Введение к работе
Актуальность работы. Современная тенденция развития энергетики состоит в отрешении к сбалансированности энергорайонов, повыиении лздедассти энергоснабжения потребителей. Важное место в стратегии развития .электроэнергетики занимают проблемы повышения управляемости, устойчивости, рационального резервирования возбуждения генераторов. Одним из эффективных средств ревения ->'гих проблем является применение турбогенераторов асинхрокиаированного (АС-) типа Эффективность применения АС-турбогенераторов подтверждается опытом успешной эксплуатации в систем* "Львовэнерго" (Бурштынокая ГРЭС) сначала (с 1985г.) опытно-промьшлеиного, а с 1991 г. и головного образца серии турбогенераторов типа АСТГ-200-2УЗ мощностью 200 МВт. На основании решения HTG Минэнерго СССР (N 96 от 21.12.83) разработана "Концепция применения асинх-ронизированных турбогенераторов в ЕЭС СССР". Реализуется Отраслевая научно-техническая программа ОНТП 0.03, пп. 06.01.08, 06.01.09, предусматриваквдя развитие этого направления.
>АС-турбогенераторы типа АСТГ-200 обладает рядом важных свойств: етроким диапазоном регамов по реактивной мощности, повышенной статической и динамической устойчивостью, высокой степенью кивучести. Эти полокительнь'с качества обусловлены, прежде всего, наличием двух ортогональных обмстск возбуждения (ОВ), позволяющих осуществлять эффективное управление генератором. В последнее вреь'я сильны тенденции к упрощению конструкции турбогенераторов при дальнейшем повышении их эксплуатационной надежности, к созданию турбогенераторов больших мощностей с полностью воздушным охлаждением. В турбогенераторах АС-типа ато возможно обеспечить за счет отказа от использоаания установквсихся режимов работы со сколькением ротора и, вследствие этого, некоторого упрощения структуры системы возбуждения. йзвые перспективы в созданий АС-турбогенераторов открывает переход к кососимметричным структурам 03 - возможность повышения единичной мощтости. упрощение системы охлаждения. С другой стороны, реализация таких
- 4 -структур порождает новые научно-технические задачи. Попытка, предпринятая фирмой Parsons (Англия) Солее десяти лет назад, по реализации турбогенератора такого типа мощностью 500 МВт (ОВ под углом 60 эл. град) не была завершена. Вместе с тем, расчеты НЮ "Электротяжмаш" показали, что на основе современных, технологий реализация генераторов с тосооимметричными ОВ вполне достижима В настоящее время на разных этапах находится процесс создания турбогенераторов с использованием косоеимметричных структур ОВ, в их числе: АС-турбогенератор типа АСТГ-800 (с полностью водяным охлаждением), турбогенератор типа ТАП-220 (с полностью воздушным охлаждением), АС-турбогенератор типа ТЗВА-320 (с полностью водяным охлаждением). Работы выполняют ряд организаций: ЛПЭО "Электросила", НПО, "Электротяжмаш", ВНИИЭ, НПО "Уралзлектротяжмаш", Украинский институт "Энергосетьпроект" и др.
Целью работы является исследование установившихся и переходных режимов АС-турбогенераторов, создаваемых с применением кососимметричной структуры ОВ, и разработка на этой основе структуры управления и рекомендаций по ведении режимов.
Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:
разработка математической модели АС-турбогенератора с ко-сосимметричными ОВ;
оценка и анализ статической устойчивости;
оценка и анализ динамической устойчивости;
оценка областей допустимых установившихся режимов работы (ОДР);
исследование анормальных и аварийных режимов;'
разработка рекомендаций по структуре управления;
разработка рекомендаций по ведению режимов.
Методы исследования. Исследования проводились:
методами математического моделирования на основе численного решения дифференциальных-уравнений;
графоаналитическими . методами с использованием диаграмм режимов и векторных диаграмм.
К защите представляется:
1. Математическая модель ЛС-турбогенератора с кососим-
- 5 -матричной системой обмоток возбуждения, отличаюи^яся наличием эквивалентных параметров СВ и дополнительного уравнения для симметрирующей обмотки.
-
Результаты анализа статической и динамической устойчивости в зависимости от угла сдвига ОБ и с учетом симметрирующей обмотки.
-
Реаультаты исследования аварийных режимов при отказах в системах воэбуядения и регулирования.
-
Рекомендации по закону управления и структуре автоматического регулятора воаОуздания.
-
М?тоды обеспечения асинхронных неуправляемых режимов для ЛОтуроогенераторов с кососимметричнши OR
6. Алгоритмы ведения режимов.
Научная новизна; ,
-
Разработана математическая модель АС-турбогенератора с кососимметричной системой обмоток возбуждения на основе дифференциальных уравнений Парка-Горева с применением' эквивалентных параметров ортогональных обмоток возбуждения.
-
Показано, что статическая устойчивость АОтурбогене-раторов с кососимметричной систешй обмоток возбуждения обеспечивается по всей области допустимых по току статора режимов работы при единой оптимальной настройке коэффициентов АРВ для углов сдвига обмоток в диапазоне ст 30 эл. град, до 90 эл. град.
-
Определено, что величина угла сдвига обмоток возбуждения, при которой обеспечивается практически одинаковый уровень динамической устойчивости во всем рабочем диапазоне режимов, находится в диапазоне от 60 эл. град, до 90 эл. град.
-
Разработаны закон управления и структура автоматического регулятора возбуждения для АС-турбогенератора с ко-сосимметричными ов, реализующего дополнительное координатное преобразование из ортогональной системы координат в кососчм-метричную.
-
гькагано. что возможно обеспечить удовлетворительные параметры асинхронного неуправляемого режима работы АС-турбогенератора с кососимметричной системой обмоток возбуждения при угле между ними 60 эл. град, применением дополнительной
- 6 -короткоэамкнутой симметрирующей обмотки! Практическая ценность.
1. Разработанная математическая модель дает возможность исследовать установившиеся и. переходные режимы для любых типов АС-турбогенераторов с кососимметричной структурой обмоток возбуждения.
-
Предложенные закон управления и структура АРВ использованы при создании АРВ для АС-турбогенераторов с косо-симметричными структурами ОВ типа АСТГ-800 и ТАЛ-220.
-
Разработанные методы анализа позволяют проводить оценку режимов работы турбогенераторов с различной степенью пространственной несимметрии обмоток возбуждения.
-
Рекомендации по ведению режимов АС-турбогенераторов на электростанции позволяют эффективно использовать преимущества турбогенераторов этого типа
Внедрение результатов работы,
-
Результаты исследований характеристик и ОДР АС-турбогенератора с кососимметричными обмотками возбуждения использованы в техническом проекте АС-турбогенератора'типа АСТГ-800-2УЗ. выполненном НПО "Электротяжмаш" совместно с ВНИИЭ, в том числе учтены рекомендации по структуре системы ОЕ
-
Предложенные меры по обеспечении неуправляемых асинхронных режимов реализованы НПО "Уралэлектротяжмаш" в системе возбуждения типа СТНР-275-8250-2УХЛ4.
.' 3. Закон управления И структура'АРВ реализованы в разработанных ВНИИЭ совместно с НПО "Уралэлектротяжмаш" автомагических регуляторах возбуждения типа АРВ-АС-К, АРВ-АС-Ж 4. Результаты расчетов режимов работы турбогенератора АСТГ-800 использованы Украинским институтом "Энергосетьпро-ект" для оценки технико-экономических показателей и масштабов применения АС:турбогенераторов типа АОТГ-800 в ЕЗС страна
б. Математическая модель АС-турбогенератора с кососим-метричными ОВ положена в. основу теоретических исследований при выполнении технического проекта турбогенератора повышенной управляемости типа ТАП-220-2УЗ НПО ''Электротяжмаш", а также использована во ВНИИЭ.гри разработке комплекса прик-
- 7 -ладных программ для расчета устойчивости энергосистем ДИСКУ. Комплекс ДИСКУ используется отделениями ЕГЛИ и НИИ "Энерго-сетьпроект" для расчета режимов слогаых энергосистем.
Апробация работы.
По материалам диссертации сделаны доклады и сообщения: на 4 Республиканской научно-технической конференции "Современные проблемы энергетики" (Киев, октябрь 1385 г.), на XI 1,1 научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ЕЧИИЭ (Москва, октябрь 1988 г.), на Всесоюзном научно-техническом совещании "Вопросы проектирования, исследования и проиаводствз мощнмх турбо-, ' гидрогенераторов и крупных электрических машин" (.ііечинград, декабрь 1988 г.), на Республиканской научно-технической коніеренции "Перспективы развития электромашиностроения на Украине" (Харьков, 1988 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы электромеханики" (Москва, декабрь 1989 г.), на Всесоюзной конференций "Математическое моделирование в' энергетике. ЭНМО-90" (Киев, октябрь 1990 г.), на Международной конференции "International Conference on the Evolution and Modern Aspects of Synchronous Mashines" (Щорнх, П&ейцария, август 1991 г.), на заседании секши научно-технического Совета ВНИИЭ (Москва, январь 1993 г.)
Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертации, опубликованы в 12 печатных работах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Содержит 110 страниц основного текста, 49 рисунков. 3 таблицы, включает список использованной литературы из 176 наименований и 2 приложения.
