

4. Поляг Н. А. Современные крупные двухполюсные турбогенераторы. М.: Энергия, 1972.

   
   

5. Concordia С. Synchronous Machine With Solid Cylindrical Rotor. — Power Appar. and Systems, pt. II. 1960, p. 1650.

   
   

6. ГОСТ 10169-77. Машины электрические синхронные трехфазные. Методы испытаний.

   
   

7. Гусейнов Ф. Г., Ибадой О. И. К расчету электромагнитных переходных процессов в электрических машинах с массивным магвитопроводом. — Электричество, 1969, № 8.

   
   

8. Шапиро А. С. Схема замещения турбогенератора при больших скольжениях с учетом клиньев и торцевого эффекта.— В кн.: Турбогенераторы большой мощности и перспективы их развития. Л.: Наука, 1969, с. 153—167.

   
   

9. Canay I. M. Causes of Discrepancies on Calculation of Rotor Quantities and Exact Equivalent Diagrams of the Synchronous Machine. — IEEE Trans. Power Appar. and Systems, 1969, vol. PAS-88, № 7, July.