Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Асинхронный режим системы энергоснабжения и синхронного двигателя, его опасность.

Асинхронным называется режим работы системы при больших отклонениях

частоты вращения роторов генераторов или двигателей от синхронной частоты.

Выпадение генератора из синхронизма сопровождается резким повышением частоты вращения ротора.

При асинхронном ходе и частоте, большей чем синхронная, генератор работает как асинхронный и генерирует активную мощность, которая называется асинхронной.

Причинами появления асинхронного режима могут быть: исчезновение тока возбуждения, нарушение динамической устойчивости после резкого возмущения, нарушение статической устойчивости сильно перегруженной системы при слабом возмущении.

Возникновение асинхронного режима приводит к различным нарушениям нормальной работы СЭС:

- могут появляться периодические понижения напряжения, при которых затормаживаются двигатели и отключаются пускатели в сети напряжением 0,4 кВ, а также понижается устойчивость параллельной работы генераторов в синхронно работающих частях ЭЭС;

- из-за снижения напряжения и увеличения тока может нарушаться селективная работа релейной защиты;

- возникают колебания активной мощности, при которых появляется знакопеременный момент на валу турбины, приводящий к дополнительным механическим усилиям;

- возможно возникновение резонансных колебаний, опасных для оборудования и синхронной работы частей ЭЭС;

- при наличии между отдельными частями ЭЭС большого активного сопротивления увеличивается дефицит активной мощности в приёмной части системы.

В асинхронном режиме генератор кроме момента, обусловленного его возбуждением, развивает ещё и асинхронный момент под действием свободных токов, которые возникают в его обмотке возбуждения и демпферных контурах из-за движения ротора по отношению к полю, созданного внешними ЭДС.

Наличие несимметрии генератора, явнополюсность, одноосность обмотки возбуждения и т.д. приводят к тому, что его асинхронная мощность пульсирует около некоторого среднего значения. Аналогично изменяются реактивная мощность и напряжение.

Таким образом, асинхронный момент генератора может быть представлен в виде двух составляющих: среднего асинхронного момента и знакопеременного. Первый зависит от типа и конструкции генератора, а также от среднего скольжения, второй не оказывает существенного влияния на протекание асинхронного режима, и им в расчётах пренебрегают.

101. Поведение электродвигателей при кратковременной потере питания. Что такое самозапуск? Условия обеспечения успешного самозапуска

Самозапуском называется восстановление нормальной работы электродвигателя с механизмом на валу без вмешательства эксплуатационного персонала после кратковременного перерыва электроснабжения или глубокого снижения напряжения.

Очевидно, что самозапуск следует применять только для тех механизмов, от работы которых в значительной мере зависит надежность работы котлов. Самозапуск нерегулируемых по частоте вращения электродвигателей имеет следующие основные отличия от пуска:

 В момент восстановления напряжения все электродвигатели (или, по крайней мере, их значительная часть) вращается.

 При быстром подключении обесточенной секции к резервному источнику питания на ней в момент подключения всегда имеется некоторое остаточное напряжение.

 Самозапуск происходит, как правило, при нагруженном механизмом двигателе, что может приводить к увеличению длительности разгона (особенно, если механизм имеет значительный момент инерции).

 Если в самозапуск участвует одновременно группа двигателей, то токи, потребляемые из сети электроснабжения, увеличиваются, снижается напряжение на статоре двигателей и соответственно уменьшается вращающий момент, что приводит к некоторому увеличению времени их разгона.

При затяжном самозапуске наибольшую опасность представляют отклонения от нормы таких технологических параметров, как снижение подачи воздуха в котел, снижение разрежения в топке котла, уменьшение расхода сетевой воды. Технологические защиты, реагируя на эти отклонения, отключают котел, что приводит к серьезной аварийной ситуации на РТС.

Процесс самозапуска принципиально можно разделить на два этапа:

 На первом – происходит выбег электродвигателей с механизмами на валу от момента исчезновение электроснабжения до момента восстановления напряжения на шинах питания двигателей.

 На втором – происходит разгон от частоты вращения, примерно соответствующей моменту восстановления питания, до частоты вращения, соответствующей исходному рабочему режиму.

Отметим, что характер электромеханического переходного процесса зависит от длительности перерыва питания, нагрузки двигателя, его параметров и параметров сети. Каждый двигатель при выбеге развивает э.д.с. в обмотке статора. У асинхронных двигателей она невелика, по сравнению с синхронными.

Если пренебречь моментом трения, выбег таких механизмов может быть описан зависимостью

ω = 1 / (1 + t / τ_j) (1)

где ω - угловая скорость (о.е.), отнесенная к синхронной угловой скорости;
t – время от момента исчезновения напряжения, с;
τ_j - механическая постоянная времени агрегата, с, при коэффициенте загрузки двигателя K_з ≈ P / P_ном.

τ_j = τ_jном / K_з (2)

τ_jном ≈ J_np ∗ ω²синхр / P_ном (3)

J_np = J_Д + J_мех (4)

где J_np - приведенный момент инерции агрегата, кг.м²;
J_Д - момент инерции двигателя;
J_мех - момент инерции механизма.

В общем случае определение возможности самозапуска асинхронных двигателей, нерегулируемых по частоте вращения, сводится к следующим расчетам:

 Определяют снижение угловой скорости за время перерыва питания, значение угловой скорости и скольжения двигателя в момент восстановления напряжения;

 Определяют напряжение на обмотках статора двигателей после восстановления напряжения;

 Определяют вращающий момент двигателя при полученных напряжении и скольжении;

 Определяют момент сопротивления агрегата при полученной угловой скорости;

 Если условие М_Д > М_c выполняется, то самозапуск обеспечен. Если условие М_Д > М_c не выполняется, нужно отказаться от самозапуска части двигателей подключенных к общим шинам, чтобы увеличить напряжение на шинах и на статоре остальных двигателей, участвующих в самозапуске.

 Рассчитывают время разгона агрегата от момента восстановления напряжения.

Наиболее неблагоприятные электромагнитные и электромеханические процессы при самозапуске синхронных двигателей возникают при несинхронном включении возбужденных двигателей. Такое включение сопровождается значительными бросками тока в обмотках и электромагнитных моментов вращения, приводящих к значительным электродинамическим воздействиям на обмотку статора и удары по валопроводу. Максимальное значение периодической составляющей тока при несинхронном включении

(5)

где (X_c - индуктивное сопротивление питающей сети).

Соотношение (5) определяет максимальное значение периодической составляющей тока при несинхронном включении в противофазе, если в самозапуске участвует только один двигатель.

При несинхронном включении группы двигателей, участвующих в самозапуске, максимальное значение периодической составляющей тока i-го двигателя

(6)

Нетрудно заметить, что по соотношению (6) можно определить токи несинхронного включения при самозапуске как одного, так и группы двигателей. Максимальное значение периодической составляющей тока в обмотке статора синхронного двигателя при коротком замыкании на выводах

(7)

Или, положив, как обычно, в о.е. X"q = 1,05, получаем

Iкз ∗ X"d = 1,05 (8)

Нетрудно заметить, что величина Iкз ∗ X"d - кратность тока при коротком замыкании на выводах статора по отношению к току прямого пуска при напряжении U=1.0.

Аналогично (7) можно выразить ток несинхронного включения, как

(9)

С учетом преобразований выше приведенных соотношений получим

(10)

X"dp - учитывает возможность подключения одного или группы двигателей к шинам через реактированные (Хр) фидеры.
K_I – коэффициент, характеризующий допустимое превышение тока при несинхронном включении по сравнению с током, возникающим в синхронном двигателе при коротком замыкании.

При перерывах питания, длительность которых не превышает значения

(11)

возбужденнные синхронные двигатели втягиваются в синхронизм без каких-либо специальных мер.

Соотношение (11) справедливо, если за время перерыва питания скольжение двигателя не превысит критического значения, определяемого из условий 100%-ной синхронизации (условие Эджертона [5])

(12)

где m_мех - приведенный момент сопротивления нагрузки, о.е.
m_с.м.к. - синхронный момент двигателя, соответствующий критическому скольжению.

В то же время при перерывах электроснабжения с последующим действием АПВ и АВР, время перерыва питания, как уже отмечалось, при отсутствии быстродействующих защит превышает величину, определяемую по (11). В этом случае успешная ресинхронизация возможна, если для всех значений скольжений от единицы до критического асинхронный момент будет больше механического момента на валу и генераторного момента от тока возбуждения, т.е. для всех значений

необходимо, чтобы

(13)

где r – приведенное активное сопротивление обмотки статора.

В заключение отметим, что, как показывают исследования и расчеты, для синхронных двигателей мощностью до 2000 кВт, нерегулируемых по частоте вращения, допустимость несинхронного включения (НАПВ) определяется величиной тока при τ_c > 2,5 c.

Если сеть мощная (Xo / X_Σ мало) и расчетные кратности тока и момента превышают допустимые значения, то для уменьшения этих кратностей необходимо гасить поле двигателя воздействием на возбуждение. При этом момент снижается быстрее, чем ток и величина E"₄доп, определяющая ток, как правило, не превышает 0,5-0,6 U_{ном дв}.