Электрическая часть электростанций - Самозапуск электродвигателей собственных нужд

Значительного повышения надежности работы станции можно достигнуть, если при кратковременных снижениях или даже полном исчезновении напряжения на шинах собственных нужд, вызванных короткими замыканиями, не отключать электродвигатели ответственных механизмов от сети. Тогда после восстановления нормального напряжения начинается их самозапуск, который можно рассматривать как групповой пуск с промежуточной частоты вращения, до которой успели затормозиться двигатели в аварийном режиме. Вследствие больших пусковых токов в трансформаторах возникает значительное падение напряжения, групповой самозапуск происходит при пониженных напряжениях на зажимах электродвигателей и может быть успешным или неуспешным. Успешным самозапуском следует считать такой, при котором остаточное напряжение на шинах собственных нужд обеспечивает ускорение электродвигателей до номинальной частоты вращения за время, допустимое по условиям нагрева двигателей и сохранения устойчивости технологического режима станции.
Допустимое время самозапуска электродвигателей для станций среднего давления с поперечными связями по воде и пару составляет 30—35 с и определяется условиями нагрева двигателей. Для блоков высокого и сверхкритического давления допустимое время самозапуска уменьшается до 10—12 с и определяется сохранением технологического процесса котла при прекращении подачи питательной воды. Еще меньше допустимое время самозапуска (до 1—2 с) для атомных электростанций, в особенности оборудованных главными циркуляционными насосами с малыми вращающимися массами, где даже при кратковременном прекращении циркуляции теплоносителя через активную зону реактор отключается аварийной защитой.
Длительность самозапуска зависит от времени перерыва питания (паузы), параметров питающих трансформаторов, реакторов, шин и кабельных линий, мощности участвующих в самозапуске электродвигателей, механических характеристик механизмов, типа регуляторов возбуждения.
Основные причины, вызывающие кратковременное нарушение электроснабжения системы собственных нужд и последующий самозапуск электродвигателей, следующие: отключение рабочего трансформатора или питающей линии при повреждении на секциях собственных нужд или при совпадении короткого замыкания на присоединении с отказом соответствующего выключателя; автоматическое отключение блока при повреждениях турбины, генератора, трансформатора блока или трансформатора собственных нужд; понижения напряжения на секциях собственных нужд, приводящие к АВР действием защиты номинального напряжения; ошибочные или самопроизвольные отключения основного оборудования и оборудования собственных нужд электростанции.
При кратковременных нарушениях электроснабжения системы собственных нужд режим самозапуска обеспечивает устойчивую работу технологического оборудования электростанции и обычно не вносит ограничений по нагрузке генератора.
В процессе самозапуска, в особенности затяжного, наибольшую опасность представляют следующие отклонения технологических параметров от нормируемых значений: уменьшение расхода питательной воды и уровня воды в барабане котла; снижение напора питательных и конденсатных насосов; уменьшение расхода циркуляционной воды через конденсаторы турбин; падение давления жидкости в системе регулирования и смазки турбины и давления масла в системе смазки генератора и агрегатов собственных нужд; снижение разрежения в топке котла и производительности питателей пыли. На атомных электростанциях наибольшую опасность представляет уменьшение расхода теплоносителя через активную зону.
Правильный выбор уставок технологических защит и их согласование с уставками электрических защит позволяет в большинстве случаев предотвратить отключение технологического оборудования и сохранить неизменной нагрузку турбогенератора после успешного самозапуска электродвигателей.
Действенным средством повышения надежности работы оборудования собственных нужд в режиме самозапуска электродвигателей является уменьшение перерыва в питании, обеспечиваемое рациональными уставками релейной защиты и системной автоматики. Перерыв в питании при отключении рабочего и включении действием АВР резервного источника питания собственных нужд, а также при отключении повреждений на присоединениях собственных нужд на современных электростанциях допускается не большим следующих значений: 0,7 с при отключении рабочего источника питания действием быстродействующих защит или при ошибочном отключении его персоналом;
1,5 с при отключении рабочего источника питания действием его максимальной токовой защиты; 2 с при отключении рабочего трансформатора собственных нужд с расщепленными обмотками действием максимальной токовой защиты на стороне высшего напряжения; 3,5 с при отключении выключателя рабочего источника питания действием защиты минимального напряжения.
Более длительные перерывы в питании могут допускаться в случае, если возможность самозапуска электродвигателей подтверждена расчетом и результатами испытаний.
Исходя из этого, за расчетный перерыв в питании принимают паузу 2,5 с, которая складывается из времени снижения напряжения на шинах собственных нужд до уставки защиты минимального напряжения, собственного времени срабатывания защиты и времени действия устройства автоматического ввода резервного питания (АВР). В эксплуатации же наибольшее число случаев самозапуска происходит при паузе 0,4—0,7 с.
При паузе 2,5 с самозапуск электродвигателей должен обеспечиваться при АВР от предварительно загруженного пускорезервного трансформатора собственных нужд, когда сумма номинальных токов подключенных к нему электродвигателей в полтора раза превышает номинальный ток трансформатора. Если по этим условиям самозапуск не обеспечивается, то допускается облегчить расчетный режим. Например, на электростанциях с блоками 300 МВт и более, снабженных турбоприводом основных и электроприводом пусковых питательных насосов, требуется обеспечить успешный самозапуск при паузе 2,5 с и подключении действием АВР к резервному трансформатору собственных нужд, несущему нагрузку собственных нужд одного блока, еще и электродвигателей второго блока, аварийно останавливаемого с погашением котла. Питательные электронасосы в нагрузке собственных нужд аварийно останавливаемого блока не участвуют и в расчете в данном случае не учитываются.

Во время паузы происходит выбег электродвигателей механизмов собственных нужд, сопровождающийся уменьшением их частоты вращения. Для каждого агрегата на основании их механических характеристик и формул (3-5), (3-10) могут быть построены кривые индивидуального выбега (рис. 3-9), однако выбег группы электрически связанных разнотипных агрегатов может отличаться от их индивидуального выбега.
Если пауза вызвана отключением источника питания собственных нужд, то на шинах
Рис. 3-9. Изменение частоты вращения электродвигателей при индивидуальном (штриховые линии) и групповом (сплошные линии) выбеге
1 — двигатель вентилятора; 2 — двигатель насоса
нагрузки сохраняется остаточное напряжение, генерируемое двигателями, перешедшими в генераторный режим. В режиме генераторов работают двигатели агрегатов, имеющих «большие механические постоянные времени, а двигатели агрегатов с меньшими механическими постоянными времени питаются от них, работая в двигательном режиме. Между электродвигателями циркулируют уравнительные токи, затухающие по мере снижения остаточного напряжения. Скорость уменьшения остаточного напряжения гораздо больше скорости уменьшения частоты вращения. Напряжение на сборных шинах практически полностью затухает через 2 с, после чего взаимное влияние двигателей прекращается и начинается их независимый индивидуальный выбег. При перерыве в питании 1—2,5 с средняя частота вращения двигателей вентиляторов при групповом выбеге оказывается примерно на 5 % ниже, чем при индивидуальном выбеге, а средняя частота вращения двигателей насосов — наоборот, примерно на 15 % выше, чем при индивидуальном выбеге.
Если пауза связана с коротким замыканием на сборных шинах собственных нужд или вблизи них, то выбег всех подключенных к ним электродвигателей происходит независимо друг от друга и, несмотря на некоторое дополнительное торможение из-за подпитки ими точки короткого замыкания, обычно можно пользоваться кривыми индивидуального выбега.
Успешность самозапуска и его длительность в значительной степени зависит от продолжительности перерыва питания. С уменьшением паузы электродвигатели меньше тормозятся, ограничиваются токи самозапуска и повышается напряжение на шинах в момент подключения источника питания, вследствие чего возрастает динамический момент и ускоряется восстановление номинальной частоты вращения. Если перерыв в питании превышает
с, ток и напряжение при самозапуске практически не отличаются от соответствующих величин при одновременном пуске группы исходно неподвижных двигателей. При паузах 2,5 с и более самозапуск обычно происходит каскадно и сопровождается ступенчатым уменьшением тока, потребляемого различными группами электродвигателей.
Синхронные электродвигатели при перерывах в питании более 0,5 с обычно переходят в асинхронный режим, и для их успешной ресинхронизации после достижения подсинхронной частоты вращения необходимы форсировка возбуждения и в некоторых случаях уменьшение нагрузки на валу.