Глава шестая.
ВЛИЯНИЕ САМОЗАПУСКА НА СИСТЕМУ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.
6-1. УПРОЩЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА В ЭЛЕМЕНТАХ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.
Переходный ток включения, возникающий в момент восстановления электроснабжения, затухает, как правило, не более чем в три периода. Снижения напряжения, вызываемые им, весьма кратковременны н практически не сказываются на работе подключенных потребителей. Оценка напряжений в различных точках сети производится с учетом токов в системе электроснабжения при разгоне самозапускающихся двигателей (см. § 4-1).
Прн составлении схемы замещения для расчета напряжения при самозапуске двигатели учитываются сопротивлениями, соответствующими скольжениям, при. которых происходит восстановление электроснабжения. Для асинхронных двигателей
(6-1)
где Sб — базисная мощность, МВ-А (обычно мощность питающего трансформатора, генератора и т. д., или же суммарная номинальная мощность двигателей);
Uq — базисное напряжение, кВ, может быть принято равным номинальному напряжению двигателей Ua;
Sn — расчетная пусковая мощность двигателя (двигателей) при номинальном напряжении, кВ-А:
(6-2)
Рн, cosφн, ηн — номинальные параметры двигателя (в случае группы двигателей принимаются усредненные значения к. п. д. и коэффициента мощности);
k — кратность пускового тока двигателя при скольжении s в момент восстановления питания и при. номинальном напряжении.
В каталогах дается кратность пускового тока при скольжении, равном единице, k1. Тогда при скольжении
Сопротивление синхронного двигателя выражается более сложной зависимостью (4-3).
Для приближенных расчетов при известной из каталога кратности пускового тока k1 по (6-2)
определяется пусковая мощность и по (6-1) пусковое суммарное сопротивление хд.п при скольжении, равном единице. Сопротивление при скольжении s можно определить по усредненной зависимости (рис. 6-1), построенной на основании формул и экспериментальных данных [Л. 1].
Рис. 6-1. Зависимость сопротивления синхронного двигателя от скольжения (сопротивление при s=l,0 принято за единицу).
1 — усредненная зависимость; 2 и 3 — зависимости, наиболее отличающиеся от усредненной: 2 — для двигателя CM-180/I8-8, 3 — для двигателя ДСК-116/49-4. Наиболее близко к усреднению подходят зависимости для двигателей СТМ-1500-2 и ЦСК-260/34-36.
Составив схему замещения, можно определить напряжение 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 сопротивлений 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 момента, который может разогнать двигатель до сверхсинхронной скорости [Л. 23], динамическое изменение сопротивления [Л. 1] и т. д.
Для приближенных практических расчетов удобно использовать модель (расчетный стол) постоянного тока. Рекомендуется такая последовательность расчетов:
- Определяются угловые скорости и скольжения, которые будут иметь механизмы к моменту восстановления напряжения.
- Определяются сопротивления двигателей, соответствующие 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 зажимах статоров двигателей, включенных к шинам через реакторы или индивидуальные трансформаторы.
- Из сравнения характеристик вращающего момента каждого двигателя при найденном напряжении и момента 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 недостаточен, 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. Соответственно изменяются значения сопротивлений в схеме замещения. Определяются новые значения напряжения и соответствующие им характеристики вращающих моментов второй группы двигателей. Если и теперь разгон второй группы не будет обеспечен, необходимо отключение этой части потребителей.
Реакторы в системах электроснабжения могут устанавливаться и выбираться для ограничения тока к. з. по условию динамической и термической устойчивости оборудования и линий или по условию уменьшения снижения напряжения на шинах для обеспечения нормальной работы других подключенных к ним потребителей (во втором случае — также и при пуске мощных двигателей). Если реактор выбран по второму условию, то необходимый уровень напряжения в сети будет обеспечен и при самозапуске, так как при самозапуске ток и, следовательно, снижение напряжения меньше, чем при к. з. Изменения величины сопротивления реактора здесь не требуется.
При восстановлении электроснабжения ток включения меньше, чем ток к. з. от энергосистемы через тот же выключатель, ибо в формуле (3-9а), хотя числитель и увеличивается за счет наличия Ед, но знаменатель увеличивается в большей степени, так как сопротивление двигателя х"d 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 сопротивление реактора.
Допустимый ток включения синхронных электродвигателей 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. двигателя (или двигателей), приведенная к синхронной угловой скорости, будет составлять
(6-4)
В случае группы двигателей под х"d понимается эквивалентное сопротивление всех параллельно работающих двигателей. Если условие (6-4) не выполнено, можно увеличить сопротивление реактора и, следовательно, хс, если это увеличение допустимо по другим показателям.
Ток включения при самозапуске синхронного двигателя с глухоподключенным возбудителем может быть снижен до величины, близкой к пусковому току, и без использования реактора. Для этого следует при отключении источника питания ввести сопротивление в цепь возбуждения возбудителя с последующей форсировкой возбуждения при вхождении в синхронизм (осциллограммы 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 допустимый, а установка реактора нецелесообразна по каким- либо причинам.
Из (6-4) можно определить сопротивление сети, при котором ток включения не может превысить допустимый. Электродвижущая сила синхронного двигателя при одиночном выбеге, т. е. в худшем случае, не может превысить 1,5, что определяется насыщением как самого двигателя, так и его возбудителя (с учетом пересчета на синхронную скорость). Тогда при хс≥0,5х ток включения будет допустимым во всех случаях. Чем больше двигателей участвует в самозапуске одновременно, тем при меньшем хс ток включения будет допустим.
В целях повышения надежности электроснабжения некоторые потребители питаются от двух отдельных параллельно 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 нет АВР), либо на две секции, соединенные между собой включенным секционным выключателем (рис. 6-4,в, если секционный выключатель включен). Тогда близкое к. з. на одном из вводов отключается быстродействующей защитой. Время нарушения электроснабжения потребителей (глубокое снижение напряжения) очень мало, и за это время, синхронные двигатели могут еще не перейти в асинхронный режим (см. § 4-4).
