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

  j d

 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

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

1  S

; 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

dS  dSd

d       dd

 S dS

d

 S dS , получим из (1):

d

  j

S dS

d

 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

mСМ

 j

sin d 

 kp



 вкл

md  j

и после интегрирования

S 2

            вкл

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      6

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:

T  dS

j  dt

 mмех и

S   d           .

31,4t

После интегрирования при

дующие выражения:

m 0   0

и    0

для

S(t)

и  (t)

получаются сле-

S( t )  k з t ,   (4)

T j

Т j

t           ,           (5)

При

  2

(вентиляторный момент сопротивления центробежного насоса):

S( t )  1 

1

1  k з t

T j

,           (6)

T                   k  

 ( t )  

 314t  314

j ln1    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 0,040,05 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.