Система поддержания устойчивости работы синхронных электродвигателей 6-10 кВ

• Автор: Михалев, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 121 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ПОДДЕРЖАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 6-10кВ
1.1. Краткая характеристика узлов нагрузки с синхронными электродвигателями 6-10кВ. Выбор исследуемой схемы электроснабжения синхронных двигателей
1.2. Краткий анализ систем возбуждения синхронных двигателей 6-10кВ. Выбор исследуемой системы возбуждения
1.3. Краткий анализ технологического оборудования газоперекачивающей станции. Выбор исследуемой схемы регулирования нагрузки синхронных машин
1.4. Влияние изменений напряжения и частоты питающей сети на работу синхронных двигателей
1.5. Анализ работы релейной защиты и автоматики подстанции с синхронной нагрузкой при снижении питающего напряжения
1.6. Анализ режимов самозапуска синхронных двигателей
1.7. Анализ научно-информационных источников, авторефератов диссертаций, патентов,
теоретических и экспериментальных исследований
Выводы по главе
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ДЛЯ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 6-1 ОкВ ПРИ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПОТЕРЕ ПИТАНИЯ
2.1. Разработка модели синхронного двигателя
2.2. Разработка модели системы возбуждения
2.3. Разработка модели релейной защиты и автоматики газоперекачивающей станции
2.4. Разработка модели трансформатора тока
2.5. Реализация моделей питающего источника, ЛЭП, трансформаторов. Выбор такта
квантования
Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА КОНТРОЛЯ УСТОЙЧИВОСТИ СД
3.1. Существующие алгоритмы контроля устойчивости СД
3.2. Анализ экспериментов с применением существующих алгоритмов контроля устойчивости СД
3.3. Разработка алгоритма контроля устойчивости с учетом результатов экспериментов
Выводы по главе
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ ПРИ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПОТЕРЕ ПИТАНИЯ
4.1. Выбор проводимых модельных экспериментов
4.2. Моделирование потери питания вследствие отключения питающего источника
4.3. Моделирование коротких замыканий в точке
4.4. Моделирование коротких замыканий в точке
4.5. Моделирование коротких замыканий в точке
4.6. Моделирование коротких замыканий в точке
4.7. Разработка методических указаний по настройке устройств РЗА и организации системы
поддержания устойчивости работы СД
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1. Результаты моделирования отключения питающего источника
Приложение 2. Результаты моделирования КЗ в точке
Приложение 3. Результаты моделирования КЗ в точке
Приложение 4. Результаты моделирования КЗ в точке
Приложение 5. Результаты моделирования КЗ в точке
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Крупные синхронные двигатели (далее СД) находят в настоящее время широкое применение в системах электропривода насосных, компрессорных и вентиляторных установок. Такие двигатели обладают существенными преимуществами: более высоким КПД по сравнению с
асинхронными машинами такой же мощности, меньшей зависимостью вращающего момента от подводимого напряжения, независимостью частоты вращения от нагрузки на валу электродвигателя, возможностью использования двигателя для компенсации реактивной мощности. Вместе с тем, эксплуатация синхронных двигателей сопровождается определенными особенностями, связанными с возможностью перехода машины в генераторный или асинхронный (относительно питающего напряжения) режимы работы вследствие кратковременного снижения или отсутствия напряжения либо потери возбуждения. В то же время, как правило, крупные синхронные машины являются потребителями первой категории, незапланированное отключение которых может привести к существенным материальным потерям, риску для здоровья и жизни людей.
Вышеперечисленные обстоятельства приводят к необходимости комплексного подхода к мероприятиям, направленным на сохранение устойчивости работы синхронных машин в различных режимах.
Систему автоматизации современного промышленного объекта с использованием высоковольтных синхронных двигателей можно разделить на следующие подсистемы:
- подсистема автоматизации электроснабжения двигателя (релейная защита и автоматика (далее РЗА) подстанции 6(10)кВ, система возбуждения, устройство плавного пуска и т.д.);
- подсистема автоматизации вспомогательного оборудования двигателя (маслостанция, гидростанция, система охлаждения и т.д.);
- подсистема автоматизации компрессорной станции (регуляторы, клапаны, задвижки и т.д.).

Для сохранения двигателя в состоянии устойчивости требуется слаженная работа этих подсистем. Тем не менее, в настоящее время наблюдается ситуация, когда настройкой, вводом в эксплуатацию и обслуживанием этих подсистем занимаются различные организации и службы, необходимый комплексный подход к автоматизации электродвигателя не обеспечивается. Следует также отметить отсутствие руководящих указаний и нормативных документов, регламентирующих построение системы автоматизации с учетом возможного перехода двигателя в асинхронный режим работы.
В настоящее время многие исследователи и научные коллективы занимаются исследованиями, связанными с поддержанием устойчивости работы крупных синхронных машин. Разрабатываются новые алгоритмы работы регуляторов возбуждения, новые системы автоматического включения резервного питания, новые алгоритмы работы релейной защиты и автоматики, новые конструкции электродвигателей. Работы в этой области в настоящее время ведутся такими отечественными и зарубежными исследователями, как Б.Н. Абрамович, Д.А. Устинов, Ю.А. Сычев, И.Г. Плотников, Б.Ю. Васильев, A.C. Гусев, С.В. Свечкарев, И.Л. Плодистый, Е.К. Лоханин, В.А. Глаголев, А.И. Скрыпник, Т.О. Товстяк, A.A. Юрганов, В.Л. Невельский , М.А. Эдлин, В.А. Васильев, Ю.П. Сурин, В.Я. Чаронов, Л.Ф. Борисов, В.И. Васинеж, А.П. Рукавишников, B.IO. Алексеев, В.А. Шабанов,
В.А. Савицкий, Marius Babescu, Octavian Prostean, Gabriela Prostean, Iosif Szeidert, Cristian Vasar, Kai Pietiläinen, Magnus Jansson, Lennart Hamefors.
Целью диссертационной работы является разработка системы поддержания устойчивости работы СД, позволяющей выявить неизбежность возникновения асинхронного режима до первого проворота ротора, и оптимизировать с точки зрения сохранения устойчивости работу оборудования подстанции с СД.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Анализ исследований, проводимых по вопросам автоматизации высоковольтных синхронных электроприводов, оптимизации режимов их работы и способов оценки запаса устойчивости в различных режимах;
2. Разработка математической модели узла нагрузки с синхронными двигателями, включая модель двигателя, модель автоматического регулятора

1.6. Анализ режимов самозапуска синхронных двигателей
Самозапуском называется восстановление нормальной работы электропривода без вмешательства персонала после кратковременного перерыва электроснабжения или глубокого снижения напряжения. Самозапуск считается обеспеченным, если после восстановления напряжения агрегат разогнался до нормальной частоты вращения и продолжает длительно работать с нормальной производительностью приводимого механизма и нагрузкой электродвигателя.
Самозапуск асинхронных и синхронных электродвигателей начал применяться на тепловых электростанциях и в настоящее время используется для всех основных механизмов собственных нужд электростанций различного типа. В последние годы он получил широкое распространение во многих отраслях промышленности, особенно со сложными непрерывными технологическими процессами.
Рассмотрим далее самозапуск синхронных электродвигателей [82].
До последнего времени при самозапуске СД была принята следующая последовательность действий:
- при выявлении потери питания, осуществляется отключение ввода секции и гашение поля СД;
- после снижения напряжения на секции, срабатывает АВР и питание начинает осуществляться от соседней секции;
- двигатели разворачиваются до подсинхронной частоты вращения, после чего подается возбуждение и СД входят в синхронизм.
Хотелось бы отметить, что гашение поля до нуля через разрядное сопротивление требует достаточно много времени, в связи с чем ожидание полного гашения поля до нуля снизит эффективность самозапуска. В большинстве случаев можно ограничиться гашением до величины, при которой ток и момент несинхронного включения не превысят допустимых значений. В большинстве случаев можно ограничиться гашением поля до величины, при которой напряжение на выводах двигателей снизится до 0,5 -г- 0,61?ти. На практике это реализуется учетом снижения напряжения на секции при пуске АВР. Более точно определить величину напряжения, до которого следует гасить поле можно по выражениям, приведенным в [17].
Успешность самозапуска в большой степени зависит от времени перерыва питания: чем меньше время перерыва питания, тем меньше скольжение, больше сопротивление