Динамическая устойчивость синхронных машин

В заключение данной главы остановимся на динамической устойчивости синхронных машин при внезапных нарушениях режима. Под внезапными нарушениями режима следует понимать различные виды коротких замыканий в сети, отключения части генераторов станции с значительным набросом мощности на оставшиеся в работе машины, сбросы мощности, вызванные отключением мощных узлов нагрузок, и пр. Резкие нарушения режима сопровождаются значительными колебаниями напряжения и частоты, а соответственно и изменением скорости вращения машин, что вызывает переходные механические и электрические процессы как в машинах, так и в элементах сетей.
В энергетической системе чрезвычайно важно обеспечить сохранение динамической устойчивости генераторов и станций после ликвидации аварийного режима, так как только при этом обеспечивается надежность энергоснабжения потребителей.
В первый момент короткого замыкания вблизи выводов обмотки статора токи увеличиваются в несколько раз по сравнению с токами нормального режима за счет резкого уменьшения реактивности синхронной машины от значения синхронного реактивного сопротивления до значения переходного сопротивления
Вследствие магнитной связи ротора и статора в обмотке возбуждения машины наводятся свободные переходные токи, компенсирующие изменение продольной реакции статора в первый момент короткого замыкания, в результате чего магнитный поток в воздушном зазоре остается неизменным (если пренебречь рассеянием). С течением времени свободные токи, наведенные в обмотке возбуждения, затухают и магнитный поток в воздушном зазоре уменьшается, так как реакция статора размагничивает машину.
Короткое замыкание в первый момент оказывает тормозящее действие на вал турбогенератора, обусловленное значительными потерями мощности от токов короткого замыкания в активных сопротивлениях цепи статора, переменным электромагнитным моментом вращения на валу и потерями мощности в контурах ротора от апериодической составляющей тока статора. Дополнительное тормозное действие на вал агрегата оказывает увеличение тока в обмотке возбуждения генератора и увеличение электромагнитного тормозного момента на валу возбудителя, если он расположен на валу турбогенератора.
Следует отметить, что данное положение не всегда четко понимается отдельными работниками эксплуатации, полагающими, что трехфазное короткое замыкание на выводах генератора всегда приводит к разгрузке машины. В действительности, как показали расчеты, эквивалентная нагрузка генератора при трехфазном коротком замыкании на его выводах может быть в 2 раза больше его номинальной нагрузки.
В первый момент переходного процесса при коротком замыкании генератор сохраняет значительную величину предела передаваемой мощности, так как э. д. с. за переходным сопротивлением сохраняет еще неизменное значение, а величина, С затуханием свободных токов в обмотке возбуждения и увеличением размагничивающего действия реакции статора величина э. д. с. генератора за переходным сопротивлением снижается и предел максимальной передаваемой мощности при отсутствии АРВ уменьшается.
При отключении короткого замыкания за счет действия знакопеременных моментов скорость вращения ротора турбогенератора может оказаться большей скорости вращения, соответствующей частоте сети, и на валу турбогенератора возникает асинхронный электромагнитный момент, обусловленный параметрами машины и реактивностью связи ее с системой. Чем больше асинхронный момент при малых скольжениях, тем быстрее успокаиваются колебания ротора и генератор втягивается в синхронизм. Асинхронный момент турбогенераторов имеет благоприятную характеристику и в энергосистемах, где тепловые станции соединены между собой Линиями малой протяженности, случаи нарушения динамической устойчивости очень редки.