Переходные процессы в электродвигательной нагрузке систем промышлен

амплитуда напряжения на разомкнутой обмотке возбуж­

Рис. 6.26. Расчетные моментные харак­ теристики двигателя СТД-12500-2, осна­

двигателя будет разомкнута, можно определить с помощью выражения

Зависимости ф/л=}(s), соответствующие установившемуся асинхронному режиму двигателя СТД-12500-2 при различных значениях напряжения отпирания Т/отп, приведены на рис. 6.24.

Соотношение (6.99) совместно с выражениями (6.90) и (6.91) может быть использовано для расчета асинхронных моментных характеристик СД с бесщеточными возбудитель­ ными устройствами. На рис. 6.25 и 6.26 приведены такие ха­

рактеристики двигателя СТД-12500-2 для различных значе­ ний напряжения отпирания. Расчетные значения среднего асинхронного момента, соответствующие реальным значени­ ям напряжения отпирания защитной цепи (\UOTn = 5 UfN), до­ статочно хорошо согласуются с данными завода-изготовите- ля. Влияние бесщеточного возбудительного устройства на асинхронные моментные характеристики СД проявляется

6.4. Самозапуск синхронного двигателя

Самозапуском называется режим электрических двигате­ лей, возникающий после кратковременного нарушения и по­ следующего автоматического восстановления нормального электроснабжения. Основными причинами нарушений нор­ мального электроснабжения являются:

1. Короткие замыкания в элементах электрической систе­ мы или системы электроснабжения промышленного предпри­ ятия, которые происходят вне цепи питания данных электри­ ческих двигателей. Такие нарушения нормального электро­ снабжения сопровождаются понижениями напряжения в си­

осуществляется отключением поврежденного элемента релей­ ной защитой. Поскольку поврежденный элемент находится не в цепи питания двигателей, электрическая связь двигате­ лей с источником электроснабжения не теряется. Общая дли­ тельность нарушения нормального электроснабжения в этом случае складывается из времени действия релейной защиты и времени отключения поврежденного элемента коммутаци­ онными аппаратами и составляет, как правило, доли секун­ ды.

2. Короткие замыкания непосредственно в цепи питания данных электрических двигателей. Восстановление электро­ снабжения в этом случае происходит в два этапа: сначала поврежденный элемент электрической сети отключается ре­

ния электроснабжения в этом случае составляет, как прави­ ло, секунды и складывается из времени действия релейной защиты, времени отключения поврежденного элемента и пол­ ного времени срабатывания соответствующих устройств ав­ томатического включения.

3. Отключения в цепи питания электрических двигателей, вызванные неправильными действиями оперативного персо­ нала системы электроснабжения. Восстановление электро­ снабжения в этом случае можно осуществить с помощью АВР от резервного источника.

Самозапуск СД по характеру протекания переходных про­ цессов можно разделить на два вида: самозапуск при сохра­ нении динамической устойчивости и самозапуск при ее нару­ шении (выпадении из синхронизма) с последующей ресин­ хронизацией двигателя.

Первый вид самозапуска является предпочтительным, так как связан с более благоприятными последствиями. Однако для своего обеспечения он требует достаточно жестких усло­ вий, которые далеко не всегда выполняются. Практически самозапуск двигателя при сохранении динамической устойчи­ вости будет обеспечен, если за время нарушения нормально­ го электроснабжения (к моменту его восстановления) угол б, характеризующий положение ротора, не превысит критичес­ кого значения 6кр~ 140-ь-150°

Возрастание угла б при нарушении электроснабжения двигателя характеризуется следующим соотношением, выте­ кающим из уравнения электромеханических переходных про­ цессов:

где бо — значение угла б в режиме, предшествовавшем нару­ шению электроснабжения; АМ =Ммех—Мэ— разность между тормозным моментом механизма и электромагнитным момен­ том при нарушении нормального электроснабжения.

Наиболее неблагоприятные последствия возникают при близком к выводам двигателя трехфазном КЗ (Мэ = 0; АМ~ ~Ммсх). Время, за которое угол б достигает значения бкр (при исходных условиях: Tj^>3 с; /C3<0,7-f-0,8), в этом слу­ чае составит /Кр=0,2—0,3 с. Это означает, что сохранение динамической устойчивости СД возможно лишь при первом из перечисленных выше видов нарушений электроснабжения, а именно при тех КЗ, которые находятся вне цепи питания

данного двигателя. Для сохранения динамической устойчи­ вости СД в этом случае необходимо также, чтобы время от­ ключения КЗ было меньше /кр.

Следует отметить, что на критическое время /кр сущест­ венное влияние оказывают два фактора: остаточное напря­ жение на выводах двигателя и состояние системы возбужде­ ния при нарушении нормального электроснабжения. Остаточ­ ное напряжение Uocт зависит от электрической удаленности места КЗ от источника электроснабжения и от выводов СД; сохранение возбуждения — от схемы питания и типа возбу­ дительного устройства. Например, при U0ст=0,3 и сохране­ нии возбуждения двигателя /кр увеличивается по сравнению с приведенными выше данными в 1,4, а при потере возбужде­ ния— только в 1,2 раза.

Рис. 6.27. Схема подключения двигателей к электричес­ кой сети

Наиболее распространенная схема электроснабжения про­ мышленной двигательной нагрузки представлена на рис. 6.27. Двигатели питаются от двухсекционного распределительно­ го устройства (РУ). Секции объединены секционным выклю­ чателем В2, снабженным устройством АВР. В нормальном режиме секции работают раздельно, т. е. выключатель В2 отключен. Любая секция является резервным источником электроснабжения для соседней секции РУ. Для устранения

КЗ в цепи питания от рабочего источника (в точке К1) в та­ кой схеме требуется отключение первой секции выключате­ лем В1, т. е. разрыв электрической связи с источником элект­

роснабжения.

Возобновление электроснабжения потребителей электро­ энергии этой секции с помощью устройств автоматики (АВР, АПВ) может быть осуществлено лишь за время, значительно превышающее /КрПоэтому потеря электрической связи с ис­ точником электроснабжения приводит к выпадению СД из синхронизма и для их самозапуска при возобновлении элект-

Рис. 6.28. Схема с параллельной работой секций через секционный реактор

роснабжения необходима ресинхронизация. Такой вид само* запуска двигателей технически более сложен, чем при сохра­ нении динамической устойчивости, и имеет следствием более длительные перерывы электроснабжения. Поэтому вполне естественным является поиск решений, которые бы позволили осуществлять самозапуск СД при коротких замыканиях и отключениях в цепи питания при сохранении динамической устойчивости.

^Остановимся на некоторых из возможных решений, прос­ тейшим из которых является применение схемы с параллель­ ной работой секций РУ (рис. 6.27). Для такой схемы время нарушения нормального электроснабжения даже при КЗ в точке К1 определяется только временем действия релейной защиты и временем отключения выключателя В1. Это позво­

ляет сделать технически осуществимым сокращение времени перерыва в электроснабжении до значений, меньших tKp. Од­ нако существенным недостатком схемы с параллельной ра­ ботой секций РУ является повышенный (в пределе в 2 раза) по сравнению со схемой с раздельной работой секций уро­ вень токов КЗ, в том числе при КЗ на отходящих линиях (точка К2). Стоимость выключателей высока и пропорцио-

Рис. 6.29. Схема подстанции с быстродействующим АВР

нальна квадрату допустимого тока отключения, поэтому при большом числе отходящих линий схема с параллельной ра­ ботой секций РУ требует значительных дополнительных ка­ питаловложений и применяется редко.

Развитием схем с параллельной работой секций РУ явля­ ются схемы с секционными реакторами, ограничивающими уровень токов КЗ [32]. Одна из таких схем приведена на рис. 6.28. Выключатель В2 автоматически шунтирует реак­ тор Р при работе с одним трансформатором. Однако такие схемы также не получили широкого распространения, так как требуют дополнительного оборудования и дополнитель­ ных коммутаций при нарушениях электроснабжения.

Известна схема с применением быстродействующего АВР [33], которая в значительной мере лишена недостатков, рас­ смотренных выше схем (рис. 6.29). Зоной действия быстро­ действующего АВР является участок электрической сети от шин данной подстанции до следующих шин, находящихся

ha предыдущей ступени электроснабжения. При КЗ в этой зоне (точка К1) релейная защита одновременно подает им­ пульсы на отключение выключателей В1 и В2 и на включе­ ние выключателя В4. В качестве В4 используется вакуум­ ный выключатель нагрузки (серии ВН) с собственным вре­ менем включения 0,05 с, поэтому секции шин объединяются

раньше, чем отключается вы­ ключатель В2. При примене­ нии быстродействующих за­ щит время отключения состав­ ляет не 'более 0,15—0,2 с и СД не выпадают из синхро­ низма. Выключатель В5 пред­

все СД подстанции могут кратковременно потерять возбуж­ дение вследствие того, что напряжение на входе возбуди­ тельных устройств, подключенных к шинам подстанции, бу­ дет близко к нулю.

Перспективным с точки зрения повышения динамической устойчивости СД является использование СД с расщеплен­ ной статорной обмоткой [34]. В этом случае обмотки статора мощных СД конструктивно выполняются в виде двух изоли­ рованных параллельных ветвей, причем у двигателей неко­ торых серий (СДС, СТД) начала и концы обеих ветвей объ­ единяются только в выводах статорной обмотки. Поэтому, не внося существенных изменений в конструкцию машины, можно подключить параллельные ветви обмоток статора к разным секциям шин б—10 кВ (рис. 6.30). Если эти секции являются независимыми или слабозависимыми источниками питания, то при КЗ в цепи питания одной из секций (точка К) или отключении этой секции шин СД будет развивать некоторый электромагнитный момент за счет питания со сто­ роны другой, неповрежденной секции шин.

Степени зависит общая длительность перерыва в электро­ снабжении и, следовательно, успешность самозапуска.

2. Селективность. Пусковое устройство АВР должно реа­ гировать на КЗ в цепи питания данной секции шин и на от­ ключение секции от рабочего источника. Только в этих слу­ чаях необходим переход на электроснабжение от резервного источника. Соответственно пусковое устройство не должно реагировать на КЗ, которое может быть отключено без нару­ шения электрической связи секции шин с рабочим источни­ ком, например, на отходящих от секции линиях. После от­ ключения таких КЗ восстанавливается электроснабжение от рабочего источника, и даже если произойдет выпадение СД из синхронизма, ресинхронизация может быть выполнена без отключения от электрической сети, т. е. без перехода на электроснабжение от резервного источника.

Потеря питания секцией шин от рабочего источника мо­ жет быть выявлена по отклонениям от нормальных значений различных параметров режима, являющихся входными пара­ метрами пусковых устройств АВР. Использование в качестве входного параметра напряжения секции не эффективно, так как при потере питания оно достаточно длительное время остается на уровне значений, соответствующих нормальному режиму. Для повышения быстродействия АВР на подстан­ циях с СД в качестве входных параметров пусковых уст­ ройств АВР используют частоту напряжения секции; разно­ сти частот напряжений рабочей и резервной секций; комби­ нацию из частоты, направления мощности и напряжения [35, 36, 53].

Наибольшее быстродействие пускового органа АВР на подстанциях с преобладающей нагрузкой от СД может быть достигнуто в том случае, если он реагирует на разность фаз напряжений рабочего и резервного источника и на направле­ ние активной мощности на вводе от рабочего источника [40, 41]. При отключении рабочего источника такой пусковой ор­ ган фиксирует потерю питания по разности фаз вышеназван­ ных напряжений после достижения критического значения, равного 180°, а при КЗ в цепи питания секции от рабочего источника — по изменению направления активной м о щ н о с т и на вводе. Быстродействие такого пускового органа АВР за­ висит от состава нагрузки, эквивалентной электромеханичес­ кой постоянной времени двигателей и в наиболее неблаго­ приятных случаях составляет 0,2—0,4 с.