Нормальные режимы генераторов.

Многие генераторы в системе работают в номинальном режиме, в котором параметры генераторов поддерживаются практически неизменными, равными номинальным. Однако у части генераторов в системе приходится регулировать отдаваемую ими активную мощность и отдаваемую или потребляемую ими реактивную мощность, для того чтобы поддерживать в системе баланс генерируемых и потребляемых мощностей. Это регулирование приходится производить в течение каждых суток, т.к. график потребления электроэнергии в течение суток часто очень неравномерный.

Генераторы, которые приходится регулировать, могут длительно находиться в режимах существенно отличающихся от номинального. Однако, чтобы они могли находиться в этих режимах длительно, необходимо выполнение ряда условий:

1. элементы конструкции генератора не должны перегреваться;

2. генератор должен сохранять достаточный запас статической устойчивости.

Если в каком-то режиме эти условия выполняются, то такой режим называется нормальным режимом. Для получения области нормальных режимов построим диаграмму мощностей нормальных режимов генератора в осях активной и реактивной мощностей.

При построении диаграммы воспользуемся следующим приёмом. Возьмём за основу треугольник напряжений (на рис.9б это треугольник со сторонами E_f,U_н/√3,IX_d) при номинальных условиях и умножим стороны этого треугольника на величину √3U_н/X_d. В результате получим подобный треугольник со сторонами, имеющими размерность мощности. Этот треугольник показан на рис.5.8. Здесь сторона HA соответствует пределу статической устойчивости при номинальных условиях , сторона OA соответствует полной номинальной мощности генератора , а сторона HO по величине соответствует максимальному потреблению реактивной мощности при номинальном напряжении . Совместим с указанным треугольником ортогональную систему координат P и Q так, как это показано на рис.11.

Рис. 5.8 Диаграмма мощности нормальных режимов генератора.

Теперь, руководствуясь ранее оговоренными условиями, в этой системе координат проведем ограничительные линии, ограничивающие область нормальных режимов. Точка А соответствует номинальному режиму. В этой точке все параметры генератора являются номинальными: S_Н, P_Н, Q_Н, I_Н, U_Н, I_fН, cos φ_Н.

При отклонении режима от номинального возможна:

1. Работа генератора с активной мощностью превышающей номинальную, если турбина может длительно развивать Р_Т>P_Н, но при этом не должна быть превышена полная номинальная мощность. Это соответствует области ограниченной линиями АА¹ и А¹G. Линия АА¹представляет собой часть окружности радиуса S_Н с центром в точке О (при неизменной величине напряжения равного U_Н эта линия соответствует току статора I=I_Н, т.е. указанное ограничение не допустит перегрева статора). В области, где P>P_Н, генератор будет работать с cosφ> cosφ_Н, т.к. в этой области приходится снижать реактивную мощность и Q<Q_Н. Для уменьшения Q в этой области уменьшают ток возбуждения I_f. Однако длительная работа в этом режиме не целесообразна, т.к. при этом будет снижен КПД генератора. Поэтому такой режим применяют только в период максимума по активной нагрузке или при аварийном отключении части генераторов в системе, когда также может возникнуть дефицит генерируемой активной мощности в системе. Еще одним недостатком этого режима является снижение запаса статической устойчивости из-за уменьшения тока возбуждения.

2. Работа генератора с реактивной мощностью превышающей номинальную. При этом ток ротора должен быть ограничен номинальным током возбуждения I_fН, чтобы не перегреть ротор. Это соответствует области ограниченной линией AD. Эта линия представляет собой часть окружности радиуса с центром в точке H и лежит ниже линии, на которой полная мощность генератора равна номинальной. Таким образом, в этом режиме полная мощность генератора недоиспользована, а cosφ<cosφ_Н, т.к. приходится снижать активную мощность генератора. При низкой активной мощности генератор в этом режиме становится практически генератором реактивной мощности. Часто такой режим применяется для гидрогенераторов, когда в системе наблюдается дефицит реактивной мощности.

3. Работа генератора в режиме потребления реактивной мощности во время провала реактивной нагрузки в системе и невозможности кратковременных остановок генераторов. В этом случае часть генераторов потребляют избыток реактивной мощности в системе. В противном случае произойдет повышение напряжения в системе.

Первым недостатком этого режима является опасность перегрева элементов конструкции (турбо)генератора в торцевой зоне (бандажные кольца обмотки статора, части обмотки статора, крайних пакетов сердечника статора и торцевых щитов корпуса генератора), обусловленной повышенной индукцией в этой зоне в этом режиме. Чтобы снизить этот нагрев, приходится снижать активную мощность в этом режиме. Это отражено линией GG¹. С повышением потребления реактивной мощности существенным становится второй недостаток этого режима – снижение запаса статической устойчивости. С целью обеспечения необходимого запаса статической устойчивости необходимо по мере увеличения потребления Q в ещё большей мере уменьшать активную мощность. Это отражено линией G¹F.

Произведя штриховку ограничительных линий со стороны разрешенных режимов, получим область нормальных режимов генератора.