Расчет самозапуска на НПС «Нурлино» нефтепровода «НКК»

     5 Расчет самозапуска на НПС «Нурлино» нефтепровода «НКК»
     
          Устройство адаптивного АВР, логика работы которого выполняет расчеты параметров энергосистемы, допустимости СЗП, выбега электродвигателей, успешности и целесообразности СЗП. Расчет самозапуска электродвигателей НПС «Нурлино» НС «НКК». выполняется для трех возможных режимов:
     - Режим 1. Максимальный режим работы НПС при разрешенном групповом самозапуске;
     - Режим 2. Максимальный режим работы НПС при запрещенном групповом самозапуске;
     - Режим 3. Минимальный режим работы НПС. В работе один МНА.
     Проводится анализ результатов расчета и доказывается эффективность применения устройства адаптивного АВР в сравнении с классическим АВР для данной НПС.
     
5.1 Режим 1. Максимальный режим работы НПС при разрешенном групповом самозапуске
     
     5.1.1 Схема электроснабжения и исходные данные.
     На рисунке А.1 представлена упрощенная схема электроснабжения НПС «Нурлино» НС «НКК», режим после срабатывания АВР.
     На схеме электроснабжения НПС «Нурлино» НС «НКК»,  нагрузкой насос типа НМ-10000, синхронный двигатель  типа СТД-8000, все четыре электродвигателя - ЭД1, ЭД2, ЭД3 и ЭД4 в рабочем режиме (выключатели их включены). При КЗ в трансформаторе Т1 вводной выключатель первой секции шин НПС отключается релейной защитой и электродвигатели ЭД1 и ЭД2 теряют питание, отключается вводной выключатель. От вспомогательных контактов выключателя ввода  запускается схема автоматического ввода резерва (АВР) и при снижении остаточного напряжения до допустимого значения включается секционный выключатель между первой и второй секциями шин.
     Исходные данные для расчета СЗП представлены в таблицах 6.1 и 6.2.
Таблица 5.1 – Данные магистрального насосного агрегата для расчета СЗП
Параметр
Значение
Номинальная мощность двигателя, кВт
8000
Номинальное напряжение двигателя, кВ
10000
Номинальный момент двигателя, Н.м
25478
Момент инерции двигателя, кг.м2
191
Синхронная частота вращения, мин-1
3000
Коэффициент загрузки двигателя по активной мощности
0,7
Номинальный ток статора, А
527
Постоянная времени сверхпереходной составляющей, рад
28,04
Механическая постоянная времени агрегата, с
2,7

Таблица 5.2 – Данные энергосистемы 
Параметр
Значение
Напряжение энергосистемы, кВ
10,5
Ток трехфазного КЗ на шинах в максимальном режиме работы энергосистемы, А
11851
Ток трехфазного КЗ на шинах в минимальном режиме работы энергосистемы, А
8465
     5.1.2 Схема замещения.
     При переходных процессах в электродвигателях активная составляющая сопротивления на порядок ниже реактивной. Активная составляющая сети так же значительно ниже реактивной. В целях упрощения расчета все элементы схемы электроснабжения вводятся в схему замещения своими индуктивными сопротивлениями. Учет кабельных линий не значительно повлияет на расчет, в виду малости сопротивлений, поэтому в расчете они не учитываются.
     Самозапускаемые электродвигатели ЭД1 и ЭД2 представляются сверхпереходной ЭДС (E''d1и E''d2) и сверхпереходным сопротивлением (X''d1и X''d2). Нормально работающие электродвигатели ЭД3 и ЭД4 в первый момент переходят в генераторный режим, поэтому они вводятся в схему замещения своей  ЭДС (Ed3 и Ed4) и индуктивным сопротивлением (Xd3 и Xd4) [20].
     Схема замещения представлена на рисунке А.2.
     5.1.3 Расчет параметров схемы замещения.
     5.1.3.1 Базисные величины.
     Базисными принимаются номинальные параметры электродвигателя ЭД1, тогда 
     Базисное сопротивление (номинальное сопротивление ЭД1) определяется по (6.1)
     									                (5.1)
     
     5.1.3.2 Сопротивление сети.
     Для расчета СЗП ниже определяются сопротивления сети по данным предоставленным энергосистемой.
     Сопротивление сети соответственно для максимального и минимального режимов
     ,										     (5.2)
где	Uш – напряжение на шинах ЗРУ, В
	– ток трехфазного КЗ на шинах в максимальном режиме работы энергосистемы, А,
     ,										    (5.3)
где	– ток трехфазного КЗ на шинах в минимальном режиме работы энергосистемы, А.
     Итак, сопротивление сети для максимального и минимального режимов по (5.2) и (5.3) 
     
     5.1.3.3 Сопротивления ЭД.
     По [19] сверхпереходное сопротивление ЭД1 и ЭД2 (СТД-8000) равно        0,1447 о.е. Перевод в именованные единицы осуществляется умножением на базисное сопротивление
     
     Индуктивное сопротивление ЭД3 и ЭД4 равно 2,192 о.е. по [19]
     
     5.1.4 Расчет выбега электродвигателей.
     Определяется ЭДС выбегаемых СД при форсированном гашении поля  инвертированием. 
     При условии, что  тип двигателей и тип нагрузки одинаковые, групповой выбег ЭД1 и ЭД2 происходит так же, как и при индивидуальном выбеге каждого агрегата [2]. Для питания обмоток возбуждения синхронных двигателей используется тиристорный возбудитель серии ВТЕ-320. Данные по обмотке возбуждения для расчета выбега представлены в таблице 5.3.
Таблица 5.3 – Данные по обмотке возбуждения
Параметр
Значение
Напряжение ОВ в режиме нагрузки, В
70
Номинальное напряжение ОВ, В
143
Номинальный ток ОВ, А
244
Постоянная времени ОВ, с
6
     В расчете принимается, что гашение поля срабатывает мгновенно с момента потери питания.
     Нормальную характеристику холостого хода синхронной машины можно выразить (5.4), [2]
     ,								    (5.4)
где	if – ток возбуждения, в относительных единицах, базисным значением является  - значение тока возбуждения, при котором ЭДС двигателя равно номинальному напряжению по характеристике х.х.
     Характеристики холостого хода СД даются в паспортных данных электродвигателей (рисунок А.3).
     ЭДС синхронного двигателя при выбеге по [2]
     ,								                         (5.5)
где w – угловая скорость двигателя, о.е.;
      Eдв. – ЭДС двигателя при угловой скорости вращения, о.е.
     По [2], определяется скорость
     ,										    (5.6)
где	Tj – механическая постоянная времени агрегата, с;
	t – время выбега, с.
     Механическая постоянная времени агрегата, с учетом нагрузки
     ,									   (5.7)
где	Jнас. – момент инерции насоса, кг.м2;
	w0 – синхронная угловая скорость вращения вала двигателя, рад/с.
     Момент инерции насоса равен 28 кг.м2 [19]. 
     .
     Рассматривается упрощенная схема (рисунок Б.4) для анализа гашения поля.
     Тиристорный выпрямитель получает питание от той же секции шин, что и двигатель. Поэтому при выбеге напряжение, подаваемое на  ОВ, будет изменяться прямо пропорционально ЭДС двигателя.
     Ток состоит из двух составляющих – принужденной и свободной [2]
     .										      (5.8)
     При форсированном гашении поля, амплитуда напряжения Uинв. должна быть максимальной. В расчетах, примем Uинв.= Uf ном.
     С учетом вышесказанного, принужденная составляющая тока ротора, в относительных единицах (о.е.)
     ,									      (5.9)
где	– номинальное напряжение ОВ, В;
	– активное сопротивление ОВ, Ом. 
     Сопротивление ОВ постоянному току (или активное сопротивление, принимая напряжение на выходе выпрямителя идеально сглаженным) определяется по номинальным току и напряжению ОВ
     ,										   (5.10)
     ,
     ,
где	- ЭДС двигателя, о.е.
     Свободная составляющая тока ротора по [4], в о.е. 
     ,							  (5.11)
где	Td0 – постоянная времени ОВ, с.
     .
     Полный ток ротора, в о.е. 
     .					  (5.12)
     С учетом (6.4), (6.5), (6.6) ЭДС двигателя равна 
     .						   (5.13)
     Получена система из двух уравнений (5.12) и (5.13) с двумя неизвестными. Результаты их расчета в MS Excel сведены в таблицу 5.4.  На рисунке А.5 построены графики, отражающие результаты расчетов.
Таблица 5.4 – Результаты расчета выбега
t, с
iв
w
Eдв.
0
1,0858
1,0000
1,0469
0,05
1,0580
0,9872
1,0195
0,1
1,0315
0,9747
0,9930
0,2
0,9817
0,9507
0,9423
0,3
0,9361
0,9278
0,8946
0,4
0,8942
0,9060
0,8498
0,5
0,8558
0,8852
0,8077
1
0,7036
0,7941
0,6329
1,5
0,5980
0,7199
0,5048
2
0,5207
0,6585
0,4092
2,5
0,4615
0,6067
0,3365
4
0,3424
0,4908
0,1992
6
0,2473
0,3912
0,1085
     Как видно из результатов расчета, ЭДС двигателя снижается до нуля  за время, превышающее 6 с.
     5.1.5 Условие допустимости самозапуска.
     Во ВНИИЭ, исследования по запасу прочности для синхронных электродвигателей мощностью более 2000 кВт, допускающих пуск от полного напряжения, не проводились [2]. Так как все электродвигатели рассчитаны на ток трехфазного КЗ на выводах обмотки статора, то условием допустимости самозапуска для синхронных электродвигателей мощностью более 2000 кВт  по [22] можно считать условие 
     ,									   	    (5.14)
где – допустимый ток несинхронного включения электродвигателя при самозапуске, А,
          – ток трехфазного КЗ на выводах электродвигателя, А.
     Ток трехфазного КЗ на выводах электродвигателя 
     										    (5.15)
где	Е''d – сверхпереходная ЭДС двигателя.
     Пусковой ток электродвигателя 
     										    (5.16)
     По [2] можно записать
     .									             (5.17)
     Тогда, получается условие допустимости СЗП для СД мощностью выше      2000 кВт, допускающих прямой пуск
     .										    (5.18)
     5.1.6 Расчет допустимости самозапуска.
     Для оценки допустимости самозапуска необходимо найти ток несинхронного включения. Для этого нужно найти токи в схеме замещения на рисунке Б.2. Для удобства, схема замещения преобразуется в схему на рисунке Б.6.
     Токи в схеме (см. рисунок Б.6) определяются по методу контурных токов. Показаны произвольно выбранные направления контурных токов (I11, I22, I33 и I44) и токов в каждой ветви (I1, I2, I3, I4, Iс).
     По схеме замещения записывается система уравнений
     				   (5.19)
где	I1 –ток в самозапускаемом ЭД1,
    I2 –ток в самозапускаемом ЭД2,
    I3 –ток генерируемый ЭД3,
	I4 –ток генерируемый ЭД4,
	IС – ток в сети,
	– сопротивление сети,
	ЕC – ЭДС сети.
    ЭДС электродвигателей ЭД3 и ЭД4 принимаем
    
     Решается система уравнений (5.19) с помощью математического пакета Maple13
     
     Решается система уравнений для различных сверхпереходных ЭДС (E''d1и E''d2) в диапазоне от нуля до единицы (о.е.). 
     На рисунке А.7 построена диаграмма, отражающая зависимость тока в самозапускаемом двигателе ЭД1 от его сверхпереходной ЭДСдля минимального режима работы энергосистемы (аналогичная диаграмма будет для самозапускаемого ЭД2).
     Пусковой ток ЭД типа СТД-8000 по (5.16)
     
     Условие допустимости несинхронного включения по (5.18)
     
     По диаграмме (см. рисунок А.7) находится ЭДС (E''d1), для которой ток несинхронного включения будет меньше 4011,7 А.
     Записывается условие допустимости самозапускающем данном режиме
     E''d1 (E''d2) ? 9873 В,
     E''d1 (E''d2) ? 0,898 о.е.
     Остаточное напряжение на первой секции шин (см. рисунок А.2)
     .                                                                                           (5.20)
     Из решения системы уравнений (5.19) ток в сети при E''d1(E''d2) = 9873 В
     
     По (6.20)
     или 
     Из условия допустимости самозапуска следует, что при снижении ЭДС двигателей до 9873 В устройство АВР будет иметь разрешение на включение секционного выключателя между 1-й и 2-й секциями шин. Из таблицы 6.4 видно, что разрешение будет получено через 0,3 секунды после потери питания первой секцией шин, за это время скорость вращения электродвигателя успеет снизиться до 2783,4 об/мин, что соответствует скольжению s=0,08. Следующим этапом самозапуска будет асинхронный разгон двигателей после восстановления напряжения.
     5.1.7 Расчет асинхронного разгона синхронного двигателя.
     В момент восстановления напряжения, на зажимах двигателя может оставаться сверхпереходная ЭДС (случай, когда время перерыва питания меньше времени гашения поля). Далее рассматривается асинхронный разгон СД при отсутствии остаточной ЭДС. Оценивается успешность асинхронного разгона, по пуску электродвигателя с учетом сторонней нагрузки. 
     Упрощенная схема замещения показана на рисунке А.8.
     Номинальное сопротивление электродвигателя типа СТД-8000 принимается базисным.
     Синхронное сопротивление двигателей ЭД3 и ЭД4 типа СТД-8000 по [19]
     
     Определяется сопротивление сети в о.е.
     
     Приведение момента сопротивления к относительным величинам
     		                                                                          (5.21)
где  МС – момент сопротивления насоса, Н.м, определяем по рисунку А.9 [19];
       МН – номинальный момент электродвигателя типа СТД-8000, Н.м. 
     Для скольжения s = 1 момент сопротивления , а относительный момент сопротивления . Для всех остальных скольжений значения приведены в таблице А.1.
     Ток в самозапускаемых двигателях типа СТД-8000 в зависимости от скольжения приведен в [19] в о.е.
     Коэффициент загрузки работающих двигателей по току .
     Остаточное напряжение на шинах при СЗП
     ,							                       (5.22)
где  IC (s)– ток в сети.
     По рисунку Б.8 ток в сети находится по выражению
     ,                                                                               (5.23)
где I1 –ток в самозапускаемом ЭД1,
    I2 –ток в самозапускаемом ЭД2,
    I3 –ток ЭД3, потребляемый из сети,
    I4 –ток ЭД4, потребляемый из сети.
    Для скольжения s = 1 по (6.23) ток в сети (в о.е.)
    ,
для всех остальных скольжений значения приведены в таблице А.1.
     Остаточное напряжение по (6.22) для скольжения s = 1, о.е.
     ,
для всех остальных скольжений значения приведены в таблице А.1.
     Для синхронного двигателя зависимость асинхронного момента от скольжения и напряжения на шинах в [4, 27] представлена в следующем виде
     	                        (5.24)
где	 – постоянная времени сверхпереходной составляющей СД, рад;
     	 – постоянная времени переходной составляющей СД, рад;
     	 – номинальный КПД двигателя;
     	 – номинальный коэффициент мощности двигателя;
     	s – скольжение;
     	 – напряжение на зажимах статора, В.
     Более точен расчет среднего асинхронного момента (ma) по пусковой характеристике (приводится в справочных данных [19]) с учетом изменения напряжения. В таблице А.1 приведена пусковая моментная характеристика ЭД типа СТД-8000. 
     Пусковая моментная характеристика электродвигателя СТД-8000 построена на рисунке А.10.
     Динамический момент находится как разность среднего асинхронного момента и момента сопротивления 
     				                                            (5.25)
     Для скольжения s = 1 динамический момент (в о.е.) . Для всех остальных скольжений значения приведены в таблице А.1.
     Из полученных значений следует, что асинхронный разгон будет неуспешным, потому что одним из условий успешности самозапуска является положительный динамический момент на всем протяжении асинхронного разгона [2, 19].
     
5.2 Режим 2. Максимальный режим работы НПС при запрещенном групповом самозапуске

     Рассматривается режим для НПС «Нурлино», когда групповой самозапуск двигателей запрещен руководящими документами ОАО «АК «Транснефть» [23]. В данном случае самозапуск электродвигателей будет проходить в два этапа. Сначала в самозапуске будет участвовать ЭД1, в это время ЭД2 отключается своим выключателем. После успешного самозапуска ЭД1 происходит пуск ЭД2. Рассмотрим самозапуск ЭД1.
     Выбег ЭД1 СТД-8000 происходит по той же кривой (см. рисунок А.5), что и для группового выбега (см. п.4.4).
     На рисунке Б.11 представлена упрощенная схема электроснабжения ЛПДС «Нурлино» НС «НКК», режим 2 после АВР.
     Самозапускаемый электродвигатель ЭД1 представляется сверхпереходной ЭДС (E''d1) и сверхпереходным сопротивлением (X''d1). Нормально работающие электродвигатели ЭД3 и ЭД4 в первый момент переходят в генераторный режим, поэтому они вводятся в схему замещения своей  ЭДС (Ed3 и Ed4) и индуктивным сопротивлением (Xd3 и Xd4). Схема замещения представлена на рисунке Б.12.
     Сопротивление сети для минимального режима энергосистемы по (4.3) 
     
     Сверхпереходное сопротивление ЭД1 (см. п.4.3.3)
     
     Индуктивное сопротивление ЭД3 и ЭД4 (см. п.4.3.3)
     
     Для оценки допустимости самозапуска необходимо найти допустимый ток несинхронного включения. Для этого нужно найти токи в схеме замещения (см. рисунок А.12). Для удобства, схема замещения преобразуется в следующий вид, представленный на рисунке А.13.
     По схеме замещения (см. рисунок А.13) записывается система уравнений
                                                  (5.26)
где	I1 –ток в самозапускаемом ЭД1;
    I3 –ток генерируемый ЭД3;
	I4 –ток генерируемый ЭД4;
	IС – ток в сети;
       – сопротивление сети;
	ЕC – ЭДС сети.
    Решается система уравнений (6.26) в пакете Maple13
     
     Токи в системе уравнений зависят от сверхпереходной ЭДС ЭД1. На рисунке А.14 построена диаграмма, отражающая зависимость тока в самозапускаемом двигателе ЭД1 от его сверхпереходной ЭДСдля минимального режима работы энергосистемы.
     Пусковой ток ЭД типа СТД-8000 по (5.16)
     
     Условие допустимости несинхронного включения по (5.18)
     
     По диаграмме (см. рисунок А.14) находится ЭДС (E''d1), для которого ток несинхронного включения будет меньше 4011,7 А. Записывается условие допустимости самозапуска в данном режиме
     E''d1 ? 5173 В,
     E''d1 ? 0,47о.е.
     Из решения системы уравнений (6.26) ток в сети при E''d1 = 5173 В
     
     Остаточное напряжение на первой секции шин по (5.20)
     или 
     Из условия допустимости самозапуска следует, что при снижении ЭДС двигателя до 5173 В устройство АВР будет иметь разрешение на включение секционного выключателя между 1-й и 2-й секциями шин. Из таблицы 5.4 видно, что разрешение будет получено через 1,7 секунды после потери питания первой секцией шин, за это время скорость электродвигателя успеет снизиться до 2280 об/мин, что соответствует скольжению . Следующим этапом самозапуска будет асинхронный разгон двигателей после восстановления напряжения.
     Далее рассматривается асинхронный разгон СД при наиболее тяжелом 
случае – полная остановка ЭД.
     Оценивается успешность асинхронного разгона по пуску электродвигателя с учетом сторонней нагрузки. Упрощенная схема замещения показана на рисунке А.15.
     Синхронные сопротивления электродвигателей и момент сопротивления насоса будут аналогичны п.5.1.7 и приведены в таблице А.2.
     Для скольжения s = 1 по (5.23) ток в сети (в о.е.)
     ,
для всех остальных скольжений значения приведены в таблице А.2.
     Остаточное напряжение по (6.22) для скольжения s = 1 (в о.е.)
     ,
     для всех остальных скольжений значения приведены в таблице Б.2.
     Значения среднего асинхронного момента (ma) с учетом изменения напряжения приведены в таблице А.2. На рисунке А.16 приведена пусковая моментная характеристика ЭД типа СТД-8000 с учетом изменения напряжения. 
     Динамический момент по (5.25)
     				
     Для скольжения s = 1 динамический момент (в о.е.) . Для всех остальных скольжений значения приведены в таблице Б.2. Динамический момент на всем протяжении разгона поддерживается положительным (см. таблицу Б.2).
     Время пуска ЭД определяется из классического уравнения движения, которое в о.е. записывается в следующем виде по [19]
     ,				(5.27)
где  Tj – механическая постоянная времени агрегата, с.
     	Откуда время пуска
     .										(5.28)
     Время пуска, находится методом последовательных интервалов. Для интервала от s = 1 до s = 0,8 время разгона равно
     ,
далее суммируется время разгона на всех интервалах до s = 0,05, получается время пуска tп = 5,6с (см. таблицу А.2).
     Допустимое время пуска ЭД типа СТД-8000 независимо от его состояния (горячее или холодное) по [19] составляет 3,9 секунды. Значит, время разгона двигателя до подсинхронной скорости немного превысит время, за которое он перегреется.
     Данные расчета сведены в таблицу А.2 и построены диаграммы (см. рисунок А.16). Из диаграмм видно, что средний асинхронный момент при разгоне до подсинхронной скорости превышает момент сопротивления, но время разгона получается больше допустимого, поэтому асинхронный разгон будет не успешен, так как он может привести к выходу ЭД из строя из-за перегрева.
     Вторым этапом режима 2 является пуск ЭД2. Для этапа также характерны асинхронный разгон и втягивание в синхронизм. ЭД2 по типу и характеристикам идентичен ЭД1, сторонней нагрузкой также являются ЭД3 и ЭД4, следовательно асинхронный разгон будет не успешен, так как допустимое время разгона составляет 3,9 секунды.
     Необходимо отметить, что расчет был произведен для минимального режима работы ЭС. При введении в расчетные данные сопротивления ЭС в максимальном режиме, время разгона составит значение 3,2 с, следовательно СЗП на этапе 1 будет успешен при максимальном режиме работы ЭС.
     
     
     
     5.3 Режим 3. Минимальный режим работы НПС. В работе один МНА
     
     Рассмотрим режим самозапуска двигателей для ЛПДС «Нурлино». 
     На рисунке А.17 представлена упрощенная схема электроснабжения режима 3 НПС «Нурлино» НС «НКК», режим после АВР.
     Из четырех электродвигателей привода магистральных насосных агрегатов один электродвигатель - ЭД1 находился в рабочем режиме. При КЗ в трансформаторе Т1 вводной выключатель первой секции шин НПС отключается релейной защитой и электродвигатель ЭД1 теряет питание. Выбег ЭД1 СТД-8000 происходит по той же кривой (см. рисунок А.5), что и для группового выбега (см. п.4.4).
     По факту выключения вводного выключателя запускается схема автоматического включения резерва (АВР) и включается секционный выключатель между 1-й и 2-й секциями шин, когда условие допустимости самозапуска будет выполняться.
     Самозапускаемый электродвигатель ЭД1 представляется сверхпереходной ЭДС E''d1 и сверхпереходным сопротивлением X''d1.Сверхпереходное сопротивление ЭД1 по [19]
     Схема замещения представлена на рисунке А.18.
     Сопротивление сети для максимального режима работы энергосистемы по (6.2)
     				
     Для оценки допустимости самозапуска необходимо найти допустимый ток несинхронного включения. Для удобства, схема замещения преобразуется в схему на рисунке А.19.
     Ток в схеме замещения (см. рисунок А.19)
     ;                                                                                                   (5.29)
     .
     На рисунке А.20 показана диаграмма, отражающая зависимость тока в самозапускаемом двигателе ЭД1 от его сверхпереходной ЭДС для максимального режима работы энергосистемы.
     По диаграмме (см. рисунок Б.20) находится ЭДС (E''d1), для которого ток несинхронного включения будет меньше 4011,7 А по условию допустимости несинхронного включения (6.18).
     Записывается условие допустимости самозапуска в данном режиме
     E''d1 ? 4067 В, 
     E''d1 ? 0,37о.е.
     
     Остаточное напряжение на первой секции шин по (5.20)
     или
     Из условия допустимости самозапуска следует, что при снижении ЭДС двигателя до 4067 В устройство АВР будет иметь разрешение на включение секционного выключателя между первой и второй секциями шин. Из таблицы 6.4 видно, что разрешение будет получено через 2,25 секунды после потери питания первой секцией шин, за это  время частота вращения электродвигателя успеет снизиться до 1890 об/мин, что соответствует скольжению s = 0,37.  Следующим этапом самозапуска будет асинхронный разгон двигателей после восстановления напряжения.
     Далее рассматривается асинхронный разгон СД при отсутствии остаточной ЭДС ЭД1. Оценивается успешность асинхронного разгона по пуску электродвигателя, сторонняя нагрузка в этом случае отсутствует. 
     Момент сопротивления насоса будет аналогичен п.5.1.7 и приведен в таблице А.3.
     Для скольжения s = 1 по (5.23) ток в сети (в о.е.)
     ,
для всех остальных скольжений значения приведены в таблице А.3.
     Остаточное напряжение по (6.23) для скольжения s = 1 (в о.е.)
     ,
для всех остальных скольжений значения приведены в таблице А.3.
     Значения среднего асинхронного момента (ma) с учетом изменения напряжения приведены в таблице А.3. На рисунке А.21 приведена пусковая моментная характеристика ЭД типа СТД-8000 с учетом изменения напряжения. 
     Динамический момент по (5.25)
     				
     Для скольжения s = 1 динамический момент (в о.е.) . Для всех остальных скольжений значения приведены в таблице Б.3. Динамический момент на всем протяжении разгона поддерживается положительным (см. таблицу А.3).
     Время пуска ЭД определяется по (5.28) и находится методом последовательных интервалов. Для интервала от s = 1 до s = 0,8 время разгона равно
     ,
далее суммируется время разгона на всех интервалах до s = 0,05, получается время пуска tп = 2,6с (см. таблицу А.3).
     Время разгона двигателя до подсинхронной скорости не превышает времени, за которое ЭД перегреется по [22].
     Данные расчета сведены в таблицу А.3 и построены диаграммы (см. рисунок А.21). Из диаграмм видно, что средний асинхронный момент при разгоне до подсинхронной скорости превышает момент сопротивления, а время разгона не превышает допустимого, поэтому асинхронный разгон будет успешен.
     При достижении синхронным двигателем подсинхронной скорости (0,95?w0) на обмотку возбуждения подается напряжение, причем оно больше напряжения в режиме нагрузки на коэффициент форсировки тока возбуждения kф.
     В [2] рекомендуется пользоваться следующей формулой
     ,							   (5.30)
где mC – момент сопротивления механизма, о.е.
     При малых скольжениях момент сопротивления механизма можно принимать неизменным и равным коэффициенту загрузки двигателя.
     В справочных данных [19] приводится значение максимального синхронного момента СД при номинальном напряжении, значит для увеличения точности, в формулу вводится напряжение в момент подачи возбуждения.
     С учетом вышеизложенного, получаем
     ,							    (5.31)
где	– коэффициент загрузки двигателя;
     	U – напряжение на зажимах электродвигателя на момент его втягивания  в синхронизм, о.е.
     Далее проверяется условие
     SАС.?  SКР.,											    (5.32)
где	SАС – скольжение, соответствующее точке пересечения пусковой характеристики насоса с характеристикой среднего асинхронного момента СД.
     Такой критерий ресинхронизации двигателя получил название «Критериий 100%–ной вероятности вхождения в синхронизм» [22].
     Напряжение на зажимах электродвигателя на момент втягивания в синхронизм определяется по таблице А.3 и рисунку А.21. Кратность форсировки принимается равным 1,8. По механической характеристике насоса kЗ = 0,7. Из [19] для ЭД типа СТД-8000, mмакс=1,61. Критическое скольжение 
     .
     Для SАС = 0,01 (см. рисунок А.21) проверяется условие (5.32)
     0,01 < 0,055.
     Как видно из неравенства СД втянется в синхронизм. Самозапуск ЭД1 будет успешен.
     
     
     5.4 Выводы по результатам расчета самозапуска
     
     Результаты расчета СЗП сведены в таблицу 5.5.
Таблица 6.5 – Результаты расчета СЗП при максимальном и минимальном режимах работы НПС

Режим 1
Режим 2 (первый этап)
Режим 3
Условие допустимости СЗП, о.е.
E''d1 (E''d2)?
? 0,9о.е.
E''d1 ?
?0,47 о.е.
E''d1 ?
?0,37 о.е.
Остаточное напряжение на шинах при несинхронном включении Uост., о.е.
0,12
0,58
0,69
IС (при достижении условия допустимости СЗП), А
7553
3770
4029
Время выбега (до допустимой ЭДС) t, с
0,3
1,7
2,25
Динамический момент mдин при асинхронном разгоне
отрицательный
положительный
положительный
Время разгона, с
-
5,6
2,6
Асинхр. разгон успешен
нет
нет
да
Втягивание в синхронизм успешено
-
-
да
СЗП успешен
нет
нет
да
     Результаты расчета показывают:
     - при применении классического АВР в качестве уставки срабатывания реле контроля встречного (остаточного) напряжения будет выбрано значение 0,37 (по минимальному режиму работы НПС и максимальному энергосистемы), то есть в любом режиме работы АВР ожидает снижения ЭДС самозапускаемых двигателей до 0,37 о.е. Но включение секционного выключателя между секциями шин в отличных режимах работы могло бы произойти раньше, так как снижение ЭДС самозапускаемых двигателей до допустимого значения, неопасного при несинхронном включении, индивидуально для каждого  режима работы НПС. В этом основной недостаток классических АВР, уставки срабатывания реле выбираются с большим запасом, не рассматривается конкретный режим работы НПС и энергосистемы. Этот недостаток устраняется при использовании устройства адаптивного АВР;
     - в случае 2 в минимальном режиме работы ЭС СЗП будет неуспешен, а в максимальном режиме работы ЭС – успешен. При применении классического АВР на стадии проектирования и расчета СЗП, в рассмотренном режиме работы СЗП будет запрещен, так как классические устройства не имеют возможности определять реальные параметры ЭС, а уставки срабатывания в них являются проектными, рассчитанными при предельных режимах. Этот недостаток также устраняется при использовании устройства адаптивного АВР, имеющего блок определения параметров ЭС;
     - в случаях 1 и 2, рассмотренных выше СЗП будет неуспешен, классические устройства АВР в указанных случаях будут производить нецелесообразную попытку включения СВ, что может привести к расстройству всего технологического процесса перекачки нефти в том числе из-за опрокидывания всех работающих ЭД на НПС. Применение адаптивного устройства АВР позволит до наступления аварийного события спрогнозировать неуспешный СЗП и реализовать оптимальный алгоритм восстановления технологического режима перекачки нефти.
     Из вышесказанного следует, что использование адаптивных устройств  АВР позволит существенно повысить бесперебойность технологического процесса перекачки нефти при потере питания от одного из внешних источников электроснабжения.















     ВВЕДЕНИЕ
     
     Потребители первой категории по надежности электроснабжения получают питание от двух независимых источников. При этом распределительные устройства главных понизительных подстанций промышленных предприятий содержат обычно две секции шин, разделенные секционным выключателем. Нарушение электроснабжения источника может повлечь за собой расстройства сложного технологического процесса и материальный ущерб. При нарушении электроснабжении от первого  
источника питание электродвигатели 1-й секции шин и от ЗПП отключается первый выключатель ввода. От вспомогательных контактов  первого ввода запускается АВР и действует на включение секционного выключателя. Питание первой секции шин восстанавливается. Аналогично действует схема АВР при потери пита втором ния на источнике питания.
     Таким образом основным способом сохранения устойчивости и непрерывности технологического процесса при кратковременных перерывах электроснабжения является взаимное резервирование источников внешнего электроснабжения и переключение на резервный источник с помощью автоматического включения резерва (АВР)
     В эксплуатации находится большое количество АВР разных типов. Наибольшую популярность на промышленных предприятиях, в том числе и на НПС, получило несинхронное АВР. Оно широко применяется как в качестве основного АВР, так и в качестве резервного при тиристорном АВР [10]. 
     Уставки срабатывания устройства АВР рассчитываются для предельных режимов сети и электродвигателей. Это приводит к неоптимальной работе АВР в других, не предельных режимах. Не учитывается реальный режим работы энергосистемы и предприятия, поэтому устройство имеет неоптимальный алгоритм управляющих воздействий при потере питания от основного источника электроснабжения [8]. 
     Для реализации функции сохранения технологического процесса требуется введение в состав устройства АВР блока управления (БУ). Блок управления АВР, сможет производить расчет электрических и технологических параметров для текущего режима работы НПС и питающей электрической сети. Проверять условия запрета, допустимости и успешности срабатывания АВР в режиме реального времени [5]. 
     Такое АВР на основе обработки информации, полученной как путем измерений, так и путем расчетов и прогнозирования, будет адаптивным.
     В данной дипломной работе производится исследование и описание логических функций, алгоритма работы устройства адаптивного автоматического ввода резерва на НПС. 

24


.......................