Применения электрического торможения генераторов для повышения устойчивости.
Динамическую устойчивость генераторов при КЗ можно повысить резко увеличив их электрическую мощность в переходном режиме. Это делается путём кратковременного автоматического включения в цепь генераторов специальных нагрузочных активных сопротивлений(НАС), увеличивающих тормозной электромагнитный момент.
Нагрузочные сопротивления можно включать последовательно и параллельно.
Схема последовательного включения:
В этом случае оно включено последовательно в нейтраль или на входе генераторов, в нормальном режиме они закорачиваются спец. выключателями. При КЗ выключатели отключаются и НАС оказывается включенными в цепь генераторов. Повышается электрическая мощность генератора за счёт протекания в НАС токов КЗ. После отключения КЗ ток в обмотке статора генератора уменьшается, снижается тормозящее воздействие нагрузочных сопротивлений. Поскольку включать НАС во время КЗ при малых временах его отключения невозможно, то эффективно включение активных сопротивлений параллельно генераторам или повышающим тр-рам электростанций.
Схема параллельного включения:
Здесь активные сопротивления нагружают генератор после отключения КЗ.
Рассмотрим переходной процесс при электрическом торможении генератора.
Характеристика мощности без нагрузочного сопротивления:
Из хар-ки видно, что происходит нарушение динамической устойчивости, т.к. площадка торможения меньше площадки ускорения.
Характеристика мощности при включении нагрузочных сопротивлений:
В случае с НАС, переходной процесс протекает вначале аналогично, но в момент отключения КЗ включается нагрузочное сопротивление выключателем В. Электрическая мощность генератора резко увеличивается. Мощность турбины остаётся неизменной, площадка торможения увеличивается, динамическая устойчивость системы обеспечивается.
Анализ: при большом времени включенного состояния нагрузочных сопротивлений нарушение устойчивости может произойти после их отключений, во втором цикле качаний, вследствие перетормаживания генераторов. Это недостаток.
Электрическое торможение так же можно применять для демпфирования качаний в переходных процессах энергосистем. Для этого многократно кратковременно включается нагрузочное сопротивление в соответствующий момент переходного режима.
Разработаны два типа нагрузочных сопротивлений в виде нихромовых резисторов, помещенных в фарфоровые кожухи , залитые маслом, а так же бетэловые. Для получения необходимого сопротивления и потребляемой энергии сопротивления собираются в последовательно-параллельные цепочки. Эти устройства большие и дорогостоящие. В основном устройства электрического торможения используются на гидростанциях.
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Источник
Способ электрического торможения синхронного генератора
Владельцы патента RU 2676754:
Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в электроэнергетических системах, системах электроснабжения, электрических сетях для сохранения динамической устойчивости синхронных машин и электрических станций. Технический результат заключается в повышении эффективности электрического торможения синхронного генератора. Способ электрического торможения синхронного генератора заключается в том, что тормозной резистор подключают при возникновении аварийных ускоряющих небалансов мощности синхронного генератора, в котором синхронный генератор отключают от сети при подключении тормозного резистора, а включают в сеть при выполнении условий синхронизации, а именно при скольжении и разности углов синхронизируемых напряжений менее допустимых значений, с одновременным отключением тормозного резистора. 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в электроэнергетических системах, системах электроснабжения, электрических сетях для сохранения динамической устойчивости синхронных генераторов и электрических станций.
Известен способ электрического торможения синхронного генератора (авторское свидетельство СССР №900365, М. Кл 3 . Н02J 3/24, 1982) путем подключения к нему с началом паузы автоматического повторного включения тормозных резисторов, мощность которых определяют в зависимости от предаварийной мощности генератора и тяжести аварии, и отключения тормозных резисторов при достижении скольжением синхронного генератора отрицательного значения, в котором с целью повышения качества переходного процесса, при достижении скольжением отрицательного значения отключают часть тормозных резисторов, мощность которых выбрана в пределах 30-80% мощности подключенных резисторов, а оставшуюся часть резисторов отключают одновременно с окончанием паузы автоматического повторного включения.
Указанный способ обладает следующими недостатками: мощность тормозных резисторов не остается постоянной, но варьируется дискретно в конкретной аварии в зависимости от предаварийной мощности генератора и тяжести аварии; мощность тормозных резисторов разбивается на части, и оставшуюся часть резисторов отключают одновременно с окончанием паузы автоматического повторного включения. Эти недостатки усложняют и удорожают установку и схему управления ею, не обеспечиваются минимальное скольжение и разность углов между синхронизируемыми напряжениями на момент повторного включения, предел по динамической устойчивости не достигает предела по статической устойчивости.
Кроме того, известен способ электрического торможения синхронного генератора путем параллельного включения тормозных резисторов (Кощеев Л.А. Автоматическое противоаварийное управление в электроэнергетических системах. Ленинградское отделение Энергоатомиздата. 191065 Ленинград, Д-65, Марсово поле, I. Типография ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 195220 Ленинград, К-220, Гжатская ул., 21., Стр. 55-63), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в подключении тормозных резисторов к шинам отдельных генераторов или к высоковольтным шинам электростанции при коротком замыкании с последующим их отключением в определенный момент времени, который зависит от начальных условий и изменения режимных параметров (электрической мощности, угла, скорости его изменения и др.)
Указанный способ обладает следующим недостатком при затяжных коротких замыканиях (например, при работе устройства резервирования отказа выключателя) угол δ может достичь величин, не позволяющих предотвратить выпадение генераторов из синхронизма, что приводит к недостаточно эффективному торможению. Кроме того, существует вероятность выпадения из синхронизма в первом или втором цикле качаний.
Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является повышение эффективности электрического торможения синхронного генератора.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе, заключающемся в том, что тормозной резистор подключают при возникновении аварийных ускоряющих небалансов мощности синхронного генератора, в котором синхронный генератор отключают от сети при подключении тормозного резистора, а включают в сеть при выполнении условий синхронизации, а именно при скольжении и разности углов синхронизируемых напряжений менее допустимых значений, с одновременным отключением тормозного резистора.
На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ — схема электрической сети с синхронным генератором СГ, включенным в сеть на параллельную работу с другими синхронными генераторами энергосистемы.
Устройство (схема) электрической сети содержит СГ (1), шины СГ (2), устройство синхронизации УС (3), шины подключения СГ к сети (4), выключатель В1 (5), выключатель В2 (6), существующая релейная защита РЗ (7), тормозной резистор TP (8).
К шинам (2) СГ через выключатель (6) В2 подключен TP (8), который устраняет небалансы активной мощности СМ при аварии. Выключатель В1 (5) отключает СГ от сети и включает ее в сеть. УС (3) измеряет взаимный угол и скольжение между шинами (2) и (4) и дает команду на включение В1 (5) и отключения В2 (6) при выполнении условий синхронизации. Команды на включение выключателя 6 (В2) и отключение выключателя 5 (В1) при возникновении аварии поступают от существующей РЗ (7).
Способ осуществляется следующим образом. Аварию, которая может привести к нарушению динамической устойчивости СГ (1), фиксирует существующая РЗ (7) и дает команды на отключение В1 (5) и включение В2 (6). В1 (5) отключает СГ (1) от сети, что устраняет зависимость текущей мощности TP (8) от вида аварии, уровня напряжения в сети при аварии и повышает эффективность действия TP (8). Так как СГ (1) на время торможения отключен от шин сети (4), то асинхронного хода между шинами (2) и (4) не возникает и нет взаимного влияния напряжений указанных шин. В момент снижения взаимных скольжения и угла между шинами (2) и узлом (4) до значений уставок отключается выключатель В2 (6) и включается выключатель В1 (5). Таким образом, выполняется точная синхронизация СГ (1) с минимальными возмущениями, что позволяет существенно повысить доаварийную активную мощность СГ (1), довести ее до предела по статической устойчивости, отказаться от дополнительного сетевого строительства, вызванного необходимостью выполнения нормативов по сохранению динамической устойчивости.
Таким образом, в отличие от прототипа, предлагаемый способ решает задачу (получает технический результат) повышения эффективности электрического торможения синхронного генератора, за счет того что синхронный генератор отключают от сети при подключении тормозного резистора, а включают в сеть при выполнении условий синхронизации, а именно при скольжении и разности углов синхронизируемых напряжений менее допустимых значений, с одновременным отключением тормозного резистора, что приводит к устранению влияния на успешность электрического торможения синхронного генератора таких факторов как длительность короткого замыкания, интенсивность изменения угла δ, изменения напряжения на шинах генератора после включения тормозного резистора.
Способ электрического торможения синхронного генератора, заключающийся в том, что тормозной резистор подключают при возникновении аварийных ускоряющих небалансов мощности синхронного генератора, отличающийся тем, что синхронный генератор отключают от сети при подключении тормозного резистора, а включают в сеть при выполнении условий синхронизации, а именно при скольжении и разности углов синхронизируемых напряжений менее допустимых значений, с одновременным отключением тормозного резистора.
Источник
§37. Электрическое торможение
Для торможения подвижного состава тяговые двигатели переводятся в генераторный режим, при котором они создают тормозной момент. В зависимости от условий, при которых требуется осуществлять торможение, генератор может отдавать электрическую энергию в сеть или гасить ее в реостате. В первом случае торможение называется рекуперативным, во втором — реостатным. На э. п. с. применяют как рекуперативное, так и реостатное торможение. Рекуперативное торможение с энергетической точки зрения является наиболее выгодным, так как отданная в сеть электрическая энергия полезно используется другими электровозами или электропоездами. На тепловозах применять рекуперативное торможение нельзя, так как отсутствует приемник электрической энергии. Реостатное торможение может быть использовано, если оборудовать тепловозы реостатами для гашения электрической энергии.
Преимуществом электрического торможения является значительно меньшая склонность колес к заклиниванию (юзу) при больших значениях тормозной силы, чем при механическом торможении, и способность к самозащите колес от юза. В этом случае юз, как правило, проявляется в форме частичного проскальзывания колес по рельсу без резкой потери сцепления, как это имеет место при механическом торможении.
Рекуперативное торможение. В режим рекуперативного торможения можно перевести только электродвигатели с независимым, параллельным и смешанным возбуждением. В электродвигателе с независимым (параллельным) возбуждением при уменьшении нагрузочного момента Мвн, например при переходе локомотива с подъема на площадку, частота вращения якоря возрастает, при этом увеличивается индуцированная в нем э. д. с, уменьшается ток и создаваемый двигателем электромагнитный момент. При Мвн = 0 частота вращения возрастает до значения n0 (частота вращения при холостом ходе).
Если пренебречь трением и внутренними потерями в машине, то при холостом ходе э. д. с. электродвигателя становится равной напряжению сети, а ток и развиваемый двигателем электромагнитный момент оказывается равным нулю. (В действительности при холостом ходе двигатель потребляет из сети некоторый ток, необходимый для компенсации внутренних потерь мощности в машине.) При изменении направления нагрузочного момента (например, при переходе локомотива на спуск) частота вращения якоря становится
Рис. 141. Механическая характеристика электродвигателя с независимым (параллельным) возбуждением в двигательном режиме и при рекуперативном торможении
больше n0, э. д. с.— больше напряжения сети, ток и вращающий момент изменяют свое направление и машина переходит из двигательного режима в генераторный (рис. 141). При этом электромагнитный момент направлен против вращения якоря, а выработанная генератором электрическая энергия отдается в сеть.
Таким образом, двигатель с независимым (параллельным) возбуждением при изменении направления Мвн, т. е. при возрастании частоты вращения более n0, автоматически переходит в режим рекуперативного торможения.
Двигатель с последовательным возбуждением не может быть переведен в режим рекуперативного торможения, так как при уменьшении внешней нагрузки, т. е. вращающего момента двигателя, частота вращения возрастает и он идет вразнос. Следовательно, не представляется возможным изменить направление вращающего момента двигателя и перейти через промежуточный режим холостого хода, что необходимо для перевода его с двигательного в генераторный режим. Поэтому для осуществления рекуперативного торможения обмотку возбуждения такого электродвигателя необходимо переключить на независимое питание от специального электромашинного или полупроводникового возбудителя. При таком переключении электродвигатель начинает работать как генератор с независимым возбуждением.
Генераторы с независимым возбуждением работают вполне надежно и устойчиво. Однако они имеют пологую внешнюю характеристику (см. рис. 121,б) и поэтому непригодны для рекуперативного торможения в условиях тяговых сетей, напряжение которых сильно изменяется. При неизбежных колебаниях напряжения в контактной сети ток такого генератора и создаваемый им тормозной момент очень резко изменяются, что не дает возможности обеспечить надежное торможение поезда. Для того чтобы генератор был малочувствителен к колебаниям напряжения в контактной сети, необходимо придать его внешней характеристике крутопадающий характер, как это имеет место у генератора со смешанным возбуждением при встречном включении обмоток возбуждения (встречно-смешанное возбуждение). Для этого можно питать обмотку возбуждения тягового двигателя в режиме рекуперативного торможения от возбудителя со встречно-смешанным возбуждением или включить в цепь возбудителя так называемый стабилизирующий резистор. Благодаря этим мероприятиям ток, отдаваемый в контактную сеть тяговым двигателем, который работает в генераторном режиме, сохраняется примерно постоянным. Такими способами стабилизируют (поддерживают постоянным) этот ток.
При использовании возбудителя со встречно-смешанным возбуждением (рис. 142, а) уменьшение напряжения в контактной сети и возрастание в связи с этим тока рекуперации Iя, отдаваемого тяговым двигателем, работающим в генераторном режиме, вызовут размагничивание возбудителя и снижение его напряжения, а следовательно, и магнитного потока обмотки возбуждения двигателя. В результате этого э. д. с. тягового двигателя, работающего в генераторном режиме, будет снижаться и ток рекуперации не будет испытывать сильных колебаний. То же самое будет происходить и при увеличении напряжения в контактной сети.
При использовании стабилизирующего резистора его включают в цепь возбудителя так, что по нему, кроме тока возбуждения Iв, проходит и ток обмотки якоря Iя тягового двигателя, работающего в генераторном режиме (рис. 142,б). При уменьшении напряжения в контактной сети возрастут ток рекуперации Iя, отдаваемый тяговым двигателем, и падение напряжения ?U в стабилизирующем резисторе 7. Так как падение напряжения ?U в контуре «стабилизирующий резистор — обмотка якоря возбудителя» действует против напряжения возбудителя Uв, его увеличение приведет к уменьшению тока Iв, поступающего в обмотку возбуждения тягового двигателя, и снижению создаваемой в нем э. д. с. В результате будет иметь место такой же стабилизирующий эффект, как и при возбудителе со встречно-смешанным возбуждением.
Применять рекуперативное торможение для остановки поезда нельзя. Получение от двигателя, работающего в генераторном режиме на контактную сеть, необходимой э. д. с. потребовало бы при низких частотах вращения очень сильного увеличения его магнитного потока и тока, отдаваемого возбудителем. Поэтому рекуперативное торможение может применяться только до некоторой минимальной частоты вращения nmin.
Рис. 142. Схемы включения тягового двигателя при рекуперативном торможении: 1 — якорь тягового двигателя; 2—обмотка возбуждения; 3— регулировочный реостат; 4— обмотка независимого возбуждения возбудителя; 5 — якорь возбудителя; 6 — последовательная обмотка возбуждения возбудителя; 7 — стабилизирующий резистор
Рис. 143. Схемы перехода из двигательного режима (а) в режим реостатного торможения с переключением обмотки возбуждения (б) или обмотки якоря (в)
Если электродвигатель в режиме рекуперативного торможения отдает энергию не непосредственно в сеть, а через какой-либо преобразователь, то путем уменьшения напряжения, подаваемого от преобразователя на обмотку якоря двигателя, можно существенно уменьшить nmin.
Реостатное торможение. При реостатном торможении тяговые двигатели работают как генераторы с последовательным возбуждением и включаются на тормозные резисторы, в которых электрическая энергия, выработанная генератором во время торможения поезда, превращается в тепловую. В качестве тормозных резисторов используют обычно те же реостаты, что и при пуске двигателя. Реостатное торможение может применяться как при высоких, так и при низких частотах вращения, так как напряжение генератора в этом случае не связано с напряжением сети и может быть установлено таким, какое необходимо для получения требуемой тормозной силы. Для перехода на реостатное торможение двигателя с последовательным возбуждением необходимо отключить его от контактной сети, переключить концы обмотки якоря или обмотки возбуждения двигателя и подключить к обмотке якоря резистор (рис. 143).
Как известно, при переходе машины из двигательного режима в генераторный ток Iя в обмотке якоря изменяет свое направление. Если не переключить концы обмотки якоря или обмотки возбуждения, то при изменении направления тока произошло бы размагничивание машины (исчезновение в ней остаточного магнетизма) и она не смогла бы начать работать в качестве генератора последовательного возбуждения. При переключении направление тока в обмотке возбуждения в генераторном режиме остается таким же, как и при двигательном, благодаря чему обеспечивается самовозбуждение машины за счет остаточного магнетизма.
При уменьшении частоты вращения тягового двигателя в процессе реостатного торможения будет уменьшаться создаваемое им напряжение, а следовательно, ток Iя и развиваемый им тормозной момент (тормозная сила). Чтобы поддержать тормозную силу на определенном уровне по мере уменьшения частоты вращения, не-
Рис. 144. Параллельное включение двух тяговых двигателей с последовательным возбуждением при реостатном торможении
обходимо постепенно уменьшать сопротивление тормозного резистора.
Применять реостатное торможение для остановки поезда нельзя, так как при малых частотах вращения тягового двигателя, работающего в генераторном режиме, резко уменьшаются его э. д. с. Е, ток Iя и электромагнитный тормозной момент. Поэтому окончательная остановка поезда производится в таких случаях механическим тормозом.
Тяговые двигатели локомотивов и электропоездов при реостатном торможении включаются только параллельно. При включении двигателей последовательно суммарное их напряжение могло бы достичь больших значений, что недопустимо для нормальной работы электрического оборудования. Однако параллельно включенные генераторы с последовательным возбуждением не в состоянии работать устойчиво, т. е. поддерживать постоянство своих токов и э. д. с.
Например, если по какой-то причине увеличится ток I1 (рис. 144, а) в одном из параллельно включенных тяговых двигателей, работающих в генераторном режиме, это вызовет увеличение его э.д.с. Е1. Одновременно уменьшатся ток I2 и э.д.с. Е2 второго двигателя. Этот процесс продолжается до тех пор, пока ток I2 не упадет до нуля, после чего он изменит свое направление. При этом изменится полярность второй машины и вместо параллельного включения двух генераторов образуется замкнутый контур, в который оба генератора будут включены последовательно без какого-либо внешнего сопротивления (рис. 144,б). Такое включение генераторов представляет собой, по сути дела, их короткое замыкание, поэтому по замкнутому контуру начнет проходить большой ток Iк.
Для получения устойчивой работы нескольких параллельно соединенных генераторов обмотки возбуждения их включают с перекрещиванием (рис. 144, в). В этом случае ток первого генератора проходит через обмотку возбуждения второго генератора и наоборот. Поэтому всякое случайное возрастание тока в цепи одного из генераторов вызовет усиление магнитного потока, а следовательно, и э. д. с. во втором генераторе, что обеспечивает автоматическое выравнивание э. д.с. и токов этих генераторов.
Источник