книги из ГПНТБ / Голоднов Ю.М. Самозапуск электродвигателей

После интегрирования обеих частей уравнения и про­ ведения соответствующих преобразований находим вы­ ражение для предельного угла отключения к. з.

Результаты аналитического расчета допустимого вре­ мени к. з. в зависимости от внешнего индуктивного со­ противления приведены на рис, 4-7 для ранее указанного двигателя типа БД С-375-130-24 (§ 4-4). Момент сопро­ тивления во всех случаях принимался постоянным и рав­ ным . номинальному моменту двигателя. Для каждого

а) с увеличением внешнего индуктивного сопротивле­ ния допустимое время к. з. снижается;

б) при увеличении времени ускорения агрегата до 5 с и более допустимое время к. з. в области индуктивных сопротивлений, соответствующих большинству реальных

80

схем электроснабжения прбмЯредприятий, находится вы­ ше 0,2 с;

в) увеличение активного сопротивления снижает до­ пустимое время к. з.

Однако схемы с жестким подключением двух источ­ ников питания на секции, к которым присоединены син­ хронные двигатели, создают большую мощность к. з., что является их недостатком. Мощность к. з. не должна превышать отключающей способности выключателей от­ ходящих линий. Приходится ограничивать мощность пи­ тающих трансформаторов, применять трансформаторы с повышенным пк (%), устанавливать дополнительные реакторы, что ухудшает условия ресинхронизации. Эти дополнительные индуктивные сопротивления должны быть минимально возможными по условию обеспечения допустимых мощности и тока к. з.:

Чем меньше ток подпитки места к. з. от двигателей, тем больше допустимое значение тока к. з. от системы, что приводит к снижению величины внешнего индуктив­ ного сопротивления сети хс и увеличению мощности источника питания двигателей.

Расчет и эксперименты, проведенные совместно ВНИИЭ и МЭИ1 [Л. 17], показали:

а) при подпитке точки к. з. синхронными двигателями в расчете нужно принимать значение тока InJx'd, где /и — номинальный ток двигателя;

б) токи к. з. к моменту отключения к. з. следует счи­ тать как геометрическую сумму токов от системы и от­ дельных двигателей;

1 От МЭИ iB работе участвовала децент кафедры электрических станций Е. Ф. Наяшкова.

в) приближенное расхождение угла b между вектор ми тока системы и тока двигателя можно определить по формуле, аналогичной (4-33), заменив в ней бщ> на б и /доп на t. Если принять согласно [Л. 17] угол б после отключения к. з. близким к 90°, то предельное значение тока к. з. от системы должно быть:

Например, при использовании выключателей ВМГ-133 и ВМП-10 /к.з.доп=20 кА. Тогда

2

'/ К . З . С ------

где п — число синхронных двигателей.

Если поделить напряжение секции (например, 6 кВ) на полученное предельное значение тока к. з. от систе­ мы, то можно получить значение внешнего индуктивного сопротивления. Так, для двух источников питания сек­ ции 6 кВ с выключателями ВМП-10 имеем:

(4-36а)

где Se — базисная мощность, МВ • А.

После анализа выражения (4-36а) можно сделать вывод: чем больше нагрузка секции, тем большее индук­ тивное сопротивление следует вводить в питающие ли­ нии. Так, при нагрузке секции 10 МВ - А требуется внеш­ нее индуктивное сопротивление, равное 0,17 отн. ед., для 15 МВ-А хс=0,258 отн. ед. и т. д. Если обратиться к графику на рис. 4-7, то можно заметить, что при та­ ких внешних индуктивных сопротивлениях устойчивость синхронных двигателей, имеющих время ускорения (ме­ ханическую постоянную времени) около З.с и менее, не обеспечивается. Если при отключении к. з. отключается одна из питающих линий, то двигатели перейдут в асин­ хронный режим и дальнейшее их поведение зависит от характеристики асинхронного момента, загрузки меха­ низма, уровня напряжения статора и др.

При более точной оценке предельного значения тока к. з. от системы /к.э.с и связанного с ним внешнего ин­ дуктивного сопротивления сети хс необходимо тщательно

82

оценить в зависимости от времени и скорости вращения двигателя тормозной момент /п'т [Л. 22], далее подста­ вить значение /п'т в уравнение движения ротора двигате­ ля по (4-31) и найти угол б.

Экспериментальные исследования и расчеты показа­ ли, что при определении угла б в выражении (4-33) тор­ мозным моментом можно пренебречь, если время уско­ рения агрегата тг:н превышает 3,5—4 с.

Если характеристика асинхронного момента двига­ теля (см. § 4-3) достаточно жесткая, а скольжение дви­ гателя не превышает критического по формуле (4-29), то под действием имеющегося возбуждения двигатель втянется в синхронизм. Это имеет место у большинства быстроходных двигателей с неявно выраженными полю­ сами и у некоторых явнополюсных двигателей с числом полюсов четыре — шесть. Остальные синхронные двига­ тели можно разделить на две категории по возможности их ресинхронизации. К первой категории относятся дви­ гатели, которые могут втянуться в синхронизм с помо­ щью различных мероприятий:

а) замыкания обмотки возбуждения двигателя на гасительное сопротивление с последующим, спустя при­ мерно 2—Зс, подключением возбуждения;

б) повышения напряжения на секции; в) отключения двигателей неответственных потреби­

телей на время самозапуска двигателей основных меха­ низмов.

Ко второй категории относятся двигатели, для кото­ рых, помимо указанных мероприятий, необходимо осу­ ществлять быстродействующую разгрузку механизма и его последующую нагрузку после втягивания синхронно­ го двигателя в синхронизм.

Замыкание обмотки ротора на гасительное сопротив­ ление и последующее включение возбуждения (отключе­ ние и включение автомата гашения поля — АГП) явля­ ется эффективным способом улучшения условий ресин­ хронизации, так как практически у половины всех уста­ новленных синхронных двигателей с короткозамкнутой обмоткой имеется провал в асинхронной характеристике при малых скольжениях, что затрудняет вхождение дви­ гателя в синхронизм. Кратковременное отключение АГП в начале перерыва электропитания в ряде случаев также необходимо по условиям снижения остаточной э. д. с. двигателей и величины тока включения.

В некоторых случаях после отключения к. з. быстро­ действующими защитами загруженные синхронные дви­ гатели теряют устойчивость и переходят в асинхронный режим работы с возбуждением. В дальнейшем без при­ менения работы схемы ресинхронизации (отключение и включение АГП) они в синхронизм не входят и отключа­ ются токовыми защитами от перегрузки. Одна из воз­ можных схем ресинхронизации с введением разрядного сопротивления (отключение и включение АГП) приведе­ на на рис. 4-8. Схема выполнена Центроэнергочерметом за счет незначительных изменений в стандартной пане­ ли. Токовое реле с уставкой по току статора, примерно равной двойному номинальному току двигателя, замыка­ ет свои контакты при выпадении двигателя из синхро­ низма и включает реле времени. Через время примерно

J-

Рис. 4-8. Схема ресинхрони­ зации тихоходного синхрон­ ного двигателя.

частоты.

1 с проскальзывающий контакт замыкается и отключает контактор М. При переходе двигателя в работу с обмот­ кой ротора, замкнутой на гасительное сопротивление, ток статора уменьшается, реле РПТ размыкает свои кон­ такты, реле 1РБ теряет питание, и происходит включение контактора. Реле РЧ обеспечивает включение контакто­ ра М (АГП) только на подсинхронной скорости.

В общем случае схема ресинхронизации обеспечивает отключение АГП от блок-контактов выключателя рабо­ чего ввода при его отключении.

Повышение напряжения после переключения двигате­ лей, работающих в режиме' самозапуска, «а резервную секцию, осуществляется с помощью форсировки возбуж­ дения соседних нормально работающих синхронных дви-

84

гателей при снижении напряжения секции до 80%. Опы­ ты, проведенные ВНИИЭ, показали, что при переключе­ нии двигателей, находящихся в самозапуске, на резерв­ ный трансформатор, предварительно загруженный син­ хронными двигателями, суммарная мощность которых составляла примерно 75% мощности всех нормально ра­ ботающих двигателей, время самозапуска переключен­ ных двигателей сократилось с 14 с (при подключении к рабочему трансформатору и отсутствии соседних нор­ мально работающих синхронных двигателей) до 5 с.

В опыте автоматически включалась форсировка воз­ буждения нормально работающих синхронных двигате­ лей. Отключение неответственных двигателей при само­ запуске может также осуществляться от блок-контактов рабочего выключателя.

К механизмам, требующим разгрузки для осуществ­ ления самозапуска, в первую очередь относятся поршне­ вые компрессоры с тихоходными синхронными двигате­ лями ('§ 5-2).

Для всех категорий синхронных двигателей важным фактором, способствующим скорейшей ресинхронизации после перерыва питания, является ускоренный ввод ра­ бочего или резервного источника питания. Для этого применяется ускорение действия АВР (см. § 6-3).

4-5. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА С А М О ЗА П У С К А ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Расчет проводился в соответствии со схемой электроснабжения промпредприятия, приведенной на рис. 3-1. Питание секций осущест­ вляется от энергосистемы неограниченной мощности, имеющей посто­ янную э. д. с., по двум трансформаторам 77 и Т2 типа ТДГ-75 000-110, мощностью 75 000 кВ • А («„=12%). Двигатели под­ ключены к секциям через токоограннчивагощие реакторы типа РБА 6-1500-8. Индуктивное сопротивление кабеля мало и в расчете не учитывалось. За базисные напряжение и мощность в расчете прини­ маются номинальное напряжение двигателей 6 кВ и мощность транс­

85

Самозапубк ДвйМТбЛй в обоих случаях обеспечивается, посколь­ ку при этом напряжение на зажимах двигателя высокое.

Пример 2. К секции подключей один синхронный двигатель ти­

Двигатель приводит во вращение поршневой компрессор ЗГ2М, имеющий постоянный момент сопротивления й коэффициент загруз­

87

ние асинхронного режима будет больше скольжения, соответствую­ щего провалу момента, и 'Может быть приближенно найдено по формуле

88

вившееся скольжение в этом случае согласно (4-25) будет равно:

T, 6. Scp^S a.p .

Случай 2. После перерыва питания, равного 2,5 с, двигатель снижает свою частоту вращения до 0,55 номинальной. Э. д. с. дви­ гателя вследствие работы АГП снижается практически до нуля.

1. Напряжение на зажимах двигателя после затухания свобод­ ных токов

2.Ресинхронизация двигателя будет обеспечена, так как напря­

£а=0,85 и момент сопротивления, пропорциональный квадрату ско­ рости вращения. Время ускорения агрегата 10 с.

Случай 1. После перерыва питания, равного 0,5 с, двигатель снижает свою частоту вращения до 0,95 номинальной. Э. д. с. при этом снижается до 0,9.

1.Индуктивные сопротивления двигателя и напряжение на его зажимах равны в начальный момент самозапуска 5,1 и 0,85, после затухания свободных токов 7,5 и 0,9 соответственно.

2.Скольжение двигателя в асинхронном режиме:

а) скольжение, соответствующее провалу момента

5пр ^ 2 . 0 , 0 0 6 з ( 1 + ^ ) = 0,019;

1.16'