Об'єктом дослідження є система електропостачання блокової та загальностанційне навантаження власних потреб ТЕС, що має велику розосередженість по території самої станції і на значній відстані від неї.
Метою досліджень є визначення можливостей підключення до секцій власних потреб енергоблоків додаткової розосередженої навантаження. Стосовно до досліджуваної станції вона складається з насосної технічної води і багерні насосної другого підйому, які зараз отримують живлення від мережевих підстанцій міста, що дозволить підвищити надійність та економічність роботи ТЕС.
Розрахунки струмів короткого замикання, режимів самозапуску двигунів проводилися методами математичного моделювання з застосуванням матричних методів вузлових потенціалів для розрахунку багатовузлових схем, розв'язання диференціальних рівнянь групи електродвигунів при моделюванні групового їх вибігу і рішення систем нелінійних алгебраїчних рівнянь при синтезі параметрів глубокопазного асинхронних двигунів системи власних потреб.
На даний момент магістерська робота ще не закінчена.
На досліджуваній ТЕС застосована оборотна система технічного водопостачання з градирнями баштового типу. Для поповнення значних втрат технічної води реалізована схема підживлення контуру техводи з водосховища. Згідно проекту, перекачувальна цю воду насосна технічної води отримує харчування від однієї з мережевих підстанцій. Схема живлення насосної має недостатньо високу надійність.
В аналогічному становищі опинилася і багерні насосна другого підйому, перекачувальна золошлакових пульпу на золовідвал електростанції. Насосна отримує харчування по двох кабельних лініях від мережевий підстанції. Через ушкодження кабелів, прокладених по скельному грунту, схема живлення цієї насосної має низьку надійність.
З метою підвищення надійності і економічності роботи зазначених насосних станцій на досліджуваній електричної станції передбачається виконати переклад їх живлення від системи власних потреб енергоблоків напругою 6 кВ. Завданням даної роботи є визначення технічних умов цього переводу харчування. Для цього в роботі досліджено завантаження секцій власних потреб енергоблоків, зміни величин струмів короткого замикання, умови самозапуску електродвигунів власних потреб енергоблоку при різних режимах їх роботи, а також визначено принципи побудови релейних захистів.
Підключення до секцій власних потреб енергоблоків додаткового навантаження повинно призвести до погіршення умов самозапуску відповідальних механізмів власних потреб. Для кількісної оцінки режимних параметрів при самозапуск електродвигунів були виконані розрахунки цих режимів на ПЕОМ за програмою, розробленою в пакеті MathCAD.
Для розрахунку таких схем прийнято метод вузлових напруг в матричній формі. Основне його рівняння має вид:
де:
Uu — вектор напруг вузлів, що знаходяться;
Yu — квадратна матриця вузлових провідностей схеми;
Iu — вектор вузлових струмів.
Квадратна матриця вузлових провідностей Yu розрахована за формулою:
Розрахункова формула для вектора вузлових струмів Iu:
Матриця зв'язків гілок з вузлами Р може бути сформована, виходячи з відомих векторів номерів початкових (N) та кінцевих (K) вузлів гілок. Для формування матриці Р використовується наступна функція користувача:
В процесі розрахунку режимів самозапуска асинхронних двигунів змінюються величини лише тих діагональних елементів матриці Yu, которые отвечают секциям с двигательной нагрузкой. Диагональні елементи матриці Yu, які відповідають секціям з двигуновим навантаженням. Діагональні елементи матриці Yu розбиваємо на дві частини: незмінну та змінну. Незмінна формується із гілок з постійними величинами опорів (системи, трансформатори, шинопроводи та інше) один раз на початку розрахунку режимів самозапуска асинхронних двигунів. Змінна частина матриці Yu формується на кожному кроці розрахунку режиму у вигляді вектора діагональних елементів асинхронних двигунів секцій, який потім приєднується до постійної частини матриці Yu.
Процесу самозапуску передує режим вибіга агрегатів. Розрізняють індивідуальний і груповий вибіг електродвигунів. Зниження частоти обертання електродвигуна при індивідуальному вибігу відбувається під дією моменту опору механізму. Для кожного асинхронного двигуна визначається нова частота обертання на основі розв`язання основного рівняння руху ротора:
где Моб=0 — для режиму індивідуального вибігу;
wi и wi-1 — частота обертання на і-ом і попередньому кроці розрахунку;
Δt — крок розрахунку.
де:
M0 — початковий момент опору, в.о.;
KЗ — коефіцієнт завантаження, в.о.;
w — частота обертання агрегату, в.о.;
n — показник ступеня, залежний від типу механізму.
Для режиму вибігу і самозапуску M0=0.
Механічна постійна часу агрегату Tj, визначається по відомому сумарному моменту інерції агрегату і номінальним параметрам привідного асинхронного двигуна:
При підживленні двигунами близького КЗ вибіг відбуватиметься по крутішій характеристиці, унаслідок виникнення додаткового гальмівного моменту. При груповому вибігу частина двигунів, що мають великі постійні часу агрегатів, переходять в генераторний режим і віддають частину своєї кінетичної енергії двигунам, що мають менші постійні часу агрегатів і працюючих при цьому в руховому режимі. Так, наприклад, для в. п. ТЕС при тривалості перерви живлення 1-2,5 с. частота обертання двигунів вентиляторів при груповому вибігу виявляється приблизно на 5% нижче, ніж при індивідуальному, а середня частота обертання двигунів насосів — приблизно на 15% вище, ніж при індивідуальному вибігу.
При вибігу двигунів, якщо пауза викликана відключенням джерела живлення, на шинах зберігається залишкова напруга, що генерується двигунами, що перейшли в генераторний режим. Величина і швидкість загасання цієї напруги визначається багатьма чинниками: попереднім режимом роботи, умовами вибігу, типом двигуна і механізму, електромагнітними параметрами двигуна.
Залишкова напруга на шинах власних потреб електростанцій міняється не тільки по модулю, але і по фазі щодо напруги мережі. Коли напруга двигунів буде зсунута на 180° по відношенню до напруги мережі, їх різниця виявиться максимальною. При повторній подачі напруги у цей момент струм включення двигуна може перевищити пусковий струм більш ніж в 2 рази [6]. Для системи в.п. електростанцій зміна кута між вектором залишкової напруги і вектором напруги мережі до 180° відбувається за 0,3-0,5 с, а величина залишкової напруги за даний час складає 0,5-0.7 номінального. Максимальне значення ударного електромагнітного моменту, що перевищує в 1,5-2 рази момент при короткому замиканні досягається при кутах включення 180°±(45°-75°). З цієї точки зору бажано мати достатньо великий проміжок часу до відновлення напруги, щоб забезпечити достатнє зниження залишкової напруги і набути допустимі значення ударного струму і моменту при повторному включенні. Напруга на шинах власних потреб електростанцій практично повністю затухає за 2 с [6]. З другого боку, в даний час прагнуть максимально зменшити час перерви живлення, щоб зниження частоти обертання двигунів було якомога менше, що полегшує самозапуск, але при цьому виникаємо небезпека несинхронних включень. Тому для асинхронних двигунів з великою потужністю і всіх синхронних двигунів вимагається здійснювати контроль кута включення при малих перервах живлення.
Розрахунок групового вибігу виконується за диференційними рівняннями в системі координат х, у з осями, що синхронно обертаються. Система рівнянь приведена до нормальної форми Коши і записана відносно потокозчеплень обмоток статора і ротора.
Початкове значення потокозчеплення обмоток статора і ротора визначаються з усталеного режиму, при якому прирощення потокозчеплень дорівнюють нулю.
При зникненні живлення відбувається скачок потокозчеплень обмотки статора, виникаючий в момент відключення групи електродвигунів. Цей скачок є однаковим для всіх двигунів і нові значення потокозчеплень визначаються як:
Потім знову розраховуються потокозчеплення ланцюга намагнічування за умови, що потокозчеплення ротора залишаються без змін. Напруга на секції у процесі групового вибігу визначається за такими залежностям:
Таким чином, при розрахунку режиму групового вибігу, на кожному кроці розрахунку визначається напруга на секції по значенням потокозчеплень двигунів і їх диференціалам із попереднього кроку розрахунку, а потім розв`язується для кожного двигуна система диференційних рівнянь за допомогою метода Рунге-Кутта з фіксованим кроком розрахунку. Розрахунок ведеться до заданого часу перерви живлення.
Сумісно з системою вирішується основне рівняння руху ротора, що дозволяє визначити частоти обертання на кожному кроці розрахунку.
Розрахунок режиму самозапуску виконується на основі розрахунку напруг у вузлах схеми та розв'язання основного рівняння руху ротора. Для одержання цих напруг доцільно використовувати метод вузлових напруг.
Знаючи частоту обертання кожного двигуна наприкінці режиму вибігу, а також залежності параметрів заступної схеми від ковзання та напругу на секції, можна визначити опір кожного двигуна, що приймає участь у груповому вибігу, а також їх загальний опір. Після цього корегуються відповідні значення у матриці вузлових провідностей і розраховується напруга на секції у момент відновлення живлення.
Для першого кроку розрахунку самозапуску беруться значення частот обертання асинхронних двигунів з останнього кроку режиму вибігу, а напруга з методу вузлових напруг. Розрахунок виконується до тих пір доки усі двигуни не досягнуть номінальних частот обертання, або час самозапуску перевищить максимально припустимий за технологічними вимогами основного устаткування.
Частота обертання на початку вибігу визначається параметрами доаварійного режиму і визначається по коефіцієнту завантаження агрегату і відомій величині ковзання в номінальному режимі [6]:
Для розрахунку режиму самозапуска необхідне знання пускових характеристик двигунів, що беруть участь у самозапуску. Вираз для обертаючого моменту асинхронного двигуна:
Знаючи залежність струму статора від ковзання можна визначити провідність кожного к-ого двигуна до моменту повторної подачі напруги і загальну їх провідність:
Струм і напругу на затисках двигунів знаходиться, як:
Розрахунок ведеться до тих пір, поки струми і швидкості двигунів не досягнуть величини попереднього режиму. Час самозапуска окремих двигунів визначається як сума інтервалів, впродовж яких двигун одержує прискорення, і його швидкість була менше швидкості попереднього режиму:
Отримані результати:
— успішний самозапуск електричних двигунів при збільшеній складності схеми живлення;
— задовільні результати перевірки обладнання і струмопроводів за умовами роботи при КЗ;
— введення розділового трансформатора в магістралях робочого живлення дозволило знизити до допустимих величину струмів замикання на землю, уникнути ускладнення схем через фазового зсуву між робочим і резервним живленнями;
— вдалося зберегти мінімальну кількість щаблів селективності за часом.