Внезапное короткое замыкание синхронного генератора

Внезапное короткое замыкание генератора. Процессы, возникающие в синхронных машинах при переходных режимах, например при внезапном коротком замыкании или резком изменении нагрузки, весьма сложны, что вызывает значительные трудности при их точном количественном расчете. Однако поведение синхронной машины при указанных режимах имеет очень большое практическое значение, так как переходные процессы могут вызвать повреждение машины, а следовательно, и значительные убытки, связанные с перерывом энергоснабжения объектов, получающих питание от генератора, или прекращением работы электроприводов с синхронными двигателями. Поэтому необходимо иметь общее представление о физических процессах, возникающих при переходных режимах, и установить хотя бы приближенно значение аварийных токов, возникающих при коротком замыкании.

Рассмотрим трехфазное короткое замыкание явнополюсного синхронного генератора, работавшего предварительно в режиме холостого хода. Осциллограммы тока якоря iк в одной из фаз генератора, тока возбуждения iв и тока iд в демпферной обмотке показаны на рис. 6.56. Ток якоря iк при переходном процессе имеет периодическую и апериодическую составляющие:

iк = iк.п + iк.а. (6.53).

Рис. 6.56. Графики изменения токов в обмотках

Якоря (а), возбуждения (б) и демпферной (в) при

Коротком замыкании.

При коротком замыкании генератора с течением времени постепенно уменьшается амплитуда периодической составляющей тока генератора (рис. 6.57), в итоге она становится равной амплитуде установившегося тока короткого замыкания:

Iкm = √2Е0 /Xd = Em /Xd . (6.54)

Рис. 6.57. График изменения тока в обмотке якоря при коротком замыкании.

Переходные процессы в синхронном генераторе при внезапном коротком замыкании.

Переходный ток в обмотке возбуждения имеет максимум в начальный период короткого замыкания и постепенно затухает, уменьшаясь до установившегося значения тока, предшествующего короткому замыканию. В соответствии с этим снижаются поток Ф_рез и амплитуда периодической составляющей тока короткого замыкания. Наибольшее значение этой амплитуды

I' уст m = Em /X'd.(6.55)

где X'd — продольное переходное индуктивное сопротивление обмотки якоря; обычно значение его в относительных единицах X'd* = 0,2 ÷ 0,5.

Переходная постоянная времени Т'd = 0,4 ÷ 3,0 с, определяющая затухание тока iк.п , зависит не только от параметров обмотки якоря, но и главным образом от параметров обмотки возбуждения. Если машина имеет демпферную обмотку, то в ней также возникает переходный ток, замедляющий уменьшение результирующего потока. При этом амплитуда тока к. з. больше, чем при отсутствии демпферной обмотки

I' уст m = Ет /Х"d , (6.57)

где X"d — сверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной оси; обычно X"d* = 0,12 ÷ 0,35. Затухание тока якоря определяется сверхпереходной постоянной времени Т"d = 0,03 ÷ 0,15 с, которая зависит в основном от параметров демпферной обмотки. С учетом этого периодическая составляющая тока к. з.

Сверхпереходное и переходное сопротивление синхронного генератора.

Приближенные значения сверхпереходной ЭДС и сверхпереходного сопротивления даны в табл. 2.2.

Тип машины
Синхронный компенсатор	1,2	0,16
Синхронный двигатель	1,1	0,2
Асинхронный двигатель	0,9	0,2
Обобщенная нагрузка	0,85	0,35

Переходное индуктивное сопротивление по продольной оси (насыщенное значение) не более 04 для турбогенераторов ел - 3000 об / мин и не более 05 для турбогенераторов с л 1500 об / мин.

Переходное индуктивное сопротивление по продольной оси подобно синхронному индуктивному сопротивлению по этой оси может быть измерено при

ЭДС за переходным индуктивным сопротивлением остается постоянной.

У большинства неявнополюсных машин значения переходных индуктивных сопротивлений по обеим осям ( x d и х) очень близки друг к другу.

Вследствие этого электродвижущая сила синхронного генератора за переходным индуктивным сопротивлением e d, пропорциональная результирующим потокосцеплениям обмотки возбуждения, не может измениться мгновенно и в начальный момент нарушения режима генератора остается неизменной.

Для выполнения этих требований генераторы снабжены мощной демпферной клеткой, переходное индуктивное сопротивление по продольной оси x d находится в пределах ОД. Тем не менее в генераторах наблюдаются высокие провалы напряжения. Это объясняется низким быстродействием регуляторов напряжения на магнитных усилителях и большой постоянной времени обмотки возбуждения возбудителя. Даже применение тиристорных и транзисторных регуляторов не позволяет полностью решить эту проблему, особенно при питании импульсных нагрузок. В результате для питания мощных радиолокационных станций приходится вводить восьмикратный запас по мощности. И в этом случае система гармонического компаундирования позволяет решить эту проблему. Во-первых, мощность гармонической обмотки прямо пропорциональна величине и коэффициенту мощности нагрузки и использует энергию, которая идет в генераторе на потери.

Синхронные индуктивные сопротивления по продольной и поперечной оси ( xd, xq) переходные индуктивные сопротивления x d, x q, сверхпереходные индуктивные сопротивления x d, x q и соответствующие постоянные времени обмоток могут быть определены в соответствии с рекомендациями МЭК ( первое дополнение к публикации 34 - 4, часть 4) по частотным характеристикам. ГОСТ 10169 - 77 также предполагает определение параметров по частотным характеристикам, полученным из опыта, при котором обмотка якоря при неподвижном роторе подключается к источнику напряжения переменной частоты.