книги / Новые подходы к исследованию и идентификации переходных процессов синхронных машин

дуктивные сопротивления по продольной оси d определяются после обработки осциллограмм, полученных в процессе стендовых испытаний СМ в ряде опытов, связанных с различным видами нарушения электромагнитного состояния машины. Опыт ВКЗ является центральным из предусмотренных отечественными и международными стандартами на испытания СМ, так как он максимально приближён к условиям эксплуатации ЭМ и позволяет определять

выше аналогичных сопротивлений по поперечной оси q), электромагнитные ПВ всех составляющих полного тока якоря, ударный ток и другие величины.

Известно, что чем сильнее реакция якоря, тем больше собственные индуктивные сопротивления ОЯ по продольной и поперечной осям и тем меньше становится запас статической устойчивости при работе СМ. Поскольку величины указанных сопротивлений обратно пропорциональны воздушному зазору, поэтому при проектировании СМ с заданной мощностью, частотой вращения и способом охлаждения для ограничения влияния реакции якоря их величина не должна превышать определённые пределы. В таких случаях конструкторам разработчикам СМ приходится величину зазора брать больше допустимого, что ведёт к конструктивным затруднениям по размещению обмотки возбуждения, увеличению габаритов и удорожанию машины [5]. Точное знание электромагнитных ПВ, составляющих тока якоря СМ, приобретает важное значение для разработки средств защиты СМ от внезапных коротких замыканий как в самой машине, так и за её пределами при их эксплуатации в различных электрических сетях. Указанные про-

блемы остаются актуальными по настоящее время.

В монографии предложен алгоритм расчёта по экспериментальным данным опыта ВКЗ сверхпереходных и переходных индуктивных сопротивлений по поперечной оси q неявнополюсных

191

СМ с исследованием причин их отклонения от аналогичных сопротивлений по продольной оси [107]. Для исследований причин отклонения указанных сопротивлений ПП были записаны с использованием ЦЗО в процессе стендовых испытаний МСМ ТТК-50-2УЗ-П на 50 МВт в опытах ВКЗ для уровней испытания напряжения якоря(0,1; 0,2; 0,3; 0,7)Uн . На рис. 57, а представлен зашумлённый дискретный ПП двух фаз одного из уровней (0,2Uн ) в режиме ненасыщенной СМ, записанный ЦЗО. На рис. 57, б приведён для одной из фаз СМ для уровня испытания (0,2Uн ) преобразованный и сглаженный дискретно заданный ПП в виде

а

б

в

Рис. 57. Исходная информация ПП в опыте ВКЗ для исследования точности определения индуктивных сопротивлений по осям d и q

192

Продолжение табл. 45

Результаты исследования отклонения и сходимости сопротивлений

Результаты исследования отклонения и сходимости сопротивлений

194

Окончание табл. 45

Результаты исследования отклонения и сходимости сопротивлений

Примечание:

1.Вместо начальных значений составляющих периодического тока якоря, электромагнитных ПВ в табл. 45 представлены соответствующие суммы токов составляющих для расчёта сверхпереходных и переходных индуктивных сопротивлений.

2., о.е. – среднеквадратичная погрешность приближения модели

ППв опытах ВКЗ к опытным данным, полученная ВСМ.

Алгоритм метода

Переходные процессы неявнополюсных СМ в опытах ВКЗ описываются известным уравнением (2), в котором ЭДС Em сов-

падает с напряжением испытания, если оно соответствует линейному участку характеристики холостого хода СМ. Тогда из второго слагаемого уравнения (2) после замены начальных значений составляющих токов через соответствующие индуктивные сопротивления с учётом соответствующих уровней напряжения испытаний вместо ЭДС выводится формула для определения сверхпереходного индуктивного сопротивления по поперечной оси q для времени t = T :

195

Сверхпереходное индуктивное сопротивление по продольной

оси x′′ для расчета по полученной формуле определяют по резуль-

d

Максимальную из фаз величину апериодического тока iа определяют по результатам идентификации дискретного ПП на шаге

в свою очередь, зависит от уровня напряжения испытания k Uн ,

величину отклонения фактического уровня напряжения испытания от заданного при стендовых испытаниях машины (рис. 58, а).

Критерием правильности предложенного метода оценки параметров СМ по осям d и q, которые появляются только при ПП, является моделирование апериодического тока якоря по выражению (2)

ществляется аналогично описанному алгоритму (рис. 59). Только в формулах вместо сопротивлений с двумя штрихами берутся сопротивления с одним штрихом. Расчёт при этом индуктивного со-

противления x′ производят по сумме переходной составляющей

d

и установившегося значения тока якоря СМ (см. табл. 45).

196

x ′′ , о.е.

d

x ′′ , о.е.

q

постоянном x′′

d

Результаты расчётов и исследований представлены в табл. 45. Анализ исследования результатов (по рис. 58 и 59 для уровня 0,2Uн аналогичный для остальных уровней) подтверждает существенное отклонение сверхпереходных индуктивных сопротивлений по осям d и q, достигающее при уровне напряжения испытания 0,1 до 17 % для ненасыщенного режима работы СМ и до 30 % для уровня 0,7Uн, при котором для СМ возможен частичный переход в режим насыщения. Практическое равенство

197

уровней напряжения испытания до 40–45 % для ненасыщенного режима и до 45–50 % в режиме насыщения (0,7Uн ) СМ. Лучшие

результаты исследования принадлежат переходным сопротивлениям для всех уровней напряжений испытания, при этом отклонение и сходимость сопротивлений составляют менее 10 % (см. табл. 45).

а

б

Рис. 59. Результаты исследования сходимости индуктивных

сопротивлений: а – x′ , x′ при изменении от уровня напряжения

d q

в уравнении (2) при постоянном x′

d

Такое отклонение объясняется в основном трудностью точного установления уровней напряжений при испытаниях и асиммет-

198

рией СМ по причинам конструктивного и технологического характера и ряду других причин.

Предложенный способ получения параметров СМ по оси q, которые возникают только при ПП СМ в опытах ВКЗ, оказывается не только возможным, но и представляется очень важным для конструкторов разработчиков СМ совместно с проведением исследовательских испытаний на испытательных стендах заводовизготовителей.

Точность и достоверность получаемых ВСМ электромагнитных ПВ, зависящих от точности возникающих индуктивных сопротивлений в ПП СМ являются до сегодняшнего дня актуальной проблемой, так как представляют практический и теоретический интерес для надёжной эксплуатации СМ.

Был исследован переходный процесс турбогенератора ТГ-110 мощностью 110 МВт, с номинальным напряжением статора 10,5 кВ и номинальным током 7560,5 А в опытах ВКЗ с применением ЦЗО. В табл. 46 приведено сравнение индуктивных сопротивлений в одной из фаз ТГ-110, полученных ГАМ, ВСМ и расчетом в процессе проектирования СМ.

Из табл. 46 видно большое преимущество в точности приближения параметров ТГ, полученных ВСМ, с расчётом при проектировании.

199

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная монография является дальнейшим разви-

тием научных исследований, выполняемых на кафедре «Электротехника и электромеханика» Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), в области исследования и идентификации ПП МСМ и результатом реализованного научного проекта, поддержанного РФФИ № 13-08-96044 «Новая методика исследования, идентификации и экспрессобработки переходных процессов мощных синхронных машин на базе теории вероятностей и математической статистики по результатам стендовых испытаний».

К основным теоретическим и практическим результатам монографии относится следующее:

1. На базе анализа состояния методов исследования ПП СМ систематизирован новый подход к исследованиям и идентификации ПП МСМ по результатам стендовых испытаний в объеме программы приемочных испытаний по отечественным и международным стандартам, завершившийся разработкой ВСМ на базе элементов ТВ и МС, позволяющий в условиях влияния различных случайных факторов осуществлять исследования и идентификацию ПП из опытов ВКЗ, ВН, ГП, УВ с высокой точностью и достоверностью, что потребовало из-за использования ЦЗО дополнительной обработки зашумлённой первичной информации и исследования её влияния на свойства случайного признака. В результате: разработаны и исследованы аналитические эффективные способы сжатия используемого объёма первичной информации дискретно заданных ПП СМ; усовершенствованы способы аналитического выделения вершин и дискретных элементов огибающих ПП, разделения полного тока якоря в опытах ВКЗ на симметричный и асимметричный ПП, полностью исключающих трудоемкие операции ГАМ в действующих стандартах на первом этапе.

2. На втором этапе с использованием элементов ТВ и МС

разработан новый метод статистических исследований с ка-

200