2.4 3Адание на выполнение контрольной работы № 2

 

Рассчитать самозапуск синхронных электродвигателей при  отключении, вследствие повреждения трансформатора Т-1 и автоматическом включении (АВР) через время  t_э секционных выключателей.

Контрольная работа выполняется на основе единой схемы для всех вариантов (рисунок 12). От  I  и  II секции шин получают питание по  N  синхронных электродвигателей (СД) и прочие электроприемники мощностью S_н1, S_н2. От III и IV секции шин получает питание соответственно обобщенные нагрузки мощность S_н3, S_н4. Все необходимые данные содержатся в таблицах 710.Коэффициент загрузки трансформаторов ГПП следует принимать равным для всех вариантов =0,7, напряжение короткого замыкания U_к = 10,5%.

Суммарная мощность синхронных электродвигателей составляет 50% от расчетной нагрузки, подключенной к трансформатору ГПП.

Например: мощность трансформатора ГПП S_нт=40 МВА, мощность электродвигателя Р_н=1250 кВт.

Расчетная нагрузка трансформатора S_р =   S_нт = 0,7 40 = 28 МВА.

Количество электродвигателей, приходящихся на  I  II  секцию шин:

           N₁ = N₂ = .

Принимаем ближайшее целое число   N₁ =  N₂ = 6.

Мощность электроприемников прочей нагрузки  I  и  II  секций шин:

             МВА.

Мощность электроприемников нагрузки  III  и  IV секций шин:

             МВА.

Для всех вариантов следует принимать коэффициент мощности нагрузки  III  и IV секций шин, равный  cos _н = 0,9.

Система - источник неограниченной мощности, поэтому следует полагать, что x_с = 0,  U_с = соnst (в приближенных расчетах U_с* = 1,05).

 

 

 

 

Таблица 7 - Исходные данные

 

Начальные буквы фамилии студентов		А, Д, Э	В, Г, Я	Б, Е, Щ	Ж, З, И, Л	К, Ю	М, О	Н, П	Р, Т, У, Ф	С, Ч	Х, Ц, Ш
Длина воздушной линии, км		15	20	25	30	35	40	45	50	55	60
Номинальная скорость вращения, об/мин	СД	250	300	375	500	600	250	300	375	500	600
Закон изменения момента сопротивления приводимого механизма	СД	0,15+0,55(1-s)2	0,15+0,65(1-s)2	0,15+0,75(1-s)2	0,15+0,85(1-s)2	0,15+0,85(1-s)2	0,15+0,75(1-s)2	0,15+0,65(1-s)2	0,15+0,55(1-s)2	0,15+0,75(1-s)2	0,15+0,65(1-s)2

 

 

Таблица 8 - Исходные данные

 

Предпоследняя цифра зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Номинальная мощность трансформатора ГПП, МВА	25	32	40	63	80	25	32	40	63	80
Номинальная мощность синхронного двигателя, кВт	1600	1250	1000	800	630	800	1000	1250	1600	630
Момент инерции приводимого механизма, Jмех, Т·м2	0,3×Jдв	0,4×Jдв	0,5×Jдв	0,6×Jдв	0,7×Jдв	0,3×Jдв	0,4×Jдв	0,5×Jдв	0,6×Jдв	0,7×Jдв

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 12 - Схема питания узла нагрузки

Таблица 9 - Исходные данные

 

Последняя цифра номера зачетной книжки	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Время перерыва питания tэ, с	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	3,5	3,0	2,5	2,0	1,5

 

Таблица 10 - Номинальные параметры синхронных электродвигателей 

 

Тип двигателя	Рн, кВт	Sн, кВА	Uн, кВ	Iн,  А	н,  %	Пусковые характеристики				Момент инерции,J, Т·м2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
n = 600 об/мин
СДН-15-64-10	1600	1860	6	179	95,7	2,12	6,2	0,95	1,6	2,6
СДН-15-49-10	1250	1460	6	141	95,2	2,11	5,8	0,85	1,4	2,22
СДН-15-39-10	1000	1170	6	113	94,6	2,17	5,8	0,8	1,4	1,88
СДН-14-56-10	800	940	6	91	94,4	2,09	5,7	0,85	1,5	0,96
СДН-14-44-10	630	745	6	72	93,8	2,05	5,4	0,8	1,3	0,79
n = 500 об/мин
СДН-16-51-12	1600	1870	6	180	95,3	2,08	5,1	0,95	1,1	5,53
СДН-16-41-12	1250	1460	6	141	94,8	2,22	5,4	1,0	1,0	4,64
СДН-15-49-12	1000	1170	6	113	94,8	2,07	5,4	0,9	1,2	2,01
СДН-15-39-12	800	945	6	91	94,0	2,07	5,2	0,0	1,1	1,78
СДН-15-34-12	630	750	6	73	93,6	2,01	4,4	0,8	1,0	1,46
n = 375 об/мин
СДН-17-46-20	1600	1880	6	181	94,8	2,16	5,4	0,85	1,4	10,2
СДН-17-39-20	1250	1480	6	142	94,0	2,18	5,3	0,8	1,3	8,93
СДН-16-41-20	800	955	6	92	93,2	2,26	5,1	0,75	1,3	3,61
СДН-16-34-20	630	755	6	73	92,6	2,18	4,9	0,7	11	3,11
n = 250 об/мин
СДН-18-39-24	1600	1890	6	182	93,8	2,18	5,7	0,9	1,5	20,5
СДН-17-46-24	1250	1480	6	143	94,0	2,06	4,7	0,7	1,3	10,4
СДН-17-39-24	1000	1190	6	115	93,4	2,14	5,0	0,75	1,3	9,17
СДН-17-31-24	800	960	6	93	93,2	2,04	4,5	0,65	1,2	7,58
СДН-16-41-24	630	760	6	73	92,8	2,31	4,4	0,8	1,0	3,55

 

 

2.5 Методические указания к контрольной работе № 2

 

Исходная схема замещения системы электроснабжения представлена на рисунке 13. Расчеты следует вести в системе относительных единиц. В расчетах в качестве базисной мощности  (S_б) следует принять номинальную мощность трансформатора главной понизительной подстанции (ГПП), базисного напряжения - напряжение ступени, где произошло короткое замыкание (U_б=6 кВ).

Сопротивление нагрузки прочих электроприемников  I  и  II секций:

;

III  и  IV секций:

.

Преобразованная схема замещения приведена на рисунке 14, где число СД равно 2N, а сопротивления нагрузок

;                    .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 13 – Исходная схема замещения             Рисунок 14 – Преобразованная  схема замещения

 

Определение возможности осуществления самозапуска двигателя сводится, в основном, к решению двух вопросов: к установлению достаточности момента вращения электродвигателя с учетом пониженного при этом напряжения и определению дополнительного нагрева электродвигателя, вызванного удлиненным временем разгона. При самозапуске синхронного двигателя следует также проверять успешность синхронизации.

При расчете самозапуска необходимо определить: выбег за время нарушения электроснабжения; сопротивление электродвигателей и сети; напряжение и избыточный момент электродвигателей; время самозапуска и дополнительный нагрев.

Механическая постоянная времени механизма и электродвигателя определяется выражением, (с):

,  с,

где J_дв , J_мех. - момент инерции, соответственно, электродвигателя и механизма, приведенные к валу электродвигателя, т.м²;

       n - синхронная частота вращения электродвигателя, об/мин;

       Р_н - номинальная мощность электродвигателя, кВт.

Выбег за время нарушения электроснабжения приближенно определяется по формуле

,

где  М_мех.    - момент сопротивления механизма, отн.ед.;

           t_э       - время нарушения электроснабжения, (с).

Напряжение на зажимах электродвигателей при самозапуске определяется по следующему выражению

,

где x_э - эквивалентное сопротивление самозапускаемых двигателей и нагрузки секций.

.

      x_вн - сопротивление внешней сети (воздушная линия и трансформатор ГПП);

     U_с - напряжение источника питания.

Сопротивление двигателя приводится к базисной мощности

,

где  S_б - базисная мощность, МВА;

      U_н  - номинальное напряжение двигателя, кВ;

      U_б            - базисное напряжение, кВ;

      I_п(s) - кратность пускового тока электродвигателя при скольжении, соответствующему началу самозапуска  s_гр , определяется по формуле:

,

I_п(s) =  .

   Критическое скольжение (s_к.м.), при котором развиваемый двигателем асинхронный момент достигает максимальной величины М_макс, а для синхронного двигателя определяется по выражению

S_к.м. =  ,

где  М_пуск., М_вх - каталожные параметры двигателя.

Входной момент (М_вх) определяется при скольжении s= 0,05.

Если U  0,8, то для обеспечения более высокого уровня напряжения в начале самозапуска (U  0,8) разрешается отключать часть или всю прочую нагрузку I иII секций шин, и уменьшать количество двигателей, участвующих в совместном самозапуске.

Для нескольких  значений скольжения, начиная от значения, при котором начинается самозапуск s_гр. , до установившегося скольжения s_ строят кривые:

а) асинхронного момента синхронного двигателя при номинальном напряжении

,

где М_макс(а) - максимальный асинхронный момент;

;

б) асинхронного момента во время самозапуска при сниженном напряжении (U_ост )

;

в) момента сопротивления приводимого механизма М_мех(s). Эта характеристика строится по данным табл.7;

г) избыточного момента

.

Проверка успешности синхронизации двигателей проводится по следующему условию. Если скольжение  s_  синхронного двигателя, определенное точкой пересечения кривых сниженного асинхронного момента и момента сопротивления приводимого механизма, будет равно или меньше s_сх, то втягивание в синхронизм обеспечено. Здесь s_сх величина критического скольжения установившегося асинхронного режима без возбуждения, при котором возможно вхождение в синхронизм.

,

где М_макс - максимальный электромагнитный синхронный момент при номинальном возбуждении;

   i_в   =1,4    - кратность тока возбуждения при форсировке.

Для доведения электродвигателя до критического скольжения необходимо, чтобы входной момент с учетом пониженного напряжения удовлетворял следующему соотношению:

,

где U - напряжение на зажимах двигателя при самозапуске, отн.ед.

Наиболее простым и эффективным мероприятием, способствующим успешной ресинхронизации синхронных двигателей является понижение нагрузки на валу с одновременной форсировкой возбуждения.

Длительность самозапуска синхронных двигателей, определяется с помощью характеристики избыточного момента, которая разбивается на участки, в пределах которых изменение моментов происходит по прямой и находятся средние значения избыточных моментов на этих участках. На i-ом участке

,

где М_i - значение избыточного момента в начале i-го интервала;

  М_i+1 - значение избыточного момента в конце i-го интервала или в начале следующего (i+1) интервала.

Время самозапуска определяется по выражению

,  с,

где    ,   ,    ,     - изменение скольжения на отдельных участках,

     М_1ср, М_2ср,. . ., М_пср    - средние значения избыточных моментов на этих участках.