CC BY
20
УДК 621.313
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ
А.Дж. Вохидов
Рассмотрены основные технические параметры насосной станции, влияющие на режимы работы и на надежности системы электроснабжения, исследованы технологические процессы оросительной насосной станции, сделан анализ механических характеристик, причин выпадения из синхронизма и выхода из строя насосных агрегатов, предложен методика расчета провала напряжения, разработан алгоритм расчета статической устойчивости и запаса устойчивости по активной мощности.
Ключевые слова: насосная станция, производительность, технические и механические параметры, энергоёмкие потребители, синхронизм, прямые критерия статической устойчивости.
Насосная станция Ходжа Бакырган-1 (ХБ - 1), которая служит для орошения многотысячных гектаров земли, находится на севере Бабаджан Гафуровского района Республики Таджикистан. Она является одним из важнейших объектов водного хозяйства, которая питается от Кайраккумского ГЭС-а Согдийской энергосистемы Республики Таджикистан [1].
После эксплуатации Кайраккумского ГЭС-а Согдийской энергосистемы была эксплуатирована насосная станция (НС) Ходжа Бакырган-1. По проекту НС она должна орошать 9,4 тысяч гектаров земель, засеянных хлопком и зерном. Основными потребителями электроэнергии на станции ХБ-1 являются высоковольтные синхронные двигатели [2].
НС имеет два подъема для перекачки воды, которые перекачивают воду из Кайроккумского водохранилища на расстояние более чем на 1028 м на втором подъеме. Первый подъём НС был спроектирован для перекачки и подачи воды от водохранилища на второй подъём. В первом подъеме установлены три Пантона по восемь СД типа СДНЗ 3-17-56-4У3. Установленная мощность первого подъема НС составляет 48 МВт, а у второго подъёма составляет 27,2 МВт, поэтому объект является одним из энергоёмких потребителей Кайраккумской электростанции и входит в первую категорию потребителей электроэнергии [2]. На рис. 1 приведен внешний вид насосной станции ХБ-1.
Рис. 1. Насосная станция Ходжа Бакырган -1
Согласно п. 1.2.13 ПУЭ и ПТЭ питание таких крупных потребителей по надежности и устойчивой работе крупных насосных станций относится к особой группе, т. е. 1-й категории, что допускает дополнительное питание от третьего источника,
как правило, не входящего в энергосистему [3]. По проекту производительность НС первого подъёма общего блока составляет 4,1472 млн. м3 воды в сутки, а производительность второго подъёма составляет 2,4192 млн м . Насосную станцию применяют для орошения сельских земель городов и районов Согдийской области и северной части агропромышленных комплексов Боткентской области, которое механические параметры приведены в табл. 1.
Таблица 1
Механические параметры вертикального насоса типа 24 НДС _
№ п/п Установка Назначение Напор, м Произв. м3/час Диаметр трубы, мм От двигателя диаметр, мм Длина, м
1 24 НДС Пер. воды 70.2 7200 1730/10 2020/10 800/10 1028
Схема электроснабжения питания НС и схема замещения приведена на рис. 2.
Рис. 2. Однолинейная и схема замещения насосной станции Ходжа Бакирган — 1
По информации "Управления машинного орошения" Б. Гафуровского района и Согдийской области в последние годы часто сталкиваются с проблемами выпадения из синхронизма и выхода из строя высоковольтных СД в НС. Причиной выхода из синхронизма СД являются колебания и отклонения напряжения Согдийской энергосистемы, пусках энергоёмких потребителей (параллельное включение мощных СД в насосных станциях Аштского (АНС - 1) и Зафарабадского района (КНС-2) и другие крупные промышленные потребители, пульсация частот в ЛЭП - 500 кВ Юг-Север, срабатывание АВР выключателя ОРУ - 500 кВ Нурекской ГЭС и т.д. Кроме этого срабатывание ПАПВ выключателей Кайраккумской энергосистему и питающей сети НС, которые изменяют передаваемую мощность по этой линии от 13...15%, что влияет на технологические процессы всех ирригационных сооружений и приводит к массовому народнохозяйственному ущербу агропромышленной комплексе Согдийской области. КЗ и срабатывание АВР и ПАПВ выключателей линий напряжением 110.500 кВ Юг - Север и Согдийской энергосистемы привело к массовому отключению двигателей нескольких насосных станций, статистические данные которых приведены на табл. 2.
Таблица 2
Отключение двигателей НС при аварийных ситуациях Согдийской энергосистемы
Отключение двигателей НС при аварийных ситуациях энергосистемы Общая мощность, кВт Количество вышедшего из строя электрооборудования
Дата отключения линий 500 кВ 21.07.16 23.07.16 24.07.16 25.07.16 26.07.16
Х. Бакирган 1 48000 12000 10000 18000 8000 16000 12000
Х. Бакирган 2 27600 8000 8000 16000 - 14000 4000
Сумчак-1 4500 4000 - 2000 - - -
Октош -1 4230 1600 - - 4000 2000 2000
Самгар1 16000 - 2000 8000 - 2000 4000
Всего 100330 25600 20000 44000 12000 4000 22000
Основными аспектами ненадёжной работы СД насосной станции ХБ-1 являются большие отклонения напряжения в узле нагрузки и распределительной сети, механические перегрузки в насосной установке, влияние больших возмущений энергосистемы, кратковременные перерывы в электроснабжении станции и подстанции. Кроме того, пусковые отклонения напряжения являются негативным факторами, которые влияют на соседних потребителей, подключенных к данной системе шин НС. В таких аварийных ситуациях передача мощности в систему временно изменяется или прекращается.
Исходя из вышеизложенного, для определения устойчивости работы и производительности НС составляем алгоритм расчета влияния снижения напряжения на производительность. Электродвигательная нагрузка первого и второго подъёма насосной станции являются синхронные двигатели типа СДНЗ-17-56-4У3 номинальной мощностью 2 МВт и 1,6 МВт и др. Таким образом, для расчета влияния определяем электромагнитный момент двигателя, с которым ротор двигателя вращается с синхронной скоростью [4].
При отсутствии скольжения, вся мощность электромагнитного поля статора Рэм преобразуется в механическую мощность на валу СД.
На рис. 3 показана динамика влияний снижения напряжения распределительной сети в подстанции ХБ-1 на производительность одного СД насосной станции ХБ-1.
49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
—•-
•- _____
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
-•-М, Н»м 43,219343,6857 44,152144,618445,084845,5512 46,0176 46,484 46,950447,4168 47,883248,3496
-•—и, КВ 5,56 5,62 5,68 5,74 5,8 5,86 5,92 5,98 6,04 6,1 6,16 6,22
-О-Р, МВт 1,27298 1,29 1,301581,315881,330181,34448 1,358781,373081,387381,40168 1,41598 1,43028
—•—а мЗ/с 1,85037 1,87116 1,89195 1,91273 1,93352 1,9543 1,97509 1,995882,016662,03745 2,058232,07902
-•-М, Н*м —•— и, кВ —в— Р, МВт -#-а мЗ/с
Рис. 3. Производительность насосной станции при снижении напряжения от 1 до 10%
Согласно рис. 3 снижение напряжение распределительной сети и коротких импульсов энергосистемы вызывает нарушения режимов работы синхронных двигателей и приводит к увеличению температуры в обмотках статора, ротора, что обусловливает
усиленное старение электротехнических материалов. Для предотвращения вышеуказанных последствий, требуется анализ и проверка электрических приборов и защитных аппаратов систем релейной защиты и автоматики в самой НС и распределительной сети в целом.
При эксплуатации высоковольтных СД в насосной станции ХБ-1 был разработан алгоритм расчета схема замещения согласно рис. 2 по требованиям прямым критерием статической устойчивости. С этой целью было построена угловая характеристика синхронного двигателя (рис. 4).
Угловая характеристика синхронного двигателя Ртах типа ОДНЗ -17 - 4 - 56
Рис. 4. Угловая характеристика синхронного двигателя серии СДН3-17-4-56.
Согласно рис. 4 режим работы двигателя устойчив по отношению к малым возмущениям, если производная электрической мощности Р по углу d будет больше нуля. Согласно требованию прямого критерия статической устойчивости коэффициент запаса по мощности одного СД в нормальном режиме составляет 20%, а аварийном режиме не менее 8% [6]. Расчеты показали, что при краткосрочных малых и больших значениях падения напряжения или при возникновении перерывов в электроснабжении энергоёмкие двигатели работают в устойчивом состоянии [5].
Таким образом, можно заключить, что снижение напряжения и короткие замыкания в энергосистеме вызывают нарушение режимов работы синхронных двигателей, а также приводит к народнохозяйственному ущербу на объектах водного хозяйства и в агропромышленных комплексах Б. Гафуровского района в целом. В результате исследования был сделан анализ причин и факторов влияющих на выход из строя элементов электрооборудования, построен график изменения производительности НС при изменении напряжения, а также разработан алгоритм расчета производительности НС и применены прямые критерии статической устойчивости для определения условия устойчивой работы синхронных двигателей. С помощью компьютерной программы Microsoft Excel были получены результаты в виде графиков и характеристик.
Список литературы
1. Веников В. А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М.: Высшая школа, 1985. 536 с.
2. Вохидов А.Дж. Анализ технологических процессов и режимов работы синхронных двигателей насосной станции Ходжа Бакирган - первого и второго подъёма. Международная конференция в ХПИТТУ. Худжанд 2017. С. 349 - 352.
171
3. Вохидов А.Дж. Влияние качества электроэнергии на работу ирригационных систем. Чебоксары. Издат-во Чуваш. ун-та. 2017. С. 171 - 175.
4. Гамазин С.И., Ставцев В.А., Цырук С.А. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения, обусловленной электродвигательной нагрузкой. М.: Издательство МЭИ, 1997. 424 с.
5. Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках: учебное пособие для вузов. 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1984. 448 с.
6. Шабад В.К. Электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах: учебное пособие для студ. учреждений высш. проф. образования. М.: Академия, 2013. 192 с.
Вохидов Аюбджон Джумаевич, ассистент, [email protected], Республика Таджикистан, Худжанд, Худжандский политехнический институт таджикского техничесого Университета имени академика М. С. Осими
RESEARCH OF THE REASONS FOR EXITING FROM THE ELECTRICAL EQUIPMENT OF PUMPING STATIONS OF HIGH POWER
A.J. Vohidov
The main technical parameters of the pumping station affecting the operation modes and reliability of the power supply system are considered, technological processes of the irrigation pumping station are investigated, the analysis of mechanical characteristics, causes of loss of synchronism and failure of pumping units is made, a method for calculating the voltage dip is developed, an algorithm for calculating static stability is developed and the stability margin of active power.
Key words: pumping station, performance, technical and mechanical parameters, energy-intensive consumers, reasons for going out of synchronicity, direct criteria of static stability.
Vohidov Ayubjon Jumaevich, аssistant, Aybjon [email protected], Republic of Tajikistan, Khujand, Khujand polytechnic Institute of the Tajik Technical University by academician M.S. Osimi
