лиОО становится неустойчивым, что дает воэr..южиость двигателю

вращаться с номинальной частотой;

 

 

частота генерирующего контура зави ит от параметров сети, емкостноrо сопротивления конденсаторнои батареи и сопротивле.:. ния самого двигателя. Поэтому для 11редотвраще11ия самовозбужде­ ния необходимо либо выбрать соответствующую емкость продоль­ ной компенсации, т1бо включить последовательно нли Jiара.плель­ но емкости активное соnротнвленне.

В завнсимосn1 от соотиошеиия соnраrивления хе и параметров

двигателя могут возникать трн характерных режнма его работы,

соответствующих кривым 3-5 на рис. 15.13.

В первом режиме (кривая 3)

(15.37)

где Хµо - реаитивное сопротивление цепи намагничивания двига­ теля. При этом вся зова сам:опозбуждевия двигателя.лежит в л.иа­ пазоие частот вращения больше синхронной, а в пределах изменения частоты вращения от нуля до синхронной двигатеJJь практически не самовозбуждается.

Во втором режиме (кривая 4)

(15.38)

,.,,.,

где х, -сопротивление рассеяния о6'1отки статора; R, и r1-актив­ ные сопротивлен11я об'1ото1< ротора и статора двигателя. В том

(\,

\г-

о

о...

о s

Рис. 15.14. Завяснмость вращающего момента acинxpo11tioro двигателя от скоJiь­ ження при самовозбуждении (а) и разгоне (6)

 

случае одна часть зоны самовозбуждения двигателя находится в диапазоне частот вращения от иуля до сиихроииой, а другая выхо­ дит за пределы снихронной частоты вращения.

Зависимость вращающего момента двигателя от скольжения име­ ет вид, показанный на рис. 15.14, а. Эффект са ювозбуждения эдесь 11рояDляется в уменьшении яасrоты вращения двигателя на 35-

40 % номинальной.

В третьем режиме

Хе< x,J(r.;r, + 1)2• (15.39)

Пои этом условии самовозбуждение двигате.1я иачин>1ется от не­ больuюй частоты вращения, близкой к нулю, и зона самовозбужде­ ния находится в диапазоне частот вращения от нулевой до синх­ ронной.

 

 

Зависимость вращающего момента асинхронного двигателя от скольжения при разгоне показана иа рис. 15.14, 6. Если после nодключения к сети двигатель разгоняется настолько медленно" что процесс его саыовозбуждения успевает закончиться за время 11ро­ хожде1111 н зоны самовозбуждения, то двигатель •застревает» на по- ниженной частоте вращения н возиикаюr качания. -

При малых значениях момента инерции двигателя и момевта

соnротнвления механизма, а также прн большом питающем напря­

жении двигатель может разгоняться наСТQлько быстро, что само­

возбуждение не успевает развиться. В этом случае двигатель быстро проходит зону самовозбуждения и разгоняется до номинальной час­ тоты вращения. Этому режиму соответствует кривая 5 на рис. 15.13.

 

15.8. Примеры расчетов

Пример 15.1. Олре.делить nредельный угол снятия иаброса нагрузки nри периодически меняющейся нагрузке от холостого хода до максимальной. rрвфик

RотороА изображен на рис. 15.15. а. При t\i - О момент М ст0 = М0 -= о"

мс,= м.. м

Решение. Пределы-1ый угм Н, 2/rlmq,к --­

снятия 11аброса нагрузки при 6 ==

= 180° соrля.сно qюрмуле (15.5)

hоткп =--= 2М /М 1•

rMi1--

 

 

M°A'DAJJcmoii

ZD

Рис. 15.15. К примеру 15.1

С:1едооательно, при М1 = м о<!Х предельный угол боrк.'i = 2 рад, JЛИ

боткл = 2 · 180/n = 144u (рис. 15.6).

Если М1= 2М:а:х (рис. 15.15, 6). то yro.1 6oтt<JJ = 1 рад, 11ли

60Т!(!I = 1 " 180/1t = 57°.

Пример 15.2. ПромыШJ1еН1юе nредnрия111е снабжается:ыектри•(ескОО. знер­ r11ей от э11ергет11ческой системы ло двум ЛЭП через трансфор!1.1аторы TI и Т2 (рис. 15.16, а).К каждой секщш шин, соединяемых между собой нормально раэомк- 11утым вкл1очателем QI, присоединены синхроиные двигатели привода турбо­ компрессоров ш:нт1алыюй мощностью 6 и 2 Х 3,5 МВт. Нагрузка остальных э.rектроприем.ииков однОО. секции равма 10 МВ. А nри cos ер= 0,8. Kparnocm моментов сооротиnпения mc 1)'рбоко!i.шрессоров, псинхронных моме11тов m8 и пусковых токов iп двигателеА в зависимости от скол ьжения s приведе2ны В· табл. 15.1..Маховые моменты турбокомпрессоров равны: О,5 и 0,356 т · м для двигетелеrt мощ11остью 3,5.МВт, 1 н 1,Зт. м для двиr телей мощностью 6.МВт. Мощность энергетической системы составляет 670 J\o\B. А. Схема замещения узла.

иaгpyзitJ.t показана на рис. 16.16, б.

399'

 

 

O,f ';,

"'

0,26.!...

"'

524 4524

1 - Скольжен11е, до которnrо затормозятся вгреrаты при перерыве в з.ttetrrpoo.

•

сннбженJtlt (t11 = 4 с),

'

е: =

s-=mc..sкtп/TJзк = о.75 • 4{1,1= 0,4.

'

кВ С: 11 11я:элементов схемы, отнесенные к иаnряжению6

систе н... и трансформ атора

0

Х, = 100/S0 = 100/670=0,15;

х.тр = 0, 105 ·!ОО/ 0 = О,2б3;

"'

58 58

реакт оре при

хр = 4

% и базисном токе

9,2 кА

2,88 f,57 f.!

Х.р! = x0J0Uo/(10010U""") = О.04 ·9,2 ·6/(0,6 • 6,3) = 0,58;

с..1воен11оrо реактора

6М6т-t5118т3,5М6т о

 

Прuверить возмuжность группового самозапуска трех двигателей с турбо­

-компрессорами при отключении одной секции ш11и и автомат11ческом ее включе­

 

двигателей

х, = х,0_ 5 = 0,00 ·9,2 ·6/(1. 6,З) = О,524;

02

х.двl = 100 (U0/Uнo..J'i(7,75 ·4,03) =

= 100 (6/6,3)2/(7,75 · 4,03) = 2,88,

•ННИ через 4 с секuионным выключатм.ем. Правил ьно ли выбраны реа кторы, если

,11рн 11уске двигателя напряжение на шинах должно быть не нн е 85 % • а напря­

.же11ие 1ia заж11мах nускаемоrо двигателя - не выше 85 % 1iОМИнапьных зна­

-че11ий?

Р е ш е и и е. Механические постоянные времени двиrатслеА с турбоком"

11рсссорами:

Тл = 1: (GD2) 1 n (364Pшох 1) = (0,356 + 0,5) ·30002/(364. 3500) = 6,1 с;

l=I

т, = " (GD'),n (364P""") = (1+1,3) · 30002/(364. 600) = 9,5с,

2 2

i=I

где 7,75 -кратность пусковоrо тока (из табл. 15.1); 4,03- ном1шальная мощность,

/.\В. А;

"·••' = 100 (б/6,3)'/(8,3 • 6,9) = 1,57,

rne 8,3 - кратность пускового l'Ока (из табл. 15.1); 6,9 -номинальная мо11U-1ость,

МВ· А.

х,.,

Р юпивная нагрузка остальных злсктроприемникоо

= (Sof(S.,.. slп <р)) (U0JU,°'J' = (100/10 ·0,6) (6/6,3) = 15,

rде sin tp = 0,6 при cos <р = 0,8.

Проверка ВОЗМОЖllОСТИ пуска днигатсля МОIЦ110СТЫО з.5 МВт:

солрсmвление двигателя с реактором

rде GD2 - маховый момент.

Таблица 15.1. параметры 8.nемеитов схемы

 

Э11емеит схемы

 

Скольжени s

x...p.дti = x...pt +х...двt -= 0,58 +2,88 =3,46;

зквивале1m-юе сопротивление двигателя с реакторо м н нагрузки

х.эк\-=- х.р.д х.н 1/(х.р.дв +х.нt) = З,46 • 15/(З,46 + 15) = 2,8;

налряжеиия на шинах подстаю1нн и на зажимах до11rате..1я

' 1 о.в 1 0.б 0,4 1 0.2 1 0.1 0.051 о

U' = 1,05х." /(х, + х,.,а + х.тр) = 1,05 • 2,8/(0,15 +0,263 + 2,8) =

 

Тур6окомпрессор Синхронный двигатель мощ­ ttостью З,5 МВт

Синхронный двю·атель мощ­

ttостыо 6 МВт

 

т, 0,05 0,08 0, 16 0,3 0,5 0,62 0,69 0,75

т. 2 2,35 2,35 2,26 1,98 1,6 1.2

1" 7,75 7,4 6.96 6,35 5,35 4,35 3,4

т. 2,27 2,24 2,2 2,4 1,88 1.С9 1,47

i" 8,3 7,7 7.05 6,47 5,7 5.2 4.73

1 0

= 0,91 >0,85;

8

U =U'х•двtlх...р.цв = 0,91 ·2.88/3,46 =0,76 <0,85;

юмеит двигателя лрц пуске

таl =таи:= 2. 0,762 = 1,16.

•

rде т -=- 2 - кратность асинхронного момента двиrатсля (из таСiл. 15.1): Р дR =

Эквивалентныti мо\1ент солротнnле11ия трех самозапускаемых агрегатов

з 3

=-= З,5 МВт

при s = 1, что значительно бол ьше момента сооротивлею1я тур()о.

m<.•к = L (Р .,.1К,,)1 L Р оомl = (О,75 ·2 ·3,5 + 0,75 ·6)/(2 ·3,5 + 6) О,75,

l=I i-1

rде К 3 = О,75 -коэффициент загрузки до подач11 напряжения на секцию.

Эквивалентная механическая постоянная време1-1и

KO\llll: a вооможност11 пуска дв11rатепя ыощностыо 6 МВт:

пl:!ра\1етры сдвоенного реактора, отнесенные к базисным значениям х...о.5 =

= О,524; kсв = 0,606 - ••сЕ4фицие11т сояsи между Dстnями реактора; x •.v,5 (1 -

-kc) = 0,206; x.o.s (1 + kc8) = 0,84;

т,,,. (f т1,Р.,,..,)1f Р.,,..,=

 

1 1= (х,.1 +0,84)/(х,А82 +0,84) = (15 + 0,84)/(1,57 +о,84) = 6,6;

отношения токов в о(Sоих ПJ1ечах реактора при пуске двиrателя

= (6,1 ·2 •

i=I

3,5+9,5

. ·-·

·6)/(2 · 3,5+

б) = 7,7с.

//

1,11, О,

152;

-400

6 Е-З7б5 401

 

сощюп1вл е1шя вeTR?'ii сдвоенного рс<:1ктора

х.81 = х"0,6 (1 -kсв/2//1) = 0.524 (1- O.OOG ·0,152) = 0,48;

х.82 = х.0•6 (l-kc1/1// = 0,524 (1-0,Wб • Н,6) = -1,57;

результнру ющсе соnротивлен11е сд н.ного реактор при лус1<е двигателя Х•рf!з = (х.в1- х.ЕQ)(х.в2+х.н1)/((х.вl -x.ia) + (х.112+ х •••1)] =.

= /0,48 + 1,57) (-1,57+ 15)/10,48+ 1,57 -1,57 + 15) = 1,78;

напряже1ше на шинах при пуске двигателя

и; 1,0Sx•.,.,flxoe +х.ре,- х.тр) = 1,05 ·1,78/(0,15 +0,223 + 1,78) =

= 0,862 >0,85;

напряжение на зажимах двигателя

и••2 ""'--u;x••,2/(x.81 +х."2> = 0,86. 1,57/(0,48 + 1,57) = О,66<0,85;

пусковой момент nри этом напряжении

т11 = m8Иis2 = 2,27 • 0,662 = 0,99,

1·де т8 = 2,27 -краmость асинхронного момента двнгателfl \ИЗ табл. lб.1); Р до=

= 6 МВт при s = l, что значительно больше МО!\.1ента соnротнвле11ня турбокома

г.рессора;

наnрflжею1е на зажимах электро11риемников, присоедн11е11нuх ко второй нет·

ви реактора,

и;.,,=u;x," 1/(•••, + х."> = о,в;. 15/(15- 1,57) = О,96.

Лроверка ооэмож1юсrn выпадени11 двигателя мощностью 3,5 /\\Вт из СJ!Н­

хроннзма и вхожден11я в синхронизм:

время, в течение котороru двнг.dтель не выпадает из синхронизма.

tn,,;; 0,08 ут JI (mm" - О,6тс)/тс = V6,I (1,63-0,6 · 0,75)/0,75 = О,6с,

!Жnива.тtентное соnретиn.'IС'НИе са\юзапускасмых дв11rt1телсi1:

х:зк = 1/(п1/х•дв pl +п2/х•дв.р2) = 1/(2/4,08 + 1/2,52) = 1,13, rдt> ''• JI n2 - КОJ[Иt!ССТВО ЛВIJГателей МОЩНОСТ[,Ю 3,5 "6 j\·\Вт:

соnротив..чсние и;: груз к11 второй секции w11н (наrрузка равна 25 МВ • А. а

cos <r= о,4)

х •.., = 56 (Uр/Uном>'/(Sн sin <р) = 100 (6/6,З)'/(25 ·0,434) = 8,3;

экnиnалеитное соnроп1в;1ение самозапускае шх двнrатмеn nервоА секuш1

шнн 1t н11rрузки втораn секции

х: = 1!(1.'х:, + lfx ••.) = 1/(1/1,13+ 1/8,3) = 1;

нппряжсн ии на nшнах и зажимах лвигаrелеА

U' - 1.os.: 1(x" +х: + х.тр) = 1,05/(0.15 + 1 + 0,263) = 0,74;

и вl = и·х.дв1fх.дв.рl = 0,74. 3.5/4,08 = 0,635;

U2 = И'х•да'2fх.дв.рZ = 0,74 • 2/2,524 == 0,585;

J1Эбыточные момен·rы в начале са юэапуска

1

т""° = 2,26. 0.635' -0,3 -0.6;

t

т",.,, = 2, 1. 0,58.52 -0,3 -0,41.

ЛО З'ТИМ Д.ЭННЫМ, а "rаКЖС f!J1.2ЛОГИЧНЫМ ДаННЫМ, ПОJtУЧСННЫМ ДЛЯ двигателя

мощноС'rhЮ 6 /\\Вт при s = 0,2; 0,1; 0,05 иа рис. 15.17 nопросна зависимость ИЗ·

бьn-о•mш-о момент'°' дnиrателя от скмь- т

Иs

жения. О,5

р11суика с-'lедует, что иэбыточныfl

мoмctrr до.11rателя при всех значениях О,25

скольжепия полож11телен. n09Т'()t,ly rруп- _ 1, 1, 1

повой сt1мозапусх к при = коэффициенте за- •О aos li,f 2 o,s о,4.s

грузю1 дви ·ателей

fflc = о.75 и при

где m.Пlflx - максимальный электромагнитный момент; те = О,75 -кратнос1ъ моменте: со11ротиtiления турбокомпрессора (из табл. 15.1). Лр11 отс.уп.:твии ш1таю­ щсго напряжения в тс•1снис 4 с дню·атель выпадает из синхрош1змв. и при с:, мо­

запуске потребуется его ресинхронизация;

среднее критиче.ское скольжение, с которым будет оrх. снсчtно вхожде11ие дви­ гателя в синхронш1!>1 после подачи напряжения возбужде1111я по.а. действием вход­

ного момента.

sкр 0,06 ")1mmaxiD/T 1 = 0,06} 1,63 ·1,5/6,1 = 0,04,

1·де i8 - крнтность тока воэ6уждения при реси11хронизацш1.

Проверка 1I0эможtюст'1 с.<1мозttnуска при групnооом выОЕrе трех ДВliгателеА

с турбокомпрессорами до скольжения s = 0,04:

соnр0тивлен11е дв11rателеn nри этом скОJ1ьжен ии

'•доl = So (Up/V,....)'i(i.,s.,) = 100 (fi/6,3)2/(6,35. 4,03) = 3,5;

•·••'= S,, (Up!U • l'f(i.,,S.,J = 100 (fi/6,3)2/(б,47 • 6,9) = 2;

соnропщ_r ею1.е д1шrателсй с ре;, кторами

x•д.•i.pl = х•двl +x"pl = 3,5 +0,58 = 4,

Х•дв.р:' = х.л112 + х.Г'2 = 2 +0,524 = 2,524

(нагрузна второй ветви реактора при са юзаnуске двигателя мощtюстью 6 МВт отключается);

 

402

отсутствми питающегО напряжения в те- Рис. 15.17. К примеру 15.2

чеиие 4 с возможен.

Длитель.ность са)iозапускн двигателя мощностыо 6 МВт на основании

рнс. 15. 17

lnep = 9,5 (0,1/О,ЗВ+ 0,1/0,31+0,1/0,2 + 0,05/0,18) = IЗс.

Пример 15.S. Предприятие nитается от сети 110 кВ через два трннсформ<: ­ торв 110/6,3 кВ, соедиm1е:-.1ых межд)' собой нормально разомкнутым сскцишшым выклю•1ателем. При отключении одного из трансформ аторов электроприемиикн со­ отнетстеующей секции присоединяются аDТоматичсски ко второму трансформа­ тору. Лри этом длительность перерыва Б:электрос1-1а6жении равна 1 с. Сопротив­ ление сети, приведенное к мощносrи 100 МВ. А и напряжению 6,3 кВ. состав· ляет О,76. Определить остаточное напряжение при самоэаnуске синхронных и асинхронных двигателей, питающихся наnряжением 6000 И 380 В.

ре w е ни е. Исходя нз длительности перерыва. в мектроснабженнi1, p.an·

нofl 1 с, рвсс.ч111аем реактивные сопротивления всех элементов сети и снмоэалус­

каемых двнrвтелеА, сделав сле. ющие доn).цення:

1н1лряже11ие в системе и э. д. с. синхронных двигателей одинаковы, угол сдвн-

rв м::=е т а:: 1::-::;ателеА неповрежденной секu11и шин_ свер - переходное. к11.к н в режи!е КЗ за сопративJiеиие'' мозапуснаемых дв1 11:пелеи nоско,'JЬКУ у синхронных двигателей резервируюr.цеи секцИИ должна бн 1 ь опере жающая форсираnка оозбуждения.

Результирующее соnротивлениt> всех с.амозаnускаемых синхронных двига·

телеf! оказалось равным 1,98, а асинхронных - 7,45. Эквивалентное сопротиале-

х._

нее синхронных двиrате.ТJеА

= 0,76 · 1,98/(0,76+ 1,98) = 0,55.

Остаточ1юе напряжение на Ш(JНах 6 кВ при саNОза nуске ас1111хр0ttны-х двн-

1·ше.пеА, питающихся напряжением 380 В,

и.ост = 7,45/(7.45+0.76) =0,93.

Без учета влияния ас1111хро1111ых двигателей

И.ост= 7,45/7,45 + 0,76 = 0,91,

 

Проверить, возможно v'IИ сш.юnозбуждение асинхронног о двигате.11я при уг­ попой скорости ro•дu = 0,97.

Ре ш е н и е. Составляем ур.аn11ею1е rра11нцы сm.ювозбужд.енftя асинхрон­ ного двиrате.11я:

[хс/{ы•дв -w)2-(x,.. +х:),'2] + [R"J ((O•дlЗ -ro)J2 = f(x" -x:)f2J2.

Здесь w"дв -yrлoв fl скоресгь ротора, рнвная 0,2; ro -частота свободных ко­ леt5аний;

 

т. е. влияние синхронных nвнrвтелей на остяточпое наnряжение у ilcи:ixpo1111ыx i\вигателеf\ при самозапуснс 11еэначите..11ыю.

Пример 15.4. Провер111ъ. при каком остаm•нюм нflnряжении може·1 6t.1ть осущестnлен самоэг11.усн технологичес1юН м;. шины с nостояuным моментом сопро­

=

тивления (fflc = 0,7; 'ГJ = 2 с) лр11 следующих napa;i.1eтpax приводного нс11н­

хроююrо двигателя с короткозпмкнутым ротором: m уск = 1,2; mrnв.x 2,2;

sном = 0.05. Перерыв электросна&кенин / ер = 1.4 с.

Р е ш е и и е. Скольжение, до которого затормозится агрегат прн nepepыDe

в электроснабжении. ·

s=mJncplT,=0,7 ·1,4/2 =0,5.

Критическое сК0J1ьже1ше, до которого затормозится nвип1тель,

 

sиJ5нcм=mmox;-J/т1 1ax- 1 == 4,16;

'кр= 4,16. 0,05"" 0,21.

х" = х•дв + х"тр + х"л = 1,9 +0,1+0,3 = 2,3:

х: = х:дв + х.11-'1 + х.п = 0,6 +o.t + 0,3 = l.

В коордшrатах R.!((J)•дв - ы), х./(ы•дв - ы)2 граница зоны самовоз­ t5уждt:!ШЯ представляет собой полуокружносн" радиусом, рапным (х. - х)/2 =

= (2,З - l)i2 = 0,65, с центро 1 на оси ордн11ат 11а расстоянии от ннчма коор­ дннат, равном (х. + х:)/2 == (2,3 + 1)/2 = l,66. Эта зона иэображсна на

рис_!5_19 (кривая/).

Для определе111-1я возможности самовозt5уждения асинхроююrо двигателя

наиесб1 на рис. 15.19 характеристику внешней сети, описываемую уравнениями

х•с.вн = x.c/(ro•дn -ro)2 =О, 15/(rо•дв -сп)2;

R."11 = r •л/(ы•дв -(1)) --= 0.1/(оо.дв -ы).

Изменяя (w•дв -w) от О до 1, рассчи ·rшэаем:эту харак:rернстику (тi!бл. 15.2}

и строим ее на рис. 15.19, 6 (криnая 2).

?W.:U12

2,4.

i

т с lf

ь

®--Ф-111

lJ

Пересечение характеристики внешнеti сети и границы зоны самовозt5уждения двиl"ателя возможно при rо"дв - ro = 0,377 (точка а; х"с = 1,06) и ro•дn -ro =

= 0,263 (точка 6; "'•• = 2,17).

 

ТGблица 15.2. Результаты расчета характернс·rики внешнеА сети

 

АJJГ1ЩСНТ Фу11нц1111

 

411.

о 0,0J' 0,2f ·44 4J' q& 0,8 13

Рис. 15.18. К примеру 15.4

 

(Д}•ДR-(1.)   0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,25 R_•Bli 0,10 0,11 0,13 0,14 0.17 0.20 0,25 0,33 0,40· (<1,1•ДU-ID)2   0,81 0,64 0,49 0,36 0,25 0,16 0,09 O,Of х.".JЖ 0,15 0.185 0,23 0,36 0,42 0,00 0.94 1.67 2.40

1/# 46 t2...&._

tf ш"9 t.J

Рис. 15.19. К примеру 15.5

Строим меха'н11•1ссную характеристику пр11водноrо двигателя (рис. 15.18).

Скольже1111ю s = 0,5 оотпеrствует т = l,7. Чтобы при nосстановленни 11нтшо-­

щеrо наnряжеи11я электрО)tаnшпн. •i момент 6ыл выше момеита соnроп1n 11ен11я машины (fflc:;;э. 0,8 + 0,85). остаточное напряжение на ажимах двигателя долж­ но t5UJTL

Uост = Ji0,85/1,7"" 0,7.

11

Пример 15,5. Узел нагрузки, nредставле11ныn 9квивалентньш асинхрон­ ным д1щrателем, питается от шин мощной систе\tЫ через скомпеисированную ем­ кост1.ю одноцепную ЛЭП (рис. 15.19, а). Параметры ЛЭП: U = 11 кн, х. = 0,3,

r •.n = O, l, х.с = О, 15; щ1раметры трансформ.:п ·ора: J(тv = 110/ll кВ, х•т • =

 

 

Чтобы решить вопрос о возможности самовозбуждении асинхронного двига­ 'l"е.'Jя, надо найти частоту свободных колебаний w. Эrо мож110 сделать, рассмо·грсл условия резонанса н схеме (см. рис. 15.19, а) 11рн представлении двигателя еп, астотиыми характеристиками.

Условиям резонанса соответствует ураn11ение

х.,f(о>•д• - ro)' = (х, +<u2T'X:)i(I + w'T').

Для точки ь ИМЕ-t:М

 

0,1, r.тр=О; параметры дnиrнтеля: s=0,5,x •.цo=l,9, x:д = 0,ti,T=­

2,17 =

(2,З +.,. ·200' · 1)/(1 +.о'· 2002);

-= 200 рад. Напряже1ше на шинах «.:истемы U •с = l. Ьаэисными ведичишш1t nв·

.l ЮТСЯ МОЩНОСТЬ sб = 121 fо.·\В • А и напряжение иб = 110 кВ.

2, 17 = 2, 17. 200 Ш' = 2,3 + 200"0>';

1,17. 200'""' = 0,13; "'= ± 0,005 (0,13/1,17 = ± 0,00167.

 

 

405.

 

В точке а частота свободных колеб<1ний (1) = 0,072. Поскольку угловая ско·

-рость двип1.те.11н ffi•дв = 0,97, действительное значение ffi•дв - ro в рассматри­

·иаемых условиях 15ольше, чем разность частот (0,377 и 0,263). при которой воз·­ можио возникновение самовозбужлення асинхронного двигателя.

 

Еовтрольяые вопросы

1. Каковы основные причины возникновения резких из!\1енений режимов в узлах СЭС?

2. В чем особенность методики исследования переходного проuесса в узле нагрузки при резких измене11иях режима его ра15оты?

-З. Как влияет резкое снижение напряжения в -rочке питания на vстойчи- вость синхронного двигателя?

-4. Как протекает переходный процесс в сш1хрошю 1 двигателе при резком уведичении иагрузки н его валу?

-5. Как определяется допустимое npe"w!я наброса нагрузки на синхролный двигатель?

'6. В чем заключается расчет устойчивости синхронного двип1теля при набросах нагрузкн?

7. Каковы особенности расчета пускового режима синхронного и асинхрон­ ного nвигателей?

8. Что такое самозапуск:электродвигателей и с какой целью он предусмат" ривается?

9. Какие параметры необходимо определять для проверки самоэвпуска электродвигателей?

10. В чем эаключается расчет самозалуска синхронных н всннхроииых дви­ гателей?

11. Какие причины самовозбуждения асинхронных двигателей при компеи­ сации реактивной мсщности?

12. Каконы 1юс;1едствня самовозбуждения:9ЛеК'rродвигателей?

 

·темы рефератов

1. llJ1ю1ние толчкообразной нагрузки на режим рабо1ы СЭС.

2. Ныбор условий пуска синхронных и аси1-1хро1111ых двигателей.

;. Переходные процессы при самозапуске синхронных и асинхронных дви­ гателей в узлах нагрузки.

=1. Методы расчета устойчивости узлов нагрузки при сильных воз"'1ущениях

с помощью ЭВ/\\.

 

I'лава 16

ПОВЫШЕНИЕ УСТОИЧИВОСТИ СИСТЕМ 3ЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

 

16.1. Rлассификацил мероприятий по- повышению устойчивости систем электроснабжения

 

Для повышения устойчивости СЭС промышленных предприятий, транспорта, объектов городского хозяйсгва и предприятий агро· лрома предусматриваются экономически и технически обоснованные мероприятия. Различают мероприятия на стадии проектирования СЭС и вводимые дополнительно в процессе их эксплуатации.

 

 

Считая условно, что некоторые элементы системы являются ос­ новными (турбины, генераторы, трансформаторы, ЛЭП, синхрон­ ные компенсаторы, выключатели), а другие элементы -дополни­ тельными (переключательные пункты. установки компенсации индуктнвных сопротивлений электропередачи, активные и индуктив­ ные сопротивления в нейтрали трансс}юрматоров, нагрузочные со­ противления для торможения генераторов при сбросах нагрузки" устройства для ресинхрониэации генераторов и т. д.), мероприятия по повышению устойчивости СЭС и качества переходных процессов можно разделить на две группы:

1) основные мероприятия, предусматривающие изменение пара­

метров СЭС с помощью основных элементов;

2) дополнительные мероприятия, осуществляемые путем уста·­

JЮВКИ дополнительных устройств.

По влиянию на показатели СЭС различают мероприятия, на­

правленные на изменение параметров режима, и мероприятия, направ­

ленные иа изменение параметров СЭС, а по влиянию на устойчивосп]<о СЭС -мероприятия. направленные на новышение статической устой­ чивости, и мероприятия по обеспечению динамической устойчивости.

При рассмотрении всех мероприятий необходимо учитывать. возможности автоматического управления и регу 1ировапия, по­ эволяющие в ряде случаев с минимальными затратами добиваться·

желательного повышення устойчивости и надежности электроснаб­ жения. Ниже описываются мероnриятия, которые получили наиба-­ лее широкое нрактическое применение.

16.2. Использование регуляторов электростанций Электростанции могут влиять на устойчивость СЭС своими сред···

сmами АРВ, автоматической частотной разгрузки и аварийной­

разгрузки турбин.

Автоматическое регулирование возбуждения. Со снижением на-­

пряжения на шинах генератора при КЗ в СЭС вступает в действие

устройсгво АРВ. При этом увео1ичивает- Р ся ток в ОВГ н повышается амплитуда электромагнитной мощности аварийного режима, в результате чего нрuисходит соответствующий переход с угловой ха­ рактеристики мощности 11 на характе· ристики //',//"и т.д. (рис. 16.1).

Таким образом, под дейсmием АРВ

изменение электромагнитной мощности при КЗ совершается не по характеристи­ ке //, а по кривой плавного перехода с

характеристики 11 на характеристики

/ /', / /" н т. д. (кривая Ьс') в соответст· о•"---'---'----....L-

вии с плавным увеличением э. д. с. воз- Оо dотм О

буждения. Рис. 16.l. Вдиюшс дРВ rе-

После отключения КЗ электромагнит- нератора на р.ниамическую

пая мощность изменяется не по харак- устойчивость l..::1'....

 

7еристике 11 /, а no кривой de nутем плавного перехода с характе­ ристики 111 на характеристики 11 /', 11 /" и т. д. В дашюм случае роль АРБ сводится к уменьшению площади ускоревия F, и уве­ личению площади возьюжноrо торможения Fт.

В настоящее время устройства АРБ интенснвво _ совершенству­ ются в направлении превращения их в многофункr.uюнальные сред­

.ства решения ряда важных задач, включая:

rюддержанне необходимого уровня напряжения в заданной точ•

1<е СЭС;

обеслечение высоких пределов статической и динами ческой устой·

--ЧИООСТI СЭС;

демпфироnание малых н больших коJiебаннй;

 

вается нормальная работа основной массы ответственных потреби- телей..

При подключении промышленных предприятий к системам спе­

циальной автоматики отключения нагрузки прнходнтся решать

задачи, близкие к тем, которые должны быть решены для обеспе­

че1шя бесперебойности тех1юлогических процессов при перерывах

в питании и т. д. Комплексное реше­ ние этих зада ч дает возможность по­ высить устой чивость в тяжелых ава­

рийных ситуациях.

Аварийная разгрузка турбин гене­

раторов. Действие устройства аварий­

формнронание возбуждения в аnарийных режимах;

ограничение перегрузки машины по токам ротора и статора с выдержкой времени, зависящей от перегрузки;

поддержание постоянства тока возбуждения в режиме выбега

ной разгрузки заключается в том, что спустя некоторое время после возник­ новения КЗ подается сигнал на закры­ тие задви жки аппарата впуска энер­

Рис. 16.2. Изменение площадей: ускорения и торможения при уменьшении мощности турбины

генератора.

Кроме того, с помощью устройств АРБ можно дистанционно из­ менять устан1<у, выполнять ручное управление возбуждением, изме­ нять статнзм регулирования, подгонять уставку папряжения при

.автоматичесJ<ОЙ синХJЮНИэации и осуществлять доnолнителыю

некоторые другие функции.

Во вновь создаваемых СЭС 11ачинают применяться адаптивные реrулшоры возбуждения и регуляторы с переменной структурой. Для их создания все шире используются нолуnроводннки, интеграль­

.ные микросхемы и э.пемеmы цифrювоii вычиСJJительной техники. В 31·ом смысле устройства АРБ по своей конструкции приближа­ ются к аналоговым и цифровым ЭВМ.

Автоматическаи разгрузка по частоте. При снижении частоты

·в СЭС уменьшается генерирование реактивной мощности источника­

ми и увеличивается потребление реактивной мощности нагрузкой.

Это приводит к понижению напряжения в узлах нагрузки, а прн

·<Определенных условиях -к лавине частаrы и лав1-1не напряжения,

nри которых происходит массовое отключение потребителе й и нару­

·шение параллельной работы эо1ектростанций.

Снижение частоты до опасных пределов практически может быть t1ред0твра ще110 путем ввода вращающегося резерва или автомати­ СJеского отключения некоторой части нагрузки. т. е. автома тической

частотной разгрузкой. Роль ее особенно велика в СЭС небольшой и средней мощностей с малым: числом электростанций 11 сла(ю ра з­ nиты 1и эде1щ1ическими сетями. По мере укруш1е11ня СЭС относн­ 'ТеJIЬНая доля возможного аварийного веб.аланса мощности снижа­

-ется.

гоносителя (воды или пара) в турбину. При этом механическая мощность турбины падает с Pom.x до Po m11> (рис. 16.2). Площадь ускорения F, уменьшается, а площадь возможного торможения F,

увеличивается, что приводит к повышению запаса динамической

устойчивости СЭС.

После ликвидации аварии первичные двигатели автоматически

или при участии персонала станции вновь набираюr прежнюю мощ­

ность.

 

16.3. Использование устройств релейной защиты и автоматики

 

Устройства релейной защиты и автоматики позволяют весьма эффе1<тнвно влиять на устойчивость путем изменения режимов СЭС. Уменьшение времени отключения 1(3. Сокращение времени от­ ключения КЗ приводит к уменьшению площади ускорения Fy и уве­ личению площади возможного торможения F т (рис. 16.3, а). По­ скольку ротор генератора прн КЗ ускоряется весьма интенсивно (рис. 16.3, 6), даже незначительное уменьшение времени отключе- 1шя КЗ Лt приводит к существенному уменьшению угла отключе­

ниi М.

р р

•

'

В настоищее время особое внимание уделяется выбору и стро·

гому технико-экономическому обоснованию слеuиальной автоматнк н

отключения нагрузки. Эта автоматика позвол яет в различных ситу­

ациях повышать как устойчивость СЭС в цеJЮм, так и уС'IUйчивость

нагрузки, предотвращая лавину напряжения или хаотические са­

 

 

1 oo.-""' fq-m,-,-..,. m-к -2·t

о tf

моотключения электроприемников, в результате чеrо обеспечи-

 

-408

Рис. 16.З. К рассмотрению влияния продолжительности КЗ на устойчивость СЭС

27 &-87Ы 409

 

t75DI

На рис. 16.4 изoбражена зависимость коэффициента запаса динамической устойчивости 1<.д от продолжительности КЗ, нз кото­ рой следует, что сокращение времени отключени11 КЗ является эффективным сnос.обом увеличения запаса динамйЧеской устойчи-

к1 вости.

Время отключения КЗ складывается

t5' из времени действия релейной защиты

 

боту СЭС не только после самоустраняющихся повреждений, но и nри ложном срабатывании средств релейной защиты, са•юпроиз­ вольном отключении выключателей ИJШ ошибочных действиях пер· сонала.

Успешное АПВ увеличивает площадь возможного торможеню;

F, (рис. 16.5), что способствует сохранению динамической устой­

чивости СЭС.

t2 и времен}.{ срабатываниn выключателя:

1 tоткл = is + iв.

D.7f ' Применя емые воздушн ые выключате·

'.... ли имеют собствен11ое время срабатыва·

4 0 41 42 43 с ни 1,_ = 0,0670,08 с. Для работы ре- Рис. 16.4. Зависимость иоэф- еинои защиты требуетс я 1, = 0,02+ фициеtrrа запаса динами11е- -:- 0,04 с. Общее время отключения скоn устойчиво сти СЭС' от tоткл = 0,0870, 12 с. В перспективе воэ- лродолжите.r:ьности КЗ можно сокращение времени отключения

На рис. 16.6 изображены схемы электропередачи в режимах, которые соответствуют различным угловым характеристикам мощ­ ности, показанным на рис. 16.5.

 

f

п-..1 [/-

 

6

-

11эп

1(3 до 0,0S-{),08 с. & //

Автоматическое повторное включение. Преобл адающая часть

аварийных отключений ВЛ является следствием неустойчивых ло­ 8

вреждениii, которые самоустраняются после снятия напряжения пу·

тем отключения линии. Обычно подобные нарушения нормального режима работы СЭС возникают при появлении дуги в результате грозовых перенапряжений, набросах на провода, перекрытии изо· ляции и оо другим причинам.

 

р.

ТабАица 16,/, Характеристика

АПВ электропередачи k

HanJlяжe.- 1Ь'сnешность

Нмд АПВ ние ЛЭП. цеАствия

1 кВ АПВ. %

Рис. 16.б. Схемы 9./lектроnередачи, соответствующие lfОрмальному (а). аварийно­

му (6), nослеаварндному (в) режнмвм и режиму работы после успешного АПВ (г)

Номинальный режим, угловая характеристика мощности которо­

rо соответствует кривой /, характеризуется nара..етрами

Р, = E0U/x1; х1 = х4 + х" + х,,/2.

При аварийном режиме (кривая / /)

Ри =E.UJxu: Xu = х4 + х,,, + x,J2 + (х4 +x,.)x.J(2xJ.

В оослеаварийном режиме (кривая ///)

Однокраniое 2-IO 53,5

Двукратное 2-IO 56,2

Однократное 110-330 75

Двукраn1ое 110-330 77-W

Однократное 440-500 50

 

Рис. 16.5. Влияние дnв на динамическую устойчивость СЭС

Рт= Е0U/хш; Xm = х4 +Хтр + Хл•

В режиме, соответствующем успешному АПВ, кривая IV сов­ падает с кривой / и характеризуется параметрами

P1v = E0Ulx1v; x1v = х1 = х4 + х.,, + хпf2.

Опыт эксплуатации устройств АПВ показываеr, что повторное включение является одним из эффективных средств повышения

Из опыта эксплуатации известно, что более 50 % всех КЗ пре· кращаются nncлe временного отключения электропередачи. После оовтор1юй подачи на11ряжения путем АПВ на ЛЭП, в которой про­ изошло неустойчивое повреждение, нормальный режим ее работы восстанавлив ается. В тех случаях, когда повторное nключ=ние ока· зывается неуспешным, ЛЭП вновь отключается. Успешность деl!· ствия устройств АПВ характеризуется статистическими данными, приведенными в табл. 16.1.

Автоматическое nqвторное включение электропередачи позво­

ляет быстро ликвидировать аварию н восстановить нормальную pa-

 

4 IU

устойчивости СЭС. Успешное действие устройств АПВ на одиноч­

ных 11итающих./1ЭJ1 11озволяет быстро ликвидировать перерывы

в "'11ектроснабже1ши и предотвратить 11ол11ое наруше1ше электро ­

снабжения,.а значит, и технологического ЛJ:ЮЦесс.а на лроиэоодстве.

Эффективность применения АПВ также высока на ЛЭП с дву·

сторонним питанием, в особенности на мощных межсистемных свя·

sях, отключение которых монrет привести к серьезной ава рии в СЭС. Поэтому согласно Правилам устройства электроустановок приме11е11ие АПВ является обязательным для ЛЭП всех напряже­

ний выше 1 кВ.

21• 411

 

Необходимо отметить, что саьюустраняющиеся повреждения, помимо ЛЭП, часто происход"т на сборных шииах электростанций и подстанций, на трансформаторах и электрических аппаратах. В связи с этим широкое распространение оолучнли также устройства АПВ шин трансформаторов, успешность действия которых составля­ ет 60-75 %.

Реrулнрованне напряжения в узловых точках СЭС. В сложных