книги из ГПНТБ / Голоднов Ю.М. Самозапуск электродвигателей

г) мощность резервного трансформатора с. н. стан­ ции с поперечными связями в тепловой части должна быть равна 1,5 мощности наиболее крупного трансфор­ матора или реактора, установленных в качестве рабоче­ го источника питания с. н.;

д) мощность резервного трансформатора блочных электростанций должна обеспечивать замену рабочего трансформатора одного блока и одновременный пуск или аварийный останов второго блока;

е) предельное время самозапуска двигателей ответ­ ственных механизмов по условиям устойчивости техноло­ гического процесса составляет для блочных станций вы­ сокого давления 18 с, блочных станций высокого давле­ ния с поперечными связями в тепловой части 25 с, стан­ ций среднего давления 35 с.

Характеристики моментов сопротивления ответствен­ ных механизмов с. н. при разгоне и выбеге можно счи­ тать примерно одинаковыми.

Характеристики моментов сопротивления насосных агрегатов типов 5Ц10, Ц3430, СВП-220-280, П7-600-300

и др., наиболее часто применяемых на тепловых электро­ станциях, которые были получены в результате испыта­

ческого момента трогания); б) после открытия обратного клапана при скорости

вращения насоса примерно 0,75—0,85 и более — пропор­ ционально примерно кубу угловой скорости /пО2 ~ 0 ,9 5 со3.

В ряде случаев для регулирования скорости враще­ ния питательных насосов применяются гидравлические муфты, при наличии которых момент инерции ротора агрегата и т,- увеличивается примерно в 5 раз, что изме­ няет процессы выбега и самозапуска. Характеристика момента сопротивления в области изменения угловой скорости от 0,75 до номинальной остается примерно та­ кой же, как и без гидромуфты.

В качестве привода для питательных электронасосов используются двухполюсные двигатели серии АТМ, АТД (асинхронные) и СТМ, СТД (синхронные).

Для асинхронных двигателей при номинальном на­ пряжении т м = 2 ,2 —2 , 8 в зависимости от типа и мощно­ сти двигателя. Скольжение, соответствующее максималь-

100

ному моменту, для всех двигателей примерно одинаково и составляет sM~0,05. Недостатком характеристик дви­ гателей при U= 1 (отн. ед.) является резкое снижение момента (до единицы и менее) при скольжении пример­ но 0,2, т. е. в точке открытия обратного клапана. Это может привести к «застреванию» двигателя при напря­ жении на зажимах статора, равном 0,7UH и ниже.

Характеристики синхронных двигателей являются бо­ лее благоприятными с точки зрения самозапуска. Сред­ ний асинхронный момент при номинальном напряжении двигателей, как правило, равен 2,0/?гн и более. В обла­ сти малых скольжений характеристики асинхронных мо­ ментов достаточно жесткие, что способствует быстрому вхождению двигателей в синхронизм.

Характеристики моментов сопротивления дымососа и дутьевого вентилятора имеют вентиляторный характер, т. е. пропорциональны квадрату частоты вращения. Для привода дымососов и дутьевых вентиляторов применя­ ются асинхронные двухскоростные двигатели типа ДАЗО. Двигатели имеют максимальные вращающие моменты, при номинальном напряжении примерно равные 2,4— 2 , 8 т п (меньшая цифра о т н о с и т с я к двигателю дымосо­ са). В обоих случаях sM= 0,05 отн. ед. Дутьевой венти­ лятор и дымосос имеют наибольшие времена ускорения из всех агрегатов с. н. тепловой электростанции, вследст­ вие чего электродвигатели этих механизмов при группо­ вом выбеге являются генераторами активной мощности, т. е. способствуют меньшему торможению остальных дви­ гателей ответственных механизмов (§ 2-3).

В качестве циркуляционных насосов, как правило, применяются осевые одноступенчатые поворотно-лопаст­ ные вертикальные насосы типа ОП. Расчеты и практиче­ ские исследования показывают, что характеристики мо­ ментов сопротивления насосов очень близки к вентиля­ торной характеристике. Для привода циркуляционных насосов применяются вертикальные асинхронные двига­ тели с короткозамкнутым ротором типа ВДД, имеющие при номинальном напряжении примерно двукратный максимальный вращающий момент. На некоторых тепло­ вых станциях для привода циркуляционных насосов уста­ навливаются синхронные двигатели типа ВДС. Асинхрон­ ные характеристики двигателей типа ВДС примерно соответствуют характеристикам вращающих моментов асинхронных двигателей типа ВДД.

101

Процессу самозапуска, как правило, предшествует выбег двигателей с. н. При индивидуальном выбеге наи­ большее понижение частоты вращения наблюдается

уциркуляционных и питательных насосов, наименьшее—

утягодутьевых механизмов. Например, через 2,5 с после отключения питания циркуляционные и питательные на­ сосы,' работающие в нормальном технологическом режи­ ме, снижают свои частоты вращения до 0,45 и 0,6 номи­ нальных соответственно. Дымосос и дутьевой вентилятор при этом понижают частоту вращения только до 0,86 и 0,95 номинальной. При таком режиме горение факела котла практически не меняется, однако давление ппта-

Рис. 5-3. Самозаиуск двигателей с. н. блока 100 МВт тепловой электростанции при отсутствии форсировки напряжения транс­ форматора с. н.

вентилятор; Б Н — багерный насос; М — мельница.

тельной воды снижается более чем в 3 раза, обратный клапан закрывается, котел работает только за счет акку­ мулирующей емкости (если нет поперечных связей в те­ пловой части).

При исчезновении питания со стороны питающего трансформатора (без предшествующего к. з. или с от­ ключением предшествующего к. з. быстродействующими защитами) при наличии только асинхронных двигателей выбег всех двигателей происходит практически индиви­ дуально (взаимное влияние двигателей сказывается лишь в начальный момент). Если в выбеге участвуют синхрон­ ные двигатели, выбег будет групповым практически в те­ чение всего перерыва питания. В случае выбега только

102

асинхронных двигателей частота вращения циркуляцион­ ных и питательных насосов, работающих с нормальными технологическими загрузками, снизится до 0,75 и 0,8 номинальных соответственно, а частота вращения дымо­ сосов и дутьевых вентиляторов — до 0,92 и 0,86 па. При наличии синхронных двигателей частота вращения всех двигателей снизится примерно до 0,84/гш что практически не отразится на работе котельного агрегата.

Практические исследования и расчет самозапускэ, проведенные ВНИИЭ, ОРГРЭС, МЭИ и другими органи­ зациями, показали, что самозапуск двигателей с. н. стан­ ций при времени отключения электропитания 2,5 с и ме­ нее в большинстве случаев является успешным. Время самозапуска не превышает Юс, технологический про­ цесс станции не нарушается. В начале самозапуска раз­ ворачиваются менее загруженные двигатели, имеющие малое время ускорения, затем более загруженные с ма­ лыми временами ускорения (циркуляционные, конденсат­ ные н багерные насосы)', менее загруженные агрегаты с большими временами ускорения, питательный насос (вследствие снижения характеристики вращающего мо­ мента при скольжении, примерно равном 20%) и дымо­ сос.

При более длительных перерывах питания электро­ двигателей (до 5—6 с), вызванных, например, отключе­ нием трансформатора блока на стороне высокого на­ пряжения, самозапуск двигателей может быть неуспеш­ ным и топка котла может погаснуть. Режим растопки котла после его аварийного останова является доста­ точно длительным процессом (8—12 ч и более). В по­ добных случаях необходимо применять специальные ме­ роприятия, улучшающие условия самозапуска.

Одним из эффективных мероприятий является повы­ шение напряжения на секции с. н. в процессе самозапу­ ска двигателей. В качестве примера могут служить два опыта, проведенные на блоке 100 МВт одной из дейст­ вующих конденсационных станций по влиянию форси­ ровки напряжения трансформатора типа ТДАН 10000/32-10,5±4X 2,5/6,3 кВ на процесс самозапуска дви­ гателей с. н. Опыты проводились с перерывом питания примерно 5с в обоих случаях при двух работающих пи­ тательных насосах и напряжении перед началом опытов, равном 0,976% По типам двигателей, участвующих в самозапуске, опыты отличались незначительно. Нагрузка

103

трансформатора во втором опыте была выше, чем в пер­ вом, примерно на 22% (в первом случае 0,835н, во вто­ ром— 1,055н). Однако, несмотря на меньшую нагрузку трансформатора и меньшее число присоединенных дви­ гателей, самозапуск в первом опыте, без форсировки напряжения, был неуспешным (рис. 5-3)— двигатели питательных насосов не смогли развернуться до угловой скорости, большей 0,75 номинальной, и препятствовали самозапуску остальных двигателей. Напряжение на ши­ не с. н. при этом оставалось равным 0,60 Я. Только после отключения одного из питательных насосов мощностью 2000 кВт спустя 14 с после начала самозапуска напря-

Рис. 5-4. Самозапуск двигателей собственных нужд блока 100 МВт тепловой электростанции при наличии форсировки напряжения трансформатора с. и. Обозначения см. на рис. 5-3.

жение на секции начало восстанавливаться, и последо­ вательно закончили самозапуск двигатели циркуляцион­ ного насоса, дымососа и питательного насоса.

Во втором опыте с форсировкой напряжения в про­ цессе самозапуска (рис. 5-4) нормальная работа всех двигателей секции восстановилась за 20,5 с.

5-4. С А М О ЗА П У СК НЕКОТОРЫХ АГРЕГАТОВ ПРОМЫШ ЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Помимо насосов, компрессоров и механизмов, ана­ логичных механизмам собственных нужд электростан­ ций, в некоторых случаях требуется осуществление са­ мозапуска иных агрегатов.

104

Обычно не вызывает трудностей обеспечение самозапуска воздуходувок, вентиляторов, дымососов, аглоэксгаустеров и других механизмов, у которых момент сопротивления пропорционален второй степени скорости и более. По условию снижения напряжения в сети, влияющего на работу других потребителей, самозапуск мощных асинхронных и синхронных двигателей может осуществляться с использованием пускового реактора или автотрансформатора (при мощности двигателя бо­ лее 4 000—12 000 кВт в зависимости от мощности и схе­ мы электроснабжения). Для синхронных двигателей при этом применяется схема ресинхронизации с включением разрядного сопротивления. Включение разрядного со­ противления может также потребоваться для менее мощ­ ных двигателей при нагрузке, близкой к номинальной. В большинстве случаев такие механизмы позволяют осу­ ществить самозапуск по схеме с глухоподключенньш возбудителем.

Для получения постоянного тока наряду с полупро­ водниковыми и ионными выпрямителями нередко при­ меняются генераторы постоянного тока, приводимые в основном синхронными двигателями. В некоторых слу­ чаях необходим самозапуск этих агрегатов.

В промышленных установках двигатели-генераторы служат, как правило, для питания двигателей постоян­ ного тока, а также крановой и печной нагрузки. В этих условиях показатель у в уравнении механической харак­ теристики (§ 2-1) становится больше единицы и может принимать значения 1,5—2, а иногда и более в зависи­ мости от характера механизмов, приводимых питаемы­ ми двигателями постоянного тока. Такая характеристи­ ка момента сопротивления агрегата делает самозапуск достаточно легким. В результате самозапуск почти всех двигателей-генераторов, применяемых в ■промышленно­ сти, в случае синхронных двигателей обеспечивается по схеме с глухоподключенньш возбудителем.

В частности, применяемые в промышленности двига­ тели-генераторы с синхронными двигателями 10 000 кВт, 1000 об/мин отечественного производства обеспечивают самозапуск по простейшей схеме практически во всех случаях.

Наиболее сложно решается вопрос о самозапуске двигателей прокатных станов. Практически невозможно осуществить самозапуск двигателя-генератора, питаю­

105

щего реверсивный прокатный двигатель, так как по­ следний работает с резко пиковой нагрузкой. С больши­ ми трудностями решается вопрос о самозапуске обжим­ ных клетей непрерывных станов. Вообще самозапуск прокатных синхронных двигателей не применяется в ос­ новном по причинам технологического характера. Но иногда он может быть осуществлен и оказывается эф­ фективным.

Например, синхронный двигатель МС-324-7/20, 1 515 кВ - А, 6 кВ, 300 об/мин приводит во вращение пять клетей проволочного прокатного стана 250. Момент инер­ ции довольно велик, и при отключении стана даже с ме-

Рис. 5-5. Самозапуск синхронного двигателя 1515 кВ-А прокатного стана при нагрузке

0,6 М„.

таллом в валках без применения специального торможе­ ния агрегат останавливается лишь через несколько минут. Нагрузка двигателя при работе стана 0,43— 0,82РИ. Пиков нагрузки практически нет, так как захват металла происходит неодновременно во всех пяти кле­ тях.

При отсутствии самозапуска кратковременный пере­ рыв электроснабжения приводит к остановке стана. Ме­ талл застывает в валках и идет в брак. При самозапуске металл докатывается нормально. Если перерыв питания невелик — до 4 с, то скорость снижается весьма незначи­ тельно (на несколько процентов) и самозапуск происхо­ дит легко. На рис. 5-5 изображена осциллограмма само­ запуска этого двигателя при нагрузке 0,6. Скольжение

106

в момент включения 0,274 отн. ед. До такого скольжения скорость снизилась примерно через 30 с после отключе­ ния. Ток самозапуска в фазе 1 составил 4,0}л в фазе 3—3,66/а. Время разгона и вхождения в синхронизм 3,35 с. При пуске двигателя с разрядным сопротивлением и отсутствии металла в валках (нагрузка 0,4) пусковой ток равен 4,7/н, а время пуска и вхождения в синхро­ низм 5,2 с.

Таким образом, в данном случае самозапуск не лими­ тируется возможностями двигателя. Нарушений техноло-

'гни также не происходит, но требуется повышенное вни­ мание от вальцовщиков.

Следовательно, вопрос о внедрении самозапуска на прокатных двигателях должен решаться в соответствии с конкретными условиями. Нельзя внедрять его там, где это в какой-то мере противоречит требова­ ниям техники безопас­ ности. В описанном случае может оказать­ ся достаточной звуко­ вая сигнализация, ин­ формирующая вальцов­ щиков об исчезновении

ется. Отличительной особенностью является сильное сни­ жение напряжения на двигателях вследствие больших значений индуктивных, а иногда и активных сопротивле­ ний и большого количества потребителей. В результате сначала разгоняются малозагруженные двигатели, на­ пряжение растет, после чего разгоняются и более загру­ женные двигатели.

Если двигатели напряжением до 1000 В присоедине­ ны к сети через контактор или магнитный пускатель, для обеспечения самозапуска применяются схемы за­ держки отпадания контактора с использованием конту­

107

5-5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖ НОСТИ С А М О ЗА П У СК А ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ, НАХОДЯЩ ИХСЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СП О СО БА РЕСИНХРОНИЗАЦИИ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Для двигателей, находящихся в эксплуатации, целый ряд зави­ симостей можно получить экспериментальным путем при использо­ вании паспортных данных.

В связи с тем, что для синхронных двигателей вопрос решается сложнее, чем для асинхронных, сначала определяют возможность самозапуска и способ ресинхронизации синхронных двигателей. Осу­ ществляется это с помощью опытов асинхронного хода и снятия ха­ рактеристик выбега.

Сначала производится опыт асинхронного хода двигателя с глухоподключениым возбудителем при полной нагрузке механизма. Для этого проще всего на работающем двигателе полностью ввести ре­ остат .в обмотке возбуждения возбудителя. Двигатель перейдет в асинхронный режим. Если после подачи возбуждения двигатель войдет в синхронизм, то возможен его самозапуск по простейшей схеме с глухоподключенным возбудителем без специальной схемы ресинхронизации. Целесообразно провести осциллографированне тока статора и ротора в процессе опыта. Это позволит определить ток и оценить качество вхождения в синхронизм, определить скольжение. Скорость ленты должна быть не менее 25 мм/с. Скольжение опреде­ ляется по количеству периодов тока статора АДт, приходящихся на один период тока ротора:

1 s АД

В процессе этого опыта может быть получен ответ на вопрос

онеобходимости степени форсировки возбуждения.

Вслучае группового самозапуска нескольких двигателей напря­ жение на зажимах исследуемого двигателя и входной момент будут понижены. Это может повести к увеличению времени разгона и вхождения в синхронизм на величину, необходимую для разгона малонагруженных двигателей.

Если опыт асинхронного хода с глухоподключенным возбудите­ лем прошел успешно, следует проверить значение тока включения.

Ток включения определяется по (3-6), но величина э. д. с. двигателя находится экспериментально по осциллограмме опыта отключения двигателя (или группы двигателей). Опыт производится при разгру­ женном механизме или при минимально возможной в процессе экс­ плуатации нагрузке, так как тогда э. д. с. двигателя затухает медлен­ нее и ток включения будет наибольшим. При одиночном выбеге, когда двигатель отключается от шин подстанции, требуется предваритель­ ная установка трансформатора напряжения за выключателем двига­ теля, с помощью которого и осциллографируется напряжение на зажимах двигателя.

Помимо э. д. с. двигателя необходимо осциллографированне на­ пряжения сети или скорости. Если осциллографируется напряжение сети, то угловая скорость и скольжения определяются по количеству периодов напряжения сети N c и э. д. с. двигателя Мя за один и тот

108

Величины NB и Л^д могут быть дробными. Полученные значения скорости и скольжения относятся к моменту времени, соответствую-

ей

1,0

0,8

0,0

ОЛ

о, г

о

б)

Рис. 5-7. Определение возможности самозапуска двигателей по характеристикам моментов.

а — определение возможности разгона; б — определение возможности вхождения в синхронизм синхронных двигателей; 1 — момент сопротив­ ления нагруженного механизма; 2 — момент сопротивления разгружен­ ного механизма; 3 — вращающий момент асинхронного двигателя (или асинхронный момент синхронного двигателя с разрядным сопротивле­ нием в цепи ротора) при номинальном напряжении; 4 — асинхронный момент синхронного двигателя с глухоподключенным возбудителем при номинальном напряжении; 5 — то же. что и 3, но при пониженном на­ пряжении.

ще.чу середине выбранного отрезка. По величине Ел и ш. определя­ ется' £д.пр и I" для .интересующего момента времени (время пере­ рыва питания).

Если ток включения находится в пределах допустимого, то воз­ можем самозапуск по схеме с глухоподключенным возбудителем без гашения поля. Если ток включения выше допустимого, то при выбеге необходимо гашение поля введением сопротивления в цепь обмотки возбуждения возбудителя или применение самозапуска с использо­ ванием схемы ресинхронизации при введении разрядного сопротив­ ления в цепь ротора.

Если опыт асинхронного хода с глухоподключенным возбудите­ лем дал отрицательные результаты, выполняется опыт асинхронного хода с введением в цепь ротора разрядного сопротивления. Реостат

109