Аракелян А.К., Афанасьев А.А. Вентильные электрические машины и регулируемый электропривод. Книга 2

Подождите немного. Документ загружается.

421

Рис. П.6. Ýêспериментальные данные стационарных вибра-

ционных процессов элеêтромеханичесêой системы ВД—ПÝÍ

при сетевом питании (а, в, д) и питании несинусоидальным

тоêом от ПЧ (б, г, е). I, II, III, IV — порядêовые номера под-

шипниêов агрегата; КД, КÍ — êорпусы соответственно син-

хронного двигателя и питательного насоса;



- - уровень гармоничесêих êолебаний подшипниêов и êорпу-

сов оборудования по горизонтальной оси (X);



- - то же по

вертиêали (Y); -



- то же по продольной оси (Z)

422

Таблица П.4

Режим Параметры режима

работы Частота

Мощ-

Оси Точки измерения вибраций

СД враще- ность, колеба- I КД II III КН IV

ния, кВт ний Относительные единицы

об/мин

Синхрон-

2500 x

ный 3000 3300 y 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

режим 4000 z

Регулиро-

x 0,514 2,25* 1,08 1,0 1,0 1,08

вочный 2820 2600 y 1,344 1,82* 1,533 0,658 1,1* 1,0

режим: z 2,25 1,357* 1,666* 0,9 0,660 0,555

питание x 0,786 1,2* 1,625* 1,0 1,416* 0,545

СД от

ПЧ

2900 3100 y 1,285 1,0 1,262 0,714 1,0 0,92

с инвер- z 2,4 1,636 1,5* 1,375 1,25* 0,682

тором x 0,885 2,25 0,598 3,5 1,25* 4,2*

тока 3000 4000 y 1,214 0,956 0,89 0,5 0,413 0,442

z 1,285 0,883 1,1* 0,8 0,3 0,474

Абсолютные значения амплитуд êолебаний (см. рис. П.6) не превышают допустимые нормами.

423

Особо опасным сечением оказывается участок валопро-

вода между тахогенератором и концом вала синхронной ма-

шины из-за высоких амплитуд колебаний конструкции тахо-

генератора. По этой причине в реальной системе из схемы

электропривода исключен тахогенератор (см. табл. 12—2 п.

12.5). Экспериментальные данные вибрационных испытаний

проиллюстрированы на рис. П.6.

По данным этих испытаний, в табл. П.4 приведены вели-

чины амплитуд колебаний опор подшипников корпусов обо-

рудования относительно одноименных показателей синхрон-

ного режима работы СД при сетевом питании.

Как следует из рис. П.6 и табл. П.4, в системе регулируе-

мого электропривода ПЭН по схеме ВД виброактивность по-

следнего в основном влияет на конструкцию синхронного

двигателя, повышая в целом уровень вибрации его элементов

в широких пределах.

П.4. Нормальные режимы работы электропривода

Частотно-регулируемый электропривод ПЭН с вентиль-

ным двигателем (рис. П.1)предназначен для плавного пуска

и регулирования подачи и напора питательного насоса путем

изменения частоты вращения приводного синхронного дви-

гателя. При параллельной работе ПЭН скорость регулируется

в сравнительно небольших пределах, обеспечивающих нор-

мальную работу совместно с группой нерегулируемых насо-

сов (см. рис. П.3). При блочной схеме питания котлов пре-

дел регулирования расширяется и достигает диапазона 2:1.

Регулирование скорости вращения приводного электро-

двигателя производится с помощью полупроводникового

(тиристорного) преобразователя частоты, состоящего из мос-

тового выпрямителя и зависимого инвертора тока, путем

воздействия на задающий потенциометр напора (режим руч-

ного регулирования) либо программно через центральный

процессор (режим автоматического регулирования).

Сигнал от задающего потенциометра или от ЦАП прохо-

дит через логическую часть схемы управления ПЧВС, обра-

батывается и выдается в виде импульсов на открывание ти-

ристоров выпрямителя. Управление же вентилями инвертора

424

производится в такт с вращением ротора СД от сигналов

датчика положения ротора или ЭДС вращения статора. Зна-

чение тока на выходе выпрямителя, соответствующий элек-

тромагнитный момент, развиваемый СД и, следовательно,

скорость последнего устанавливаются в зависимости от раз-

виваемого насосом момента сопротивления. Установившаяся

скорость (следовательно, и напор) при всех внешних возму-

щениях поддерживается автоматически, с высокой степенью

точности логикой САР.

Изменение режима, продиктованного потребными (но-

выми) выходными параметрами насоса, производится руч-

ным или автоматическим заданием на вход системы новых

управляющих переменных. Переходные процессы регулиро-

вания (изменения) выходных параметров насоса при внеш-

них возмущениях в коллекторе воды (набросах-сбросах на-

грузки на котлоагрегаты) приведены на рис. П.7.

Рис. П.7. Осциллограмма переходных процессов САР с ВД при по-

нижениях и повышениях напора в êоллеêторе питающей êотлоаг-

регаты воды в связи с набросом (а) и сбросом (б) нагрузêи на êот-

лоагрегаты:

, I

— напряжение и тоê выходной цепи инвертора; I

— тоê

входной цепи силового выпрямителя; U

дд(вых)

, U

рд(вх)

— напряжение

(преобразованный тоêовый сигнал) выходной цепи датчиêа давле-

ния и входной — регулятора давления

425

При плавном пуске системы электропривода после воз-

действия на соответствующие командоаппараты управления

ПЭН автоматически запускается логическая часть схемы

управления ВД, ротор двигателя плавно разворачивается, на-

бирая скорость. Управление тиристорами инвертора в режи-

ме малой скорости (примерно от 0 до 360 об/мин) происхо-

дит по сигналам ДПР, а коммутация тока в них происходит

по принципу «искусственной» коммутации, предусмотренной

блоком логики. По достижении ротором СД частоты враще-

ния более 360 об/мин автоматически вступает в работу про-

цесс естественной коммутации вентилей, обеспечиваемый

ЭДС вращения СД. Этот период пуска характерен сравни-

тельно быстрым темпом роста скорости двигателя. После

выхода привода на минимальную скорость, определяемую по

уровню рециркуляции насоса, автоматически открывается

напорная задвижка, затем реализуется соответствующий ал-

горитм регулирования ПЭН.

Системой управления предусмотрена возможность перевода

электропривода ПЭН из регулировочного режима вентильного

двигателя в синхронный режим СД с питанием от сети СН.

Этот процесс совершается автоматически по соответствующей

логике управления, обеспечивающей сравнение и подгонку ам-

плитуд, частот и фаз напряжения сети и ЭДС вращения СД в

окрестностях синхронной скорости. При равенстве амплитуд и

частот напряжений СН и СД в случае их синфазности и отсут-

ствия фазового сдвига реализуется команда на оперативное пе-

реключение масляных выключателей

Q Q

1 3

 , происходит бес-

толчковая синхронизация СД с сетью [364]. Преобразователь-

ный агрегат с двух сторон отключается и выводится в резерв.

Переходный процесс бестолчковой синхронизации СД с сетью

проиллюстрирован рис. П.8.

Вторым нормальным режимом работы системы электро-

привода является нерегулируемый (синхронный) режим.

Пуск и синхронизация СД для работы в нерегулируемом ре-

жиме производятся по аналогии, описанной выше, осущест-

вляются плавный пуск и бестолчковая синхронизация СД,

после чего в работу вводится технологическое оборудование

ПЭН. Кроме того, система управления комплексом ВД по-

426

зволяет произвести асинхронный пуск и синхронизацию СД

традиционным методом [363].

Возбуждение электродвигателя в двух описанных выше

режимах работы реализуется от единого статического (тири-

сторного) возбудителя, входящего в комплект ПЧВС. При

режиме регулирования ВД система возбуждения автоматиче-

ски переводится в режим регулирования тока возбуждения в

функции тока нагрузки, обеспечивая тем самым компенса-

цию продольной реакции якоря ВД и, следовательно, его

статическую и динамическую устойчивость. При синхронном

режиме вступает в работу АРВ собственно статического воз-

будителя. Система АГП обеспечивает нормальный асинхрон-

ный пуск СД с гашением энергии поля ротора инвертирова-

нием и возбуждение в фазе синхронизации ротора.

Рис. П.8. Осциллограмма частотного пусêа вентильного двигателя в

фазе реализации естественной êоммутации в инверторе тоêа в период

бестолчêовой синхронизации СД с сетью собственных нужд ТÝЦ:

, I

— напряжение и тоê входной цепи силового выпрямителя;

, I

— напряжение и тоê выходной цепи инвертора, I

— тоê

обмотêи возбуждения

427

П.5. Работа электропривода в аварийных режимах станции

При сравнительно глубоких аварийных посадках напря-

жения на шинах СН ( 0 6,

) работоспособность системы

электропривода как для реализации пусковых процессов, так

и для процесса регулирования сохраняется, в то время как

самозапуск находящихся в резерве ПЭН с асинхронными

электроприводами делается невозможным. При отказах не-

посредственно в преобразовательном агрегате, приводивших

к его отключению, дифференциальной защитой предусмат-

ривается локализация отключаемого преобразователя от ис-

правного двигателя, который переходит в режим самозапуска

с последующей синхронизацией с сетью [356].

Процесс самозапуска (запуска) синхронного двигателя

мощностью 4000 кВт агрегата проиллюстрирован осцилло-

граммами рис. П.9.

Рис. П.9. Осциллограмма процесса самозапусêа синхронного двига-

теля после «аварийного» отêлючения ПЧ:

U I

— напряжение и тоê СД; U I

в в

— напряжение и тоê обмот-

êи возбуждения; U

— напряжение на зажимах разрядного сопро-

тивления АГП.

428

П.6. Опыт эксплуатации

Система регулируемого электропривода ПЭН с вентиль-

ным двигателем работает нормально во всех предусмотрен-

ных техническим заданием режимах. За время пятилетней

работы проводились регулярно все регламентированные

профилактические работы по преобразователю и по двигате-

лю. При осмотре железа и обмоток двигателя при вынутом

из зазора роторе не обнаружено видимых дефектов и следов

перегрева, а также механических неисправностей в системе

крепления стержней и лобовых частей обмоток статора. Не

обнаружено последствий и от повышенных вибраций в кон-

структивных элементах фундамента под оборудование, по-

мещений, а также подшипников и корпусов силового и тех-

нологического оборудования, подводящих трубопроводов.

Систематический учет показателей расхода электроэнер-

гии на перекачивание питающей котлоагрегаты воды позво-

лил определить реальный экономический эффект, который

при среднегодовом расходе питательной воды 13,022

т со-

ставляет 0,77 кВт

ч на тонну.

Экономический эффект от внедренной системы электро-

привода частично обусловлен сравнительно экономичным

синхронным электродвигателем, имеющим относительно вы-

сокий КПД (97,5%) по сравнению с асинхронным двигате-

лем эквивалентной мощности и возможность работать с

cos   1 в нерегулируемом режиме.

За время эксплуатации был обнаружен ряд неисправностей

и случайных отказов, устраненных станционным оперативным

и эксплуатационным персоналом. Наиболее характерные из

них: частые электрические и тепловые пробои тиристоров в

плечах моста выпрямителя в основном в моменты пуска приво-

да; ложная работа ряда защит из-за загрязнения поверхностей

фотодиодов; отказ в схемах СИФУ и формирователей импуль-

сов вентилей выпрямителя с выходом из строя микросхем се-

рии КР590Н5 и К157УД2; отказы блоков контроля исправности

тиристоров, расположенных непосредственно вблизи силовых

тиристоров и, таким образом перегревающихся от излучаемых

тепловых потерь тиристоров.

429

Однако все указанные неисправности не повлекли за со-

бой аварийной остановки насоса и другого оборудования.

Выводы.

1. Система частотно-регулируемого электропривода с

вентильным двигателем на базе синхронного двигателя и по-

лупроводникового преобразователя частоты с зависимым ин-

вертором тока показывает свою полную работоспособность,

экономичность и достаточную надежность в условиях экс-

плуатации на тепловых электростанциях в качестве электро-

привода механизмов собственных нужд и должна находить в

ближайшем будущем широкое применение в электроэнерге-

тике и в других отраслях с конкурентоспособными система-

ми электроприводов.

2. Гибкие возможности этой системы обеспечивают реа-

лизацию нескольких алгоритмов работы: в синхронном ре-

жиме; в регулировочном режиме с группой нерегулируемых

параллельно включенных насосов; регулирование в блочной

схеме, что наилучшим образом удовлетворяет технологиче-

ским требованиям и способствует повышению надежности и

экономичности работы технологического оборудования.

3. Использование серийного синхронного двигателя с

двухполюсным массивным ротором без демпферной обмотки

серии СТД при питании несинусоидальным током сопряже-

но с существенным ограничением его установленной мощ-

ности. Эксплуатация этого двигателя усложняется в связи с

отсутствием на поверхности железа ротора и в пазах обмотки

возбуждения встроенных термосопротивлений, исключаю-

щих возможность контроля температуры ротора в целом.

4. Комплексный тиристорный преобразователь серии

ПЧИС вместе со статическим возбудителем при соответст-

вующей объектной ориентации для конкретной группы ме-

ханизмов собственных нужд (в данном случае для насоса)

полностью удовлетворяет техническим условиям регулируе-

мого привода и в будущем может найти широкое примене-

ние в отрасли. Однако невысокое качество силовых вентилей

существенно снижает степень надежности всей системы

электропривода.

430

5. Повышенные вибрации, обусловленные гармониче-

скими стационарными добавочными электромагнитными

моментами, порождаемыми из-за коммутационных процес-

сов и несинусоидальностью напряжений и токов, проявля-

ются, главным образом, в системе конструкций двигателя.

Снижение их уровня может быть достигнуто лишь измене-

нием конструкции ротора с добавлением продольно-

поперечной демпферной обмотки либо переходом на прин-

ципиально новый тип двигателя с двумя системами, сме-

щенных в пространстве фазных обмоток.

6. Организация АСУТП всей системы собственных нужд

по иерархическому принципу может быть реализована по ра-

диальной либо кольцевой схемам на базе многоцелевых ло-

гических микропроцессорных контроллеров типа ЛОМИ-

КОНТ—112, управляемых центральным процессором.

П.7. Расчет переменных вентильного двигателя для регу-

лировочного режима электропривода питательного насоса

В рассматриваемой системе комплектного электроприво-

да (Рис. П.10) реализована схема управления, которая обес-

печивает автоматическое регулирование тока возбуждения в

функции тока статора по закону [566]:









const , (П.1)

где



— эдс двигателя за сверхпереходной индуктивностью,

номинальное значение ее — 

;

— электрическая частота выходного тока инвертора;

— 50 Гц.

Следовательно все расчеты параметров регуляторов САР

базируются на управлении тока возбуждения. При этом при-

нимается ток статора (

) и угол между током и напряжени-

ем статора ( 

) заданными. Требование оптимального (пол-

ного) использования габаритной мощности приводного син-