CC BY
137
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ
УДК 621.316. 621.313
Е.К.Ещин
О НЕОБХОДИМОСТИ ДИНАМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКОЙ
Существующая практика расчетов параметров, характеризующих состояние конкретной системы электроснабжения (СЭС), например, для рис.1 - параметров силового трансформатора, низковольтной пусковой аппаратуры, уставок максимальной токовой защиты, значений токов короткого замыкания (КЗ), параметров силовых кабелей и электродвигателей, основана на хорошо известных методах [1..5].
В результате определяются значения эксплуатационных параметров электрооборудования, а также рассчитываются по алгебраическим выражениям статические значения предельных и эксплуатационных напряжений и токов в системе .
Вместе с тем, здесь же [4,5] отмечена ограниченность применимости этих методик.
В [4] говорится, что «...Стандарт не устанавливает методику расчета токов при электромеха-
=їі !■;„
Рис. 1 .Пример схемы электроснабжения как результат применения существующей практики
расчетов
Электродвигатели приводов используемого оборудования по рис.1.
Оборудование Привод Тип электродвигателя Р, кВт Порядок включения
Комбайн КСП-32 [11] Исполнительный орган 2ЭДКОФВ250LВ4 110 4
Перегружатель 3ВР160S4 15 2
Маслостанция 2ЭДК0ФВ250М4 55 1
Конвейер 3ВР160М4 (2 шт.) 18.5 3
Насос закачки АИУ90L4 2.2 0
Компрессорная установка УКВШ-5/7 2ЭДК0Ф250М4 55 5
Комбайн 41II1-2 Перегружатель АИУ132М4 У2.5 11 6
Маневровая лебедка МК-6 ВАО51-4 7.5 7
нических переходных процессах с учетом изменения частоты вращения электрических машин».
В [5] - «...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 электродви-гательные нагрузки, сопровождающиеся изменениями частот вращения электродвигателей, необходимо проведение дополнительных динамических расчетов, позволяющих ответить на вопросы, сформулированные в [6], а именно, «.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?).
Рассмотрим конкретную систему электроснабжения по рис.1., приведенную в http://elektro-mehanik.org.ua/_fr/1/6456771.jpg [Дата обраще-
ния - 01.02.2013]
Состав основного оборудования: проходческий комбайн КСП-32; проходческий комбайн 41II1-2. используемый как перегружатель; маневровая лебедка МК-6; компрессорная установка УКВШ-5/7.
Параметры асинхронных электродвигателей (АД) и порядок их включения приведены в таблице. Длина кабельной линии от трансформатора ТСШВП-400 до максимально удаленного электродвигателя 550 м (без учета перемычек между пускателями).
Используемые кабели для организации энергоснабжения двигателей - КГЭШ 3*95, КГЭШ 3*50.
Электромагнитные параметры двигателей (активные и индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора, цепи намагничивания) определены на основе информации, содержащейся в [79].
Состояние системы электроснабжения может быть описано совокупностью алгебраических и дифференциальных связей по [10] с
дополнительным учетом емкостей в системе:
Т к Т к
I = saj________j т I = spj j т
aaj L L s^j L L r^j5
Т . к.
I = ra._____________________. т
raj l L sa.5
r. r.
Т n. к.
I = rfij_____________SJ_ Т
rpj l L s'p5
rj rj
fj = -RJraj -Pj^j TrPj, fj = ~RrjIrPj +PjVj Traj
m l1 d7
У L.y C.—— = U - U . -
kv , i, a saj
k_0 i_l. dt
m l m l, 1
-У Rv У CZa -У Lkv У — Usa -
k_0 i_L L-i
k_0 i_L
R
-У Lkv У -^la,-iLfi -У Rkv У i
k= q V i_I0 V Lsi Lsi J J
m l d7
EL, у c, d7
k_0 i=l0
pi = U - U -
u P Uspj
-У Rkv У C,7pi-У Lkv У
k=0 i=ln
-У Lkv У
k=0 i=lc
!q Ls,
Up, -
R k
si J ri f4
L . sp L .
J J
m ( l
-У Rkv УI
k=q V dU„
,=Iq
sPi
dt
= 7a
dU.
spj
dt
= 7
Pj’
d Т . = U . - RI .
dt saj saj sj saj ?
d Т = U - R I
dt spj U spj ^jspj
d т = f3
dt ra ’
где параметры, начинающиеся с Я и индексами 5, г - активные сопротивления обмоток статоров и роторов АД, р, - число пар полюсов, ю,- геометрическая угловая скорость вращения ротора электродвигателя, % % и 1,1г с индексами а,р- составляющие потокосцеплений и токов статора и ротора по осям неподвижной системы координат,
к, Ь - с индексами 5,, г, коэффициенты электромагнитной связи и переходные индуктивности двигателей, , - в индексном обозначении определяет номер двигателя, 1о, 11 - начальное и конечное значения индекса, определяющего номер двигателя, токи которого участвуют в формировании падения напряжения на к,У -участке кабельной сети.
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. Оно позволяет задавать конфигурацию системы электроснабжения, длины и параметры ветвей кабелей, количество электродвигателей, параметры электродвигателей, последовательности включения
или отключения электродвигателей для имитации реальных процессов пусков и отключений приводов машин, характера нагрузки на электродвигателях при моделировании режимов работы реальных машин.
На рис.2-6 приведены расчетные осциллограммы изменений амплитуд питающего напряжения, токов и электромагнитных моментов при последовательном пуске восьми асинхронных электродвигателей, подключенных к источнику питания в соответствии с рис.1. 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.
При пуске АД 2ЭДКОФВ250М4 маслостан-ции комбайна КСП-32 потеря напряжения в течение 0.3 секунд составляет 10% от исходного действующего значения 690 В на ТСШВП-400. Дальнейшие пуски АД приводов перегружателя и конвейера (15, 18.5 кВт) незначительно увеличивают потерю напряжения. Пуск АД исполнительного органа КСП-32 (2ЭДК0ФВ250ЬВ4 - 110 кВт) вызывает потерю напряжения около 16%, а последующий пуск АД компрессорной установки мощностью 55 кВт вызывает кратковременную
Время,С
Рис. 3 Изменение амплитуды питающего напряжения на двигателях комбайна КСП-32 при
последовательном включении двигателей различной мощности
Время, С
Рис. 3 Изменение амплитуды питающего напряжения на двигателях комбайна КСП-32 при последовательном включении оборудования и возникновении перегрузки на исполнительном органе (АД 2ЭДКОФВ250ЬВ4 110 кВт - режим опрокидывания при работе на упор)
1 000 Ш 950 | 900
1 850
К
С 800 я
Х 750
Восстановление напряжения после защитного отключения токовой защитой
Понижение напряжения припусках и стопорении
0.5
1.5
2.5 3
Время, С
3.5
4.5
5.5
Рис. 3 Изменение амплитуды питающего напряжения на двигателях комбайна КСП-32 при последовательном включении оборудования и возникновении перегрузки на исполнительном органе (АД 2ЭДКОФВ250ЕВ4 110 кВт - режим опрокидывания при работе на упор и отключение при
срабатывании защиты)
2 1 00 2 ООО 1 ЭОО 1 S00 1 700 1 600 1 500 1 400 1 300
а! 1 200
S 1 100
§ 1 ООО ш ЭОО ^5 800 § 700
I— 600 500 400 300 200 100 О
-1 00 -200
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
Время,С
Рис. 5 Изменение амплитудных значений токов АД и взаимовлияние пусков
электродвигател
юооо
3 000 6 000 X 4 000 2 2 000
О
-2 ООО -+ ООО
Рис. 5 Изменения электромагнитных моментов АД при пусках и их взаимовлияние
1.6
■^Исполнительный'":......!•....I".....I"
, орган К0П-Э2 110 кВт Компрессорная -г-
2.6 2.8 Время, С
(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% (см. рис.3).
Таким образом, выполнение дополнительных расчетов для оценки динамического состояния конкретной системы электроснабжения на основе программной реализации идеологии [10] дает возможность получить ответы на вопросы, сформулированные в [6] .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Плащанский Л.А. Основы электроснабжения горных предприятий / -М.: Изд-во Московского гос. горного ун-та, 2006. - 499 с.
2. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах / -Новосибирск: НГТУ, М.: Мир: ООО «Издательство АСТ», 2003. -283 с.
3. Переходные процессы в системах электроснабжения / Г.Г.Пивняк, В.Н.Винославский,
А.Я.Рыбалко, Л.И.Нессен // -М.: Москва: Энергоатомиздат; Днепропетровск: Национальный горный университет, 2003. - 548 с.
4. ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ./ М.: Изд-во стандартов, 1994. - 66 с.
5. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования /Под ред. Б.Н.Неклепаева. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2001.-152 с.
6. ELECTRICAL PLAN REVIEW. Bulletin EPR-1, November 2002. 45 p.
7. Стариков Б.Я., Азарх В.Л., Рабинович З.М. Асинхронный электропривод очистных комбайнов / М., Недра, 1981. - 288 с.
8. Терёхин В.Б. Моделирование систем электропривода в Simulink (Matlab 7.0.1): учебное пособие /
В.Б. Терёхин; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. - 292 с.
9. F. Corcoles, J. Pedra, M. Salichs, L. Sainz, “Analysis of the induction machine parameter
identification” IEEE Trans. Energy Conversion, Vol 17, No 2, June 2002, pp. 183-190.
10. Ещин Е.К. Модель асинхронного электродвигателя в системе электроснабжения //
Электротехника. - 2002. -№1. C.40-43.
11. В.Т.Антипов. Комбайн проходческий КСП-32. Руководство по эксплуатации / Ясиноватский машиностроительный завод, 1999. - 120 с.
□ Автор статьи:
Ещин
Евгений Константинович, докт. техн.наук, профессор каф. прикладных информационных технологий КузГТУ.
Email: eke@kuzstu.ru
УДК 621.311:621.314
Ф.С. Непша, А.А. Шевченко, В.В. Дабаров
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПТИМИЗАЦИИ ПОЛОЖЕНИЙ УСТРОЙСТВ ВСТРЕЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ФИЛИАЛА ОАО «МРСК СИБИРИ» - «КУЗБАССЭНЕРГО - РЭС»
Режимы электрических систем, содержащих
замкнутые электрические сети различных
номинальных напряжений1, не являются достаточно экономичными из-за проявления
электрической неоднородности [1], т.е. отношение (1) для всех ветвей схемы не выполняется.
R
— = const (1)
X
Для улучшения качества напряжения и повышения экономичности работы электрической сети необходимо выбирать оптимальные значения коэффициентов трансформации, которые в общем случае могут быть комплексными.
Как известно, основными средствами регулирования напряжения путем изменения коэффициентов трансформации являются силовые трансформаторы, снабженные РПН - устройством переключения регулировочных ответвлений под нагрузкой. Данное устройство, встроенное в трансформатор, дает наиболее экономичное решение. При этом коэффициент трансформации представляет собой вещественное число.
Блок оптимизации комплексных
1 Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг. (соглашение
№ 14.В37.21.2073
коэффициентов трансформации является одной из частных задач комплексной оптимизации
установившихся режимов электрических систем. Его реализация производится с учетом решения, полученного на верхних уровнях алгоритма оптимизации режима. Полученные значения
коэффициентов трансформации могут быть положены в основу дальнейших расчетов
послеоптимизационных режимов.
При решении задачи оптимизации положений устройств встречного регулирования напряжения трансформаторов минимизируемой функцией, в общем случае, являются суммарные по системе потери активной мощности [2].
Математическая формулировка при этом состоит в определении минимума функции
суммарных потерь активной мощности сети:
^ = АРТ(КТ ) ^ шт, (2)
где КТ - коэффициент трансформации
регулируемых трансформаторов; ЛР£ - суммарные потери активной мощности сети.
При этом данная задача решается в условиях ограничений по уровням напряжений в узлах сети и по диапазонам регулирования трансформаторов:
— и1 — ^и1шах , (3)
КТ ш1п — КТ — КТ шах , (4)
где и - вектор напряжений в узлах сети.
