zabika.ru 1 2 3

  1. Регуляторы частоты вращения турбин. Статические характеристики турбин с регулятором частоты вращения.


Функциональной схема регулятора частоты вращения турбин

И.П. – измерительный преобразователь;

З.Э. – задающий элемент;

Э.С. – элемент сравнения;

П.У. – преобразовательно-усилительный элемент;

О.С. – элемент обратной связи.
Особенностью регуляторов частоты вращения турбин является необходимость обеспечения весьма значительных усилий для изменения положения регулирующих клапанов паровых турбин или направляющего аппарата гидравлических турбин.

Для решения этой задачи в составе преобразовательно-усилительного элемента (П.У.) используются гидравлические двигатели – сервомоторы.

В качестве элементов, с помощью которых формируется определенный закон управления (И.П., З.Э., Э.С., О.С.) могут использоваться механические, гидравлические и электрические элементы. В зависимости от этого регуляторы частоты вращения принято разделять на три вида: гидромеханические, гидродинамические, электрогидравлические.

Гидравлические усилительные и исполнительные элементы содержат в своем составе гидравлический сервомотор и устройство управления – золотником.

К буксе золотника 1 подводится масло под давлением Pн. В нейтральном исходном положении поршни золотника перекрывают (отсекают) каналы 2, соединяющие буксу золотника с верхней и нижней полостями гидравлического двигателя. положение поршня жестко зафиксировано.

При смещении поршней золотника, например вниз, нижняя полость цилиндра двигателя соединяется с линией давления (давление Pн), а верхняя с линией слива (давление Pс). Поршень двигателя при этом будет перемещаться вверх до тех пор, пока поршни золотника снов не займут нейтральное положение или, пока поршень двигателя не дойдет до своего крайнего положения.


Статические характеристики турбин с регулятором частоты вращения.

Статическая характеристика регулируемой турбины может быть получена из семейства статических характеристик для нерегулируемой турбины, где каждой кривой соответствует определенное положение регулирующих клапанов.



Коэф. статизма:



Коэф. крутизны частотной статической характеристики агрегата:


  1. Статические характеристики нерегулируемой турбины


Вращающий момент ступени паровой турбины при постоянных расходе пара и перепаде энтальпий равен

, (1.33)

где – пусковой момент при ω = 0,

– момент, развиваемый турбиной при постоянном открытии регулирующих клапанов и при номинальной частоте вращения, = 1,

– частота вращения (о.е.).

Выражение (1.33) представим в относительных единицах, приняв за базовую величину

. (1.34)

Частота вращения, при которой называется угонной частотой вращения . Значение может быть определено из уравнения

.

Откуда

. (1.35)

Мощность, развиваемая турбиной,

. (1.36)


Разделив (1.36) на , получим

. (1.37)

Найдем частоту вращения, при которой мощность имеет максимальное значение

,

. (1.38)

Турбины конструируют так, чтобы максимальная мощность была при номинальной частоте вращения, то есть или .

Теперь из (1.34) может быть найдено соотношение между

. (1.39)

На основании (1.35) определим . Подставив (1.39) в (1.34) и (1.35) получим следующие выражения для статических характеристик паровой турбины

, (1.40)

. (1.41)

На рис. 1 приведены статические характеристики паровой турбины для двух значений открытия регулирующих клапанов:

1 – открытие, соответствующее номинальной мощности ,

2 – открытие, соответствующее 80% номинальной мощности .

Рис. 1. Статические характеристики паровой турбины
Следует обратить внимание, что при небольших отклонениях частоты от номинального значения у нерегулируемой турбины (неизменное положение регулирующих клапанов) мощность практически постоянна. Так из (1.41) следует, что, например, при изменении частоты на ±10% мощность снижается на 1%.


  1. Статические характеристики нагрузки и их колическтвенное представление.

Под статическими характеристиками нагрузки понимают зависимость активной и реактивной мощности нагрузки от напряжения и от частоты в семействе установившихся режимов.


Зависимость активной мощности комплексной нагрузки от частоты и напряжения

Зависимость активной мощности комплексной нагрузки от частоты обусловлена наличием в ее составе двигательной нагрузки. Степень зависимости активной мощности двигателей от частоты в свою очередь зависит от крутизны моментно-скоростных характеристик механизмов, вращаемых двигателями.

Активная мощность освещения, дуговых печей и т.п. от частоты практически не зависит. Поэтому на зависимость активной мощности нагрузки от частоты оказывает существенное влияние доля мощности двигательной части от суммарной мощности узла нагрузки.

Зависимость активной мощности комплексной нагрузки от напряжения, напротив, определяется ее статической частью, так как активная мощность, потребляемая асинхронным двигателем, очень слабо зависит от частоты, а активная мощность синхронных двигателей от напряжения вообще не зависит.

Если статическую часть нагрузки представить в виде проводимости , независящей от напряжения, то ее мощность будет зависеть от напряжения во второй степени .

Зависимость реактивной мощности комплексной нагрузки от частоты и напряжения

Характер зависимости реактивной мощности нагрузки от частоты и напряжения в значительной части определяется двигательной частью. Однако существенное влияние на статические характеристики реактивной мощности оказывают влияние также следующие факторы:

- влияние нелинейности характеристик холостого хода не только двигателей, но и трансформаторов;

- изменение возбуждения синхронных двигателей при изменении частоты и напряжения;

- наличие и вид устройств компенсации реактивной мощности;

- существенное изменение (пропорционально квадрату напряжения) зарядной мощности линий.

В отличие от статических характеристик активной мощности характеристики реактивной мощности по частоте и напряжению весьма многообразны и практически не поддаются типизации.


Качественно вид статических характеристик показан на рисунке ниже.


При рассмотрении режимов и расчетов, не связанных с ожиданием больших отклонений частоты и напряжения, статические характеристики могут быть линеаризованы при и . Коэффициент наклона линеаризованных статических характеристик определяется делением относительного изменения мощности на относительное изменение частоты или напряжения. Например, для статической характеристики реактивной мощности по напряжению имеем



где – мощность нагрузки в предшествующем установившемся режиме.

Аналогично определяются коэффициенты наклона и для других характеристик .

Изменение мощности нагрузки при изменении частоты и напряжения в свою очередь также оказывают влияние на параметры режима и это влияние принято называть регулирующим эффектом нагрузки соответственно по частоте и напряжению, а коэффициенты – коэффициентами регулирующего эффекта нагрузки.

При положительных коэффициентах наклона статических характеристик регулирующий эффект оказывает стабилизирующее влияние, то есть при переходе от одного установившегося режима к другому изменение напряжения и частоты будут меньше, чем они были бы при неизменной мощности нагрузок.

Статические характеристики в расчетах установившихся режимов принято описывать полиномами, коэффициенты которых подбираются так, чтобы получить достаточно точное совпадение аналитической характеристики с заданной.

  1. Статическая частотная характеристика электроэнергетической системы.


Реакция энергосистемы на изменение частоты определяется статическими характеристиками всех параллельно работающих агрегатов турбина-генератор и статическими характеристиками активной мощности нагрузки по частоте.

Изменение активной мощности и частоты каждого агрегата связаны между собой следующим образом

(1)

Знак "" в соотношениях (1) означает, что при увеличении частоты мощность агрегата уменьшается и, наоборот, при снижении частоты – увеличивается.

Просуммируем изменения мощности всех генераторов

. (2)

Заменим теперь совокупность параллельно работающих агрегатов одним воображаемым эквивалентным агрегатом с номинальной мощностью, равной сумме номинальных мощностей всех агрегатов , и с таким коэффициентом крутизны статической характеристики , при котором изменение мощности при том же изменении частоты, что и в (1) будет равно , то есть

. (3)

Из совместного рассмотрения (2) и (3) получаем

. (4)

На значение коэффициента крутизны частотной характеристики системы оказывает влияние и реакция нагрузки на изменение частоты

. (5)

, (6)

, (7)

где – номинальная мощность генераторов системы,


– суммарная мощность нагрузки.

В (6) следует считать отрицательным, так как при и наоборот. Таким образом,

. (8)

, (9)

где – коэффициент резерва.

Результирующий коэффициент крутизны частотной характеристики системы определим как

. (10)


  1. Основные факторы, влияющие на коэффициент крутизны статической частотной характеристики энергосистемы.

Изменение вызывается несколькими факторами.

1.При выходе на границы регулировочного диапазона ( и ) у каких-либо агрегатов их мощность при изменении частоты остается постоянной, то есть для них . При этом, как видно, уменьшается.

2.Вероятность того, что в каких-то режимах часть агрегатов будет работать на ограничении мощности по максимуму гораздо больше, чем на ограничении по минимуму. Поэтому коэффициент крутизны частотной характеристики при повышении частоты будет больше, чем при понижении.

3.Влияние реакции тепловой части электростанций заключается в том, что в начальной стадии процесса после изменения частоты мощность паровых турбин изменяется в соответствии с изменением положения регулирующих клапанов за счет тепла, аккумулированного в паровых объемах, а затем изменение мощности уменьшается из-за недостаточной паропроизводительности котельных агрегатов. Поэтому коэффициент крутизны частотной характеристики генерирующей части энергосистемы, определяемый после реакции тепловой части может быть меньше, чем в начальной стадии процесса.


4.Влияние зоны нечувствительности регуляторов частоты вращения турбин. В исходном режиме рабочая точка () занимает случайное положение относительно границ зоны нечувствительности регулятора каждого отдельного агрегата. Сама зона нечувствительности также является случайно величиной в некотором диапазоне значений.

Если отклонение частоты меньше зоны нечувствительности, то возможно три случая:



Как видно, возможна ситуация, когда один агрегат (первый) изменяет мощность полностью в соответствии со своим коэффициентом крутизны статической характеристики , второй агрегат вообще не изменяет свою мощность , а изменение мощности третьего агрегата меньше того значения, которое имело бы место при отсутствии зоны нечувствительности .

Если отклонение частоты больше зоны нечувствительности регуляторов всех агрегатов, то все они в большей или меньшей степени изменят свою мощность. Поэтому системный коэффициент крутизны частотной характеристики при прочих равных условиях будет больше.

Зависимость действительного значения от отклонения частоты


По оси абсцисс отложено отклонение частоты по отношению к зоне нечувствительности . С ростом отклонения частоты коэффициент крутизны стремится к своему предельному значению . Приведенная на рис.1.24 зависимость справедлива только в том случае, если по мере роста отклонения частоты мощность ни одного из агрегатов не достигает своего максимального или минимального значения, когда .


следующая страница >>