Моделирование процесса группового самозапуска асинхронных двигателей собственных нужд тэц в программном комплексе etap

Моделирование процесса группового самозапуска асинхронных двигателей собственных нужд тэц в программном комплексе etap

Целью исследования является расчетный анализ режима группового самозапуска асинхронных двигателей (АД) собственных нужд (СН) ТЭЦ в программном комплексе (ПК) ETAP с учетом работы технологический защит (ТЗ) энергоблока. Задачи исследования: аналитический обзора научных источников и инструкций по технологической части ТЭЦ, составление перечня механизмов СН ТЭЦ, проведение параметризации электрооборудования СН ТЭЦ. Методы исследования: аналитический обзор научно-информационных источников, инструкций по теме исследования, расчетно-теоретическое исследование в ПК ETAP с применением разработанной модели. Результаты проведенного исследования позволят более точно отстроить уставки релейной защиты (РЗ), установленных на ТЭЦ, а также дать рекомендации для выбора оборудования, чтобы повысить надежность работы СН.

Авторы публикации

Рубрика

Электротехника

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 34 (79), август ‘22

Дата публицакии 21.08.2022

Поделиться

ТЭЦ продолжают оставаться основным источником электроэнергии и тепла. Поэтому технологическая автономность крупных энергоблоков ТЭЦ поставила вопросы о необходимости обеспечения надежности работы СН в переходных и аварийных режимах. Одним из таких вопросов является рассмотрение возможности и способы обеспечения самозапуска СН энергоблока [1]. И прежде, чем говорить о путях повышения надежности СН ТЭЦ, рассмотрим характерные повреждения, встречающиеся в эксплуатации. Наиболее существенными с этой точки зрения являются такие повреждения, которые приводят к частичной или полной потере нагрузки блока или ТЭЦ в целом. Аварии, связанные с потерей питания СН, составляют 33% [2] всех аварий с полным сбросом нагрузки на ТЭЦ. В условиях рыночных отношений актуальность проблемы сохранения в работе энергоблока при кратковременных нарушениях электроснабжения СН очень велика, так как это приведет к недоотпуску электрической и тепловой энергии, и соответственно к недополученной прибыли генерирующей компании.

При этом для энергоблоков современных ТЭЦ важно не только решить задачи успешного разворота группы АД после перерыва питания и повторной подачи напряжения, но и обеспечить при этом изменение технологических параметров оборудования в допустимых пределах, и тем самым сохранить энергоблок в работе. Это достигается за счет проведения на работающем энергоблоке трудоемких испытаний, связанных с риском повреждения оборудования и нарушением устойчивости технологического режима, которые позволят выявить недостатки и устранить их. Но при проведении натурных испытаний сокращается срок службы оборудования СН за счет его дополнительного износа при дополнительных пусках и аварийных остановах блока, в случае неудачного самозапуска.  Это особенно актуально для современных блоков газотурбинных и парогазовых установок.  При этом сложность, трудоемкость испытаний возрастают с ростом единичной мощности энергоблока. Поэтому все большее значение приобретают ПК, которые позволяют производить моделирование группового самозапуска АД СН.

Была произведена оценка возможного использование существующих ПК, например, такого как PSS®E, ETAP или NEPLAN. Для моделирования группового самозапуска необходимо, чтобы ПК обладал следующим функционалом: статический пуск АД, динамический пуск АД, моделирование работы механического привода, динамические модели нагрузки и АД, построение графиков, скольжения и тока АД, напряжения секций, необходимых для анализа успешности группового самозапуска, вывод полученных результатов. На основе анализа функционала рассмотренных программ был выбран ПК ETAP.

В результате анализа существующих подходов к математическому описанию асинхронной электрической машины [3-5], для моделирования в ПК ETAP [6] в качестве расчётной схемы замещения АД принята одноконтурная «Т»-образная схема, представленная на рисунке 1. Для использования математической модели электроустановки необходимо выполнить параметризацию АД и электроустановки в целом. Параметризация схемы замещения АД производилась на основе методики предложенной в [7].

Рисунок 1. Т-образаная схема замещения АД

В ПК ETAP реализован эффект глубоко паза для ротора [7]. У таких двигателей высота паза ротора в несколько раз больше его ширины. Данное технологическое решение применяется для улучшения пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. При скольжении близким к единице, когда частота тока в роторе примерно равна частоте сети, в пазах ротора будет наблюдаться вытеснение тока, в результате которого активное сопротивление проводника возрастает, а индуктивное уменьшается. Вытеснение тока в обмотках короткозамкнутых роторов играет положительную роль, т. к. увеличивает начальный момент [3]. По окончании пуска активное сопротивление обмотки ротора уменьшается по сравнению с его значением при s = 1, тем самым увеличивая КПД АД. Данный эффект представлен на рис.

Момент инерции для питательного электрического насоса (ПЭН) (рис.) приводится к одной оси вращения АД и рассчитывается по следующей формуле [8]:

equation.pdf

  (1)

где equation_1.pdf суммарный момент инерции электродвигателя и ведущего колеса, кг*м2;  equation_2.pdf суммарный момент инерции ведомого вала гидромуфты, промежуточного вала, ведущей шестеренки редуктора, кг*м2;  equation_3.pdf частота вращения ведомого вала гидромуфты, мин-1; equation_4.pdf частота вращения АД в номинальном режиме работы, мин-1; equation_5.pdf суммарный момент инерции ведомой шестеренки редуктора, промежуточного вала, насоса, кг*м2; equation_6.pdf частота вращения вала насоса, мин-1.

В состав ПЭНа входят насос, соединенный через повышающий редуктор с гидромуфтой. Параметры гидромуфты представлены в таблице 2. Привод насосного агрегата осуществляется АД (типа АВ – 8000/6000). Количество ступеней в редукторе – 6. При этом будучи наиболее нагруженным и обладая малой инерцией, ПЭН быстро тормозится. Момент инерции остальных АД моделировался согласно [9-11]. Моделирование момента инерции представлено на рисунке 2.

Проверка возможности группового самозапуска АД СН проводилась на действующем энергоблоке 300 МВт. Рабочее питание секций собственных нужд (1РА, 1РБ) осуществляется от трансформатора собственных нужд (ТСН) типа ТРДНС – 32000/35. Питание резервной магистрали (РМ-1А, РМ-1Б) 6 кВ осуществляется от пускорезервного трансформатора собственных нужд (ПРТСН) типа ТРДЦН – 63000/110, который подключен отпайкой к КВЛ 110 кВ. Для питания секций 0,4 кВ (1НА, 1НВ, 1НБ) используются три рабочих трансформатора (Т-41А, Т-41Б, Т-41В) типа ТСЗС-1000/6, которые присоединены к шинам 6 кВ собственного блока и одного резервного трансформатора типа ТСЗС-1000/6 (Т40-Р1), который подключен к шинам другого энергоблока.

Рисунок 2. Моделирование момента инерции в ПК ETAP

Первый расчетный случай. АВР секции 1 РА. Нагрузка энергоблока 140 МВт. Возможные причины:

ошибка оперативного персонала;

самопроизвольное отключение рабочего ввода секции.

ПЭН находится в работе. Нагрузка ТСН составляет 71 %. При этом резервная магистраль нагружена из-за того, что происходит пуск другого блока. Нагрузка ПРТСН составляет 30 МВТ – 50 % от мощности трансформатора.

Остаточное напряжения, генерируемое АД, на секции 1 НА за время бестоковой паузы опускается до 228 В, что составляет 60 % от Uном. Изменение напряжения на секции 1 НБ и 1 НВ не зафиксировано. При включении резервного ввода через 1,35 с от РТСН значение начального напряжение на секции равно 304 В (80 % от номинального напряжения). Разворот АД секции 1 НА прошел за 6 с.

Второй расчетный случай. Короткое замыкание на присоединении секции 1 РА. Срабатывает токовая отсечка. Нагрузка энергоблока 140 МВт. ПЭН находится в работе. Нагрузка ТСН составляет 72 % от номинальной мощности трансформатора.

Напряжения на секции 1 РА опускается до 0 кВ. Напряжение на секции 1 РБ снижается до 95 % от equation_7.pdf. При отключении автоматического выключателя через 0,1 с присоединения, на котором произошло короткое замыкание (КЗ) значение начального напряжение на секции равно 4,2 кВ (70 % от номинального напряжения). Разворот АД секции 1 РА прошел успешно за 3 с.

Остаточное напряжения на секции 1 НА опускается до 220 В, что составляет 55% от Uном. Напряжение на секции 1 НБ и 1 НВ снижается до 90 % от equation_8.pdf. При отключении КЗ через 0,1 с начального напряжение на секции равно 328 В (82 % от номинального напряжения). Разворот АД секции 1 НА прошел за 4 с.

Третий расчетный случай. Короткое замыкание на присоединении секции 1 РА: ТСН 6/0,4 кВ. Срабатывает максимальная токовая защита – резервная защита ТСН 6/0,4 кВ. Нагрузка энергоблока 140 МВт. ПЭН находится в работе. Нагрузка ТСН составляет 72 % от номинальной мощности трансформатора.

Напряжения на секции 1 РА опускается до 0 кВ (рисунок 3). Изменение напряжения на секции 1 РБ зафиксировано на 5 %. При отключении присоединения через 0,55 с, на котором произошло КЗ, значение начального напряжение на секции 1РА равно 4,2 кВ (65 % от номинального напряжения). Во время КЗ срабатывает защита минимального напряжения (ЗМН) 1 ступени и происходит отключение конденсатного насоса бойлера и дымосос рециркуляции газов, однако, разворот ряда двигателей на секции 1 РА так и не происходит (рисунок 3,4). Через 9 секунд от действия ЗМН 2 ступени происходит отключение ПЭНа. Блок отключается по ТЗ.

Рисунок 3. Напряжение секции 1 РА и 1РБ

Рисунок 4. Скольжение АД секции 1 РА

 

Выводы.

  1. Проведено расчетно-теоретическое исследование, позволяющее оценить возможность группового самозапуска АД СН ТЭЦ в ПК ETAP для энергоблока 300 МВт.
  2. Выявлен случай неуспешного группового самозапуска АД энергоблока     300 МВт.
  3. В результате проведенного исследования было выявлено, что разворот двигателей после ликвидация внешних КЗ с выдержкой времени 0,5 с не всегда будет обеспечен, а также успешный групповой самозапуск не всегда возможен, даже при достаточном значении восстанавливающегося напряжения (0,65 от equation_9.pdf).
  4. Необходимо проводить дальнейшие исследования, которые позволят более точно установить уставки РЗ, а также дать рекомендации для выбора оборудования, чтобы повысить надежность работы СН.

Список литературы

  1. Стыскин, А.В. Уразбахина, Н.Г. Моделирование и нализ возможнсоти самозапуска асинхронных двигателей собственных нужд / А.В. Стыскин, Н.Г. Уразбахина // Элеткротехнические и информационные комплексы и системы. – 2017. – Том 13. – № 1 – С. 43-49.
  2. Собственные нужды тепловых электростанций / Э. М. Аббасова, и др. — М.: Энергоатомиздат, 1991. – 272 с., ил.
  3. Озерский, А.М. Модель гидромуфты с асинхронным электрическим двигателем/ А.М. Озерский // Известия высших учебных заведений Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2011. – №5. – С.58-66.
  4. Maljkovic, Z. The impact of the induction motor on short-circuit current/ Z. Maljkovic, M. Cettolo M., M. Pavlica // IEEE Industry Applications Magazine, Volume: 7, Issue: 4, Jul/Aug 2001, p. 11-17.
  5. Старшинов, В. А. Электрическая часть электростанций подстанций: учебное пособие / В.А. Старшинов – М.: Издательский дом МЭИ, 2015. – 296 с.
  6. Сыромятников, И.А. Режимы работы асинхронных и синхроных двигателей/ Под ред. Л.Г. Мамиконянца. 4- изд., переработ. и доп. / И.А. Сыромятников – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 240 с.
  7. Копылов, И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учеб. для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. / И.П. Копылов – М.: Высш.шк., 2001.
  8. Георгиади, В. Х. Поведение энергоблоков ТЭС при перерывах электроснабжения собственных нужд (в трёх частях) / В. Х. Георгиади. – М.: НТФ "Энергопрогресс", 2003; ил. [Библиотечка электротехника, приложение к журналу "Энергетик"].
  9. Федосеев, А.М. Релейная защита электроэнергетических систем: Учеб. для вузов. - 2-е изд. / А.М. Федосеев, М.А. Федосеев. – М.: Энерrоатомиздат, 1992. – 528 с.
  10. Байтер, И.И. Релейная защита и автоматика питающих элементов собственных нужд тепловых электростанций / И.И. Байтер, Н.А. Богданова – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 112 с.
  11. Боровико, Ю.С., Сулаймано А.О., Гусев А.С. Повышение точности моделирования процессов самозапуска электродвигателей для релейной защиты и автоматики / Ю.С. Боровико, А.О. Сулаймано, А.С. Гусев // Изв. вузов. Электромеханика. – 2011. – № 6. – С. 77 – 80.

Предоставляем бесплатную справку о публикации,  препринт статьи — сразу после оплаты.

Прием материалов
c по
Остался последний день
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary