книги из ГПНТБ / Голоднов Ю.М. Самозапуск электродвигателей

снижает свою частоту вращения до 0,7 номинальной. Э. д. с, дви­ гателя вследствие работы АГП снижается до 0,15.

1.Напряжение на зажимах двигателя

2. Ресинхронизация двигателя будет успешной.

Пример 4. К одной из секций подключены три ранее указанных двигателя типов ДАЗО-19-40-12, СДК-18-79-20, СТМП-2000-2 со своими механизмами и коэффициентами загрузки.

Случай 1. После перерыва питания, равного 0,5 с, двигатели «синхронно» снижают частоту вращения до 0,92 номинальной, оста­

90

6) после затухания свободных токов индуктивные сопротивления двигателей при скольжении 0,08 равны:

*а.д.=20, Хс.д.=И0,1 (СДК), я с.д.=7,5 (СТМП),

1

ХдТ — 1 1 • = 3,55.

20 ^10,1 ^7,5

2, Напряжение на секции двигателей: а) в начальный момент самозалуска

б) после затухания свободных токов в двигателях

„„ 0,51

1— о,75 355

3. Скольжение двигателя типа СТМП-2000-2 в асинхронном режиме можно не рассчитывать, так как значение момента в про­ вале

91

Следовательно, ресинхронизация этого двигателя может быть успешной только после самозапуска двух других двигателей и соот­ ветствующего повышения напряжения.

Случай 2. После перерыва питания, равного 2,5 с, двигатели типов ДАЗО-19-40-12, СДК-18-79-20 и СТМП-2000-2 снижают частоту вращения соответственно до 0,7; 0,55 и 0,7. Остаточное напряжение на секции практически равно нулю.

1. Напряжение на секции двигателей в начальный момент само­ запуска и после затухания свободных токов в двигателях равно:

Согласно предыдущим расчетам самозапуск всех двигателей будет обеспечен. Последовательно закончат самозапуск асинхронный двигатель, синхронный двигатель типа СТМП-2000-2 и синхронный двигатель типа СДК-18-79-20.

Г л а в а п я т а я

ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОЗАПУСКА РАЗЛИЧНЫХ МЕХАНИЗМОВ

5-1. С А М О ЗА П У С К ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСО СО В

Во многих отраслях промышленности (металлургии, химии, горнорудной и т. д.) весьма важное значение приобретает самозапуск центробежных насосов. Особен­ но это относится к тем производствам, в которых даже кратковременный перерыв подачи воды приводит к тяже­ лым авариям. Учитывая, что в любой энергосистеме воз­ можен кратковременный перерыв электроснабжения (на время срабатывания АПВ или АВР, т. е. на несколько секунд), с целью обеспечения надежного водоснабжения сооружают резервные паровые, газотурбинные или ди­ зельные приводы к насосам, резервные напорные баки и другие установки. При этом не всегда обеспечивается необходимый эффект. Например, в нужный момент паро­ вой привод, долго бездействовавший, может оказаться не готовым к работе. Применение самозапуска электро­ двигателя избавляет от необходимости иметь резерв на время кратковременных перерывов электроснабжения.

92

Центробежные водяные насосы имеют механическую характеристику вентиляторного типа. В некоторых конст­ рукциях момент сопротивления пропорционален не ква­ драту, а кубу скорости. Это созда'ет предпосылки к лег­ кому обеспечению самозапуска. Процесс самозапуска дополнительно облегчается, если за время перерыва электроснабжения успевает закрыться обратный клапан в напорном патрубке.

При решении вопроса о применении самозапуска на промышленных предприятиях иногда высказывается опа­ сение, что при внезапном отключении нагруженного на­ соса обратный клапан резко закроется и может выйти из строя с тяжелыми последствиями. Однако такое опа­ сение не относится к самозапуску, ибо имеет место всег­ да при отключении двигателя релейной защитой. Кон­ струкция любого насоса и его вспомогательных устройств рассчитана на подобный режим. Если пере­ рыв электроснабжения невелик и к моменту его восста­ новления обратный клапан еще не успел закрыться, то самозапуск произойдет с открытым клапаном, и, следо­ вательно, условия работы обратного клапана будут даже улучшены.

Более существенное ограничение в применении само­ запуска насосов вызывается опасением возможности ги­ дравлического удара в напорном трубопрово­ де при внезапном вклю­ чении нагруженного на­ соса.

На рис. 5-1 приве­ дена диаграмма рабо­ ты насоса доменной пе­ чи при отключении его от сети и последующем включении через 10 с, т. е. после полной оста­ новки. Насос приводит­ ся асинхронным дви­ гателем мощностью

760 кВт. Параллельно с испытуемым работал второй та­ кой же насос с производительностью 50%. Как видно из диаграммы, бросок давления составлял 9,8 м вод. ст. (16,5%), бросок расхода воды 550 м3/ч (29%), что не представляет опасности для оборудования.

93

Различными организациями (ВНЙЙЭ, ОРГРсК!, на­ ладочными организациями треста Энергочермет и др.) проведено большое количество опытов по определению броска давления.

В худшем случае при самозапуске мощной группы водяных насосов бросок давления не превышает 90%. Учитывая сравнительно редкое возникновение режима самозапуска, такие броски давления можно считать до­ пустимыми. Применение соответствующих конструкций напорных трубопроводов позволяет осуществить даль­ нейшее снижение броска давления. В некоторых случаях может потребоваться усиление крепления гибких элемен­ тов трубопровода, например крепления гибкого шланга на металлической трубе (фурмы доменных печей и др.).

Если насос работает с подсосом, то за время пере­ рыва питания он может потерять воду, включиться не­ заполненным и выйти из строя. Опыт показывает, что потеря столба воды происходит, как правило, лишь при снижении скорости ниже 50%. Это обеспечивает сохра­ нение работоспособности практически любого мощного насоса при перерыве электроснабжения на 1—Зс. В сом­ нительных случаях расчетом или опытом можно уста­ новить допустимое время перерыва электроснабжения ^доп по условию сохранения столба воды во всасывающем патрубке и насосе. Двигатель оборудуется защитой ми­ нимального напряжения с выдержкой времени 1Я, обес­ печивающей возможность самозапуска лишь при бы­ стром восстановлении электроснабжения:

^ З ^ ^ з й д о п ----tllblKJl) ,

где к3— коэффициент запаса (0,7—0,8); £ВЫкл — собст­ венное время отключения выключателя, с.

Самозапуск центробежных водяных насосов, приво­ димых асинхронными короткозамкнутыми двигателями, обеспечивается практически во всех случаях.

Синхронные двигатели обеспечивают самозапуск на­ сосов в большинстве случаев по схеме с глухоподключенным возбудителем (если пуск двигателя осуществля­ ется по такой же схеме).

Если синхронный двигатель, приводящий во враще­ ние водяной насос, работает с нагрузкой, близкой к но­ минальной, то не всегда удается осуществить самозапуск по схеме с глухоподключенным возбудителем. Однако при использовании схемы ресинхронизации с введением

94

разрядного сопротивления самозапуск обеспечивается практически во всех случаях. Так, двигатель МС-323-918В, 1 600 кВт, 10,5 кВ, 750 об/мин с вертикаль­ ным валом, работающий с насосом при номинальной на­ грузке, не обеспечивает самозапуска при глухоподключенном возбудителе. Однако этот двигатель легко раз­ гоняется и входит в синхронизм при использовании схе­ мы ресинхронизации с предварительным введением в цепь ротора разрядного сопротивления при перерыве питания, как меньшем требуемого для закрытия обрат­ ного клапана, так и большем (в опыте перерывы со­ ставляли соответственно 2 и 2,63 с).

Таким образом, самозапуск водяных насосов вполне допустим. В большинстве случаев он может быть осу­ ществлен по схеме с глухим подключением возбудителя к ротору синхронного двигателя. Вопрос о необходимо­ сти гашения поля введением сопротивления в цепь воз­ буждения возбудителя определяется не требованиями вхождения в синхронизм, а током включения при самозапуске в соответствии с условиями, изложенными в гл. 3. Лишь для некоторых агрегатов с весьма высокой за­ грузкой необходимо введение при самозапуске разряд­ ного сопротивления по условию вхождения в синхронизм. Осуществление самозапуска водяных насосов с асин­ хронными двигателями обычно трудностей не вызывает.

5-2. С А М О ЗА П У С К КОМ ПРЕССОРОВ

В некоторых производствах требуется бесперебойное снабжение сжатым воздухом (блоки разделения воздуха в химическом производстве, пневмотранспорт и др.).При значительных расходах сжатого воздуха в настоящее время применяют турбокомпрессоры производительно­ стью 250 м3/мин и более. Приводятся они, как правило, синхронными турбодвигателями серии СТМ* по 1 500, 4 000, 12 000 кВт, 3 000 об/мин.

Турбокомпрессор имеет вентиляторную механическую характеристику. Поэтому в режиме самозапуска работа агрегата мало чем отличается от случая центробежного насоса. Для механизма никакой опасности самозапуск не представляет, если обеспечен самозапуск всех вспо­ могательных механизмов — системы смазки, охлаждения

ит. д. Самозапуск турбокомпрессора, как и пуск, в слу-

*В настоящее время применяются двигатели новой серии СТД.

95

ь *

чае отказа какого-либо вспомогательного механизма мо­ жет привести к аварии. Поэтому надежная работа защи­ ты от нарушений работы вспомогательных механизмов является обязательной.

Самозапуск обеспечивается достаточно легко. Боль­ шинство синхронных двигателей допускает самозапуск с глухоподключенным возбудителем через рабочий ли­ нейный реактор. Если асинхронный или синхронный дви­ гатель имеет реакторный или автотрансформаторный пуск, целесообразно и самозапуск производить с введе­ нием пускового элемента (реактора, автотрансформато­ ра) во избежание чрезмерного снижения напряжения в сети, которое может повлиять на работу других по­ требителей. Вообще самозапуск мощных турбокомпрес­ соров ограничивается, как правило, не моментом двига­ теля, а его влиянием на сеть. Самозапуск некоторых видов турбокомпрессоров описан в [Л. 8 , 10].

Значительные трудности возникают при самозапуске поршневых компрессоров. Некоторые мощные поршневые компрессоры химического производства с двигателями 1000— 6 000 кВт не допускают самозапуска с нагрузкой, близкой к номинальной, вследствие неблагоприятных характеристик тихоходных синхронных двигателей. Са­ мозапуск может быть обеспечен, если при снижении угло­ вой скорости агрегат разгружается и затем нагрузка по­ дается лишь после вхождения двигателя в синхронизм.

Исследования, проведенные ВНИИЭ на поршневых компрессорах отечественного и зарубежногЬ производст­ ва, показали, что глубина разгрузки зависит от сниже­ ния объемного расхода газа и падения давления всех ступеней. Разгрузка может осуществляться с помощью существующих на компрессоре устройств для изменения производительности его работы и доходить до 50% но­ минальной мощности. Время загрузки невелико и равно времени разгона и вхождения в синхронизм.

На рис. 5-2 приведены результаты опыта самозапуска поршневого компрессора, приводимого синхронным дви­ гателем чехословацкого производства типа Н-7952-М/48 мощностью 5 000 кВт. Результаты получены по осцилло­ грамме. До отключения двигатель работал с нагрузкой, близкой к номинальной, и при коэффициенте мощности, равном примерно единице. Перерыв питания составил 2,3 с. Самозапуск осуществлялся по схеме ресинхрони­ зации с разгрузкой механизма,

96

Опыт был выполнен в два этапа. Автомат гашения поля (АГП) отключился через 0,7 с после отключения выключателя в цепи статора, но сигнал на разгрузку не подавался. Время перерыва питания составляло 2,3 с. Через 7,5 с после отключения (5,2 с после восстановле­ ния питания) АГП был включен. Ресинхронизации дви­ гателя не произошло. Ток статора увеличился до 3,3/ш напряжение и скорость понизились. Через 9с с начала

разгрузке механизма; Яп о т — мощность, потребляемая из сети.

опыта (началом считается отключение выключателя) АГП был отключен с одновременной разгрузкой меха­ низма. После включения АГП (13 с) двигатель вошел в синхронизм, имея нагрузку примерно 0,5РННагрузка на'агрегат подавалась, как и при обычном”^ пуске.

Синхронные двигатели имеют ограниченное время, в течение которого допустима работа в асинхронном ре­ жиме. Определяющим является нагрев статора и ротора. Поэтому разгрузка и последующая ресинхронизация должны проводиться быстро. Частичная разгрузка ме­ ханизма, как правило, не должна быть дольше 20—25 с, что практически не отражается на технологическом про­ цессе.

В настоящее время некоторые синхронные двигатели выпускаются с достаточно большим входным моментом и обеспечивают самозапуск поршневых воздушных ком­ прессоров производительностью до 1 0 0 м3/мин.

Двигатель ДСК-173/16 м, 300 кВт, 6 кВ, 375 об/мин легко - обеспечивает самозапуск поршневого компрес­ сора 8 кгс/см2, 50 м3/мин по схеме с глухоподключенным возбудителем при снижении угловой скорости за время перерыва электроснабжения даже до полной остановки. Ток самозапуска не более 5,5/н, при вхождении в син­ хронизм— 3,8/н (пусковой ток при разгруженном ком­ прессоре— 4,41В).

Двигатель ДСК-260/24-36, 625 кВт, 6 кВ, 167 об/мин обеспечивает самозапуск поршневого воздушного ком­ прессора 8 кгс/см2, 1 0 0 м3/мин при перерыве электро­ снабжения до 1,5 с (скольжение увеличивается до 0,3) — по схеме с глухоподключенным возбудителем, если ток включения не превышает допустимого; при перерыве электроснабжения до 3,5 с — по схеме ресинхронизации с введением разрядного сопротивления. При перерывах электроснабжения, превышающих указанные, двигатель отключается защитой.

Двигатели, имеющие мощности меньше указанных, а также некоторые старые двигатели могут обеспечить самозапуск лишь при предварительной разгрузке порш­ невых компрессоров. Для разгрузки также целесообраз­ но соединять с атмосферой не только выхлоп цилиндра высокого давления, но и низкого, для чего устанавлива­ ется электромагнитный клапан на промежуточном хо­ лодильнике. К таким двигателям относится, например, снятый с производства МС-324-7/36, 592 кВт, 6 кВ, 167 об/мин.

Асинхронные двигатели для привода поршневых ком­ прессоров применяются редко.

При самозапуске воздушных компрессоров необходи­ мо обеспечить самозапуск и бесперебойную работу вспо­ могательных механизмов (цилиндровая и подшипнико­ вая смазка, охлаждение и т. д.), что обычно трудностей не вызывает. Целесообразно применение блокировок, отключающих двигатель при нарушении работы вспомо­ гательных устройств.

5-3. С А М О ЗА П У СК М ЕХАНИЗМ ОВ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Наиболее важными из всех электропотребителей являются двигатели ответственных механизмов собствен­ ных нужд (с. н.) тепловых электростанций. Ответствен­ ными механизмами с. н. являются механизмы, прекра-

98

щение работы которых вызывает остановку котлов или турбин, следствием чего является остановка генератора и в ряде случаев всей станции. К ответственным меха­ низмам с. н. тепловой электростанции относятся пита­ тельные насосы, дымососы, дутьевые вентиляторы, цир­ куляционные насосы, насосы регулирования турбин

и др.

Для привода ответственных механизмов с. н. ТЭЦ применяются в основном асинхронные двигатели с ко­ роткозамкнутым ротором. В некоторых случаях при. большой мощности применяются синхронные двигатели.

Мельницы, как правило, являются менее ответствен­ ными механизмами. Двигатели мельниц оборудуются за­ щитой минимального напряжения с выдержкой времени примерно 0,5 с. Однако после отключения близкого к. з. быстродействующей защитой они могут участвовать в самозапуске, так же как и после АВР с ускоренным действием (§ 6 -2 ).

Действующими «Нормами технологического проекти­ рования тепловых электрических станций», разработан­ ными Теплоэлектропроектом, предусматривается самозапуск двигателей ответственных механизмов. Для это­ го на секциях с. н. устанавливаются устройства АВР, действующие с выдержкой времени от пускового органа минимального напряжения на отключение выключателей рабочего ввода (или трансформатора). После отключе­ ния рабочего ввода секция включается на резервный источник питания без выдержки времени. Для ускорения действия АВР выключатель рабочего ввода секции с. н. может отключаться без выдержки времени при отклю­ чении блока, закрытии стопорного клапана турбины, от­ ключении АГП генератора.

В качестве основных расчетных условий, при кото­ рых должен обеспечиваться самозапуск двигателей от­ ветственных механизмов с. н., принимаются следующие:

а) перерыв питания на шинах с. н., обусловленный суммарным временем действия защиты, автоматики и коммутационной аппаратуры, должен быть кратковре­ менным — не более 2,5 с;

б) все двигатели несут нагрузку, близкую к номи­ нальной, и нагреты до установившейся температуры;

в) снижение скорости вращения механизмов опреде­ ляется для индивидуального и группового выбега дви­ гателей;