Виды характеристик регулирования

Лекция 6.

Параллельная работа гидроагрегатов.

Виды характеристик регулирования

Параллельная работа нескольких генераторов в общую сеть переменного тока требует, чтобы все двигатели имели одинаковую скорость вращения. Все они должны иметь синхронную скорость вращения, соответствующую заданной частоте, например 50 гц. В этих условиях изменение величины открытий регулирующих органов не приведет к изменению скорости вращения, а лишь к перераспределению нагрузок между параллельно работающими агрегатами.

Каждый регулятор имеет свою характеристику регулирования, которая представляет собой зависимость числа оборотов турбины от ее нагрузки. Если представить графически зависимость числа оборотов от нагрузки, отложив по оси абсцисс мощности N, а по оси ординат соответствующие числа оборотов n агрегата и если при этом пренебречь нечувствительностью системы регулирования, то получим график в виде некоторой линии, приближающейся к прямой (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1. Графическое изображение характеристик регулирования

Для чисто изодромного регулятора характеристика регулирования представляется в виде прямой А – В. Такая характеристика называется астатической (неустойчивой).

Для регулятора, имеющего некоторую степень неравномерности, характеристика регулирования будет иметь некоторый наклон – линия А^' – В'. В этом случае характеристика регулирования называется статической (устойчивой). Величина наклона статической характеристики зависит от степени неравномерности регулятора (статизма).

При помощи механизма изменения числа оборотов характеристика регулирования может смещаться параллельно самой себе в вертикальном направлении, обычно в пределах ± (6 ÷ 8)% от нормальной скорости вращения.

На рисунке 6.2 изображены два положения характеристики регулирования А – В и А' – В', которые могут быть получены путем воздействия механизма изменения числа оборотов.

Рисунок 6.2. Смещение статической характеристики регулирования.

Смещение характеристики регулирования при одиночно работающем агрегате вызывает изменение числа оборотов агрегата.

Так, например, если агрегат работал при мощности N₁ = 0,8 N_МАХ и при числе оборотов n₁ (точка а на характеристике АВ), то при смещении характеристики в положении А' – В' нагрузка агрегата, работающего на изолированную сеть, остается без изменения, а число оборотов уменьшится до величины n₂ (точка б).

То же, смещение характеристики при параллельно работающем агрегате в сети, вызывает изменение нагрузки на агрегат.

Если агрегат работает на очень мощную сеть и его мощность составляет незначительную долю от мощности всей сети, то работа агрегата перейдет в точку с, лежащую на горизонтали а-с, с тем же числом оборотов n₁, но с меньшей мощностью N₁.

Если электрическая система обслуживается рядом параллельно работающих агрегатов, то всякое изменение нагрузки каждого агрегата, выраженное в относительных величинах, будет обратно пропорционально коэффициентам неравномерности агрегатов. Иными словами, всякое увеличение нагрузки в системе по достижении установившегося режима распределяется между отдельными агрегатами так, что агрегаты, имеющие меньшую степень неравномерности, берут на себя большую добавочную нагрузку; и наоборот, агрегаты, имеющие большую степень неравномерности, берут на себя меньшую часть добавочной нагрузки.

Для примера сначала рассмотрим параллельную работу двух агрегатов, имеющих характеристики с одинаковой степенью неравномерности, рисунок 6.3.

Рисунок 6.3. График параллельной работы агрегатов с одинаковой степенью неравномерности.

Предположим, что первый и второй агрегаты имеют одинаковую нагрузку, равную N₁ и N₂, как это изображено на графиках, причем их общее или синхронное число оборотов соответствует линии О₁. Общая мощность обоих агрегатов, отдаваемая в сеть,

N_I = N₁ + N₂

При увеличении нагрузки каждый агрегат примет добавочную нагрузку, равную ΔN₁ и ΔN₂, и общая мощность, отдаваемая в систему,

N_II = (N₁ + ΔN₁) + (N₂ + ΔN₂)

При этом число оборотов обоих агрегатов несколько понизится, до уровня, соответствующего линии О₂.

В том случае, если два параллельно работающих агрегата имеют различную степень неравномерности, (рисунок 6.4) как изображено на графиках (линии а₁-а₁ и а₂-а₂), то распределение добавочных нагрузок, ΔN₁ –первого агрегата и ΔN₂ – второго агрегата не будут одинаковыми. Найдем выражения для их определения.

а) б)

Рисунок 6.4. Графики параллельной работы агрегатов с неодинаковой степенью неравномерности: а — агрегат № 1; б —агрегат № 2

При увеличении нагрузки число оборотов обоих агрегатов понизится на величину Δn, соответствующую линии О₂.

Из графиков на рисунке 6.4 имеем

δ₁ = Δn / ΔN₁δ₂ = Δn / ΔN₂

где δ₁ и δ₂ — тангенсы углов наклона характеристик регулирования соответственно первого и второго агрегатов и определяются из уравнений

δ₁ =

δ₂ =

где n_1МАХ, n_1МИН и n_2МАХ, n_2МИН – максимальные и минимальные числа оборотов соответственно первого и второго агрегатов.

Общее увеличение нагрузки ΔN = ΔN₁ + ΔN₂,

ΔN₂ / ΔN₁ = δ₁ / δ₂

или и

Отсюда:

,

Для возвращения синхронных оборотов обоих агрегатов до прежней величины, соответствующей линии О₁ необходимо характеристики регулирования обоих агрегатов сместить параллельно самим себе вверх при помощи механизмов изменения числа оборотов регулятора.

Тогда характеристика первого агрегата займет положение b₁-b₁ вместо а₁-а₁, а второго агрегата — b₂-b₂ вместо а₂-a₂.

При уменьшении нагрузки параллельно работающих агрегатов будет происходить то же явление, только в обратном направлении.

Смещением характеристик регулирования с помощью механизма изменения числа оборотов регулятора можно производить любое перераспределение нагрузок между параллельно работающими агрегатами.

Из сказанного следует, что если бы характеристик регулирования имела не наклонное, а горизонтальное положение, как это имеет место при чисто изодромном регулировании, то устойчивого перераспределения нагрузок при параллельно работающих агрегатах получить было бы невозможно.

Нагрузка при этом с одного агрегата переходила бы на другой совершенно произвольно и при воздействии на механизм изменения числа оборотов происходил бы либо полный сброс (при уменьшении числа оборотов), либо полный наброс нагрузки (при увеличении числа оборотов) на агрегат, на котором мы желаем снизить или добавить нагрузку.

Если представить себе, что один из агрегатов имеет чисто изодромную схему и его характеристика горизонтальна (рисунок 6.5, а), а у второго агрегата характеристика наклонна (рисунок 6.5, б), то все колебания мощности будет воспринимать на себя агрегат с чисто изодромным регулированием, а второй агрегат будет нести заранее установленную нагрузку. Число оборотов обоих агрегатов будет неизменным и этим обстоятельством пользуются при эксплуатации.

Рисунок 6.5. Регулировочные характеристики агрегатов, работающих параллельно.

а) –агрегат №1 (чисто изодромная характеристика), б) – агрегат №2.

Если желательно чтобы один или несколько агрегатов работали при неизменной мощности, то их характеристики устанавливают с большим наклоном и на тех агрегатах, которые предназначаются для регулирования нагрузки, характеристики делают с малым наклоном. Первые работают в «базис», а вторые на регулирование.