ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМОВ В СЕТЯХ С РЕЗКОПЕРЕМЕННОЙ НАГРУЗКОЙ ПРИ НАЛИЧИИ ОБЪЕКТОВ МАЛОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Тарасов В.М.¹, Газизова О.В.², Малафеев А.В.³, Кондрашова Ю.Н.⁴

¹ Кандидат технических наук, ² Доцент, кандидат технических наук, Магнитогорский государственный технический университет, ³ Доцент, кандидат технических наук, Магнитогорский государственный технический университет, ⁴ Доцент, кандидат технических наук, Магнитогорский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМОВ В СЕТЯХ С РЕЗКОПЕРЕМЕННОЙ НАГРУЗКОЙ ПРИ НАЛИЧИИ ОБЪЕКТОВ МАЛОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Аннотация

Для повышения надежности электроснабжения промышленные предприятия сооружают собственные электростанции, в том числе с газотурбинными, газопоршневыми и парогазовыми установками. При наличии электрически близкой резкопеременной нагрузки это приводит к качаниям роторов генераторов. В работе приведены рекомендации по выбору первичного двигателя синхронных генераторов при их подключении в узлах с резкопеременной нагрузкой.

Ключевые слова: синхронный генератор, переменная нагрузка, устойчивость.

Tarasov V.М.¹, Gazizova О.V.², Мalafeev А.V.³, Kondrashova Y.N.⁴

¹PhD in Engineering, ²associate professor, PhD in Engineering, Magnitogorsk state technical university, ³associate professor, PhD in Engineering, Magnitogorsk state technical university, ⁴associate professor, PhD in Engineering, Magnitogorsk state technical university

RESEARCH OF OPERATIONAL TRANSITIONAL MODES IN NETWORKS WITH VARIABLE  LOADING IN THE PRESENCE OF OBJECTS OF THE SMALL-SCALE POWER GENERATION

Abstract

For increase of reliability of power supply the industrial enterprises construct own power plants, including with gas-turbine, gas-piston and steam-gas installations. In the presence of electrically close variable loading it leads to swings of rotors of generators. In work recommendations about a choice of primary engine of synchronous generators are provided at their connection in knots with variable loading.

Keywords: synchronous generator, variable loading, stability.

Одной из основных тенденций современной промышленной энергетики является увеличение доли собственных генераторов промышленных предприятий, имеющих первичные двигатели различного рода. Наибольшее распространение находят газотурбинные электростанции (ГТЭС), порогазовые (ПГУ) и газопоршневые (ГПУ) установки.

Рассмотрим, как влияет наличие резкопеременной нагрузки на устойчивость работы генераторов, подключённых в непосредственной электрической близости к ней.

Методика расчета переходных электромеханических процессов изложена в [1], [2], [3]. Расчет переходных режимов ведется методом последовательного эквавалентирования в сочетании с методом последовательных интервалов. Разработанный алгоритм расчета электромеханических переходных режимов реализован в программном комплексе «КАТРАН» и на начальных этапах разработка описан в работах [4], [5].

Исследования велись на примере листопрокатного цеха, схема электроснабжения которого приведена на рис. 1. Через сдвоенные реакторы к шинам 10 кВ подключены генераторы, исследование устойчивости которых производится. С помощью разработанного программного комплекса «КАТРАН» были произведены расчеты электромеханических переходных режимов.

 

Рис. 1 - Схема электроснабжения листопрокатного цеха с генераторами

Колебания напряжения, вызванные работой резкопеременной нагрузки, приводят к изменениям углов роторов синхронных генераторов, приводимых газовыми турбинами (рис. 2).

 

Рис. 2 - Изменения угла ротора синхронного генератора

 

Абсолютное изменение значения угла ротора составило 2,92 эл. град. Данное изменение угла ротора вызывает изменение вырабатываемой генератором активной мощности. На ее отклонение реагирует автоматический регулятор скорости, приводящий к изменениям механической мощности на валу генератора. Графики активной и механической мощностей представлены на рис. 3 – 4.

Рис. 3. График изменения активной мощности синхронного генератора

Рис.4. Изменение механической мощности синхронного генератора

 

Так как колебания угла ротора и активной мощности происходят с высокой частотой, автоматический регулятор скорости не успевает полностью отрабатывать, поэтому изменения механической мощности не настолько значительны по сравнению с изменениями активной мощности.

С целью разработки рекомендаций по выбору объектов малой энергетики с наибольшей устойчивостью, в данной работе проведено исследование электромеханических переходных режимов при подключении к шинам исследуемой подстанции ПГУ и ГПУ. На рис. 5 приведен график изменения угла ротора генератора ПТУ.

 

Рис. 5. Изменения угла ротора генератора ПТУ

На рис. 6 приведен график изменения угла ротора генератора в составе ГПУ.

Рис. 6. Изменения угла ротора генератора в составе ГПУ

 

Как видно из графиков изменения углов роторов генераторов в составе различных установок, ПТУ обладает большей динамической устойчивостью при наличии резкопеременной нагрузки с малой электрической удаленностью. Таким образом, к установке рекомендуются синхронные генераторы, приводимые паровыми турбинами.

Литература

1. Игуменщев В.А. Расчет динамических характеристик синхронных и асинхронных двигателей промышленных предприятий с целью анализа устойчивости систем электроснабжения / В.А. Игуменщев, А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Ротанова // Вестник магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2006. - № 2. – С. 71-75.
2. Заславец Б.И. Анализ переходных процессов в системах электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями в режимах выхода на раздельную работу после короткого замыкания / Б.И. Заславец, В.А. Игуменщев, Н.А. Николаев, А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Ротанова // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2009. - № 1. – С. 60-65.
3. Заславец Б.И. Представление машин переменного тока в расчетах динамической устойчивости систем электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями / Б.И. Заславец, В.А. Игуменщев, А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Ротанова // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика – 2008. - № 11 (111). – С. 3-8.
4. Буланова О.В. Управление режимами промышленных электростанций при выходе на раздельную работу: дис. канд. техн. наук. – Магнитогорск, 2007. – 175 с.
5. Ротанова Ю.Н. Повышение устойчивости системы электроснабжения промышленного предприятия с собственными электростанциями при коротких замыканиях: дис. канд. техн. наук  – Магнитогорск, 2008. – 174 с.