Изменение потребляемой мощности двигательной нагрузкой при отклонениях напряжения и частотыи при отклонениях напряжения и частоты

Размещено на http://allbest.ru

УДК 621.313

Изменение потребляемой мощности двигательной нагрузкой при отклонениях напряжения и частоты

Сивокобыленко В.Ф., Павлюков В.А., Ал Ас Талал

В настоящее время энергосистема Украины работает в таком режиме, когда в узлах нагрузки имеют место значительные отклонения напряжения и частоты от номинальных значений. Актуальным является определение в этих режимах потребляемой активной и реактивной мощностей асинхронной нагрузкой, являющейся преобладающей в узлах электрических систем.

Этому вопросу посвящен ряд работ [1-3], однако в них рассматривается, как правило, отклонение только одного из влияющих параметров (напряжения или частоты), а также не учитывается влияние явлений вытеснения токов и насыщения магнитных цепей в асинхронных двигателях (АД).

В данной работе с учетом указанных выше явлений в АД рассматривается влияние как каждого из режимных параметров (напряжения или частоты), так и их совместного воздействия.

Составим математическую модель приведенной системы электроснабжения, в которой учтем соответствующими схемами замещения питающий трансформатор Т и асинхронные двигатели АД с учетом сопротивлений питающих кабелей. Здесь и далее все параметры схем замещения будем приводить в относительных номинальных единицах.

Особенностью использованных в данной работе схем замещения АД является то, что в них учтены потери в меди статора и ротора, явления вытеснения тока в роторе и насыщения магнитных путей по цепи главного магнитного потока и потоков рассеяния.

С учетом этих явлений разработана методика получения параметров по исходным каталожным данным, типовой характеристике холостого хода АД и принятой по [4] зависимости потерь в стали от явления гистерезиса и вихревых токов. напряжение ток асинхронный двигатель частота

Последняя учитывается путем представления активного сопротивления ветви намагничивания в виде двух составляющих, одна из которых отражает гистерезисные потери, пропорциональные первой степени частоты напряжения, а вторая - потери от вихревых токов, пропорциональные квадрату частоты, т. е.

, (1)

где n - отношение текущей частоты w к номинальной w ₀.

Ток намагничивания АД нелинейно зависит от напряжения, что можно учесть с помощью типовой характеристики холостого хода. Тогда с учетом (1) сопротивление ветви намагничивания Zm можно представить функцией

. (2)

Индуктивные сопротивления рассеяния обмоток АД нелинейно зависят от соответствующих токов. Эту зависимость учтем в сопротивлении статорной цепи, как

, (3)

где Kн - коэффициент насыщения по потокам рассеяния, принимаемый равным 0,6 - 0,95.

Входное сопротивление двигателя, ток статора, активную и реактивную потребляемые мощности находим по соотношениям:

(4)

здесь скольжение s, необходимое для определения сопротивлений контуров ротора, находится из решения нелинейного уравнения, отражающего равенство вращающего момента АД, являющегося функцией напряжения, частоты и скольжения, а также момента сопротивления АД, зависящего от коэффициента загрузки К_з и скорости вращения.

. (5)

В качестве примера по указанной методике были определены параметры схем замещения двигателей 6 кВ, используемых в системах электроснабжения собственных нужд блочных электростанций с агрегатами 200 и 300 МВт, которые представляют собой узлы асинхронной нагрузки.

Каталожные данные АД такого узла нагрузки для блока 200 МВт приведены в таблице 1, а параметры их эквивалентных схем замещения - в таблице 2.

Таблица 1 - Паспортные данные АД напряжением 6 кВ

Питающий трансформатор принят типа ТРДН-32000/220/6,3/6,3 мощностью 32 МВА. В таблице 1 указаны также значения коэффициентов загрузки механизмов, которые имееют место при работе блока с номинальной нагрузкой.

Эти же значения принимались при расчетах на ПЭВМ. Параметры схем замещения АД (табл. 2) приведены для статора, ветви намагничивания и двух контуров ротора, эквивалентно заменяющих глубокий паз.

Значение активного и индуктивного сопротивлений ветви намагничивания указаны для номинального режима, когда напряжение и ток статора, а также скольжение АД равны номинальным значениям.

Таблица 2 - Параметры эквивалентных схем замещения АД напряжением 6 кВ

Рассчитанные по указанным параметрам схем замещения режимы работы АД для номинального и пускового режимов в точности соответствуют приведенным паспортным данным АД (табл. 1). Используя указанные параметры схем замещения АД, уделим основное внимание зависимостям от напряжения и частоты активных и реактивных мощностей, потребляемых узлом с двигательной нагрузкой.

Так как в схему замещения АД входят сопротивления, нелинейно зависящие от напряжения и частоты питания, а также от соответствующих токов, то для получения решения используется метод итераций.

Момент сопротивления нагрузки на валу двигателя может быть учтен с помощью полиномов второй или третьей степени от скорости вращения или же как постоянный.

Примеры полученных решений для одного двигателя содержатся в [5]. Для узла нагрузки можно определить активную (P) и реактивную (Q) мощности, как сумму мощностей отдельных двигателей и потерь в трансформаторе:

(6)

Как видно из приведенных данных, при понижении напряжения значительно (близко к квадратичной) снижаются полная и реактивная мощности узла, тогда как активная снижается весьма незначительно. Ток статора секции при этом возрастает и в зависимости от загрузки может превысить номинальный ток трансформатора.

Аналогичные зависимости P и Q от частоты питающего напряжения наблюдаются при неизменной величине последнего (U=U_ном) и тех же условиях по загрузке двигателей. Активная мощность узла нагрузки практически прямо пропорциональна частоте.

Это связано с тем, что момент сопротивления на валу АД зависит от частоты вращения ротора. Таким образом при понижении частоты производительность механизмов с.н. снижается, что может вызвать снижение мощности выдаваемой блоком в энергосистему и усугубить дальнейшее неблагоприятное развитие создавшегося аварийного режима. Полная и реактивная мощности при снижениях частоты сначала убывают, а затем возрастают, т. е. имеют минимумы при определенных значениях частоты. Такой же характер зависимости имеет и ток статора.

При одновременном изменении величины и частоты питающего напряжения по известному закону регулирования зависимости P и Q, при заданных Kz с зависимыми от скорости вращения моментами сопротивлениями АД, имеет место тенденция к уменьшению всех мощностей при понижении частоты. Ток статора при этом изменяется незначительно.

При независимых от скорости вращения моментах сопротивления мало изменяются все потребляемые мощности, а ток статора возрастает обратно пропорционально частоте.

Таким образом, двигатели и трансформатор будут испытывать перегрузку в подобного типа режимах. Математическая модель позволяет исследовать и другие законы совместного изменения частоты и напряжения и определить наиболее благоприятный из них для узлов асинхронной нагрузки.

Выводы

1. Разработана математическая модель узла энергосистемы с асинхронной нагрузкой, особенностью которой является представление каждого АД с учетом явлений вытеснения тока и насыщения магнитных цепей, что позволяет повысить точность расчета потребляемых мощностей и потерь при отклонениях напряжения и частоты.

2. Получены зависимости активной и реактивной мощностей, потребляемых узлом нагрузки при изменении питающего напряжения в пределах 80 ё 120 процентов от номинального и частоты в пределах 40 ё 60 Гц.

3. Разработанная математическая модель реализована на ПЭВМ и может быть применена для анализа рабочих и аварийных режимов работы асинхронной нагрузки электрических систем.

Список литературы

1. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей./ Под ред. Мамиконянца Л.Г. Энергоатомиздат, М. 1984. - 240 с.

2. Копылов И.П. Электрические машины: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 360 с.

3. Электрическая часть станций и подстанций. Ч. 2. Под ред. А. А. Васильева. М. Энергия, 1972. - 344 с.

4. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. М., Энергия, 1974. - 328 с.

5. Талал Ал Ас, Математическое моделирование процессов в системе электроснабжения собственных нужд электростанций при отклонениях напряжения и частоты/ Сб. науч. тр. ДонГТУ. Серия “Электротехника и энергетика”. - Вып.17. - Донецк, ДонГТУ, 2000. - С. 184 - 189

Размещено на Allbest.ru