Исследование статической устойчивости электропередачи на физической микромодели

Цель работы — знакомство с лабораторной установкой модели электропередачи, исследование статической устойчивости без регулирования и с регулированием тока возбуждения у генератора, снятие угловых характеристик мощности одной и двух цепей линий электропередачи.

Одним из условий надежной работы электрической системы является ее устойчивость, под которой понимают способность системы восстанавливать исходный (или близкий к исходному) режим после какого-либо возмущения.

Различают три вида устойчивости:

• — статическую устойчивость, рассматриваемую при малых возмущающих воздействиях (изменения нагрузки, действия регулирующих устройств и т. д.)
• — динамическую устойчивость, рассматриваемую при больших возмущающих воздействиях (отключение элементов электропередач, короткие замыкания и др.)
• — результирующую устойчивость, рассматриваемую как способность системы восстанавливать исходный или близко к исходному режим после кратковременного нарушения устойчивости.

В лабораторной работе предлагается ознакомление со статическими характеристиками и определение пределов передаваемых мощностей по условиям статической устойчивости простейшей системы, состоящей из одного генератора, работающего через электропередачу на шины неизменного напряжения (рис.1).

Т-турбина (эл.двигатель с преобразователем частоты вращения),.

СГ-синхронный генератор, Т-1 — трансформаторы, ПП-1, ПП-2 — переключательные пункты,.

ОВ-обмотка возбуждения генератора.

При этом необходимо выявить зависимости активных мощностей от угла д, носящих название угловых характеристик.

На основании векторных диаграмм синхронной машины, активную мощность Р, отдаваемую генератором можно выразить через различные Э.Д. С. Если пренебречь активными сопротивлениями электропередачи, то активная мощность неявнополюсного синхронного генератора может быть представлена упрощенными выражениями:

а) при постоянном токе возбуждения ():

(1).

б) при наличии у генератора автоматического регулирования возбуждения пропорционального действия ():

(2).

в) при наличии у генератора автоматического регулирования сильного действия (U_Г=const):

(3).

г) для явнополюсного генератора при (i_в=const):

(4).

где, Е_q — э.д.с. холостого хода, пропорциональная (если не учитывать насыщения) току возбуждения генератора; E_Q — фиктивная расчетная э.д.с., позволяющая искусственно ввести в схему замещения системы явнополюсную синхронную машину; U_Г и U_C — соответственно напряжение генератора и системы;

x_dУ =x_d + x_c, x_dУ =x_q + x_c ;

суммарные сопротивления электропередачи соответственно по продольным и поперечным осям ротора генератора; д — угол, характеризующий положение ротора генератора в пространстве.

Разумеется, можно было бы выразить мощность не только через указанные в формулах э.д.с., но через любую э.д.с. Е_x , приложенную за соответствующим сопротивлением.

В выраженных 1,2,3,4 ЭДС Е _q, E_Q, E'_q, U_Г могут быть исходя из режима определены по следующим формулам:

(5).

(8).

где U_C — напряжение приемной системы (по вольтметру модели), В;

P — активная мощность (по ваттметру модели), Вт;

Q — реактивная мощность (по варметру модели), вар;

x_dУ, x_qУ, x'_d , x_c — то же, что в формулах (1), (2), (3), (4).

Угловые характеристики мощности Р=f (д), построенные согласно выражению (1) или (4), отвечают постоянному току возбуждения Еq=const или Е_Q =const и представляют собой синусоидальные зависимости (рис.2).

Рис. 2. Угловые характеристики при регулировании тока возбуждением

При изменении нагрузки генератора при постоянном токе возбуждения в сторону увеличения, напряжение UГ постепенно будет падать.

Если одновременно с увеличением активной мощности, выдаваемой генератором, увеличивать ток возбуждения так, чтобы напряжение на выводах генератора поддерживалось постоянным (U_Г = const), то предельное значение можно получить значительно большим, чем при постоянстве тока возбуждения.

Если на лабораторном стенде при снятии угловой характеристики, как только напряжение на выводах генератора снизится до заметной глазу величины ДU=U₀ -U_Г, осуществить подъем тока возбуждения, т. е. увеличить Е_q, то точка а, характеризующая режим (см. рис.2), построенный при Е_q = const, сместится с кривой 01 на кривую, отвечающую другой э.д.с. Е_q и т. д. В результате такого регулирования угловая характеристика получается в виде ломаной кривой 0−1-2−3-4.

Ручное регулирование возбуждения, когда лицо, следящее за вольтметром, не чувствует некоторых изменений в показаниях приборов, называется регулированием с зоной нечувствительности. Если регулирование тока возбуждения осуществляется без зоны нечувствительности, при наличии АРВ пропорционального действия, то характеристика 1−2-3−4 была бы непрерывной, показанной на рис. 2 пунктиром, и предельное значение мощности может получиться на (30 — 60%) выше.

При использовании на генераторах АРB сильного действия обеспечивающего U_Г = const предельное значение мощности было бы еще больше на 50−80%, чем при постоянстве тока возбуждения.

При учете в схеме электропередачи активных сопротивлений синусоиды угловых характеристик будут смещены как относительно оси абсцисс, так и относительно оси ординат.