автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Разработка методики расчета и способ устранения крутильных колебаний валопроводов крупных турбогенераторов работающих на преобразовательна...

ГУСЕЙНОВ НАТИК МОБИЛ оглы

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА И СПО' УСТРАНЕНИЯ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБ*-БАЛОПРОВОДОВ КРУПНЫХ ТУРБОГЕН' РАБОТАЮЩИХ НА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНА

Специальность 05.14.02 — Электрическ (электрическая часть), сети и электроэнч системы и управление ими

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степей* кандидата технических наук

Баку — 1894

Ведущее предприятие — институт «Энергосетъпроект» г. Москва.

на заседании специализированного совета Н. 004.26.01 при Азербайджанском научно-исследовательском институте энергетики по адресу: 370602, г. Баку, ул. Зардаби, 94.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим присылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря

специализированного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АзНИИЭ.

Автореферат разослан « 19д4 г.

Защита состоится

1994 г. в /У

часов

Учений секретарь V > у

специализированного совета,

кандидат технических наук, с. н.сА. И. БАИРАМОВ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы! Среди многообразных средств и методов повышения устойчивости и пропускной способности электрических систем (ЭС) важное значение имеют электропередачи и вставки постоянного тока (ППТ и ВПТ), применяемые в качестве управляемых ыежсистеыных связей (ВПТ) и при передаче электроэнергии от удаленных мощных электростанций к системе (ППТ).

Имея определенные преимущества перед электропередачами переменного тока, ППТ и ВПТ присущи и некоторые недостатки. Как показал опыт эксплуатации ППТ и ВПТ за рубежом, в случае электрической близости нахоздения электростанций существует опасность возникновения крутильных колебаний ыезду отдельными частями турбоагрегата, приводящая в некоторых случаях к поломке валопровода машины.

Возникновения этих неблагоприятнее явлений способствовало еще и то обстоятельство, что форсированна мокрости современных турбогенераторов, достигнутое за счет применения новых методов охлаждения и более теплостойкой !1золя!Г.'.-1, тмело своим следствием повышение не только электромагнитного использования активных материалов, но и существенное пошкекае ыехгяических нагрузок, отражающихся на прочности и несущей способности конструкции машина. Одной кз наиболее нагруженных в механическом отношен!-.:; частей оказывается при это« валопровод агрегата.

С ростом единичных мопц-юстей современных турбогенераторов увеличивается и длина его валопровода, который с имевшимися на нем генератором, возбудителем н турбдааш представляет собой механическую систему, способгуэ к пзагадшм колебаниям составляющих её инерционных масс.

Собственные частоты этой енгтеш гасксят о? гегтяоет:: салоа турбоагрегата и ннерций соответствуо^х масс и не превышай? син-хрошуо частоту ( Ю » 40 Гц).

При исследовении статической устойчивости турбогенераторы представляотся одной инерционной масеой. Такая модель не позволяет в полной мере учитывать колебательные процессы системы валопровода. ,

В ранее выполненных работах, посвященных вопросам устойчивости энергосистем, содерзащих ППТ или ВПТ, цельо исследований ставили «иалиэ устойчивости самой ППТ. В такой постановка иссле-

довония ограничивались рассмотрением процессов в самой Ш1Т без учета влияния последнего на устойчивость примыкающих энергосистем. При этом исследования устойчивости выполнялись в схеме, где примыкающие к ППТ энергосистемы замещались некоторыми эквивалентами э.д.с., приложенными за эквивалентными сопротивлениями систем. Такая постановка правомерна при сравнительно малой мощности ППТ, когда можно считать, что процессы в примыкающих энергосистемах не зависят от процессов в ППТ, либо на этапе исследования системы регулирования мощных ШТ и ВШ'.

Для комплексного исследования статической устойчивости энергосистем с Ш'Г и ВПТ, включающего и исследование возможного влияния ГШ'Г (ВИТ) на устойчивость примыкающих ЭС, требуется достаточно подробное математическое описание процессов в примыкающих X. Так для анализа условий возникновения и определения способов устранения опасных крутильных колебаний валопрозодов турбогенераторов необходимо учитывать процессы в самой машине с учетом резо иансных свойств многомассового турбоагрегата.

Целые работы является разработка методики и алгоритма расчета крутильных колебаний водопроводов крупных турбогенераторов, работающих на ППТ и ШТ и определение эффективных способов их устранения.

Для достижения этой цели.в работе поставлены и решаются следующие задачи:

"I. Разработать методик, алгоритм и программу расчета для анализа статической устойчивости передающей электростанции, связанной с системой переменного тока через преобразовательную подстанцию передачи или вставки постоянного тока, при . учете крутильных колебаний валопровода турбоагрегата.

2. Провести анализ статической устойчивости ЭС с ППТ, определить параметры крутильных колебаний и выявить наиболее опасные форш крутильных колебаний.

3. Определить влияше основных параметров механической системы, режима работы ППТ и сети переменного тока на уровень демпфируемое™ крутнльнах колебаний.

.4. Исследовать возможные способы устранения влияния крутильных колебаний на устойчивость электромеханической системы и определить наиболее эффегггивный способ устранения этих колебаний.

Научная новизна. Разработаны методика и алгоритм анализа статической устойчивости ЭС, содержащей ШТ или ВПТ, позволяющие

определять параметры крутильных колебаний валопроводов ТА, и предложены новые эффективные способы устранения.этих колебаний.

Основные положения,выносимые на защиту:

- алгоритм формирования математической модели ЭС для исследования статической устойчивости с учетом крутильных колебажй валопровода ТА;

- методика улучшения уровня демпфирования крутильных колебаний валопровода путем изменения параметров механической части ТА;

- показана эффективность использования АРВ специального типа для устранения крутильных колебаний, позволяющего существенно расширить область устойчивых режимов ЭС»

- для устранения неустойчивости ЭС, вызванной крутильными колебаниями, предлагается методика ограничения угла зажигания выпрямителя сверху и ноеый алгоритм управления ППТ и ВПТ.

Практическая ценность. Разработанные методы реализованы в ввде программы на языке Фортран-)!/ для ЕС ЭВЫ а могут быть использованы научно-исследовательскими, проектными и эксплуатационными организацияш для исследования статической устойчивости ЭС, содержащих ППТ и ВПТ, с учетом крутильных колебаний валопроводов турбоагрегатов.

Реализация -работы. Результаты диссертационной работы в виде программы расчета на ЕС ЭВМ переданы в ВЭИ им. В.И. Ленина и ПО Азэнерго, о чем имеются соответствующие акты внедрения.

Апробация работа. Результаты диссертационной работы доклады*. вались и обсуждались на Всесоюзном научно-техническом совещании "Вопросы устойчивости и надежности энергосистем СССР." (г. Душанбе, 1989 г.), совместной конференции молодых ученых-специалистов, проведенной ЭНИН'и ВТИ (г. Косква, 1989 г.), научно-технических семинарах кафедры ЭЭС ИЭИ и в ВЭИ ш. В.И. Легаша.

Публикации. По теме диссертационной'работы опубликовано Т^ОУ печатные работы.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержит 123 страншщ основного текста, 38 рисунков, 4 таблицы, список использовшшой литературы из 66 наименований.

СОДЕЙШЩ РАБОТЫ

В введении показана актуальность разработки методики анализа статической устойчивости содерзащих Ш1Т и ВИГ ЭС, позволяющей исследовать процессы не только в ШТ, ко и в самих примыкающих ЗС, в той числе и крутильные колебания валопроводов турбогенераторов.

В первой главе изложена физическая сущность явления крутильного взаимодействия меду отдельными частями турбоагрегата (ТА), а также рассмотрены преимущества к недостатки существующих методов исследования и способов устранения крутильных колебаний. Дан анализ условий работы ЭС, при которых возможно появление крутильных колебаний: .

1. при сложных анормальных режимах эксплуатации крупных турбогенераторов, состоящих из рада последовательных режимов: короткие замыкания, отключение к.з>< автоматическое повторное включение, и

»•д.; . ■

2. при работе крупных турбогенераторов в сети с емкостной компенсацией;

3. при рабоге щ/лных турбогенераторов на электропередачу или вставку постоянного тока.

Обоснован выбор методики исследования устойчивости на основе представления математической модели элементов ЭС в форме уравнений состояния, позволяющий определить полный спектр свободных колебаний в ЭС. Преимуществом данного подхода анализа устойчивости является возможность определения характера нарушения устойчивости и параметров малых колебаний режимных переменных (коэффициент затухания и собственная частота). Зная частоту свободных колебаний, при которой имеет место нарушение устойчивости, с достаточной вероятностью можно определить тот или иной элемент системы, с функционированием и параметрами которого связана неустойчивость. Это обстоятельство имеет важное значение при выборе мероприятий для устранения неустойчивости, в том числе и опасных крутильных колебаний.

Обоснован выбор способа вычисления сооственных значений характеристической матрицы рутеы предварительного вычисления методом Данилевского коэффициентов характеристического полинома и последующем определении корней этого полинома методом Берстоу.

Во второй главе выбрана схема исследуемой ЭС (рис. I) и разработан алгоритм построения математической модели её элементов в форме уравнений состояния.

Математическая модель турбоагрегата представлена в обобщенном виде системой водопровода с п -им числом инерционных масс (рис. 2), какими могут являться сам генератор, возбудитель, цилиндры турбины еысоного, среднего и низкого давления.

Уравнения, описывающие колебательные процессы в такой системе валопровода, имеют следующий вид:

Тзг-л&г -¿Л J)ríu {áSz-áéi) -л4; +

*

(üS¿ -íS¿.¡) * H¿,¿.r(á8í-a8í*) - A Mi

Ъь-дАп + Ъвл-^п + (¿¿П -л Л-// <£> "¿Л-Л -'¿Ми

где' - момента инерции г -ой части валопровода; п.- об-

г.ее число вгэдсляешх масс; . ¿/с, ' , и)/ц - ЕфуташЕге кест-хости и коэффициента демпфирования ^учасггов 'водопровода { Н -г:;е-тсрезисный, В - от внешнего трения, асинхронного хода и вихревых токов); сГУ - угол закрупивакня »' -ой массы; Мс ~ внеетее воз!.!ущеш!е,

Синхронный генератор в расчетах представлен урап!е:п!/пл1 Парка-Горег:а пятого порядка. Для ЛРВ сильного действия принята разработанная в ВЭИ ям. В.П.Ленша упрощенная математическая ио-дель.вклачапп'ая пять капало в рогул^ропожп по отклонении и первой производной папр.тшгпл и частота генератора и по первой производной топа ротора. Лиши злсги'рспергдач переменного тока (ЛЭП) представлены . ЯП"-образной, а трансформатору - Т"-образноП схемой замещения. Диффсреициашшэ урапггешт переходных процессов для тяпових участков схсьи зсисцеиия, заплешине в (¿-д. . -координатах, им сот следует; 1(1 евд;

- для актапиого я кндуктавного сопротивления ЛЭП я трсиефор-на-горл:

)С ' у"

—-páи = dUj¿ -üUq - ■¡¿■ifAti -- '*•<>^

JÍ- -рл г? - á uf. - ¿ Ü4J X i ¿.¿o + x-j ij - R.á

- для емкостной проводимости ЛЭП:

' ' ^рлОы = ¿z¿ + * ij -

= лЧ - dН + j^-Ц/^йЗ + ^

где R » X" , у - активное, индуктивное и емкостное сопротивление ЛЭП; Со - синхронная частота; Id , ¿o ■ - Toja ЛЭП по осям с/ \\ а, ; Ud¿ , U</j . , с>$¿ - напргае-

лия по осям d и $ начала и конца ЛЭП; Ud - нап-

ряжения по осям d \\ о в точке присоединения емкостной проводимости ЛЭП; i'j t , ij » - тога по

. ослы c¿ г. о, до и после точки подключения емкостной срозо-Д5ШОСТ1! ЛЭП.

Еыпряиителымя подстанция ППТ смоделирована со сторони перо-tidiiiovo тока уравнениями активной и реактивной составляющих первой гармонии! тока выпрямителя:

• ' -Тва. -- ~ Sín^-sín (2Ы +ув)

■ - Ш' Й/ *г*>\

а со сторона постоянного ?ог:а - ураспеишши гассаей характеристика кщргийтсая:

(Ida = Vñ • Í CO S c¿ i- C¿7S(¿</í,j]

Ida - • O'o • PC^jcí - 1

S'Xkc

где 6!s - .оашпяуда разного иацряшгая на esskc: пзрааяшого ' то;:а шфгсзагсяя; Zea ¡ Тер вшшиудц еоотвсгствеао

активной и реактивной составляющих первой гармоники фазного тока внпряглителл; Хкв- сопротивление ком^теции выпрямителя; Ы . - соответственно углы управления и коммутации выпрямителя; п - количество последовательных мостов; (Jola » Tde ~ в^ДР-®1-ленные напряжение и ток.

После линеаризации и преобразования в систему d - у, -: •.ординат уравнения малых отклонений выпрямителя а относительных единицах имеют следующий вид:

¿ Tej = - • {[sinyá ■ sin ÜeJ +

НТа-us(2oi + [Uj¡clsutZ(«<-%).Oñ?-4

+¿[UeJ-sinfa■ c¿sС- UñpSinfosift(?d^)].¿<i j.

■h[sútfa■ sai(,дг6)].¿U4 4 [Versúi Ueef-eos2fc+rJ]Aya +

4 ¿[¿ty-süfa ) - Uwdufa -SMfa+ffljM j

^ UdB = ± -f[COSc¿y- CoSf^ + [C0S0(*C¿¡S(oC^1a)]^A¿Js? -

- ¿'a'íüt/'^J j/J - ¿Je. ti J .

Ннвергорияй ре-пи преобразователя списывается аналогкчшЕгл уравнениями. Исходньши урзЕнекияш при этом являются: на стороне переменного тока - уравнения активной и реак-гпЕ.чой составлятацих первой гармоники тока инвертора:

Тиа. - Si/tíl ■ £1ПШ+0>и)

Iuft -jt' Iru-sinK-smí^r«)]

а со стороны выпрямленного напряжения - уравнения внешней характеристики инвертора:

~ • 11 ■ и а • [созс? и )\

7ый'

где <Р - угол запаса инвертора.

Линеаризованные уравнения для инверторного резиша преобразователя окончательно имеют вид:

Л Оис! -

и7г&-со$(2£+?ц)\-дОц} - [Оас/- 2(^/1) -

+ 2-[(/и?-Мл/к • ^(¿■о'^^)

¿¿А = у {[г^- ~

- ¿4-г/я - и,г <? J

+ Д - иа-[лясЯ-л'/гГ«?-./^}^ |

Систска регулирования ППТ о расчетах представлена регулятором тока (РГ) на выпрямительной подсхшгции и регуляторами угла запаса (РУН) и кянкмальиого тока (ШГ) на инверторной подстанции.

Передаточная функция РТ пропорционально-интегрального типа имеет вед:

УРГ (р) = И< +

где М - коэффициент усиления пропорционального звена; А^ ,

Трт - коэффициент усиления и постогашая времени интегрального звена.

Передаточные функции РМГ и РУЛ записаны в следующем виде:

Приведенная система алгебро-дифференциальных уравнений преобразуется в нормальную форму с последующим исключением алгебраических уравнений. Полученная система дифференциальных уравнений представляется в виде векторно-матричного уравнения. Матрица коэффициентов данного уравнения представляет собоЯ характерисп-чзс-ку» матрицу, исиользуемуп в дальнейшем для анатаза устойчивости.

В третьей главе проведен анализ слияния парметров и вида механической систе:ы, а тагсие параметров и реика параллельной сета переменного тока на качезтгешше лохазатсл:-. крутилыагх колебаний. Исследования проводились я .дг.у:с ?урбо; ;нераторов ТГ-320 при представлении ТА в виде четырех инерционных масс: возбудитель, генератор, цилиндры турС::ш низкого и высокого давления (ЦНД :: ЦВД). В качестве преобразовательной нагрузки выбрана ВГ.Т СССР-О'луг.'шдия.

Необходимо отлетать, что у:о? ТА традиционной моделью, т.о. одной инерционной массой с соотЕегсгвузцкм уравнением дв:гг.ения, не позволяет обнаружить наличие п системе крутнльни:: колебаний. При представлен:::! ТА'четырьмя ктсрцясктпя! массами соо?ве?стпуЕ>-щая характер::ст;гчсспая матрица иивет дополнительно три пары собственных сиачешП (для нагрузга генератора Рг- = 200 Шт):

Коыплехсио-сопрязсгпшй характер данных, собственных зиачшшй указывает fia наличие в исследуемой системе дополнительных форы колебательного движения. Частота этих колебаний определяется выражением: •

Л = - О.оove ± j0.23 , i/pa¿

¿г - - О, ОН ÍjÜ.36 , i/pad Л - - A 03Z Т/'а. Í 3 , 4/pad

где Ус - синхронная частота; - г -ое собственное зна- •

чение.Вычисленное таким образом численные значения частот дополнительных Аюра колебаний приведены в таблице I. Там же для сравнения приведены собственные частоты валопровода ТА.

Таблица I. Крутильные частоты валопровода ТА.

■А,- Гц /з .Гц

Частота крутильных колебаний 11,5 18 24

Собственные частоты ТА 12,5 16,5 22,5

При этом колебания с частотой У/ = 11,5 Гц, называемой первой формой колебаний, соответствуют собственной частоте участка валопровода между генератором и ЩЦ. Вторая форма колебаний с частотой Уд = 18 Гц, соответствует собственной частоте валопровода между ЦНД и ЩЦ, и наконец, третья Ягарма с частотой /з = 24Гц — участку валопровода между генератором и возбудителем.

Действительные части дополнительных собственных значений являются отрицательными, что характеризует устойчивое состояние исследуемой системы при данном режиме. С ростом нагрузки В11Т характер некоторых форы исследуемых колебаний изменяется и при РГ = 400 МВт происходит нарушение устойчивости ЭС, при котором одна пара комплексно-сопряженных собственных значений, соответствующая первой форме крутильных колебаний, переходит в праву» полуплоскость:

0.0042 */а23 , 1//оос?.

Коэффициенты затухания двух других форы колебаний при этом несколько ухудшаются. В случае учета ТА одномассовой моделью все собственные значения имеют отрицательные действительные части. Это означает, что. при оценке устойчивости подобных систем учет ТА традиционной моделью монет привести к качественно неверным результатам .

Расчеты,проведенные при различных значениях мощности ( Рс ) и сопротивления Хс параллельной сети переменного тока, позволили определить влияние этих параметров на уровень дешазгрова-

кия кккдой формы крутильных колебаний. Самым опасным при этом является первая форма колебаний с частотой // = 11,5 Гц. С ростом величины Хс и с уменьшением Рс ухудшается уровень демпфирования данной фор.мы колебаний, причем при проведении некоторых критических значений Хс > х"с.кр, и Рс с Рс.хя коэффициент затухания v?/ становится положительным. Так, при передаче мощности через ВИТ Ра - 400 МВт =0,56 o.e. и при Рс = 200 МВт = 0,28 o.e. величина Хс.кр. составляет Хс/щ = 0,2 o.e. и при Pd = 400 ЫВт, Хс = 0,1 o.e. величина Pc./tfl. составляет 0,2 o.e. Изменение величины fid приводит к существенному изменению критических значений рассматриваемых параметров. Соответствующее характеристики /с.лр= и Рс.кр = !/(Ры) ПРИ изменении Pd от 0 до 400 МВт для первой формы крутильных колебаний приведены на рис. 3 и рис. 4. Коэффициенты затухания дгух других <?юрм колебаний изменяются незначительно.

Ухудшение затухания крутильных колебаний в рассматриваемых случаях объясняется тем, что увеличение величины Хс (или уменьшение Рс ) приводит к уменьшению запаса статической устойчивости 30, и как следствие, уменьшение её демпферных свойств. Следовательно, наиболее благоприятные условия для возникновения крутильных колебаний в исследуемой системе будут иметь место при Хс = оо или Рс = 0, т.е. когда параллельная линия переменного тока ЛЗ будет отсутствовать. Поэтов при дальнейших исследованиях в качестве исследуемой системы был рассмотрен вариант ЭС без параллельной линии ЛЗ.

Определенный интерес представляет исследование влияния механических параметров ТА на показатели крутильных колебаний. Основщик механическими параметрами ТА, влияющими на частоту и затухание крутильных колебаний, являются постоянные инерции частей ТА Тзс и коэффициенты упругости участков валопровода Р¿,ги

Расчеты с целью анализа влияния параметров Pi,i-n и Тц на показатели крутильных колебаний показали следующие результаты: I. Увеличение постоянной инерции £ -ой массы при-

водит к уменыпенио частот тех форм крутильных колебаний, которые соответствуют соседним с г -ой массой сечениям валопровода. Так, увеличение Т.-гг приводит к уменьшении частот первой и третьей форм колебаний, а рост Тэ.шр - первой и.второй форм колебаний. Увеличение 7b,uez и Та.еог<г. приводит к уменьшению частоты соответственно второй и третьей (!юрм колебаний.

2. Увеличение коэффициента упругости приводит в

основном к росгу частоты соответствующей формы крутильных колебаний, относящейся к сечению водопровода, характеризуемого данным коэффициентом Н^'ич , Так, увеличение коэффициента упругости сечения генератор-всобудитель И г, в приводит к увеличению частоты третьей формы, а увеличение Hr. инь и Ничс,изъ - к увеличения частоты'соответственно первой и второй форм колебаний.

3. Увеличение частоты любой из форм крутильных колебаний сопровождается ростом коэффициента затухания данной формы и наоборот.

Последнее обстоятельство позволяет сделать вывод о том, что чем выше будет находиться спектр собственных частот валопровода, тем меньпе данный водопровод будет подвержен к воздействии опасных крутильных колебаний, т.е. путем соответствующего подбора параметров или Яс, возможно улучшение уровня демпфи-

рования интересующей формы крутильного колебания. Так, для режима исследуемой системы с параметрами Ра - 400 ЫЗт, и = 15° и Иг,инЪ.не*=- 36,5 o.e. коэффициент затухания первой формы крутильных; колебггп" является положительным:

• Л< - а<?(?4> ±Jü.23 , 1 /рас?.

Увеличение коэффициента приводит к росту уровня демп-

фирования этой формы колебаний и при Нг.цнз = 100 o.e. коэффициент затухания j3i становится отрицательным

Ji - ~0.D03 , -i/paJ.

Частота колебаний при этом увеличивается с величины 11,5 Гц до 15,5 Гц.

Касаясь вопроса применения данного подхода в качестве одного из способов устранения крутильных колебаний, необходимо отметить, что для достижения цели улучшения параметров механической системы требуется конструкционное изменение в ТА и изменение свойств материала валопровода, что связано с определенными трудностями. Поэтому данный способ устранения ¡срутильшк колебаний не следует рассматривать как реальный в условиях эксплуатации.

Ыетод может быть использован на этапе проектирования ТА, предназначенных для использования в ЭС, содержащих ППТ и ВПТ.

Четвертая глава посвящена исследований влияния решша ППТ

на устойчивость ЭС и разработке способов устранения крутильнях колебаний.

Как показали расчеты, основными режимными факторами, оказывающими влияние на уровень демпфирования крутильных колебаний, являются передаваемач по ГШТ мощность { Рс1 ) и угол зажигания оС выпрямителя, причем, самым чувствительным к изменению режима ППТ является первая форма колебаний, коэффициент затухания J}¡ которой при повышении Ре/. и с* существенно снижается (рис. 5).. Коэффициенты затухания двух других форм колебаний при этом практически не изменяются.

В качестве одного из возможных способов устранения крутильных колебаний рассмотрено использование АРВ специального типа с дополнительным каналом регулирования по производной скручивающего момента, возникающего на участке водопровода ме%цу инерционными массами.

Математическая модель дополнительного канала АРЗ в расчетах представлена в виде:

¿имк - -р -лМк ,

-¡-»■РЪн

где Мк- скручивающий момент йМк ~

_ коэффициент усиления по производной скручивающего момента;

7>л/ - постоянная времени дополнительного канала; лимк ~ отклонение напряжения на выходе дополнительного канала.

Как отмечалось, самой опасной формой крутильных колебаний является первая форма с частотой = II,& Гц, которая соответствует сечснию водопровода г/еяду генератором'и ЦВД. Поэтку в гл-честве допоянителы:ого параметра для рассматриваемого ЛРВ использован сигнал от производной скручивающего момента ' Мк меяду генератором и 1Щ. При этом постоянная времени дополнительного канала принята равной 7>// = 0,1 сек , а коэффициент усиления /<1/ч изменяется в диапазоне К/и = (I * 20),

Результатами исследований установлено, что эффективность . АРВ специального типа при демпфировании крутатьных колебаний за висит От нагрузки ППТ и угла заотгания о£ выпрямителя. Увеличение этих параметров приводит п ыпгаеии» эффективности расс:;ат-

-¿о-

риваемого АРВ. Так, для реяима исследуемой' X, когда Ри = 300 МВт и сС = 25° при отсутствии дополнительного канала коэффициент затухания первой фор;.и крутильных колебаний = 0,004 -//рар.

и является положительным. При использовании дополнительного канала с И<м= 20 ед.возб./рад. величина становится отрица-

тельной и составляет ^ =-0,0036 ¿/р^. , что отражает устойчивое состояние .системы. Однако, при Рсс = 400 МВт и

сС = 25° коэффициент затухания JB^ при всех значениях Им остается положительным: без дополнительного канала = 0,01

с дополнительным - при 20 ед.возб./рад 0,008 Црад.

Использование АРВ с дополнительным каналом регулирования приводит к существенному расширении области устойчивых режимов ЭС, однако, устранить полностью крутильные колебания с помощью такого АРВ не- удается. Соответствующие кривые, характеризующие границу устойчивости исследуемой ЭС в координатах Рл. и с£ , приведены ка рис. 6. Здесь кривая-1 характеризует границу устойчивости при обычном АРВ, а кравая-2 . - при АРВ с дополнительным каналом регулирования. Областью устойчивости при этом является область,ограниченная соответственно кривыми I или 2 и осями координат.

Основывало» на полученные в работе результаты, предлагаются следующие спососл устранения крутильных колебаний:

1. Ограничение угла зажигания об выпрямителя сверху. Необходимо отмстить, что принцип ограничения угла зажигания применяется в настоящее время для улучшения экономических показателей ППТ

и БПТ. Для уменьшения затрат на установку дополнительных источников реактивной мощности величину угла ос обычно ограничивают до 40 I Ь0°. Задача устранения крутильных колебаний в этом случае сводится к определению расчетным цутеы предельных по условиям устойчивости значений угла Ы для каядого значения уставки мощности ППТ (Характеристика-I на рис. 6).

В этом случае для исследуемой ЭС с помощью рассматриваемого способа возможно обеспечение устойчивости при с/м* = 5° до значений Рс1 = 400 Шт.

2. Совместное использование АРВ с дополнительным каналом регулирования и принципа ограничения угла с* . При больших нагрузках использование вшзеизлозенного способа ограничения крутильных колебаний не эффективно. Так, при режимах В11Т, превышающих

Ре/ - 400 КВт, устранить крутильные колебания данным способом не ■ удастся. Пспользоваиис-АРВ с дополнительном каналом регулирования в этих целях существенно расширяет область устойчивых режимов

(характеристика-2 на рис. 6). Область допустимых режимов в этом случае охватывает весь диапазон режимов ВПТ. Предельное значение угла Ы. для максимальной нагрузки ВПТ Я/ = 500 МВт при этом составляет 10°.

3. Применение нового алгоритма управления ШГ, когда регулирование выпрямителя осуществляется на постоянство угла зажигания о1. » а инвертора - на постоянство активной моарости.

Необходимо отметить, что принципиальна ограничений для применения данного алгоритма управления ЛПТ нет. Первоначально такой алгоритм управления был предложен как наиболее эффективный способ обеспечения статической и динамической устойчивости примыкающей к инвертору слабо'й системы. Основный недостатком этого способа яв — ляется то, что при этой инвертор работает с углами запаса несколько превкцгшцжи значение бмл- 15-4-18°, что приводит к незначительному росту стоимости инверторной подстанции.

Анализ устойчивости, проведенный на разработанной модели ЗС, показал, что использование предлагаемого алгоритма управления ШТГ (н.З) является наиболее объективным с точки зрения устранения крутильных колебаний. На рис. 7 для исследуемой ЗС приведена зависимость коофф,шдиента затухания _/>,• , первой формы крутильных колебаний от нагрузки ВЛТ при оС = 15°. Там же для сравнения пунктирной линией показана аналогичная характеристика при обычном способе управления ВПТ.

• Как видно, при предлагаемом варианте управления ШТ для всех режимов коэффициент затухания у}г является отрицательным и нарушения устойчивости ЭС, связанные с крутильными колебаниями, не происходят.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработаны эффективная методика и алгоритм расчета и анализа крутильных колебаний валопроводов турбогенераторов, работающих в энергосистеме, содержащей электропередачу или вставь постоянного тока, а также способы их устранения.

I. Предлолен алгоритм формирования математической модели исследуемого объекта, содержащего ППТ(ВПТ) в виде уравнений состояния для определения параметров крутильных колебаний валопроводов ТА. Уравнения состояния используются для получения характеристической матрицы и анализа форм электромеханических колебаний в ЭС.

2. Предложено для оценки влияния крутильных колебаний на ус. тойчивость ЭС представлять модель исследуемой механической части ТА в виде четырех инерционных масс, что достаточно точно отражает колебательные процессы валопровода. Показано, что учет ТА классической, одномассовой моделью может привести к неверным результатам.

3. Исследовало влияние основных параметров механической системы и режимных параметров ППТ на уровень демпфирования каадой формы ¡футильных колебаний. Показано, что наибольшую опасность крутильные колебания представляют в режимах ЭС, когда передаваемая по ППТ мощность имеет максимальное значение, а по параллельной линии переменного тока - минимальное. Определена опасная форма крутильных колебаний с частотой равной J^ = 11,5 Гц, характеризующая колебательные процессы мезду генератором и ЩЦ. Показано, что увеличение коэффициента упругости соответствующего сечения приводит к улучшению условий демпфирования соответствующего вида крутильных колебаний.

4. Показана зависимость уровня демпфирования крутильных колебаний от реяиыа работы ППТ, причем увеличение нагрузки ППТ и

■угла затскгашя Ы уменьшает область устойчивых режимов ЭС.

5. Рассмотрена позмо;:;ность устранения крутильных колебаний с помощью АРБ специального типа. Показано, что использование такого АРВ приводит к существенно^ расЕпренио области устойчивых режимов.

6. Предложены различные способы устранения крутильных колебаний. Показано,, что наиболее эффективным является новый алгоритм управления ППТ, осуществляющий регулирование выпрямителя на постоянство угла <-С и инвертора - на постоянство активной мощности,

7. Разработана на основе предлояешгого алгоритма программа расчета устойчивости ЕС, содержащей 1Ж(ВПТ), с учетом крутильных колебаний вхшопроводоа кхупз":х ТА.

лз

ТВ . впт ГЦ =§н лг

Рис.1: Схема исследуемой системы. Г - генератор

ВПТ - вставка постоянного тока . ТВ,ТИ -трансформаторы выпрямительной и инверторной подстанций Л1,Л2,ЛЗ - линии электропередач

3>в/ Пег Э3з -2>в£

Рис.2. Нногомассовая система валопровода ТА.

o.e.

0.5 ' 0Л 0.3 0.2 Û.i 1

iÛÛ

Pçf

200■ 300 4ÛÛ Wr.

Рис,S. Характеристика Xejp-yffy) при Рс =200 ЫВт.

Pc,Kfi 0.5 OA 0.30.2 ■ Od-

o.e.

р</

wo гоо 3ûo wo мв r. Рис.4. Характеристика yg^-f(fy) при Ас =0.15 o.e.

Рио.5. XaparwepucïHtat Щ'л гг^.пгппп; Pj,

?::с.6. Областа уетойчшмх рялпзоэ ЭС: Л - при обичноа APD ; !

2 - при АРВ с доползгатапыг.и каиадоя регулирования.

-л

о.ов-ом-

ом-

\

х

ч

X

л.

чоо

500 МвГ

Рис., ?. Характеристики

— - при, регулировании инвертора на РУ-сол^; --- при обычном способа • регулирования ШТ

По материалам диссертации опубликованы следующие работи:

1. Исследование крутильных колебании налопроводоз турбогенераторов, работающих на преобразовательную нагрузку.- Тез. докл. к Всесош.научн.-технид.совещанию "Вопросы устойчивости и надежности энергосистемы СССР". Ленинград, 1569,ъ.¥Л>.///усейновНМ.

2. Н.д. Абдуллаев.А.И. ЕаПраиоа, Н.И. Гусейюв. Новый способ устранения крутильных тяв&ииш а ЕС, содержащих электропереда- • чи п вставки постоянного иска. - Ученко записка Азерб.ГНА,1;2, 1993г.,г.Баку, с.38-47.

3. А.Н.ГусеГщоа, Н.Ы.Гусо;'лов. Способы устраконкг. крутильных колебаний валопроводов крупных турбогенераторов, работающих на

.преобразовательную нагрузку. // ¿опросы обеспечзния экономичности д надежности работа энергетических систем.- С б. научных трудов ЛзШ'Ш Энергетик;: ем .И .Г .Есьшна, 1292, г .Рак.'-, г.. 71 -89,

hycejHOB.H.M.

Сабит чэрэзан чввиричилэринэ ишлэЗэн турбохенераторларын валларыннн бурулма рэгслэринин Ьесабланмэсы методикасынын Ьэ арадан кэтурмэ' усулларынын ишлэниб Ьазырланмасы.^ I У Л А С Э '

ДиссертасиЗа иши паралел ишлэЗэн сэбиг вэ дэзишэн чэрэзак .от-лэринин кемэзи илэ кучлу сисгемэ електрик енеркиси верэн еквивалент турбокенераторун валынын бурулма рэгслэринин гэдгигинэ Ьэср олун-мушдур.

Еурулма рэгслэрл да дахил олмагла ,регам кэмиззэтлэринин сэр-бэст рэгслэринин параметрлэринин Ьесабланмасы.тэдгиг олунан системин характеристик матрисинин мэхсуси гизмэтлэринин тапылмасн эсасында Ьэз'ата кечирилир.Еундан етру Данилевски-вэ'Еерстоу методларындан истифадэ' олунур. ,

диссертасида ишиндэ енержи системинин иш рекимининвэ онун аваданлыгынын эсзс параметрлэринин бурулма рогслэрянэ кестэрдязи тэ"сир тэдгиг едилмишдир.ЕунуН'эсасында,тезлп^и 11,5 hepc олан вэ кенераторла турбинин ашагы тэззиг силиндря орасындакы рэгслари ха-

рактеризэ едзи вэ енерки. систёми учун даЬа öoJyk тоРюткэ кэсб едэн бурулма рэгсинин нэву тэ'^ин олунмушдур.Еурулма рэгслэринин белэ тэЬлукэля формаларыны демпферлэмэк усулу кими.вал гургусунун мувафиг ен кэсизинин еластиклик эмса!ыны дозпшдирмэк методакасы ишлэниб Ьазырланмышдыр. .

Бурулма рэгслэрини мэЬдудлаидырмаг утен тэркибиндэ элавэ каналы . олан хусуси TAT гургусундан истифадэ етмэк тэклиф олунур.Бу гургу-нун тэтбиги енерги системинин даЗаныглыг саЬэсинз хенишлэндирадзэ » имкан верир. ......

Еу.нлардан элавэ,бурулма рэгслэрини мэЬдудлашдырмага имкан верэн даЬа бир яечэ усул тэклиф одунур.Апарылан тэдгигаг нэгичэсиндэ бу усуллар арасында эн еффективи- сабяг чэрэзан шэбэкэси учун дени идарэетмэ усулунун тэдбиг олунмасы муэЗзэн едилмишдир.Тэклиф олунан усулун.'эсасши дузлэндяричидэ зандарма бучагынын.инвврторда исэ-ак-тив кумун сабит сахланмасы тэшкил едир.

• abstract

K.tl.Huaeynov. Development of investigation technique and method for. elimination of shaft torsional oscillations of large turbineGenerators with converter load.

This work accounts for a shaft torsional oscillation stady of turbogenerators operating in the power system, consisting of the equivalent generator connected to the infinite bus through two parallel operating DC and AC transmission lines.

The calculation of free oscillations parameters of operating condition -variables, including torsional oscillations, is performed on the basis of an eigenvalue analysis of a characteristic matrix of the power system under stady. The Danilavsky's method with an application of the Berstoy's algorithm has been used for 4Mp purpose.

The im"lucaco of the system equipment main parameters and operating condition parameters of DC! transmission line on damping of every mode of torsional oscillations has been carried out. The 11,5 Hz frequency dangerous oscillation mode caused by oscillations between the generator and the lower pressure oylinder has been determined.' The damping improvement technique for the dangerous torsional oscillation modes owing to change of the stiffness factor of the corresponding sector of the shaft has been developed.

Ths possibility of torsional oscillation suppression by means of the special type AVR with additional regulating channel by the derivative of the torsional moment was stadied and it has been shown that the use of the AYR of this type leads to the essential expansion of the operating condition stability margin.

The different methods for a torsional oscillation suppression has been proposed.

It was shown, that the most affective method is the application of the new algorithm for the DC transmission line control, which is performing the rectifier control with the constant ignition angle and the invertor control with the constant active power.