Содержание к диссертации
Введение
I. Анализ мероприятий по повышению надежности работы синхронных двигателей в сложных системах электро снабжения и постановка задачи исследования 13-34
1.1. Анализ средств управления аварийными режимами узлов электрических систем с двигательной нагрузкой большой мощности 15-21
1.2. Возможность использования методов фазового управления в сложных системах электроснабжения для повышения динамической устойчивости двигательной нагрузки 21-30
1.3. Задачи и средства противоаварийного управления группой синхронных двигателей в условиях фазового регулирования 30-33
Выводы 34
II. Особенности режимов работы синхронных двигателей и их механизмов в условиях дискретного фазового управления 35-70
2.1. Анализ и выбор математических моделей для расчета переходных процессов в условиях противоаварийного управления электрическими двигателями 36-44
2.2. Исследование влияния параметров синхронных двигателей на индивидуальный и групповой выбег в условиях ДФУ 44-60
2.3. Исследование влияния характеристик механизмов на индивидуальный и групповой выбег в условиях ДФУ 60-69
В ы в о д ы 69
III. Применение методов планирования эксперимента для иссле дования динамических переходов мощных синхронных двигателей при дискретном фазовом управлении 71-130
3.1. Исходные положения анализа 72-85
3.2. Алгоритмы управления синхронной нагрузкой в сложной системе электроснабжения 85-105
3.2.1. Алгоритм управления синхронной нагрузкой при потере питания 87-95
3.2.2. Алгоритм управления синхронной нагрузкой при коротких замыканиях в схеме электроснабжения 95-105
3.3. Определение оптимального времени бестоковой паузы в цикле АВР 105-109
3.4. Учет влияния асинхронной нагрузки в алгоритме проти-воаварийного управления 109-124
3.5. Особенности реализации алгоритма ДФУ в сложных системах электроснабжения 124-128
Вы в о ды 129
ІV. Инженерная методика анализа и экспериментальные исследования режимов авр синхронных двигателей в сложной системе электроснабжения при дискретном фазовом управлении 131-179
4.1. Исходные положения анализа 132-148
4.2. Согласование схем релейной защиты и автоматики с работой устройства АВР в условиях ДФУ 148-156
4.3. Исследование эффективности применения ДФУ методом расчетного эксперимента 156-164
4.4. Исследование ЩУ методом натурного эксперимента . 164-178
Вы в о ды 179
Заключение
Список литературы
- Анализ средств управления аварийными режимами узлов электрических систем с двигательной нагрузкой большой мощности
- Анализ и выбор математических моделей для расчета переходных процессов в условиях противоаварийного управления электрическими двигателями
- Алгоритмы управления синхронной нагрузкой в сложной системе электроснабжения
- Согласование схем релейной защиты и автоматики с работой устройства АВР в условиях ДФУ
Введение к работе
В настоящее время быстрыми темпами растет энергоемкость промышленного производства. Каждые 10 лет ввод новых мощностей увеличивается почти в два раза. Особенно характерно это для черной металлургии, химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Принятые на ХХУІ съезде КПСС основные направления экономического и социального развития СССР обуславливают строительство новых и реконструкцию действующих промышленных предприятий при широком использовании последних научных достижений и новых прогрессивных техно-иогических линий [I]. Современное промышленное предприятие с непрерывным технологическим производством представляет мощный узел электрической нагрузки электрических систем. Надежная работа отдельных ^злов электрической нагрузки будет влиять на работу отдельных энер-?орайонов. На предприятиях с непрерывной технологией широко нашли применение мощные синхронные двигатели, в силу своих технико-эко-юмических преимуществ по сравнению с другими электродвигателями. 1о данным ГИПРОМЕЗА только на предприятиях черной металлургии уста-ювлено более 135 приводов компрессоров воздухоразделения по 10 МВт і десятки по 20 МВт в единичном исполнении. В связи с широким при-іенением кислорода для интенсификации процессов выплавки стали в інверторах сооружаются мощные кислородные станции. В химической [ромышленности для производства синтетических материалов применяют ющные компрессоры, приводимые синхронными двигателями мощностью ЮО-гбООО кВт. Широко нашли применение вентиляторы и дымососы, при-юдимые асинхронными двигателями единичной мощностью до 5000 кВт. \ газопроводах начинают внедряться по всей трассе мощные компрес-юры приводимые синхронными двигателями в единичном исполнении [О 12 МВт.
В нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности для перекачки нефти по нефтепроводам применяют мощные компрессоры, приводимые синхронными двигателями, позволяющие поддерживать заданный технический режим.
Синхронные двигатели находят широкое применение в очистных сооружениях крупных городов, где очистка сточных вод и вод промышленных отходов производится с помощью биологической массы. На заво-,. дах фармацевтической промышленности широко внедряются воздушные компрессоры, приводимые синхронными двигателями.
Все это приводит к развитию и сосредоточению мощных узлов синхронной нагрузки. Оптимальная степень надежности электроснабжения таких узлов нагрузки характеризуется равенством величины минимального ущерба, вызываемого нарушением нормального электропитания и затрат, требуемых для выполнения мероприятий, которые обеспечива-от указанную степень надежности. Для производств с непрерывным технологическим процессом бесперебойность электроснабжения является органической частью промышленного комплекса. Так как нельзя полностью исключить нарушение электроснабжения, необходимы мероприятия, которые обеспечат восстановление нормальной работы оборудования после ликвидации аварии. К таким мероприятиям можно отнести: выбор таких зхем электроснабжения, где не создается нарушение питания потребителей на время большее, чем длительность работы быстродействующих защит; применение быстродействующих схем автоматики АПВ и АВР; применение быстродействующих выключателей; выбор способов и схем ресинхронизации синхронных двигателей, позволяющих сохранять синхронную или результирующую устойчивости.
На предприятиях нефтехимической, нефтеперерабатывающей и хими-іеской промышленности большинство технологических процессов предъяв-шет очень высокие требования к параметрам компанентов при которых
_ 7 -обеспечивается заданное качество продукции. Границы изменения этих параметров очень малы, и в аварийных ситуациях за доли секунды может произойти снижение их до величины ниже критической. В настоящее время много имеется недостатков в противоаварийной автоматике на гаких предприятиях. Такое положение объясняется недостаточной эффективностью используемых мер, которые в большинстве случаев не согласуются с особенностями технологического процесса и параметрами синхронных двигателей.
В связи с этим проблема обеспечения надежного функционирования рзлов синхронной нагрузки при различных авариях в энергосистеме является актуальной. С одной стороны необходимо обеспечить беспере-5ойность технологического процесса, нарушение которого приводит к 5олыпому народнохозяйственному ущербу, с другой стороны необходимо звести к минимуму влияния возмущения в одном узле на другие узлы тгрузки.
Решить задачу сохранения динамической устойчивости узла нагруз-ш, в состав которой входит группа различных двигателей, без нару-пения технологического режима теми средствами, которые существуют з большинстве случаев невозможно.
Одним из перспективных путей, позволяющих решить достаточно просто эту задачу, является разработка противоаварийного управле-тея на основе дискретного фазового регулирования режимных парамет-эов сети.
Данная тема разрабатывается на кафедре "Электрические системы" ТИ под руководством д.т.н., профессора Чебана В.М.
Целью настоящей работы является исследование режимов автомати-іеского ввода резервного питания группы синхронных двигателей при іспользовании дискретного фазового управления (ДФУ),
Работа посвящена вопросам обеспечения синхронной динамической устойчивости узла нагрузки при вводе резервного источника питания и исследованию, а также разработке новых математических моделей, позволяющих просто и достаточно точно прогнозировать взаимное влияние синхронных двигателей при переходных процессах.
Научную новизну работы представляют следующие её результаты:
Дискретное фазовое управление рассматривается для группы СД.
Аналитически получены зависимости, характеризующие взаимное влияние электромеханических и электромагнитных параметров при выбеге группы синхронных двигателей с различной конструкцией роторных контуров в условиях ДФУ.
Разработаны новые математические модели прогноза движения |^азы напряжения секции, к которой подключены возбужденные двигате-ии, в цикле АВР при аварийных ситуациях.
Разработаны математические модели прогноза времени бесто-швой паузы в цикле АВР, при котором возможно сохранение синхрон-юй динамической устойчивости СД, при их различных режимных пара-гетрах при различных фазовых воздействиях.
Разработаны алгоритмы по применению ДФУ для группы синхрон-іьіх двигателей при АВР.
Разработана инженерная методика анализа режимов АВР группы '.инхронных двигателей с использованием полученных математических юделей.
Даются рекомендации по выбору управляющих воздействий при іазличном составе работающего оборудования в цикле АВР.
Экспериментальные исследования по применению фазового управ-:ения динамическими переходами группы синхронных двигателей.
- 9 -Рекомендации по реализации полученных алгоритмов на базе технических устройств автоматического ввода резерва.
На защиту выносятся следующие основные положения работы:
Необходимость специального подхода к исследованию выбегов группы синхронных двигателей различных конструкций в условиях ДФУ.
Разработанные математические модели прогноза движения центра тяжести инерции узла нагрузки в аварийных режимах.
Разработанные математические модели прогноза времени бестоковой паузы в цикле АВР при ДФУ.
Алгоритмы управления группой синхронных двигателей при АВР с использованием ДФУ.
Инженерная методика анализа режимов АВР при ДФУ.
Экспериментальные исследования, подтверждающие практическую ценность разработанных математических моделей и их алгоритмов.
Апробация работы
Материалы диссертации в целом и по отдельным разделам докладывались автором и обсуждались: на научном семинаре кафедры "Электрические системы и сети" ЛПИ май 1981, декабрь 1982 гг., на объединенном научном семинаре НЭТИ, УПИ и СЭИ март 1982 г., на Областной научно-практической конференции "ХХУІ съезд КПСС и управление научно-техническим и социальным прогрессом", Новосибирск январь 1984 г., на научных семинарах кафедры "Электрические системы" НЭТИ І979-Ї-І984 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ, выпущено три отчета по научно-исследовательской работе, зарегистрированных в ВНТИЦ.
- 10 -Структура и объем работы.
Диссертационная работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков и 24 таблицы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Список использованной литературы включает НО наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
Во введении обосновывается проблема группового противоаварийного управления синхронных двигателей и формулируются цели и задачи исследования.
В первой главе проводится анализ средств управления аварийными режимами в узлах электрических систем с мощной синхронной нагрузкой. Рассмотрены вопросы самозапуска синхронных двигателей и связанные с ними трудности применения его в промышленности с жестким технологическим процессом. Показывается возможность применения дискретного фазового управления для повышения надежности работы группы синхронных двигателей. Поставленная задача рассматривается как многоразмерная, с влиянием многих факторов на процессы выбега и повторного перключения на резервный источник питания.
Во второй главе исследуются вопросы особенностей работы синхронных двигателей при ДФУ. Проведенные исследования показали определенную взаимосвязь электромеханических и электромагнитных параметров синхронных двигателей различной конструкции. Приводятся рекомендации при каком составе синхронных двигателей необходимо переключение на резервный источник питания производить по прогнозу изменения углов ЭДС роторов и при каком по прогнозу изменения фазы напряжения секции . Все расчеты базируются на решении уравнений Парка-Горева с определенными допущениями.
- II -
В третьей главе приводится приложение теории факторного планирования эксперимента применительно к задачам про-тивоаварийного управления СД. На основе регресионного анализа получены математические модели движения фазы напряжения секции с подключенными возбужденными двигателями во время выбега. Получены математические модели прогноза времени бестоковой паузы в цикле АВР. На основе разработанных моделей приводятся области применения ДФУ, получен алгоритм управления группой синхронных двигателей при реализации дискретных переключений в статорних цепях. На основе полученных алгоритмов выявлено влияние асинхронной нагрузки на процесс выбега СД в условиях ДФУ.
В четвертой главе приводится инженерная методика использования полученных алгоритмов противоаварийного управления. Даются рекомендации использования различных управляющих воздействий при различных режимных параметрах синхронных двигателей. Приводится методика согласования схем релейной защиты с алгоритмом работы устройства АВР при ДФУ. Дан анализ проведенных экспериментальных исследований, подтверждающий эффективность применения ДФУ для группы СД. Даны рекомендации по реализации алгоритма работы устройств автоматического ввода резервного источника питания.
В заключении обобщаются основные результаты работы.
Внедрение результатов работы:
Разработанные математические модели и инженерная методика анализа режимов АВР для группы синхронных двигателей использованы в проектных разработках, выполненных институтом СибТШРОМЕЗ для Западно-Сибирского металлургического комбината г.Новокузнецка при проектировании кислородной подстанции 0П-ІІ. На основе выполненных исследований сформулированы технические условия для устройства АВР.
- 12 -В настоящее время идет внедрение результатов исследований по АВР для группы синхронных двигателей на Западно-Сибирском металлургическом комбинате г.Новокузнецка и на Омском заводе синтетического каучука.
- ІЗ -
Анализ средств управления аварийными режимами узлов электрических систем с двигательной нагрузкой большой мощности
Правильная оценка возможности самозапуска и его обеспеченности устройствами защиты и автоматики должна основываться на аналитическом и физическом анализе переходных процессов, в узлах нагрузки. Под термином "само запуск" традиционно понимается режим, при котором двигатели, снизившие свою скорость за время перерыва питания или к.з. не отключаются защитой, а при восстановлении напряжения достигают нормальной скорости, причем гашение поля ротора для уменьшения напряжения на зажимах двигателя при АВР как правило обязательно [7]. Во время самозапуска ЭДС ротора синхронного двигателя (СД) может провернуться относительно вектора напряжения сети, что приводит к появлению больших токов включения. Самозапуск сочетает в себе два этапа: выбег двигателей, разгон и восстановление рабочего режима. Синхронный двигатель, отключенный от источника питания, при наличии возбуждения, сохраняет при выбеге ЭДС в обмотке статора. Величина ЭДС зависит от величины возбуждения, наличии форсировки, параметров машины, а также вида аварии. При восстановлении питания начинается разгон двигателя и восстановление рабочего режима. На этот этап накладывается ряд ограничений, которые необходимо выполнить для осуществления безаварийного восстановления рабочего режима двигателей. Таковыми ограничениями являются [18]: - величина колебаний напряжений на питающей секции; - величина тока несинхронного включения; - возможность сохранения динамической устойчивости.
При неблагоприятных включениях, когда вектор напряжения питающей секции Uc в противофазе с вектором ЭДС двигателя, ток включения может в несколько раз превышать пусковой и вызвать повреждение в двигателе. Наибольший ток включения определяется как где Xi.tt. - индуктивное сопротивление внешней сети. Остальные величины общепринятые. По данным ВНИИЭ для синхронных двигателей мощностью до 1000 кВт допустимый ток включения не должен превышать 1.7 пускового [23]. 1 й i,77d (1-2) Для более мощных синхронных двигателей согласно Г0СТ-І7654-72 и
ГОСТ 15063-69 периодическая составляющая пускового тока не должна превышать 7 кратного значения номинального тока. Для таких двигателей повторное включение допустимо, если выполняется условие [24]
При исследовании переходных процессов синхронных двигателей уравнение движения ротора может быть представлено как [25]. где 77 - постоянная механическая инерции агрегата (двигатель-механизм); ҐІизб.- избыточный момент ПизЗ. =Па +Пс И/ -Пмех. , (1.5) где /4 - асинхронный момент; [ с - синхронный момент, зависящий от угла о и тока возбуждения; Mf - генераторный момент, обусловленный током возбуждения и зависящий от параметров сети; flnexr момент сопротивления механизма. Средний асинхронный момент Ма создается за счет токов, возникающих в специальной коротко-замкнутой обмотке ротора, или за счет токов массивной бочки ротора при скольжениях 5 Ф 0. В общем случае средний асинхронный момент синхронного двигателя можно записать в виде [26]. Па-ҐІІі+МІ+n f , (1.6) где Л7 - момент обусловленный изменением общего потока ротора в продольной оси; Md - момент обусловленный изменением потоков рассеяния между контурами ротора по продольной оси;
Ма - момент обусловленный токами в контуре ротора по поперечной оси.
Момент Mrf имеет максимум при очень малых скольжениях (1 3%). Наличие острого максимума момента Mrf приводит к провалу характеристики среднего асинхронного момента в области малых скольжений, что иногда является причиной не успешной ресинхронизации [26]. У большинства турбодвигателей и у некоторых явнополюсных двигате лей характеристика асинхронного момента имеет жесткий характер и по величине превышает максимальный синхронный момент в 1.5+2 раза. Критическое скольжение при котором еще возможна синхронизация определяется формулой Эджертона [18]. Мс.п.к. 4, (os V С") где ҐІС.М.К- кратность синхронного максимального момента; Ті - постоянная механической инерции агрегата в радианах. При скольжениях больших S р. успешная ресинхронизация возможна, если асинхронный момент будет больше механического момента на валу и генераторного момента от тока возбуждения.
В настоящее время для успешной ресинхронизации синхронных двигателей на практике применяют ряд способов самозапуска. Для промышленных предприятий характерен самозапуск двигателей с нагруженным механизмом, который можно разделить на две подгруппы:
I. Самозапуск синхронных двигателей, предусматривающий в начальной стадии этого процесса гашение поля ротора, а затем разгон синхронной машины и ресинхронизацию [7]:
а) в начале выбега вводится разрядное сопротивление в цепь ротора и через время Л Г , за которое ЭДС двигателя снизится на 0.5 происходит переключение на резервную секцию с последующим вос становлением возбуждения;
б) при возбудителе с глухим подключением в начале выбега вво дится добавочное сопротивление в цепь возбуждения возбудителя для уменьшения поля ротора и снижения тока включения. После переклю чения на резервную секцию сопротивление это шунтируется;
в) при тиристорном возбуждении осуществляют перевод выпрями теля в инверторный режим с целью гашения поля ротора в период выбега и после включения резервного питания возбуждение восстанав ливается [30].
Анализ и выбор математических моделей для расчета переходных процессов в условиях противоаварийного управления электрическими двигателями
Математическое моделирование электрических машин в системах электроснабжения промышленных предприятий имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать:
При торможении двигателей изменяется их частота вращения, при этом изменяются параметры как роторных, так и статорных контуров; моменты сопротивления механизмов вращаемые двигателями зависят от скорости вращения; постоянные инерции агрегатов приводимые двигателями на одной секции могут быть различны в несколько раз; наличие дополнительной асинхронной нагрузки приводит к увеличению числа нелинейных уравнений; наличие нескольких ступеней трансформации напряжения приводит к усложнению моделирования, так как появляются дополнительные связи; как правило двигатели переключаются при авариях в питающей сети на резервный предварительно загруженный трансформатор; необходимо учитывать процессы в сети низшего напряжения.
Переходный процесс в узле нагрузки обычно исследуется при коротких замыканиях, выбеге и повторном включении двигателей. При этом совместно анализируются электромагнитные и электромеханические процессы. При исследовании быстропротекающих электромеханических процессов наибольший интерес представляет изменение напряжения секции, к которой подключены двигатели, относительная скорость её изменения и относительное изменение углов ЭДС роторов 01 , скорости изменения -гг- и ускорения ,? . Обоснование выбора той или иной модели должно опираться на поставленную исследуемую задачу, на такие факторы, как необходимая точность и оперативность расчетов, класс вычислительной машины, для которой составляется программа.
При использовании дискретного фазового управления для обеспечения устойчивого динамического перехода нескольких СД необходимо описать переходный процесс при групповом выбеге, отключении поврежденного фидера, к.з. в сети и повторном включении.
В качестве исходной математической модели для изучения переходного процесса в синхронных и асинхронных двигателях будем использовать систему нелинейных уравнений Парка-Горева [68,694-75]. Основное допущение в этих уравнениях не учет насыщения магнитных цепей. В задачах противоаварийного управления нет необходимости отображать такие явления, как появление апериодических составляющих в токе статора и ударного тока. В таких случаях пре небрегают трансформаторными ЭДС в контурах статора -fr и Л/ [72,73]. При этом моделирование синхронных двигателей упрощается.
При упрощенном моделировании учет свободных процессов в роторных контурах позволяет исследовать такие явления, как затухание напряжения секции при отключении питания и взаимное влияние двигателей при групповом выбеге, возникновение токов подпитки места короткого замыкания без учета апериодической составляющей. Для правильного описания переходного процесса часто ротор СД представляется несколькими контурами, при этом учитывается изменение параметров роторных контуров при изменении скольжения [76].
Для асинхронных двигателей полная симметрия ротора позволяет несколько упростить уравнения Парка-Горева и выбрать наиболее удобным образом систему координат. Число контуров в многоконтурной схеме замещения определяется как требуемой точностью воспроизведения пусковых характеристик, так и конструкцией ротора. Расчет переходных процессов с использованием многоконтурных схем замещения роторных цепей целесообразен при исследовании частотных характеристик, когда в контурах ротора протекают токи различных частот, что имеет место при наличии в токе статора апериодической составляющей, при несимметричных режимах [76].
Алгоритмы управления синхронной нагрузкой в сложной системе электроснабжения
На основании априорной информации анализируются характерные аварии, при которых двигатели участвуют в групповом выбеге. Сюда можно отнести такие аварии: отключение источника питания и перевод синхронных двигателей на резервный трансформатор; короткое замыкание во внешней или отходящей сети с посадкой напряжения 0.5 UH , отключение к.з. и перевод двигателей на резервный трансформатор. Аварии, связанные с к.з. на секционных шинах, к которым подключены двигатели не рассматриваются.
На процесс выбега синхронных двигателей влияют такие факторы как: Tj , К$ , время перерыва питания Л t , время отключения к.з. Л t .3., начальный угол загрузки 80 . На процесс сохранения динамической устойчивости при АВР влияет еще: величина остаточного напряжения на шинах СД б Uecry величина и знак COS У , величина асинхронного момента и синхронного динамического момента. Асинхронный момент представляется суммой трех моментов (1.6), из которых наиболее сильное влияние имеет момент, обусловленный то ками в роторном контуре по поперечной оси Q . Наибольшее значе ние этого момента характерно при скольжениях 0.03 $ 0.5 С261. Для явнополюсных синхронных двигателей этот момент имеет меньшее значение, чем для двигателей с гладким ротором и зависит от величины Xq . Следовательно при рассмотрении задач противо аварийного управления в условиях ДФУ, определяющими факторами, влияющими на процесс выбега и повторного включения будут такие величины как: j/, -, Лі t At/г.з. tAo . На основании априор ных сведений для многих современных синхронных приводов значения факторов будут такими: Время перерыва питания Л і в цикле АВР при ДФУ зависит от величины управляющего воздействия У . Время отключения к.з. ді/с.з. зависит от быстродействия срабатывания выключателя и от выдержки времени по условию селективности защиты. По проведенным исследованиям ряда промышленных предприятий максимальное соотношение мощностей СД не превышает 4-х-5-ти крат, что и принято в расчетах.
При выбеге группы синхронных двигателей электрическая связь между ними осуществляется через кабельный линии (обычные либо реактйрованные) и секцию, к которой они подключены. Мощные двига-тели запитываются через кабели большого сечения (185 300 мм ) сравнительно небольшой длины. Индуктивные сопротивления таких линий во многих случаях на два порядка меньше, чем сопротивления синхронных машин. Поэтому можно принять сопротивление связи Хеё Хй Ю . При параллельной работе нескольких двигателей на секции суммарное сопротивление их приведенное к базисным условиям выразится из CI003.
Зная номинальные мощности отдельных машин, можно для узла нагрузки выразить приведенные значения Хул/)., %/ / ., fo.пр. [I0ID, ЩЛР-" Z у . S8 -г П ТІЇ PHL , І ял - И? 1 Е Рнс ,iTf #"Л А - t (3.23) TL PHI ІЧ где S8 - 4? SNC .
Использование приведенных значений факторов отразится на величину коэффициентов регрессии о . Достоверность полученных в дальнейшем результатов определяется свойством самой структуры факторного планирования эксперимента.
При обычном отключении питания двигатели участвуют в групповом выбеге. Выбег двигателей сопровождается обменом энергии и двигатели начинают тормозиться синхронно на промежутке времени, который характерен в цикле АВР при Д#У. ЭДС роторов синхронных машин и вектор напряжения секции, потерявшей питание, отстают от вектора напряжения резервного источника питания. Для двигателей, имеющих Ъ =4+10 си К$, =0.7+1, полный проворот ЭДС ротора на - 360 электрических градусов происходит за время 0.2+0.8 с. [I7D, Поэтому в дальнейшем для расчетов выберем именно этот интервал в цикле АВР при ДФУ.
Согласование схем релейной защиты и автоматики с работой устройства АВР в условиях ДФУ
Для энергоемких предприятий черной и цветной металлургии, химических и нефтеперерабатывающих заводов систему электроснабжения строят так, чтобы она при послеаварийных режимах обеспечивала функционирование основных производств предприятий после необходимых переключений присоединения.
Типовой схемой электроснабжения большинства промышленных предприятий предусмотрено питание от главных понизительных подстанций (ГПП) или сборных шин главного распределительного устройства (ГРУ) тепловых электроцентралей (ТЭЦ) расположенных внутри предприятий. На крупных предприятиях распределение электроэнергии осуществляется в основном по кабельным линиям 6-Ю кВ по радиальным или магистральным схемам. При наличии крупных сосредоточенных нагрузок (синхронных и асинхронных) применяют одноступенчатые радиальные схемы, для питания небольших цеховых подстанций и электроприемников высокого напряжения применяются двухступенчатые схемы. При двухступенчатых радиальных схемах применяются промежуточные распределительные пункты (РП), от которых питаются распределительные сети второй ступени. Число отходящих линий от РП, как правило, должно быть не менее восьми-десяти [ЮЗИ . При радиальных схемах широко применяются секционирование всех звеньев системы электроснабжения от ГПП и ТЭЦ до сборных шин низкого напряжения цеховых подстанций и цеховых силовых распределительных пунктов. Питание ГПП и РП происходит по двум магистралям. Наличие двух магистралей обеспечивает взаимное резервирование, причем каждый из участков должен иметь пропускную способность, рассчитанную на питание нагрузки обеих секций. Такая схема электро снабжения промышленных предприятий создает возможность установки простых типов защиты и устройств АВР [103] .
Мощная ГПП как правило выполняется с групповым реактированием линий 6-Ю кВ, отходящих к РП. К одному групповому реактору может присоединяться до четырех линий, каждая из которых имеет свой выключатель. Благодаря наличию АВР на секционных выключателях ГПП и РП питание потребителей, подключенных к поврежденной линии, автоматически восстанавливается в любом случае. При наличии в узлах нагрузки мощных синхронных двигателей актуальной проблемой является сохранение их динамической устойчивости при аварийных режимах. Сохранение динамической устойчивости синхронными двигателями во многом определяется быстротой выявления аварийного участ ка и скоростью его отключения. При необходимом быстродействии всех элементов релейной зашиты и отключения выключателя, синхронные двигатели получают меньший дефицит энергии в аварийном режиме и условия сохранения синхронной работы улучшаются. Если авария держится продолжительное время, то двигатели накапливают энергию торможения, покрыть которую при повторном включении не всегда удается и устойчивость нарушается, что может привести к нарушению технологического процесса. Исходя из этого первое требование которому должна отвечать релейная защита системы электроснабжения, содержащей СД, это быстродействие. Другим важным требованием является селективность защиты. Согласование этих двух условий, на сегодняшнем этапе развития элементной базы релейной защиты (РЗ) приводит к снижению быстродействия и, как следствие, к ухудшению условий сохранения устойчивости СД. Для дальнейшего анализа необходимо выделить основные релейные защиты электродвигателей 6-rIO кВ, которые должны быть согласованы с алгоритмом работы устройства АВР.
I. Для защиты от междуфазных к.з. в обмотках и на выводах электродвигателей применяют токовую отсечку (ТО). Она представляет собой максимальную токовую защиту без выдержки времени, действующую на отключение электродвигателя от сети только в случае возникновения в нем междуфазных к.з. В зону действия токовой отсечки электродвигателя входит также и силовой кабель, соединяющий его с выключателем. ТО рекомендуется для защиты электродвигателей мощность до 5000 кВт.
