Введение
ГЛАВА 1 Проблемы применения мощных синхронных машин в энергосистемах и задачи диссертации
1.1. Развитие синхронных машин 23
1.1.1. Влияние повышения степени использования активных материалов на параметры мощных синхронных генераторов 24
1.1.2. Развитие турбогенераторостроения 30
1.1.3. Развитие гидрогенераторостроения 35
1.2. Виды и сопоставление наиболее рациональных систем ох лаждения электрических машин большой и средней мощности 41
1.2.1. Воздушное охлаждение турбогенераторов 41
1.2.2. Турбогенераторы с водородным охлаждением 43
1.2.3. Турбогенераторы с водяным охлаждением типа ТЗВ 44
1.3. Обзор методов математического моделирования переходных процессов ЭЭС 46
1.4 Направления исследований переходных процессов ЭЭС... 51
1.4.1. Автоматизация исследования переходных процессов в элек трических системах 53
1.5 Задачи диссертации 61
ГЛАВА 2 Вопросы математического моделирования переходных процессов синхронной машины
2.1 Уравнения переходных процессов синхронной машины в различных системах относительных единиц 63
2.2 Построение схем замещения синхронной машины на основе обращения матриц индуктивных сопротивлений... 73
2.3 Математическое моделирование переходных процессов внешней сети для расчета крутильных колебаний 86
2.4 Математическое моделирование крутильных колебаний валопровода турбоагрегата 102
2.5 Выводы 104
ГЛАВА 3. Моделирование переходных процессов валопровода агрегата .
3.1 Виды неблагоприятных воздействий на валопровод турбоагрегата 106
3.1.1 Внезапные короткие замыкания 106
3.1.2 Коммутации в сети 106
3.1.3 Крутильные колебания валопровода турбоагрегата, обусловленные системой возбуждения 107
3.1.4 Крутильные колебания валопровода, обусловленные субсинхронным резонансом 108
3.1.5 Крутильные колебания валопроводов турбоагрегатов, работающих вблизи преобразовательных подстанций 109
3.2 Проблемы обеспечения механической прочности валов турбоагрегатов 110
3.3 Параметры исследуемых турбоагрегатов. 113
3.4 Физическая природа демпфирования крутильных колебаний валопровода 113
3.4.1. Воздействие изменения коэффициента демпфирования, обусловленного отклонением частоты вращения лопаток турбины относительно парового объема, на показатели устойчивости 115
3.4.2. Воздействие конструкционного демпфирования на показатели устойчивости на частотах крутильных колеба
ний 120
3.5. Влияние коэффициентов кп и Н на частотные характеристики системы с АРВ 122
3.6. Влияние коэффициентов кп и Н на величины максимальных скручивающих моментов при коротких замыкани-
ях 125
3.7. Формы частот крутильных колебаний валопроводов турбо
агрегатов 128
3.7.1. Математическое моделирование крутильных колебаний ва-лопровода 129
3.7.2. Анализ собственных значений и собственных векторов 131
3.7.3. Анализ форм колебаний (модальный анализ) 132
3.7.4. Результаты расчетов 135
3.8. Выводы 147
ГЛАВА 4. Разаботка методов моделирования систем автоматического регулирования воз-6уждения синхронных машин .
4.1.1 Обзор развития систем автоматического регулирование возбуждения 148
4.1.2 Автоматические регуляторы возбуждения 151
4.2.1 Математическое моделирование независимой тиристорнои системы возбуждения 154
4.2.2 Математическое моделирование бесщеточной диодной системы возбуждения 158
4.2.3 Диодные бесщеточные системы зарубежных фирм 161
4.3. Математическое описание автоматического регулятора возбуждения сильного действия ( АРВ-СД ) 164
4.3.1 Демпферные свойства турбоагрегата с генератором ТВВ-
200-2 169
4.3.2 Демпферные свойства турбоагрегата с генератором ВВС -720 174
4.4 Математическая модель дополнительного канала системной стабилизации (PSS) 175
4.4.1 Исследование эффективности использования дополнительных сигналов в законе регулирования возбуждения 177
4.5 Математическое описание автоматического регулятора пропорционального действия 184
4.6 Принципы построения систем оптимального управления возбуждением 187
4.61 Синтез ЛКГ - регуляторов 188
4.6.2 Фильтр Калмана 190
4.6.3 Использование структуры регулирования, построенной на основе теории оптимального управления 191
4.7. Демпфирование крутильных колебаний валопровода турбо
агрегата с помощью АРВ 194
4.7.1. Демпферные свойства турбоагрегата при обычном регулировании возбуждения 196
4.7.2. Использование дополнительного канала регулирования 199
4.8. Выводы 202
ГЛАВА 5. Математическое моделирование переходных процессов синхронных машин с учетом насыщения сердечников
5.1. Обзор методов учета насыщения 204
5.2. Учет насыщения сердечников неявнополюсных СМ 213
5.3. Учет насыщения на путях потоков рассеяния контуров 216
5.4. Влияния насыщения сердечников мощных турбогенераторов на скручивающие моменты при коротких замыканиях
5.4.1. Влияния насыщения на скручивающие моменты при коротких замыканиях на зажимах генератора в режиме холостого хода 222
5.4.2. Влияние насыщения на скручивающие моменты при коротких замыканиях на зажимах генератора в режиме номинальной нагрузки 223
5.4.3. Влияния насыщения на отключение неудалённых к.з 224
5.5. Выводы 226
ГЛАВА 6. Расчеты и анализ переходных процессов при коротких замыканиях и коммутациях в сети
6.1 Общие положения 227
6.2. Скручивающие моменты при нормативных возмущениях 228
6.3. Скручивающие моменты валопровода мощного турбоагрегата при отключении неудаленных коротких замыканий 233
6.4. Скручивающие моменты при коротких замыканиях и коммутациях в высоковольтной сети 240
6.4.1. Трёхфазное к.з. с последующим АПВ линии 241
6.4.2. Исследование скручивающих моментов, воздействующих на валопровод турбоагрегата при использовании мероприятий
по повышению динамической устойчивости... 251
6.4.2.1. Переходные процессы при электрическом торможении ротора генератора 251
6.4.2.2. Переходные процессы при импульсном регулировании турбины 255
6.5. Исследование скручивающих моментов, воздействующих на валопровод турбоагрегата при неуспешном АПВ линии.. 259
6.6. Выводы 265
ГЛАВА 7. Расчеты механических напряжений в элементах валопровода методом конечных элементов (МКЭ)
7.1. Общие положения 267
7.2. Основные операции в процедуре метода 269
7.2.1. Дискретизация области 269
7.2.2. Выбор основных неизвестных 271
7.2.3. Построение интерполирующего полинома и условия сходимости МКЭ г)1у
1.2А. Получение основной системы разрешающих уравнений 273
7.3. Совместное решение системы алгебраических уравнений Определение «выходных» параметров краевой задачи 275
7.3.1. Интерполирующие полиномы 276
7.3.2. Прямоугольный параллелепипед 276
7.3.3. Тетраэдр 277
7.3.4. Метод конечных элементов в задачах теории упругости Основные разновидности МКЭ 278
7.3.5. Метод перемещений 279
7.3.6. Метод сил 279
7.4. Матрица жесткости и вектор узловых внешних нагрузок 279
7.4.1. Матрица жесткости 279
7.4.2. Вектор узловых внешних нагрузок 282
7.5. Объемные элементы 283
7.6. Общая теория МКЭ, реализованная в программе ANSYS... 286
7.7. Расчет напряжений в элементах валопровода генератор-возбудитель 288
7.7.1. Вводные замечания 288
7.7.2. Описание модели участка вала генератор-возбудителем 289
7.7.3. Допускаемые напряжения 290
7.7.3.1 Для болтов 290
7.7.3.2 Для валов 290
7.7.4. Расчет болтового соединения с использованием методов сопротивления материалов 291
7.7.5. Расчет вала и фланца на скручивающий момент по МКЭ с использованием программы ANSYS 292
7.7.6 Результаты расчета 293
7.7.7. Выводы по расчётной модели участка вала генератор- возбудителем 298
7.8. Расчет напряжений на участке вала между генератором и турбиной 299
7.8.1. Общее описание 299
7.8.2. Допускаемые напряжения 300
7.8.3 Расчет болтового соединения с использованием методов со
противления материалов 301
7.8.4. Расчет шпонок 302
7.8.5. Расчёт нагрузок на вал и полумуфту 303
7.8.6. Расчет вала по МКЭ с использованием программы ANSYS.. 305
7.8.7. Результаты 307
7.8.8. Расчет полумуфты по МКЭ с использованием программы ANSYS 309
7.8.9. Результаты 311
7.8.10. Выводы по работе 314
Основные выводы по диссертационной
Работе 316
Список литературы
