Синхрон генератор ва синхрон компенсаторларнинг қЎЗҒатиш системасининг тавсифи ва тенгламалари

СИНХРОН ГЕНЕРАТОР ВА СИНХРОН КОМПЕНСАТОРЛАРНИНГ ҚЎЗАТИШНИ АВТОМАТИК РОСТЛАГИЧЛАРИ

Яқин кунларгача қўзатишни автоматик ростлагичнинг асосий вазифаси электр системанинг нормал режимида электр тармоида ва электр станция шиналарида берилган кучланишнинг ўзгармаслигини таъминлаш ҳисобланар эди. Шу сабабдан «кучланишни ростлаш» термини «қўзатишни ростлаш» терминига синоним тушинилади.

Хозирги вақтда қўзатиш токини автоматик ростлагичнинг таъсир этиш доираси кенгайиб унга қуйидагилар киради. Авария ва авариядан кейинги режимларда амалга олшириладиган қўзатишни ростлаш система қисмларининг ва алохида ишлаётган станцияларнинг параллель ишлаш имкониятини оширишга қобилиги, юкламалар турунлигини купайтиришга, системада кучланиш кучкисининг олдини олишга ва асинхрон двигателларнинг ўз – ўзини юргизиш режимини таъминлаш масаласи киради. Қўзатишни автоматик ростлагич (ҚАР)нинг мавжудлиги алохида ишлаётган генератор ва система қисмларининг ўзаро асинхрон режимда ишлаши реал режимга айланди. Қўзатишни жадаллаштиришни (форсировкани) қуллаш реле ҳимоясининг ишлашини тартибга солиш билан бирга авариядан кейинги режимда тармоқда кучланишнинг тушишини камайтириш имконини берди. Автоматик ростлагичнинг янги турларини текшириш узун линиялар статик турунлигининг оширилишида мухим роль ўйнайди.
ҚАР ўзининг таъсири бўйича бутун қўзатиш системаси билан боланган ва системанинг режими текширилаётган пайтда уларни биргаликда қараш қаралади.
ҚАРга қўйиладиган талабларни қуйидагича ифодалаш мумкин: қўзатиш системаси истеъмолчиларни сифатли энергия билан таъминлашга қарашиши керак. Генератор узун линияга ишлаганда линия бўйлаб узатилаётган актив қувватнинг чегаравий қийматигача ўзатишни таъминлаши керак, яъни системанинг сунний турунлигини кенгайтириши керак. Қўзатиш системаси системанинг динамик турунлиги захирасини имкони борича ошириши ва авария режим тугагандан сунг генератор роторининг чайқалишини сунишига кумаклашиши керак. Синхрон генераторларнинг ҚАРига қуйидаги талаблар қўйилади:
1. Электр узатиш уланган электр узатиш системасининг ёки электр системанинг параметрлари ўзгарганда турунликнинг сақланишига кумаклашиши керак. Масалан электр узатиш линиясининг занжирлар сони ўзгарганда, ростланадиган генератор шинасидаги юкламаларни учиришда ва қушишда, бўйлама кетма – кет компенсация ускуналарини қушишда.
2. Системанинг қаралаётган режимининг стабиллигини таъминлаши
3. Ростланиш олиб борилаётган режим параметрини ўлчашни одийлиги ва ишончли бўлиши.
4. Бутун системанинг ва ростлагичнинг юқори эксплуатация ишончлилигини таъминлаши керак.
5. Қўзгатишни автоматик ростлагич, умуман қўзатиш система истеъмолчиларни юқори сифатли электр энергияси билан таъминлашга кумаклашиши.
6. Электр системанинг шикастланган ва шикастланишдан кейинги ҳолатларида қўзатиш токини автоматик ростлаш хисобига электр системанинг динамик ва статик турунлик захирасини ошириш.
7. Қўзатиш токини автоматик ростлагич узатилаётган актив қувватнинг чегаравий қийматини ошириш ҳисобига электр системанинг статик турунлигини таъминлашга, яъни унинг сунъий турунлик сохасини кенгайтиришга.
8. Алоҳида ишлаётган генераторнинг ёки станциянинг асинхрон ҳолатда ишлашни таъминлашга.
9. Қўзатишни жадаллаштириш ҳисобига шикастланишдан кейинги холатларда кучланишнинг тикланишини тезлаштиришга ва реле ҳимоя элементларининг ишлашини баркарорлаштиришга.
10. Қўзатишни автоматик ростлашнинг янги усулларини қўллаш натижасида электр системанинг статик ва динамик турунлик захирасини оширишга.
11. Электр системанинг параметрларининг ўзгаришида, яъни хаво электр узатиш йўлининг занжирлар сони ўзгарганда, юкламанинг узилиши ёки қўши-лишида ва компенсацияловчи қурилмалар уланишида система турунлигининг сақланишига ёрдамлашишга.
12. Электр ч\станцияларнинг қабул қилувчи система билан ва электр система қисмлари билан параллел ишлаш кафолатини ошириш.
13. Электр системада кучланиш кучкисини бартараф этишга.
14. Электр системада синхрон ва асинхрон маторларнинг ўз – ўзини юргизиш режимини таъминлаши.
Қўйилган масалалардан кўринадики, ҚАР ва шу билан бирга бутун қўзатиш системаси иложи борича кам инерцион бўлиши, яъни қўзатиш токини ўзгартириш ростланаётган режим параметрининг ўзгаришидан кечикмаслиги керакю. Лекинр шуни такидлаш лозимки, ҳаракатланувчи механик қисмлари бўлган автоматик ростлагичларда доимо инерционлиги ва сезмаслик сохаси мавжуд. Шунинг учун ҚАРлар сезмаслик сохага эга ва сезмаслик сохаси йўқларга булинади.
Системада узун ҳаво электр узатишнинг линиясининг нормал ишлашини таъминлаш учун ростлашнинг кечикишини камайтириш орқали ростлаш турунлигини ошириш керак. Шунинг учун ростлашни фақат режим параметрларининг ортирмаси ва ишорас буйича амалга оширмасдан балки режим параметрларининг ўзгариш тезлиги ва тезланишини ҳисобга олган холда амалга оширилади.
Қўзатишни автоматик ростлагич ўзининг қўзатиш системаси билан ишлаш ҳолатида уларни бир мужассам комплекс сифатида қаралади. Автоматик ростлаш ростлаш системаси қўйилган талабларга кўра у генераторнинг номиналдан фарқ қиладиган режимда ишлашида, салт ишлашда ва ўтаюкланишларида (120-125)% қўзатиш токини ўзгартиришнинг жадаллашитириш имконини бериши, хамда система тугунларида кучланишнинг пасайишининг олдини олиши керак. Яна зарур пайтларда автоматик ростлагич резерв қўзатиш системага ўтиш имконига эга бўлиши керак. Энергетик системада қувват резерви мавжуд бўлса қўзатишини йўқотган генератор автоматик равишда узилади ва асинхрон юришдан химоя қилинади. Агар электр системада актив қувват етишмовчилиги бўлса генератор қўзатишсиз ишлаши мумкин:
- турбогенератор қўзатишсиз ишлаши мумкин 10 – 15 минут давомида агар генератор ўзининг номинал қувватининг 40%-га тенг қувват билан ишлаганда;
- 2 минут давомида агар генератор номинал қувват билан ишлаганда.
Электр системанинг схемаси 1-расмда келтирилган.

Расм.1. Текширилаётган системанинг принципиаль схемаси.
Бу схемада узатувчи станция (эквивалент генератор Г₁), кучайтирувчи трансформатор (Т₁), икки занжирли ҳаво электр узатиш линияси (ХЭУЛ) ва пасайтирувчи трансформатор(Т₂) орқали қабул қилувчи система (Г₂) билан параллел ишлаяпти. Генератор (Г₂) чексиз қувватли ёки қувватларини солиштириш мумкин бўлган системани эквивалентлаштириши мумкин.
Табиатда реал чексиз қувватли система мавжуд эмас, лекин шартли равишда системани ташкил этган электр станциялар қувватларининг йииндиси (Г₂) узатувчи станциянинг (эквивалент генератор Г₁) қувватидан 1015 марта катта бўлса, у ҳолда системани узатувчи станцияга нисбатан чексиз қувватли деб қабул қилишимиз мумкин. Чексиз қувватли система система унинг қисқичларидаги кучланишнинг ва частотанинг доимийлиги билан ҳарактерланади.
Агар қабул қилувчи системанинг қуввати узатувчи станциянинг қуввати-дан 23 мартага фарқ қилса системани қувватларини солиштириш мумкин бўлган система деб олишимиз мумкин. Унинг тугунларида кучланиш ўзгармасдан қолмайди.
Қаралаётган станциянинг турига ва унинг генераторларида ўрнатилган қўзатиш системаси ва қўзатиш токини автоматик ростлагичларнинг турига қараб электр системанинг алмаштириш схемаси қўйидаги кўринишларда бўлиши мумкин.
И. Фараз қилайлик эквивалент генератор (Г₁) иссиқлиқ станцияси (ИЭС) ва унда ноаён қутбли турбогенератор ўрнатилган. Бу генераторнинг статор ва ротор орасидаги аво оралии амма йуналишларда бир ҳил. Шунинг учун бўйлама (д) ва кундаланг (қ) ўқлари йуналишларида якор(статор) реакциясининг, ҳамда ўзиндукция коэффициенти ва синхрон индиктув қаршиликларининг (Хд = Хқ) тенглигига олиб келади.
1. Эквивалент генератор ноаён қутбли ва унинг қўзатиш токини автоматик ростлагичи йўқ, бу системага ростланмайдиган система дейилади. Генераторнинг салт ишлаш (магнитланиш) характеристикасига ва статор билан ротор орасидаги магнитавий алоқага эътиборимизни жалб этсак (расм.2, ундан кўринадики, генераторнинг қўзатиш кучланишининг у_ф = у_фо =cонст, қўзатиш токининг И_ф0 = cонст, қўзатиш токи хосил қилган магнит оқимининг Фд = cонст ва ички электр юритувчининг Еқо = cонст ўзгармас бўлиш шартлари бажарилар экан. У вақтда генератор электр системанинг алмаштириш схемасида ўзининг ўзгармас электр юритувчи кучи(ЭЮК) Еқ ва синхрон индуктив қаршилиги Хд билан қатнашади (расм.3).

Расм 2. Синхрон генераторнинг салт ишлаш (магнитланиш) характеристикаси

Расм. 3. Синхрон генераторида ҚАР ўрнатилмаган системанинг алмаштириш схемаси
Электр системанинг умумий умумий индуктив қаршилиги Хд_ - ни аниқлаймиз:

Эквивалент генератордан системага узатилаётган актив қувватнинг система элементларида бўладиган реактив қувват исрофи натижасида унинг қиқичларидаги кучланишнинг ўзгариши орасидаги функционал боланишни қуйидаги графикларда келтирилган (расм - 4а, б).
Графиклардан кўринадики эквивалент генератордан системага узатилаётган актив қувватни ошира борганимиз сари система элементларида бўлаётган реактив қувват исрофининг купайиши сабабли генератор қисқичларида кучланишнинг пасайиши кузатилади.
а) б)

Рис.4. Узатилаётган максимал актив қувватнинг ҚАРга болиқлик графиги: а - ҚАР ўрнатилмаган СГ; б – пропорциональ таъсирли ҚАР ўрнатилган СГ
Генератор қисқичларидаги кучланишнинг ижозат этилган қийматигача қабул қилувчи системага актив қувват узатишимиз мумкин. Актив қувватнинг бу қийматига унинг ҳақиқий узатилиш чегараси дейилади. .Яна шуни такидлаш лозимки реактив қувват ўзининг йўналишини ўзгартириши , яъни етишмаётган реактив қувват системадан генератор томон йуналади.
Агар Г₁-да қўзатиш токини режим параметрларининг ўзгарищига пропорционал равишда ростлайдиган автоматик ростлагич яъни пропорционал таъсирли қўзатишни автоматик ростлагич (п.т. ҚАР) ўрнатилган бўлсин. Қарнинг принципиал схемаси расм – 4б келтирилган.
Пропорциональ таъсирли ҚАР назорат қилаётган тугунлардаги кучланишнинг ўзгаришига пропорционал қўзатиш токини, яъни генераторнинг системага бераётган реактив қувватини ўзгартириш ҳисобига (Қг = ф(и_қ)) кучланишнинг пасайишини секинлаштириш натижасида системага узатилаётган актив қувват қийматини оширади (расм. 4 б). Ленц қонунига кўра қушимча қўзатиш токи ҳосил қилаётган магнит оқими статор магнит оқими статор (якор) оқимини ротор гавдасидан қисман сиқиб чиқариши натижасида статор(якор) реакциясининг камайтиради. Маълумки статор чуламининг ўзиндукция коэффициенти ўзиндукция коэффициенти якор магнит оқимининг функциясидир Лс = ф(фад). Бу ҳолда генераторнинг д ўқи бўйича синхрон индуктив қаршилиги Хд-нинг ўткинчи индуктив қаршилиги Хъд -гача ўзгаришига олиб келади.
Электр системанинг алмаштириш схемасида генератор ўзининг ўзгармас ўткинчи индуктив ЭЮК Еъ ва ўткинчи индуктив қаршилиги Хъд билан қатнашади (Еъ=cонст). Системанинг тўла умумий қаршилиги Хъд_ ни аниқлаймиз:


Расм.5. Синхрон генераторида п.т. ҚАР ўрнатилган системанинг алмаштириш схемаси

Расм 6. Пропорциональ таъсирли ҚАРнинг принциаль схемаси
Схемадаги:
ТК - кучланиш трансформатори, станция шинасидаги юқори кучланишни ўлчаш занжирларни таъминлаш учун паст стандарт кучланишга келтириб беради;
ЎЭ – ўзгартирувчи элементнинг асосий вазифаси ўзгарувчан ток кучланишини ўзгармас ток кучланишига айлантириб беришдан иборат;
СЭ – солиштирувчи элементнинг вазифаси ЎЭ –дан берилаётган режим параметрини номинал кучланишга мос булган эталон кучланиш билан солиштириб кучланиш ортирмасини аниқлаб беради;
КЭ – кучайтирувчи элементнинг вазифаси СЭ -дан олинган ортирмани ижро элементининг сезгирлик даражасигача кучайтиришдан иборат;
ИЭ – ижро элементининг вазифаси (қўзатгичнинг қўзатиш системаси), олинган ортирманинг қийматига ва ишорасига қараб генератор қўзатиш системасининг кучланиши ва токини ўзгартиради.
Пропрорционал таъсирли ҚАР қўзатиш токини ва кучланишини назорат қилинаётган режим параметрларининг ўзгаришига, ҳамда уларнинг ўзгариш ишорасига қараб ростлайди ва ҳисобий ЭЮК Еъ - нинг доимийлигини таъминлайди: у_ф = у_{ф 0}+у_ф ; у_ф = ф(П)
Электр система режимининг кескин ўзгаришида қўзатиш чуламининг натижавий магнит оқими _нат ўзгармаслиги уткинчи ЭЮК Е = cонст деб қабул қилишга имкон беради. Бу хисобий катталик бўлиб ўткинчи жараёни тахлил қилишда кенг қўлланилади. Бу ЭЮК-нинг ўзгармаслиги шикастланишдан олдинги ва ундан кейинги режимларни уўзвий болайди.
Эквивалент генераторда қўзатиш токини ва кучланишини режим параметрларининг ўзгариши ва ишорасинигина эмас балки режим параметрининг ўзгариш тезлиги ва тезланишини хисобга олиб ростлайдиган автоматик ростлагичга кучли таъсирли (к.т. ҚАР) дейилади (расм -7)
Бу схемадаги ДЭ ва ДДЭ блоклар 1 ва 2-даражали дифференциалаш амаларини бажаради. Бу ҚАР учун бўлган муаммо тегишли каналари бўйича кучайтириш (стабиллаш) коэффициентларнинг оптимал қийматини танлаш хисобланади. Бу холда каналар бўйича ростлаш коэффициенти ва қўзатиш токини ростлаш қонунияти қўйидагича болиқда.
;
Б у ерда К₁ ва К₂ каналлар бўйича ростлаш коэффициенти;
у_ф = у_ф0 + у_ф;ҳ ;
, П- назорат қилинаётган режим параметри;
Кучли таъсирли ҚАР-нинг каналлари бўйича кучайтириш коэффициетини қуйидагича олишимиз мумкин:

Расм 7. Генгераторида к.е. ҚАР урнатилган оддий электр системанинг структуравий схемаси
К_у=50 қўзатиш бирлиги/ кучланиш бирлиги; К_у = 07 қўзатиш бирлиги/кучланиш бирлиги/сек; К_ф0 = 015 қузатиш бирлиги/сек; К_ф = 06 қўзатиш бирлиги /Гц/сек;
К_иф = 02 қўзатиш бирлиги/ қшўатиш токи бирлиги.
Қўзатиш токи ва кучланиш бирлиги сифатида уларнинг номинал қийматлари қабул қилинади.
Кучли таъсирли ҚАР, қўзатиш токини интенсив ўзгартириши ҳисобига генераторда механик энергияни ўзгартиришда рўй берадиган реактив қувват исрофи бутунлай копланиши ҳисобига унинг қисқичларидаги кучланиш ўзгармас деб қабул қилинади (у_г = cонст). Бу ҳолда СГ системанинг алмаштириш схемасида (расм-7) ўзининг қисқичларидаги ўзгармас кучланиши у_г, хамда системанинг тўла индуктив қаршилиги Хc билан тасвирланади. Электр системанинг умумий қаршилиги:


Расм 8. Эквивалент генераторида к. Т. ҚАР урнатилган системанинг алмаштириш схемаси
Кучли таъсирли ҚАР булган эквивалент генератордан системага узатилаётган актив қувват ҳаво электр узатиш линиясининг ўтказувчанлик қобилияти ва генераторнинг параметрлари билан чегараланади.
Эквивалент генератор сув электр станцияси бўлсин (ГЭС). Генератор роторининг бурчак тезлиги новдан тушаётган сувнинг тушиш баландлигига бевосита болиқлиги сабабли гидрогенератор (ГГ) роторининг бурчак частотаси турбогенераторникидан анча кичик, лекин уларнинг чизиқли тезлиги бир хил. Истъемолчини электрэнергиянинг манбаиси эмас, балки унинг сифати қизиқтиради. Генераторнинг статор чуламларидаги кучланиш ва токнинг ўзгариш частотаси, саноат частотасига тенг бўлиши учун, ушбу ифода қаноатлантириши шарт: , бу ерда , н - генератор роторининг айланишлар сони. Натижада бўлганлиги сабабли гидрогенератор роторининг айланасига кўзга яққол кўринувчи қутблар ўрнатилади. Шу сабабдан гидрогенераторларга аён қутбли генераторлар дейилади ва жуфт қутблар сони ифода билан аниқланилади.
Аён қутбли генераторларда статор билин ротор орасидаги ҳаво оралии д ва қ ўқлари йўналишлари бўйича фарқ қилишидан статор билан ротор орасидаги ўзаро магнитавий алоканинг ва ўзиндукция коэффициентининг фарқланишига олиб келади. Шунинг учун ростланмайдиган системанинг алмаштириш схемасига реал ГГ ўрнига фиктив ТГ олинади. Бунда қуйидаги фаразлар ўринли булиши керак:

У ҳолда системанинг схемаси қуйидаги кўринишни олади (расм 9). Системанинг тўла индуктив қаршилигини аниқлаймиз:


Расм 9. Аён қутбли генераторида ҚАР урнатилмаган системанинг алмаштириш схемаси