Текст
                    БИБЛИОТЕКА ЭЛЕКТРОМОНТЕРА
У. К. КУРБАНГАЛИЕВ
САМОЗАПУСК
ДВИГАТЕЛЕЙ
СОБСТВЕННЫХ
НУЖД
ЭЛЕКТРО-
СТАНЦИЙ
ЭНЕРГОИЗДАТ

СОДЕРЖАНИЕ Введение ..................................................... 3 1. Общая характеристика агрегатов собственных нужд. Сте- пень ответственности механизмов в технологическом процессе ....... Г> 2. Схемы собственных нхж I. Основные требования к схемам собственных нужд • . ...........................10 3. Принцип работы асинхронного электродвигателя. Пуск п выбег электродвигателя . . . 1(> 4. Общие сведения о самозапускс электродвигателей . . 23 5. Определение электромеханических характеристик агрегатов собственных нужд . . .....................1’7 G. Подготовка и проведение опыта самозапуска электродви- гателей . . . ...........................31 7. Расчет самозапуска электродвигателей собственных нужд 44 8. Выводы и некоторые меры по повышению надежности собственных нужд с учетом самозапуска электродвига- телей ... ......................53 Список литературы ... ..............3 стр. обл.
Библиотека ЭЛЕКТРОМОНТЕРА Основана в 1959 г. Выпуск 536 У. К. КУРБАНГАЛИЕВ САМОЗАПУСК ДВИГАТЕЛЕЙ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ЕЭ Москва Энергоиздат 1982
ББК 31.277.1 К 93 УДК 621.311.182:621.316.717 Редакционная коллегия: В. Н. Андриевский, С. А. Бажанов, Ю. В. Зайцев, Д. Т. Ко- маров, В. П. Ларионов, Э. С. Мусаэлян, С. П. Розанов, В. А. Семенов, А. Д. Смирнов, А. Н. Трифонов, П. И. Усти- нов, А. А. Филатов Курбангалиев У. К. К 93 Самозапуск двигателей собственных нужд элек- тростанций.— М.: Энергоиздат, 1982. — 56 с. ил.— (Б-ка «электромонтера; Вып. 536). 15 к. Рассмотрены общая характеристика агрегатов собственных нужд электростанции, процессы их пуска и выбега. Описано влияние само- запуска на технологический режим работы энергоблока. Изложены об- щие требования к схемам электроснабжения с. н. н приведены наибо- лее распространенные нз них. Приведены упрощенный расчет самоза- пуска электродвигателей с. н. и некоторые меры, позволяющие повы- сить надежность работы с. н. Для электромонтеров и техников, занятых эксплуатацией н налад- кой электрооборудования на электростанциях. 2302040000-273 ББК.31.277Л К051(01)-82 ,2|‘82 6П2.11 УСМАН КЙАМОВИЧ КУРБАНГАЛИЕВ Самозапуск двигателей собственных нужд электростанций Редактор П. С. Кабанов Редактор издательства И. А. Сморчкова Обложка художника Т. Н. Хромовой Технический редактор Л. В. Изгаршева Корректор 3. Б. Драновская ИБ № 1477 . ' Сдано в набор 19.02.82 Подписано в печать 12.04.82 Т-08945 Формат 84X108’/32 Бумагами пографска я № 3 Гарнитура литературная Печать высекая Усл. печ. л. 2,94 Усл. кр.-отт. 3,25 Уч.-нзд._л. 3,95 Тираж 18 000_экз. Заказ 49 Цена 15 к. Энергоиздат, 113114, Москва, М-114. Шлюзовая наб., 10 Московская типография № 10 Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 113114, Москва. М-114, Шлюзовая наб., 10 © Энергоиздат, 1982
ВВЕДЕНИЕ Термин «самозапуск» является одним из наиболее часто употребляемых при рассмотрении вопроса о на- дежности работы собственных нужд тепловых электро- станций. Видный советский ученый-энергетик доктор техн, наук И. А. Сыромятников, внесший большой вклад в те- орию самозапуска и решение практических вопросов повышения надежности собственных нужд станций, от- мечал: «Важнейшим эксплуатационным переходным ре- жимом, обеспечивающим непрерывность технологичес- кого процесса, является самозапуск двигателей — такой режим, при котором двигатели, снизившие свою ско- рость за время короткого замыкания в сети или за вре- мя переключения на резервный источник питания, не отключаются защитой, а при восстановлении напряже- ния достигают нормальной скорости» [1]. В связи с этим необходимо подчеркнуть, что на элек- тростанциях все важнейшие механизмы собственных нужд (с. н.) одновременно обеспечивают непрерывность технологического процесса превращения химической энергии топлива в тепловую и электрическую энергию, т. е. нормальную работу энергоблока, а нарушение работы любого ответственного механизма с. н. приводит к нарушению работы всего энергоблока. Отсюда и вы- сокие требования, которые предъявляются к обеспечению непрерывности работы механизмов с. н. Этим объясня- ется также и то большое внимание, которое уделяется в Советском Союзе вопросам обеспечения успешного самозапуска электродвигателей с. н., особенно в связи с вводом в эксплуатацию блочных электростанций с аг- регатами мощностью 150 МВт и более. Важные экспе- риментальные исследования возможности самозапуска и его протекания в рабочем режиме энергоблоков были выполнены Союзтехэнерго и его отделениями, ВНИИЭ, МЭИ и отдельными энергосистемами [2, 3] . Результаты 3
испытаний на энергоблоках выявили существенное вли- яние режима самозапуска электродвигателей на весь технологический процесс блока. Выявилось, что допусти- мая длительность самозапуска определяется в основном не нагревом электродвигателей, а изменением техноло- гических параметров. Указанные испытания позволили уточнить директивные материалы Минэнерго СССР, оп- ределяющие требования к обеспечению самозапуска. Эти требования должны учитываться при проектирова- нии электростанций и в процессе их эксплуатации. Серьезное внимание вопросам самозапуска электро- двигателей, особенно синхронных, уделяется также в ря- де других отраслей промышленности, в частности в ме- таллургической, где известны работы треста «Энерго- чермет» [2]. В настоящее время, в связи с ростом единичных мощ- ностей энергоблоков, имеющимся опытом внедрения бес- цеховых структур управления эксплуатационный персо- нал электростанций должен ясно представлять явления в различных переходных режимах работы блока, одним из которых является процесс самозапуска механизмов с. н. При этом персонал должен обладать знаниями как в области электрической, так и теплотехнической части энергоблока. Процессы при самозапуске электродвигателей на не- блочных и блочных электростанциях принципиально одинаковы. Однако в связи с тем, что в настоящее вре- мя развитие энергетики происходит преимущественно пу- тем ввода в эксплуатацию крупных блоков, в том числе и на ТЭЦ, в книге освещены результаты испытаний на блочных тепловых электростанциях.
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АГРЕГАТОВ СОБСТВЕННЫХ НУЖД. СТЕПЕНЬ ОТВЕТСТВЕННОСТИ МЕХАНИЗМОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ На рис. 1 приведены в упрощенном виде тепловая и электрическая схемы энергоблока. Нормальная работа основного технологического обо- рудования: парового котла ПК, паровой турбины Т, ге- нератора Г и повысительного трансформатора Тр — обеспечивается многочисленными механизмами с. н. В качестве электропривода механизмов с. н. в настоя- щее время в основном используются трехфазные асин- хронные электродвигатели переменного тока с коротко- замкнутым ротором, отличающиеся простотой конструк- ции и высокой надежностью в эксплуатации. С ростом единичной мощности энергоблоков до 300— 800 МВт значительно выросли и мощности электродви- гателей с. н., достигшие 8 МВт. Изменились также уров- ни рабочего напряжения мощных электродвигателей; электродвигатели мощностью более 200 кВт работают при напряжении 6 кВ вместо применявшегося ранее на- пряжения 3 кВ. Остальные электродвигатели работают при напряжении 0,4 кВ. Для более ясного представления о значении и месте отдельных механизмов в технологическом процессе те- пловой электростанции рассмотрим их назначение и краткие характеристики. Питательные насосы являются наиболее ответствен- ными агрегатами энергоблоков и служат для подачи во- ды в паровой котел. На современных мощных энерго- блоках, оснащенных прямоточными паровыми котлами, питательные насосы обеспечивают циркуляцию воды в замкнутом пароводяном контуре блока и отличаются высоким напором (до 30—35 МПа/см2) * и высокой про- * 1 МПа=10,2 кгс/смг. 2—49
изводительностью. Производительность насоса опреде- ляется количеством вырабатываемого паровым котлом пара, которое составляет около 3 т/ч на 1000 кВт выра- батываемой мощности при параметрах острого пара пе- ред турбиной 24 МПа и 545—565°С, при более низких параметрах расход пара на 1 кВт увеличивается. В ка- честве привода основных рабочих питательных насосов Рис. 1. Упрощенная технологическая схема энергоблока, работаю- щего на жидком топливе. ПК — паровой котел; Т — турбина; Г — генератор; Тр — силовой трансформа- тор; В — выключатель; ВЛ — воздушная лнння электропередачи; ТСН — транс- форматор с. н.; механизмы с. н.; ПТН — питательный насос с турбоприводом; ПЭН — питательный насос с электроприводом; БН — бустерные питательные насосы; КН1 и КН2 — конденсатные насосы I н II подъема; ЦН — циркуля- ционные насосы; ДР — деаэратор; ПВД — подогреватели питательной воды высокого давления; ПНД — подогреватели низкого давления; ДВ— дутьевые вентиляторы; Д —дымосос; НПМ— насосы подачи мазута; К — конденсатор; Ф — фильтр. на блоках 300—800 МВт служат паровые турбины, при- водимые во вращение паром, отбираемым от основной турбины блока. Для привода пускорезервных питатель- ных насосов на блоках 300 МВт применяются асинхрон- ные электродвигатели типа АВ (ЛТД)-8000/6000 мощно- стью 8 МВт с водяным охлаждением короткозамкнутой обмотки ротора и стали статора. На энергоблоках мень- шей мощности в качестве приводов основных питатель- ных насосов используются асинхронные электродвигате- ли мощностью 2—5 МВт (ATM-2000, АТМ-3500, АС-3200, АС-5000). Электродвигатели питательных насосов имеют, как правило, номинальную частоту вращения около 3000 об/мин. Сопряжение электродвигателей с насосами 6
выполняется через повышающий редуктор и гидро- муфту. В основном пароводяном контуре энергоблока рабо- тают также конденсатные насосы, которе служат для откачки конденсата из конденсатора турбины и подачи его в деаэратор. С переходом на сверхкритические параметры пара на блоках мощностью 300 МВт и выше большое значение для повышения надежности работы парового котла и турбины имеет качество питательной воды. В связи с этим на блоках устанавливаются обессо- ливающие фильтры, через которые конденсат прокачи- вается конденсатными насосами I подъема. На этих же блоках для обеспечения требуемого давления воды на всасе питательных насосов имеются предвключенные бустерные питательные насосы. Тягодутьевые механизмы (дутьевые вентиляторы, вентиляторы горячего дутья, дымососы) служат для обеспечения требуемого режима горения топлива в па- ровом котле и удаления газообразных продуктов сгора- ния через дымовую трубу. Для их привода используются одно- и двухскорост- ные асинхронные электродвигатели типа ДАЗО в закры- том обдуваемом исполнении мощностью до 2—3,2 МВт, а также электродвигатели типов АЗ и ДАМСО. Циркуляционные насосы служат для подачи в кон- денсатор турбины воды для охлаждения отработавшего пара. В качестве циркуляционных насосов применяются вертикальные осевые и центробежные насосы, а для их привода одно- и двухскоростные асинхронные электро- двигатели вертикального исполнения типов ДВДД, ВДД и ДЗДА. Эти насосы отличаются небольшим напором 0,1—• 0,4 МПа, но высокой производительностью (до 50 000 т/ч), что объясняется необходимостью большого количества охлаждающей воды для конденсации пара (в 30—60 раз больше по массе, чем масса охлаждаемого пара). Наличие поворотных лопастей у рабочего колеса насоса позволяет регулировать расход охлаждающей воды в зависимости от ее температуры и соответственно влиять на технико-экономические показатели блока в целом. В системе топливоприготовления на пылеугольных электростанциях для привода углеразмольных мельниц 2* 7
устанавливаются асинхронные и синхронные электро- двигатели мощностью до 2,5 МВт. На шаровых мельни- цах Ш-50 производительностью 50 т угольной пыли в час применены, в частности, синхронные электродвигатели ДСЗ мощностью 2,2 МВт гс частотой вращения 100 об/мин. Применение электродвигателя с такой низ- кой частотой вращения позволяет выполнить менее гро- моздким промежуточный редуктор. Угольная пыль после мельниц транспортируется потоком воздуха, создавае- мым мельничными вентиляторами. На газомазутных электростанциях жидкое топливо подается в паровой котел мазутными насосами I и II подъема. Важную группу механизмов составляют механизмы £ электродвигателями напряжением 0,4 кВ мощностью От нескольких киловатт до 200 кВт, обеспечивающие нормальный режим работы турбогенератора, повыси- тельных блочных трансформаторов и крупных агрега- тов. К ним относятся: валоповоротное устройство турбо- агрегата, водяные насосы охлаждения обмоток генера- торов с непосредственным охлаждением, водяные насо- сы газоохладителей генераторов, масляные и водяные насосы в системе охлаждения трансформаторов, масля- ные насосы смазки и охлаждения подшипников турбоге- нератора (а также питательных насосов, дымососов и турбовоздуходувок крупных блоков). Работа сервопри- водов системы регулирования мощности турбин обеспе- чивается маслонасосами пли насосами огнестойкой жид- кости. На блоках 300—500 МВт, выпускаемых Харьков- ским турбинным заводом, в системе регулирования при- меняется конденсат и соответственно применяются кон- денсатные насосы регулирования. Современные энергоблоки практически полностью автоматизированы и поэтому оснащены большим коли- чеством запорной и регулирующей арматуры с электро- приводом, для чего применены короткозамкнутые асин- хронные электродвигатели мощностью до нескольких киловатт. Как известно, асинхронные двигатели потребляют из сети активную мощность, определяемую (без учета по- терь) загрузкой механизма, т. е. полезной работой. Кро- ме того, для создания электромагнитного поля электро- двигатель потребляет и так называемую реактивную мощность. Потребляемый электродвигателем ток отста- 5
ет по фазе от напряжения, т. е. электродвигатель рабо- тает с отстающим cos<p (<р—угол между векторами тока электродвигателя и подведенного к нему напряжения). Применение синхронных электродвигателей позволя- ет в ряде случаев за счет увеличения тока возбуждения отдавать в сеть реактивную мощность, что способствует поддержанию напряжения на шинах с. н. При этом ток синхронного электродвигателя опережает напряжение, т. е. двигатель работает с опережающим cos ср. Для повышения устойчивости работы синхронных электро- двигателей в переходных режимах, например при крат- ковременных понижениях питания, применяется про- стейшая релейная форсировка возбуждения. Однако синхронные электродвигатели в настоящее время широ- кого распространения на электростанциях не получили. Это объясняется отчасти и тем, что наличие системы возбуждения у синхронных электродвигателей создает определенные трудности в эксплуатации и усложняет обеспечение их самозапуска. С другой стороны, с ростом единичной мощности проявляются недостатки асинхронных электродвигате- лей: большой пусковой ток и малый пусковой вращаю- щий момент, вследствие чего усложняется их конструк- ция (в частности, усложняется конструкция обмотки ро- тора). В тех случаях, когда требуется в широких пределах изменять производительность или частоту вращения аг- регатов, находят применение электродвигатели постоян- ного тока. Такими механизмами являются шнековые пи- татели пыли пылеугольных котлов, механизмы кранов- перегружателей. Электродвигатели постоянного тока применяются также для привода особо ответственных механизмов, от работы которых зависит сохранность ос- новного оборудования в аварийных ситуациях. К таким механизмам относятся резервные маслонасосы смазки подшипников турбоагрегата, уплотнения вала турбогене- раторов с водородным охлаждением, насосы системы ре- гулирования. Гарантированность питания электродвига- лей этих механизмов обеспечивается за счет присоеди- нения их к аккумуляторным батареям. Однако электродвигатели постоянного тока конст- руктивно сложнее (наличие коллектора, щеточного ап- парата), а также сложнее их эксплуатация, поэтому об- ласть применения их ограничена. 9
Механизмы с. н. на электростанциях, с точки зрения Допустимости их временного отключения без нарушения основного технологического режима или без поврежде- ния основного оборудования, делятся на ответственные и неответственные. Ответственными механизмами являются не только механизмы, непосредственно участвующие в основном технологическом процессе, но и вспомогательные меха- низмы, нарушение работы которых ведет к нарушению работы или выходу из строя основного оборудования. К ответственным механизмам с. н. относятся: пита- тельные, конденсатные, бустерные, циркуляционные, эжекторные насосы, дымососы, дутьевые вентиляторы, дымососы рециркуляции, вентиляторы горячего Дутья, насосы подачи мазута. К ответственным механизмам относятся также вспо- могательные механизмы: валоповоротное устройство, насосы охлаждения генератора, массонасосы уплотнения вала генератора, маслонасосы смазки подшипников тур- боагрегата, маслонасосы смазки подшипников питатель- ных насосов и дымососов, насосы системы регулирова- ния, насосы охлаждения силовых трансформаторов с циркуляционной системой охлаждения, механизмы вра- щения регенеративных воздухоподогревателей и некото- рые другие. К неответственным механизмам, в работе которых допускается более или менее длительный перерыв без нарушения технологического режима энергоблока, отно- сятся: шаровые мельницы, мельничные вентиляторы, ме- ханизмы топливоподачи, питатели сырого угля, насосы сырой воды, насосы системы гидрозолоудаления и ряд других вспомогательных механизмов. .2. СХЕМЫ СОБСТВЕННЫХ НУЖД. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СХЕМАМ СОБСТВЕННЫХ НУЖД Схемой с. н. на современных тепловых электростан- циях во многом определяется надежность и устойчи- вость технологического процесса, поэтому к схемам с. н. предъявляются следующие основные требования: рабочее и резервное питание с. н. должно обеспечи- вать требуемую надежность работы механизмов с. н. в рабочих и аварийных режимах; 10
схемы с. н. должны обеспечивать самозапуск меха- низмов с. н. в режимах, определенных директивными ма- териалами; при блочном построении электростанции принцип блочности должен соблюдаться также и в построении схемы с. н.; схемы с. н. должны быть достаточно экономичными. Выполнение этих требований обеспечивается тем, что при проектировании пользуются существующими Нор- мами технологического проектирования и другими нормативными и директивными материалами. На рис. 2 показаны основные варианты схем с. н. тепловых электростанций, построенных по блочному принципу. Как видно из приведенных схем, рабочее питание с. н. осуществляется от трансформаторов, при- соединенных ответвлением к токопроводу генераторного напряжения. Рабочие трансформаторы с. н. на стороне высшего напряжения имеют напряжение, равное напря- жению генераторов (13,8; 15,75; 18; 20; 24 кВ). Резерв- ные трансформаторы питаются с шин ПО—330 кВ или от третичных обмоток автотрансформаторов, связываю- щих два распредустройства повышенного напряжения, например 220 и 500 кВ. Мощность рабочих трансформаторов с. н. выбирает- ся по методике, разработанной институтом «Теплоэлек- тропроект» с учетом действительной нагрузки секций и одновременности работы отдельных потребителей. Мощность резервных трансформаторов с. н. на блоч- ных электростанциях выбирается по условию обеспече- ния замены рабочего трансформатора с. н. одного блока с полной нагрузкой при одновременном пуске или оста- нове другого блока; количество резервных трансформа- торов для электростанции определяется Нормами техно- логического проектирования. Особенность схем с. н. блоков 150—300 МВт заклю- чается в том, что питание секций 6 кВ блока осуществляется от расщепленных обмоток низшего на- пряжения трансформаторов. Преимуществом этих трансформаторов является то, что вследствие большого индуктивного сопротивления между обмотками НН, изменение режима работы одной из них (даже КЗ на шинах 6 кВ) не приводит к значи- тельному изменению напряжения на другой обмотке. Рабочие и резервные трансформаторы с. н. имеют на 11
Ц0-330кВ Рис, 2. Схемы питания с. н. блочных электростанций. с — с двухобмоточными трансформаторами с. н.; б — с трансформаторами с. н.» имеющими расщепленную обмотку низшего напряжения; Г1—Гп— генераторы блоков; ТСН1 и ТСН2—рабочие трансформаторы с. н. блоков; ПРТСН — пу- скорезервный трансформатор с. и. стороне высшего напряжения устройство для регулиро- вания напряжения под нагрузкой (РПН). Для питания нагрузки 0,4 кВ устанавливаются 2—3 рабочих трансформатора 6/0,4 кВ мощностью 750— 1000 кВ-А, которые присоединены к шинам 6 кВ собст- венного блока. 12
Резервные трансформаторы 6/0,4 кВ присоединяются к шинам 6 кВ других блоков. Большое значение имеет правильное распределение присоединения механизмов и трансформаторов 6/0,4 кВ к секциям с. н. электростан- ции. При выборе трансформаторов с. н. приходится счи- таться со следующими двумя противоречивыми требова- ниями: 1) трансформатор с. н. должен иметь возможно меньшее собственное сопротивление, которое, как изве- стно, определяется его напряжением КЗ ик, чтобы в ре- жиме группового самозапуска электродвигателей напря- жение на их выводах было достаточным для успешного разворота, т. е. падение напряжения в трансформаторе не должно быть чрезмерно большим; 2) трансформатор с. н. должен обладать достаточно высоким сопротивлением для ограничения токов КЗ, до таких значений, при которых обеспечивается динамиче- ская стойкость выключателей, применяемых в комплект- ных распределительных устройствах (КРУ) 6 кВ. С учетом этих требований при применении в КРУ выключателей ВМП-10 трансформаторы с. н. с расщеп- ленной обмоткой на стороне 6 кВ могут иметь мощность 25 MB-А при пк = 10% и 32 MB-А при пк=12%; при применении выключателей ВМПЭ-10 — соответственно 32 MB-А при пк = 8% и 40 MB-А при пк=10%; при применении выключ'ателей ВЭМ-6 — 40 МВ-А при ик~ =8% и 63 МВ-А при пк=10,5%. Допустимый ударный ток КЗ .указанных выключателей: ВМП-10 52 кА; ВМПЭ-10 80 кА; ВЭМ-6 125 кА. В настоящее время на крупных тепловых электро- станциях находится в эксплуатации большое число энергоблоков мощностью 300 МВт. На рис. 3 приведена типовая схема с. н. электростанции мощностью 2400 МВт (8 блоков по 300 МВт), работающей на жидком топли- ве, а на рис. 4 приводятся схема с. н. одного блока и полный состав механизмов с. н. 6 кВ. Важным элементом с. н. является аккумуляторная батарея, которая служит для питания цепей управления, защиты й автоматики, а также наиболее ответственных механизмов с. н., обеспечивающих сохранность оборудо- вания и его безопасность в аварийных ситуациях, напри- мер при исчезновении питания с. н. переменным током. В связи с этим на тепловых электростанциях устанавли- 3—49 13
ZZOkB hATZZO/SOOkB Рис. 3. Типовая схема с. и. 6 кВ станции мощностью 2400 МВт. CIA, С1Б—С8А, CSS —секции 6 кВ блоков6/—Л трансФ°РматоР1>1 с- И, 20/6—6 кВ; Т20, ТЗО — иускорезервные -трансформаторы с. н. <W * »- К генератору руу TBB~3Z0~Z го/б,з/в,зкв ЯЯПППкЯ'А Секция А 6кВ Рис. 4. Схема с. н. блока 300 МВт, работающего на жидком топливе. — Т40-А, Т40-Б, Т40-В — трансформаторы с. н. 6/0,4 кВ; ПНЭ-А, ПНЭ-Б — подъемные насосы эжекторов; СН-А, CW-B —сливные насо сы; остальные обозначения см. на рис. 1. Внутри кружков приведены мощности электродвигателей.
ваются аккумуляторные батареи большой емкости СК-16, СК-24, СК-32 (в зависимости от мощности блока — по одной батарее на блок или два блока). 3. ПРИНЦИП РАБОТЫ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. ПУСК И ВЫБЕГ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Как было указано, наибольшее распространение на электростанциях получили асинхронные трехфазные электродвигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором. Принцип их работы основан на том, что при подве- дении к обмотке статора трехфазного напряжения в электродвигателе образуется вращающееся магнитное поле. Магнитные силовые линии этого поля пересекают стержни короткозамкнутой обмотки ротора и наводят в них ток. В результате взаимодействия этого-тока с вра- щающимся полем статора возникают электромагнитные силы, увлекающие ротор в направлении вращения поля. Таким образом, происходит превращение электри- ческой энергии в механическую. Ротор электродвигателя, работающего на этом прин- ципе, вращается всегда медленнее поля, так как только в этом случае в обмотке ротора наводится ЭДС и про- ходят токи. Это отставание ротора от поля называется скольжением и обозначается буквой з: “с —“п _ ис —«р s = —--------------, “с «р где (ос и <ор — соответственно синхронная и рабочая угловые скорости вращения ротора, а пс и пр— синхрон- ная и рабочая частоты вращения ротора. Основными параметрами любого электродвигателя являются: {/(ном — номинальное междуфазное (4—В; В—С; С—Д) напряжение, подводимое к обмотке стато- ра, В; /1ном — номинальный линейный ток статора, А (в каждой фазе питания); Рном номинальная активная мощность на валу электродвигателя, кВт; -ц — коэффи- циент полезного действия; cos<pnoM — номинальный коэф- фициент мощности; f — номинальная частота подведен- ного напряжения. 16
Все эти параметры приводятся на табличке электро- двигателя. Для любого момента времени: . потребляемая электродвигателем из сети полная мощ- ность, кВ-А, St=/31/./,; потребляемая электродвигателем из сети активная мощ- ность, кВт, Pt — j/3 UJi со s <р; активная мощность на валу электродвигателя, кВт, Р ~ UJj cos <р; в приведенных формулах Ui — междуфазное напряже- ние, подведенное к электродвигателю, кВ; Ц— линейный ток, А. Электрическая схема замещения электродвигателя и векторная диаграмма для одной фазы, позволяющие анализировать установившиеся режимы работы, приве- дены на рис. 5. На рисунке обозначены • следующие комплексные величины: Сйф—фазное напряжение ста- тора; /1ф — фазный ток статора; Zt, Xif — полное, ин- дуктивное п активное сопротивления обмотки фазы ста- тора; Z'2, Х'2, R'z— то же ротора; Zq, Хо, Ro — то же ветви намагничивания; 1'2— приведенный ток ротора; Ё'2 — ЭДС электродвигателя. Величины, относящиеся к обмотке ротора (вторич- ной), приведены к статору с учетом коэффициента трансформации между статором и ротором. Пуск электродвигателя. Разворот электродвигателя до нормальной частоты вращения представляет собой переходный процесс. В этом процессе скольжение рото- ра изменяется от $=1 (неподвижный ротор) до устано- вившегося значения $уст. Обычно асинхронные электро- двигатели в зависимости от степени загрузки приводи- мого механизма работают при скольженииsx0,154-0,01. Синхронная частота вращения поля электродвигате- ля определяется количеством пар полюсов обмотки статора р (т. е. соответствующим выполнением обмот- ки), об/мин: 17
Фактическая частота вращения электродвигателя при установившемся скольжении $, об/мин: /г=пс(1—s). Разворот электродвигателя происходит под действи- ем вращающего момента Л4гф, развиваемого электродви- гателем. Вращающий момент является результатом взаимодействия вращающегося поля статора и токов, наведенных в роторе. Рис. 5. Электрическая схема замещения электродвигателя (а) и векторная диаграмма для нормального режима работы (б). Момент со [ р о т и в л е н и я Мс является величи- ной, противодействующей вращению приводимого меха- низма. Процесс пуска электродвигателя в любой момент времени t определяется у р а в,н е н и е м моментов сил, действующих на вал агрегата; это уравнение на- зывается основным уравнением движения: Мизб* = AfB?# - ' Здесь электромагнитный вращающий момент элек- тродвигателя Мвр», момент сопротивления агрегата Мс*, избыточный момент Л1Иип* и а, выражены в долях (относительных единицах) от номинального значения вращающего момента электродвигателя и синхронной угловой скорости соответственно. Механическая посто- янная времени агрегата Та характеризует его инерцию и выражается в секундах. Физически постоянная време- 18
ни Та равна времени полной остановки работавшего при номинальной нагрузке электродвигателя после его от- ключения от сети под действием неизменного момента сопротивления Л1С* = const = 1. Значение «Га определяется по формуле т _ GIPan*c а 31)4/-'ном ’ Где GD\=GD\ + GD\iex у. . * \ “ном, Д J GD2a, GD\ и GD2Mex— моменты инерции агрегата, дви- гателя и механизма соответственно, т-м2; РЕОм — номи- нальная мощность электродвигателя, кВт; пс — синхрон- ная частота вращения, об/мин. В международной системе единиц СИ rj, _ СПгапгс а—3560РНОЛ1 ’ где GD2a — момент инерции, Н-м2; Рном — номинальная ‘ мощность двигателя> Вт. Если вращающий момент превышает момент сопро- тивления, т. е. Мизб>0, то происходит разворот агрегата до тех пор, пока не наступит равенство Л1Вр=Л4с, и элек- тродвигатель достигает установившейся частоты враще- ния. Значение вращающего момента электродвигателя Л1Бр пропорционально квадрату приложенного к элек- тродвигателю напряжения MBp=t72i. В именованных единицах Л1вр выражается в ньютонах на метр (1 Н-м= =0,1 кгс-м). На рис. 6 приведены характерные зависимости Мвр= =/(«) и для отдельных агрегатов. Точка пересечения кривых Л1вр* и Л1С. определяет установившееся скольжение, с которым работает дви- гатель, в этой точке Л1Вр*=Л1с*. Заштрихованная область соответствует значениям А1Изб* для разных скольжений при условии, что в про- цессе пуска [7=17НОМ.. Дымососы и дутьевые вентиляторы имеют так назы- ваемую вентиляторную характеристику момента сопро- тивления (рис. 6,а), который увеличивается по мере раз- ворота агрегата за счет упругого сопротивления газа и роста его трения о стенки газо- и воздухопровода. На- 2* 19
сосы, перекачивающие жидкость (вода, мазут, масло), имеют более пологую характеристику момента сопротив- ления; это объясняется тем, что жидкости практически несжимаемы. Рост момента сопротивления этих меха- низмов объясняется в основном ростом трения жидко- стей о стенки арматуры и трубопроводов с увеличением скорости движения жидкости. Мельницы, транспортеры, Рис. 6. Характерные зависимости вращающих моментов Л/г, р и мо- ментов сопротивления Мс от скольжения для отдельных агрегатов. а —с вентиляторной характеристикой Мс; б —с практически постоянным Л1с. краны имеют практически не зависящий от скольжения Мс (рис. 6,6), определяемый лишь их загрузкой. Харак- тер изменения Мс, естественно, определяет и требования к характеристике Л111р соответствующего электродвига- теля (к начальному Л1вр,Нач и максимальному Мвр>тах значениям). При включении электродвигателя по обмотке стато- ра проходит пусковой ток, зависимость которого от скольжения электродвигателя /пуск=/($) показана на рис. 7. Значение /пуск определяется значением полного со- противления электродвигателя 7Д, которое изменяется в процессе разворота и имеет минимальное значение при неподвижном роторе (s=l). Для питающей сети вклю- чение электродвигателя соответствует в первый момент металлическому трехфазному КЗ за пусковым сопро- тивлением 7д,пуск- Как видно из характера изменения 7пуск=/($), /д практически не меняется до скольжения s^0,2, а затем 20
довольно резко увеличивается, что приводит к резкому уменьшению пускового тока лишь в самом конце пуска. В каждый данный момент разворота электродвига- теля его полное фазное сопротивление определяется из выражения, Ом: 7 U't 1 Уз j i ’ -< * ° 1 пуск, 1 где индекс t означает, что значения параметров взяты в один и тот же момент времени t от начала пуска. Рис. 7. Изменение тока асинхрон- ного электродвигателя в процес- се пуска /ny-cK=f(s). Значение пускового тока достигает (5—7) /щом, а у некоторых типов электродвигателей даже 10/щом- В на- чальный момент пуска имеется также бросок намагни- чивающего тока, который может достигать в одной из фаз ——1,8 /пуск- Значение этого тока зависит от мгновен- ных значений напряжений фаз в момент включения элек- тродвигателя. Время разворота электродвигателей в зависимости от момента сопротивления и Та приводимого механизма колеблется в очень широких пределах: от 1—2 с до не- скольких десятков секунд. Выбег электродвигателя. При отключении питания электродвигателей происходит их торможение — выбег. Выбег происходит под действием запасенной агрегатом кинетической энергии и противодействующего момента сопротивления агрегата Мс. В этом случае Л1вр=0 и уравнение движения приобретает вид: М = — Т — 1 a dt * Выше было сказано, что различные агрегаты имеют различные зависимости момента сопротивления от ча- стоты вращения. Так, у агрегатов вентиляторного типа 21
Мс пропорционален квадрату частоты вращения. Это значит, что с уменьшением частоты вращения Мс умень- шается и торможение при выбеге замедляется. Быстрее всех тормозятся агрегаты, у которых Мс не зависит от ч а с тоты -в р а щен и я. Из схемы замещения и векторной диаграммы асин- хронного электродвигателя видно, что его ЭДС меньше напряжения сети. Поэтому после отключения электро- двигателя от сети напряжение на его выводах уменьша- ется практически мгновенно от (7С до ER—E'2. Рис. 8. Характерные кривые изменения ЭДС и частоты вращения электродвигателя при отключении его от сети. 1 и /' — соответственно Е и п электродвигателя АТД-8000 мощностью 8000 кВт питательного насоса; 2 и 2' — соответственно Ё и п электродвигателя ДАЗО-15-69-8/10 мощностью 800 кВт дутьевого вентилятора. Опытные данные показывают, что в первый момент после отключения от сети напряжение на выводах элек- тродвигателя снижается до (0,85—0,95) [/1НОМ. Это спра- ведливо для электродвигателей, работавших до отклю- чения со скольжением 0,15—0,01. Дальнейшее затухание ЭДС одиночного свободно выбегающего электродвигателя происходит с постоянной ‘ времени- (см. схему замещения) Т, с: 'Г _-^о.+ — 2nfR>2 • Затухание ЭДС электродвигателя происходит значи- тельно быстрее, чем уменьшение его частоты вращения (рис. 8), при этом угол между векторами напряжения системы и остаточного напряжения на электродвигателе достигает 180° через 0,3—0,5 с. 22
4. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О САМОЗАПУСКЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Под самозапуском понимают процесс автоматическо- го (без вмешательства персонала) восстановления ра- боты электродвигателей после кратковременного.нару- шения нормального электропитания — исчезновения или глубокого снижения напряжения. Кратковременное глубокое снижение напряжения возможно при близких КЗ, которые отключаются дейст- вием релейной защиты, например при КЗ на одном из электродвигателей данной секции. Кратковременный перерыв питания происходит при любом отключении рабочего источника питания и пере- ходе на резервный источник питания в результате АВР. После отключения питания (или недопустимого сни- жения йапряжения) электродвигатели под действием момента сопротивления приводимых ими в движение механизмов начинают тормозиться, а затем после, вос- становления питания вновь разворачиваются. Особенностью происходящего после восстановления питания салюзапуска на электростанциях является то, что в нем участвует ряд электродвигателей, поэтому та- кой самозапуск называется групповым. В зависимости от длительности перерыва питания может быть два вида самозапуска: после полного оста- нова электродвигателей или при частично затормозив- шихся электродвигателях. Самозапуск может быть успешным или неуспешным. Самозапуск будет успешным,, если начальное напряже- ние на шинах с. н. при самозапуске обеспечивает разво- рот электродвигателей за такое время', при котором не происходит недопустимого перегрева электродвигателей и не нарушается технологический процесс энергоблока. На станциях с поперечными связями по воде и пару, т. е. там, где имеются общие коллекторы пара и пита- тельной воды (как правило, ТЭЦ и ГРЭС с турбоагре- гатами мощностью до 100 МВт), допустимое время са- мозапуска определяется в основном допустимым нагре- вом электродвигателей и составляет 30—35 с. Это объ- ясняется тем, что возможное нарушение питания котлов водой на этих станциях предотвращается включением резервных насосов от других секций 3—6 кВ или дейст- вием регуляторов параллельно работающих насосов. 23
Топочные процессы в котле за это время не успевают значительно расстроиться. Практически не нарушается подача пара к турбинам. На турбоагрегатах мощностью до 100 МВт включительно маслонасосы системы смазки подшипников сочленены с валом турбины, что предот- вращает нарушение маслоснабжения. Механизмы с. и. этих станций имеют меньшую мощность, чем на блочных станциях, и их электродвигатели имеют лучшие пуско- вые характеристики, что позволяет обеспечить самоза- пуск при меньшем значении начального напряжения. На блочных электростанциях с автономными собст- венными нуждами допустимая длительность самозапу- ска составляет 10-—15 с и определяется условием сохра- нения технологического процесса блока. Это было показано уже при первых опытах самозапуска электро- двигателей на блоках 150 МВт. В самозапуске участвуют электродвигатели выше 1000 В всех ответственных механизмов. Электродвига- тели неответственных механизмов (механизмы топливо- подачи, гидрозолоудаления, шаровые мельницы и др.), которые не должны принимать участия в самозапуске, отключаются действием минимальной защиты напряже- ния с выдержкой времени 0,5 с. На энергоблоках мощ- ностью 150 МВт и выше значительно возросла роль ме- ханизмов 0,4 кВ и электродвигатели многих из них дол- жны участвовать в самозапуске (маслонасосы, насосы систем регулирования, охлаждения и др.). Самозапуск имеет следующие основные отличия от пуска: - 1. К момент}' восстановления питания, как правило, еще вращаются все электродвигатели или их часть, по- этому в начальный момент самозапуска их вращающий момент достаточно велик даже с учетом того, что на- чальное напряжение при самозапуске ниже нормального значения. Это обстоятельство облегчает самозапуск. На- пример, для двухскоростного двигателя ДАЗО мощно- стью 800/400 кВт при пуске на I скорости и нормальном напряжении МВр,пач=0,95 отн. ед. и Л4изс=0,8 отн. ед. Если же при самозапуске в начальный момент [7СЗ= = 0,7(7ном и» s = 0,2, то 7Ивр = 0,9 отн. ед. и Мизб = =0,45 отн. ед. 2. На шинах секции к моменту подачи питания мо- жет сохраняться напряжение за счет остаточной ЭДС одного или нескольких электродвигателей. Вследствие 24
этого в первый момент самозапуска периодическая со- ставляющая тока электродвигателей определяется гео- метрической разностью векторов напряжений на шинах секции 0ш и эквивалентной ЭДС электродвигателей £д, причем суммарный ток электродвигателей определяется по формуле pt__Gu— £д 1 — Z ’ где — эквивалентное суммарное фазное сопротив- ление самозапускающихся электродвигателей. На современных блоках этот ток при большой оста- точной ЭДС электродвигателей (т. е. при малых пере- рывах питания и начальном угле между иш и Еа 180°) может составлять 1,25—1,3 суммарного пускового тока электродвигателей при номинальном напряжении. 3. Самозапуск происходит, как правило, при нагру- женных механизмах (открытые направляющие аппара- ты, регулирующие клапаны и т. п.), что приводит к уве- личению длительности самозапуска. Рассмотрим общую характеристику процессов, про- исходящих при самозапуске электродвигателей. В этом режиме работы необходимо выделить два этапа. Первый этап — это процесс от момента отключения до момента восстановления питания электродвигателей. В течение этого этапа происходит выбег агрегатов, т. е. их торможение под действием момента сопротивле- ния механизма. Если отключается один электродвига- тель, то происходйт индивидуальный выбег аг- регата без воздействия на него других электродвигате- лей. При перерыве питания ряда электродвигателей про- исходит групповой выбег. Особенностью группово- го выбега является то, что некоторое время все агрега- ты, подключенные к шинам питания, выбегают во вза- имной связи друг с другом, а затем каждый в соответ- ствии со своей характеристикой, определяемой момен- том инерции агрегата и его загрузкой. Взаимосвязанный выбег агрегатов в течение некото- рого времени объясняется тем, что часть электродвига- телей с большим запасом кинетической энергии перехо- дит в генераторный режим и подпитывает другую часть электродвигателей, поддерживая их вращение. Вследст- 25
вне этого время выбега агрегатов, перешедших в гене- раторный режим, уменьшается по сравнению со време- нем при индивидуальном выбеге, а остальных—увели- чивается. Однако при участии в групповом выбеге только асин- хронных электродвигателей их взаимным влиянием на процесс выбега можно пренебречь, так как результи- рующая ЭДС затухает до нуля в течение 1—1,2 с. В дальнейшем идет индивидуальный выбег каждого аг- регата. Второй этап — это собственно самозапуск агрегатов, он начинается от момента восстановления пи- тания, включает разгон механизмов и заканчивается с восстановлением нормального режима работы. Протекание этого главного этапа зависит от началь- ного напряжения на выводах электродвигателя при са- мозапуске UC3 или, как часто говорят, остаточного на- пряжения на шинах секций, и от степени заторможенно- сти электродвигателей к моменту подачи напряжения, т. е. от их скольжения s. Скольжение двигателей, очевидно, будет больше по- сле большего времени перерыва питания t„,n. С увели- чением скольжения уменьшается сопротивление электро- двигателей и, как результат, уменьшается начальное напряжение самозапуска Uc3. Для успешного само- запуска электродвигателей необходимо, чтобы AfBP> >МС, т. е. чтобы обеспечивался разгон агрегатов. При этом следует еще раз подчеркнуть, что вращающий момент пропорционален квадрату напряжения Мзт,= и2, т. е. если при самозапуске, например, 17сз=0,717Ном, то вращающий момент составляет лишь 0,49 вращающего момента при номинальном напряжении. При групповом самозапуске разворот агрегатов про- исходит ступенчато: вначале разворачиваются агрегаты с меньшей инерцией, ток самозапуска спадает и увели- чивается напряжение на шинах секции. В результате этого увеличивается вращающий момент остальных электродвигателей и ускоряется процесс их разворота. Следует обратить внимание на то, что на ряде агрегатов имеются обратные клапаны на напоре, которые закры- ваются противодавлением, если механизм не развивает требуемого давления (например, в результате торможе- ния при выбеге). Это обстоятельство, с одной стороны, приводит к отрицательному явлению — временно пре- 26
кращается расход рабочей среды (например, питатель- ной веды), но, с другой стороны, это способствует более быстрому развороту механизма после подачи напряже- ния. 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АГРЕГАТОВ СОБСТВЕННЫХ НУЖД Для расчета процесса и подготовки опыта самозапу- ска в общем случае необходимо знать: зависимость пусковых токов и сопротивления элек- тродвигателей от скольжения /nycK=f(s) и ZH=f.(s); зависимость вращающих моментов электродвигате-* лей и моментов сопротивления агрегатов от скольжения AJBP*=f(s) и Mc=f(s)-, зависимость частоты вращения от времени при пуске (разбеге) и выбеге агрегата n=f(f); механические постоянные времени агрегатов Та. Эти данные могут быть получены при проведении опытов пуска и выбега электродвигателей. При пуске электродвигателя должны осциллогр'афи- роваться: ток в одной из фаз электродвигателя; частота вращения электродвигателя при разбеге; потребляемая электродвигателем из сети мощность; напряжение на шинах секции,, от которой питается электродвигатель. При выбеге электродвигателя необходимо осцилло- графировать: частоту вращения и напряжение на ста- торе электродвигателя в процессе выбега. . Для осциллографирования указанных выше парамет- ров в опытах пуска и выбега необходима следующая ап- паратура: — 1) осциллограф с магазином шунтов и резисторов для записи процесса на фотобумаге (например, Н-700, Н-004 и др.); 2) датчик, позволяющий регистрировать на осцилло- грамме непрерывную кривую изменения частоты враще- ния (например, униполярный тахогенератор); 3) измерительный преобразователь мощности для регистрации трехфазной активной мощности (например, П-022, П-004); 4) промежуточные трансформаторы тока (ТТ) И-54 для подключения цепей осциллографирования тока и мощности электродвигателя; 27
5) трансформаторы напряжения НОМ-6 для осцил- лографирования напряжения на статоре электродвига- теля; 6) вспомогательные приборы и аппаратура (ампер- метры, вольтметры, ваттметры, переключатели). Для удобства работы целесообразно всю схему смонтировать заранее в виде специального стенда. Проведение опытов пуска и выбега должно быть тща- тельно подготовлено и при их выполнении необходимо иметь в виду следующее: 1. Работы должны выполняться с соблюдением тре- бований правил безопасности на электростанциях, осо- бенно если учесть те обстоятельства, что для сочленения тахогенератора с полумуфтой на агрегате часто прихо- дится снимать ограждение полумуфты, для осциллогра- фирования напряжения на электродвигателе снимать ог- раждение токоведущих частей и др. 2. Как правило, пуск и останов агрегата произво- дятся с блочного щита управления персоналом техноло- гического цеха по согласованию с руководителем экспе- римента, а осциллографирование производится в поме- щении КРУ. В связи с этим следует отработать согла- сованные действия, команды и выполнить автономную телефонную связь. 3. Нагрузка вторичной обмотки ТТ, используемого при осциллографировании тока электродвигателя, не должна быть больше допустимой во избежание насыще- ния при пусковых токах, что может внести ошибку в ре- зультаты осциллографирования. Если амперметр блоч- ного щита подключен непосредственно ко вторичной об- мотке ТТ, то осциллографирование пускового тока необ- ходимо производить, используя ТТ в другой фазе. Луч- ше, если амперметр блочного щита присоединен через измерительный преобразователь тока (ВПТ-4, Е-708, Е-842), который смонтирован в ячейке КРУ; в этом слу- чае нагрузка ТТ, как правило, находится в допустимых пределах. 4. При осциллографировании разности напряжений на зажимах электродвигателя и шина'х с. н. один из вто- ричных выводов НОМ-6 должен быть соединен с Соот- ветствующим вторичным выводом трансформатора на- пряжения секции. Удобнее всего НОМ-6 подключить к фазам А—В электродвигателя выводами А—X, а вывод х вторичной 28
обмотки (соответствующий фазе В) соединить с шинкой; ШНЬ трансформатора напряжения секции (см. рис. 9).. К осциллографу подводится напряжение от ШНа сек- ции и вывода а НОМ-6. Следует иметь в виду, что раз- ность напряжений может достигать значения 2С7с, т. е^ вторичного напряжения 200—230 В. Рис. 9. Схема цепей тока и напряжения при осциллографировании? для определения электромеханических характеристик агрегатов с. и. 1 — двигатель; 2 — механизм; 3 — высоковольтный выключатель; 4 — тахогене- ратор; 5 — ременная передача от муфты сцепления к тахогенератору: 6 — трансформатор напряжения НОМ-6; 7 — понизительные трансформаторы тока И-54; 8 — измерительный преобразователь тока Е-842; 9— цепи подключения А» V, IV’, магазина шунтов и сопротивлений, преобразователя мощности, осцил- лографа. Схему осциллографирования необходимо собирать возможно более короткими проводами, соединения вы- полнять таким образом, чтобы были исключены воз- можные обрывы и закорачивания в цепях трансформа- торов тока и напряжения. На рис. 9 приведена схема, которая может быть ис- пользована при осциллографировании. На ряде энергообъектов были проведены опыты по определению электромеханических характеристик агре- гатов с. н. в порядке подготовки к испытаниям на само- запуск [3]. В табл. 1 приводятся,данные, полученные- для механизмов с. н. блоков 300 МВт и 200 МВт при испытаниях, проведенных Союзтехэнерго и МЭИ. 4—49 29*
6Л о Таблица 1 Электродвигатель GO2 + д Агрегат Тип и технические характе - ристики механизмов с. н. р ном кВт ^ном’ В ^ном* А пном’ об/мин 'пуск ^пуск’ мтах' + GD- , мех т-ма га‘с ТиП отн. ед. отн. ед. *-С о Блок 300 МВт Питательный насос СВПЭ-320-550, напор 32,0 МПа, производи- тельность 550 т/ч АТД-8000 8000 6С00 875 2960 5,5 0,5 2,1 0,81+0,8 11,0 4,62 Питательный бустерный насос 12ПФ-8, напор 1,6 МПа, производитель- ность 650 т/ч АТД-500 500 800 6000 58 100 2975 500 6 5,8 0,9 1,2 2,0 2,0 - 2,3 3,2 2,3 Циркуляционный насос СП-5-1 ЮКЭ, напор 0,08— 0,1 МПа,‘Производитель- ность 18 С00 т/ч АВДА-173/49-12-16к 400 • 6000 “60 375 3,15 1,3 2,5 3,84-1,8 3,7 4,02 Конденсатный насос 16КСВ-ЮХ5, напор 2,4 МПа, производитель- ность 450 т/ч А-12-41-48 500 6000 57 1480 5,7 1,05 2,0 1,75 0,95 Дымосос ДО-31,5, на- пор 2,75' 10’ Па, произ- водительность 890 000 м’/ч Д АЗО-1910-12 1700 6000 216 496 4,9. 0,96 2,07 10,5+23,0 10,0 11,6 Продолжение табл. 1 Тип н технические характе- ристики механизмов с. н. Электродвигатель ’ GjO2 + + GD2 . мех т-м’ Агрегат Тип р ном’ кВт ^ном’ В ^ном’ А лном ’ об/мин ^ПуСК ^ном ^пуск’ отн. ед. мтах> отн. ед. э га'с Дутьевой вентилятор ВДН-24Х2П, напор 35,0-10’ Па, производи- тельность 562 000 м’/ч ДАЗО-15-69-8/10 ч 800 400 6000 102 52 743 595 6/2 + 94 2,75 3,37 2,0+8,6 21,0 17,8 Блок 200 МВт Питательный насос ПЭ-430-200 АТМ-3500 3800 6000 450 2985 7,0 1,4 2,5 0,68+0,22 7,0 6,17 Циркуляционный насос .ОП-2-145 ВДД-213/54-16 1700 6000 215 368 . 5,4 1,3 2,5 10,5+6,3 1,86 3,0 Конденсатный насос 12КСВ-9Х4 АВ-113-4 250 1500 850 6000 29,4 740 5,8 1,1 2,2 — 1,2 1,9 Дымосос Д-25-2ШУ ДАЗО-1914-Ю/12А 6000 204 118 597 497 5,5 6,1 0,9 1,0 2,5 • 2,5 13,0+11,25 27,0 13 15,8 Дутьевой вентилятор ВД-32Н ДАЗО-1914-Ю/12 620 360 6000 99 64 599 497 5,2 5,4 1,8 2,3 4,2 4,4 13,0+21,0 35 79 112 Вентилятор горячего дутья ВГД-20 ДАМСО-148-8 240 6000 32 740 4,6 1,0 2,1 — 10,4 15,3 Мельничный вентиля- тор ВМ/1-6- 100/200:|2Г,, АЗ-13-46-4 800 6000 90 1485 5,4 1,0 2,1 — 8,6 7,9 II скорости, в знаменателе—для ы Примечание. Дробью данр величины для дв\хскорос1ьых электродвигателей, в числителе — для т I скорости,
При этом представляет интерес методика определе- ния моментов сопротивления Л1С, и вращающих момен- тов Л1вр* по результатам осциллографирования. Момент сопротивления можно определить так назы- ваемым методом графического дифференцирования кри- вой частоты вращения при выбеге. Это следует из того, что относительное значение момента при выбеге можно представить в виде л j т dn* гр ds -----1 a at — a dt • ЗДеСЬ кном На рис. 10 показано построение кривой момента со- противления для электродвигателя питательного на- соса. Рис. 10. Пример построения кривой момента сопротивления Мс пи- тательного насоса по кривой выбега. Вначале строится в относительных единицах кривая / изменения частоты вращения во времени при выбеге. Ось времени продолжается влево от нуля и на этой оси откладывается в относительных единицах масштаб мо- мента. При этом необходимо, чтобы на чертеже масштаб момента в относительных единицах был равен масштабу частоты вращения в относительных единицах. Построение кривой 2 для момента сопротивления Л1С* ведется по точкам. Например, к точке N проводит- -32
ся касательная DC. Параллельно ей проводится прямая О С , проходящая через точку С', соответствующую зна- чению Та. Затем точка D' переносится циркулем на ось моментов (точка D"). Искомая точка момента сопротивления N' находится пересечением вертикали из точки D" и горизонтали из точки N. Рис. 11. Пример построения кривой вращающего момента 7Ивр электродвигателя питательного насоса по кривой пуска. Значение определяется предварительно прове- дением касательной к кривой выбега в ее начале. По измеренному значению находится Та приведением к но- минальной мощности по формуле у __у ^•изм'г1 1 а”~~ 1 а, изм /* > ‘ ном где Рпгзм — мощность, потребляемая электродвигателем перед отключением. Так как кривая выбега бывает очень пологой, для построения касательных удобно пользоваться зеркаль- цем. Для этого зеркальце ставят, например для точки N, по линии АВ так, чтобы отражение в нем кривой NK являлось как бы ее продолжением (без излома). Линия DC, проведенная через точку N перпендикулярно к АВ, будет касательной к кривой выбега в точке N. Проведя такие построения для нескольких точек, получаем кри- вую 2 для момента сопротивления. На рис. 11 показано построение таким же методом кривой вращающего момента. По осциллограмме актив- 33
ной мощности, потребляемой электродвигателем во вре- мя пуска, определяется характеристика Л4вр*. Напряже- ние на зажимах электродвигателя при пуске изменяет- ся, поэтому полученная кривая Л1вр» должна быть при- ведена к номинальному напряжению по .формуле Характеристика ЛТвр* может быть определена также расчетным путем по данным опыта пуска агрегата. Оче- видно, что вращающий момент на валу агрегата при пу- ске пропорционален потребляемой из сети активной мощности за вычетом механических потерь, потерь в ста- ли й меди статора и м^же^ быть определён по формуле [ ( {J Pi — 3/2i (/?! -p4?Kag) АРСт I I 1(1 5НОМ) _______________________________L—_Кн°М ZJ___ . "'«₽* —___________________________________• Рном где Pi — мощность, потребляемая электродвигателем из сети (по осциллограмме), кВт; Pi, Ркаб — сопротивление фазы обмотки статора и кабеля питания (с учетом тем- пературы), Ом; ДРСТ— потери в стали, кВт. Однако необходимо указать, что значительного уве- личения точности при расчете Л4вр* по значению актив- ной мощности из осциллограммы пуска получить не уда- ется, так как кривая мощности получается очень размы-, той из-за перегрузки и насыщения трансформаторов то- ка и преобразователя мощности П-022 (П-004). 6. ПОДГОТОВКА И ПРОВЕДЕНИЕ ОПЫТА САМОЗАПУСКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Рассматривая вопрос допустимости и возможности са- мозапуска электродвигателей, необходимо учитывать, что наиболее возможные длительности перерывов пита- ния с. н. на современных блочных электростанциях со- ставляют: 0,4—0,6 с при переключении на резервное питание действием АВР после отключения рабочего питания сек- ций основными быстродействующими защитами блока, а также при любом ошибочном или самопроизвольном отключении выключателя рабочего питания; 34
1,1 —1,3 с при переключении на резервное писание действием АВР после действия максимальной токовой защиты секции 6 кВ при КЗ на одном из присоединений и отказе защит этого присоединения или при КЗ на ши- нах секции (если эти КЗ являются самоликвидирующи- мися)-; 1,6—2,5 с при переключении на резервное питание действием АВР после действия максимальной токовой защиты на стороне высшего напряжения рабочего транс- форматора с. н. или после действия минимальной защи- ты напряжения секции; более 2,5 с при переключении на резервное питание действием АВР при отключении блока резервными за- щитами, при отказе АВР и ручном переходе на резерв- ное питание. В связи с изложенным максимальное расчетное вре- мя перерыва питания с. н. /п,п> после которого должен обеспечиваться самозапуск электродвигателей, принято директивными материалами Минэнерго СССР равным 2,5 с. Начальное значение напряжения на шинах с. н., необходимое для обеспечения самозапуска электродви- гателей и восстановления нормального технологического процесса после указанного перерыва питания, на основе многочисленных экспериментальных данных также ре- гламентировано: для электростаний со средним давлением пара и с поперечными связями по воде и пару f/C3^0,55 для блочных электростанций С7сз^0,65 ииОм. В большинстве случаев происходит самозапуск элек- тродвигателей одной из секций при переходе на резерв- ное питание. При успешном самозапуске блок в этом случае продолжает работать в сети. При действии основных технологических и электри- ческих защит успешный самозапуск электродвигателей обеспечивает нормальный, без повреждения оборудова- ния, останов энергоблока и возможность более быстрого повторного включения его в сеть. При близких КЗ в сети на стороне высшего напря- жения (например, на шинах) и действии защиты шин с отключением блока от сети успешный самозапуск электродвигателей обеспечивает перевод блока на на- грузку с. н. с последующей возможностью быстрого включения в сеть. 35
При проектировании электрической части станции и выборе основного оборудования проектными организа- циями выполняются упрощенные расчеты самозапуска электродвигателей. При этом используются имеющиеся каталожные данные электродвигателей и питающих трансформаторов с. н. Процесс самозапуска электродвигателей при извест- ных электрических параметрах схемы с. н. и электро- двигателей, электромеханических характеристиках агре- гатов с. н. может быть достаточно точно рассчитан. Од- нако происходящие при этом изменения параметров тех- нологического режима на ' энергоблоке простыми сред- ствами расчету не поддаются, хотя с появлением ЭВМ для этого открываются более широкие возможности [3]. Вследствие этого в эксплуатационной практике для решения вопроса о допустимости самозапуска электро- двигателей бывает необходимым провести уточненные расчеты, а также опыты по самозапуску в реальных условиях с автоматической регистрацией при этом не только электрических, но и .технологических парамет- ров. Это вызывается также и тем, что каталожные дан- ные могут отклоняться от действительных паспортных значений, реальное выполнение- трактов движения рабо- чего тела (воды, воздуха, мазута, уходящих газов и т. д.) может существенно влиять на процесс самоза- пуска электродвигателей. Существенное значение имеют также уровень напряжения на шинах высшего напряже- ния электростанции, куда подключен резервный транс- форматор с. н., мощность автотрансформаторов и др. Выше указывалось, что слишком длительный само- запуск электродвигателей может привести на блочных станциях к недопустимому нарушению технологического процесса энергоблоков. Наибольшую опасность при затяжке самозапуска электродвигателей представляют: 1) недопустимое снижение давления питательной во- ды, приводящее к прекращению расхода воды через ко- тел, недопустимому снижению уровня воды в барабане барабанных котлов; 2) уменьшение расхода циркуляционной воды через конденсаторы турбины, что может привести к падению вакуума в конденсаторе турбины; 3) прекращение подачи топлива в котел, нарушение режима горения по дутью и тяге;
4) уменьшение давления смазки подшипников тур- боагрегата и других механизмов, нарушение масло- снабжения уплотнения вала генераторов с водородным охлаждением; 5) уменьшение давления жидкости в системе регули- рования турбины, которое может привести к самопроиз- вольному закрытию паровых клапанов турбины. На одной из электростанций с целью проверки изме- нения технологических параметров работы энергоблока, уточнения установок технологических защит блока, элек- трических защит трансформатора с. н. и решения во- проса о возможности самозапуска были проведены ис- пытания по самозапуску электродвигателей блока 300 МВт при его работе в сети (схема собственных нужд электростанции показана на рис. 4).. Самозапуск производился от резервного трансформа- тора мощностью 32 МВ-А при одновременном переклю- |чении обеих секций 6 кВ. Перерывы питания составляли 0,6; 1,0; 1,7; 2,42 с. В самозапуске участвовали: электродвигатели секции А: питательного электрона- соса (ПЭН), бустерного питательного насоса (БН-А), подъемного насоса эжекторов (ПНЭ), циркуляционного насоса на II скорости (ЦН-А), конденсатного насоса {КН-А), сливного насоса (СН-А), дутьевого вентилято- ра на II скорости (ДВ-А), дымососа (Д-А), а также электродвигатели 0,4 кВ маслонасоса уплотнения вала {МНУ-А), насоса газоохладителя (НГО-А)-, электродвигатели секции А: бустерного питательного насоса (БН-Б), сливного насоса (СН-Б), конденсатного насоса (КН-Б), дутьевого вентилятора (ДВ-Б), дымо- соса (Д-Б), а также электродвигатели 0,4 кВ маслона- соса системы смазки (МНСС-Б), маслонасоса системы регулирования (МНСР-Б), водяного насоса охлаждения статора генератора (НОС-Б), насоса газоохладителя (НГО-Б), маслонасоса уплотнения вала (МНУ-Б). Общая установленная мощность электродвигателей, участвовавших в самозапуске: секции А: 6 кВ — 13 180 кВт; 0,4 кВ—158 кВт; секции Б: 6 кВ — 4930 кВт, 0,4 кВ — 538 кВт. В порядке подготовки к испытаниям были сняты электрические характеристики важнейших агрегатов с. н. и произведен расчет самозапуска электродвигате- лей. 37
Расчет самозапуска электродвигателей производился с учетом действительных моментов сопротивления, опре- деленных по кривым индивидуальных выбегов механиз- мов для перерыва питания {п,п=2,4 с. Для случая самозапуска электродвигателей механиз- мов одного блока 300 МВт от резервного трансформато- ра при напряжении /7вн=240 кВ расчетом определены: Минимальное напряжение иа секции КРУ, В ............. 4150 Максимальный ток секции КРУ, А...................... 4800 Продолжительность самозапуска, с.................... 4,1 Продолжительность самозапуска электродвигателей от- дельных механизмов после вклю гения резервного питания, с: ПЭН.................................................. 2,9 БН................................................. 2,0 КН................................................... 2,1 ЦН................................................... 4,1 Д . . '.............................................. 4,1 дв................................................... 3,3 Для выявления действительных изменений парамет- ров режима при возможных перерывах питания с. н. были проведены опыты самозапуска. Перед проведени- ем опытов был принят ряд мер (табл. 2) для того, чтобы блок не отключился действием технологических защит из-за отклонения параметров, а также для предотвра- щения излишнего включения резервных механизмов дей- ствием АВР. Кроме того, было усилено внимание опера- тивного персонала к работе оборудования. По результатам предварительного расчета самозапу- ска электродвигателей были изменены уставки макси- мальной токовой защиты резервного трансформатора: блокировка минимального напряжения по стороне 6 кВ 0,4 {/ном’, ток срабатывания на стороне 220 кВ 250 А; ток срабатывания на стороне 6 кВ 7000 А. Минимальная защита напряжения секций 6 кВ на время испытаний выведена из действия. На трансфор- маторах 6/0,4 кВ уставка максимальной токовой защи- ты выполнена равной 5/Ном, а выдержка времени мини- мальной защиты напряжения на этих трансформаторах установлена 3 с. Ответственные общестанционные по- требители, не влияющие на протекание самозапуска, переведены на питание от других блоков. Кроме того, непосредственно перед испытанием про- ведены опробования дистанционного включения с блоч- ного щита управления и по АВР выключателей питания 38
секций 6 кВ при напряжении оперативного постоянного тока 0,8 UH0M, маслонасосов смазки и регулирования, уплотнения вала генератора, смазки подшипников ды- мососов. На щите постоянного тока поднято напряжение до 240 В и подготовлен зарядный двигатель-генератор для включения на щит постоянного тока блока. Таблица 2 Существующее штатное действие ила уставка защит Останов блока при снижении давления смазки подшипников турбоагрегата с <5,ОХ ><10* Па Останов блока при закрытии стопорных клапанов турбины Останов корпусов котла при прекращении питания водой W <30 т/ч, f = 20 с Останов корпуса котла или отключение дымососа при снижении давления смазки подшипников дымососа р <7,0-10* Па Отключение ПЭН при снижении давления масла р<6,0-10* Па, запрет включения, при /?2 < 10-10* Па Отключение ПЭН при снижении давления воды на всасе р, ,< 1,3 МПа Запрет включения ПЭН при рг<1,6МПа Отключение бустерных питательных насо- сов при останове' ПЭН и ПТН Включение резервных насосов при сниже- нии давления жидкости в системе регулиро- вания р< 3,6 МПа Запрет включения ПЭН при расходе ох- лаждающей воды двигателя: 1Г<4,5т/ч (статор) W < 35 т/ч (ротор) Уставка или действие защиты на время испыта- ний р<3,0-10* Па Переведена на сигнал Переведена на сигнал р <5,0-10* Па Pt <3,0-10* Па р2<7,0-10* Па Pt < 1,0 МПа р2< 1,2 МПа Переведена на сигнал д< 3,0 МПа IVх <3,5 т/ч (статор) IVх < 30 т/ч (ротор) При проведении испытаний было установлено тща- тельное наблюдение за поведением всех основных меха- низмов с. н. Питание осциллографов для обеспечения их надежной работы и качественной записи осуществля- лось со щита 0,4 кВ другого энергоблока. При испытаниях нагрузка блока составляла 130 МВт, для увеличения нагрузки на трансформатор с. н. меха- низмы второго корпуса котла находились в работе, ПЭН обеспечивал прокачку полного расхода воды через кор- пус. 39
Таблица 3 Параметры Данные для секций 6 кВ А и Б при п • с 0,6 1.0 1.7 2.42 А Б А £ А £ А Б Начальное напряже- ние на шинах секции при самозапуске эле- ктродвигателей С7сз , В 4100 5400 3970 4950 3940 4940 3940 4900 Ток самозапуска электродвигателей сек- ции Zc3 , А 4540 1425 4520 1870 4700 2220 5000 2350 Максимальный ток самозапуска электро- двигателей /сз, тах , А 6570 1930 6620 2700 6600 3000 6400 2500 Начальное сопротив- ление электродвигате- лей при самозапуске, Ом 0,52 2,19 0,507 1,53 0,485 1,28 0,456 1,21 То же в долях от Ze, ном, д» отн. ед. 0,23 0,38 0,223 0,265 0,213 0,223 0,201 0,21 Длительность само- запуска электродвига- телей после восстанов- ления питания /сз, с 13 0,7 2,0 1,0 3,2 1,8 4,5 2,1 Исходные данные перед проведением опыта самоза- пуска электродвигателей: Суммарная номинальная мощность двига- телей 6 и 0,4 кВ, участвующих в самоза- Секция Л Секция В пуске Р1>ном>сз, кВт Фактическая загрузка механизмов при са- 13 338 5468 мозапуске Рфакт.сз^ кВт Эквивалентный коэффициент загрузки ме- 10 600 2460 . ^факт, сз ханизмов k3 — р ^1, ном, сз Суммарный номинальный ток двигателей 0,8 f 0,45 ^Х, ном ’ А Эквивалентное номинальное сопротивле- 6000 1530 602 ние двш ателеи ZE 110,,. д — у- , Ом г ° Г, ном 2,27 5,77 Испытания проводились с постепенным увеличением времени перерыва питания от 0,6 с (минимальное время включения резервного питания) до 2,5 с. Во всех слу- чаях самозапуск электродвигателей на блоке прошел успешно с восстановлением нормального технологиче- ского процесса. 40
Таблица 4 Механиз- мы пт1и'пкы "Р" 'п,п> с Длительность самозапуска эчек- тродвигате оей, с, прц fn , с 0,6 | 1,0 | 1,7 | 2,42 0,6 | 1,0 | 1.7 | 2,42 ПЭН 0,9 0,864 0,796 0,764 0,65 1,0 2,2 2,7 БН 0,95 0,91 0,83 0,768 0,55 0,75 1,5 2,31 КН. —. — —- 0,492 0,4 0,78 1,76 2,32- ЦН 0,88 0,81 0,7 0,6 0,8 1,4 2,7 4,23’ д 0,905 0,891 0,86 0,825 1,4 1,8 3,0 4,48 дв — 0,93 0,912 0,89 1,4 1,9 2,8 3,68- Важнейшие электрические величины, характеризую- щие самозапуск электродвигателей и полученные при испытаниях, приведены в табл. 3. Рис. 12. Самозапуск электродвигателей секции А и Б блока 300 МВт после перерыва питания с. и. /п, п=2,42 с от иенагружепного пуско- резервного трансформатора мощностью 32 МВ-А. а — напряжения на секциях А и Б\ б — токи самозапуска секций А и Б. Наименьшие значения частоты вращения важнейших: электродвигателей после перерыва питания и длитель- ности их самозапуска, определенные по восстановлению скорости и спаду тока статора, приведены в табл. 4. Как видно из табл. 4, максимальная продолжитель- ность самозапуска электродвигателей при перерыве пи- тания около 2,5 с не превышает 5,0 с. В то же время из- осциллограмм испытания следует, что давление и рас- ход питательной воды достигают своего первоначально- 41
'Рис. 13. Токи основных электродвигателей блока 300 МВт при опы- те самозапуска с перерывом питания с. н. <п,п=2,42 с. За единицу тока приняты номинальные токи электродвигателей: ПЭН —»875 А; НН — 100 А; ДВ — 102 А; Д — 216 А. го значения при перерыве питания 1,7 с через 2,9— 3,5 с после включения питания, а при перерыве питания 2,42 с — через 13-.-15 с. В обоих случаях расход пита- тельной воды снижался до нуля, так как противодавле- нием закрывался обратный клапан на напоре- питатель- ного электронасоса. Хотя ни в одном из опытов давление жидкости в си- стеме регулирования не падало до значения 11 кгс/см2, приводящего к самопроизвольной посадке стопорных клапанов турбины, однако оно снижалось значительно— -с 4,8 до 2,8—2,2 МПа при уставке работы АВР 3,6 МПа. Минимальное давление смазки упало с 0,14 до 0,105 МПа при уставке работы АВР 0,095 МПа *. Во время опытов действием АВР включались насо- сы НГО, МНУ постоянного тока и МНУ переменного то- ка, ПНЭ, аварийный маслонасос системы смазки посто- янного тока (последний при /ПД1=2,42 с). * Здесь и далее приближенно принято, что 1 МПа=10 кгс/см2. -42
Рис. 14. Изменение давления (а) и расхода (6) питательной воды блока 300 МВт в процессе самозапуска электродвигателей при раз- личных перерывах питания CH tC1U. /->/п.п=0.6 с; 2-«п.п-1,0 с; 3-t -1,7 С; 4-fnn-2.42 с. I кПа. S1W Рис. 15. Изменение давления масла па смазку подшипников 120 блока 300 МВт в процессе са- мозапуска электродвигателей при перерывах питания с. н. /п,п. '-'п.п-0.6 с; 2- /п п=!,о с; 3- ^П.п = 1>7 с; 4 — <п.п“2-42 с: !— уста- новка АВР р—95 кПа; // — уставка защиты на отключение блока р= =50 кПа. О 40 43
Рис. 16. Изменение давления жидкости в системе регулиро- вания турбины 300 МВт в про- цессе самозапуска электродви- гателей при перерывах пита- ния с. Н. /п.п- '-'п.п=0.6 с; 2-<п,п=1,0 с; 3- <п.и='-7 с; 4-/п,п=2.42 с: /- уставка АВР р=3,6 МПа: II— за- крытие клапанов турбины р=1,1-5* 1.3 МПа. На рис. 12—16 приведены осциллограммы и кривые ’изменения отдельных электрических и технологических параметров при различных перерывах питания. 1. РАСЧЕТ САМОЗАПУСКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ СОБСТВЕННЫХ НУЖД При расчете самозапуска электродвигателей возмож- ны две постановки задачи: 1. Определение начального напряжения на секции и токов самозапуска после кратковременного перерыва пи- тания и решение вопроса о возможности и допустимости самозапуска электродвигателей на основании получен- ных данных и требований директивных материалов. 2. Определение наряду с указанными в п. 1 величи- нами времени разворота отдельных механизмов и вре- мени окончания самозапуска электродвигателей, т. е. рассмотрение динамики самозапуска. Первая задача решается достаточно простым расче- том, исходя из знания сопротивлений источника пита- ния и затормозившихся двигателей. Допустимость реше- ния вопроса о возможности самозапуска электродвигате- лей на основании этого расчета определяется тем, что максимальное время перерыва питания, как следует из •сказанного выше, не может быть, за редким исключе- нием, больше 2,5—3 с, электродвигатели в это время •еще продолжают вращаться и, если после указанного перерыва питания начальное напряжение на секции уста- 44
навливается не ниже требуемого директивными матери- алами значения, самозапуск электродвигателей считает- ся обеспеченным. Хотя это и подтверждается достаточно большим количеством опытных данных [2, 3], однако упрощенный расчет не дает полной картины процесса в динамике и не позволяет, например, проанализировать правильность выбора уставок технологических защит. Вторая задача является более сложной и решается исходя из применения основного уравнения движения Л4цзб==Л1вр Мс- На основании этого расчета можно детально проана- лизировать процесс самозапуска электродвигателей и, в частности, возможные изменения технологических па- раметров на блоке. Рассмотрим решение обеих задач. Расчет начального напряжения и токов самозапуска электродвигателей упрощенным способом. Упрощенная схема с. н. современных крупных блоков показана на рис. 17. Мощность электродвигателей 0,4 кВ, участвую- щих в нормальном технологическом процессе энерго- блока, не превышает 10% мощности электродвигателей 45
6 кВ, и они могут быть поэтому учтены соответствую- щим увеличением суммарной мощности электродвигате- лей 6 кВ, присоединенных к секции. На рис. 18 представлена расчетная схема замещения, на которой указаны сопротивления трансформатора с. н. 6 кВ и эквивалентное суммарное сопротивление электродвигателей. Сопротивление системы при этом принято равным нулю, так как мощность системы зна- чительно больше суммарной мощности всех электродви- гателей. Uiu 1,05 ицом Рис. 18. Электрическая схе- ма замещения к расчету са- мозапуска электродвигате- лей. I109J- Из приведенной схемы замещения следует, что на- пряжение на шинах 6 кВ, к которой присоединены элек- тродвигатели, будет равно: II —_______________7 — ’’< д 7 Л. 7 д-- 7 д I ^т, с, н -^т.с.н !+ z----- В этом выражении величиной, определяющей значе- ние Ua, является сопротивление Z£ д, равное сумме от параллельного сложения сопротивлений всех электродви- гателей, участвующих в самозапуске. Значение ZE д за- висит от скольжения электродвигателей, т. е. от того, насколько они затормозились за время перерыва пита- ния: Z ' Z ' ’ ’ ‘ ' Z •^Д! ^Д2 ^Д, п Имея осциллограммы пусков электродвигателей, можно определить значение сопротивления любого элек- тродвигателя при любом скольжении: 7 __ ^д д /з’/пуск ‘ 46
где 17д и /пуск взяты при одном и том же скольжении. На рис. 19 показаны зависимости Zn=f(s) основных электродвигателей блока 300 МВт, данные о которых приведены в табл. 1. Однако, как показывают опыты самозапуска элек- тродвигателей на блоках 150—300 МВт, для определе- ния суммарного сопротивления электродвигателей нет Рис. 19. Изменение сопротивления электродвигателей в зависимости от скольжения Za=f(s) для различных агрегатов блока 300 МВт. а — ЦН, II скорость (/), БН (2), КН, Д (3); б— ПЭН; в — ДВ, II скорость (/), I скорость (2). практической необходимости определять скольжение и сопротивление каждого электродвигателя. Взамен этого при упрощенных расчетах можно пользоваться сопро- тивлением условного эквивалентного электродвигателя, мощность которого равна суммарной мощности электро- двигателей, присоединенных к данной секции. На рис. 20 показана зависимость суммарного экви- валентного сопротивления электродвигателей двух сек- ций 6 кВ блока 300 МВт при одновременном самозапу- ске в зависимости от времени перерыва питания, полу- ченная как результат опыта, описанного выше. 47
Здесь ZE показана в долях условного суммарного номинального сопротивления электродвигателей, кото- рое определено как 2 ___ Цп. ном ном, д Vq-/ ’ ’ ° 'х, ном где юм — сумма номинальных токов электродвигателей. К секции А присоединен наиболее мощный электро- двигатель ПЭН. Будучи наиболее нагруженным и обла- дая малой инерцией, ПЭН быстро тормозится и, как следствие увеличения скольжения, его сопротивление резко уменьшается. Рис. 20. Зависимость суммарного эквивалентного сопротивления электродвигателей 6 кВ от времени перерыва питания для блока 300 МВт (в долях от суммарного номинального сопротивления элек- тродвигателей секции). J — секция А. куда подключен ПЭН; 2— секция Б. Ток самозапуска секции А определяется практиче- ски электродвигателем питательного насоса. Следует обратить внимание на то, что эквивалентные коэффициенты загрузки электродвигателей секций (г, Бфакт, сз \ . R3—-р------ 1 значительно различаются: для секции А нОм, сз J он составляет 0,8, а для секции Б — 0,45. Хотя загрузка электродвигателей и определяет их торможение, однако ко времени перерыва питания /п.п=2,5 с относительные эквивалентные сопротивления электродвигателей секций А и Б получились практически одинаковыми. Это и позволяет для расчетного перерыва питания /пп=2,5 с считать, что сопротивления всех электродви- гателей снизились одинаково и их эквивалентное сопро- 48
тивление, как видно из рис. 20, составляет примерно 0,2 ном соответствующей секции. Результаты испы- таний блоков 200 МВт, приведенные в [3], также прак- тически соответствуют полученным выше данным. Пример. Произведем поверочный расчет упрощенным способом напряжений и токов при самозапуске электродвигателей 6 кВ газо- мазутного блока 300 МВт (опыт самозапуска на котором описан выше) от резервного трансформатора после перерыва питания 2,5 с. Исходными при расчете принимаем результаты, полученные при опы- те самозапуска электродвигателей, т. е. считаем, что сопротивления электродвигателей снизились до 0,2 2ном,д- Поэтому результат рас- чета практически не будет отличаться от результата опыта и при- мер предназначен для иллюстрации хода расчета. Резервный трансформатор мощностью 32 МВ-А, 230/6,3 — 6,3 кВ с двумя расщепленными обмотками 6,3 кВ по 16 MB-А, /ном= 1465 А, лк, вн—ни, =“к,вн-нн2 = 11-2°/о при S = 16 МВ-А. В самозапуске на секциях А и Б участвуют электродвигатели механизмов блока, которые приведены в описанном выше опыте са- мозапуска. Расчет. Сопротивление трансформатора (приведенное к стороне 6,3 кВ) для каждой секции „ _у ____ик% б/ном_________11,2-6300 ТА— ТБ — 100 Кз7нОМ- 100VF-1465 0,25 Ом. Суммарный номинальный ток электродвигателей 6 кВ и 0,4 кВ секции А по паспортным данным (с учетом приведения токов элек- тродвигателей 0,4 кВ к напряжению 6 кВ) составляет 1530 А. Суммарное сопротивление электродвигателей секции А через 2,5 с после перерыва питания составляет 0,20 суммарного номи- нального сопротивления: 0,20-6000 0,20Г/НОМ _ Z . = ’ ном-----=-~-------=0,453 Ом. Я’ ^3/г, ном, а ^3-1530 Напряжение на зажимах электродвигателей секции А в началь- ный момент самозапуска составит с учетом того, что трансформатор обеспечивает Uc = 1,05 (7НОм,д, т. ^д.А^с 0,458-1,05-6000 исз. А = /та + ^д>а- 0,25 + 0,453 -40/0 В> е. около 68% номинального напряжения электродвигателей. Ток самозапуска секции А 1,05-6000 Zc3,A— угЗ~(0,25 +0,453) ~5160 А‘ Сопротивление электродвигателей секции Б составляет: 0,20-6000 1,20 Ом. 7 —___________ Д’Б /3 -602 49
Напряжение на зажимах электродвигателей секции Б 1,20.1,05-6000 {7сз,Б= 0,25+ 1,20 =5210 в> что составляет 87% номинального напряжения электродвигателей. Ток самозапуска секции Б 1,05-6000 7сз,Б= 3 (0,25+ 1,20)= 2500 А- Приведенный расчет показывает, что по начальному уровню напряжения на зажимах электродвигателей по- сле перерыва питания 2,5 с самозапуск обеспечивается на обеих секциях, что подтверждено и опытом. В приведенном расчете: принято, что сопротивление питающей системы рав- но нулю вследствие ее значительно большей мощности в сравнении с суммарной мощностью самозапускающих- ся электродвигателей; сопротивление шин резервного питания 6 кВ не учи- тывалось. Удельное фазное сопротивление шин состав- ляет примерно 0,2 Ом/км, а длина шин может состав- лять 200—300 м; не учтено, что сопротивления электродвигателей и трансформатора имеют комплексное значение, т. е. со- стоят из активной и индуктивной частей; принято, что при выполнении трансформатора с рас- щеплением обмоток низкого напряжения режим работы очной обмотки не оказывает существенного влияния на режим работы другой. Учет указанных фактов приводит к повышению точ- ности расчета, однако не оказывает существенного влия- ния на результат. Более подробно такой расчет рассмот- рен в [3]. На многих электростанциях резервные трансформа- торы питаются от третичных обмоток автотрансформа- торов, имеющих значительное сопротивление. В этом случае сопротивление системы не равно нулю и должно приниматься равным сопротивлению автотрансформато- ра тогда tj __ UczR________ С3 -^ат + А- + -2д Отсюда видно, что условия самозапуска ухудшаются, так как напряжение на зажимах электродвигателей бу- дет меньше. 50
Расчет самозапуска электродвигателей с помощью основного уравнения движения. Для выполнения расче- та необходимо знание электромеханических характери- стик агрегатов с. н.: MBp*=f(s), Zn=f(s), а также механической постоянной времени агрегата Та. Расчет выполняется в следующей последовательно- сти: 1. На основании кривых индивидуального выбега электродвигателей агрегатов n=f (t) определяется сколь- жение каждого электродвигателя к моменту восстанов- ления питания: ° 1 — м — Пс й)с При этом для расчетного времени перерыва питания /п,п=2,5 с, как показывают опыты, можно пренебречь взаимным влиянием электродвигателей на процесс вы- бега. 2. Для полученных значений скольжений электродви- гателей определяются 7Д по ранее снятым пусковым ха- рактеристикам Ut, It и nt. Эквивалентное суммарное сопротивление электродви- гателей определяется по формуле 7 Д*/ Т"'Т7 •^Д! *^Д2 3. Если резервный трансформатор помимо рассма- триваемой секции питает параллельно и другую секцию с нагрузкой, то необходимо эту нагрузку учитывать в общем сопротивлении электродвигателей. При этом необходимо иметь в виду, что электродвигатели пред- включенной нагрузки за счет общего понижения на- пряжения на резервном трансформаторе при самозапу- ске несколько затормаживаются. В результате их сопро- тивление уменьшается. Это уменьшение можно учесть с достаточным приближением коэффициентом /г=0,8 [3], тогда сопротивление предвключенной нагрузки, Ом, можно определить по формуле 7 kUc где Uс и 7нг — напряжение на секции и ток нагрузки до самозапуска. 51
4. Определяется суммарное сопротивление всех па- раллельно работающих электродвигателей, Ом: 7 — Z"L-я?нг £,НГ д + ^нг 5. Определяются суммарное сопротивление схемы Zr> Ом, начальный ток самозапуска электродвигателей /сз, А, и начальное напряжение на секциях при самозапуске ^сз, В: ZL = ZT + ZI>Hr; Г — и' сз : г j __ ^cZz, нг и сз / 6. Из ранее снятых электромеханических характери- стик электродвигателей агрегатов для полученных зна- чений скольжений и UC3 определяются Мвр* и 7ИИЗб»- Значение Л4вр*, приведенное к UC3, определяется по фор- муле тогда А/изб*=:-41вр>17сз»—Л4С*- Если при этом для всех агрегатов Л4ИЗб^1,1Л1С> то самозапуск считается обеспеченным. Дальнейшим расчетом определяются времена само- запуска отдельных электродвигателей и ход восстанов- ления напряжения секций. Расчет выполняется так на- зываемым методом последовательных интервалов (рис. 21). Для этого весь процесс разбивается на ряд интервалов Д/ небольшой длительности (например, по 0,2 с). В каждом интервале времени Д/ избыточный мо- мент Мизб. считается постоянным и на основании основ- ного уравнения движения определяется изменение сколь- жения Д$ каждого электродвигателя: As,— * а а затем скольжение в конце первого интервала: S2=Si~H +Д«1. 52
При новых значениях скольжений определяются со1- противления электродвигателей и расчет повторяется в указанной выше последовательности. Самозапуск счи- тается законченным при достижении электродвигателя- ми нормального установившегося значения скольжения, В приведенном расчете время выражается в секун- валов. дах, моменты и скольжения — в относительных едини- цах. Сопротивления отдельных элементов схемы имеют комплексный характер, однако при сложении это не учи- тывается, так как получающаяся в этом случае погреш- ность не превышает значений, допустимых для практи- ческих расчетов. 8. ВЫВОДЫ И НЕКОТОРЫЕ МЕРЫ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ СОБСТВЕННЫХ НУЖД С УЧЕТОМ САМОЗАПУСКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ 1. Допустимая длительность самозапуска электро- двигателей с. н. на крупных тепловых электростанциях с энергоблоками мощностью 150—300 МВт и более ог- ' 53
раничивается, как указывалось, изменением технологи- ческих параметров работы блока до таких значений, ко- торые могут привести к действию технологических за- щит и, как следствие, останову блока. Допустимым временем перерыва питания считается время не более 2,5—3 с. При этом необходимо указать, что в случае большего перерыва питания уровень на- чального напряжения на секции не будет существенно ниже (так как сопротивления электродвигателей через 2,5—3 с уже почти равны пусковым значениям). Однако в этом случае электродвигатели успевают больше за- тормозиться, значения AfI136 уменьшаются и самозапуск электродвигателей может недопустимо затянуться или электродвигатели вовсе не развернутся. По результатам испытаний допустимым временем самозапуска, обеспечивающим восстановление предше- ствующего режима на блоках 200—300 МВт при уча- стии в самозапуске ПЭН, следует считать 10—15 с. На блоках 300 МВт ПЭН является ' пускорезервным агрегатом и может также обеспечивать нагрузку блока около 200 МВт. Если в работе находится основной тур- бопитательный насос, то условия самозапуска улучша- ются, так как мощность самозапускающихся электро- двигателей будет значительно меньше. При этом на- чальное напряжение на секции составит 0,8—0,9 UmM (см. данные опыта для секции Б). "При наиболее вероятных временах перерыва пита- ния секции с. н., равных собственному времени действия АВР 0,4—0,6 с, начальное напряжение на электродви- гателях - блоков 150—300 МВт составляет (0,7— 0,9) UmM, длительность самозапуска не превышает 1,5 с после восстановления питания, что не отражается суще- ственно на параметрах технологического процесса. 2. Максимальные токовые защиты рабочих и резерв- ных трансформаторов выполняются с блокировкой по напряжению, так как без этого не удается отстроить их токи срабатывания от тока самозапуска. При этом устав- ка защиты по току для исключения ее ложной работы при возможных нарушениях блокировки по напряже- нию должна быть такой, чтобы ее коэффициент чувстви- тельности был примерно равен 1,3—1,5. *ср, 3 3. В условиях самозапуска электродвигателей следу- ет исключать излишние автоматические переключения. 54
С этой целью время срабатывания минимальной за- щиты напряжения, действующей на отключение рабочих вводов 0,4 кВ трансформаторов 6/0,4 кВ, необходймо от- строить от реального возможного перерыва питания и принять равным примерно 2,5—3,0 с. Целесообразно выполнить уставки максимальных за- щит трансформаторов 6/0,4 кВ по току равными (3,5— 4) /ном при сохранении минимальной уставки по време- ни. Возможность повышения уставки по току объясня- ется тем, что состав присоединенной к трансформаторам нагрузки на блоках практически постоянен, чувствитель- ность защиты к междуфазным КЗ обеспечивается, а при однофазных замыканиях на стороне 0,4 кВ действует ; отдельная защита от замыканий на землю. Для ряда насосов, таких, как КН, БН, НГО, НОС, IПНЭ, насосы обессоливающей установки, вполне допу- стимо ввести небольшие выдержки времени 1—3 с на включение резервных при снижении давления, сохранив I мгновенное включение при отключении рабочего насоса. 4. При расширении электростанции приходится ряд присоединений (общестанционные механизмы, резервные трансформаторы 6/0,4 кВ и др.) переключать на вновь вводимые секции. Первичная схема при этом должна тщательно анализироваться с тем, чтобы резервные трансформаторы 6/0,4 кВ по возможности не питались от тех секций, куда присоединены электродвигатели пи- тательных насосов. Присоединение электродвигателей питательных насосов разных блоков к секциям 6 кВ должно быть также выполнено с учетом первичной схе- мы электростанции и возможных нарушений ее нор- мальной работы. 5. При включении резервного питания действием АВР с минимальным временем 0,4—0,6 с на шинах сек- ции может быть еще напряжение, генерируемое электро- i двигателями, равное 0,4—0,6 Ином- Если напряжение ис- . точника (резервного трансформатора) и напряжение на г шинах окажутся в противофазе, то приложенное к элек- I тродвигателям напряжение может оказаться равным 1,2—1,5 Ином- При этом бросок тока электродвигателей I при включении питания может быть больше, чем при | обычном пуске электродвигателя. Длительность этого L тока не превышает 1—2 периодов, и он не представляет опасности для электродвигателей. Однако во избежание I ложного отключения электродвигателей, имеющих в ви- 55
де защиты токовую отсечку, уставку этой отсечки необ- ходимо выбирать примерно-в 1,3—1,4 раза больше обыч- но выбираемой по пусковому току. 6. Следует обратить внимание на обеспечение само- запуска электродвигателей ответственных механизмов 0,4 кВ, которые включены через контакторы и пускате- ли, для чего напряжение срабатывания их включающих обмоток должно быть не выше 0,45—0,5 Un0M. Необхо- димо указать на недостаток схем управления автомати- ческими выключателями серии АВ с двигательным при- водом, который обусловлен тем, что заводы-изготовите- ли гарантируют их работу при напряжении питания дви- гателей приводов не менее 0,85 Ином- Это препятствует автоматическому включению резервного механизма .в процессе самозапуска из-за пониженного напряжения, поэтому питание двигателей привода автоматических вы- ключателей АВ для ответственных механизмов целесо- образно выполнять не от переменного, а от постоянного тока. 7. Большинство приборов измерения технологических параметров, устройств тепловой автоматики питается переменным током 220 В. Перерыв их питания может приводить к неправильным действиям технологических защит, дезориентации дежурного персонала. В связи с этим необходимо принимать меры к обеспечению их бесперебойного питания. В частности, следует тщательно анализировать схему питания приборов, предусматривать перекрестное пита- ние по схеме АВР от щита 0,4 кВ соседнего блока и др. Наиболее надежным питанием в' аварийных случаях могло бы быть питание от аккумуляторной батареи че- рез преобразователь постоянного тока в переменный без перерыва питания, например ПС-2-220 мощностью 2 кВт. В связи с широким внедрением автоматизированных си- стем управления технологическим процессом на энерго- блоках (АСУ ТП) большое значение приобретает обес- печение бесперебойного питания средств вычислитель- ной техники. Для этих целей промышленностью осваи- вается выпуск агрегатов бесперебойного питания (АБП) различной мощности. 8. Следует обратить внимание также на то, что при- меняемые для освещения машинных залов газонапол- ненные лампы требуют для нормальной работы напря- жения не ниже 0,9 t/H0M. При самозапуске электродви- 56
iателен с. и n,-i\i ....... 1| ' ’’’ 1,111 ающпсся от данной секции, гас- „ , ... ' "inopjiou зажшание разрешается но заводским и хшиесм'м усл шиям только через 10 мин. Грехфазные i ыои.шза юры напряжения, устанавливаемые на стан- циях в с .еме освещения, так ке работают нормально при напряжении выше 0,8 I '|1ОМ ц их основное назначение — предохранять лампы накаливания от повышения напря- жения (для увеличения срока службы). В связи с этим неооходпмо, во-первых, выполнять питание сети освеще- ния по возможноетп от тех секции, куда не подключены питательные электронасосы, и, во-вторых, рационально распре д 1ягь питание ламп освещения от разных бло- ков. Групповой самозапуск электродвигателей с. н. явля- ется одним из ответственных переходных процессов на современных энергоблоках электростанций. Неуспешный самозапуск электродвигателей и отключение энергобло- ка могут привести при дефиците мощности к нежела- тельным последствиям в энергосистеме (понижение ча- стоты, отключение потребителей и т. п.). Дежурный пер- сонал энергоблоков, действе я в соответствии с местны- ми инструкциями, должен иметь четкое представление о явлениях, происходящих при групповом самозапуске электродвигателей. Необходимо, чтобы было отработа- но взапмодеГц гвне персоналов блочного и центрального щитов управления (своерремепное взаимное опов< щение, согласованность действий и т. д.). Дежурный персонал блочного щита должен знать, что обобщающим пара- метром, характеризующим протекание самозапуска элек- тро цшгателей, является уровень напряжения на секци- ях с. и. При успешном самозапуске электродвигателей через 3 10 с должен начаться подъем напряжения. Гели через 10 —12 с нс наблюдается подъема напряже- ния, то персонал должен быть готов к останову блока действием технологических защит и принимать меры к сохранности оборудования. Во время всего процесса должно быть усилено наблюдение за важнейшими тех- нологическими параметрами работы энергоблока. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Сыромятников И. А. Режимы работы асинхронных и синхрон- ных электродвигателей. — М.: Энергия, 19G3. — .628 с. 2. Голодной Ю. М., Хоренян A. X. Самозапуск электродвигате- лей. -- М.: Энергия, 1974.— 144 с. 3. Ойрех Я- А., Сивокобыленко В. Ф. Режимы самозапуска асинхронных электродвигателей. — М.: Энергия, 1974. — 96 с.
15 к.