Переходные процессы в электродвигательной нагрузке систем промышлен

Разработан пусковой орган АВР, реагирующий на после­ довательность прямых и инверсных импульсов, соответствую­ щих полуволнам синусоид напряжений на рабочей и резерв­

находящийся в месте присоединения цепи питания этой сек­ ции к электрической сети. В результате первые секции ГПП (ГРУ), РУ—2 и РУ—3 полностью теряют электроснабжение. Ток подпитки КЗ со стороны выключателя В1 может ока­

заться недостаточным для его отключения релейной защитой и в этом случае он остается включенным. Пусковое устрой­ ство АВР1 секционного выключателя СВ1 должно выявить потерю питания первой секции и отключить выключатель В1. При этом блок-контактами выключателя В1 подготавлива­ ется цепь включения секционного выключателя СВ1.

Включение выключателя СВ1 осуществляется лишь после того, как напряжение на первой секции ГПП (ГРУ), поддер­ живаемое за счет электромагнитной энергии, запасенной в обмотках выбегающих двигателей, окажется меньше значе­ ния, допустимого по условиям несинхронного включения. Значительного сокращения времени выдержки АВР1 СВ1

выключателя В1 должно выдавать команду на перевод си­ стем возбуждения этих двигателей в режим гашения поля.

Работа АВР2 на секционном выключателе СВ2 при КЗ в точке КЗ протекает аналогично. Пусковое устройство АВР2 должно реагировать на аварийные повреждения и отключе­ ния в цепи питания РУ—2. Вместе с тем пусковое устройство не должно запускать схему АВР2 при КЗ на отходящих от ГПП линиях, например в точке К2 (рис. 6.31). Такое КЗ отключается выключателем В2, и электроснабжение первой секции РУ—2 восстанавливается от рабочего источника. Од­ нако КЗ на отходящих линиях (точка К2) от КЗ в цепи пи­ тания (точка КЗ) отличить практически невозможно, пос­ кольку КЗ за выключателями В2 и ВЗ электрически эквива­ лентны. Поэтому отключению выключателя В4 пусковым уст­ ройством и запуску тем самым схемы АВР2 должна предше­

после^такой выдержки времени КЗ не устраняется, пусковое устройство должно запускать схему АВР2. Этим достигается селективность в работе пускового органа АВР2 при КЗ в электрической сети.

Селективность работы АВР на различных ступенях мно­ гоступенчатой схемы электроснабжения может быть обеспе­ чена по-разному. -Например, КЗ в точке К1 (рис. 6.31) явля­ ется повреждением не только в цепи питания первой секции ГПП (ГРУ), но одновременно и в цепи питания 'первых сек­ ции РУ—2 и РУ—3. Перерыв в электроснабжении потреби­ телей первых секций ГПП и РУ в этом случае может быть

ликвидирован либо при срабатывании АВР1 на секционном выключателе СВ1 (т. е. при селективной работе АВР), ли­ бо при срабатывании помимо АВР1 также АВР2 и АВРЗ на СВ2 и СВЗ (т. е. при независимой работе АВР). Каждый из вариантов восстановления электроснабжения имеет свои пре­ имущества и недостатки.

В первом случае (при работе АВР1 на СВ1) осуществля­ ется одновременный самозацуск двигателей первых секций ГПП и РУ, причем послеаварийное электроснабжение РУ—2 и РУ—3 осуществляется по нормальной схеме. Этим облег­ чаются условия самозапуска двигателей первых секций РУ—2 и РУ—3. Однако селективность работы АВР на раз­ личных ступенях системы электроснабжения может быть обеспечена лишь увеличением выдержки времени срабатыва­ ния АВР на каждой последующей ступени: выдержка време­ ни АВР2 должна быть достаточной для того, чтобы предва­ рительно могло сработать АВР1. Этим исключается возмож­ ность срабатывания АВР2 при повреждениях непосредствен­ но в цепи питания ГПП (например, при КЗ в точке К1). Только в том случае, если устройство АВР1 не сработало, должно сработать устройство АВР2. Аналогично, выдержка времени АВРЗ должна быть достаточной для того, чтобы предварительно могло сработать АВР2.

Необходимость дополнительной выдержки времени селек­ тивного АВР на каждой последующей ступени устраняется при наличии канала связи между РУ предыдущей и после­ дующей ступеней. Назначение этого канала — передача уп­ равляющего воздействия на отключение выключателя в на­ чале этой линии. В качестве примера рассмотрим работу АВРЗ на секционном выключателе РУ—3 (рис. 6.31). Выклю­ чатели В6 и В7 питающей линии имеют вышеназванный ка­ нал связи. При КЗ в точке К5 выключатель В6 отключается релейной защитой и передает импульс на отключение вык­ лючателя В7 Отключение последнего происходит без выдер­ жки времени, и выдается команда на запуск АВРЗ.

Допустима в многоступенчатых схемах и независимая ра­ бота АВР В этом случае при КЗ в точке К1 (рис. 6.31) за­ пускаются АВР всех последующих ступеней. Независимая работа АВР не требует ни дополнительных выдержек време­ ни на последующих ступенях схемы, ни дополнительных ка­ налов связи. Независимая работа АВР приводит к следую­ щим недостаткам: ухудшаются условия самозапуска двига­ телей РУ—2 и РУ—3 при потере питания одной из секций

чателя, обусловленной ожиданием естественного либо прину­ дительного (при гашении поля) снижения остаточной ЭДС отключенного двигателя, но и путем выявления моментов синфазного включения. Последний способ АВР можно наз­ вать синфазным АВР

Для осуществления синфазного АВР необходимо устрой­ ство (синфанизатор), которое запускается от пускового ор­ гана АВР, выявляет либо непосредственно, либо с некоторым упреждением моменты совпадения фаз напряжений на поте­ рявшей питание и резервной секциях и только в эти момен­ ты выдает команду на включение секционного аппарата. Пре­ имущества синфазного АВР:

1. Периодическая составляющая тока включения СД, как следует из выражения (6.101), минимальна либо равна ну­ лю. Поскольку ток статорной обмотки двигателя в режиме, предшествующем включению, равен нулю, апериодическая составляющая тока включения минимальна либо равна нулю. Поэтому подключение СД осуществляется без сколько-ни­ будь значительных бросков тока статорной обмотки и элект­ ромагнитного момента на валу двигателя.

2.При синфазном АВР синхронный двигатель подключа­ ется к электрической сети возбужденным, в связи с чем су­ щественно сокращается время цикла АВР и создаются бо­ лее благоприятные условия для успешного самозапуска СД.

3.После синфазного подключения СД начинается интен­ сивное ускорение ротора как за счет среднего асинхронного, так и за счет синхронного электромагнитного момента. Ис­ следования синфазного АВР показали, что при подключении

СД после первого проворота ротора (6= 2 л) он успешно втягивается в синхронизм.

4. Ток статорной обмотки и электромагнитный момент на валу двигателя в процессе синфазного самозапуска не пре­ вышают допустимых для двигателя значений. Даже если синхронизация двигателя осуществляется с проворотом рото­

объясняется тем, что апериодическая составляющая тока ста­

дачей, а при использовании существующих коммутационных аппаратов даже неосуществимой. Технические трудности обусловлены требованиями к секционному и вводным комму­ тационным аппаратам.

Угол положения ротора отключенного от электрической

Электромеханическая постоянная 7, в этой формуле приве­ дена к номинальной мощности PN на валу двигателя.

Моменты времени для синфазного включения СД соот­ ветствуют значениям угла б, кратным 2 я (6 = 2 kn, где k = = 1, 2, ...). Обозначим th время k-ro проворота ротора отно­ сительно синхронно вращающейся оси, тогда из соотношения (6.102) следует:

Скорость изменения угла б при k-м провороте ротора может быть получена после дифференцирования выражения (6.102) и подстановки t = t k:

Скорость изменения угла dbjdt определяет приращение угла Дб* за достаточно малый промежуток времени после момен­ тов синфазности.

Время полного проворота ротора и скорость изменения положения ротора зависят от электромеханической постоян­ ной времени Т, агрегата «двигатель—механизм». Результаты

Наиболее распространенные значения Г, для агрегатов с синхронными двигателями напряжением 6—10 кВ состав­ ляют от 2 до 5 с. Для этих значений Т3 время первого про­ ворота ротора изменяется от 0,28 до 0,45 с. За это время не­ обходимо обнаружить потерю питания, отключить вводной выключатель, уловить момент совпадения фаз напряжений на потерявшей питание и резервной секциях и включить сек­ ционный выключатель. Время фиксирования потери питания наиболее быстродействующими пусковыми органами АВР составляет 0,2—0,32 с; время отключения вводного выключа­ теля от рабочего источника — 0,12—0,15 с (для выключате­

лей ВМП). Таким образом, на подготовительный этап АВР необходимо 0,32—0,47 с, что превышает время первого про­ ворота ротора. При наиболее распространенной коммутаци­ онной аппаратуре в системах электроснабжения (выключа­ тели ВМП и даже ВЭ) использовать первый проворот ротора двигателя для синфазного включения в общем случае не уда­ ется. Однако главным препятствием для применения синфаз­ ного АВР является недопустимо большое время включения секционного выключателя (для выключателей серии ВЭ — 0,075 с), приращение же угла при первом провороте ротора только за 0,01 с составляет 16—24° Следовательно, даже ес­ ли будет точно зафиксирован момент синфазности, реальное включение за счет запаздывания выключателя может про­ изойти в противофазе. При использовании времени второго и следующего проворотов ротора для синфазного включения скорость изменения угла б возрастает еще более.

Эффективное внедрение синфазного АВР возможно лишь при использовании специальных коммутационных аппаратов, которые должны удовлетворять следующим требованиям: время отключения выключателя на вводе не должно превы­ шать 0,05 с, а полное время включения секционного аппара­ та— 0,01 с. Из разработанных коммутационных аппаратов таким требованиям удовлетворяют тиристорные коммутаци­ онные аппараты [45], но они очень дороги. Синфанизатор АВР целесообразно настроить на некоторое упреждение момента синфазности (на 15—20°), компенсирующее время включения секционного аппарата.

С И Н Х Р О Н Н Ы Е Д В И Г А Т Е Л И С Р А С Щ Е П Л Е Н Н О Й С Т А Т О Р Н О Й О Б М О Т К О Й

Использование синхронных двигателей с расщепленными статорными обмотками, подключенными к различным секци­ ям шин (см. рис. 6.30), позволяет существенно увеличить ди­ намическую устойчивость двигательной нагрузки при крат­ ковременных перерывах электроснабжения. Установившийся режим и переходные процессы в таких СД характеризуются рядом особенностей, которые необходимо учитывать при про­ ектировании и эксплуатации систем промышленного электро­ снабжения.

7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Свойства СД с расщепленной статорной обмоткой во мно­ гом определяются взаимной индуктивной связью между об­ мотками статора. Эта связь осуществляется только через зо­ ны перекрытия, т. е. через те зоны статора, где расщеплен­ ные обмотки располагаются в одних пазах:

где xad и xaq— сопротивление взаимоиндукции между обмот­ ками статора и ротора СД с обычной статорной обмоткой по осям d и q\ хаЛ\ч и xaq\2—сопротивление взаимоиндукции меж­ ду расщепленными обмотками статора по осям d и q\ Z — общее число пазов статора; Z' — число пазов в зоне пере­ крытия.

На размеры зон перекрытия, а следовательно, и на вза­ имную индуктивную связь обмоток статора определяющее влияние оказывает число полюсов 2 р двигателя. С увеличе­ нием числа полюсов взаимная связь между расщепленными обмотками статора ослабевает и при 2 р ^ 8 практически от­ сутствует.

В двухполюсных СД, к числу которых относятся неявно­ полюсные двигатели серии СТД, расщепленные обмотки рас­ полагаются в одних и тех же пазах. Перекрытие обмоток про­ исходит по всей окружности расточки статора, т. е. Z'=Z. С учетом этого из соотношения (7.1) следует:

В многополюсных (явнополюсных) СД расщепленные об­ мотки статора расположены в разных пазах статора (Z' —

= 0), поэтому магнитная связь между этими обмотками от­ сутствует:

(7.3)

Эти особенности СД с расщепленными статорными обмотка­ ми необходимо учитывать в схемах замещения и уравнениях переходных процессов.

7.2. СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ НЕЯВНОПОЛЮСНЫХ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С РАСЩЕПЛЕННОЙ СТАТОРНОЙ ОБМОТКОЙ

В схеме замещения неявнополюсного СД с расщепленной обмоткой статора необходимо отразить наличие двух само­ стоятельных обмоток, в общем случае подключенных к раз­ ным секциям шин, учесть особенность, выражаемую соотно­ шением (7.2). Кроме того, при равенстве напряжений на рас­ щепленных обмотках статора схема должна преобразовы­ ваться в схему замещения СД с обычной статорной обмот­ кой. Этим условиям удовлетворяют схемы замещения, при­ веденные на рис. 7.1, где хор = 2 х а— индуктивное сопротив-

о—

Рис. 7.1. Схемы замещения неявнополюсного СД с расщепленной статор­ ной обмоткой по продольной (а) и поперечной (б) осям ротора

ление рассеяния каждой из самостоятельных обмоток стато­ ра. Сопротивления взаимоиндукции между всеми обмотками статора и ротора одинаковы и равны xad. При равенстве на­ пряжений на расщепленных обмотках статора (Uq\ = Uq2~ = Uq\ U(n = U(t2=\U(i) эти схемы путем объединения парал­ лельных ветвей могут быть преобразованы в схему замеще­ ния обычного двигателя (см. рис. 1.4), и, следовательно, их параметры могут быть получены из схем замещения двига­ телей с обычной статорной обмоткой (см. § 3.5, 3.6).