- Дипломы
- Курсовые
- Рефераты
- Отчеты по практике
- Диссертации
Оптимизация режимов электроснабжения электроприводов нефтеперекачивающих станций
| Код работы: | K011855 |
| Тема: | Оптимизация режимов электроснабжения электроприводов нефтеперекачивающих станций |
Содержание
Министерство образования и науки российской федерации
РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина
Факультет Автоматики и вычислительной техники .
Кафедра Теоретической электротехники и электрификации . нефтяной и газовой промышленности .
Направление 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника» .
Программа «Автоматизированные электромеханические . комплексы и системы нефтегазовой промышленности» .
Оценка «К защите»
________________ Заведующий кафедрой
_____________ (________________)
«____»____________20__ г. «____»_____________20__ г.
__________________
(подпись секретаря ГЭК)
МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ
на тему: «Оптимизация режимов электроснабжения электроприводов . нефтеперекачивающих станций» .
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
Научный руководитель
профессор, д.т.н. Ершов М.С. .
(должность, степень, фамилия, инициалы)
__________________________________
(подпись)
Студент группы АЭМ-15-03 . .
Левченко Анастасия Ивановна .
(фамилия, имя, отчество)
____________________________________
( подпись )
____________________________________
( дата )
Москва, 2017
Министерство образования и науки Российской Федерации
РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина
Факультет Автоматики и вычислительной техники .
Кафедра Теоретической электротехники и .
электрификации нефтяной и газовой промышленности .
Направление 13.04.02 Группа АЭМ-15-03 .
Программа «Автоматизированные электромеханические . комплексы и системы нефтегазовой промышленности» .
Календарный план
подготовки магистерской диссертации
Студент Левченко Анастасия Ивановна .
(фамилия, имя, отчество)
Тема:
«Оптимизация режимов электроснабжения электроприводов .
нефтеперекачивающей станции» .
_________________________________________________________________
Период подготовки диссертации: с 01.10.2015г. по 28.05.2017г.
Научный руководитель Ершов М.С., профессор, д.т.н., кафедра ТЭЭП .
(фамилия, инициалы, должность, степень, место работы)
РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина .
Тема диссертации и научный руководитель утверждены
приказом № 563-у от «15» мая 2017 г.
Место подготовки диссертации: кафедра ТЭЭП РГУ нефти и газа . (НИУ) имени И.М. Губкина .
Заведующий
кафедрой ________________________________ «___» ____________ 20__
1. Содержание задания по профилирующему разделу проекта
проанализировать особенности электроснабжения НПС, характеристики энергетического оборудования, классические схемы электроснабжения;
изучить типовые статические характеристики нагрузки различного характера;
провести компьютерное моделирование режимов работы типовых схем электротехнических систем НПС в программных комплексах «ENERGY» и «SAD»;
на основе компьютерного моделирования сравнить изменения процессов пуска и динамической устойчивости ЭТС при снижении напряжения;
проанализировать возможные способы регулирования и поддержания оптимального уровня напряжения;
изучить последствия влияния пониженного напряжения на работу и ресурс электродвигателя
провести оценку экономической эффективности предложенных мероприятий по оптимизации режимов работы электротехнической системы НПС.
2. Исходные данные к проекту
Типовая схема электроснабжения нефтеперекачивающих станций с нагрузкой в виде асинхронных электроприводов;
типовая схема электроснабжения нефтеперекачивающих станций с нагрузкой в виде синхронных электроприводов.
4. Рекомендуемая исходная литература
ГОСТ 32144-2013 Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения
ГОСТ Р 51541-99. Энергосбережение. Энергетическая эффективность. Состав показателей. Общие положения.
Ершов М.С., Егоров А.В., Трифонов А.А. Устойчивость промышленных электротехнических систем // М.: ООО «Издательский дом Недра», 2010. – 319с.
Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности: учебник для ВУЗов // М.: ОАО «Издательство «Недра», 2000. – 487 с.
Шабанов В. А., Алексеев В. Ю. Электроснабжение нефтеперекачивающих станций магистральных нефтепроводов: учебное пособие // Уфа: ООО «Монография», 2010. — 272 с.
Подпись руководителя магистерской диссертации_________________________
№ п/п
Перечень
разделов диссертации
Срок
выполнения
Отметки о выполнении
1
Введение
01.11.2015 г.
2
Особенности электроснабжения НПС
15.01.2016 г.
3
Особенности статических характеристик нагрузок НПС
01.04.2016 г.
4
Моделирование режимов работы типовых схем НПС
01.10.2016 г.
5
Моделирование электромеханических переходных процессов электротехнической системы НПС
15.12.2017 г.
6
Анализ способов регулирования напряжения, влияния пониженного напряжения на ресурс ЭД
15.02.2017 г.
7
Оценка экономической эффективности
01.04.2017 г.
8
Выводы, заключение
15.05.2017 г.
Составлен «___» _____________________ 20___ г.
_________________________ _________________________
(Подпись научного руководителя) (Подпись студента)
АННОТАЦИЯ
Магистерской диссертации Левченко А.И. «Оптимизация режимов электроснабжения электроприводов. нефтеперекачивающих станций». Научный руководитель – д.т.н., проф. Ершов М.С.
Общий объем – 104 страницы, 58 рисунков, 3 таблицы, 35 источников.
В работе рассмотрены вопросы выбора режимов напряжения в узле нагрузки, обеспечивающего оптимальную эффективность электроприводов при допустимом уровне устойчивости. Выполнено компьютерное моделирование режимов электроприводов типовых НПС. Установлены закономерности влияния уровня питающего напряжения на эффективность работы приводов и даны рекомендации по способам регулирования и поддержания оптимального значения напряжения.
Ключевые слова: статические характеристики нагрузки, оптимальный режим, энергопотребление.
ANNOTATION
Master's thesis of Levchenko A.I. "Optimization of oil pumping stations electric drives power supply modes".
The scientific adviser is Doctor of Technical Sciences, Professor Ershov M.S.
The total volume is 104 pages, 58 figures, 3 tables, 35 sources.
The paper considers the choice of voltage regimes in load nodes that ensure the optimal efficiency of electric drives with a fixed level of stability. The computer simulation of typical oil pumping stations electric drives modes has been done. The laws governing the influence of the voltage level on the drives efficiency are established and recommendations on how to control and maintain the optimum voltage are given.
Key words: static load characteristics, optimal mode, power consumption.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. Особенности электроснабжения НПС 8
1.1. Технология магистрального транспорта нефти 8
1.2. Характеристика электроэнергетического оборудования НПС 10
1.3. Требования к схемам внутреннего электроснабжения НПС 13
1.4 Примеры типовых схем электроснабжения НПС 14
ГЛАВА 2. Особенности статических характеристик нагрузок НПС 20
2.1 Общие характеристики электрических нагрузок 20
2.2 Типовые характеристики асинхронных двигателей 22
2.3 Типовые характеристики синхронных двигателей 28
2.4 Типовые характеристики статической нагрузки и компенсирующих устройств 32
2.5 Типовые обобщенные статические характеристики 34
ГЛАВА 3. Моделирование режимов работы типовых схем НПС 36
3.1 Моделирование в программном комплексе «ENERGY» 44
3.2 Моделирование в программном комплексе «SAD» 55
ГЛАВА 4. Моделирование электромеханических переходных процессов электротехнической системы НПС 61
4.1 Моделирование процессов пуска электродвигателей 61
4.2 Моделирование устойчивости электротехнической системы НПС 72
ГЛАВА 5. Способы регулирования напряжения. Анализ влияния пониженного напряжения на ресурс двигателя 79
5.1 Способы регулирования напряжения 79
5.2 Анализ влияния пониженного напряжения на ресурс двигателя 86
ГЛАВА 6. Оценка экономической эффективности 88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 95
Список использованных источников 99
ВВЕДЕНИЕ
Эффективность работы любых промышленных предприятий в большой степени определяется экономичностью работы их системы электроснабжения, что особенно важно при значительных удельных расходах электроэнергии. Как правило, электроэнергия составляет существенную долю от всех потребленных энергетических ресурсов предприятия. Неэффективное использование электроэнергии приводит не только к росту себестоимости продукции, но и к уменьшению ресурса эксплуатации оборудования. В связи с этим актуальна задача оптимизации режимов работы электротехнической системы (ЭТС) с целью снизить расходы на электроснабжение промышленного предприятия.
Проектирование и эксплуатация систем электроснабжения подразумевают решение множества задач, в первую очередь связанных с увеличением надежности электроснабжения и определяющимися различными параметрами ЭТС, которые характеризуют взаимосвязи электромеханических процессов, протекающих в синхронных и асинхронных двигателях, а также отдельных частей и элементов энергосистемы. Возможность применения средств вычислительной техники, а также специальных методов расчета и моделирования позволяет значительно упросить процессы анализа, расчета и оптимизации режимов работы систем. Одними из наиболее распространенных и эффективных являются методы математического моделирования.
Среди всевозможных мероприятий по оптимизации режимов работы электротехнических систем промышленных предприятий можно выделить анализ статических характеристик нагрузок схемы электроснабжения. Статические характеристики нагрузок описывают установившийся режим работы системы и представляют собой зависимости активной и реактивной мощностей нагрузки от напряжения в узле нагрузки. Они нашли широкое применение при решении задач электроснабжения, в частности: при расчетах установившихся режимов; при выборе компенсирующих устройств и управлении ими; при регулировании напряжения в узлах нагрузки. Повышение надежности и экономичности функционирования систем электроснабжения остается актуальной задачей и в настоящее время.
Цель данной работы заключается в следующем: на основе статических характеристик нагрузок нефтеперекачивающей станции (НПС) найти оптимальное напряжение на шинах питающей подстанции (ПС) с экономической точки зрения и предложить вариант оптимизации с учетом изменения потребления мощности электроприемников.
Для достижения данной цели в работе поставлены следующие теоретические и прикладные задачи:
проанализировать особенности электроснабжения НПС, характеристики энергетического оборудования, классические схемы подключения;
рассмотреть типовые статические характеристики различной нагрузки: асинхронные двигатели, синхронные двигатели, статическая нагрузка и компенсирующие устройства;
провести моделирование режимов работы типовых схем электротехнических систем НПС в программных комплексах «ENERGY» и «SAD», получить статические характеристики нагрузок и подобрать оптимальное напряжение на шинах;
учитывая изменение переходных процессов и устойчивости ЭТС при снижении напряжения, смоделировать и сравнить процессы пуска двигателей и проанализировать время динамической устойчивости при различных уровнях напряжения;
проанализировать возможные способы регулирования и поддержания напряжения на шинах ПС на уровне оптимального;
провести оценку экономической эффективности предложенных мероприятий по оптимизации режимов работы электротехнической системы НПС.
ГЛАВА 1. Особенности электроснабжения НПС
Технология магистрального транспорта нефти
Магистральные нефтепроводы (МН) — это капитальные инженерные сооружения, предназначенные для бесперебойной транспортировки на значительные расстояния нефти и нефтепродуктов. Они включают в свой состав нефтеперекачивающие станции (НПС), резервуарные парки, линейную часть нефтепровода со всевозможными лупингами и ответвлениями, регулирующую арматуру, установки электрохимзащиты, вдольтрассовые ЛЭП, и т. д.
Основное предназначение НПС – перекачка нефти и нефтепродуктов. Существуют головные и промежуточные НПС, в зависимости от месторасположения станции и ее назначения.
Главная функция головной НПС – прием нефти и нефтепродуктов на нефтяном промысле или нефтеперекачивающем заводе для последующей транспортировки по трубопроводу. Во всем комплексе магистрального нефтепровода головные НПС представляют собой наиболее ответственную его часть и в целом определяют работу всей системы. Основные технологические операции, выполняемые на головных НПС: в первую очередь происходит прием и учет нефти и нефтепродуктов, которые затем закачиваются в резервуарный парк (краткосрочное хранение), после чего нефть и нефтепродукты откачиваются в трубопровод, при этом в работе также находятся очистные, разделительные и диагностические устройства.
Предназначение промежуточных НПС - увеличение давления нефти, перекачиваемой по трубопроводу. Они располагаются вдоль трассы в соответствии с гидравлическим расчетом и состоят из того же оборудования, что и головные НПС, однако отсутствуют резервуарные парки, либо их объемы значительно меньше.
Основной технологический процесс перекачки нефти по магистральным нефтепроводам осуществляется насосными агрегатами, которые называют основными или магистральными (МНА). В качестве электропривода для таких насосов в настоящее время используются высоковольтные синхронные или асинхронные электродвигатели напряжением 6(10) кВ.
Помимо перекачки нефти, главного технологического процесса, в системе НПС происходит также множество вспомогательных процессов, таких как: смазка подшипников насосных агрегатов и их электродвигателей, приводящих их в работу; учет и сбор утечек жидкости, перекачиваемой по трубопроводу; вентиляция насосных помещений и электрозала и др. Для вспомогательных механизмов используют привод с низковольтными двигателями напряжением 0,4 кВ.
1.2. Характеристика электроэнергетического оборудования НПС
В данный момент в качестве электропривода насосов на основных и подпорных нефтеперекачивающих станциях нашли широкое применение высоковольтные асинхронные двигатели (АД) с короткозамкнутым ротором и синхронные двигатели (СД) напряжением 6(10) кВ.
В том случае, если двигатели располагаются непосредственно в насосном помещении, они должны быть установлены во взрывозащитном исполнении. Это может быть взрывонепроницаемая оболочка для асинхронных машин или продувка под избыточным давлением для синхронных (исполнение СТДП). При установке двигателей в отдельном электрозале, характеризующимся невзрывоопасной средой, достаточно их нормального исполнения.
Для привода магистральных насосных агрегатов (МНА) используются асинхронные двигатели, мощности которых могут составлять до 8 МВт. Как правило, применяют двухполюсные асинхронные двигатели серии 4АТД (асинхронные турбодвигатели) в обычном исполнении или со взрывозащищенной оболочкой (1ЕхрПТ5).
Электродвигатели данной серии выполняются с разомкнутым (4АРМП) или замкнутым (4А3МП) циклами вентиляции. Они способны выдержать прямой пуск непосредственным подключением к полному напряжению сети, допустимо два пуска подряд из холодного состояния или один пуск из горячего.
Согласно ОТТ-10.00-74.20.13-КТН-006-1-04, на вновь сооружаемых НПС к установке в качестве основных агрегатов при мощности электродвигателя до 5 МВт должны быть установлены асинхронные двигатели, а при мощности электродвигателя 5 МВт и более — синхронные электродвигатели типа СТДП. [34]
В некоторых случаях мощности электродвигателей приводов основных насосов достигают 8МВт и более, что влечет за собой необходимость ограничения токов при пуске, самозапуске и токов, посылаемых электродвигателями в точку короткого замыкания (КЗ). В таком случае с целью решения данной проблемы крупные электродвигатели разделяют по отдельным секциям шин технологического ЗРУ-6(10) кВ, иногда на каждую секцию по одному двигателю.
Как правило, для привода МНА применяют высоковольтные двигатели напряжением 6(10) кВ и мощностью 5 МВт, 6,3 МВт, 8 МВт, при этом на НПС должно быть установлено не менее четырех основных насосов. Если говорить о современных головных НПС, мощность применяемых на них двигателей достигает 40-60 МВт, на промежуточных — до 30-40 МВт.
Самый экономичный вариант внешнего электроснабжения при таких больших номинальных мощностях – организация глубокого ввода. Понижающая подстанция глубокого ввода (ПГВ или ГПП) строится рядом с НПС и служит для преобразования напряжения энергосистемы (35, 110 или 220 кВ) на средний уровень 6-10 кВ, для питания низковольтной нагрузки применяются отдельные трансформаторы.
По требованиям к надежности электроснабжения НПС относятся к категории 1. При этом НПС должны получать питание от двух независимых источников питания по двум ЛЭП. Схемы ГПП и схемы технологических КТП должны содержать не менее двух трансформаторов. Мощности трансформаторов ГПП могут быть до 63 МВА. При таких больших мощностях трансформаторов возникает проблема ограничения токов короткого замыкания (КЗ). Для ограничения токов КЗ применяют: секционирование шин НПС на две или четыре секции шин; трансформаторы с расщепленными обмотками; токоограничивающие реакторы. [34]
Для питания высоковольтных электродвигателей на НПС сооружается закрытое распределительное устройство (ЗРУ) напряжением 6(10) кВ. Такое ЗРУ-6(10) кВ на НПС называют технологическим. Технологическое ЗРУ-6(10) кВ НПС либо совмещается с ЗРУ-6(10) кВ ГПП, либо выполняется отдельно от него. В последнем случае электроснабжение от ГПП до технологического ЗРУ-6(10) кВ НПС выполняется либо по кабельным линиям 6(10) кВ большого суммарного сечения, либо по гибким воздушным токопроводам. Схемы ГПП при этом могут быть выполнены вообще без распределительного устройства 6(10) кВ.
Для питания низковольтных электродвигателей вспомогательных механизмов на НПС сооружаются технологические комплектные трансформаторные подстанции (КТП) напряжением 6(10)/0,4 кВ. Трансформаторы КТП подключаются либо к шинам технологического ЗРУ-6(10) кВ, либо к питающим линиям (вводам) 6(10) кВ, соединяющим трансформаторы ГПП с шинами технологического ЗРУ. Такое подключение выполняют до вводных выключателей. Для непосредственного подключения и управления электродвигателями низкого напряжения на НПС сооружаются щиты станций управления (ЩСУ). Из всех низковольтных электродвигателей выделяются те, которые обеспечивают работу основных магистральных насосных агрегатов. Такие электродвигатели получают питание от отдельного ЩСУ, называемого технологическим.
В тех случаях, когда электроснабжение НПС осуществляется от районных подстанций энергосистемы при напряжении 6(10) кВ, подвод электроэнергии к распределительным устройствам НПС осуществляется по линиям 6(10) кВ большого суммарного сечения с большой пропускной способностью.
Для питания линейных потребителей электроэнергии сооружается вдольтрассовая линия электропередачи. Её подключают к технологическому ЗРУ-6(10) кВ. Она представляет собой воздушную линию (ВЛ) напряжением 6 или 10 кВ и может быть длиной до 60-80 км и более. К вдольтрассовой ВЛ подключаются трансформаторные подстанции 6(10)/0,4 кВ для питания станций катодной защиты и других линейных потребителей. С целью повышения надежности электроснабжения вдольтрассовая ВЛ секционируется коммутационными аппаратами: разъединителями с ручным или дистанционным управлением или высоковольтными выключателями.
1.3. Требования к схемам внутреннего электроснабжения НПС
Схемы внутреннего электроснабжения НПС построены таким образом, что все элементы схемы электроснабжения постоянно находятся под нагрузкой и при аварии с одним элементом сети оставшиеся в работе могут принять на себя всю нагрузку путем перераспределения ее между собой с учетом допустимой перегрузки. При этом должна применяться раздельная работа вводов 6(10) кВ с использованием автоматического включения резерва (АВР) на стороне 6(10) кВ и раздельная работа вводов 0,4 кВ ЩСУ с применением АВР в РУ-0,4 кВ КТП и РУ-0,4 кВ ЩСУ.
Питание возбудителей СД должно осуществляться от секции шин КТП, взаимосвязанной с секцией шин ЗРУ-6(10) кВ, от которой получает питание обмотка статора СД. Все взаимосвязанные вспомогательные технологические агрегаты одного MHA должны питаться от одной секции шин.
На вновь проектируемых площадках НПС применяют напряжение 10 кВ. Напряжение 6 кВ допускается только при реконструкции существующих НПС, имеющих питающие линии 6 кВ и подстанции 6/0,4 кВ.
Электроснабжение КТП с двумя трансформаторами для питания вспомогательных систем осуществляется по радиальным линиям, присоединяемым к разным секциям шин ЗРУ 6(10) кВ. При этом работа трансформаторов КТП должна быть раздельной с использованием автоматического включения резерва (АВР) на стороне 0,4 кВ.
Схемы распределения электроэнергии при напряжении 0,4 кВ от РУ-0,4кВ КТП могут применяться как радиальные, так и магистральные, в зависимости от территориального расположения нагрузок. Распределительные устройства технологических ЩСУ должны быть двухсекционными, а работа секций ЩСУ — раздельной с автоматическим включением резерва.
1.4 Примеры типовых схем электроснабжения НПС
Вид схемы электроснабжения НПС определяется мощностью трансформаторов ГПП, числом насосных станций (числом обслуживаемых нефтепроводов), числом магистральных насосов, единичной мощностью электродвигателей МНА, применяемыми схемными решениями для ограничения токов К3.
В зависимости от единичной мощности электродвигателей, числа насосных (числа трубопроводов) и установленной мощности для питания НПС применяются ГПП с двумя или с тремя двухобмоточными трансформаторами, с двумя трансформаторами с расщепленной обмоткой низшего напряжения, с тремя трансформаторами и др. Технологическое 3РУ-6(10) кВ может быть двух-, четырех- или восьмисекционным. Наибольшее распространение получили блочные схемы типа 4Н и мостиковые схемы типов 5А и 5АН. Самой простой является блочная схема подстанции типа 4Н с неавтоматической ремонтной перемычкой, приведенная на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Схема подстанции типа 110-4Н [34]
Наибольшее распространение получили блочные схемы с выключателями в цепи трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны линий. Блочная схема на основе трехобмоточных трансформаторов типа ТДТН с масляными выключателями BM-IIO в цепи трансформаторов приведена на рисунке 1.2. На стороне 110 кВ выключатель в перемычке между двумя трансформаторами отсутствует. Установлены только секционные разъединители СР-1 и СР-2. Ремонтная перемычка подключена к вводам 110 кВ между линейными разъединителями (ЛР) и разъединителями в цепи трансформаторов (РТ). Аналогичную схему имеют и ГПП на основе двухобмоточных трансформаторов.
Рисунок 1.2 – Схема головной части ГПП НПС [34]
Более надежны и маневренны подстанции с автоматической перемычкой (с выключателем в перемычке на стороне высокого напряжения) по типу схем 5Н (см. рисунок 1.3) и 5АН (см. рисунок 1.4). Вид схемы электроснабжения при использовании подстанций типов 5Н и 5АН зависит от мощности и типа трансформаторов и средств ограничения токов КЗ.
Рисунок 1.3 – упрощенная схема электроснабжения НПС при питании от подстанции типа 5АН с двухобмоточными трансформаторами без реакторов [34]
Рисунок 1.4 – упрощенная схема электроснабжения НПС при питании от подстанции типа 5АН с групповыми одиночными трансформаторами на вводах [34]
При мощности трансформаторов до 16 МВА применяются в основном подстанции 110/6(10) кВ с двумя двухобмоточными трансформаторами, а технологическое ЗРУ выполняется двухсекционным (рисунки 1.3 и 1.4). При этом схемы ГПП могут быть как с распределительным устройством РУ-6(10) кВ (рисунок 1.3), так и без него (рисунок 1.4).
Ограничение по числу электродвигателей на одну секцию шин определяют как величиной тока КЗ, так и условиями успешного самозапуска.
Трансформаторы с расщепленными обмотками низшего напряжения применяют при мощности трансформаторов ГПП 25-63 МВА. В этом случае для питания электроприемников НПС одного нефтепровода нашли применение схемы ГПП с двумя трансформаторами с расщепленными обмотками без ЗРУ-6(10) кВ с организацией четырехсекционного технологического ЗРУ-6(10) кВ (рисунки 1.5, 1.6).
Рисунок 1.5 - Схема ГПП с трансформаторами с расщепленной обмоткой и секционированием шин на четыре секции [34]
Рисунок 1.6 - Схема ГПП с трансформаторами с расщепленной обмоткой и одиночными реакторами на вводах [34]
При питании одного нефтепровода на каждой секции шин устанавливают по одному ЭД МНА.
ГЛАВА 2. Особенности статических характеристик нагрузок НПС
2.1 Общие характеристики электрических нагрузок
При анализе установившихся режимов электротехнических систем промышленных предприятий нельзя обойтись без значений активной и реактивной мощностей нагрузки. Данные величины в большой степени зависят от питающего напряжения и частоты в ЭТС, что обусловлено физической природой потребления энергии электроприемниками. Эти зависимости носят определенный характер, различающийся для разных типов нагрузки, и называются статическими характеристиками нагрузок по напряжению и частоте (СХН). При расчете режимов сетей удобнее рассматривать электроприемники в совокупности, в таком случае рассматриваются СХН смешанной нагрузки.
Один из вариантов применения статических характеристик – регулирование напряжения и частоты в электротехнической системе. В целом, они представляют собой функции активной и реактивной мощности от напряжения и частоты , . В нашем случае частоту сети считаем неизменной величиной и рассматриваем только зависимости мощности нагрузки от напряжения.
Как правило, СХН строятся в относительных номинальных единицах, используя эти зависимости, можно определить так называемые регулирующие эффекты нагрузки. Они являются производными в какой-либо рабочей точке характеристики, например при U = Uном. Значение регулирующего эффекта отображает степень снижения мощности в зависимости от напряжения. Таким образом, при изменении напряжения мощность изменяется тем сильнее, чем больше регулирующий эффект СХН.
В каждой электротехнической системе того или иного предприятия сочетания электроприемников различно, различны и их режимы работы. Соответственно, и статические характеристики нагрузок в каждом случае индивидуальны, поэтому для точных расчетов на практике необходимо использовать СХН, полученные экспериментальным путем. Приближенно, эти зависимости можно определить расчетным путем.
На рисунке 2.1 представлены типовые статические характеристики, изображенные в координатах относительных величин – активной и реактивной мощности от напряжения.
Рисунок 2.1 – Типовые статические характеристики нагрузки
Относительная величина напряжения равна , а относительные мощности вычисляются относительно номинальной или какому-либо выбранному рабочему значению мощности нагрузки: , .
Рассмотрим статические характеристики отдельных видов нагрузки.
2.2 Типовые характеристики асинхронных двигателей
Активная мощность двигателей в значительной мере зависит от характеристик машин, приводимых во вращение двигателями. Наиболее часто рабочие машины имеют механические характеристики трех типов: а) механический момент Ммех постоянный, т.е. не зависит от угловой скорости, б) момент пропорционален скорости, в) момент пропорционален квадрату скорости. Примем в дальнейшем, что Ммех не зависит от , а, следовательно, и от скольжения . При этом механическая мощность пропорциональна угловой скорости .
Упрощенная Г-образная схема замещения представлена на рисунке 2.2. В этой схеме не учитываются потери активной мощности в стали (в ветви намагничивания).
Рисунок 2.2 - Упрощенная схема замещения асинхронного двигателя:
хs – суммарное сопротивление рассеяния обмоток статора (х1) и ротора (x2); r2 – приведенное к статору сопротивление ротора, включающее сопротивление обмоток статора
Активная мощность, определяемая в зависимости от напряжения и скольжения в соответствии со схемой замещения на рисунке 2.2 равна
(2.1)
Будем приближенно считать, что
(2.2)
При можно считать, что относительные значения момента и мощности равны. Из последнего выражения следует, что
(2.3)
т.е. скольжение пропорционально квадрату тока
Соответствующие зависимости активной мощности асинхронного двигателя от скольжения P(s) при различных значениях напряжения, а также зависимость скольжения от напряжения s(U) приведены на рисунке 2.3.
Рисунок 2.3 - Характеристика P=f(s) асинхронного двигателя при различных значениях подведенного напряжения U и соответствующая ей зависимость s=f(U)
При заданном значении механической мощности нагрузки Рмех каждому значению напряжения UKP |
Для получения полной версии работы нажмите на кнопку "Узнать цену"
| Узнать цену | Каталог работ |
Похожие работы:
