книги из ГПНТБ / Церазов, А. Л. Электрическая часть тепловых электростанций учебник

иллюстрируют зависимости момента сопротивления и производительности центробежного насоса от частоты его вращения при разных относительных значениях ста­ тического напора

Н*ст—НСт/Н,

где H = HCt + AH — полный напор, развиваемый насо­ сом.

На рис. 8-3 видно, что при Нст= 0, т. е. при отсутст­ вии противодавления, М„с = п2. При всех других значе­ ниях Нет момент сопротивления зависит от частоты

статических напорах производительность центробежного насоса резко снижается даже при небольшом умень­ шении частоты его вращения. Вследствие этого центро­ бежные насосы, работающие с противодавлением, при­ водимые во вращение электродвигателями, весьма чув­ ствительны к отклонениям частоты.

191

пуска и предотвращающее перегрев двигателя длитель­ ными пусковыми токами.

Если условие (8-7) не удовлетворяется, то следует подобрать двигатель специального исполнения с улуч­ шенной пусковой характеристикой, отвечающей указан­ ному требованию. Увеличение мощности двигателя для обеспечения требования (8-7) экономически нецелесооб­ разно и требует специального обоснования.

Двигатели механизмов с тяжелыми условиями пуска (дымососов, мельничных вентиляторов, мельниц, дроби­ лок) необходимо дополнительно проверять на нагрев во время пуска. Эту проверку можно провести по времени разворота агрегата двигатель — механизм из неподвиж­ ного состояния до номинальной частоты вращения, ре­

Н-м; Мс — момент сопротивления механизма, Н-м; / — момент инерции вращающихся масс двигателя и меха­ низма, Н -м -с2; и — угловая частота вращения, с-1; da/dt — угловое ускорение, с~г.

Заводы-изготовители вместо момента инерции для двигателей и механизмов дают величину GD2, Н-м2,

где ^ = 9,81 м • с-2 — ускорение силы тяжести.

При этом выражение (8-9) можно написать в виде

(8- 11)

Так как <*>*=: со/а)с = «//гсг=/г,.

и

откуда

а р а с ч е т н о е в р е м я п у с к а а г р е г а т а

dnf,

= 7) j W*~изб

гд е

— механическая постоянная времени агрегата, равная времени пуска агрегата, если избыточный момент, соз­ дающий ускорение за все время пуска, равен номиналь­ ному моменту двигателя. С учетом выражения (8-8) Тj можно выразить через мощность двигателя

дается аналитическому решению, поэтому обычно время пуска определяют графическим интегрированием в виде

для чего график избыточного момента (рис. 8-5) разби­ вают на конечное число участков Дд* и для каждого участка принимают по графику среднее значение Л1*Изб- Допустимое время пуска / п .доп определяется допу­ стимой для двигателя величиной превышения темпера­ туры обмотки. Если пренебречь теплоотдачей во время пуска и считать, что до пуска двигатель работал с но­

минальной нагрузкой, то согласно [J1. 28]

194

верка двигателя по условию пуска из горячего состоя­ ния сводится к сравнению времени пуска, определенно­ го из (8-14), с допустимым временем пуска, рассчитан­ ным по (8-15); Упё^Уп.доп.

8-5. ВЛИЯНИЕ ОТКЛОНЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ И ЧАСТОТЫ НА РАБОТУ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Электромагнитный момент асинхронного двигателя ра­ вен [Л. 15]:

противление статора здесь принято равным нулю. При скольжении sK, именуемом критическим,

В относительных единицах (8-16) принимает вид:

где Ммакс(ном) — максимальное значение электромагнит­ ного момента при номинальных напряжении и частоте. Таким образом, максимальный момент двигателя прямо пропорционален квадрату напряжения и обратно про­ порционален квадрату частоты сети.

Критическое скольжение обратно пропорционально частоте сети и не зависит от напряжения

Анализ выражений (8-20) — (8-22) позволяет увидеть, что при сохранении номинальной частоты сети макси­ мальный момент двигателя пропорционален квадрату напряжения и соответствует одному и тому же крити­ ческому скольжению (или критической частоте враще­ ния ротора), поскольку последнее от напряжения не зависит. На рис. 8-6,а видно, что снижение напряжения до 0,67£/Ном приводит к снижению максимального мо­ мента с 2,2 отн. ед. до единицы, т. е. к пределу, при котором двигатель не может продолжать устойчиво работать с номинальной нагрузкой на валу, он может затормозиться. Вместе с тем изменение напряжения сравнительно мало влияет на изменение частоты вра­ щения ротора при постоянной нагрузке на валу.

196

Изменение частоты сети, как видно из (8-21), (8-22), приводит и к изменению величины максимального мо­ мента и к изменению критического скольжения. На рис. 8-6 показано, что снижение частоты сети увеличи­ вает максимальный момент двигателя, вместе с тем из­ меняется частота вращения ротора двигателя по зави-

Рис. 8-6. Зависимости электромагнитного момента асинхронного двигателя от частоты вращения и напряжения.

симости, близкой к прямой пропорциональности. Это об­ стоятельство используется при частотных пусках асин­ хронных двигателей большой мощности, питающихся от генераторов соизмеримой мощности.

Одновременное пропорциональное изменение напря­ жения и частоты H*/f* = const сохраняет неизменным максимальное значение момента асинхронных двигате­ лей и изменяет частоту вращения их ротора пропорцио­ нально изменению частоты сети. Последнее позволяет некоторое время использовать в ряде схем атомных элек­ тростанций энергию выбегающего турбогенератора для питания двигателей аварийного расхолаживания водо­ водяных атомных реакторов, пока не включатся в ра­ боту резервные дизели-генераторы [Л. 32].

8-6. САМОЗАПУСК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ СОБСТВЕННЫХ НУЖД

При к. з. в системе с. н. при автоматическом переводе питания двигателей с рабочего трансформатора на ре­ зервный возможны глубокие снижения и даже кратко-

197

йремеыное исчезновение напряжения, Питающего двига­ тели. При этом момент двигателей становится меньше момента сопротивления механизмов, возникает тормо­ жение двигателей, а иногда и полная их остановка. По­ сле восстановления нормальных условий питания начи­ нается процесс восстановления частоты вращения. Про­ цесс подъема частоты вращения частично затормозив­ шихся или полностью остановившихся двигателей после восстановления их рабочего или резервного питания до исходной рабочей частоты вращения без вмешатель­

Из (8-6) известно, что момент сопротивления механиз­ ма зависит только от частоты вращения ротора. Момент вращения двигателя (8-22) является функцией и ча­ стоты вращения ротора (s = l—я*) и квадрата напря­ жения. Сложные зависимости не позволяют решать для всех случаев задачу чисто аналитически. Но для любых случаев ее можно решать численным методом, прини­ мая на малых интервалах времени все переменные ве­ личины неизменными и соответствующими предыдущему режиму. Для этих целей строят зависимости М*с и М*д

Это значит, что успешность самозапуска зависит не только от правильно выбранного соотношения между моментами двигателя и механизма (§ 8-4), но и от уров­ ня напряжения па зажимах двигателей в процессе само­ запуска. Последний в свою очередь зависит и от мощ­ ности трансформатора с. н., на котором производится самозапуск, и от числа и мощности самозапускающихся

198

двигателей. Для схемы замещения на рис. 8-7 это на­ пряжение может быть определено для любого момента времени t как падение напряжения на эквивалентном

Z X

V.

сопротивлении двигателей от тока их самозапуска и вы­ ражено в виде

(8-25)

где Д*ст — относительное значение напряжения на сборных шинах станции; х*т — относительное значение индуктивного сопротивления трансформатора с. н., от которого питаются двигатели во время самозапуска;

— эквивалентное сопротивление в момент времени t, по­ лученное в результате параллельного сложения сопро­ тивлений всех т двигателей; индуктивное сопротивление каждого двигателя х*щ в момент времени t для частоты вращения n*t находятся по кривым х*д=f(n„), подоб­ ным рис. 8-8,

199

Установленная расчетом возможность самозапуска должна быть проверена на допустимость нагрева для всех двигателей, участвующих в самозапуске, по мето­ дике, приведенной выше. Кроме того, продолжитель­ ность процесса самозапуска должна быть скоординиро­ вана с выдержками времени технологических защит, блокировок и автоматических устройств, а уставки на­ званных устройств согласованы с величинами парамет­ ров давлений, расходов и т. д., чтобы их изменение в процессе самозапуска не привело к порче основного оборудования станции.

Обеспечение самозапуска двигателей с. н. является одним из важных технических средств повышения на­ дежности работы механизмов с. н. и станции в целом. Поэтому нормами технологического проектирования [Л. 24] предусмотрено требование обеспечения самоза­ пуска на электростанциях всех типов.

Основные средства обеспечения успешного самоза­ пуска двигателей с. н. сводятся к выбору достаточной мощности трансформаторов с. н., правильному выбору электромеханических характеристик двигателей элек­ тропривода всех механизмов, внедрению быстродейст­ вующих защит и АВР (см. гл. 9), сокращающих время перерыва питания. На ТЭС с крупными блоками повы­ шение мощности трансформаторов с. н. ограничивается заданным коммутационными аппаратами уровнем токов к. з. Это приводит к необходимости расщепления обмо­ ток 6 кВ трансформаторов с. н. или к применению бо­

сти трансформатора с. н. обеспечить успешный самозапуск двигателей.

8-7. РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МЕХАНИЗМОВ СОБСТВЕННЫХ НУЖД

Все способы регулирования производительности меха­ низмов с. н. можно разделить на три группы. К первой группе относятся способы, не изменяющие частоты вра­ щения агрегата двигатель — механизм; ко второй груп­ пе— способы, использующие изменение частоты враще­ ния двигателя. В третьей группе используются проме­ жуточные механизмы, позволяющие изменять частоту

200