Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА І Анализ состояния вопроса и постановка задачи исследования 13
1.1. Анализ нагрузок на компрессорных станциях и магистральных газопроводах 13
1.2. Конструкции и механические характеристики мощных турбокомпрессоров 21
1.3. Анализ существующих способов регулирования производительности компрессорных станций с позиций повышения технико-экономических показателей 27
1.3.1. Требования к регулированию 27
1.3.2. Регулирование производительности методом дросселирования потока 33
1.3.3. Регулирование производительности методом байпасироваыия 41
1.3.4. Регулирование производительности изменениям частоты вращения 42
1.3.5. Применение сменных регулирующих аппаратов с направляющими лопатками 43
1.3.6. Сравнительная оценка методов регулирования.. 45
1.4. Критический анализ существующих систем электропри водов и степень реализации требований, предъявляе мых к электроприводу 48
1.5. Постановка задач и методы исследований 59
ГЛАВА П Исследование режимов работы, разработка математи ческой модели и алгоритма расчета на ЭВМ синхронных электроприводов 62
2.1. Математическая модель синхронного электродвигателя с бесщеточной системой возбуждения 62
2.2. Определение параметров математической модели быстроходных синхронных турбодвигателей 71
2.3. Математическое моделирование устройств автоматического регулирования возбуждения синхронных двигателей 75
2.4. Алгоритм расчета переходных режимов синхронного двигателя 78
2.5. Экспериментальные исследования переходных режимов работы синхронных двигателей с различными системами возбуждения при работе АПВ в реальных условиях работы компрессорной станции 90
2.6. Исследование процесса гашения поля синхронного двигателя с бесщеточной системой возбуждения 96
2.7. Определение зоны устойчивой работы синхронного двигателя при регулировании тока возбуждения 105
Выводы JII
ГЛАВА Ш Исследование, разработка и внедрение систем самоза пуска электроприводов газоперекачивающих агрегатов при кратковременных перерывах электроснабжения ИЗ
3.1. Общие вопросы самозапуска ИЗ
3.2. Расчетно-аналитическое исследование самозапуска синхронных двигателей с бесщеточной системой во зсуждения 117
3.3. Учет нагрева при расчете самозапуска синхронного двигателя 122
3.4. Исследование режимов работы центробежных нагнетателей при кратковременных перерывах электроснабжения 124
3.5. Ресинхронизация синхронных электродвигателей . 136
3.6. Требование к релейной защите и автоматике электроприводов при самозапуске 144
3.7. Экспериментальные исследования режимов самозапуска синхронных электроприводов с различными системами возбуждения 148
Выводы 157
ГЛАВА ІУ Рациональный электропривод центробежных нагнета телей 160
4.1. Общая часть 160
4.2. Двухдвигательный синхронно-асинхронный привод центробежных нагнетателей 162
4.3. Энергетические показатели двухдвигательного привода Ц .Н 170
4.4. Двухдвигательный электропривод с машиной двойного вращения 175
Выводы 187
Заключение 189
Литература 191
Приложения 1,2,3 201
Акты внедрения, отзывы, расчеты экономического эффекта 224
- Анализ существующих способов регулирования производительности компрессорных станций с позиций повышения технико-экономических показателей
- Определение параметров математической модели быстроходных синхронных турбодвигателей
- Определение зоны устойчивой работы синхронного двигателя при регулировании тока возбуждения
- Экспериментальные исследования режимов самозапуска синхронных электроприводов с различными системами возбуждения
Введение к работе
Основными направлениями развития народного хозяйства в XI пятилетке, принятыми ХХУІ съездом КПСС, предусматривается дальнейшее более интенсивное развитие топливно-энергетической базы и в частности газовой промышленности. Уже создана крупнейшая в мире Единая система газоснабжения СССР, в которую входят 260 газовых и нефтяных месторождений, десятки хранилищ газа, магистральные газопроводы общей протялсенностыо 143 тыс.гал. Сейчас в топливном балансе страны доля газа составляет 21%, а в 1985 г. возрастет до 33% при добыче газа 600 - 640 млрд.м3.
Газовая промышленность превратилась в одну из ключевых отраслей топливно-энергетического комплекса, оказывающего влияние на рост производительности труда и ускорение технического прогресса всей социалистической экономики.
Предусматривается построить за пятилетие около 44 тыс.кіл магистральных и распределительных газопроводов с 334 компрессорными станциями (КС), в том, числе пять газопроводов Уренгой-Центр, и экспортный газопровод Уренгой-Ужгород диаметром 1420 мм.
Практически весь прирост добычи газа в текущей пятилетке будет обеспечен за счет разработки месторождений Западной Сибири. Перемещение центра газодобычи в Западную Сибирь при сохранении и росте мощностей газопотребления в Европейской части вызывает необходимость значительного повышения надежности и эффективности работы газотранспортных систем к в первую очередь компрессорных станций. Переход на трубы диаметром 1440 мл с давлением 6,5 МПа, ІШПа, а в перспективе и 12 МПа привел к резкому увеличению мощности компрессорных станций, а следовательно, и газоперекачивающих агрегатов. Установленная мощность одноцеховых КС составляет 70 100 тыс.кВт, а многоцеховых 3004-500 тыс.кВт. Для КС с такой мощностью требуются агрегаты единичной мощностью 16 и 25 мВт.
По состоянию на начало IS83 г. в Мингазпроме эксплуатируется более 600 цехов с суммарной мощностью ГПА порядка 25 млн.кВт, а потребление электрической энергии за год в среднем составило более 21 млрд.кВт-час. Потребление газа на собственные нужды за год по Министерству около 40 млрд.м3 (второе место по СССР).
Приведенные цифры подтверждают актуальность вопроса повышения наделшости и технико-экономической эффективности работы действующего энергооборудования КС, разработки и внедрения рациональных режимов работы и новых типов электроприводов газоперекачивающих агрегатов (ГПА), что было также подтверждено на Всесоюзном совещании по вопросу: "Перспективы развития различных видов привода на компрессорных станциях магистральных газопроводов и промыслах", где наряду с ведущими институтами и предприятиями Мингазпрома, присутствовали представители Научного Совета Академии Наук СССР по комплексным проблемам энергетики, Минэнерго и других министерств и ведомств. Было отмечено важное направление - это перевод на электроприводные газоперекачивающие агрегаты, позволяющие исключить потребление топливного газа, этого ценнейшего сырья химической промышленности. Важное значение приобретают также вопросы регулирования производительности мощных электроприводных ГПА. Для реализации намеченных программ большая роль принадлежит научно-техническому прогрессу. Это в первую очередь повышение надежности и технико-экономической эффективности работы в действующих газотранспортных систем, как наиболее быстро дающих экономический эффект. Во - вторых необходима разработка новых рациональных электроприводов, отвечающих всем современным требованиям отрасли.
Одним из важных мероприятий, повышающим эффективность работ газотранспортных систем, является обеспечение самозапуска ГЇЇА при действии схем АПВ или АВР в энергосистеме.
Анализ схем внешнего электроснабжения для ряда КС, а также опыт наладки и эксплуатации электрооборудования подстанций и КС на объектах Мингазпрома показал, что хотя напряжение на питающей п/ст лишь кратковременно исчезает (в среднем до 3-4 с), электродвигатели высокого и низкого напряжения идут на остановку. Такім образом, несмотря на казалось бы достаточную надежность электроснабжения (питание по двум ЛЭП от двух или одного источника) при работе АВР или АПВ происходит остановка ГПА на КС с последующим запуском их вручную. При этом следует отметить, что пуск агрегатов требует значительного времени (1-1,5 ч на КС) и особенно труден в зимних условиях. В 1979 г. по Мингазпрому было зарегистрировано 2747 агрегатоостановок, из них по причине перерыва электроснабжения - 920. Данные приведенные в таблице 1.4 по одной КС объединения "Харьковтраысгаз" показывают, что при общем времени перерыва электроснабжения 45 с, время затраченное на пуск агрегатов составило 15 ч, 47 м. Более 700 вынужденных остановок произошло только за первую половину 1983 г. Следует также отметить, что каждый пуск агрегата приводит к непроизводительному расходу пускового газа, масла, электроэнергии и дополнительному износу узлов и механизмов. В среднем на одну КС из 5 ГПА при каждом пуске и остановке расходуется 400 кг масла, стравливается в атмосферу 1.2 тыс.м3 газа, расходуется на.холостой ход 24 тыслсВт.ч. электроэнергии, 40 пуско-остановок по износу узлов примерно соответствуют наработке на средний ремонт (8000 ч).
Таким образом, для обеспечения непрерывной работы КС при кратковременных перерывах электроснабжения, не обход обеспечить автоматический пуск нагруженных ЇЇІА при появлении напряжения на шинах после действия системной автоматики, т.е. обеспечить самозапуск .
Большой вклад в теорию и практику режимов работы и самозапуска синхронных двигателей (С Д ) внесли И.А.Сыромятников, Л.С.Лин-дорф, Ю.М.Голоднов, А.И.Ліщенко, М.И.Слодарж, И.А.Глебов, С.М.Логинов и др., разработавшие многие аспекты проблемы /26,27,28,45,46, 79,84,89/. Несмотря на технико-экономическую целесообразность режимы самозапуска обеспечиваются не во всех случаях. Неоправдано усложняются схемы электроснабжения, устройств релейной защиты и применения самозапуска. Внедрение режимов самозапуска позволяет наиболее полно использовать средства автоматизации электроснабжения. Данные аварийной статистики в высоковольтных сетях показывают, что подавляющее большинство отключений в сети являются кратковременными и самоликвидирующшжся.
Так, например, в энергосистемах СССР за последние годы успешное АВР составляет порядка 95$, а успешное АПВ до 80$. Все это еще более актуально ставит задачу исследования режимов работы С Д при кратковременных перерывах эл.снабжения.
Особенно важным является вопрос исследования режимов самозапуска в связи с широким внедрением бесщеточных систем возбулсдения БВУ. Для мощных С Д - это существенно нелинейные системы с вращающимися вьшрямнтелями (В В ) и обращенным синхронным генератором, находящимся на одном валу с основным двигателем. Особенность работы таких двигателей заключается в том, что в режимах выбега и самозапуска вращающийся выпрямитель питается от синхронного возбудителя, имеющего напряжение переменной амплитуды и частоты. До настоящего времени судя по литературе еще не полностью исследовано поведение С Д с БВУ при перерывах электроснабжения, не проведены необходимые экспериментальные исследования в реальных условиях работы КС, которые позволили бы сделать выводы о возможности применения самозапуска для мощных, быстроходных СД.
Таким образом цель настоящей работы - это повышение эффективности и надежности работы электроприводных газоперекачивающих агрегатов в магистральных системах дальнего транспорта газа, для достижения которой необходимо решить следующие основные задачи:
1. Исследовать переходные режимы работы электроприводов с различными системами возбуждения, с использованием математической модели и алгоритма расчета на ЭВМ в реальных условиях работы КС при кратковременных перерывах электроснабжения и работе АПВ и АВР.
2. Разработать, исследовать и внедрить систему самозапуска ГПА с электроприводом.
3. Провести теоретические и экспериментальные исследования гашения поля одиночного СД с БВУ на модели и в реальных условиях работы КС, и разработать устройство подачи возбуждения, позволяющее обеспечить пуск и ресинхронизацию СД с БВУ под нагрузкой.
4. Исследовать двухдвигательные синхронно-асинхронный и с машиной двойного вращения электроприводы турбокомпрессоров.
В первой главе рассматривается современное состояние и перспективы повышения надежности и эффективности работы электроприводных газоперекачивающих агрегатов, выполнен обзор и критический анализ схемных и конструктивных решений систем электроприводов турбокомпрессоров. Рассмотрены диапазоны изменения нагрузки КС и исследованы существующие способы регулирования производительности РИА. Даны рекомендации по выбору способа регулирования производительности с позиций повышения технико-экономических показателей работы ГПА. В соответствии с поставленной целью намечены дальнейшие задачи и методы исследования.
Вторая глава посвящена исследованию режимов работы СД с различными системами возбуждения (ЫВУ,ТВУ,БВУ). Определены характер и уровни гашения поля при совместном выбеге СД с различными системами возбуждения. Для СД с бесщеточной системой возбуждения переходный процесс при кратковременных перерывах электроснабжения и последующем самозапуске исследовался с помощью разработанной математической модели и алгоритма расчета на ЭВЫ. Гашение поля при выбеге СД с БВУ исследовалось на модели, для улучшения пусковых характеристик предложена схема возбуждения с сопротивлением в цепи ротора. Расчетным и опытным путем определена зона устойчивой работы СД при различных нагрузках и параметрах энергосистемы.
В третьей главе представлены аналитические и экспериментальные исследования режимов самозапуска электроприводов. Разработана система самозапуска, обеспечивающая автоматическое восстановление режима работы КС при кратковременных перерывах электроснабжения, связанных с работой устройств ЛПВ и ІШР в энергосистеме.
Исследован процесс ресинхронизации СД с БВУ под нагрузкой и разработано устройство подачи возбуждения. Сформулированы основные требования к устройствам релейной защиты и автоматики КС с синхронными электроприводами с учетом технологического режима.
Четвертая глава посвящена исследованию двухдвигателъных синхронно-асинхронного и с машиной двойного вращения электроприводов. Показаны преимущества двухдвигателъных электроприводов для мощных турбокомпрессоров.
Основные результаты диссертационной работы кратко могут быть сформулированы следующим образом:
I. Установлено, что регулирование производительности ГПА необходимо осуществлять в пределах 20 25$ от номинальной, а для поддержания рациональных режимов работы ГПА предложена методика выбора способа регулирования производительности с позиций повышения технико-экономических показателей.
2. Исследованы переходные режимы работы бесщеточных синхронных двигателей при кратковременных перерывах электроснабжения с использованием математической модели и алгоритма расчета на ЭВМ, что позволило впервые определить влияние гашения поля на режим его самозалуска.
3. Установлено, что гашение поля СД с БВУ происходит значительно медленнее, чем с другими системами возбуждения (в сравнении с ТВУ, примерно на 2 6%). При совместном выбеге СД с различными системами возбуждения определены зависимость гашения поля от системы возбуждения и взаимное влияние электроприводов.
4. Проведенные исследования показали, что процесс втягивания в синхронизм СД с БВУ при прочих равных условиях происходит значительно хуже, чем СД с ТВУ или МБУ, что объясняется ухудшенными пусковыми характеристиками. С целью улучшения пусковых характеристик и условий гашения поля СД с БВУ предложена схема возбуждения бесщеточных синхронных двигателей.
5. Созданы системы самозапуска ГПА с синхронными и асинхронными электроприводами с различным возбуждением (МБУ, ТВУ, БВУ), учитывающие особенности режима работы турбокомпрессоров и технологического оборудования.
6. Разработано, изготовлено и внедрено устройство подачи возбуждения СД, отличающиеся от известных тем, что позволяет подавать возбуждение в функции скольжения и в благоприятный момент, благодаря чему удалось увеличить положительный момент, развиваемый электродвигателем и обеспечить режимы ресинхронизации босщеТОЧНЫХ СД под нагрузкой.
7. Определены зоны устойчивой работы турбокомпрессора и СД в переходных режимах, что значительно повысило надежность работы ГПА.
8. Доказана целесообразность гашения поля СД до величины 0,4 LLH (против 0,25 6cw ранее принимавшегося), что позволило - II сократить время бестоковой паузы на 0,7-0,8 с и облегчить режимы самозапуска.
9. Сформулированы требования к устройствам релейной защиты, системной автоматики и электроприводу КС.
10. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили сформулировать рекомендации по широкому внедрению рациональных режимов работы электроприводов и систем самозапуска на компрессорных станциях Ыингазпроыа СССР, которые используются научно-исследовательскими и проектными институтами "ВІЖШТРАНСГАЗ" и "СГЩЛОРННФТЕГЛЗПРОЖТ".
11. Исследованы двухдвигательные шшхронно-асинхронный и с машиной двойного вращения электроприводы турбокомпрессоров, которые обеспечивают пуск агрегата при токах, практически не отличающихся от номинального, что позволяет наращивать мощность ГПА, отказаться от дополнительной установки реакторов, трансформаторов с расщепленной обмоткой, улучшить схему коммутации и энергетические показатели, удешевить проекты, сократить сроки строительства, повысить надежность и технико-экономическую эффективность эксплуа тации КС
Разработанные системы самозапуска, устройство подачи возбуждения, комплекс мероприятий по повышению надежности и эффективности работы ГПА внедрены в постоянную эксплуатацию на КС Вулкаыешты, Тирасполь, Марьевка, Радушное, Панютино, Белгород, Курск, Днепропетровск, объединения "Харьковтрансгаз" с фактическим экономическим эффектом 162,3 тыс.руб., что подтверждено соответствующими актами. Утвержденный экономический эффект от внедрения результатов работы по Мингазпрому СССР составляет I млн. 138,4 тыс.руб.
За исследование режимов работы ГПА, разработку систем самозапуска, предетавленных в павильон "Газовая промышленность" ВДНХ СССР в 1981 году, автор был награжден бронзовой медалью.
Основные положения и результаты исследований диссертационной работы доложены и обсуждены на семинаре "Повышение эффективности и качества эксплуатации газотранспортной системы ВПО "Укргазпром" (г. Киев, 1979 г.), на Всесоюзном совещании энергетиков Мингазпрома (г. Москва, 1980 г.), на ВД7ІХ СССР (г. Москва, 1901 г.), на Всесоюзном совещании по вопросу "Перспектива развития различных видов привода на компрессорных станциях магистральных газопроводов и промыслах (пос. Червоный Донец, Харьковская обл., 1982 г.), на семинаре "Обмен опытом работы но повышению эффективности использования энергоресурсов на нефтегазоразведочных и нефтегазовых предприятиях Украины", (г.Киев, ВДНХ, 1983 г.), на расширенном заседании научно-технической секции ЦП НТО НГЇЇ им. академика Губкина И.М. "Надежность работы электроустановок в нефтяной и газовой промышленности предприятий Ыиннефтегазстроя" (г.Москва, декабрь, 1983 г.), на техническом совещании по вопросу "Создание электропривода компрессорных станций магистральных газопроводов" подсекции электромеханических преобразователей электрической энергии научного совета АН СССР- (г. Ленинград, "ЫШЭМТР01МШ", февраль, 1984 г.).
Анализ существующих способов регулирования производительности компрессорных станций с позиций повышения технико-экономических показателей
Задачей любого способа или системы регулирования является такое изменение газодинамических характеристик газопроводов или нагнетателя, или того и другого одновременно, которое привело бы к пересечению этих характеристик в точке, соответствующей данному режиму работы газопровода.
Любой способ регулирования режимов КС должен удовлетворять, по крайней мере, следующим трем требованиям: а) обеспечить выполнение задач, для которых он предназначен;
б) быть технически осуществимым;
в) обладать возможно лучшей экономичностью.
Основную задачу регулирования, т.е. обеспечение пересечения характеристик газопровода и нагнетателя в точке, соответствующей заданному режиму работы, возможно осуществить ЛРППЬ плавными способами регулирования.
Из ряда возможных плавных способов регулирования режимов работы компрессорных станций с центробежными нагнетателем наибольший интерес представляют следующие способы регулирования.
1. Дросселирование газа на стороне всасывания или нагнетания компрессора.
2. Байпасирование, т.е. перепуск газа с выхода на вход нагнетателя .
3. Изменение частоты вращения нагнетателя.
4. Применение сменных регулирующих аппаратов с поворотными направляющими лопатками на всасывании.
Кроме перечисленных плавных способов регулирования, обеспечивающих заданный режим работы газопровода, представляют интерес так называемые ступенчатые способы регулирования работы КС, к которым можно отнести следующее:
- включение и отключение компрессорных агрегатов на КС;
- замена роторов центробежных нагнетателей.
Указанные ступенчатые способы регулирования не обеспечивают работу центробежных машин при переменном режиме газопровода, поэтому применение их самостоятельно без одного из плавных способов регулирования лишено смысла.
В сочетании же с плавными способами регулирования отключение части компрессорных машин, замена роторов на отдельных нагнетателях, позволяет сократить диапазон регулирования, который должен обеспечиваться плавными способами регулирования при переменном режиме работы газопровода.
Из опыта эксплуатации, а также ряда работ /9,10,13,21,25,707 известно, что включение или отключение агрегатов на КС происходит при изменении производительности в пределах + 2Ъ% и более. Плавные способы регулирования в основном применяются в диапазоне регулирования производительности нагнетателя до 20%.
Ниже будет произведен подробный анализ и сравнение плавных способов регулирования производительности как основных, обеспечивающих переменный режим работы газопровода, и краткая характеристика ступенчатых способов регулирования.
Для оценки различных способов регулирования производительности будем определять затраты на перекачку газа для каждого из рассматриваемых методов регулирования и вести анализ с помощью соответствующих коэффициентов, функционально зависящих от производительности газопровода.
Затраты на перекачку газа по компрессорной станции можно выразить как
Процесс сжатия газа в компрессорных агрегатах следует считать политропическим /76,987, тогда мощность, затрачиваемая на сжатие, определяется по следующей формуле:
Определение параметров математической модели быстроходных синхронных турбодвигателей
Для расчета по полной математической модели (Приложение 2, 2.1) электромеханических переходных процессов СД необходимо использование параметров ротора - активного и реактивного сопротивления обмотки возбуждения и самого ротора. Однако определение параметров ротора связано с большими трудностями, так как цилиндрический ротор вьшолнен из массивной стали и параметры зависят от частоты токов, наводимых в роторе. Поэтому определение параметров производится по уточненным методикам /63,78,89/ с использованием удельных параметров и подробных схем замещения,
Расчет указанных сопротивлений схем замещения СД позволяет получить эквивалентные параметры массива ротора в осях для введения их в систему дифференциальных уравнений (2.4, 2.5) и алгебраических (2.II, 2.12), Приложение 2.
2.3. Математическое моделирование устройств автоматического регулирования возбуждения СД
Автоматические регуляторы возбуждения СД согласно /27,81,99,200/ представляют собой компаундирование по току нагрузки с электромагнитной коррекцией но напряжению. Регулирование осуществляется по отклонению величины напряжения на зажимах СД и изменению угла мощности. Сигналы, пропорциональные параметрам регулирования, подаются на корректор напряжения, выходной сигнал с которого подается на обмотку подмагничивания управляемого трансформатора компаундирования. Структурная схема регулирования представлено на рис. 2.4., где:
1 - вход но напряжению корректора
2 - вход по изменению угла нагрузки
3 - электромагнитный корректор
4 - трансформатор управления компаундирования
5 - возбудитель
Определение зоны устойчивой работы синхронного двигателя при регулировании тока возбуждения
Как уже отмечалось выше, весьма существенным преимуществом СД является способность поддержания заданного COS j и напряжения в узлах нагрузки посредством изменения тока возбуждения. Вместе с тем, энергосистема не может заранее спланировать и распоряжаться реактивной мощностью потребителя, для регулирования напряжения в питающей сети, т.к. возможности этого регулирования связаны технологическим процессом компрессорной станции. Поэтому в практике эксплуатации встречаются самые разнообразные режимы по возбулодению, причем в большинстве случаев СД. эксплуатируются в режиме недовозбуждения (индуктивный режим). Это приводит к вынужденным остановкам газоперекачивающих агрегатов при незначительных возмущениях в энергетической или газотранспортной системах, т.к. С Д. работают в зоне, близкой к неустойчивой работе. Отмечались также случаи выпадения двигателей из синхронизма при регулировании тока возбуждения. Выпадение С.Д. из синхронизма обусловлено тем, что обслуживающий персонал не знает минимальных допустимых величин тока возбуждения ( COS у ) для различных нагрузок С Д. и уровня напряжения в питающей сети, при которых он будет работать устойчиво.
Поэтому, для удовлетворения запросов эксплуатации были проведены исследования режимов работы С Д в зависимости от возбуждения и с последующей проверкой результатов в условиях работы Днепропетровской и Белгородской КС.
Известно, /45/, что при работе С,Д. ось поля ротора отстает от оси поля статора на угол мощности в , который изменяется в зависимости от нагрузки на валу двигателя, напряжения в питающей сети и от тока возбуждения. Предельная мощность, при которой С.Д. будет работать устойчиво, определяется его перегрузочной способностью ( tim ).
Электромагнитная мощность явнополюсного С.Д, определяется известным выражением:
где: Ц, - напряжение сети; Q - угол мощности;
о - Э Д С. холостого хода, соответствующая току возбуждения; 0 - сопротивление реакции статора по поперечной оси; V/ - сопротивление реакции статора по продолной оси.
Первая часть выражения, пропорциональная sin (у и зависящая от напряжения сети и тока возбуждения называется основной составляющей электромагнитной мощности гв , вторая часть - добавочной составляющей / . На рис. 2.16 показана угловая характеристика синхронного двигателя СДСЗ-450О-І500. Добавочная мощность, как видно из рис. 2.16 увеличивает электромагнитную мощность и уменьшает критический угол мощности.
Для определения зоны устойчивой работы С.Д. необходимо определить углы мощности и при различных нагрузках и токах возбуждения двигателя. Попутно отметим, что при регулировании COS J напряжение сети не остается постоянным, что необходимо учитывать при определении угла мощности.
Зная потребляемую мощность, cosy и соответствующий ему ток возбуждения, напряжение сети и параметры С.Д.. можно найти угол
Знак плюс соответствует режиму перевозбуждения, а знак глину с - режиму недовозсуждения.
Для нормальной работы необходимо, чтобы угол мощности о в процессе работы не превышал критический (Для электродвигателя СДСЗ-4500-І500 он равен 73). Если угол мощности по расчету получится больше критического, то необходимо уменьшить нагрузку Р или увеличть напряжение в сети LL , либо изменять COS путем увеличения тока возбуждения. Изменять нагрузку и напряжение в сети не всегда представляется возможным. В условиях эксплуатации проще изменять cos , т.е. регулировать ток возбуждения синхронного двигателя. При этом каждый раз, когда требуется уменьшить ток возбуждения,необходимо определять угол мощности для вновь заданного CS т .
С целью разработки рекомендаций по регулированию и поддержанию оптимального режима работы СД автором были проведены исследования работы синхронного двигателя СДСЗ-4500-І500 с центробежным нагнетателем типа НД-280-ІІ с рабочим колесом JZ) 620 мм и входным направляющим аппаратом (ВНА). Для различных значений Р, И, cosУ7,которые возможны в условиях эксплуатации КС расчетным путем определяли значение угла мощности с последующей проверкой в реальных условиях. Следует отметить, что расчетные и опытные данные, полученные на КС в Днепропетровске и Белгороде, практически совпадали. Поэтому для практической работы сменного персонала были построены зависимости угла мощности от cos9, (рис. 2.17), а также зависшлость угла мощности и cos У от тока возбуждения (рис. 2.18). Были также приведены и таблицы расчетных значений угла мощности для различных нагрузок газоперекачивающих агрегатов.
Экспериментальные исследования режимов самозапуска синхронных электроприводов с различными системами возбуждения
Достоверность теоретических результатов исследований, полученных в настоящей работе, подтверждено многочисленными экспериментами на КС Ыингазпрома, в том числе внедрением режимов самозапуска на восьми КС объединения "Харьковтрансгаз".
Для комірессорной станции, схема электроснабжения которой приведена на рис. 3.16, ниже приведены данные экспериментальных исследований. Программа исследования включала два этапа:
а) исследование режимов самозапуска при работе АПВ линий;
б) исследование режимов самозапуска при работе устройств АВР.
Предварительно были проведены теоретические исследования с применением машинного и частично ручного счета по определению уровня остаточного напряжения на шинах при выбеге, изменение частоты вращения для синхронных двигателей с различными системами возбуждения, параметров сети, уставок защит и автоматики. Для производства испытаний было разработано устройство, имитирующее работу АПВ линии. В ряде экспериментов осуществлялось отключение ЛЗП с последующей работой АПВ в реальных условиях энергосистемы. В процессе испытаний осциллографировалисъ токи, напряжения двигателей, параметры возбуждения, входное и выходное давления центробежного нагнетателя и в некоторых случаях частота вращения электропривода в процессе самозапуска. Использовались специально изготовленные приспособления, шлейюовые осциллографы типа II - 700, Н-І05, самопишущие и показы - 150 -вающие приборы класса 0,2; 0,5. Ниже приводятся наиболее характерные осндллограммы, снятые в реальных условиях, поясняющие режим работы компрессорной станции при кратковременных перерывах в электроснабжении и работе устройств АПВ или АВР.
Самозапуск двух синхронных электроприводов с различными системами возбуждения (ТВУ, БВУ) при работе АПВ приведены на рис. 3.17, 3.18. Было осуществлено два успешных самозапуска при различных коэффициентах загрузки. В первом случае (рис. 3.17) времл перерыва питания составляло 4,32 с, а время втягивания в синхронизм 1,25 с. Ток самозапуска в начальный момент был равен 3,23 Зя, при напряжении на секции 0,71 Цн. Во втором опыте (рис. 3.18) время перерыва питания была равна 3 с. Двигатель вошел в синхронизм за 1,3 с. Ток самозапуска при этом в 3,38 раза превышал номинальный. Напряжение на секции при самозапуске было 0,73 Цн. Затем были проведены испытания самозапуска двух электроприводов, питающихся от второго ввода при работе АПВ второй линии. Цдин агрегат имел тиристорную систему возбуждения, а второй -бесщеточную. В этом случае при групповом выбеге двух С.Д, с различными системами возбуждения гашения поля происходит более интенсивно. После включения инвертирования через 0,65 с, поле погасилось до 0,27 Ин за 2,2 с. Таким образом, общее время перерыва питания было меньше, чем в первом случае и составило 2,85 с. Времл восстановления напряжения .на секции и практически втягивания в синхронизм составило 1,1 с. При этом ток самозапуска был равен 3,80 Ян, при посадке напряжения до 0,76 Ином. На рис. 3.19 приведена осциллограмма самозапуска двух С.Д. при работе АПВ ввода & 2.
Анализ приведенных осциллограмм, а также полученных опытных данных позволяет сделать вывод об успешном самозапуске двух С,Д при работе АПВ на питающих линиях. Некоторое отличие полученных данных объясняется частично изменением режима, комбинацией систем возбуждения, а также различной мощностью питающих ЛЭП, которые, как правило, имеют различную удаленность от источников электроснабжения .
После проведения серии опытов по самозапуску СД при работе А1ТВ был осуществлен самозапуск агрегатов при работе АВР. Такой режим работы реальный при проведении повреждения одного из трансформаторов на подстанции или же в случае неуспешного ЛПВ на линии. Кроме того, важность данных экспериментов объясняется и тем, что на ряде питающих ІЗЇЇ время АГШ очень большое (3,5 с и более) и единственным технически приемлемым решением остается АВР, выполненное на секционном выключателе.
При работе трех агрегатов был осуществлен успешный самозапуск двух ГПЛ при одном предвключенном и работе АВР -первой секции. На рис. 3.20, 3.21 приведены осциллограммы самозаііускающихся и предвключенного агрегатов. Время гашения поля составило 2.73 с, самозапуск был осуществлен за 1,6 с. При этом токи самозапуска были равны (3,5 4,3 ) Сіном при напряжении на секции 0,76ж М Предвключенная машина остается в синхронизме. При понижении напряжения на секции ток статора увеличивается до 2 Уиом ,работает форсировка возбуждения. Необходимо отметить, что при проведении экспериментов были случаи выпадения из синхронизма предвключенных машин при больших нагрузках и отказе форсировки. В дальнейшем были внесены соответствующие изменения уставок релейной защиты и форсировки возбуждения, после чего предвключениые агрегаты не выпадали из синхронизма.
