ДонНТУ
Портал магістрів ДонНТУ
Eлектротехнічний факультет
Спеціальність: Електричні станції
Однією з основних завдань електроенергетики є підвищення надійності електропостачання країни. Складова частина цього завдання полягає в забезпеченні надійної роботи систем власних потреб (ВП), що визначають стійкість роботи вузлів, що генерують, енергосистем. Для забезпечення безаварійної роботи названих систем потрібне проведення експериментально-розрахункового дослідження перехідних режимів їхньої роботи, що виникають при короткому замиканні (к.з.), перемиканнях джерел живлення, пусках і перемиканнях електродвигунів і ін. Тому розрахункові методи повинні забезпечувати точності розрахунків і можливості моделювання необхідних практикою проектування й експлуатації електростанцій складних каскадних режимів.
Тому до розрахунковим методам дослідження пред'являються вимоги, як відносно точності розрахунків, так і можливості моделювання необхідних практикою проектування й експлуатації електростанцій складних каскадних режимів.
Таким чином, дослідження перехідних процесів у системі ВП теплових електричних станцій, необхідне для підвищення надійності їхньої роботи, є актуальним завданням.
Подальше вдосконалювання методів математичного моделювання перехідних процесів у системах ВП теплових електричних станцій (ТЕС).
Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються наступні завдання:
1. Розробка інформаційно-обчислювального комплексу для розрахунків електромеханічних перехідний процесів у системі ВП ТЕС, що дозволили моделювати складні види комутацій устаткування цих систем.
2. Створення інформаційної бази даних, що містить параметри математичних моделей устаткування систем ВП.
3. Дослідження перехідних процесів у системах ВП ряду теплових і атомних електростанцій і розробка на його основі рекомендацій з підвищення надійності їхньої роботи.
4. Розробка математичного забезпечення бази даних асинхронних двигунів (АД), що дозволяє використати при розрахунку їхніх параметрів вихідні дані, одержувані в довідковій літературі, розрахунковим або експериментальним шляхом.
1. Розроблено новий метод розрахунку параметрів і характеристик глубокопазных АД, що з метою більш точного їхнього моделювання передбачають облік витиснення струм у ротор і мінімізаці відхилення розрахункових даних від вихідних каталожних або експериментальних.
2. Виконано аналіз способів синтезу еквівалентних багатоконтурних схем заміщення й розроблений на його основі метод, що відрізняється більше високою точністю апроксимації вихідних характеристик АД.
3. Проведено дослідження властивостей застосовуваних при визначенні параметрів еквівалентних багатоконтурних схем заміщення АД систем нелінійних алгебраїчних рівнянь, що дозволило вибрати ефективні методи їхнього рішення.
4. Розроблено структуру й математичне забезпечення інформаційно-обчислювального комплексу для розрахунку перехідних процесів у системі ВП ТЕС, що відрізняється поліпшеними обчислювальними характеристиками й дозволяє розраховувати складні каскадні режими в багато вузлових, багато машинних системах електропостачання (ББСЕ).
Розглянуто способи моделювання основних елементів системи ВП однієї з газових ТЕС Росії і методи одержання параметрів глубокопазних асинхронних двигунів (АД), використовуваних у розрахунках електромеханічних перехідних процесів.
Асинхронні електродвигуни з короткозамкненим ротором, що становлять основну частину навантаження ВП, відрізняються більшим різноманіттям типів і складністю одержання достовірних вихідних даних. Це визначає необхідність створення для них баз даних на машинних носіях інформації.
У роботі показано, що погрішності вихідних даних АД приводять у ряді випадків до невірного судження про придатність схем живлення ВП із погляду забезпечення успішного самозапуску АД.
Зроблено висновок про необхідність створення такого математичного забезпечення баз даних АД, яке б дозволило використати різнотипні вихідні дані двигунів, одержувані в довідковій літературі, розрахунковим або експериментальним шляхом з використанням різних методів дослідження.
Розглянуто методи одержання параметрів глубокопазних АД, використовуваних у розрахунках електромеханічних перехідних процесів.
Дано кількісну оцінку двом основним групам методів, заснованих на формулі Клосса й еквівалентних схемах заміщення АД з параметрами, що залежать від ковзання.
Методи першої групи дозволяє домогтися збігу вихідних і розрахункових характеристик обертаючого моменту тільки в трьох крапках, що відповідають номінальному режиму роботи (Sн), загальмованому ротору (S=1) і максимальному значенню обертаючого моменту (Sкр). Однак, у середній частині діапазону ковзань 0 < S < 1 розглянуті методи не дозволяють одержати задовільні результату апроксимації вихідних характеристик для ряду типів АД через прийняті фіксовані залежності зміни додаткового моменту від ковзання.
Цим же недоліком володіють багато методів, засновані на розрахунку параметрів еквівалентних схем заміщення з фіксованими залежностями опорів ротора від ковзання. Зміна форми характеристики обертаючого моменту в середньому діапазоні ковзань, необхідне для одержання задовільних умов апроксимації, стало можливим лише після введення змінюваних залежностей опорів АД від ковзання.
У методі, запропонованому Ю. Є. Гуревичем, використається кусочно-лінійна залежність індуктивного опору ротора від ковзання зі змінюваною координатою однієї із двох крапок зламу. Однак, зазначений злам проявляється на пускових характеристиках АД, приводячи до перекручування форми зазначених характеристик.
Запропонована проф. А. К. Черновцем плавка залежність декремента роторних контурів від ковзання у вигляді статечного полінома зі змінюваними коефіцієнтами, при розрахунку яких використається величина обертаючого моменту при S = 0.5, дозволила уникнути недоліків попереднього методу. Однак, введення змінюваних залежностей лише декрементов роторних контурів не дозволяє впливати одночасно на форму пускових характеристик і обертаючого моменту й струму статора. Розглянутий метод також не дозволяє використати інші форми вихідних даних, що у випадку відсутності значення обертаючого моменту при S = 0.5 приводить до наближених розрахунків.
У розробленому методі змінювані залежності активних і індуктивних опорів ротора від ковзання були отримані за рахунок вибору оптимальні значення висоти еквівалентного прямокутного паза ротора hэ й коефіцієнтів аr, ax, що визначають лобові частини відповідно активних і індуктивних опорів мети ротора у відомих вираженнях, запропонованих І. А. Сиромятніковим для цих опорів
Це дозволило змінювати форму одночасно обох пускових характеристик, що поліпшило умови їхньої апроксимації.
Метод також дозволяє використати різний обсяг вихідних параметрів АД: їх каталожні дані, залежності коефіцієнтів витиснення струму від ковзання для різних форм пазів обмотки ротора, а також вихідної пускової характеристики, отримані розрахунковим або експериментальним шляхом. В останньому випадку досягається найбільш висока точність моделювання глубокопазних АД.
З використанням розробленого методу, проведене дослідження впливу вибору величини індуктивного опору розсіювання обмотки статора на пускові й робочі характеристики АД. Показано, що величина зазначеного опору може вибиратися довільної з діапазону від нуля до величини вхідного опору електродвигуна при загальмованому роторі. Отриманий результат виключає необхідність у проведенні складного натурного експерименту для визначення розглянутого опору.
Як приклад для асинхронного двигуна ДАЗО-19-10-12 (РН = 1700 кВт, UН = 6 кВ, cos Н = 0.8, Н = 0.9435, SН = 0.008, Kі = 4.5, mп = 0.8, mm = 2.25) були отримані залежності роторних опорів від ковзання, які наведені на рис. 1.
Рисунок 1 - Залежність параметрів схеми заміщення для ДАЗО-19-10-12
Проведені численні розрахунки показали, що задовільні результати апроксимації характеристик глубокопазних АД різних типів виходять при двоконтурній схемі заміщення ланцюга ротора. Для підвищення точності в окремих випадках кількість контурів збільшувалося до 3, 4, що однак, не приводить до ускладнення алгоритму розрахунку перехідних процесів.
Виконано розробку структури інформаційно-обчислювального комплексу й окремих його компонентів. Із цією метою був зроблений аналіз існуючих методів, алгоритмів і програм розрахунку на ЕОМ перехідних процесів у системах ВП ТЕС. Було визначено, що немашинні методи розрахунку можуть використатися лише для аналізу простих перехідних процесів, наприклад, порушення й наступного відновлення режиму роботи окремих секцій ВП.
Машинні методи дозволяють виконувати розрахунки різних перехідних процесів у багато машинних, багато вузлових системах електропостачання з використанням диференціальних рівнянь, що описують процеси в окремих елементах розрахункової схеми, а також рівнянь зв'язку, що приводять режимні параметри окремих груп елементів до єдиної системи координат. Однак, виконати розрахунок перехідних процесів складної структури за допомогою таких програм важко через складність визначення початкових умов інтегрувальних величин. Відрізняється трудомісткістю також процес створення й налагодження подібних програм.
Основною відмінною рисою комплексу є реалізація принципу роз'єднання процесу розрахунку перехідного процесу на два щодо незалежних етапу: розрахунок параметрів математичних моделей АД й приводні механізми й розрахунок перехідних процесів. Це дозволяє обособленно проводити збір, обробку й систематизацію вихідної інформації й після одержання параметрів математичних моделей заносити їх у спеціально створені бази даних, розташовані на машинних носіях інформації. У цьому випадку в базах даних зберігається інформація про основні типи асинхронних двигунів газової ТЕС напругою 10 кВ і 0.4 кВ приводних механізмів ВП.
Основною програмою режимної частини комплексу є програма розрахунку режимів ББСЕ. Для моделювання складних каскадних режимів її алгоритм передбачає розчленовування аналізованого режиму на окремі під режими, що відрізняються різним станом розрахункової схеми за рахунок виконаних комутацій її елементів або шунтів к.з.
Зміна структури розрахункової схеми, використовуваної в окремих під режимах, виробляється шляхів виключення з розрахунку окремих галузей і вузлів. Це приводить до переформування проводимостей галузей і струмів, що задають.
Для розрахунків динамічних режимів використаються параметри двоконтурних еквівалентних схем заміщення АД з їхніх баз даних. Алгоритм програми заснований на рішенні систем повних диференціальних рівнянь, що описують перехідні процеси в АД, шунтах навантаження й к.з., а також галузі системи. Структура комплексу дозволяє доповнювати його іншими програмами й наборами даних, а також вносити зміни в існуючі.
Розглянуто результати застосування розробленого комплексу для аналізу перехідних процесів у системах ВП ТЕС.
Як приклад використання комплексу наведений аналіз надійності роботи систем с.н. даних зберігається інформація про основні типи асинхронних двигунів ВП газової ТЕС. Для даної станції було розглянуто шість різних варіантів зміни робіт.
Як приклад розглянемо розрахунок групового самозапуску ЕД 0.4 кВ секцій 1-Б (3-Б) і 2-Б (4-Б) блоку при порушенні живлення продовж 1.0 с при наступних умовах: ушкодження ТВП-1 (ТВП-2) під час пуску (зупинки) блоку, за умовою, коли працює ПМН і можуть працювати СМН і МНВПУ, які беруть участь у самозапуску в цьому випадку. Живлення подається від резервного шинопровіда 0.4 кВ, резервний трансформатор ТВП-6 відключений і резервне живлення здійснюється від робочого трансформатора ТВП-3 за схемою неявного резерву.
Розрахункова схема цього варіанта наведена на рис. 2.
Рисунок 2 - Розрахункова схема
Результати розрахунку у вигляді залежностей від часу частот обертання агрегатів ВП, напруг і струмів секцій з руховими навантаженнями, зміна опорів секцій наведені на рис. 3- 6.
Рисунок 3 - Зміна частоти обертання (в.о.) 0.4 кВ газової ТЕС у процесі самозапуску АД після перерви живлення тривалістю 1 с
Рисунок 4 - Зміна напруги (в.о.) у вузлах розрахункової схеми 0.4 кВ газової ТЕС у процесі самозапуску АД після перерви живлення тривалістю 1 с
Рисунок 5 - Зміна струмів секцій ВП (кА) у процесі самозапуску АД після перерви живлення тривалістю 1 с (анімація: 7 кадрів, 7 повторів, 38.2 Кб)
Рисунок 6 - Зміна опорів ВП (Ом) у процесі самозапуску АД після перерви харчування тривалістю 1 с
Є розроблена методика, алгоритм і програма розрахунку параметрів схем заміщення й пускових характеристик глубокопазних АД. Зроблено розрахунки параметрів і пускових характеристик двигунів ВП напругою 10 і 0.4 кВ газової ТЕС. Розроблено методику, алгоритм і програма самозапуску двигунів після їх індивідуального або групового вибігу стосовно до багато вузлових схем живлення систем ВП електростанцій. Розраховано режими самозапуску двигунів ВП газової ТЕС.
У результаті виконання даної магістерської роботи можуть бути зроблені наступні висновки.
1. Існуючі методи й програми розрахунку на ЕОМ не повною мірою задовольняють зростаючим вимогам практики проектування, налагодження й експлуатації сучасних потужних теплових електростанцій. Збільшення кількості розрахунків перехідних процесів у системах с.н. електростанцій і підвищення складності структури розрахунків вимагають підвищення ефективності програмного забезпечення цих завдань.
2. Розроблено інформаційно-обчислювальний комплекс, що включає інформаційну базу даних для асинхронних двигунів і приводних механізмів ВП, а також програми розрахунку режимів з поліпшеними обчислювальними характеристиками.
3. Створено математичне забезпечення баз даних АД, щоб на відміну від існуючих методів розрахунку параметрів двигунів мав підвищену точність. Це досягається за рахунок обліку як обмеженого, так і розширеного обсягу вихідних даних, одержуваних розрахунковим або експериментальним шляхом.
4. З використанням існуючих методів розрахунку параметрів і пускових характеристик не можуть бути отримані задовільні результати, особливо АД з більшими значеннями критичного ковзання.
5. Розроблена методика, алгоритм і програма розрахунку пускових характеристик, що заснована на корекції формули Клосса за допомогою східчастого полінома, і відрізняється від попереднім повним збігом розрахункових даних для крапок ковзання Sn, Sk і S=1.
6. Розроблена методика, алгоритм і програма розрахунку параметрів схеми заміщення глубокопазного АД, що відрізняється від попереднім повним збігом розрахункових значень моменту обігу й токи статора з каталожним їхніми значеннями для крапок ковзання Sn, Sk і S=1.
7. Розроблена методика, алгоритм і програма розрахунку режимів самозапуску АД після індивідуального й групового вибігу щодо складних, багато вузлових схем живлення власних потреб електростанцій.
8. За допомогою розробленої програми виконані розрахунки режимів самозапуску механізмів власних потреб газової ТЕС, які дозволили експлуатації цієї електростанції вибрати оптимальні режими роботи станції.