CC BY
65
УДК 621.313.322-049.7 (575.3) ББК З261.621-016 (5Тад)
Х.Н. РАСУЛЗОДА, В.А. ЩЕДРИН
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
В ОБМОТКЕ РОТОРА ГИДРОГЕНЕРАТОРА ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ В СИСТЕМЕ С УЧЕТОМ ДЕЙСТВИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ
Ключевые слова: моделирование, синхронный генератор, автоматическое регулирование возбуждения сильного действия, переходные процессы, короткое замыкание, МайаЬ/ВтиПпк.
В настоящее время исследование режимов работы синхронного генератора параллельно с энергосистемой и повышение их устойчивости являются актуальной задачей. Эффективным средством повышения устойчивости гидрогенераторов служит автоматическое регулирование возбуждения. При расчетах и анализе нормальных установившиеся и переходных режимов электрических систем широко применяется среда моделирования МЛТЬЛВ/8тм1тк. Благодаря её возможностям (существующей базе, блокам и моделям), а также с помощью описания элементов управления представляется возможным провести анализ режима работы синхронного гидрогенератора в энергосистеме в условиях различных коротких замыканий с учетом автоматического регулирования возбуждения сильного действия. В статье приведены результаты исследования переходных процессов в обмотке ротора гидрогенератора Нурекской ГЭС. Полученные результаты позволяют провести сравнение переходных процессов в роторе и влияния автоматического регулирования возбуждения сильного действия при различных коротких замыканиях.
Современная электроэнергетическая система представляет собой сложную структуру с постоянно изменяющимися параметрами в нормальных и анормальных режимах (напряжение, ток, генерирующая и потребляемая мощность в узлах системы). Строительство новых мощных гидроэлектростанций в энергосистеме Республики Таджикистан, например Рогунской ГЭС мощностью 3600 МВт, приводит к увеличению перетоков мощности и росту уровня токов короткого замыкания (КЗ) в системе, что предъявляет жесткие требования к сохранению устойчивости синхронных генераторов (СГ) в нормальных и аварийных режимах.
Мощным средством сохранения устойчивости СГ является применение автоматического управления и регулирования возбуждения в роторе генераторов [1, 2]. Основным назначением автоматического регулирования возбуждения сильного действия (АРВ-СД) при нарушениях нормального режима, сопровождающихся понижением напряжения и увеличением тока, является быстрое и значительное увеличение (форсировка) возбуждения генераторов до наибольшего значения, которое обеспечивается и допускается системой возбуждения [3].
В данной статье на примере анализа функционирования блока Нурекской ГЭС поставлена задача по определению значений токов в обмотке ротора при различных повреждениях на линии электропередачи. На Нурекской ГЭС установлено три объединенных энергоблока (на напряжении 500 кВ) и три энергоблока (на напряжении 220 кВ) синхронных генераторов серии ВГСВФ
940/235-30 мощностью 335 МВт (394 МВА) каждый. В полюсах ротора смонтированы демпферные обмотки.
Нами исследован режим работы одного СГ, работающего на сеть через повышающий трансформатор ТЦ-400000/500-73 У1 и двухцепную линию 500 кВ на систему неограниченной мощности. Принципиальная схема соединения элементов рассматриваемой энергосистемы приведена на рис. 1.
Г Ur Т ВЛ 4
|АРВ-СДН Р°
Рис. 1. Электрическая схема соединения элементов энергосистемы Параметры электрооборудования энергосистемы приведены в табл. 1-4.
Таблица 1
Параметры гидрогенератора
Тип S, МВА P, МВт ином, кВ xd'', о.е. xd', о.е. xd, о.е. xq'', о. е. xq, о.е. Td', с Td'', с Tqo'', с TJ, с
ВГСВФ 940/235-30 394 335 15,75 0,24 0,366 1,31 0,234 0,845 1,01 0,109 0,1 2,66
Таблица 2
Параметры двухобмоточного трансформатора
Тип S Иом! МВА Uном, кВ Uk, % 1хх, % АРк, кВт АРх, кВт Айх, кВар Схема, группы соединений R, о.е. L, о.е. Rm, о.е. Lm, о.е.
ВН НН
ТЦ-400000/ 500-73 У1 400 525 15,75 13,1 0,45 863 366 1800 У0/Д-11 1,08х10-3 0,0655 1094,5 226,9
Таблица 3
Параметры линии электропередачи
Марка провода Число проводов в фазе г0, Ом/км x0, Ом/км Й0 10-6, См/км Длина ЛЭП-1,2, км
AC0-400 3 0,024 0,298 3,76 114,9/110,9
Таблица 4
Параметры системы
Напряжение, кВ 500
Мощность трехфазного КЗ, кВА 12х106
Отношение Х/R 40
Режим нейтрали У0
Расчет параметров двухобмоточного трансформатора выполнен в соответствии с рекомендациями [4].
Исследуется режим работы генератора при трехфазном и двухфазном коротком замыкании в точке К] и определяются переходные токи в обмотке
-си-
возбуждения ротора генератора при этих повреждениях с учетом АРВ-СД. Для этой цели построена расчетная модель исследуемой системы в среде МаАаЬ^шиПпк (рис. 2), а также модель системы возбуждения в соответствии со стандартом СТО 59012820.29.160.20.001-20121.
-л
5250004 Ойёд.
Рис. 2. Расчетная модель энергосистемы в среде МаАаЬ / ЗшиНпк
Система возбуждения (СВ) гидрогенераторов Нурекской ГЭС выполнена по схеме самовозбуждения с сериесным вольтодобавочным трансформатором и АРВ-СД. Регулятор сильного действия регулирует величину отклонения напряжения и реактивного тока статора, а также производную напряжения генератора, производную тока ротора, отклонение частоты, производную частоты. Параметры настройки АРВ-СД исследуемой модели приведены в табл. 5 [5-8].
Таблица 5
Параметры настройки АРВ-СД
Тип СВ Тип АРВ Коэ< >фициемты тсв, с тарв, с ^Apbmax, ед.ном.воз. ^apbrnix, ед.ном.воз.
KU K1U K1If KF K1F
е.в.н./ е.н.с. е.в.н./ е.н.с./с е.в.н./ е.т.р./с е.в.н./ Гц е.в.н./ Гц/с
Тиристорная АРВ-СД 50 4,7 0,7 2,0 3,1 0,03 0,04 6 -6
При коротких замыканиях ток в обмотке возбуждения увеличивается вследствие действия АРВ-СД, следовательно, любые изменения в роторе сопровождаются изменениями в статоре. На рис. 3 приведены осциллограммы тока ротора при трехфазном и двухфазном (фазы А - В) КЗ в конце линии (точка К1, рис. 1), длительность которого составляет 0,2 с. Одновременно с КЗ происходит и отключение одной цепи поврежденного участка линии.
Процесс нарастания и затухания токов при переходных процессах в зависимости от вида повреждения будет протекать по-разному. В начальной стадии процесса КЗ действие АРВ-СД не очень заметно, такой процесс имеет место в обмотке возбуждения, так как обмотка возбуждения имеет большую
1 СТО 59012820.29.160.20.001-2012. Стандарт организации. Требования к системам возбуждения и автоматическим регуляторам возбуждения сильного действия синхронных генераторов. М., 2012. URL: http://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/standards/STO_ES_AER_SA.pdf.
Е>->
К измерительным! | Bus'9'
I.OTBpu 36.67dBg.
Системы возбуждения
Стлема аоэбуждеми! ГЭС Г"
гг
АРС-Щс PID-cc
АРВ-СД ^стандарт») | АРВ-СД СТО Ml 2 Г
U
: I \ ■
с°Т'Ч I-I—-1
Трансформатор Шина №2
500(15.75«В
Измерительные приборы
Э-фазныйКЗ-2
Bj И \Ь
NU I*
индуктивность, увеличение значения тока отстает от изменений напряжения возбуждения. Затем в течение некоторого отрезка времени оно проявляется все интенсивнее, стремясь к нормальному поддержанию напряжения на шине генератора. На рис. 4 приведены изменения напряжения возбуждения при вышеуказанных условиях.
1 .... 1
1 111 1111 11Ш 1
1 111 III 1 III III V----
9.9 10 10 1 10.2 103 104 10.3
а
Рис. 3. Кривые изменения тока в обмотке возбуждения при двухфазном (а) и трехфазном КЗ (б)
а
в В
-
/
-
- N.
х- I 1
б
Рис. 4. Кривые изменения напряжения возбуждения при двухфазном (а) и трехфазном КЗ (б)
На рис. 5 приведены амплитудные значения напряжения на шине генератора.
vlO4
б
Рис. 5. Изменение амплитудного значения напряжения на шине генератора при двухфазном (а) и трехфазном (б) КЗ
Из проведенного исследования следует, что при наличии АРВ-СД затухание свободных токов, возникших в обмотке возбуждения при трехфазном и двухфазном КЗ, компенсируется увеличением напряжения от действия АРВ-СД. Из графиков видно резкое отличие токов ротора при трехфазном и двухфазном КЗ, причем при несимметричном КЗ возникают колебания тока ротора и высшие гармоники, состав которых требует специального рассмотрения. Анализируя значение напряжения на шине генератора при КЗ, можно заметить значительное понижение напряжения на шине генератора при трехфазном КЗ (рис. 5, б) по сравнению с аналогом при двухфазном КЗ (рис. 5, а). Режим поддержания напряжения на заданном уровне возможен до тех пор, пока значение тока ротора находится в допустимых пределах.
Литература
1. Беркович М.А., Комаров А.Н., Семенов В.А. Основы автоматики энергосистем. М.: Энергоиздат, 1981. 432 с.
2. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М.: Высш. шк., 1985. 536 с.
3. Глебов И.А. Электромагнитные процессы систем возбуждения синхронных машин. Л.: Наука. Ленингр. отд-ние 1987. 344 с.
4. Гуревич Ю.Е., Либова Л.Е., Окин А.А. Расчеты устойчивости и противоаварийной автоматики в энергосистемах. М.: Энергоатомиздат, 1990. 390 с.
5. Новаш И.В., Румянцев Ю.В. Расчет параметров модели трехфазного трансформатора из библиотеки МайаЪ/БгтиНпк с учетом насыщения магнитопровода // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2015. Вып. 1. С. 12-24.
6. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.; Л.: Энергия, 1964. 704 с.
7. Черных И.В. 81МЦЪШК: среда создания инженерных приложений. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. 496 с.
8. Шойко В.П. Автоматическое регулирование в электрических системах. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2012. 195 с.
РАСУЛЗОДА ХУСРАВ НАЗИР - аспирант кафедры электроснабжения промышленных предприятий имени А.А. Федорова, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (khusrav313233@mail.ru).
ЩЕДРИН ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ - кандидат технических наук, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий имени А.А. Федорова, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (chedrin@chuvsu.ru).
Kh. RASULZODA, V. SHCHEDRIN STUDIES OF TRANSIENTS IN ROTOR WINDING OF HYDROGENERATOR WITH VARIOUS SHORT CIRCUITS IN SYSTEM TAKING INTO ACCOUNT ACTIONS OF AEC Key words: simulation, synchronous generator, automatic excitation control of strong-action, transients, short circuit, Matlab/Simulink.
Currently, the study of synchronous generator operating modes in parallel with the energy system and increasing their sustainability is an important task. An effective means of increasing the stability of hydrogenerators is automatic excitation control of strong-action. For calculating and analyzing normal steady-state and transient modes of electrical systems, the Matlab/Simulink simulation environment is widely used. Due to the capabilities of the existing database, blocks and its models, as well as using the description of control elements, it is possible to analyze the operation mode of a synchronous hydrogenerator in the power system under conditions of various short circuits, taking into account the effect of automatic excitation control of strong-action. The article presents the results of the study of transients in the rotor winding of the hydrogenerator of the Nurek HPP. The results obtained allow us to compare the transient processes in the rotor and the action of the automatic excitation control of strong-action for various short-circuits.
References
1. Berkovich M.A., Komarov A.N., Semenov V.A. Osnovy avtomatiki energosistem [Fundamentals of power systems automation]. Moscow, Energoizdat Publ., 1981, 432 p.
2. Venikov V.A. Perekhodnye elektromekhanicheskie protsessy v elektricheskikh sistemakh Transient electromechanical processes in electrical systems]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1985, 536 p.
3. Glebov I.A. Elektromagnitnye protsessy sistem vozbuzhdeniya sinkhronnykh mashin [Electromagnetic processes of excitation systems of synchronous machines]. Leningrad, Nauka Publ., 1987, 344 p.
4. Gurevich Yu.E., Libova L.E., Okin A.A. Raschety ustoichivosti iprotivoavariinoi avtomatiki v energosi-stemakh [Calculations of stability and emergency control in power systems]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1990, 390 p.
5. Novash I.V., Rumyantsev Yu.V. Raschet parametrov modeli trekhfaznogo transformatora iz bibilioteki Matlab/Simulink s uchetom nasyshcheniya magnitoprovoda [Calculation of the parameters of the model of a three-phase transformer from the Matlab / Simulink library based on the saturation of the magnetic core]. Energetika. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii i energeticheskikh
ob"edinenii SNG [Energy. News of higher educational institutions and energy associations of the CIS], 2015, iss. 1, pp. 12-24.
6. Ul'yanov S.A. Elektromagnitnye perekhodnye protsessy v elektricheskikh sistemakh [Electromagnetic transients in electrical systems]. Moscow, Leningrad, Energiya Publ., 1964, 704 p.
7. Chernykh I.V. SIMULINK: sreda sozdaniya inzhenernykh prilozhenii [SIMULINK: engineering application creation environment]. Moscow, DIALOG-MIFI Publ., 2003, 496 p.
8. Shoiko V.P. Avtomaticheskoe regulirovanie v elektricheskikh sistemakh [Automatic control in electrical systems]. Novosibirsk, 2012, 195 p.
RASULZODA KHUSRAV NAZIR - Post-Graduate Student of Industrial Enterprises Power Supply Department, Chuvash State University, Russia, Cheboksary (khusrav313233@mail.ru).
SHCHEDRIN VLADIMIR - Candidate of Technical Sciences, Professor of Industrial Enterprises Power Supply Department, Chuvash State University, Russia, Cheboksary (chedrin@chuvsu. ru).
Формат цитирования: Расулзода Х.Н., Щедрин В.А. Исследование переходных процессов в обмотке ротора гидрогенератора при коротких замыканиях в системе с учетом действия автоматического регулирования возбуждения // Вестник Чувашского университета. - 2019. -№ 1. - С. 112-118.
