Источник:Уч.пособие/ В.Ф.Сивокобыленко, В.К.Лебедев - Донецк: ДонНТУ, 2002.-с.14-18
1.2 Режимы работы системы собственных нужд
Для привода механизмов с.н. ТЭС и АЭС используются в основном асинхронные короткозамкнутые электродвигатели мощностью от 200 до 8000 кВт на напряжение 6 кВ. Для питания электродвигателей меньшей мощности применяется напряжение 0,4 кВ. В будущем ставится задача перехода в системе с.н. на напряжение 10 и 0,66 кВ, что позволит понизить уровень токов короткого замыкания, уменьшить сечение кабелей или же повысить мощность электродвигателей, подключаемых к одной секции. Синхронные двигатели мощностью до 3000 кВт применяют сейчас в основном на ТЭС для привода шаровых углеразмольных мельниц, в будущем ставится задача возможности применения СД одиночной мощностью до 20 МВт на АЭС для привода главных циркуляционных насосов, так как применение СД становится технически и экономически целесообразным при больших мощностях привода.
Так синхронные двигатели имеют более высокий КПД по сравнению с асинхронными, способны генерировать или потреблять реактивную мощность, влияя таким образом на потери в сетях с.н., могут изготавливаться на большую мощность по сравнению с асинхронными (предельная мощность АД составляет 8 МВт). На режимы работы синхронных двигателей меньше сказывается влияние отклонения питающего напряжения, так как электромагнитный момент СД пропорционален величине приложенного напряжения (у АД электромагнитный момент пропорционален квадрату напряжения). Таким образом, начиная с единичной мощности 8 МВт и выше, для привода скоростных насосов выбор производится между паровым приводом и СД на основе технико-экономического сравнения. Для механизмов с малой частотой вращения более экономичны СД.
Электродвигатели постоянного тока в системе с.н. применяют лишь на пылеугольных электростанциях для привода питателей пыли, требующих регулирования производительности в широких пределах, для привода резервных маслонасосов и насосов системы регулирования турбины, т.е. для привода механизмов весьма малой мощности. Объясняется это тем, что двигатели постоянного тока значительно дороже АД, для них необходимы специальные источники питания, наличие коллектора у этих двигателей требует более тщательного ухода и усложняет эксплуатацию.
Наиболее широкое применение асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором в схемах питания с.н. можно объяснить их рядом достоинств - простотой конструкции, низкой стоимостью, надёжностью в эксплуатации, сравнительно небольшими габаритами и высоким КПД. Вместе с тем им присущи и некоторые недостатки, такие как, большие пусковые токи, низкий коэффициент мощности и отсутствие возможности регулирования скорости вращения.
Большим преимуществом асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором является возможность их пуска от полного напряжения сети без специальных пусковых устройств и способность восстанавливать нормальныйрежим работы после глубоких понижений питающего напряжения. При этом большую роль играют их пусковые характеристики Мэ=f(S), I=f(S) -зависимость кратности вращающего момента и тока статора по отношению к их номинальным величинам от относительной частоты вращения (скольжения), которые зависят от конструктивного выполнения обмотки ротора. По выполнению обмотки ротора различают двигатели обычного исполнения (одиночная беличья клетка у поверхности ротора), с двойной клеткой на роторе и с глубоким пазом. На рисунке 1.3 приведены примеры зависимостей вращающих моментов и токов статора от скольжения, а на рисунке 1.4 изображены формы стержней ротора асинхронных двигателей, используемых обычно в системе с.н. электростанций.
Рисунок 1.3 - Характеристики асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором:
1 - двигатели обычного исполнения,
2 - двигатели с глубоким пазом,
3 -двигатели с двойной клеткой на роторе
Как видно, глубокопазные и особенно двухклеточные двигатели обладают лучшими пусковыми характеристиками по сравнению с двигателями обычного исполнения, но дороже последних из-за более сложной конструкции. Асинхронные двигатели, короткозамкнутые обмотки ротора которых в сечении представляют профили различной формы (бутылочной, трапециидальной и т.д., 1.4 б, в, д, е, ж) имеют пусковые характеристики, расположенные между кривыми 2 и 3 (рисунок 1.3), что даёт возможность при выборе привода согласовывать его пусковые характеристики с характеристиками механизма.
Потребители с.н. электростанций относятся к 1-ой категории по надежности питания и требуют электроснабжения от двух независимых источников. В пределах 1-ой категории потребители тепловых электростанций делятся на группы ответственных и неответственных. Ответственными являются те механизмы с.н., кратковременная остановка которых приводит к аварийному останову блока.
К ответственным механизмам относятся питательные, циркуляционные, конденсатные насосы, маслонасосы турбин, генераторов, системы уплотнений, насосы газоохладителей генераторов, дымососы, дутьевые вентиляторы, питатели пыли. К неответственным механизмам относятся сливные насосы регенеративных подогревателей, дренажные, эжекторные, смывные и багерные насосы системы гидрозолоудаления, а также электрофильтры.
На тепловых электростанциях имеются многочисленные механизмы общестанционного назначения. Сюда относятся потребители топливоприготовления и топливо подачи: дробилки, мельницы, мельничные вентиляторы, конвейеры и транспортёры топливоподачи, краны-перегружатели и вагоноопрокидыватели. Кратковременная остановка этих механизмов обычно не приводит к расстройству технологического цикла производства. К неответственным механизмам относятся также насосы химводоочистки, за исключением насосов подачи химически очищенной воды в турбинное отделение для восполнения потерь конденсата.
К электроприёмникам общестанционного назначения относятся также резервные возбудители, насосы кислотной промывки, противопожарные насосы, вентиляционные устройства, компрессоры, крановое хозяйство, часть электрического освещения, зарядные устройства аккумуляторных батарей и т.д. большинство из этих потребителей можно классифицировать как неответственные.
К ответственным механизмам общестанционного назначения относят двигатели охлаждения мощных трансформаторов и резервный возбудитель при работе на нём генератора блока.
В общем случае зависимость момента сопротивления от частоты вращения в относительных единицах можно выразить выражением:
Мс=М0+(К3 - М0)wn, (1.2)
где:
М0 - начальный момент сопротивления, о.е.;
К3 - коэффициент загрузки, о.е.;
w - скорость вращения агрегата, о.е.;
n - показатель степени, зависящий от типа механизма.
Примером механизмов с постоянным моментом сопротивления (n=0) являются краны, лебёдки, мельницы, транспортёры и питатели пыли. Вентиляторные моменты сопротивления (n=2) имеют тягодутьевые механизмы, мельничные вентиляторы и те центробежные насосы, которые работают без противодавления, преодолевая в основном только динамическое сопротивление трубопроводов: циркуляционные насосы турбин, вентиляционные системы, главные циркуляционные насосы АЭС. Многочисленную группу механизмов с.н. составляют центробежные насосы, имеющие более сложную чем квадратичная, зависимость момента сопротивления от частоты вращения. Такие насосы преодолевают не только динамическое сопротивление, но и статическое, обусловленное высотой подачи воды или противодавлением. К ним относятся питательные, подпиточные, конденсатные, дренажные насосы системы аварийного охлаждения активной зоны и т.д. Для этих механизмов можно принять n=3
Возможность успешного пуска агрегата определяется совмещением на одном графике характеристик двигателя (рисунок 1.3а) и механизма, рассчитанной по соотношению (1.2). Необходимо чтобы при w=0 выполнялось условие Мэ>Мс, а установившаяся частота вращения будет определяться точкой пересечения этих характеристик. Разность развиваемого двигателем момента Мэ и момента Мс определяет динамический (избыточный) момент, от значения которого зависит время повышения частоты вращения двигателя от начальной w1 до конечной w2:
Мизб = Мэ - Мс
Общее время пуска агрегата можно определить из уравнения движения ротора:
Мэ - Мс = Тj(dw/dt) , (1.3)
откуда
где:
Тj - механическая постоянная времени агрегата, с;
dw1,...,dwn - участки приращения частоты вращения, в пределах которых средний динамический момент можно считать постоянным.
В процессе пуска электродвигатель потребляет ток, значительно превышающий номинальный (рисунок 1.36), поэтому при тяжёлых условиях пуска (большие маховые массы, малые избыточные моменты) время пуска возрастает, что может явиться причиной недопустимого нагрева обмоток. На электростанциях наиболее тяжёлые условия пуска имеют место для механизмов с постоянным моментом сопротивления (мельницы, дробилки, транспортёры) и для некоторых механизмов с вентиляторным моментом, но с большой инерцией маховых масс (тягодутьевые механизмы, резервный возбудитель, циркуляционные насосы АЭС). Поэтому при выборе электродвигателей для этих механизмов необходимо дополнительно проверять их на нагрев при пуске.