Содержание
Существующая практика расчетов параметров, характеризующих состояние конкретной системы электроснабжения (СЭС).
В данной статье рассмотрим необходимость динамических расчетах в СЭС.
Исходные данные для динамических расчетов
На основании известных методик расчетов рассмотрим схему на рисунке 1:
На основании методов из работ [1 — 5] произведем расчеты следующих параметров:
- Силового трансформатора.
- Низковольтной пусковой аппаратуры.
- Уставок максимальной токовой защиты.
- Значений токов короткого замыкания (КЗ).
- Параметров силового кабеля и электродвигателей.
В результате получим сводную таблицу 1 с перечнем оборудования:
В результате определяются значения эксплуатационных параметров электрооборудования, рассчитанные по алгебраическим выражениям для системы:
- Эксплуатационные напряжения.
- Предельные напряжения.
- Эксплуатационные токи.
- Предельные токи.
Следует учитывать, что согласно документов [4 и 5] отмечена ограниченность применимости этих методик:
- В документе [4] говорится, что «…Стандарт не устанавливает методику расчета токов при электромеханических переходных процессах с учетом изменения частоты вращения электрических машин».
- В документе [5] пишется, что «…Если исходная расчетная схема (и соответственно схема замещения) является многоконтурной, то апериодическую составляющую тока КЗ в произвольный момент времени следует определять путем решения соответствующей системы дифференциальных уравнений, составленных с учетом как индуктивных, так и активных сопротивлений всех элементов исходной расчетной схемы».
Это означает, что для СЭС добычных и проходческих участков горных предприятий, где преобладают интенсивно изменяющиеся электродвигательные нагрузки, сопровождающиеся изменениями частот вращении электродвигателей, необходимо проведение дополнительных динамических расчетов, позволяющих ответить на вопросы, сформулированные в работе [6].
В работе [6] указано: «…двумя наиболее важными вопросами являются: — Какой величины будет протекать ток? — Как долго будет протекать ток?» (…two most important issues are: — how much current will flow? — how long will the current flow?).
Описание методологии расчетов СЭС
Рассмотрим конкретную систему электроснабжения по согласно рисунка 1.
Состав основного оборудования и составляющих системы:
- Длина кабельной линии от трансформатора ТСШВП-400 до максимально удаленного электродвигателя 550 м (без учета перемычек между пускателями).
- Параметры асинхронных электродвигателей (АД) и порядок их включения приведены в таблице 1.
- Используемый кабель для организации энергоснабжения АД — КГЭШ 3*95 и КГЭШ 3*50.
- Проходческий комбайн 4ПП-2, используемый как перегружатель.
- Компрессорная установка УКВШ-5/7.
- Проходческий комбайн КСП-32.
- Маневровая лебедка МК-6.
Электромагнитные параметры электродвигателей определены на основе информации, содержащейся в документах [7-9], а именно:
- Параметры цепи намагничивания.
- Активное сопротивление обмоток ротора.
- Активное сопротивление обмоток статора.
- Индуктивное сопротивление обмоток ротора.
- Индуктивное сопротивление обмоток статора.
Состояние системы электроснабжении может быть описано совокупностью алгебраических и дифференциальных связей по работе [10] с дополнительным учетом емкостей в системе:
где
- l0, l1 — начальное и конечное значения индекса, определяющего номер двигателя, токи которого участвуют в формировании падения напряжения на k и v — участке кабельной сети.
- Ψs Ψr, и IsIr с индексами α и β — составляющие потокосцеплений и токов статора и ротора по осям неподвижной системы координат.
- k, L’ — с индексами sj и rj коэффициенты электромагнитной связи и переходные индуктивности электродвигателей.
- Параметры, начинающиеся c R и индексами s и r — активные сопротивления обмоток статоров и роторов АД.
- ωj — геометрическая угловая скорость вращения ротора электродвигателя.
- j — в индексном обозначении определяет номер электродвигателя.
- pj — число пар полюсов.
Практические расчеты и результаты СЭС
Для использования в расчетной практике этой математической модели электромеханического преобразования энергии совокупностью N асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, находящихся в системе электроснабжения произвольной структуры разработано соответствующее программное обеспечение.
ПО позволяет задавать конфигурацию системы электроснабжения, а именно:
- Количество электродвигателей.
- Параметры электродвигателей.
- Длины и параметры ветвей кабельной линии.
- Характер нагрузки на электродвигатели при моделировании режимов работы реальных машин.
- Последовательности включения или отключения электродвигателей для имитации реальных процессов пусков и отключений приводов машин.
На рисунках со 2 по 6 приведены расчетные осциллограммы изменений амплитуд питающего напряжения, токов и электромагнитных моментов при последовательном пуске восьми асинхронных электродвигателей, подключенных к источнику питания в соответствии с рисунком 1:
где
- Электродвигатель 2ЭДКОФВ2501В4 110 кВт — режим опрокидывания при работе на упор.
где
- Электродвигатель 2ЭДКОФВ2501В4 110 кВт — режим опрокидывания при работе на упор и отключение при срабатывании защиты.
Временные интервалы включения двигателей уменьшены с целью иллюстрации влияния изменений в режиме работы каждого из них на состояние остальных.
Пуски производились до уровней характерных значений моментов сопротивлений на валах электродвигателей, в следующей последовательности:
- При пуске АД 2ЭДКОФВ250М4 маслостанции комбайна КСП-32 потеря напряжения в течение 0.3 секунд составляет 10% от исходного действующего значения 690 В на ТСШВП400.
- Дальнейшие пуски АД приводов перегружателя и конвейера (15, 18.5 кВт) незначительно увеличивают потерю напряжения.
- Пуск АД исполнительного органа КСП-32 (2ЭДКОФВ250ЬВ4 — 110 кВт) вызывает потерю напряжения около 16%, а последующий пуск АД компрессорной установки мощностью 55 кВт вызывает кратковременную (0.3 с) потерю напряжения до 24% от исходного значения (690) и уменьшение этой величины до 8.5% по завершении пусков всех двигателей.
- При возникновении непреодолимого препятствия на исполнительном органе комбайна КСП- 32 и последующем возникновении режима работы на упор при опрокидывании АД величина потери напряжения составит 14.5-15% (смотрите рисунок З).
Таким образом, выполнение дополнительных расчетов для оценки динамического состояния конкретной системы электроснабжения на основе программной реализации идеологии работы [10] дает возможность получить ответы на вопросы, сформулированные в работе [б].
Список литературы
- Плащанский Л.А., Основы электроснабжения горных предприятий – Москва: Издательство Московского государственного горного университета, 2006 год, страница 499.
- Куликов Ю.А., Переходные процессы в электрических системах – Новосибирск НГТУ, Москва: Мир, ООО «Издательство АСТ», 2003 год, страница 283.
- Переходные процессы в системах электроснабжения / Г.Г. Пивняк, В.Н. Винославский, А.Я. Рыбалко, Л.И. Нессен — Москва: Энергоатомиздат, Днепропетровск: Национальный горный университет, 2003 год, страница 548.
- ГОСТ 28249-93, Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ, Москва: Издательство стандартов, 1994 год, страница 66.
- Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования, под редакцией Б.Н. Неклепаева – Москва: Издательство, НЦ ЭНАС, 2001 год, страница 152.
- ELECTRICAL PLAN REVIEW. Bulletin EPR-1, November 2002. 45 p.
- Стариков Б.Я., Азарх В.Л., Рабинович 3.M., Асинхронный электропривод очистных комбайнов – Москва: Недра, 1981 год, страница 288.
- Моделирование систем электропривода в Simulink (Matlab 7.0.1), учебное пособие, В.Б. Терёхин, Национальный исследовательский Томский политехнический университет — Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2010 год, страница 292.
- Corcoles, J. Pedra, М. Salichs, L. Sainz, “Analysis of the induction machine parameter identification” IEEE Trans. Energy Conversion, Vol 17, No 2, June 2002, pp. 183-190.
- Ещин E.K., Модель асинхронного электродвигателя в системе электроснабжения // Электротехника, 2002 год, №1, страницы 40-43.
- В.Т. Антипов, Комбайн проходческий КСП-32. Руководство по эксплуатации / Ясиноватский машиностроительный завод, 1999 год, страница 120.
- Математическая модель системы электроснабжения горных машин.
Источник: О необходимости динамических расчетов в системах электроснабжения с электродвигательной нагрузкой / Е.К. Ещин // Вестник КузГТУ, 2013 год, №2, страницы 108-112.
