Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы эксплуатации электрооборудования. Учебное пособие.pdf
5. Особенности построения и эксплуатации оборудования схем электроснабжения собственных нужд …
питание от выпрямителя, подключенного через разделительный трансформатор 6,3/0,23 кВ к сети СН 6,3 кВ энергоблока, а в случае исчезновения
напряжения в этой сети − от отдельной аккумуляторной батареи, работающей в режиме постоянного подзаряда. Разделительные трансформаторы АБП подключаются к РУСН 6,3 кВ через выключатель, а к сети 0,23 кВ −
через рубильник S. Особенностью разделительного трансформатора АБП
является то, что ввиду специфики питаемой им нагрузки (аккумуляторной
батареи с заземленной через устройство контроля изоляции средней точкой) он работает с изолированной нейтралью 0,23 кВ.
5.4. Электрооборудование схем собственных нужд действующих и реконструируемых установок
В системах электроснабжения СН электростанций применяются
комплектные распределительные устройства КРУ 6, 10 и 0,4 кВ. Они классифицируются по условиям окружающей среды, конструктивному исполнению, типу коммутационного аппарата, особенностям обслуживания, защищенности токоведущих частей, роду оперативного тока и т. д. Традиционно выделяются КРУ 6, 10 кВ внутренней и наружной установки.
В последние годы на многих действующих электростанциях проводится модернизация оборудования путем замены коммутационных аппаратов, выработавших свой ресурс в установленные шкафы РУ по принципу
ретрофита. Указанный принцип предполагает частичную замену активных
элементов коммутации с минимальными затратами времени и стоимости
оборудования при сохранении основных конструктивных элементов РУ.
В большинстве случаев проводится реконструкция ячеек КРУ и КСО
внутренней установки с выкатными либо выемными элементами. Эти КРУ
выпускались ранее с масляными выключателями (ВМПЭ, ВК, ВКЭ,
МГГ-10-5000-63К). К настоящему времени они подлежат замене на вакуумные (ВБПВ, ВВЭ-М, ВБЧЭ, ВБМ, ВБП, ВБКЭ, ВБЭК, ВБПВ, ВВТЭ-М,
ВБЭМ, ВБЭС, ВВ/ТЕL, VD4) и элегазовые (VF, HD4/GT, LF1, LF2, LF3,
FG1, НАЗ) выключатели. Ячейки К-ХХV1М и К-104М имеют общепро-
мышленное применение. Для ввода и секционирования КРУ с ячейками
К-ХХV1М и К-104М предназначены соответственно ячейки К-ХХV11
и К-105. РУ-10-5000 применяются для ГРУ ТЭЦ и РУ мощных подстанций
для вводов и секционирования сборных шин, присоединения крупных потребителей, а также линий к групповым реакторам.
Ныне выпускаемое оборудование РУ собственных нужд станций
и подстанций оснащается инновационной аппаратурой отечественных
и зарубежных производителей.
121
Основы эксплуатации электрооборудования
Продолжается применение комплектных распределительных устройств
наружного исполнения (КРУН) 6, 10 кВ, предназначенных для работы
в открытых электроустановках и изготавливаемых с выкатными элементами.
Эти КРУН имеют уплотнения, обеспечивающие защиту от попадания
внутрь шкафов атмосферных осадков. Как и для КРУ 6, 10 кВ внутренней
установки, здесь также применяются маломасляные, вакуумные и элегазовые выключатели. Поставка КРУН 6, 10 кВ выполняется модулями. Они
содержат до шести шкафов с полностью выполненным монтажом первичных и вторичных цепей, а также коридором управления, что позволяет
значительно сократить их стоимость и время монтажно-наладочных работ.
5.5. Условия работы электродвигателей собственных нужд и требования к ним
Условия, в которых работают электродвигатели, зависят от места,
занимаемого ими в технологической схеме станции.
Электродвигатели, являющиеся приводом механизмов топливоподачи
(при использовании угля), работают в тяжелых условиях. Топливоподача
начинается с разгрузочных устройств и заканчивается бункерами котельной.
При полном заполнении запас топлива в бункерах обеспечивает работу
станции в течение несколько часов. Поэтому кратковременная остановка
механизмов не отражается немедленно на процессе.
Из этого следует, что необходимости в самозапуске этих двигателей
или АВР нет. Однако при останове какого-либо звена цепи топливоподачи
должны быть остановлены предшествующие механизмы во избежание
завала топливом. С этой целью схемы пусковых устройств взаимно блокируют.
Для контроля топливоподачи на современных ТЭС предусматриваются светящиеся мнемосхемы либо отображения на дисплейных секциях,
показывающие работающие звенья технологий, уровень топлива в бункерах и другие необходимые для ведения режима параметры.
Мощность двигателей топливоподачи относительно невелика (по
сравнению с двигателями насосов турбин и котлов) и составляет 200–300 кВт,
для блока 1 200 МВт – 900–1 250 кВт. Большинство двигателей применяются с короткозамкнутым ротором, за исключением грейферных кранов
и перегружателей, где используются двигатели с фазным ротором.
Условия для этих двигателей тяжелые, поэтому их выбирают в закрытом
исполнении (АО), а топливо, дающее пыль, требует установки двигателей во
взрывобезопасном исполнении. Если на дробилках устанавливают открытые двигатели, то к ним по специальным коробам подается чистый воздух.
122
5. Особенности построения и эксплуатации оборудования схем электроснабжения собственных нужд …
Для удаления металла из топлива устанавливают подвесные сепараторы (П-90, ЭП-1-1000, М-42) и барабанные (шкивные) сепараторы для
удаления металла из нижних слоев топлива.
Электродвигатели пылеприготовления служат для привода механизма размола и подачи пыли в топки: питатели сырого угля, мельницы,
мельничные вентиляторы, шнеки, питатели пыли.
Все эти механизмы взаимосвязаны и схемы их сблокированы.
Для привода применяют асинхронные двигатели, кроме питателей
пыли, где используют двигатели постоянного тока.
Двигатели тягодутьевых устройств обеспечивают работу дымососов
и дутьевых вентиляторов. Остановка этих двигателей приводит к остановке
котла, если на нем они в единственном числе. Если таких механизмов по
два, то остановка одного приводит к снижению производительности котла
до 70 %. Пусковые схемы блокируются так, чтобы при остановке дымососов отключались дутьевые и мельничные вентиляторы во избежание образования опасных газовых смесей в котлах.
Производительность вентиляторов и дымососов регулируется направляющими аппаратами, гидромуфтами или за счет применения двухскоростных асинхронных двигателей. Исполнение типа ДАЗО (двигатель
асинхронный, защищенный, обдуваемый).
Для двигателей тягодутьевых устройств предусматривается самозапуск после посадки напряжения или потери СН.
Электродвигатели питательных насосов имеют большую мощность.
Перерыв в питании водой котла на несколько секунд может вызвать
аварию, поэтому предусматривают для блочных установок 2-, 3-кратный
резерв по питательной воде с включением АВР резервных насосов
На современных ТЭС применяют асинхронные двигатели мощностью несколько сотен киловатт и скоростью 3 000 oб/мин типа АТД (асинхронный трехфазный двигатель).
На насосах блоков 300 МВт применяют асинхронные двигатели
8 МВт с водяным охлаждением короткозамкнутой обмотки ротора. На
блоках большей мощности применяют турбонасосы.
Двигатели конденсатных насосов также весьма ответственны. При их
остановке конденсат заполняет конденсатор, что приводит к срыву (снижению) вакуума и необходимости остановки турбины. Для избежания этого
устанавливаются два конденсатных насоса: один рабочий, другой резервный. Наряду с асинхронными двигателями с горизонтальным исполнением
для конденсатных насосов применяют вертикальные (тип АВ). На ТЭЦ устанавливаются еще конденсатные насосы бойлерных установок с такими
же требованиями.
123
Основы эксплуатации электрооборудования
Электродвигатели циркуляционных насосов являются ответственными приводами. Отключение их ведет к срыву вакуума и аварийному останову турбины. Поэтому должен быть обеспечен их самозапуск и АВР.
Турбины снабжаются водой по индивидуальной или централизованной схеме. В первом случае каждая турбина имеет свой трубопровод
и два насоса 60−70 % производительности каждый. В другом случае
несколько насосов работают на общий коллектор, откуда вода поступает
в конденсаторы.
В качестве привода циркнасосов применяют двигатели обычного исполнения и вертикальные наружной установки (ВДН).
Для сетевых насосов требования к надежности зависят от характера
потребителей.
Допускаются кратковременные перерывы в работе, если давление
в обратных магистралях не превышает опасных значений и нет угрозы
разрыва приборов и труб из-за большой разницы в отметках участков.
В этом случае не требуется самозапуск, и они могут отключаться от
защиты минимального напряжения.
Помимо перечисленных основных электродвигателей на станции
имеется группа механизмов меньшей мощности и достаточно ответственных:
● насосы газоохлаждения генераторов;
● маслонасосы уплотнений генератора, подшипников;
● валоповоротное устройство турбин;
● двигатель-генераторы питателей пыли;
● резервные возбудители;
● пожарные насосы;
● другое оборудование.
По этой группе предусматривается ABР механизмов, находящихся
в резерве, и самозапуск в аварийных ситуациях.
На современных станциях управление котлоагрегатами и турбинами
автоматизировано. Число задвижек и приборов на мощных станциях исчисляется тысячами единиц.
5.6. Режимы работы двигателей собственных нужд
5.6.1. Механические характеристики двигателей и механизмов
Во всех эксплуатационных режимах (пуск, изменение нагрузки, изменение напряжения и частоты в системе, самозапуск, перегрузки и др.)
двигатели СН работают успешно при правильном выборе механизмов
и двигателей.
124
5. Особенности построения и эксплуатации оборудования схем электроснабжения собственных нужд …
Наиболее важными являются характеристики зависимости момента
сопротивления механизма и вращающего момента двигателя от скорости
вращения (n) и скольжения (S).
В общем виде зависимость момента сопротивления Мc* вращающихся
механизмов от скорости вращения (n) определяется известным выражением
M
с*
= М
с. нач*
+ (1 – М
с. нач*
)(n / n
ном
)р
где М
= М
− относительный момент сопротивления механизма; М
c*
с. нач
/ М
− относительный начальный момент противления механизма;
с. ном
с. нач*
=
р − показатель степени, определяемый типом механизма и его нагрузкой.
Выразив n и n
через скольжение, получим выражение зависимости
ном
момента сопротивления механизма (в долях номинального момента двигателя) от его скольжения:
M
с*
= М
с. нач*
+ (1 – М
с. нач*
)(1 − s)
р
.
Значения показателя р для разных механизмов определяют разный
характер зависимости момента сопротивления от скольжения.
Ряд механизмов имеет постоянный момент сопротивления и р = 0:
шаровые мельницы, компрессоры, транспортеры, шнеки. Начальный (пусковой) момент Mс* этих механизмов выше номинального за счет трения
покоя (кривая 1, рис. 41).
Тягодутьевые механизмы имеют вентиляторный момент сопротивления (р = 2). Начальный пусковой момент сопротивления для неподвиж-
ных агрегатов колеблется в пределах 0,1−0,3 (кривая 2).
Наибольшая группа механизмов в системе СН − центробежные насосы, которые имеют более сложную зависимость момента сопротивления от
скольжения.
Если бы насосы преодолевали в процессе пуска только динамический напор, то они имели бы зависимость M
≡ (n / n
с*
р
)
, т. е. Mс* изме-
ном
нялся бы пропорционально квадрату скорости вращения.
Однако чаще всего насос в процессе пуска должен преодолеть и статический напор, определяемый высотой подачи вода или противодавлением
котла (в горячем состоянии) для ПЭН.
Поэтому рабочий напор центробежного насоса должен быть равен
где Н
дин
и Н
дин.ном
тельности Q и Q
Н = Нст + Н
– динамические напоры, соответствующие производи-
.
ном
= Нст + Н
дин
дин.ном
(Q / Q
ном
)2,
Значение начального момента сопротивления горизонтальных насосов колеблется в пределах 0,1–0,15, вертикальных – 0,25–0,3. Условия пуска определяют характеристику момента сопротивления от скольжения
(кривая 3). Снижение момента сопротивления после пуска насоса объясня-
125
Основы эксплуатации электрооборудования
P
P
ется тем, что трение в подшипниках при движении значительно меньше,
чем трение покоя, а момент сопротивления воды в корпусе насоса при малых оборотах небольшой.
С увеличением оборотов момент сопротивления на закрытую задвижку возрастает незначительно, установившаяся частота наступает при
скольжении so, соответствующем холостому ходу (точка с).
Мс
1
2
3
а
Рис. 41. Характеристики моментов сопротивления
типичных механизмов: 1 − шаровой мельницы;
2 − вентилятора; 3 − насоса
= 0
= 2
b
d
с
S
Sк
Sхх
Если после этого полностью открыть задвижку, то момент сопротивления резко возрастет до значения номинального, насос разовьет
номинальную производительность, а скольжение увеличится до значения
s
(точка d).
к
Пуск насоса, имеющего статический напор или противодавление при
пуске на открытую задвижку, возможен только при наличии обратного
клапана.
Пока в насосе не разовьется давление больше, чем статический напор, обратный клапан закрыт и характеристика (Мс) совпадает с кривой (аb).
После открытия обратного клапана Мс возрастает быстрее, так как производительность насоса увеличивается с ростом оборотов кривая (bеd).
В случае пуска питательного электронасоса (ПЭН) или бустерного
(предвключенного) без противодавления (на холодный котел) этот излом
в характеристике отсутствует.
126
5. Особенности построения и эксплуатации оборудования схем электроснабжения собственных нужд …
Разворот двигателя происходит под действием вращающего момента
М
, развиваемого электродвигателем и являющегося результатом взаимо-
вр
действия вращающегося магнитного поля статора и токов, наведенных
в роторе. При этом преодолевается момент сопротивления механизма М
с
а фактическая скорость вращения асинхронного двигателя
,
n = n
(1 – s),
c
где nc − синхронная скорость; s − скольжение. Переходный процесс во
время пуска и определяется взаимодействием Мвр и М
.
с
5.6.2. Пуск и выбег асинхронных электродвигателей
Процесс пуска электродвигателя в любой момент времени определяется уравнением моментов сил, действующих на вал. Это уравнение называется уравнением движения:
М
где М
изб*
, М
вр*
= М
изб*
, М
и ω выражены в долях от номинальных значений. Ме-
с*
вр*
− М
с*
= Т
dω/dt,
а
ханическая постоянная времени агрегата Та характеризует его инерцию
и выражается в секундах.
Физически Та равна времени полной остановки агрегата, работающего при номинальной нагрузке после его отключения от сети под действием
неизменного момента сопротивления, равного единице.
2
а
+ GD
n
/3 560P
c
2
(n
мех
ном
ном.мех
2
); Р
;
/ n
ном.двиг
– номинальная мощность
ном
),
где GD
Т
= GD
а
2
GD
= GD
а
2
– момент инерции агрегата (Н·м
а
2
дв
двигателя (Вт).
Если М
не наступит равенство М
вр
> М
, т. е. М
с
> 0, то происходит разворот двигателя, пока
изб
= М
вр
, и двигатель достигает установившейся
с
частоты вращения. Значение Мвр пропорционально квадрату приложенного
напряжения Мвр ≡ U
Заштрихованная область (рис. 42) соответствует значениям М
разных скольжений при условии U = U
2
.
1
* для
изб
. Точка пересечения кривых М
ном
вр
*
и Мс* определяет установившееся скольжение, с которым работает двигатель в этой точке при М
* = Мс*.
вр
Дымососы и дутьевые вентиляторы имеют вентиляторную характеристику момента сопротивления, который увеличивается по мере разворота агрегата за счет упругого сопротивления газа и роста его трения
о стенки трубопроводов. Насосы жидкостей имеют более пологую характеристику момента сопротивления из-за того, что вода, масло практически
несжимаемы. Рост момента сопротивления этих механизмов объясняется
127
Основы эксплуатации электрооборудования
р
повышением трения жидкостей о стенки трубопроводов и арматуры при
увеличении скорости их движения. Мельницы, транспортеры, краны имеют
момент сопротивления, фактически не зависящий от скольжения. Характер
изменения Мс определяет и требования к начальному М
ному M
моментам выбираемых электродвигателей.
вp max
и максималь-
вр. нач
M, о. е.
M
изб
M
Mс
вр
S
уст
M, о. е.
M
вр
M
изб
S
уст
Mс
S S
а б
Рис. 42. Характерные зависимости Mвр = f(s) и Мс = f(s):
а − вентиляторная нагрузка; б − мельницы, транспортеры
Пусковые токи при включении двигателя циркулируют по обмотке
статора и имеют следующий характер (рис. 43).
I, о. е.
I
ном
I
пуск
I
аб
S
Рис. 43. Изменение пусковых токов двигателя
Значение I
определяется величиной полного сопротивления дви-
пуск
гателя Zдв, которое изменяется в процессе разворота и имеет минимальное
128
5. Особенности построения и эксплуатации оборудования схем электроснабжения собственных нужд …
значение при неподвижном роторе (s = 1); этот момент эквивалентен трех-
фазному КЗ зa Z
до s ≈ 0,2, а затем резко увеличивается, что приводит к снижению I
. Как видно из рисунка, Zдв практически не изменяется
дв.пуск
пуск
.
В каждый данный момент пуска (t) сопротивление двигателя равно
Z
дв t
= U
/ √3I
1t
пуск t
,
где U
– напряжение источника питания в момент t пуска.
1t
Значение пускового тока достигает (5−7)I1н. В начальный момент
пуска возникает бросок тока намагничивания, который достигает ≈1,8I
пуск
в одной из фаз и зависит от момента включения.
Время разворота составляет для разных двигателей от 1−2 с до 10−25 с.
Выбег электродвигателя, т. е. торможение механизмом при потере
питания, происходит под действием запасенной агрегатом кинетической
энергии.
В этом случае Мвр = 0, а уравнение движения приобретает вид
М
= Т
с
dω/dt.
а
Как было показано ранее, разные агрегаты имеют отличающиеся характеристики моментов сопротивления: например, у вентиляторов Мс ≡ n
2
это означает, что Mс уменьшается при снижении частоты очень быстро
и торможение медленное. Быстрее всех тормозятся агрегаты, у которых М
не зависит от частоты вращения (мельницы, транспортерные ленты).
n, U, о. е.
,
с
t, c
Рис. 44. Характерные кривые изменения ЭДС
и частоты вращения двигателя при потере питания:
1 и 1' − напряжение и обороты двигателя питательного насоса АТД-8000;
2 и 2' − напряжение и обороты ДАЗО-800 дутьевого вентилятора
Как известно из векторной диаграммы асинхронного двигателя, его
ЭДС меньше напряжения питания. Поэтому после отключения электро-
129
Основы эксплуатации электрооборудования
двигателя от сети напряжение на его выводах уменьшается практически
мгновенно от Uc до Е
= E2'.
q
Опытные данные показывают, что в первый момент после отключения от сети напряжение на выводах снижается до (0,85–0,95)U1Н, если до
отключения они работали со скольжением 0,15–0,1.
Дальнейшее затухание ЭДС свободно выбегающего двигателя происходит с постоянной времени
где Х
, Х2', r'
0
Т = (Х
– реактивное сопротивление нулевой последовательности,
2
+ Х
0
') / 2π f r'
2
,
2
приведенное реактивное и активное сопротивление ротора.
Затухание ЭДС происходит быстрее, чем уменьшение частоты вращения, при этом угол между векторами напряжения системы и остаточного напряжения на двигателе достигает 180о через 0,3−0,5 с после
отключения (рис. 44).
5.6.3. Самозапуск агрегатов с приводом
от асинхронных двигателей
Под самозапуском (СЗ) понимают процесс автоматического восстановления работы электродвигателей после кратковременного нарушения
нормального электроснабжения − исчезновения или глубокого снижения
напряжения [14] .
При перерыве в электропитании электродвигателей (включая электродвигатели с регулируемой частотой вращения) ответственного тепломеханического оборудования должен быть обеспечен их групповой самозапуск при повторной подаче напряжения от рабочего или резервного источника питания с сохранением устойчивости технологического режима
основного оборудования.
Время перерыва питания, определяемое выдержками времени технологических и резервных электрических защит, составляет не более 2,5 с.
Перечень ответственных механизмов утверждается техническим руководителем электростанции [1].
Самозапуск может быть успешным или нет в зависимости от многих
факторов, течения переходного процесса, главным образом от времени
перерыва питания или глубины снижения напряжения. Общее время СЗ
может достигать нескольких десятков секунд и лимитируется в основном
нагревом электродвигателя.
После отключения питания двигатели под воздействием момента сопротивления механизмов начинают тормозиться, а затем после восстановления питания (например, срабатывания АВР) вновь разворачиваются.
130