Название: Вестник Ульяновского государственного технического университета (В.В. Ефимов) Жанр: Гуманитарный Просмотров: 1170 |
Обоснование времени действия устройств автоматического включения резерва, установленных на подстанциях с синхронной нагрузкой
Устройства автоматического включения резерва (УАВР) широко применяются в системах электроснабжения. Они, как и любые устройства автоматики, должны удовлетворять требованиям быстродействия. Особенно это необходимо для обеспе- чения динамической устойчивости синхронных электродвигателей. В предлагаемой статье определено допустимое максимальное время восстановления электроснабже- ния синхронных электродвигателей после потери ими питания. Это время не должно превышать 0,1 с. Оно складывается из времени отключения и включения соответст- вующих выключателей и времени действия самого УАВР.
Схемы УАВР различаются, в основном, их пусковыми органами. При этом в качестве воздействующих величин могут быть: значение напряже- ния на контролируемой секции шин, частота этого напряжения, угол меж- ду векторами напряжений рабочего и резервного источников питания и некоторые другие электрические величины. При потере питания и при ко- ротких замыканиях в системе электроснабжения скорость изменения этих величин различна, что влияет на время срабатывания пусковых органов УАВР. Задача повышения быстродействия УАВР особенно актуальна для подстанций с синхронной нагрузкой (рис.1).
Рис.1. Схема подстанции В этом случае имеет смысл устанавливать УАВР, если после его дейст- вия обеспечивается восстановление нормальной работы синхронных элек- тродвигателей. Указанное требование и определяет допустимое макси- мальное время действия УАВР. При этом в специальной расчетной задаче необходимо учесть не только нарушение электроснабжения и характер этого нарушения (отключение питающей линии, короткое замыкание), но и вид короткого замыкания, предполагая, что несинхронное включение тор- мозящегося синхронно электродвигателя в сеть после ликвидации повреж- дения произойдет в начале первого оборота при углах (рис.2), сущест- венно меньших .
Рис. 2. Векторная диаграмма СД1 при отключенных выключателях Q5 и SQ
Известно [1,2], что как при потере питания, так и после короткого за- мыкания ресинхронизация происходит сразу же после нескольких син- хронных качаний, если точка с координатами вкл, Sвкл, соответствующая моменту подачи на двигатель резервного питания, лежит внутри области, очерченной граничной фазовой траекторией (ГФТ), построенной для дан- ного двигателя. Как при потере питания, так и при коротком замыкании, ГФТ определяется уравнением движения синхронного двигателя (СД) [3]:
dS
mЭМ
mмех ,
(1)
где mЭМ mсм sin mac mk - электромагнитный момент СД; mмех m0 ( k з m0 )(1 S ) - момент сопротивления механизма; j - постоянная времени инерции агрегата двигатель-механизм, о.е.; j = 314Тj, где Тj - постоянная инерции, с; - текущее время, о.е.; t – текущее
время, с; S – скольжение, о.е.; S 1 ; S d
; - угловая скорость вра- щения ротора, о.е.; m CМ - амплитуда синхронного (взаимного) момента, о.е.; - угол между осью q двигателя (рис.2) и направлением Е с резервной секции, рад.; mас - асинхронный момент двигателя, о.е.;
mk - генераторный
момент двигателя, о.е.; mk Eq xd r
; r – активное сопротивление ста- торной цепи двигателя до места замыкания, о.е.; m0 - начальный момент механизма, о.е.; k з механизма. - коэффициент загрузки двигателя; - характеристика Обозначив m mk m0 ( k з m0 )(1 S ) mас и
d dd S dS
S dS , получим из (1):
j S dS
mСМ
sin m . Про- интегрируем последнее выражение при следующих условиях: =0 и mмех k з ; mk mac ; m k з const . Sвкл и вкл - значения скольжения и угла в момент восстановления питания; kp - максимальный угол вылета, при котором устойчивость еще сохраняется и соответствующее значение скольжения S=0. Получим:
0 SdS Sвкл kp вкл
j
sin d kp вкл
и после интегрирования
S 2
2
cos
вкл
вкл
) , (2)
где arcsin k з . (3)
Здесь, при заданных условиях, жиме. 0 - угол нагрузки в предшествующем ре- В соответствии с (2) рассчитаны и построены на рис.3 ГФТ для двига- теля СДН2-16-59-6, Рном = 1600 кВт, Тj = 1,591 с, m СМ 1,75, m k з 0 1 . На этом же рисунке также представлена ГФТ для двигателя марки ВД при k з 1 и Т j 4,2 с. Для любой точки, расположенной внутри области, ог- раниченной ГФТ, ресинхронизация является успешной. Так, например, для
точки a (рис.3) с координатами , S
4,5\%
ресинхронизация
вкл обеспечена при любой загрузке двигателя ( k з 0 1 ) . Значения вкл и Sвкл к моменту восстановления электроснабжения, определяющие динамиче- скую устойчивость двигателя, зависят от вида нарушения и от времени пе- рерыва питания.
Рис.3. Граничные фазовые траектории (ГФТ) при различных коэффициентах загрузки k з : СДН2 Тj = 1,591 с, _ . _ . _ . _ ВД Тj = 4,2 с
Рассмотрим случай потери питания в результате отключения выключа- теля питающей линии, например, Q5 (рис.1). Уравнение движения СД1 в этом случае имеет вид:
j dt
mмех и S d .
После интегрирования при дующие выражения: m 0 0 и 0 для S(t) и (t) получаются сле-
T j
Т j t , (5)
При 2 (вентиляторный момент сопротивления центробежного насоса):
S( t ) 1 1
T j
, (6)
T k ( t ) 314t 314 j ln1 з . (7)
Произвольно задаваясь временем перерыва питания ( tnn ) по формулам (4)(7), можно определить скольжение Sвкл и угол вкл к моменту подачи питания и по ГФТ (рис.3) определить динамическую устойчивость двига- теля. Результаты расчета сведены в табл.1. Из таблицы следует, что для двигателей с T j 1,591c 4,2c в качестве допустимого из условий динами- ческой устойчивости времени перерыва питания можно принять tnn = 0,1 с, хотя для двигателей с T j устойчивости (см.табл.1). 4,2c это время дает запас по динамической
Таблица 1
Углы, скольжения и сведения о динамической устойчивости синхронных электродвигателей в зависимости от времени перерыва питания
Сделанные выводы подтверждены результатами расчета электромеха- нического переходного процесса на ЭВМ по специализированной про- грамме кафедры. При возникновении аварийной ситуации устройство АВР сначала от- ключает выключатель резервируемого источника, например, Q5 (см.рис.1), а затем включает секционный выключатель SQ. Время восстановления пи- тания при этом складывается из времени действия самого УАВР, времени отключения выключателя Q5 и времени включения выключателя SQ. И это суммарное время не должно превышать 0,1 с. Современные наиболее бы- стродействующие вакуумные выключатели имеют время отключения по- рядка 0,03 с, а время включения 0,040,05 с. Таким образом, для обеспече- ния динамической устойчивости синхронных электродвигателей при ис- чезновении питания и последующем его восстановлении время действия УАВР не должно превышать 0,02 с.
|
|