книги из ГПНТБ / Голоднов Ю.М. Самозапуск электродвигателей

При нагрузке агрегата, меньшей, чем значение асинхронного момента, соответствующее точке провала snp для синхронного дви­ гателя с глухоподключенным возбудителем, может получиться, что установившееся скольжение в опыте асинхронного хода с глухопод­ ключенным возбудителем (sa.га) окажется меньше, чем при наличии разрядного сопротивления (\sa.p2,). Однако это имеет место при таких малых нагрузках (обычно менее 0,4), когда самозапуск обеспечива­ ется практически во всех случаях.

Имея характеристику асинхронного момента синхронного или асинхронного двигателя при номинальном напряжении и характери­ стику момента сопротивления механизма, сравнение величин момен­ тов при пониженном напряжении удобно производить графически (рис. 5-7,а). Например, если при пониженном напряжении асинхрон­ ный момент выражается кривой 5, то самозапуск возможен лишь в том случае, когда скольжение увеличится за время перерыва пита­ ния не более чем до «пач.мпко. Как уже отмечалось, асинхронный момент должен превышать момент сопротивления на 10%.

Механическая характеристика агрегата может быть получена из опыта выбега, если отключение производится при рабочей нагрузке. Определение механической характеристики производится следующим образом:

1.Перед отключением измеряется мощность двигателя, потреб­

которая в относительных единицах равна вращающему моменту на валу двигателя при данной скорости или моменту сопротивления:

2. Отключают двигатель, регистрируя скорость в процессе выбе­ га. Строится зависимость скорости (отн. ед.) от времени с момента отключения (с).

3. Характеристика выбега разбивается на равные участки по времени At. Чем больше участков, тем выше точность. Определяется отрицательное ускорение (замедление) на каждом участке, за кото­

щей скорости (для синхронного двигателя равной единице, для асин­ хронного 1— Храб), определяется масштаб полученной кривой.

Для получения характеристики асинхронного момента произво­ дится опыт пуска при той же нагрузке с регистрацией угловой ско­ рости. Аналогично описанному определяется зависимость избыточно­ го момента Ат (масштаб тот же), а затем в каждой точке т а=

=Ат+тпс.

111

Г л а в а ш е с т а я

ВЛИЯНИЕ САМОЗАПУСКА НА СИСТЕМУ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

6-1. УПРОЩ ЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА В ЭЛЕМЕНТАХ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Переходный ток включения, возникающий в момент восстановления электроснабжения, затухает, как прави­ ло, не более чем в три периода. Снижения напряжения, вызываемые им, весьма кратковремеины и практически не сказываются на работе подключенных потребителей. Оценка напряжений в различных точках сети произво­ дится с учетом токов в системе электроснабжения при разгоне самозапускающихся двигателей (см. § 4-1).

При составлении схемы замещения для расчета на­ пряжения пр.и самозапуске двигатели учитываются со­ противлениями, соответствующими скольжениям, при. которых происходит восстановление электроснабжения. Для асинхронных двигателей

где 5 б — базисная мощность, МВ • А (обычно мощность питающего трансформатора, генератора и т. д., или же суммарная номинальная мощность двигателей);

Уб — базисное напряжение, кВ, может быть принято

(в случае группы двигателей принимаются усредненные значения к. п. д. и коэффициента мощности);

k — кратность пускового тока двигателя при скольже­ нии s в момент восстановления питания и при. номиналь­ ном напряжении.

В каталогах дается кратность пускового тока при скольжении, равном единице, ki. Тогда при скольжении

112

где sH— номинальное скольжение; /пм — максимальный момент при номинальном напряжении, отн. ед.

Для двигателей до 100 кВт sM= (4-r-4,5)sH. Сопротивление синхронного двигателя выражается

более сложной зависимостью (4-3). Для приближенных расчетов при известной из каталога кратности пускового

Рис. 6-1. Зависимость сопротивления синхронного двигателя от скольже­ ния (сопротивление при s = l ,0 приня­ то за единицу).

I — усредненная зависимость; 2 н 3 — за­ висимости, наиболее отличающиеся от усредненной: 2 — для двигателя СМ-180/18-8, 3 — для двигателя ДСК-116/49-4. Наиболее близко к усреднению подходят зависи­ мости для двигателей СТМ-1500-2 и

ДСК-260/34-36.

тока ki по (6-2) определяется пусковая мощность и по (6-1) пусковое суммарное сопротивление хк.п при сколь­ жении, равном единице. Сопротивление при скольжении s можно определить по усредненной зависимости (рис. 6-1), построенной на основании формул и экспери­ ментальных данных [Л. 1].

Составив схему замещения, можно определить напря­ жение в каждой точке сети и ток в любом элементе, в том числе и в двигателях.

Для решения задачи на аналоговой или цифровой вычислительной машине, помимо зависимостей сопро­ тивлений двигателей от скольжения, необходимо также

иметь зависимости вращающего момента двигателей от скольжения и механические характеристики механизмов. В этом случае можно получить характеристики самозапуска (токи, напряжения, скорости) в функции времени, Однако для точного решения, помимо статических характеристик, надо учитывать воздействие динамического мо­ мента, который может разогнать двигатель до сверх­

ка. Рекомендуется такая последовательность расчетов: 1. Определяются угловые скорости и скольжения, ко­ торые будут иметь механизмы к моменту восстановления

напряжения.

2, Определяются сопротивления двигателей, соответ­ ствующие этим скольжениям (как описано выше или в соответствии с § 5-5). Составляется схема замещения, и на расчетном столе определяются напряжения на всех шинах, к которым подключены двигатели, а также на за­ жимах статоров двигателей, включенных к шинам через реакторы или индивидуальные трансформаторы.

4. Из сравнения характеристик вращающего момента каждого двигателя при найденном напряжении и момен­ та сопротивления механизма определяется, начнется ли разгон двигателей (§ 5-5). Если все двигатели начнут разгоняться, самозапуск обеспечен (естественно, следует проверить вхождение двигателя в синхронизм, § 5-5 или 4-4). Если вращающий момент всех двигателей недоста­ точен, требуется определение неотключаемой мощности (см. § 6-3). Если часть двигателей разгоняется, а другая нет, определяется, до какого скольжения разгоняются двигатели первой группы, находятся их сопротивления, соответствующие новому значению скольжения. Соответ­ ственно изменяются значения сопротивлений в схеме за­ мещения. Определяются новые значения напряжения И соответствующие им характеристики вращающих мо­ ментов второй группы двигателей. Если п теперь раз­ гон второй группы не будет обеспечен, необходимо от­ ключение этой части потребителей.

Реакторы в системах электроснабжения могут уста­ навливаться и выбираться для ограничения тока к. з. по условию динамической и термической устойчивости обо­ рудования и линий или по условию уменьшения сни.же-

114

МиЯ напряжения на Шинах для обеспечения нормальной

Если реактор выбран по второму условию, то необхо­ димый уровень напряжения в сети будет обеспечен и при самозапуске, так как при самозапуске ток и, следо­ вательно, снижение напряжения меньше, чем при к. з. Изменения величины сопротивления реактора здесь не требуется.

При восстановлении электроснабжения ток включе­ ния меньше, чем ток к. з. от энергосистемы через тот же выключатель, ибо в формуле (3-9а), хотя числитель и увеличивается за счет наличия Ед.пр, но знаменатель увеличивается в большей степени, так как сопротивление двигателя х"а существенно больше, чем сопротивление сети хс. Ток включения при самозапуске для системы электроснабжения не опасен. Он может быть опасен только для двигателей.

Если на питающей линии устанавливается реактор, выбранный по условию динамической и термической устойчивости оборудования и линий, а ток включения при самозапуске ненамного превышает допустимый для двигателей, целесообразно несколько увеличить сопро­ тивление реактора.

Допустимый ток включения синхронных электродви­ гателей до 2000 кВт составляет 1,7 пускового (§ 3-1). Из формулы (3-6) с учетом (3-3) получаем, что ток включения будет в пределах допустимого, если э. д. с.

В случае группы двигателей под х"а понимается эквивалентное сопротивление всех параллельно работаю­ щих двигателей. Если условие (6-4) не выполнено, мож­ но увеличить сопротивление реактора и, следовательно, х0, если это увеличение допустимо по другим показате­ лям.-

Ток включения при самозапуске синхронного двига­ теля с глухоподключенным возбудителем может быть снижен до величины, близкой к пусковому току, и без использования реактора. Для этого следует при отклю-

чении источника питания ввести сопротивление в цепь возбуждения возбудителя с последующей форсировкой возбуждения при вхождении в синхронизм (осцилло­ граммы на рис, 5-2). Такие схемы применяются в тех случаях, когда пуск, а также вхождение в синхронизм при самозапуске возможны без включения разрядного сопротивления, но ток включения превышает допусти­ мый, а установка реактора нецелесообразна по какимлибо причинам.

Из (6-4) можно определить сопротивление сети, при котором ток включения не может превысить допустимый. Электродвижущая сила синхронного двигателя при оди­ ночном выбеге, т. е. в худшем случае, не может превы­ сить 1,5, что определяется насыщением как самого дви­ гателя, так и его возбудителя (с учетом пересчета на синхронную скорость). Тогда при хс^0,5х"а ток включе­ ния будет допустимым во всех случаях. Чем больше дви­ гателей участвует в самозапуске одновременно, тем при меньшем хс ток включения будет допустим.

В целях повышения надежности электроснабжения некоторые потребители питаются от двух отдельных па­ раллельно работающих вводов. Это может быть при включении либо двух вводов на одну секцию шин (рис. 6-4,6, если оба трансформатора рабочие и тогда соответственно пет АВР), либо на две секции, соединен­ ные между собой включенным секционным выключате­ лем (рис. 6-4,6, если секционный выключатель включен). Тогда близкое к. з. на одном из вводов отключается быстродействующей защитой. Время нарушения электро­ снабжения потребителей (глубокое снижение напряже­ ния) очень мало, и за это время, синхронные двигатели могут еще не перейти в асинхронный режим (см. § 4-4).

6-2. ВЛИЯНИЕ С А М О ЗА П У СК А НА РЕЛЕЙНУЮ ЗАЩ ИТУ И АВТОМАТИКУ

Осуществление самозапуска в ряде случаев влияет на работу релейной защиты, в связи с чем могут предъ­ являться соответствующие требования к расчету и схеме релейной защиты.

Максимальная токовая защита действует при по­ вреждениях не только на защищаемом участке, но и при внешних к. з., резервируя защиту последующего участ­ ка, если считать от источника питания. Токовые реле,

116

сработавшие при внешнем к. з., должны надежно воз­ вращаться в исходное положение после отключения к. з. соответствующей защитой и снижения тока до макси­ мального тока нагрузки.

Например, при к. з. в точке К (рис. 6-2,а) сработают токовые реле защит 1 и 2. После отключения поврежде­ ния защитой 2 прохождение тока к. з. прекращается и пришедшие в действие токовые реле защиты 1 должны

Увеличение тока при самозапуске по сравнению с мак­ симальным рабочим током /раб.м учитывается коэффи­ циентом запуска £3= / 3/7раб.м, и тогда первичный ток сра­ батывания защиты (А) равен:

kska у

■— 1‘ DР а б . м »

где ka— коэффициент запаса (надежности), равный 1,1— 1,2; kB— коэффициент возврата защиты.

Токовая отсечка настраивается на отключение токов близких к. з. / " к . Если ток включения при самозапуске /"а соизмерим с ним, то при восстановлении электро­ снабжения возможно ложное действие защиты. Отсечка

117

в некоторых случаях может сработать и от ударного (с учетом апериодической составляющей) тока включе­ ния.

Для предотвращения ложного действия ток срабаты­ вания отсечки / о.о должен находиться в пределах

I \ > I o . o > k yI \

где ky — ударный коэффициент, выбираемый, как и при расчете тока к. з. (2>:&у>1).

При очень быстром затухании тока включения выпол­ нение этого условия не обязательно. Достаточно отстро­ иться от тока включения по времени, для чего в некото­ рых случаях достаточно установить после токового реле электромеханическое промежуточное реле без самобло­ кировки.

Время отключения близких к. з. быстродействующими защитами в целях сохранения устойчивости синхронных двигателей определяется в соответствии с требованиями

§ 4-4.

Защита минимального напряжения, устанавливаемая на некоторых электроприемниках, должна быть отстрое­ на от снижения напряжения, вызванного самозапуском двигателей.

Защита асинхронных двигателей при осуществлении самозапуска принципиальных изменений не требует. Должна предусматриваться защита, отключающая дви­ гатель при затянувшемся разгоне при пониженном на­ пряжении, так как обмотки двигателя могут чрезмерно перегреться. Выдержка времени такой защиты должна быть больше времени, необходимого для разгона двига­ теля в процессе самозапуска, но меньше времени, в те­ чение которого обмотки нагреются до предельно допусти­ мой при самозапуске величины (гл. 4).

Многие синхронные двигатели снабжаются защитой от асинхронного хода. Она должна иметь выдержку времени, достаточную для обеспечения разгона и вхож­ дения в синхронизм в процессе самозапуска.

В реальных системах электроснабжения возможен случай, когда при малом перерыве электроснабжения (например, 0,5 с при срабатывании АВР на шинах цехо­ вой подстанции) обеспечивается самозапуск всех при­ соединенных двигателей, а при большем перерыве (на­ пример, 3—5 с при срабатывании АПВ в энергосистеме) самозапуск всех двигателей не может быть обеспечен. Тогда применяется ступенчатый самозапуск. Двигатели

118

менее ответственных механизмов в этом случае снаб­ жаются защитой минимального напряжения с соответ­ ствующей промежуточной выдержкой времени либо под­ ключаются к устройствам частотной разгрузки или пусковому устройству АВР.

При преобладании двигательной нагрузки устройства автоматизации электроснабжения, восстанавливающие питание (АВР и АПВ), обеспечивают наибольший эф­ фект в сочетании с самозапуском. Применение самозапуска предъявляет дополнительные требования к выпол­ нению устройств автоматизации.

Если в самозапуске участвуют только асинхронные и невозбужденные (с разрядным сопротивлением в рото­ ре или с развозбужденным возбудителем) синхронные двигатели, то устройства АПВ выполняются обычным образом. При наличии возбужденных синхронных двига­ телей необходимо определить допустимость тока несин­ хронного включения. При токе включения выше допу­ стимого следует применить одну из схем ресинхрониза­ ции (гашение поля) либо увеличить выдержку времени действия АПВ. Схемы с улавливанием синхронизма р условиях сетей двигательного напряжения 0,4—10 кВ применять не рекомендуется.

Основными способами пуска устройств АВР явля­ ются пуск при несоответствии положений выключателя на вводе и его ключа управления (выключатель отклю­ чился, в то время как ключ остался включенным) и пуск от реле минимального напряжения. Уставка реле мини­ мального напряжения принимается из условия несраба­ тывания его при к. з. на отходящей линии за реактором:

UC.3^ \U к.з.вггепь

где ^к.з.впеш — напряжение на шинах, к которым под­ ключен трансформатор напряжения, питающий реле, при внешнем к. з.

При наличии самозапуска добавляется условие не­ срабатывания реле напряжения при самозапуске двига­ телей после восстановления их питания U3:

£/с. 8 < ^

В любом случае напряжение срабатывания защиты С/с.з не должно превышать 0,25, так как реле напряже­ ния должно характеризовать не понижение рабочего на­ пряжения, а его отсутствие.

119