Сверхпереходные параметры синхронной машины

По аналогии с разделом 6.1 рассмотрим явнополюсную синхронную машину с демпферными (успокоительными) обмотками, а также схемы замещения по продольной и поперечной осям. По сравнению с машиной без демпферных обмоток пути изменившегося магнитного потока статора практически полностью замыкаются в воздушном зазоре и не проникают в магнитный ротор. Это приведет к еще большему уменьшению сопротивления машины в сверхпереходном режиме, то есть в начальный момент для машины с демпферными обмотками путь изменившегося магнитного потока статора синхронной машины с демпферными обмотками проходит вне ротора, что резко уменьшает и, следовательно (рис. 6.6).

По оси q демпферная обмотка оказывает влияние, подобное влиянию обмотки возбуждения машины без демпферных обмоток, что приводит к уменьшению сопротивления машины по поперечной оси и возникновению ЭДС .

Рис. 6.6. Путь изменившегося магнитного потока статора синхронной

машины с демпферными обмотками

 

а) б)

Рис. 6.7. Схема замещения а) по продольной оси; б) по поперечной оси

 

Применим 2-й закон Кирхгофа к схеме рисунка 6.7а:

, (6.9)

где для (6.9) справедливо .

В выражении (6.9) – поперечная составляющая сверхпереходной ЭДС.

Аналогичную операцию произведем для схемы рисунка 6.7б:

. (6.10)

Здесь – продольная составляющая сверхпереходной ЭДС, при этом .

Тогда величины тока по продольной и поперечной оси и полного тока будут определяться как

(6.11)

По выражениям (6.9) – (6.10) строится векторная диаграмма до и после короткого замыкания (рис. 6.8).

 

Рис. 6.8. Векторные диаграммы до и после КЗ

 

Таким образом, начальные ток и ЭДС приближенно могут быть найдены как

(6.12)

 

6.3. Учет подпитки синхронных и асинхронных двигателей

при расчете токов КЗ

В начальный момент времени все двигатели, подключенные к системе, ведут себя как генераторы и посылают ток к месту короткого замыкания, увеличивая тем самым ток КЗ, т.е. осуществляется подпитка места, где произошло КЗ. При этом подпитка может достигать 30 % и более от общего тока, и ее необходимо учитывать в расчетах.

Рассмотрим простейшую схему ГПП промышленного предприятия, к которой подключены электродвигатели. Из рисунка 6.9 видно, что в наиболее тяжелых условиях при КЗ находится выключатель отходящей линии. Учет подпитки всегда производится для наиболее тяжелого режима, то есть при включенном секционном выключателе. Можно сделать вывод о том, что номинальные токи не определяют выбор оборудования, силового питающего кабеля и т.д., решающее значение имеют токи КЗ, при расчете которых необходимо учитывать подпитку от всех двигателей.

Рис. 6.9. Подпитка двигателями места КЗ на ГПП

 

Синхронный двигатель (СД).

Подпитку от синхронного двигателя учитывают как в ударном, так и в отключаемом токе КЗ. СД может работать в двух режимах:

− режим перевозбуждения – при этом . Если при КЗ, то двигатель будет посылать ток к месту КЗ (рис. 6.10);

 

Рис. 6.10. Расчетная схема замещения

 

сверхпереходный ток КЗ при этом

; (6.13)

− режим недовозбуждения – при этом . В этом случае, если , то двигатель также будет посылать ток к месту КЗ.

И сверхпереходный ток КЗ в данном случае будет находиться как

. (6.14)

Однако если же и , то двигатель будет потреблять реактивный ток и не увеличивает ток в месте КЗ.

Обычно если двигатель отделен от места короткого замыкания более чем двумя трансформациями [2], подпитку можно не учитывать. При расчете подпитки синхронный двигатель необходимо рассматривать как перевозбужденный.

Асинхронный двигатель (АД)

Расчет подпитки от асинхронного двигателя производится подобно СД, но при меньших значениях ЭДС, что видно из векторной диаграммы рисунка 6.11. Как для СД, так и для АД не учитывается различие параметров по продольной и поперечной осям.

 

Рис. 6.11. Векторная диаграмма электродвигателя

Знак + соответствует перевозбужденному СД, знак – недовозбужденному СД либо АД.

Максимальный ток подпитки от асинхронного двигателя при трехфазном коротком замыкании на его выводах будет определяться как

, (6.15)

где: , где − кратность пускового тока электродвигателя, .

Если двигателей много, то они рассматриваются как обобщенная нагрузка. При этом принимается . Здесь значения приведены к полной номинальной мощности нагрузки и номинальным напряжениям той ступени, где она присоединена.

Пределы изменения реактивных сопротивлений синхронных генераторов и данных, необходимых для расчета подпитки места КЗ, приведены в таблицах 6.1 и 6.2:

Таблица 6.1

Типовые реактивности генераторов

Параметр	Турбогенератор (неявнополюсный)	Гидрогенератор (явнополюсный)
	0,85…2,56	0,6…1,94
	0,18…0,46	0,2…0,57
	0,07…0,32	0,13…0,45

Таблица 6.2

Сверхпереходные реактивные сопротивления и ЭДС

Генератор
Турбогенератор мощностью менее 100 МВт	0,125	1,08
Турбогенератор мощностью 100 – 500 МВт	0,2	1,13
Гидрогенератор без демпферных обмоток	0,2	1,13
Гидрогенератор с демпферными обмотками	0,2	1,18
Синхронный двигатель	0,2	1,1
Синхронный компенсатор	0,2	1,2
Асинхронный двигатель	0,2	0,9
Обобщенная нагрузка	0,35	0,85