Содержание к диссертации
Введение
Глава первая. Особенности работы систем электроснабжения с УПК на промышленных предприятиях и возможности улучшения их характеристик
1.1. Пути повышения качества напряжения в распределительных сетях с резкопеременной нагрузкой и особенности применения для этих целей установок продольной компенсации
1.2. Области применения установок продольной емкостной компенсации 23
1.3. Анализ режимов работы системы электроснабжения промышленных предприятий с УПК в цепи питания 25
1.4. Методика выбора параметров УПК на промышленных предприятиях 39
1.5. Обоснование программы исследований в системах электроснабжения с УПК в переходных режимах 45
Выводы
Глава вторая. Исследование колебаний напряжения в системах электроснабжения с продольной емкостной компенсацией 50
2.1. Постановка задачи 50
2.2. Алгоритм и программа на ЭВМ для расчетов процессов в системах электроснабжения с резкопеременной нагрузкой и УПК в цепях питания 6%
2.3. Исследование режимов работы систем электроснабжения с УПК в цепи питания резкопеременной нагрузки 75
2.4. Влияние двигательной нагрузки на режимы напряжения в системе электроснабжения с УПК 89
2.5. Экспериментальные исследования на физической модели процессов в системах электроснабжения с резкопеременной нагрузкой 116
Выводы І23
Глава третья. Исследование переходных процессов в системах электроснабжения с УПК и двигательной нагрузкой 127
3.1. Постановка задачи {27
3.2. Особенности статических моментно-скоростных характеристик электродвигателей при наличии емкости в статорних цепях {29
3.3. Физическое моделирование процессов в системах электроснабжения с УПК Ш
3.4. Допустимость асинхронных режимов по условиям работоспособности кондесаторной батареи 155
Выводы 159
Глава четвертая. Схемы зашиты установок продольной емкостной компенсации
4.1. Существующие способы защиты конденсаторной батареи УПК 161
4.2. Новые схемы зашиты установок продольной емкостной компенсации 165
4.3. Исследование аварийных переходных процессов в схемах защиты УПК с помощью управляемых вентилей 186
4.4. Технико-экономическое сравнение различных средств стабилизации напряжения 206
Выводы 2І9
Заключение ZZ1
Литература
- Пути повышения качества напряжения в распределительных сетях с резкопеременной нагрузкой и особенности применения для этих целей установок продольной компенсации
- Анализ режимов работы системы электроснабжения промышленных предприятий с УПК в цепи питания
- Алгоритм и программа на ЭВМ для расчетов процессов в системах электроснабжения с резкопеременной нагрузкой и УПК в цепях питания
- Особенности статических моментно-скоростных характеристик электродвигателей при наличии емкости в статорних цепях
Введение к работе
Вопросы повышения качества продукции являются главенствующими в десятой и одиннадцатой пятилетках, решение их в значительной мере определяет дальнейший прогресс нашей страны. Одной из наиболее важных и актуальных проблем ' ведущей отрасли народного хозяйства - энергетики - является повышение качества электрической энергии в энергетических системах и сетях промышленных предприятий. Этой проблеме в нашей стране в последние 10...15 лет уделяется пристальное внимание. Актуальность данной проблемы для народного хозяйства подчеркивается введением первого в мировой электротехнической практике официального документа, нормирующего ком-т плекс показателей качества электроэнергии, ГОСТа 13109-67. С момента принятия ГОСТа на качество электроэнергии прошло уже более 15 лет и в настоящее время он дополнен и конкретизирован новыми положениями в свете возросших современных требований р<2 ]. За последнее время проведены исследования в части определения ущербов, которое несет народное хозяйство от недостаточного качества напряжения. Введены в действие директивные документы: "Указания по компенсации реактивной мощности в распределительных сетях" 1974г, "Шкала скидок и надбавок за компенсацию реактивной мощности" 1975 г, "Методика определения оптимального значения реактивной мощности, передаваемой в сеть потребителя" (Госэнергонадзор, ВНИИЭ), "Указания по выбору средств регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности при проектировании сельскохозяйственного назначения" (Сельэнергопроект).
Для повышения отдельных показателей качества питающего напряжения применяются различные методы системного и технологического характера, а также используются специальные технические средства.
Улучшение качества напряжения системными методами (подключение различных групп потребителей к отдельным шинам, использование понизительных подстанций с глубоким вводом и др.) наиболее рационально, но, как правило, недостаточно и не всегда возможно на практике. Технологические способы, заключающиеся во взаимной увязке графиков нагрузки потребителей, затруднительны и обычно экономически не оправданы. Поэтому в энергосистемах нашли применение специальные средства повышения качества напряжения: компенсирующие и филь-тро-симметрирующие устройства, сдвоенные реакторы и др.
Одним из средств повышения качества напряжения является продольная емкостная компенсация индуктивного сопротивления цепи питания, впервые предложенная в 1932 г. Р. Рюденбергом [HZ J. Дальнейшее развитие вопросов теоретического плана и практического применения установок продольной компенсации (УПК) получили в трудах Н.Д. Анисимовой, Г.Я. Вагина, Г.М. Шилова, Н.Э. Ибрагимова, М.Л. Левинштейна, P.P. Мамошина, Е.А.Марченко, В.Г. Пекилиса, Г.Х. По-буля, Н.Н. Щедрина и других авторов. Установки продольной компенсации улучшают ряд показателей качества напряжения: уменьшают колебания модуля и фазы вектора питающего напряжения, снижают коэффициент несимметрии и повышают уровень напряжения. УПК обладают рядом существенных достоинств по сравнению с другими средствами стабилизации напряжения: установленная мощность УПК значительно меньше мощности прочих компенсирующих устройств, весьма незначительны удельные потери активной мощности, установкам присущи такие свойства, как параметрический способ регулирования напряжения и простота в эксплуатации.
При всех своих достоинствах УПК до сих пор не нашли достаточно широкого применения в энергосистемах и сетях промышленных предприятий из-за трудностей зашиты конденсаторных батарей установок
от токов коротких замыканий, необходимости устранения в ряде режимов самовозбуждения электродвигателей, появления в переходных режимах субгармонических колебаний токов и напряжений и т.д. Данная работа посвящена исследованиям некоторых из этих проблем, разработке мероприятий и рекомендаций по их устранению.
В первой главе приведена сравнительная оценка возможных мероприятий и способов повышения качества напряжения в сетях с рез-копеременной нагрузкой, рассмотрены особенности применения для этих целей установок продольной компенсации, обобщен опыт применения УПК в системах электроснабжения с различными нагрузками, показана целесообразность дальнейшего усовершенствования установок продольной компенсации и расширения областей ее применения.
Во второй главе исследуются вопросы качества напряжения в системах электроснабжения с УІЖ и потребителями с резкопеременным графиком нагрузки. Получены количественные оценки влияния УПК на различные показатели качества напряжения в системах электроснабжения с типовыми параметрами системы и нагрузки, определены уровни дополнительных потерь в двигательной нагрузке от некачественного напряжения и влияние вращающихся машин на режимы напряжения при типовых возмущениях и различных степенях продольной компенсации.
В третьей главе рассмотрены асинхронные режимы работы двигательной нагрузки и вопросы устойчивости при наличии продольной компенсации в цепи питания. Здесь также уточнены требования к конденсаторам продольной компенсации. При исследовании кроме расчетных методов большое внимание уделено физическому моделированию.
Заключительная четвертая глава посвящена схемным решениям по защите конденсаторной батареи УПК от перенапряжений. Рассмотрены известные способы и схемы защиты, предложен ряд новых схем, обладающих многофункциональными свойствами, проведены исследования
этих схем расчетным и экспериментальным путем, показана их перспективность. Проведено технико-экономическое сопоставление различных средств повышения качества напряжения на основе эквивалентного технического эффекта, показана значительная экономическая эффективность установок продольной емкостной компенсации по сравнению с другими известными средствами стабилизации напряжения. Основные научные и практические результаты работы: -уточнена методика выбора параметров установки продольной компенсации с учетом изменения сопротивления силовых трансформаторов;
показана перспективность построения системы электроснабжения с включением УПК в целях стабилизации и симметрирования напряжения на стороне НН понижающего трансформатора;
разработаны алгоритм и программа для расчетов на ЭВМ режимов работы систем электроснабжения с установками продольной компенсации в цепи питания с резкопеременной, двигательной и статической нагрузкой;
проведенные расчеты для наиболее тяжелых по форме графиков нагрузок резкопеременного характера показали эффективность применения УПК для снижения размахов колебаний вектора напряжения;
определены расчетные значения максимальных напряжений на конденсаторной батарее УПК в цепях с резкопеременной и двигательной нагрузках, уточнены требования выбора конденсаторов для продольной компенсации;
получены значения добавочных потерь в двигательной нагрузке от некачественного напряжения при типовых возмущениях в зависимости от степени продольной компенсации, составляющие при реальных возмущениях около I % от номинальных потерь;
определены условия работы синхронных и асинхронных машин при параллельной работе с резкопеременной нагрузкой типа вентиль-
ного привода прокатных станов и дуговых сталеплавильных печей при различных степенях продольной компенсации;
расчетными и экспериментальными методами исследованы режимы пуска и самозапуска двигательной нагрузки в системах электроснабжения с УПК в цепях питания, показана возможность успешного завершения этих режимов в указанных системах электроснабжения;
разработан и исследован ряд схем УПК многофункционального назначения, обеспечивающих надежную защиту конденсаторной батареи, ликвидацию аварийных режимов в системе электроснабжения, глубокое ограничение и отключение токов короткого замыкания;
проведен сравнительный технико-экономический анализ различных средств повышения качества напряжения, показана существенная эффективность установок продольной компенсации.
Внедрение результатов работы. Работа посвящена решению актуальной задачи повышения качества напряжения в распределительных сетях промышленных предприятий с резкопеременной нагрузкой. Разработанные методики, алгоритмы и программы доведены до практического использования в Ленинградском проектно-экспериментальном отделении ВНЙИПроектэлектромонтаж и Ленинградском государственном научно-исследовательском и проектном институте основной химической промышленности (Лен НИИ гипрохим).
На защиту выносятся следующие положения:
I. Методика расчета параметров УПК, включенных в цепь понижающих трансформаторов со стороны обмотки НН.
Z. Методика определения изменений режимов работы трансформаторов, обусловленных вводом УПК.
Исследование частотных характеристик систем электроснабжения с установками продольной компенсации в цепи питания.
Методика проведения расчетов колебаний напряжений и токов
и их фаз в системах электроснабжения с резкопеременной нагрузкой при различной степени компенсации реактивного сопротивления цепи питания с помощью УПК.
Допустимость 100% продольно-емкостной компенсации сопротивления цепи питания для резкопеременной нагрузки регулируемого вентильного привода при эффекте снижения колебаний модуля и фазы напряжения соответственно в 19 и 9 раз; для резкопеременной нагрузки дуговых сталеплавильных печей допустимость 70% компенсации сопротивления цепи питания при эффекте снижения колебаний напряжения не менее, чем в 5 раз.
Обоснование устранения самовозбуждения двигательной нагрузки в режимах пуска и самозапуска при 100% компенсации сопротивления цепи питания за счет кратковременного шунтирования конденсаторной батареи УПК.
Новые схемы защиты УПК многофункционального назначения, обеспечивающие надежную защиту конденсаторной батареи от перенапряжений при коротких замыканиях.
Способ расшунтирования конденсаторной батареи УПК, позволяющий снизить перенапряжения при расшунтировании и подавить колебательные явления.
I. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С УПК НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ И ВОЗМОЖНОСТИ УЛУЧШЕНИЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Пути повышения качества напряжения в распределительных сетях с резкопеременной нагрузкой и особенности применения для этих целей установок продольной компенсации
Система электроснабжения промышленных предприятий с нагрузками различного характера может быть представлена расчетной схемой, изображенной на рис. I.I а. Мощность трансформаторов главных понизительных подстанций ограничивается отключающей способностью коммутационной аппаратуры и составляет 20 80 МВА. Индуктивное сопротивление трансформаторов (Х ,) находится в пределах 0,10 0,15 относительных единиц ( Ss = Зтиом) при номинальном напряжении 6-10 кВ и 0,05 0,08 при 0,4 кВ; активное сопротивление их весьма незначительно и составляет 0,01 0,015 о.е.
На предприятие питание, как правило, поступает от мощных энергосистем по воздушной линии напряжением НО - 330 кВ. Индуктивное сопротивление линии (Хл), приведенное к базисной мощности трансформатора, зависящее в основном от ее длины, может составлять 0,01 0,1 о.е. В отличии от трансформаторов, у ВЛ существенную величину имеет активное сопротивление (Rj ), определяемое сечением провода и достигающее значения 0,2 1,0 от Хл.
Около 7096 потребления электроэнергии на промышленных предприятиях приходится на электроприемники с номинальным напряжением 0,4 кВ (электродвигатели, освещение и т.д.) и примерно 30# - на потребители с напряжением свыше 1000 В (компрессорное хозяйство, водоснабжение и очистные сооружения и т.д.) [ii ] . В ряде случаев, например на металлургических комбинатах, электроприемники с U„0M выше 1000 В составляют основную часть потребителей. Всю нагрузку, присоединенную к шинам 0,4 - 10 кВ, можно разделить на двигательную (ДЦ и СД), статическую (осветительные и нагревательные приборы, средства радиоэлектроники и автоматики и т.д.) и "ударную" (потребители с резкопеременным графиком нагрузки, например, машины контактной сварки, крупные крановые и прессовые установки, регулируемый вентильный привод и дуговые печи).В зависимости от профиля предприятия доля каждого вида нагрузки может широко варьироваться.
В то время как статическая и двигательная нагрузка, обычно, не вызывает затруднений в системе электроснабжения (СЭ) по поддержанию должного качества напряжения на зажимах потребителей, приемники электроэнергии с резкопеременным графиком нагрузки в большинстве случаев требуют специальных мероприятий по повышению качества напряжения.
Качество электрической энергии на зажимах потребителей регламентируется ГОСТом 13109-67 [82]. В сетях трехфазного тока оно определяется следующими показателями: отклонения и колебания частоты, отклонения и колебания напряжения, несинусоидальность формы кривой напряжения, смещение нейтрали и несимметрия напряжения основной частоты.
Колебания напряжения оцениваются [52 \i а) размахом изменения напряжения - разностью между следующими друг за другом экстремумами огибающей действующих значений напряжения б) частотой изменения напряжения F = (І/с, І/мин, 1/ч) где т - количество изменений напряжения со скоростью более I % в секунду за время Т. в) интервалом между следующими друг за другом изменениями напряжения.
Допустимые значения размахов изменений напряжения на зажимах ламп накаливания определяются по кривой рис. 1.2 в зависимости от частоты их повторения или интервала между следующими друг за другом изменениями напряжения.
В системах электроснабжения колебания напряжения возникают в связи с изменением потерь напряжения в элементах цепи питания (ЛЭП, трансформаторы) при колебаниях тока нагрузки. Как отмечалось выше, в цепи питания преобладают индуктивные сопротивления, поэтому колебания реактивной мощности обуславливают, в основном, колебания модуля вектора напряжения, а колебания активной мощности - фазы вектора напряжения.
Для поддержания качества напряжения на зажимах потребителей применяются различные средства. Одним из таких широко используе-мых средств является изменение коэффициента трансформации трансформаторов путем применения дополнительных регулировочных ответвлений, допускающих изменение коэффициента трансформации в пределах І ДО 20 % [Z ч]. Такой метод регулирования возможен при установке трансформаторов с устройством регулирования под нагрузи кой (РПН), что удорожает их стоимость на 70 80 % [lii\ . Отметим также, что существующие РПН с механическим переключением позволяют отстраиваться только от отклонений напряжения, но никак не от колебаний напряжения.
Анализ режимов работы системы электроснабжения промышленных предприятий с УПК в цепи питания
Детальное рассмотрение вопроса влияния степени продольной компенсации на уменьшение колебаний напряжения проводится во второй главе. Сейчас лишь отметим, что для поддержания должного качества питающего напряжения сопротивление КБ должно быть выбрано равным или даже несколько меньшим эквивалентного индуктивного сопротивления цепи питания (XL), при этом Хк не превышает 0,1 0,15 о.е.
С вводом в цепь питания продольной компенсации уровень напряжения на шинах потребителей без принятия соответствующих мер повышается наf Uz"c- исходный уровень напряжения до ввода УПК.
Первичное напряжение ]/{ задается системой и на практике может изменяться в пределах ± 10 %. Проведем сначала анализ режимов работы при таком неизменном первичном напряжении, при котором [/"" равно номинальному. На рис. 1.6 приведены кривые для определения повышения уровня напряжения AU на зажимах потребителей при вводе УПК в зависимости от угла нагрузки, степени продольной компенсации и отношения активного сопротивления к индуктивному в цепи питания при номинальном токе нагрузки. Как видно из них, при вводе УПК с / =1,0 напряжение на шинах потребителей при номинальной загрузке трансформатора в типовых случаях (коэффициенте реактивной мощности на шинах б...10 кВ, равном 0,8...1,3; ХА = =0,12...0,15 и RL/Xt =0,1) увеличивается на 6...II %. По данным кривым, используя метод интерполяции, можно определить повышение напряжения при вводе УПК для всех встречающихся на практике диапазонах XL, Хк и R/./X/,.
Для поддержания напряжения на номинальном уровне с вводом УПК необходимо увеличить коэффициент трансформации (увеличить число витков в первичной обмотке) понижающих трансформаторов, понимая под Кт отношение числа витков первичной обмотки трансформатора к вторичной (Кт =WjW2 ). При этом, из-за падения напряжения на вновь вводимом участке регулировочной обмотки (а в ряде случаев, при реверсивной обмотке, возможно и выводимом), изменение коэффициента трансформации (дКт) должно выбираться большее (меньшее), по сравнению с изменением напряжения: лК7 — (і і 11«) Необходимые переключения отпаек трансформатора осуществляются устройством РПН, имеющим достаточный диапазон регулирования: t 12 %, ±16 % или +21... -И % [г і,83].
В процессе эксплуатации первичное напряжение трансформатора может отклоняться от номинального значения и составлять (0,9 ... 1,1) U{H0M . Наряду с этим, уровень напряжения на шинах НН трансформатора в зависимости от конкретных условий может выбираться в пределах ( 1,0 ... 1,1 ) VjtMH За номинальный коэффициент трансформации {Ктнои ) Для понижающих трансформаторов принимают такой, когда при номинальном первичном напряжении ( иіИом ) напряжение на стороне НН соответствует 1,05 . Таким образом, коэффициент трансформации Кт может изменяться в пределах от (1,16 до 0,859 ) Кг ном » ПРИ этом более ха рактерно и типично последнее значение Кг . С вводом УПК увеличение коэффициента трансформации в абсолютном большинстве случаев перекрывается диапазоном регулирования устройства РПН. В тех крайне редких случаях, когда создаваемое УПК повышение напряжения не может быть перекрыто диапазоном регулирования трансформатора (повышенный уровень первичного напряжения при отсутствии устройства РШ и наличие только устройства ПЕВ, у которых диапазон регулирования всего ± 5 %, и при высоком значении ZK ), возникает необходимость применения специального вольтодобавочного трансформатора (ВДТ). Предложенный в [ Si \ ВДТ весьма прост по конструкции, не имеет отпаек на регулировочной обмотке. В данном устройстве напряжение вторичной обмотки ВДТ геометрически складывается (вычитается) с напряжением сети. Такой ВДТ уже нашел применение в осветительных сетях и показал высокую эффективность в работе \_50\ Однако включение в цепь питания дополнительного элемента ведет к увеличению капи тальных затрат и потерь электроэнергии и поэтому явно не желательно. В этом случае необходимо рассмотреть возможность некоторого повышения уровня выходного напряжения, а также уменьшения степени продольной компенсации с целью избежания установки ВДТ.
Алгоритм и программа на ЭВМ для расчетов процессов в системах электроснабжения с резкопеременной нагрузкой и УПК в цепях питания
Влияние активных сопротивлений элементов СЭ на ЧХ можно проследить по рис. 2.3, на котором представлены частотные характеристики схемы по рис. 2.1 б с принятыми выше параметрами реактивных сопротивлений без учета Хи (крив. I - R = RH = 0 , Нш = » оо }. крив. 2 - RL - 0,015 , RH = ОД , Rm = ). Как и следовало ожидать, учет активных сопротивлений практически не сказывается на частоте полюса в области высших гармонических, определяя лишь амплитуду сопротивлений на резонансной частоте. Однако в субгармонической области это влияние более заметно: амплитуда сопротивлений ограничивается гораздо значительнее, одновременно с увеличением значений активных сопротивлений происходит некоторое смещение частоты первого полюса в сторону меньших частот. Шунтирование КБ продольной компенсации активным сопротивлением Ъш приводит к еще большему вырождению полюса в субгармонической области ЧХ (см. рис. 2.3, крив.З - ПШ/Х=Ю , RL =0,015 , RH = 0,1 ).
Выявленные искажения в частотной характеристике, вызванные вводом в цепь питания УПК, в ряде случаев могут представить определенную опасность при наличии в системе электроснабжения потребителей резкопеременного характера, у которых колебания токов нагрузки находятся в области частот возможных резонансов токов и напряжений, в результате чего на отдельных элементах СЭ в рабочих режимах возможно появление недопустимых перенапряжений или токовых перегрузок. Предыдущее рассмотрение носило предварительный характер, поэтому целесообразно провести более детальные исследования, с учетом реальных графиков ударной нагрузки, корректного замещения двигателей и полного учета активных сопротивлений в расчетной схеме замещения системы электроснабжения.
В практике эксплуатации наиболее мощными потребителями с рез-копеременным характером нагрузки являются дуговые сталеплавильные 6І печи (ДСП), регулируемый вентильный привод прокатных станов (ВП) и агрегаты электрической контактной сварки. Наличие достаточного опыта эксплуатации УПК в сварочных сетях [43,29] позволяет отказаться от рассмотрения этого типа нагрузки и обратить особое внимание на ВП и ДСП.
Реверсивный вентильный электропривод прокатных станов состоит из прокатного двигателя, питаемого от сети переменного тока через управляемый вентильный (тиристорний) преобразователь. Данный потребитель вызывает колебания модуля и фазы вектора напряжения в СЭ с частотой /=0,2...0,5 Гц. Мощности, потребляемые вентильными приводами, являются стационарными случайными функциями времени, ВП требует из сети значительную по величине реактивную мощность и имеет чрезвычайно низкий средневзвешенный коэффициент реактивной мощности tftfcptrf 2,3 (cosLpcpj3{-x 0,4), кроме того, он является для сети источником высших гармонических составляющих тока. По литературным источникам и опытным данным максимальная скорость нарастания реактивной мощности реверсивного вентильного электропривода не превышает 200 МВА/с [55 ]. Характерные графики нагрузок ВП представлены на рис. 2.4, выбранный для дальнейших расчетов цикл активной и рективной мощности ВП отмечен пунктирной линией, при этом коэффициенты формы реактивной и активной мощности составляют соответственно 1,305 и 1,56.
При выплавке стали в ДСП колебания токов дуг, вызывающие колебания напряжения, по своей природе представляют случайный процесс, поэтому возмущения нагрузки, строго говоря, следует задавать с помощью комплексной спектральной плотности и основывать расчеты на теории случайных процессов. Отметим, что резкопеременный характер нагрузки ДСП проявляется, в основном, в период расплавления. Частота колебаний токов печи в этот период составляет 0,1...25 Гц, при этом колебания токов можно разделить на два вида: нерегулярные колебания с частотой до I Гц и относительно регулярные, циклические, с частотой 2...10 Гц [20], Графики реализации нагрузок ДСП для периода расплавления представлены на рис. 2.5, при этом коэффициент формы графика реактивной мощности равен 1,059 , активной -1,023 [75 ]
На частотные характеристики СЭ существенное влияние оказывает двигательная нагрузка. В предыдущем рассмотрении она замещалась самым упрощенным способом, тогда как при более строгом подходе ее необходимо учитывать уравнениями Парка-Горева с учетом демпферных контуров. Учет активных сопротивлений элементов СЭ ведет также к изменениям в частотной характеристике: во-первых она не претерпевает бесконечных разрывов в точках полюсов, во-вторых несколько смещаются особые точки ЧХ. Выше было показано, что шунтирование конденсаторной батареи УПК активным сопротивлением ведет к увеличению эквивалентного активного сопротивления цепи питания. В связи с этим обстоятельством при более детальном рассмотрении необходимо учитыватьактивные сопротивления элементов СЭ и, при необходимости, оценить возможность изменения процессов в благоприятную сторону за счет сопротивления Rw.
Особенности статических моментно-скоростных характеристик электродвигателей при наличии емкости в статорних цепях
На промышленных предприятиях заметную часть потребителей составляет двигательная нагрузка. Как уже отмечалось выше, необходимость применения продольной компенсации с целью стабилизации напряжения возникает лишь тогда, когда состав двигательной нагрузки не превышает 50 % от суммарной, в противном случае незначительные колебания напряжения, возникающие при работе маломощной резкопеременной нагрузки, будут дополнительно сглаживаться за счет регулирующего эффекта вращающихся потребителей и не превысят допустимых. Вместе с тем определенный интерес представляет рассмотрение некоторых дополнительных аспектов влияния УПК на режимы работы синхронных и асинхронных двигателей.
Синхронная нагрузка сама может быть источником реактивной мощности, причем она может компенсировать определенные доли переменной и средней составляющих реактивного тока. Однако на практике, как правило, существенную часть вращающейся нагрузки составляют асинхронные двигатели, потребляющие большую реактивную мощность, в результате чего могут возникать трудности с поддержанием уровня напряжения в допустимых пределах.Снижение уровня напряжения приводит к уменьшению скорости вращения двигателя (а значит и к понижению производительности) к еще большему потреблению асинхронной нагрузкой реактивной мощности, к увеличению потерь напряжения в сети - в результате чего ухудшается устойчивость работы двигателей. Применение трансформаторов с устройством РШ не всегда оказывается эффективным, т.к. их диапазон регулирования, особенно в часы максимума нагрузок, используется полностью и иногда даже этих пределов бывает не достаточно.
В этой связи, как показано в первой главе, УПК оказывается весьма полезным средством поддержания уровня напряжения на шинах потребителей. Вместе с тем, с вводом в цепь питания УПК появляется опасность возникновения анормальных режимов работы синхронных и асинхронных двигателей, обусловленных параметрическим самовозбуждением и самораскачиванием вращающихся машин, на что, в частности, указывается в /93 /. На основе большого числа статистических данных, полученных в реальных сетях, автор приводит значение критической степени компенсации, при которой могут возникать резонансные явления, Хкр = 1,78 10 , понимая под степенью компенсации отношение емкостного сопротивления конденсаторной батареи к суммарному эквивалентному сопротивлению сети со всеми потребителями по отношению к зажимам УПК : к « Хк/Уз Z.
В рассматриваемых нами схемах систем электроснабжения промышленных предприятий Хк » в трактовке [8] , не превышает величины 0,075 , что значительно ниже указанного среднего уровня критических степеней компенсации Хкр . Учитывая, что среднеквадратическое отклонение Хкр от среднего уровня по данным [#4j мало и составляет Шкр= 12 %, можно сделать вывод о том, что в системах электроснабжения промышленных предприятий с резкопеременной нагрузкой при включении УПК в цепь питания самовозбуждение и самораскачивание двигателей в номинальных режимах работы будут отсутствовать. Этот вывод подтверждается и другими литературными данными Г 12,18,
В практике эксплуатации довольно часто возникают режимы работы двигателей при неноминальной скорости вращения: при асинхронном пуске отдельных двигателей, самозапуске двигателей после отключения к.з., аварийном подключении ответственных потребителей при потере питания на одной из секций шин. Асинхронные пусковые режимы, не являясь аварийными, все-таки относятся к тяжелым, неноминальным режимам работы, поэтому необходимо, чтобы они существовали относительно короткое время. В этой связи исследование вопроса улучшения протекания асинхронных режимов с помощью УПК, а в некоторых случаях возможности существования таких режимов вообще (например самозапуск группы двигателей после группового выбега в результате отключения аварии), представляет определенный интерес. В качестве показателей эффективности могут выступать продолжительность асинхронного режима (tпуск ), возможность пуска большего числа двигателей, пуск двигателей, приводящих во вращение агрегаты с большими механическими моментами сопротивления. Поскольку при асинхронных пусках и самозапусках значительно понижается напряжение на шинах потребителей, повышение уровня напряжения в случае применения УПК также может быть одним из показателей эффективности протекания процессов.
Наряду с этим при наличии емкости в статорной цепи в асинхронных режимах возрастает вероятность возникновения явления самовозбуждения, а также застревания двигателей на неноминальной скорости вращения. Кроме этого, в режимах пуска и самозапуска токи двигательной нагрузки, значительно превышающие номинальные, могут привести к выходу из работы конденсаторов установки продольной компенсации. Все эти вопросы рассматриваются ниже, причем заметное внимание уделено физическому моделированию.
