Тема 1.8. Качество электроэнергии

Влияние низкого качества электроэнергии на работу сетей и электрооборудования проявляется:

- в увеличении потерь электроэнергии;

- в сокращении сроков службы оборудования;

- в технологическом ущербе, состоящем в снижении производительности (недоотпуск продукции), ухудшении качества продукции.

Отклонение частоты напряжения переменного тока в электрических сетях.

Номинальная частота напряжения в сети fном=50Гц.

Нормально допустимые значения отклонения частоты равны ±0,2Гц и предельно допустимые ±0,4Гц

Отклонение напряжения — это разность между действительным значением напряжения U и его номинальным значением для сети Uном.

Нормально допустимые значения установившегося отклонения напряжения ±5%Uном и предельно допустимые отклонения напряжения на выводах приемников электроэнергии ±10 %Uном в нормальном режиме работы электрической сети.

Значение предельно допустимого отклонения напряжения  определяется при длительности процесса более одной минуты.

 

Раздел 2. Статическая устойчивость параллельной работы синхронных генераторов и электростанций.

 

Статическая устойчивость – способность энергетической системы сохранять синхронную параллельную работу генераторов при небольших нарушениях балансов активной и реактивной мощностей и медленных изменениях параметров режимов.

 

Угловые характеристики активной мощности синхронных генераторов

Р=f(δ), при Ег=const, n=const

Принцип выдачи активной мощности синхронным

Генератором в сеть.

Рис. 1. Функциональная схема синхронного генератора. 1 – статор, 2 – ротор, Т - турбина

Т

При вращении ротора синхронного генератора его магнитное поле наводит в обмотке статора э.д.с. Ег, поэтому вектор Ег вращается синхронно с ротором генератора (рис.1). В статоре синхронного генератора, работающего в сети, возникает вращающееся магнитное поле, задаваемое вращением роторов генераторов электростанций энергосистемы и соответствует частоте тока сети 50 Гц (рис.2). Это поле можно характеризовать вращающимся вектором напряжения сети Uс. В итоге в генераторе взаимодействуют два магнитных поля, характеризуемые вращением векторов Uc и Ег (рис.3).

Рис.2. Образование вращющегося магнитного поля в статоре трёхфазной машины переменного тока.

 

Uс

I1

Ег

Uс

Хd

N

вращающееся поле статора

ротор генератора

δ=0

I1=0

Uс

Ег

ω1

а)

б)

∆U

I1>0

δ>0

Ег

ω1

Рис. 3. а) генератор без нагрузки                  б) генератор с нагрузкой.

N

Схема замещения генератора

S

S

После включения генератора в сеть генератор работает на холостом ходу, при этом Ег=Uс и ток генератора (рис. 3а). В это время турбина вращает ротор генератора и затрачивает мощность на потери холостого хода Р_ХХ=Рмех+Р_В  (механические Рмех, и в обмотке возбуждения генератора Рв).

 

Если увеличить вращающий момент турбины подачей энергоносителя (воды, пара), тогда мощность турбины станет больше мощности  генератора Рт>Рг, и ротор генератора  (вектор Ег) сместится, относительно своего положения без нагрузки на угол δ (рис.3б).

В результате в обмотке статора появится отклонение напряжения   ∆U=Ег+(-Uс), которое создаст в обмотке статора активный ток

и генератор начнёт выдавать в сеть электрическую активную мощность Рг, потребляя от турбины механическую мощность Рт.  

Вывод: при увеличении расхода энергоносителя (воды, пара) на турбину в обмотке статора генератора возникает активный ток I₁, и генератор выдаёт в сеть активную мощность Рг. Активная мощность Рг, выдаваемая генератором в сеть зависит от величины угла δ. Мощность турбины Рт зависит только от давления энергоносителя (воды пара).

2.1.2. Угловая характеристика неявнополюсной машины (турбогенератор) Рг=f(δ)

Активная мощность, выдаваемая неявнополюсной генератором в сеть, определяется формулой:

Согласно этой формуле можно построить (рис.4) угловую характеристику генератора  по трём точкам:

а) δ=0, Р=0;

б) δкр=90⁰, Р=Рmax;

в) δ=180⁰, Р=0

 

Максимальная мощность Рmax выдаётся в сеть когда магнитное поле ротора (вектор Ег) сдвинется на угол δкр=90⁰ относительно магнитного поля статора (вектор Uс). В этом случае турбина выдаёт максимальную мощность Рт=Рг.max.

Угол δкр=90⁰называется критическим, в этом случае турбина отдаёт генератору максимальную мощность Рт.max=Рг.max.

Рг

Режим двигателя

δнагр

Рис.4. Угловая характеристика неявнополюсного генератора

Рг.max

00

1800

900

δкр

Рт турбины

Рг  генератора

Режим генератора

Кз.ст (запас устойчивости)

Тогда даже при небольшом снижении напряжения U₁ мощность Рг.max становится меньше мощности турбины Рт турбина, получив облегчение, увеличивает скорость вращения генератора. В этом случае скорость вращения ротора станет больше скорости вращения поля статора, т.е. возникает асинхронный режим. Этот режим является аварийным. Говоря простым языком, асинхронный режим в работе энергосистемы возникает, если генераторы электростанций, работавшие параллельно, по какой-то причине начали вращаться с различной угловой скоростью.

Поэтому область изменения угла 0<δ<90⁰ является областью устойчивой работы генератора, а область угла 90⁰<δ<180⁰ является областью неустойчивой работы генератора.

При δ>180⁰ генератор переходит в режим двигателя и начинает потреблять из сети энергию. Поэтому нельзя нагружать турбину до момента близкого к максимальному Рт.max, при δкр,  т.е. должен быть некоторый запас мощности, называемый запасом статической устойчивости Кз.ст.

.