Суржиков александр Викторович методы повышения надежности электроснабжения и устойчивости работы

СУ
e
t
t
e
(3)
Существующее в настоящее время программное обеспечение позволяет 
адекватно оценивать реакции ЭТС и, таким образом, достаточно уверенно 
разрабатывать вложенные планы ликвидации последствий аварийных возмущений. 
После устранения критического возмущения необходимо, если это позволяет 
технологический процесс, реализовать автоматический повторный пуск 
отключенных электроприводов в порядке, обратном их отключению. При этом 
следует 
руководствоваться 
требованиями 
технологического 
процесса 
и 
возможностями ЭТС и системы внешнего электроснабжения. Требования 
технологического процесса определяют последовательность пуска приводов или их 
групп, а возможности системы электроснабжения – минимально возможные 
промежутки времени между пусками ступеней. Переходные процессы такого пуска 
также должны рассчитываться. Основной целью данного мероприятия является 
сокращение времени восстановления нормального режима работы предприятия. 
Пример изменения границ устойчивости реальной асинхронной ЭТС при 
различных ступенях отключения приведен на рис. 3. 
Рис. 3. Изменение границ устойчивости ЭТС при различных ступенях отключения 
1 – нормальный режим работы ЭТС, 2 – отключена первая ступень 
(малоответственные электроприемники), 3 – отключены первая и вторая ступени. 
В ряде работ высказывается предположение о перспективности исследования 
закономерностей поведения асинхронных ЭТС путем сопоставления их внешних 
характеристик с внешней характеристикой источника питания. С целью проверки 
этой версии в работе выполнены расчеты динамики изменения входных 
эквивалентных (кажущихся) сопротивлений (
r
и 
x
) данной ЭТС при провалах 
напряжения до нуля с учетом предложенных ступеней отключения. В качестве 
основного инструмента для данных расчетов используется программный комплекс 
SAD, прошедший длительную апробацию на многих предприятиях нефтегазовой 
отрасли, показавшую высокую степень соответствия расчетных параметров 
режимов ЭТС их реальным значениям. Результаты расчетов приведены на рис. 4 и 5 
(укрупненный масштаб). 

---

14 
Рис. 4. Расчет переходных режимов ЭТС при провалах напряжения и различных 
ступенях отключения. 1 – нормальный режим работы ЭТС, 2 – отключена первая 
ступень (малоответственные электроприемники), 3 – отключены первая и вторая 
ступени. 4 – отключены первая, вторая и третья ступени. 
Рис. 5. Расчет переходных режимов ЭТС при провалах напряжения и различных 
ступенях отключения (укрупненный масштаб). 1 – нормальный режим работы ЭТС, 
2 – отключена первая ступень (малоответственные электроприемники), 3 – 
отключены первая и вторая ступени. 4 – отключены первая, вторая и третья ступени 

---

15 
Анализ полученных результатов расчетов позволяет сделать следующие 
выводы преимущественно теоретического плана. Во-первых, установлено, что 
число «пиков» на кривых раскрутки ЭТС в координатах (
r
, 
x
) однозначно 
соответствует числу групп приводов, находящихся в состоянии восстановления 
нормального рабочего режима. Во-вторых, «петля» на кривой 4 однозначно 
свидетельствует о том, что в данных координатах ЭТС обладает последействием. 
Иными словами, развитие процесса определяется не только точкой в названных 
координатах, в которой в тот или иной момент времени находится система, но и 
тем, каким образом система в эту точку попала. Этот факт делает перспективы 
получения однозначных результатов при попытках исследования устойчивости 
ЭТС на основании их внешних характеристик, по меньшей мере, сомнительными. 
Следующим мероприятием из второй группы мероприятий по повышению 
устойчивости ЭТС является применение устройств компенсации реактивной 
мощности и цифровых устройств возбуждения синхронных двигателей. 
Потребность в компенсации реактивной мощности обусловлена тем, что в процессе 
самозапуска и повторного пуска асинхронные электродвигатели потребляют 
преимущественно реактивную мощность. Электропотребление выбегающего 
асинхронного двигателя, сохранившего связь с питающей энергосистемой, также 
носит в основном реактивный характер. Следует отметить, что с точки зрения 
устойчивости существует критическое значение угла (
φ
) сдвига фаз между током и 
напряжением. Следовательно, компенсация реактивной мощности может весьма 
существенно влиять на параметры устойчивости ЭТС. Критическое значение угла 
будет достигнуто по времени тем позже, чем меньше его начальное значение. 
Таким образом, наличие устройств компенсации реактивной мощности и их работа 
на своей максимальной мощности может повысить устойчивость ЭТС при 
нарушениях электроснабжения. 
Еще одна рекомендация касается использования компенсирующей 
способности синхронных двигателей (СД). Во-первых, с целью дополнительной 
компенсации реактивной мощности логично стремиться располагать СД на ранних 
ступенях автоматического повторного пуска, если это позволяет специфика 
технологического процесса. Во-вторых, за счет форсировки возбуждения СД 
становится возможным осуществлять кратковременную компенсацию реактивной 
мощности в аварийных и послеаварийных режимах. В данном случае наибольший 
интерес представляет быстродействие форсировки возбуждения СД, за счет 
которой и осуществляется поддержание заданного значения коэффициента (cosφ) и 
уровня напряжения в узле нагрузки. Регулирование и форсировка возбуждения СД 
осуществляются посредством системы возбуждения, включающей в свой состав 
обмотку возбуждения, расположенную на роторе двигателя, и возбудитель. 
Различают несколько схем возбудителей: электромашинные возбудители с 
самовозбуждением и независимым возбуждением, а также статические 
(тиристорные) возбудители. С точки зрения повышения устойчивости как 
непосредственно СД, так и в целом узла электрической нагрузки, к которому он 
подключен, наиболее эффективными представляются системы возбуждения со 
статическими возбудителями. Это обусловлено тем, что статические возбудители 
характеризуются меньшими значениями постоянной времени возбуждения 
T
В
по 
сравнению с электромашинными возбудителями, что позволяет минимизировать 
время форсировки напряжения возбуждения 
U
f
двигателя до требуемого значения, 
повышая тем самым его устойчивость к нарушениям электроснабжения. Высокое 
быстродействие статических возбудителей обусловлено отсутствием в их главной 

---

16 
цепи возбуждения обмоток вращающихся электромашин (возбудителей и 
подвозбудителей), вносящих дополнительную инерционность в процесс 
регулирования и форсировки возбуждения. Кривые зависимости нарастания 
напряжения 
U
f
для разных типов возбудителей показаны на рисунке 6. 
Рис. 6. Нарастание напряжения возбуждения при различных типах возбудителей, 1 
– электромашинный возбудитель с самовозбуждением, 2 – электромашинный 
возбудитель с независимым возбуждением, 3 – статический (тиристорный) 
возбудитель с независимым возбуждением. 
Анализируя зависимости, представленные на рис. 6 можно сделать вывод о 
том, что самую высокую скорость нарастания напряжения возбуждения имеют 
статические тиристорные возбудители, особенно возбудители с микропроцессорной 
системой управления. Здесь следует отметить, что с точки зрения устойчивости СД 
данное решение будет наиболее эффективным при удаленных нарушениях 
электроснабжения малой длительности, характерных для современной системы 
электроснабжения, и не будет оказывать значительного влияния при длительном 
близком нарушении электроснабжения. 
Таким образом, в случае кратковременных нарушений электроснабжения 
применение 
быстродействующих 
статических 
возбудителей 
СД 
с 
микропроцессорным управлением позволит поддерживать требуемое значение cosφ 
и уровень напряжения в узле нагрузки, что, в свою очередь, будет препятствовать 
опрокидыванию асинхронных двигателей, подключенных к данному узлу нагрузки, 
и позволит повысить устойчивость данного узла нагрузки в целом.