Исследование аварийных режимов в электрической сети с многодвигательным частотно-регулируемым электроприводом Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЭНЕРГЕТИКА, ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ, ЭЛЕКТРОПРИВОД

УДК 658.26:621.31

Г.И. Бабокин, д-р техн. наук,проф,зам. директора НИ РХТУ, (48762) 6-13-83, prorector лauka@,mrhtu. т

(Россия, Новомосковск,НИРХТУ им. Д.И. Менделеева),

О.В. Селин, ведущий программист, (48762) 6-13-83,

osel [email protected] (Россия, Новомосковск, НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева)

ИССЛЕДОВАНИЕ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫШ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫ1М ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Рассмотрены процессы короткого замыкания в системе «преобразователь частоты - участковая электрическая сеть», питающей несколько асинхронных двигателей. Получены зависимости относительною статочного и критического напряжения на двигателях от соотношения полных сопротивлений участков кабельных линий, от частоты сети и частоты вращения двигателей.

Ключевые слова: многодвигателъный частотный электропривод, аварийный режим, короткое замыкание, остаточное напряжение, частоога сети.

К аварийным режимам в электрических сетях с изолированной нейтралью, применяемых в подземных условия горной промышленности, относятся трёхфазные и двухфазные короткие замыкания (К3)в кабельной сети между источником электрической энергии (трансформатор) и приёмником (электродвигатель).

В работах [1,2] достаточно полно исследованы аварийные режимы в кабельной сети с промышленной частотой 50 Гц. Однако в последнее время в подземных условиях начинает применяться много двигатель ный частотно-регулируемый электропривод (ЧРЭП) горных машин. При этом источником энергии является преобраователь частоты (ПЧ), питающий по кабельной сети один или несколько асинхронных двигателей (АД), а частота питания изменяется от 0 до 70 Гц. Исследование аварийных режимов КЗ в сетях с ЧРЭП проведено недостаточно для разработки параметров защиты и поэтому актуаьно. В работе решается данна задача.

На рис. 1 преДставлена упрощённая схема системы «преобразователь частоты (ПЧ) - участковая шахтная кабельна сеть (УШКС) - несколько асинхронных двигателей (АД)», на которой от одного ПЧ питаются несколько АД по разветвлённой кабельной сети. ПЧ питается по кабельной линии от участкового трансформатора ТУ. Кабельные линии

обозначены 1о, її ... 1п, кроме того, 1 - это дина кабельной линии. Сопротивления участков кабельной линии обозначены 2о, 2ї, 2]^.

Допущения, принимаемые при анализе токов КЗ: мощность питающей системы бесконечна; не учитываются переходные сопротивления контактных соединений в цепи КЗ.; переходное сопротивление в месте КЗ принимают равным нулю; не учитываются сопротивления обмоток трансформатора, включённых в цепь КЗ; пренебрегаем сопротивлением элементов участковой сети напряжением выше 1 кВ.

Рис. 1. Схема кабельной сети с ПЧи несколькими АД

В работе рассмотрены аварийные режимы в кабельной сети, питающей двигатель АД1, в двух точках: КЗ в точке, близкой к РП (точка А) и, в точке, близкой к зажимам АД1 (точка Б), и дана количественная оценка режимов работы двигателей АД2 ... АДК.

Рассмотрим режим трёхфазного КЗ. Если точка КЗ в кабеле находится вблизи РП (точка А), то дина кабеля от РП до точки КЗ равна нулю (11=0) и сопротивление этого участка кабельной линии равно нулю ^-0). В этом режиме в переходном процессе после КЗ, из-за того, что ирп=икз=0, все АД1 ... АДК переходят в генераторный режим и подпитывают место КЗ. Частота вращения, момент и ток, отдаваемый в точку КЗ

всех электродвигателей АД1 ... АДК затухают и они через определённое время останавливаются, так как их вращающий момент равен нулю. Ток 1к з. находится для режима КЗ в линии 10 при максимальной её дине для различных частот по известным формулам [3].

Когда точка трёхфазного КЗ находится в непосредственной близости от АД1 (точка Б), остаточное напряжение на зажимах РП можно приближённо определить, пренебрегая токами подпитки 12,13 ... 1п по формуле Ърп =^1/^ ^) =ипч(1х1 ^о)/(1 + ^/20) = йтк /(1 + к). (1) По формуле (1) построена зависимость относительного остаточного

*

напряжения на шинах РП и рп= ирп/ирп ном от соотношения полных сопротивлений кабельных линий - к=7^о (рис. 2), из которой следует, что чем больше сопротивление кабельной линии, в которой произошло замыкание на зажимах АД, тем больше остаточное напряжение на зажимах

РП. Такое возможно, если по линии 11 запитывается двигатель малой мощности при малой или средней дине кабеля 11 или дина кабеля велика.

Рис. 2. Зависимость относительного остаточного напряжения на шинах РПот соотношения полных сопротивлений

кабльных линий

В результате исследования уравнения движения асинхронного частотного электропривода при пониженном напряжении на РП - и рп, различных моментах сопротивления (М с=соиб1; М с=М со+Рс® , где М с0 -

начальное значение момента сопротивления при ю=0; вс - жесткость

* * * 2

механической характеристики; М с=М с0+Ью , где Ь - коэффициент) получена зависимость критического значения напряжения на РП И рп, при котором после КЗ и отключения аварийного двигателя уже невозможна работа АДК в двигательном режиме, от частоты питания АД от ПЧ - Г (рис. 3). Из полученных зависимостей следует, что наиболее жёсткие усло-

вия для остановки АД при снижении напряжения будут при М*с=сопв1;, так какснижение напряжения при трёхфазном КЗ на (1-0,67)-100 %=33 % и выше от номинального приводит к остановке АД. Менее жёсткие условия будут при линейной зависимости момента сопротивления от частоты вращения ю - снижение возможно от 40 до 70 % и квадратичной зависимости - от 42 до 75 %. Следует отметить, что при частотах ниже 50 Гц, номинаьное напряжение регулируется по уравнению ин5о/50=инЯ=сопв1. В режиме трёхфаного КЗ в рассматриваемой сети необходимо отключить от сети АД, в кабеле которого произошло КЗ, а другие АД могут не отключаться.

л

Рис. 3. Зависимость и рік от частоты при различных моментах сопротивления: 1 -М*с=сотґ, 2- М*с=М*с0+вс(о\ 3-М*с=М*сс +Ью 2

Анализ режимов работы системы (см. рис. 1) при двухфазном КЗ в точках А и Б поклал, что практически при всех укланных зависимостях момента сопротивления от частоты вращения АД снижение напряжения на его зажимах велико и приводит к остановке АД после КЗ. Поэтому в этом режиме следует отключать от сети не только АД1, но и все другие АДЫ, питающиеся от ПЧ.

Список литературы

1. Гимоян Г.Г., Егиаарян Н.В., Саакян В.И. Электромагнитные переходные процессы в системах электроснабжения промышленных предприятий. Ереван, 2000. 401 с.

2. Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока. Л: ГЭИ, 1963. 740 с.

3. Шпрехер Д.М. Разработка защиты от аварийных режимов шахтной участковой сети с переменной частотой напряжением до 1000 В: дис. ... канд.техн. наук. М.: МГГУ, 1995. 243 с.

G. Babokin, O. Selin

Research of emergency operation in the local network with multiimpellent frequency adjustable electronic drive

Processes of short circuit in system the converter of frequency - a local electric network feeding some asynchronous engines are considered. Dependences of a relative residual pressure on a parity of full resistance of cable lines and from frequency are received.

Получено 19.01.09

УДК 621.311

В.С. Илюшин, канд. техн. наук, доц. (4872) 37-89-35, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),

А.В.Чумаков, канд. техн. наук, доц. (4872) 40-27-66, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

О НЕКОТОРЫХ ВОПРОСАХ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ В ПРЕДЕЛЬНЫХ РЕЖИМАХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Рассматривается задача обеспечения статической устойчивости электроэнергетических систем большой размерности, работающих в тяжелых режимах. Предлагается алгоритм ооенкк статической устойчивости, основанный на определении полного спектра корней переходных прооессов.

Ключевые слова: электроэнергетические системы, устойчивость и предельные режимы электроэнергетических систем.

Переходные процессы в таких динамических объектах, как современные электроэнергетические системы, приобретают в последнее время новые свойства, не имеющие места в системах простой структуры, и представляют собой сложную совокупность колебательных процессов локального и системного характера. Стабилизация низкочастотных колебаний и повышение их демпфирования представляет собой сложную задачу в связи с их общесистемным характером и участием большого числа достаточно мощных генераторов, что требует привлечения соответственно большего числа автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) этих генераторов.

Таким образом, необходим всесторонний анализ раличных спектров колебаний систем большой рамерности при достаточно подробном представлении расчётной схемы. Поскольку расчеты на основе обычных, достаточно простых электрических схем носят ограниченный характер,