автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Крутильные колебания валопровода турбоагрегата, работающего на передачу постоянного тока

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫ* ТЕХНИЧЕСКИЙ ' УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 631.313.322 - 81.064.1.001.24

I

- ГРАБОВОКИЯ ВЛАДИМИР ПЕТРОВ'.«

КРУТИЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ВАЛОПРОВОДА ТУРБОАГРЕГАТА, РАБОТАЮЩЕГО НА ПЕРЕДАЧУ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Специальность - 05.14.02 - Электрические станции < электрическая часть ),сети,электроэнергетические системы и управление ими

Автореферат : диссертации'на соискание ученой степени

л

кандидата технических наук

«У

Санкт-Петербург - 1992

Работа выполнена на кафедра " Электрические станции " Павлодарского индустриального института

- . 1 ) Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Галишнинов Ю.П.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, -,

профессор Смоловик C.B.

' - кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Силаев В.Е.

Ведущая организация - ВНИИ электроэнергетики,

г. Москва

Защита .диссертации - состоится «ОЛТлЛк 992 Г.

в (О час, в ауд. 325 главного здания на 'заседании специализированного совета К 063.38.24 Санкт-Петербургского Государственного технического университете. Адрес: I9S25I, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29.

Отзыв на авторефёрат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря спецшшзированного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке униварсигета. ' ■ ' i л

Автореферат разослан v® ç£Mf7£ypJ 1992 г_

Ученый секретарь -специализированного совета, канд.техн.наук, доцент Тадкибаев А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современной электроэнергетике существует тенденция к возрастающему использованию в качестве мэжсистемных связей линий электропередачи и вставок постоянного тока (ГШ). Однако наряду с известным улучшенном физико - технических свойств электроэнергетических систем, оснащении ППТ,' возможно неблагоприятное взаимодействие последних с турбогенераторами электростанций. Наиболее значительное проявление такого взаимодействия состоит в возникновении высоких скручивающих усилий при крутильных колебаниях на подсинхронных частотах, которые испытывают валопровода генераторов. Известные случаи поломок валопроводов по причине возникновения таких колебаний требует летального их исследования.

Целью работы является исследование условий возникновения крутильных колебаний валопроводов турбоагрегатов, работающих на ППТ, при подсинхронном резонансе и в околорезонпн-сних режимах с учетом влияния параметров энергосистемы, турбогенераторов и ППТ путем математического моделирования.

Идея работы заключается в воспроизведении совокупности электромагнитных и механических переходных процессов при непосредственном моделировании резонансных и околорэзонанс-ных режимов турбоагрегатов, работающих на ППТ.

Научная новизна работа состоит в том, что впервые воспроизведены на ЭВМ реальные электромагнитные и механические переходные процессы в турбогенераторах, работающих на ППТ, в условиях подсинхронного резонанса при различных уставке мощности ППТ, ее удаленности от турбоагрегата, величине к виде возмущения, при изменении параметров систем управления и ре-

гулирования и учете механического затухания , демпфирующего эффекта массивного тела ротора и подключаемых ЛЭП переменного тока с определенном мгновенных значений токов статора и ротора турбогенератора, трансформаторов, электромагнитного и скручивающих моментов, постоянного тока, углов управления ШТ.

На защиту выносятся:

). Математическая модель электроэнергетической системы, содержащей турбогенератор, трансформаторы, ЛЭП переменного и постоянного тока, предназначенная для непосредственного воспроизведения электромагнитных и механических переходных процессов, возникакдих при сбросах нагрузки, а также при раз-ичш видах КЗ и их отключениях;

2. Результаты расчетов на ЭВМ в виде

- количественных данных, характеризующих условия возникновения крутильных колебаний при резонансе на всех под-синхронных частотах;

- количественных зависимостей параметров крутильных колебаний от нагрузки ППТ, ее удаленности от турооагрегата, Еаличил ы вида возмущений, настроек системы регулирования и управления ППТ, механического затухания, демпфирующего действия массивного тела ротора турбогенератора, мощности ЛЭП переменного тока ;

- показателей усталостной прочности валопровода при крутильных колебаниях в резонансных и околоризопансшх режимах;

3. Способ и устройство подавления крутильных колооаний с использованием гармоник тока возбуждения турбогенератора.

Практическая ценность работы заключается в создании

универсальной математической модели, предназначенной для использования в практике проектирования турбогенераторов, ППТ и систем их управления. Результаты расчетов в виде новых количественных зависимостей крутильных колебаний от различных факторов, условий их возникновения пригодны при совершенствовании ППТ и турбогенераторов. Устройство подавления крутильных колебаний валопроводов турбоагрегатов позволяет повысить эффективность и надежность электроэнергетических систем.

Реализация работы. Разработанная модель в виде пакета прикладных Фортран-программ для ЕС-1033 передана Казахскому отделению ВШИ и НИИ "Энергосетыгроект" для использования в проектных работах и научных исследованиях при создании электросетевих объектов в энергосистеме Казахстана.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на :

III Международном симпозиуме " Токи короткого замыкания в электроэнергетических системах" (ПНР, Лодзь, 1988 );

IX Всесоюзной научной конференции "Моделирование элект-' роэнергетических систем" (Рига, 1987);

Всесоюзной научно- технической конференции "Современные метода и средства быстродействующего преобразования режимных параметров энергосистемы" (Челябинск,(990):

Областной научно-практической конференции "Молодые ученые области - ускорению научно - технического прогресса " (Павлодар,1387).

По результатам выполненных исследований опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из

введения, четырех глав, заключения и приложений, содержит 103 с. текста, 45 рисунков, 12 таблиц, 6 с. приложений. Общий об'ем работы 166 с. Библиография охватывает 81 работу отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение .содержит обоснование актуальности исследования и краткую аннотацию работы.

В первой главе дан анализ литературы, посвященной исследованиям крутильных колебаний валопроводов турбоагрегатов. В работах Казовского Е.Я., Руоисовз Г.В. подробно изучены колебания, возникающие при КЗ вблизи выводов статора турбогенератора и их быстродействующих отключениях, в том числе при сохранении связи с энергосистемой. Интерес представляют также крутильные колебания, обусловленные неправильной настройкой АРВ генераторов, которые нашди отражение в работах Хуторвцкого P.M. и др. Наконец, крутильные колебания могут иметь место в результате взаимодействия турбогенератора с линией электропередачи постоянного тока, как показано работами Урусова И.Д., Смоловика C.B. и ряда зарубежных авторов. Следует отметить, однако,-что механизм взаимодействия турбогенератора с ППТ в них непосредственно но моделируется, резонансные явления на частотах крутильных колебаний, соответственно, не воспроизводятся, определены лишь .услоьия резонанса посредством вычисления либо собственных значений матрицы коэф&адиентов линеаризованных уравнений, описывающих турбогенератор и ППТ с системой управления последней, либо действительной части соответствующей передаточной функции. Полученные результаты носят по преимуществу чисто качостлон ■ ный характер. Анализом представлена, как правило, только

первая собственная частота, не исследованы околорезонансные режимы. Отсутствуют какие-либо оценки усталостной прочности валопроводов при крутильных колебаниях. Требует дополнительного рассмотрения вопрос, связанный с возможностями устранения этих колебаний.

Особая сложность моделирования крутильных колебаний состоит в том, что приходится рассматривать совместное функционирование вращающихся и статических устройств, существенно различающихся по своей структуре, физической природе и математическому описанию, в переходных электромагнитных и механических процессах, раздельное моделирование которых в данном случае неприемлемо. Проведенная оценка методов численного анализа переходных процессов в электроэнергетических системах с турбогенераторами, трансформаторами, линиями электропередачи переменного и постоянного■тока показала, что применение традиционного линейного, например, бц - преобразования координат едва ли целесообразно. Это связано с тем, что крутильные колебания валопроводов обусловлены, в частности, действием систем управления и регулирования ППТ, что предполагает в математическом описании наряду с дифференциальными уравнениями обязательное наличие логических функций, отражающих состояние дискретных элементов - управляемых вентилей. С учетом этого сделан вывод о предпочтительном использовании подхода с позиций собственных координат, разработанного Ю.П. Галишниковым. В этом случае не требуется перехода от одной системы координат к другой. Метод обеспечи-нчет единообразие математического описания турбогенераторов, грпнсформятороп, ППТ с воспроизведением реальных связей между ними.

Основными задачами настоящего исследования являются:

1. Разработка вопросов математического моделирования электроэнергетических систем, содержащих турбогенераторы, трансформаторы, преобразователи, линии электропередачи, включая

- развитие метода собственных координат путем его практического применения для цепей с перечисленными устройствами;

- адекватное воспроизведение систем управления и регулирования ППГ;

- моделирование водопровода турбоагрегата с точностью до пяти единичных масс с обязательным учетом механического затухания;

- разработку алгоритма и пакета Фортран-программ расчета на ЭВМ крутильных колебаний.

2. Анализ на ЭВМ условий возникновения крутильных колебаний, в том числе

- расчет собственных частот крутильных колебаний вало-провода турбоагрегата;

- исследование резонансных и околорозонансных режимов на всех подсинхронных частотах.

3. Анализ на ЭВМ влияния различных факторов на показатели крутильных колебаний:

- механического затухания, демпфирующего действия массивного тела ротора турбогенератора, мощности ЯЭП переменного тока;

удаленности турбогенератора от 1Т11Т, вида и пиличиш возмущения, уставки мощности ППТ, параметров систем управления и регулирования.

4. Определение усталостной прочности валопровода Турбо-• агрегата.

5. Разработка способа и устройства подавления подсинх-ронных крутильных колебаний с использованием гармоник тока возбуждения турбогенератора.

Во второй главе представлена математическая модель электроэнергетической системы с турбогенераторами, трансформаторами, ЛЗП переменного и постоянного тока для исследования электромеханических переходных процессов с учетом крутильных колебаний валопровода.

При моделировании электрической части рассматриваемой системы использован подход с позиций собственных ( фазовых ) координат, согласно которому первоначальное математическое описание отдельных устройств, входящих в рассматриваемую электрическую цепь, в виде юс элементарных аналогов сочетается с последующим использованием матриц инциденций для анализа поведения этих устройств в общей цепи. В данном случае • моделируемая цепь включает турбогенератор с блочным трансформатором,- трансформатор вентильного преобразователя, сам преобразователь, ЛЭП переменного и постоянного тока с нагрузкой на конце, иштируемой посредством противоЭДС.

В качестве элементарного аналога турбогенератора принята электрическая машина с соответствующим числом обмоток на . статоре и роторе, причем фазные обмотки, лежащие по одну сторону воздушного зазора, сохраняют взаимное пространственное расположение обмоток реальной'машины. Демпфирующее действие массивного ротора воспроизводится в машине-аналоге уквткшж'пшш обмотками. Цепь каждой из обмоток элементарная маиншн з.чмкнута в общем случае на источник напряжения.

Подобно турбогенератору, для первоначального описания двух-обмоточшго трехфазного трансформатора используется его элементарный аналог, параметры которого приняты независящими от магнитного насыщения. Элементарный аналог вентильного преобразователя ППТ представляет собой совокупность ветвей с активными сопротивлениями и индуктивностями, величины которых скачком изменяются в моменты изменения проводимостей соответствующих вентилей. Элементарный аналог линии электропередачи образуется из ветвей Т-образной схемы замещения участков линии, обладанда продольными активными сопротивлениям! и индуктивностями. Поперечные проводимости линии для упрощения анализа приняты равными нулю. Матрица индуктивное-тей полной элементарной цепи имеет вид:

'V =

(Ь.

г э'

Т1 э

1Ц2Э1

^э1

( 1 )

где И^Ь (:ьт1э3' [Ьтгэ]> ^э3, [1,лэ3 ~ квадратные матрицы индуктивностей элементарных аналогов турбогенератора, трансформаторов, вентильного преобразователя и линии электропередачи.

Соединение ветвей рассматриваемой цепи можду собой описывается матрицей инциденций второго рода, которая, как известно, определяет соотношение между токами иотвой зломен-тарной цегда и контурными токами интересующий нопи. Тогда матричное контурное дифференциальное уравнение; а форми Коши

п

приобретает вид:

рпкз = -[^г1 * ссикз + азу + рп^п * ta.jj.i3 , ( 2 >

где Ш^] и [1^] - столбцовые матрицы контурных напряжений токов;

—1

- квадратная обратная матрица контурных ин-дуктивностай;

Ш^З+рГЬ^З - квадратная комплексная матрица контурных активных сопротивлений и производных контурных индуктнвностей.

Поскольку возникновение резонанса на частотах крутильных колебаний обусловлено' действием системы регулирования и управления ПГГГ, в математическую модель она введена посредством передаточных функций с соответствующими коэффициентами и постоянными Бремени. Имеющееся в составе системы управления ПИТ устройство-формирования импульсов ( УФЙ ), в которое входят автономный генератор линейно-нарастающих сигналов, нулевой орган для сравнения этих сигналов с величиной угла управления и автоматического сброса сигнала до- нуля при их равенстве, датчик углов зажигания (ДУЗ) и фильтр низкой частоты ( ФОТ ), обеспечивает автоматическое слежение за фазой напряжения переменного тока на входе выпрямителя и, тем самым, обусловливает возможность резонанса, в том числе, на частотах крутильных колебаний. Соответственно, корректное воспроизведение УФИ является необходимым условием ' адекватности всей модели. С учетом этого ФНЧ смоделирован, аналогично пропорционально-интегральному регулятору тока, посредством передаточной функции с соответствующими постоянными

времени:

1 + Рт1

рТ.

в иной записи имеем:

VI =-1 (3 )

%1Ч = К1фШ 4 К2фШ * у ' ( 4 >

1

где К1фНЧ = - и К2фНЧ = — •

Учитывая, что Т1 << 1 и, следовательно, К,7фИЧ »К1фПЧ, далее рассмотрено влияние на амплитуду крутильных колоОаняй

гфнч' кфпч"

Механическая система валопровода турбоагрегата представлена как пятимэссовая. При необходимости учета ьозбуди-тэля для анализа крутилышх колебаний в шейке вала между ним и генератором вэлопровод может быть представлен в виде иести массовой системы.

Связь уравнений электромагнитных и механических переходных процессов осуществляется через электромагнитный момент генератора, который в размерных единицах выражается как

( 5 )

где Им - коэлергия магнитного поля машины;

а - угол между осью обмотки возбуждения и осью Фазы Л статора, характеризующий иоложншн двухполюсного ротора машины в произвольный момент.времени.

Согласно выражению (5 ), мгновенное значение момента трехфазной синхронной машины с однофазной обмоткой возбуждения и трехфазной демпферной обмоткой на роторе равно в o.e.:

2п

Изм = " WiV1!"1® " ib*If*sin<« - — > -4-П

- ic*lf*Sin(ot - —— ) + ia*Ia *Э1П(а)+

3 d

4п 2п + 1 *lh *Sin(a---) + 11 *Sln(a--) +

а О Л Т d ан О

2п

( 6 )

+ ib»ia^*Sin(c<--— ) + ib*ib*sin(a) +

4П 4П

t *Sin(« - -— ) + *sin(a---) +

D cd 3 c ad 3 .

+ i„*lh *Sln(a--) + «Sinai- ,

C Dd .3 0 cd

где Lad - индуктивность продольной реакции якоря, o.e.; ia, ijj, iQ - мгновенные значения фззннх токов статора, o.e.;

- мгновенное значение тока возбуждения, o.e.;

, 1), , i. - мгновенные значения токов демпфера, o.e. d d d

В третьей главе исследована на математической модели условия возникновения крутильных колебаний в резонансных и околорезонансных режимах.

Необходимое условие резонанса на частотах крутильных колебаний состоит в совпадении собственной частота ПГГГ с эдиой из ссосггошшх частот валопровода турбоагрегата. Лай-

денные уточненным расчетом значения собственных частот оказались для рассматриваемого водопровода равными х1=19,78 Гц; >-2=23,48 Гц; Хд=39,99 Гц; х^=4б,27 Гц, что хорошо согласуется с экспериментальными данными.

Собственные частоты передачи постоя;шого тока определяются значениями коэффициентов передаточных функций регулятора тока и фильтра, низкой частоты УФИ. Значениям собственных частот крутильных колебаний валопровода в порядке их возрастания соответствуют следующие значения этого коэффициента: 0,56; 0,62; 0,71; 0,88 o.e.

Однако простое совпадение частот является необходимым, но недостаточным условием возникновения нарастающих по амплитуде крутильных колебаний водопровода, что характерно для резонанса. Требуется, кроме этого, чтобы примыкающая энергосистема переменного тока была слабой или отсутствовала вовсе. Тогда в -переходных режимах становятся возможными колебания фазы напряжения поремегшого тока па входе выпрямителя н, как следствие, коммутирующих напряжений на вентилях, В результате из-за действия УФИ фактические значения углов зажигания вентилей отличаются от управляющего сигнала регулятора тока, воздействие на величину которого осуществляется чороз ФКЧ, причем значения коэффициентов передаточной фуккщш последнего определяют амплитуду я степень нарастания возникающих колебаний мощностей постоянного и переменного тока и, соответственно, крутильных колебаний валопровода.

При резонансном взаимодействии между турбоагрегатом и ППТ ( ЛЭП переменного тока отсутствует ), возникающем при сбросе нагрузки на 102, колебания носят нарастающий характер

( рис.1 ). Низкочастотная модуляция мощности постоянного тока, обусловленная действием регулятора тока и УФИ, вызывает, в свою очередь, модуляцию токов статора турбогенератора и зависящего от них электромагнитного момента. Последний, являясь входным воздействием для упругой механической системы валопровода, вызывает нарастающие колебания скручивающих моментов в его сечениях. Максимальные напряжения испытывает вюйка валопровода Г - 1ЩД1, Согласно расчетам, за время t = 0,55 С величина скручивающего момента здесь возрастает от 0,85 до 4,92 o.e. Уменьшение величины Кф^ Еизывает сшгаэшю амплитуд скручивающих моментов. При значениях этого коэффициента меньше 0,06 o.e. колебания порестоют носить нарастающий характер, а при значениях меньше 0,02 o.e. па возникают вовсе.

При резонансах на более высоких собственных частотах величины скручивающих моментов ниже ( рис.2 ).

Так как совпадение собственных частот ППТ и валопровода крайне редко, практический интерес представляют также околорезонансные резкими. Оказывается, что даже при заметном расхождении частот сохраняются нарастающие крутильные колебания в форме биений.

В четвертой главе исследовано влияние различных факторов на величины крутильных колебаний, произведен расчет усталостной прочности валопровода, предлокено устройство для подавления колебаний.

Выявлено, что снижение нагрузки ЛГГГ ведет к уменьшению амплитуд крутилышх колебаний, главным образом, из-за снижения постоянной составляющей электромагнитного момента. При уст.'-шко мощности )1ПТ менее Зи% Р колоблпия, возникающие

Резонанс на первой собственно'? частоте

лкшмт.удко-честотные хаоантеш1стики в а л о про п о да т vní с a m е га г а

Г / / У"- ЦН31 \

/ / / * Л \ / \ / \ ; s 1

/ / / / О \ 1 \ 1 \ 1 \

.........."■/" / / У г*/ / ЦСВ- USD \ V/ 1

s у \ / \ 1 s Ч-

JO

20

3D

4£> Г 4 50

5

lb

в результате резонансного взаимодействия между ППТ и турбогенератором на первой собственной частоте при сбросе нагрузки на 10%, не представляют опасности, так как скручивающие моменты не превышают номинальных величин. Аналогичный эффект может быть получен при наличии ЛЭП переменного тока между блочным трансформатором и ППТ с сопротивлением Хд=0,15 o.e. Снижение величины Кф^, а также рост собственной частоты ППТ увеличивает диапозон безопасных нагрузок и расстояний.

Установлено, что наиболее опасны относительно маловозмущенные режима. Когда величина сброса составляет 10-205, то амплитуда скручивающих моментов изменяются от 4,92 до 5,23 o.e. При большей величине сброса увеличения скручивающих моментов не происходит, так как прохождение тока ППТ через нуль резко сокращает продолжительность колебаний._

Из-за механического демпфирования через 0,5 С скручивающий момент уменьшается при прочих равных условиях на половину номинального момента.

Установлено, что при увеличении активного сопротивления демпферной обмотки турбогенератора ( R^ ) до пятикратного сохраняются нарастающие по амплитуде колебания- Дальнейшее увеличение Е^ нарастания колебаний не вызывает. Однако время колебаний тока ППТ до достижения новой уставки может бить довольно значительным. При увеличении Rü в V раз оно равно 0,23 С, и скручивагаадй момент в шейке валопровода Г - ЩЩ! достигает 2,3 o.a. Уменьшение КфНЧ снижает продолжительность и амплитуду колебаний.

Оценка влияния демпфирующего аффекта линий олоктропе -редачи переменного тока произведена как при нормальных коммутациях (сброс нагрузки), так и в аварийных режимах. Соот

ношение мощностей, передаваемых по ЛЭП переменного и постоянного тока (S~/S_), изменялось от О до 3. Величина скручивающего момента падает при этом ог 4,98 до 1,25 o.e. Для условий Экибастузского знергокомплекса при работа двух ГРЭС скручивающие моменты достигают величин, равных 2,2-2,5 o.a. С уменьшением Кф^ демпфирующее действие ЛЗП переменного тока усиливается. Для аварийных режимов ( КЗ и их отключения ) установлено, что при S~/S_ < 2 после отключения КЗ появляются нарястаювше колебания электромагнитного момента. Наибольшую опасность для валопровода представляет отключение КЗ с еосстзновлонирм нгггрл^зппд иа шинах. Амплитуда скручивающего момента в шейке Г-1Щ1 приближается при этом к предельно допустимой величине, равной восьмикратному номинальному моменту ( рис.3 ).

Для случая крутильных колебаний, вызванных сбросом нагрузки на 10«, оценка снижения запаса усталостной прочности валопровода показала, что нарастающие колебания на первой собственной частоте за время t = 0,5 С снижают его на 0,8%, а затухающие ( после срабатывания защита ШТГ ) - на 11,5% за время t = 10 С. Таким образом, 9 - кратное повторение такого режима приведет к нарушению механической прочности валопровода в шейке Г - 1ЩЦ1. С ростом собственной частоты, уменьшением уставки мощности Г1ПТ и при меньших КфНЧ снижение запаса прочности меньше.

Предложен способ защити от крутильных колебаний с использованием установленных моделированием количественных соотношений между модуляциями постоянного тока ППТ и гармониками тока возбуждения турбогенератора, амплитуда которых увеличиваются с ростом и падают с ростом собственной

частоты крутильных колебаний. С учетом легкодоступности гармоник тока возбуждения для контроля и измерения сделан вывод о целесообразности та использования в качестве входного сигнала для устройства подавления крутильнях, колебаний. Это достигается введением в цепь обмотки возбуждения блока выделения переменной составляющей (рис. 4). Выходная цепь этого блока подключается на вход узкополоснсго фильтра, настроенного на резонансную частоту крутильных колебаний. В случае наличия нарастающих по амплитуда колебаний, что контролируется посредством компаратора, сигнал с выхода последнего пс дается на вход системы учраплаьм выпрямителя, где он непосредственно воздействует на угол зажигания вентилей и, тем самим, на активную мощность выпрямителя с целью дешшфирова-ния крутильных колебаний.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработанная в развитие метода собственных координат математическая модель электроэнергетической системы с турбогенераторами, трансформаторами, линиями электропередачи переменного и постоянного тока, реализованная в виде пакета прикладных Фортран - программ для ЭВМ ЕС - 1033, позволяет непосредственно воспроизводить и исследовать электромагнитные и механические переходные процессы при резонансе и в околорезонаненпх режимах, возникающих как при нормальных коммутациях ( сброс нагрузки ), так и в аварийных реаяшах ( КЗ и их отключения ). Проверка адекватности математической модели произведена путем сопоставления результатов расчета на ЭВМ с нкснершенталышми датами. Погрешность не превышает в-и%.

¿. Сошаденио собственной чистоты ГШ, зависящей от во-

Устройство подавления крутильных кодебани;'-

Ь - обг/отка возбуждения гснератоса;

БВЬС - блок выделения пешли»»? № ста блик ген1

тока воэЗучдсния; Ф - узкополосный ^идьтк, настооеннк* на

резонансная* частоту; К - кокпапатпи;

- '^азосдвигвпаее устм^птво; СУ - системе управления ЬнТ; 11' - регулятор тока рыгшямитеяя 1Л;Т; УС - угщаьляпдая схекга. .

¡мс.4.

личины коэффициента регулятора тока, о одной из собственных частот валопровода является, как установлено, лишь необходимым условием возникновения резонансного взаимодействия между ПГРГ и турбогенератором. Непосредственное воспроизведение резонансных режимов позволило уточнить механизм и достаточное условие возникновения крутильных колебаний, которое заключается в возможности изменения фазы напряжения переменного тока.

3. Амплитуда и степень нарастания крутильных колебаний определяются величиной коэффициента передаточной функции фильтра низких частот ( К-ич Г«ап.симальные скручивающие моменты возникают при К^ = 0,16 - 0,20 o.e. При значениях

< 0,06 колебания перестают носить монотонно возрастающий характер, а при Кф^ < 0,02 o.e. - не возникают вообще. Это следует учитывать при проектировании систем управления ГОТ. С ростом собственной частоты крутильных колебаний величины скручивающих моментов снижаются. В околореэонансннх режимах при довольно заметном отклонении собственных частот ППТ от собственных частот валопровода ( до 10% ) сохраняются нарастающие по амплитуде крутильные колебания, приобретающие форму биений.

4. Наиболее опасны относительно маловозмущенные режимы ( сброс нагрузки на 10 - 20% ), когда скручивающие моменты в сечении Г - ЩЩ1 достигают величин, равных +,90 - 5,35 o.e. Большая величина сброса не дает увеличения скручивающих моментов в связи с резким сокращением продолжительности колебаний. Снижение нагрузки ППТ, как и удаление ее от турбоагрегата ведут к расширению области их безопасной работы. При уставке мощности ППТ менее 30% Р колебания на первой соб-

ственной частоте при сбросе нагрузки не представляют опасности, так как скручивающие моменты ввиду их малого начального значения не превышают номинальных величин. Это же'достигается при увеличении сопротивления линии между 'блочным трансформатором и трансформатором преобразовательной подстанции ППТ, Так, для ППТ с К^ = 0,12 o.e. оно должно бить равно 0,15; 0,13; 0,10 соответственно для первой, второй и третьей собственных .частот взлопровода. С уменьшением КфНЧ диапазон безопасных уставок и расстояний увеличивается.

5. Оценка демпфирующего действия линий электропередачи переменного тока показала, что при нормальных коммутациях (сброс нагрузки ППТ) сн»р;ение скручивающих , моментов при изменении S~/S_ от 0 до 3 составляет 3,5 раза. Для аварийного режима ( КЗ на шинах и его отключение ) установлено, что при S~/S_ < 2 после отключения КЗ появляются нарастающие колебания электромагнитного момента. Наибольшие нагрузки, способные привести к нарушению механической прочности взлопровода, возникают в результате резонансного взаимодействия между турбоагрегатом и ППТ при отключении КЗ с одновременным восстановлением напряжения на шинах.

6. Электромагнитное демпфирование, зависящее от актив-вного сопротивления демпферной обмотки, таково, что при увеличении этого сопротивления более чем в 5 раз нарастания колебаний постоянного тока на первой собственной частоте ьало-провода при сбросе нагрузки не происходит. При 10-кратном Hd время колебаний постоянного тока равно 0,18 С, и скручивающий момент достигает 1,99 o.e. Механическое демпфирование уменьшает скручивающий момент к моменту времени t = 0,5 О на величину, равную половине номинального момента. Тогда

один резонансный режим, возникающий при сбросе нагрузки на первой собственной частоте, снижает запас усталостной прочности валопровода на 11-12% с учетом нарастающих и затухающих крутильных колебаний. С.ростом собственной частоты ППТ, удаленности ее от турбоагрегата, уменьшениием нагрузки ППТ и увеличением мощности ЛЭП переменного тока снижение запаса прочности меньше.

7. Предложенное на основе анализа зависимости между низкочастотной модуляцией мощности ППТ, имеющей место при крутильных колебаниях валопровода лежащего гидроагрегата, и соответствующей гармоникой тока возбуждения турбогенератора устройство для подавления крутильных колебаний пригодно для повышения надежности и эффективности энергосистем, которые включают передачи постоянного тока.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Галишников В.П., Грабовский В.П. Математическое моделирование и анализ на ЦВМ электромеханических переходных процессов в турбогенераторах, работавших на • передачу постоянного тока. Рукопись депонирована в КвзНИШГГИ, N 1684, 24.11 -ST.

2. Грабовский В.П. Анализ на ЦВМ • режимов работы турбо-раторов, работающих на передачу постоянного тока. В кн.: Молодые ученые области - ускорению научно-технического прогресса и развитию техники. Тезисы докладов областной научно-практической конференции, Павлодар, 1987.

3. Галишников Ю.П., Грзбо-вскиЯ В.П. Математическое моделирование и анализ нп ЦВМ электромеханических переходных проиооеоп я турбогенпряторпх, работающих на передачу посто-. тшого тока. В кн.: Моделирование электроэнергетических сис-

тем. IK Всесоюзная научная конференция, Тезисы докладов, Рига, 1987.

4. Грабовский В.П., Сергиенко Л.С. 00 одном способе расчета собственных крутильных колебаний валопровода мощного турбогенератора. В кн.: Совершенствование технологических процессов на предприятиях Павлодар-Экибастузского региона. Тезисы научно-технической конференции, Павлодар, 1988.

5. Галшников Ю.П., Грабовский В.П. Математическое моделирование электромагнитных переходных процессов при коротких замыканиях в электроэнергетической системе, работающей на линию электропередачи постоянного тока. В кн. : Токи короткого замыкания электроэнергетических системах. Труды Ш-го Международного Симпозиума. ПНР, Лодзь, 1988.

6. Галишннков В.П., Грабовский В.П. Крутильные колебания валопровода турбогенератора в условиях субсинхронного резонанса И управление ими, В кн.Современные методы и средства быстродействующего преобразования режимных параметров энергосистем. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции, Челябинск, 1990.

7. Галшников Ю.П., Грабовский В.П. Крутильные колебания валопровода турбоагрегата, работающего на линию электропередачи аостоянного тока, при подсинхронном резонансе и в околорвзонансных режимах- - Электротехника, 1992 (в печати).

8. Гелишников Ю.Й., Грабовский В.П. Устройство для подавления крутильных колебаний синхронной машины. A.C. N Б.И., 1991 (положительное решение).

Подписано К печатиТираж IU' окр.

Заказ М-! Босплятпо

Отпечатано на ротапринте СП61 ТУ

195251, Санкт-Петер(1ург, Политехнически/' у;;., -V