Переходные процессы в электродвигательной нагрузке систем промышлен

Ток короткого замыкания СД определяется соотношением

Ток в обмотке возбуждения и демпферной обмотке по Продольной оси определяется соотношениями (4.57) и (4.58). При трехфазном коротком замыкании на выводах СД с уче­ том выражения (6.15) получаем:

Расчетные характеристики основных параметров режима при трехфазном КЗ на выводах синхронных двигателей типа СДН и СТД приведены на рис. 6.1 и 6.2. Продольная и попе­ речная составляющие сверхпереходной ЭДС в момент КЗ сохраняют свои значения из предшествующего режима, а затем затухают до значений, соответствующих установивше­ муся режиму КЗ. При переходных процессах можно выде­ лить две составляющие Е"ч: быстрозатухающую с постоян­ ной времени T"d и относительно медленно затухающую с по­ стоянной времени Т'(1. Токи статорной обмотки, обмотки воз­ буждения и демпферной по продольной оси в момент КЗ претерпевают скачкообразные изменения, а затем затухают до значений, соответствующих установившемуся режиму.

Уравнения (6.1) — (6.7) составляют основу для определе­ ния тока КЗ от СД в любом узле системы электроснабжения. Анализ параметров СД и систем возбуждения различных ти­ пов, параметров режима, предшествующего КЗ, и других

факторов позволяет сформулировать следующие положения. Точный расчет токов КЗ от СД является актуальной зада­ чей в связи с увеличением их доли в общем токе КЗ вслед­ ствие возрастания единичной мощности СД и доли синхрон­ ной двигательной нагрузки в общей нагрузке узла. Напри­

СССР введены в действие новые «Руководящие указания по

работанные коллективом авторов кафедры электрических станций МЭИ. В них обобщены новые методы расчетов и приведены расчетные кривые, соответствующие современно­ му электрооборудованию. В частности, в РУ предлагается периодическую составляющую тока КЗ от СД для различных моментов времени определять на основе новых типовых кри­ вых /*(/), рассчитанных для четырех типов СД. За базисное значение тока при этом принято начальное значение перио­ дической составляющей тока КЗ от данного СД. Новые РУ позволяют увеличить точность расчетов токов КЗ от СД. Вместе с этим сама основа РУ —использование типовых кри­ вых и определенных условий — с неизбежностью вносит в расчеты погрешности, исследование которых не нашло отра­ жения в РУ Кроме того, новые указания ориентированы в основном на расчеты с использованием лишь простейших вычислительных средств.

Существенные различия в параметрах СД даже в преде­ лах одной, а тем более разных серий, практически исключа­ ют возможность использования для определения токов КЗ от СД в различные моменты времени (/,) единых универ­ сальных (расчетных) кривых. Например, кратность пусково­ го тока /п//д-, существенно определяющая значение сверхпере­ ходного тока КЗ от СД /", в пределах серии двигателей СТД

различных серий этот параметр изменяется от 4 (серия ВДС) до 11 (серия СТМ). Постоянная времени обмотки возбужде­ ния Т/о в пределах серии двигателей СТД изменяется от 904 до 2110 рад, т. е. более чем на 200% [4], для других серий значения Tf0, T'(h а следовательно, и степень затухания пере­ ходной составляющей тока КЗ, изменяются в тех же преде­ лах. Неучет этих изменений (как это имеет место в РУ) мо­ жет привести к погрешности около 20% при определении

тока It к моменту времени /=0,1 с. Вместе с тем неучет за­ тухания тока КЗ от СД (при /,= /" ) приводит к существен­ ному завышению расчетных токов отключения выбираемых коммутационных аппаратов. Например, для расчетного вре­

6.1, 6.2). Следует также заметить, что в новых РУ не учиты­ вается изменение степени затухания тока КЗ от СД в зави­ симости от удаленности (хк) от места КЗ. При xK= x " d это приводит к погрешности 20% в определении тока /, для / = = 0,1 с.

При оценке токов КЗ от СД желательно учитывать ре­ альные рабочие режимы СД, поскольку эти токи в значи­ тельной мере зависят от параметров режима, предшествую­ щего КЗ (напряжения на статорной обмотке U, коэффици­ ента мощности cos ф и коэффициента загрузки по активной мощности Кз), и при их вариации могут изменяться в 'преде­ лах 20%. Так, например, сверхпереходный ток двигателя ти­ па СДН-16-71-8 ( / \ = 3200 кВт) для двух режимов, пред­ шествовавших КЗ, имел следующие значения: /" = 5,45 при U=A, /(з'=0,7, С05ф=1; /"= 6,35 при £/=1,05, Кз=0,7, созф=0,8, т. е. изменялся на 16%. Только при невозможно­ сти однозначного определения рабочего режима следует при­ нимать в качестве расчетного предшествующего режима но­ минальный.

При использовании статических и бесщеточных возбуди­ тельных устройств напряжение на обмотке возбуждения в режиме трехфазного КЗ на выводах СД равно нулю ('U,= =0), а в схемах с электромашинным возбудителем U, практически сохраняется на уровне значения в режиме, пред­

устройства даже без учета форсировки возбуждения к мо­ менту времени /= 0 ,5 с может достигнуть 20% (рис. 6.2), поэтому при оценке токов КЗ следует учитывать реальные режимы обмотки возбуждения СД.

При расчетах мгновенного ударного тока КЗ от СД не­ обходимо учитывать затухание не только апериодической, но и периодической составляющей тока КЗ. Постоянная време­ ни сверхпереходного процесса по продольной оси Т"л при ко­ роткозамкнутой обмотке статора для СД с шихтованными полюсами (СДН, СДКП и др.) составляет менее 0,01 с (см. ■л. 3). Поэтому к моменту возникновения максимального

значения тока КЗ (*=0,01 с) сверхпереходная составляю­ щая тока, определяемая третьим слагаемым в выражениях (6Л5) и (6.16), затухает практически до нуля. К этому мо­ менту ощутимо затухание и поперечной составляющей тока КЗ, определяемой выражениями (6.8) и (6.18). Затухание периодической составляющей тока КЗ от СД можно учёсть с помощью дополнительного уменьшения ударного коэффи­ циента Ку. Все это позволяет принимать для расчетов мак­ симального мгновенного значения тока КЗ от СД значение Ку не более, чем 1,6.

Приведенные положения позволяют утверждать, что един­ ственным достаточно надежным способом определения рас­ четных значений токов КЗ от СД является способ, основан­ ный на интегрировании системы уравнений переходных про­ цессов в СД (6.1)—(6.3) с учетом конкретных условий для узла системы. Использование для этой цели выражений ти­ па (6.15) не рекомендуется, так как при их выводе исполь­ зованы определенные допущения, а трудоемкость расчета токов КЗ на ЭВМ при этом практически соизмерима с тру­

оценку токов КЗ от СД на основе системы уравнений пере­ ходных процессов (6.1)—(6.3) с учетом конкретных условий.

6.2. ОТКЛЮЧЕНИЕ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

После отключения СД от электрической сети ток статор­ ной обмотки становится равным нулю (/= 0 ) и из эквива­ лентных схем замещения двигателя (см. рис. 1.5, 1.6) могут быть получены следующие соотношения:

и я

(6.25), полученная на основе упрощенных уравнений Парка— Горева, для отключенного от электрической сети двигателя состоит из трех практически независимых уравнений. Элект­ ромеханические переходные процессы в двигателе в режиме отключения его от электрической сети так же, как в режиме трехфазного КЗ, протекают только под воздействием тормоз­ ного момента механизма Ммех независимо от электромагнит­ ных переходных процессов. Электромагнитные переходные процессы по продольной и поперечной осям протекают неза­ висимо друг от друга, а относительно приведенных значений сверхпереходных ЭДС при условии U} = const — независимо и от электромеханических переходных процессов.

Наибольший интерес в режиме отключения СД представ­ ляют электромагнитные переходные процессы. Следует отме­ тить, что эти процессы в отключенном от электрической сети СД протекают с постоянными времени T'd0, 7v/d0 и TXq0, соот­ ветствующими разомкнутой статорной обмотке, т. е. значи­ тельно медленнее, чем в режиме трехфазного КЗ, для кото­ рого электромагнитные процессы определяются постоянными

цессов по продольной оси в отключенном СД можно значи­ тельно упростить:

Расчетные зависимости, характеризующие изменение ос­ новных параметров режима СД, отключенного от электриче­ ской сети, приведены на рис. 6.3, 6.4. При Uf= const, напря­ жение на выводах двигателя, отключенного от электрической

Рис. 6.3. Переходный процесс при выбеге отключенного от электрической сети двигателя СДН-16-71-8 (^У/ = const)

значение остаточной ЭДС Е " q отключенного двигателя явля­ ется фактором, увеличивающим допустимое время повторно­ го подключения СД к электрической сети ввиду возможной опасности включения двигателя в тот момент, когда векторы напряжения электрической сети U и внутренней ЭДС двига­

теля Е"ч находятся в противофазе. Такое подключение может

сопровождаться недопустимым для двигателя током статор­ ной обмотки или электромагнитным моментом на валу.

Из уравнения (6.24) следует, что на ЭДС Е"q отключен­ ного двигателя существенное влияние оказывает напряжение на обмотке возбуждения Uh и, следовательно, соответствую­

щим управлением режима ВУ двигателя можно добиться быстрого затухания этой ЭДС. Режим ускоренного затухания внутренней ЗДС СД называется гашением поля двигателя,

Рис. 6.4. Переходный процесс при выбеге отключенного от электрической сети двигателя СТД-8000-2 (t//=const)

и его обеспечение является одной из важнейших функций ВУ Поскольку гашение поля СД может осуществляться раз­ личными способами, целесообразно определить эффектив­ ность каждого из них. Эффективность гашения поля оцени­ вается по скорости затухания остаточной ЭДС двигателя ли­ бо по скорости спадания тока в обмотке возбуждения. При этом напряжение на обмотке возбуждения не должно превы­ шать допустимого значения.

Расчетные зависимости для ЭДС Е"ч, тока I, и напряже­ ния обмотки возбуждения Uh соответствующие различным способам гашения поля, приведены на рис. 6.5—6.7. Расчеты проводились на ЭВМ по программе, позволяющей интегриро­ вать систему дифференциальных уравнений (6.23) — (6.25), для синхронного двигателя с массивным ротором СТД-8000-2 (кривые /—5) и для двигателя с шихтованным ротором СДН-16-71-8 (кривые 6, 7). Зависимости / (на всех трех ри­ сунках) соответствуют случаю, когда гашение поля не про­ изводится, а ВУ получает питание от независимого источни­ ка (i/,=const). Зависимости 2 отражают способ гашения