Определение провала напряжения на шинах ГРЩ

К генераторам переменного тока предъявляются требования по обеспечению поддержания напряжения при сбросе и набросе нагрузки и особенно при пуске мощных короткозамкнутых асинхронных двигателей ( АД ).

Вот некоторые положения из требований Регистра, определяющих допустимый провал напряжения (XI, 10.6)

Любое внезапное изменение симметричной нагрузки генератора, работающего при номинальной частоте вращения и при номинальном напряжении, при имеющихся токе и коэффициенте мощности, не должно вызывать снижения номинального напряжения ниже 85% и повышения выше 120%. После этого напряжение генера­тора должно в течение не более 1,5 с восстанавливаться в пределах ±3% номи­нального напряжения. Для аварийных агрегатов эти значения могут быть увеличены по времени до 5с и по напряжению до ±4% номинального.

Максимальный провал напряжения на зажимах синхронного генератора при пуске короткозамкнутого АД зависит от

• пускового тока двигателя во время пуска,

• значений переходного и синхронного индуктивных сопротив-
лений генератора,

• постоянной времени обмотки возбуждения

• свойств регулятора напряжения.

Чем выше значения указанных величин, тем больший максимальный провал напряжения может иметь место.

Следует также отметить, что по сравнению с пуском двигателя при холостом ходе пуск нагруженных двигателей вызывает больший провал напряжения генератора. Это объясняется тем, что инерционность у двигателя под нагрузкой значительно больше, чем на холостом ходу.

Коэффициент мощности набрасываемой нагрузки в пределах от 0 до 0,5 не оказывает существенного влияния на значение провала напряжения. При коэффициентах мощности более 0,5 значение провала напряжения резко уменьшается. Значение максимального провала напряжения у предварительно нагруженного генератора обычно на 2-3 % меньше, чем у генератора, работающего на холостом ходу, так как нагруженный генератор является как бы более подготовленным к приему последующей нагрузки. Предварительная нагрузка в виде асинхронных дви­гателей при больших провалах напряжения обеспечивает некоторую стабилизацию напряжения, так как они сами переходят в генераторный режим работы.

При определении провалов напряжения в случае пуска электродвигателя от нескольких близких по мощности параллельно работающих генераторов (с одинаковой системой возбуждения) необходимо привести исходные данные к общим базисным условиям. Для однотипных генераторов данную методику расчета применяют без каких-либо дополнений, принимая мощность расчетного генера­тора равной сумме мощности генераторов электростанции.

Для предварительной оценки значения провала напряжения генератора можно принять, что максимальный провал напряжения равен начальному ( в первый момент пуска при t =0), тогда согласно упрощенной схемы питания электродвигателя ( рис2.15 ) :

∆U _г = х ^/_d / (х ^/_d + х _д ) ( 2.14.1 )

где х ^/_d - переходное индуктивное сопротивление генератора; х _д – пусковое индуктивное сопротивление асинхронного двигателя, приведенное к баз исной мощности генератора.

Рис. 2.15 Схема замещения цепи питания электродвигателя

Максимальные провалы напряжения ожидаются при прямом пуске самого мощного АД, когда в работе находится один генератор. Для определения величины провала напряжения применяют следующие методы:

- аналитический метод,

- графический метод расчета провалов напряжения,

- численный метод совместного решения уравнений синхронного генератора и АД с помощью ЭВМ,

- графоаналитический метод с использованием расчетных кривых токов к.з.

Аналитический метод расчета провалов напряжения, рекомендованный отраслевым стандартом, достаточно сложен и трудоемок.

Графический метод расчета максимального провала напряжения на шинах ГРЩ прост и достаточно точен. Основан на использовании графиков ∆U _г =f (y, cos φ), где у – полная проводимость подключаемой нагрузки (уо.е. = 1/ Z _к) , cos φ – коэффициент мощности двигателя в момент его подключения (рис.2.16 ). При использовании этого метода необходимо наличие графиков для каждого типа генератора. Для некоторых типов генераторов МСК и МСС эти графики имеются в Справочнике судового электротехника т.1.

∆U _г%

						cos φ=0,4
									0,7	0,8

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 У о.е

Рис. 2.16 Зависимости максимальных провалов напряжения от полной проводимости нагрузки для генераторов МСК 92-4, МСС 92-4

Графоаналитический метод с использованием расчетных кривых токов к.з. наиболее универсален и рекомендуется для расчета провала напряжения в данном проекте. Данным методом рассчитывается провал напряжения для каждого последующего момента времени с момента пуска АД. Точность расчета соблюдается в пределах с момента пуска t = 0 до t =0,5 с. Для последующих моментов времени пуска существенно изменится величина скольжения АД и соответственно его полное сопротивление.

Записываются следующие данные генератора и двигателя:

- полная мощность генератора S _г,

- номинальное напряжение генератора U _г

- мощность двигателя на валу P _дв,

- пусковой коэффициент К _пуск,

- коэффициент мощности двигателя при пуске cos j _пуск ,

- коэффициент мощности двигателя номинальный cos j _ном,

- длина кабеля от шин ГРЩ до двигателя и его сечение L каб. и S _каб.

Порядок расчета:

1. Определяется полная номинальная мощность двигателя

S _дв = P _дв / cos j _ном,

2. Находится полное сопротивление двигателя в относительных единицах к моменту запуска:

Z ^*_дв = 1 / К_пуск,

Пусковой коэффициент в пределах 5 – 7 уточняется по каталожным данным двигателя.

3. Находится активное и индуктивное сопротивление АД в относительных единицах: r¹_{* дв} = Z ^*_дв * cos j _пуск,

х¹_*дв = Z ^*_дв * sin j _пуск

Далее эти сопротивления выражают в относительных единицах системы

r ^* _дв = r¹_{* дв} * S _г / S _дв

х*дв = х¹_*дв * S _г/ S _дв

4.Полное расчетное сопротивление включает в себя сопротивления от генератора до шин ГРЩ ( рассчитанные в разделе 6 - r ^* и х* ), сопротивления участка от шин ГРЩ до АД (r ^*_у , х*_у ), сопротивления самого АД в момент пуска (r ^* _дв, х*дв ):

Z ^*_{пол. расч.} = Ö ( r ^* + r ^*_у + r ^* _дв ) ² + (х* + х*_у + х*дв ) ² (2.14.2)

5. С помощью расчетных кривых токов к.з. для генератора находят действующее значение периодической составляющей тока I^*_пер для рассчитанного значения Z ^*_{пол. расч} в разные моменты времени от t = 0 до t = 0,5 с

6. Определяют полное сопротивление участка от шин ГРЩ до АД, включая сопротивление АД:

Z ^*_{дв. рас.} = Ö (r ^*_у + r ^* _дв ) ² + (х*_у + х*дв ) ² ( 2.14.3)

7. Напряжение на шинах в относительных единицах определяют как произведение U^*_ш = I^*_пер * Z ^*_{дв. рас} для выбранных ранее моментов времени.

Вычисленные значения сводят в таблицу.

Таблица№ 9

Параметры в относит. ед.	Время t с
	0,01	0,05	0,1	0,15	и т. д.
I*пер
U*ш

На основе рассчитанных значений U^*_ш строится кривая переходного процесса провала напряжения U^*_ш = f (t ) и определяется его максимальное значение.

При расчете провала напряжения данным методом удобно использовать пакет Microsoft Excel.

Для предварительной оценки значения провала напряжения генератора можно принять, что максимальный провал напряжения равен начальному в первый момент пуска при t =0, тогда согласно упрощенной схемы питания электродвигателя ( рис 2.15 ) провал напряжения равен :

∆U _г = х ^/_d / (х ^/_d + х _д.)

где: х ^/_d - переходное индуктивное сопротивление генератора;

х _д – пусковое индуктивное сопротивление асинхронного двигателя, приведенное к базисной мощности генератора

Записываются следующие данные генератора и двигателя:

- полная мощность генератора S _г,

- номинальное напряжение генератора U _г

- мощность двигателя на валу P _дв,

- пусковой коэффициент К _пуск,

- коэффициент мощности двигателя при пуске cos j _пуск ,

- коэффициент мощности двигателя номинальный cos j _ном,

Порядок расчета:

3. Определяется полная номинальная мощность двигателя

S _дв = P _дв / cos j _ном,

4. Находится полное сопротивление двигателя в относительных единицах к моменту запуска:

Z ^*_дв = 1 / К_пуск,

Пусковой коэффициент в пределах 5 – 7 уточняется по каталожным данным двигателя.

3. Находится активное и индуктивное сопротивление АД в относительных единицах: r¹_{* д} = Z ^*_дв * cos j _пуск,

х¹_*д = Z ^*_дв * sin j _пуск

Далее эти сопротивления выражают в относительных единицах системы

r ^* _д = r¹_{* д} * S _г / S _дв

х*д = х¹_*д * S _г/ S _дв

Переходное индуктивное сопротивление генератора х ^/_d определяется из таблицы технических данных генератора ( см. Приложение).

Далее рассчитывается провал в % и сравнивается с допустимым.