Надежность синхронных генераторов в российских условиях эксплуатации

  • Пользователь Алексей Коровин опубликовал
  • 9 сентября 2012 г., 23:47:57 MSK
  • 0 комментариев
  • 1 635 просмотров
Основным компонентом дизель-генераторной установки, обеспечивающим достижение параметров назначения всего агрегата, является синхронный генератор, входящий в его состав. В связи с тем, что в настоящий момент на рынке России присутствуют дизель-генераторные установки с синхронными генераторами десятков производителей их всех регионов земного шара, от Европы и США, до Бразилии и Китая, важным для отечественных потребителей является понимание технических характеристик тех или иных синхронных генераторов. В настоящей статье синхронные генераторы и их надежность рассматриваются с точки зрения нормативной документации, по которой они изготавливаются и с точки зрения технических требований, которым они должны соответствовать.

1. Введение

Основным компонентом дизель-генераторной установки, обеспечивающим достижение параметров назначения всего агрегата, является синхронный генератор, входящий в его состав.

Поэтому, выбор типа синхронного генератора так же важен для задания требований к дизель-генераторной установке, как и определение типа дизельного двигателя.

Параметрами назначения дизель-генераторной установки можно обобщенно считать количество и качество вырабатываемой электрической энергии, способность работать в аварийных режимах, надежность и ремонтопригодность.

В связи с тем, что в настоящий момент на рынке России присутствуют дизель-генераторные установки с синхронными генераторами десятков производителей их всех регионов земного шара, от Европы и США, до Бразилии и Китая, важным для отечественных потребителей является понимание технических характеристик тех или иных синхронных генераторов.

В настоящей статье синхронные генераторы рассматриваются с точки зрения нормативной документации, по которой они изготавливаются и с точки зрения технических требований, которым они должны соответствовать.

2. Стандартизация синхронных генераторов

Как известно, практически в любом регионе мира, где развит производственный либо потребительский сектор, сформулированы общие технические требования к различным видам продукции, выраженные в виде стандартов.

Задача разработки и поддержки стандартов возлагается на различные государственные или ассоциативные организации, действующие в том или ином регионе.

Наиболее известными организациями по стандартизации являются Международная Электротехническая Комиссия (МЭК или IEC) в Европе; Национальная Ассоциация Производителей Электрооборудования (NEMA) в США; Общество электрических, электронных и информационных технологий (VDE) в Германии; Межгосударственный совет по метрологии, стандартизации и сертификации (МГС) на территории стран СНГ и Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (ГОСТ Р) на территории Российской Федерации.

Часто, стандарты международных организаций по стандартизации, таких как МЭК являются основой для разработки национальных нормативных документов, таких как ГОСТ Р, однако потребителю следует учитывать, что такие национальные нормативные документы могут быть модифицированы относительно исходного международного стандарта с учетом потребности национальной экономики.

Особенности национальной экономики России диктуют более жесткие требования к изготавливаемой продукции. В связи с этим, при анализе технических характеристик различных изделий важным является изучение стандартов, которые заложены в конструкцию изделий тех или иных производителей.

3. Проектирование и изготовление синхронных генераторов

Система постановки продукции на производство в Российской Федерации отличается от аналогичных систем, применяемых в других странах. Отличие, прежде всего, заключается в наличии так называемых Технических условий на изготовление продукции, документа, определяющего основные параметры, которым должно соответствовать изготовленное изделие.

Объем и содержание Технических условий определяются ГОСТ 2.114-95 «Единая Система Конструкторской Документации. Технические условия». В соответствии с положениями ГОСТ 2.114-95, ТУ является неотъемлемой частью конструкторской или другой технической документации на продукцию, а при отсутствии документации должны содержать полный комплекс требований к продукции, ее изготовлению, контролю и приемке. При этом ТУ подлежат согласованию между изготовителем и заказчиком и без такого согласования недействительны.

Таким образом, со времен начала развития промышленного производства в СССР, а затем в Российской Федерации, система производства и заказа продукции основывается на Технических Условиях (ТУ). Такой подход на долгие годы возложил ответственность за достижение параметров назначения продукции на изготовителя изделия и закрепил методы контроля за добросовестностью изготовителя.

В свою очередь, потребителю не было нужды беспокоиться о том, что изготовитель изготавливает свою продукцию не в соответствии с требованиями заказчика, оговоренными в согласованных ТУ.

В условиях мировой рыночной экономики, зарубежный изготовитель уже не имеет жестких обязательств по достижению параметров назначения своей продукции, которые были бы определены системой постановки продукции на производство и, в общем и целом, зарубежный производитель может изготавливать свою продукцию с отклонениями от заявленных характеристик без существенных для себя юридических последствий.

Веяния рыночной экономики отражены в Федеральном Законе Российской Федерации № 184-ФЗ от 27.12.2002 г. «О техническом регулировании», который вводит понятие технических регламентов на отдельные виды продукции. В соответствии с Федеральным Законом № 184-ФЗ от 27.12.2002 г., технические регламенты устанавливают минимально необходимые требования, обеспечивающие безопасность продукции. Одновременно с введением понятия технического регламента, Федеральный Закон «О техническом регулировании» устанавливает добровольный характер применения документов в области стандартизации.

Соответственно, контроль за добросовестностью изготовителя в условиях рыночной экономики возлагается уже не на систему стандартов, в том числе и в области постановки продукции на производство, ее изготовления, испытаний и приемки, а на институты рыночной экономики, то есть на потребителей и различные ассоциации. Такая ситуация имеет полное право на существование, но возлагает ответственность за соответствие продукции параметрам назначения в большей степени на потребителя продукции. На первый план в таком случае выходит история деятельности того или иного изготовителя и доверие потребителей к изготовителю, торговой марке или бренду.

4. Стандартизация синхронных генераторов

Исторически, синхронные генераторы, изготавливавшиеся на территории Российской Федерации, проектировались в соответствии с требованиями ГОСТ 183-74 «МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ. Общие технические условия» и ГОСТ 14965-80 «Генераторы трехфазные синхронные мощностью свыше 100 кВт. Общие технические условия».

ГОСТ 183-74 частично учитывал требования и имел структуру, соответствующую стандарту МЭК 34-1:1969, однако налагал более жесткие требования на характеристики продукции. ГОСТ 14965-80 не имел аналогичного по структуре и жесткости требований документа в других системах стандартизации и задавал дополнительные требования к синхронным генераторам дизель-генераторных агрегатов мощностью более 100 кВт.

В переходный период, производились попытки заменить данные стандарты на стандарт ГОСТ Р ИСО 8528-3-2005 «Электроагрегаты переменного тока с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Генераторы переменного тока», который соответствовал стандарту ISO 8525-3, однако данная попытка не была удачной, так как вновь введенные стандарт практические не предъявлял требований к продукции, а кроме того, существенно опирался на другие документы системы стандартизации ISO, не имеющие аналогов в системе ГОСТ Р. В связи с этим, группа стандартов ГОСТ Р ИСО 8528 постепенно была заменена на отдельные стандарты, более соответствующие требованиям к характеристикам продукции и системе стандартизации, действующим на территории Российской Федерации.

С учетом развития стандарта МЭК 34-1 и порядка применения государственных стандартов на территории Российской Федерации, были введены в действие ГОСТ Р 52776-2007 «МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ. Номинальные данные и характеристики» и ГОСТ Р 53471-2009 «Генераторы трехфазные синхронные мощностью свыше 100 кВт. Общие технические условия», которые являются развитием соответствующих стандартов ГОСТ 183-74 и ГОСТ 14965-80.

Традиционно, европейские производители ориентируются на требования стандарта МЭК 60034-1 «Вращающиеся электрические машины – Часть 1: Номинальные данные и технические характеристики» и МЭК 60034-22 «Машины электрические вращающиеся – Часть 22: Генераторы переменного тока для генераторных установок с приводом от поршневых двигателей внутреннего сгорания».

Изготовители, действующие на территории США, Канады, Мексики, Бразилии и других стран западного полушария в большей степени ориентированы на рынок США, на территории которого действует стандарт ассоциации NEMA MG-1.

Изготовители стран, ориентированных на экспорт, таких как Индия, Китай и Корея, ориентируются на стандарты МЭК 60034-1 и MG-1.

Перечисленные выше стандарты обладают определенной унификацией в части структуры требований к синхронным генераторам, однако налагают на электрические машины условия различной степени жесткости, в соответствии с потребностями национальных хозяйств.

В связи с тем, что на рынок Российской Федерации попадают синхронные генераторы изо всех частей света, рассмотрим более подробно и сравним требования различных стандартов.

5. Надежность синхронных генераторов

Поскольку одной из основных забот заказчиков является надежное обеспечение объекта электроэнергией требуемого качества, характеристики синхронных генераторов будут рассматриваться нами в разрезе обеспечения надежного функционирования в условиях Российской Федерации.

В соответствии с системой технического регулирования, применявшейся в СССР, изготовитель был обязан включать в ТУ и периодически подтверждать показатели надежности расчетными и экспериментальными методами. В том числе, содержат требование о включение в ТУ показателей надежности и методов их подтверждения и современные отечественные нормативные документы: ГОСТ Р 52776-2007 и ГОСТ Р 53471-2009.

Подтверждение надежности дизель-генераторных установок осуществлялось в соответствии с ГОСТ 20439-87 «Электроагрегаты и передвижные электростанции с двигателями внутреннего сгорания. Требования к надежности и методы контроля» и РД 50-690-89 «Методические указания. Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным». В современной нормативной документации, задание требований по надежности и методики их подтверждения определяются группой государственных стандартов «Надежность в технике», основы которого изложены в ГОСТ Р 27.001-2009 «Надежность в технике. Система управления надежностью. Основные положения».

Аналогичные зарубежные стандарты MG-1, МЭК 60034-1 и МЭК 60034-22, требований по заданию и подтверждению показателей надежности не устанавливают, перенося ответственность за анализ надежности целиком на потребителя.

В связи с этим, необходимо уделить некоторое внимание понятию надежности. Для функционирования при номинальных условиях эксплуатации, включая допустимые перегрузки синхронных генераторов, применяются следующие показатели надежности: наработка на отказ в часах, ресурс до первого капитального ремонта в часах, коэффициент технического использования, полный срок службы в годах. Эти параметры могут определяться изготовителем на основе статистических данных эксплуатации и расчетов. Определение параметров надежности самим заказчиком представляется невозможной задачей, учитывая огромный требуемый объем статистических данных.

Однако и находясь на позиции потребителя изделия, можно оценить его надежность исходя из его технических характеристик. Как всем известно из опыта эксплуатации дизель-генераторных установок, помимо номинальных условий эксплуатации, на любом объекте возникают аварийные ситуации, список которых чрезвычайно широк: от вполне обычных заклиниваний валов асинхронных двигателей с возникновением сверхтоков, превышающих отключающую способность защитной аппаратуры, до случаев, характерных для отечественных объектов, таких как «неосмотрительные» физические и управляющие воздействия персонала.

Такие аварийные ситуации имеют свойство возникать наиболее часто как раз в моменты аварийных пропаданий сети, когда электропитание объекта обеспечивается резервным дизель-генератором.

К самым ярким случаям таких «неосмотрительных» воздействий можно отнести повреждение силового кабеля плугом, пуск электродвигателей тягодутьевых машин на открытую задвижку, перевод генератора на ручное управление напряжением при параллельной работе с сетью и т.п. Все эти аварийные ситуации определяют определенные диапазоны воздействия на электрическую машину.

Как следует из анализа нормативной документации, требования отечественных стандартов ГОСТ Р 52776-2007 и ГОСТ Р 53471-2009 в части перегрузочной способности гораздо более жесткие, чем требования стандартов МЭК 60034-1, МЭК 60034-22 и MG-1. Сравнительная жесткость требований различных стандартов в части величин уровней воздействий различных аварийных ситуаций приведена на Рис. 1.

Сравнительная жестковсть требовани ГОСТ, МЭК и NEMA

Рис. 1. Сравнительная жесткость требований различных стандартов

 

Поток аварийных ситуаций можно представить себе как последовательные воздействия разного уровня (см. рис. 2). Выход из строя синхронного генератора возникает, когда уровень воздействия выходит за пределы, определенные стандартом, по которому такой синхронный генератор изготовлен.

Поток аварийных ситуаций на объекте

Рис. 2. Поток аварийных ситуаций на объекте и надежность генератора

 

Таким образом, можно достоверно утверждать, что синхронные генераторы, обладающие большей перегрузочной способностью, имеют большую надежность в российских условиях эксплуатации.

Для того, чтобы составить представление об уровнях допустимых воздействий и применимости тех или иных характеристик к определенному объекту, более подробно рассмотрим определяемые различными стандартами технические характеристики и показатели перегрузочной способности синхронных генераторов.

6. Стандартизованные технические характеристики синхронных генераторов

Технические характеристики синхронных генераторов определяются рассматриваемыми стандартами МЭК 60034-1, МЭК 60034-22, MG-1, ГОСТ Р 52776-2007, ГОСТ Р 53471-2009 при температуре окружающего воздуха 40°С и высоте над уровнем моря 1000 м.

В качестве номинальной, изготовителем может быть задана как кажущаяся мощность (S) в кВА, так и активная мощность (P) в кВт. При этом изготовитель должен определить номинальный коэффициент мощности (P.F.) синхронного генератора. Величины кажущейся мощности и активной мощности связаны следующим соотношением:

P = S x P.F.

 

Если техническими условиями на продукцию не задано другое, то в соответствии с МЭК 60034-1, MG-1, ГОСТ Р 52776-2007 за номинальное значение коэффициента мощности принимается величина 0,8.

В соответствии с ГОСТ Р 52776-2007, основной функцией синхронного генератора является «обеспечить выдачу номинальной полной (кажущейся) мощности (кВА) при номинальном коэффициенте мощности при возможности их раздельного контроля».

В качестве номинальной частоты выходного напряжения синхронного генератора ГОСТ Р 52776-2007, МЭК 60034-1 и MG-1 допускают 50 и 60 Гц. Однако в дальнейшем мы увидим, что если стандарты ГОСТ Р и МЭК ориентированы на 50Гц, то стандарт MG-1 ориентирован на частоту выходного напряжения 60Гц, что оказывает существенное влияние на соответствие национальной нормативной документации.

Из всей нормативной документации, только стандарт ГОСТ Р 53471-2009 задает требование по запыленности окружающего воздуха не более 2 мг/м3, другие стандарты данное требование не учитывают.

Далее мы рассмотрим специфические условия неноминальной работы синхронных генераторов.

6.1. Работа синхронных генераторов в несимметричных системах

Важное значение для эксплуатации имеет режим работы синхронного генератора с несимметричной нагрузкой фаз.

В городских и сельских сетях несимметричная нагрузка фаз вызывается неравномерным подключением к фазам осветительных и бытовых потребителей электроэнергии. Так как количество таких потребителей электроэнергии велико, они могут создавать значительный небаланс токов.

Основными источниками несимметричности нагрузки в промышленных сетях являются однофазные нагревательные и электротермические установки, печи, а также сварочные аппараты различной мощности.

Кроме того, несимметричная нагрузка фаз может быть вызвана аварийным функционированием электрической сети и ее потребителей: несимметричные короткие замыкания (однофазные на землю или на нулевой провод и двухфазные); обрыв фазы мощных трехфазных потребителей и т.п.

Следует так же учитывать, что при потере напряжения на основном вводе, число потребителей электроэнергии, подключаемых на шины резервного дизель-генератора резко ограничивается. Даже если в режиме нормальной эксплуатации однофазные потребители распределены по фазам симметрично, в режиме ограничения энергопотребления и питания только критически важных потребителей может возникнуть существенный небаланс фаз. Такая ситуация имеет место в школах, больницах и госпиталях, вахтовых поселках и многих других объектах.

При несимметричном режиме работы, в синхронных машинах кроме дополнительных потерь и нагрева статора и ротора могут начаться опасные вибрации.

Общим методом исследования несимметричных режимов является метод симметричных составляющих, при котором несимметричная система токов раскладывается на симметричные составляющие и действие последних учитывается по отдельности. Таким образом, токи и напряжения несимметричной системы представляются в виде симметричных систем токов прямой, нулевой и обратной последовательности.

При появлении в сети несимметрии (однофазного или двухфазного короткого замыкания, обрыва фазы, несимметрии нагрузки), появляются отличные от нуля составляющие обратной последовательности.

Составляющие нулевой последовательности возникают при замыканиях на землю (одно- и двухфазных) или при обрыве одной или двух фаз. В случае междуфазного замыкания, составляющие нулевой последовательности (токи и напряжения) равны нулю.

Амплитуда тока обратной последовательности обозначается I2. Соответственно режимы длительной работы в несимметричной системе определяются отношением длительно допустимой величины тока обратной последовательности к номинальному току (I2/Inom), а кратковременные аварийные режимы определяются тепловым интегралом (I2/Inom)2·t.

Соответственно, различными рассматриваемыми стандартами определяются предельное значение I2/Inom при длительной работе и предельное значение (I2/Inom)2·t для кратковременных режимов.

Так же ГОСТ Р 53471-2009 требует для синхронных генераторов мощностью более 100 кВт допускать длительную работу с несимметричной нагрузкой фаз при коэффициенте небаланса токов до 25%, при условии, что ни в одной из фаз величина тока не превышает номинального значения. С учетом соотношений, приведенных в [15], данное условие эквивалентно требованию к синхронному генератору допускать длительную работу при величине токов обратной последовательности I2/Inom до 0,175.

Сводя требования различных стандартов в единую таблицу, получаем  следующие предельные величины токов обратной последовательности при длительной работе и кратковременных аварийных режимах:

 

Таблица 1

Параметр

Требуемые значения согласно различным стандартам

МЭК

NEMA

ГОСТ Р

60034-1

60034-22

MG-1

52776-2007

53471-2009

I2/Inom

0,08

0,10

0,10

0,14

0,175

(I2/Inom)2·t

20

20

40

40

-

 

Из Таблицы 1 следует, что наиболее жесткие требования к работе с несимметричной нагрузкой фаз предъявляют к синхронным генераторам ГОСТ Р 52776-2007 и ГОСТ Р 53471-2009. Отметим, что именно эти стандарты отвечают сложившимся на территории Российской Федерации нормам и традициям проектирования и эксплуатации электрических сетей.

6.2. Длительные токовые перегрузки синхронных генераторов

Длительные токовые перегрузки синхронного генератора возникают в моменты пикового потребления электроэнергии и нормируются стандартами заданием времени работы синхронного генератора при выходном токе 110% номинального значения и допустимой периодичностью таких режимов, либо суммарной длительностью таких режимов. После окончания действия такой перегрузки, обмотки синхронного генератора должны охладиться до нормальной температуры, соответствующей номинальному режиму работы машины.

Сводя требования рассматриваемых стандартов в таблицу, получаем следующие сравнительные показатели:

 

Таблица 2

Параметр

Требуемые значения согласно различным стандартам

МЭК

NEMA

ГОСТ Р

60034-1

60034-22

MG-1

52776-2007

53471-2009

Длительность, мин

-

60

120

-

60

Периодичность, часы

-

24

24

-

-

Суммарная длительность, часы

-

-

-

-

1200

 

Как видно из Таблицы 2, наиболее жесткие требования к длительным перегрузкам предъявляет стандарт США MG-1, а наименее жесткие требовании предъявляются отечественным стандартом ГОСТ Р 53471-2009, требования которого практически эквиваленты требованиям МЭК 60034-22.

6.3. Кратковременные токовые перегрузки синхронных генераторов

В соответствии с определением ГОСТ Р 52776-2007 (МЭК 60034-1), «способность электрической машины к кратковременным перегрузкам по току необходима для обеспечения координации машин с устройствами их управления и защиты, а так же для повышения надежности работы как самих машин, так и энергосети при некоторых аномальных режимах».

Другими словами, возникновение случайной или запланированной кратковременной токовой перегрузки разрешенной длительности не должно приводить к аварийной остановке агрегата и прекращению подачи электроэнергии потребителям и тем более, не должно происходить выхода из строя синхронного генератора. Напротив, электроэнергия должна подаваться в систему в течение времени, достаточного для срабатывания защитных устройств, отключающих поврежденные участки цепи, либо завершения процессов, вызвавших возникновение токовых перегрузок.

Для резервных и аварийных электростанций способность выдерживать кратковременные перегрузки особенно актуальна, так как такие электростанции в сжатый период времени должны обеспечить пуски всех потребителей, которые были остановлены в момент пропадания напряжения на основном вводе. Особенное внимание следует обратить на аварийные и резервные электростанции, питающие комплексы пожарных насосов, вентиляторов дымоудаления, медицинского и другого оборудования, непосредственно защищающего и поддерживающее жизнедеятельность людей.

В случае использования синхронного генератора в качестве основного источника электроэнергии, особого внимания требуют перегрузки в потребителях электроэнергии, способные привести к срабатыванию защит дизель-генераторной установки либо выходу ее из строя, так как при этом вся энергосистема, включая системы аварийной остановки питаемого оборудования, будет обесточена, что для промышленных потребителей приведет не только к перерыву технологического процесса и появлению брака продукции, но и к возникновению опасных для персонала ситуаций на машинах и оборудовании.

Для синхронных генераторов, работающих параллельно между собой и параллельно с сетью, способность выдерживать без отключения токовые перегрузки как можно дольше, является жизненно важной, так как при авариях на машинах работающих параллельно с другими источниками энергии, в результате различных электрических процессов возникают серьезные повреждения, вплоть до разрыва корпуса и срыва генератора с опор.

Естественно, большая допустимая длительность токовой перегрузки не только обеспечивает большую надежность синхронного генератора и энергоснабжения, но и повышает безопасность питаемого промышленного оборудования и снижает риск остановки и возникновения брака в технологических процессах.

Следующая таблица дает сравнительный анализ кратковременных токовых перегрузок генераторов, изготовленных в соответствии с рассматриваемыми стандартами:

Таблица 3

Параметр

Требуемые значения согласно различным стандартам

МЭК

NEMA

ГОСТ Р

60034-1

60034-22

MG-1

52776-2007

53471-2009

Величина перегрузки

50%

-

50%

50%

25%

Длительность, сек

30

-

30

120

-

 

Как видим из Таблицы 3, исходя из сложившейся практики эксплуатации электрических сетей и потребителей электроэнергии на территории Российской Федерации, необходимая длительность кратковременной перегрузки током 150% номинального составляет не менее 120 секунд по ГОСТ Р 52776-2007, что почти в четыре раза превосходит требования других аналогичных стандартов на синхронные генераторы.

6.4. Работа синхронных генераторов при коротких замыкания

Бесспорно, короткие замыкания в нагрузке являются в Российских условиях довольно обыденной ситуацией, поэтому одним из важнейших режимов для синхронных генераторов является работа при коротких замыканиях в нагрузке. При этом важны два аспекта работы при коротком замыкании: в первую очередь не должно происходить выхода из строя синхронного генератора при коротком замыкании, то есть ротор, статор и возбудитель должны иметь очень прочную конструкцию, для того выдерживать электромагнитные и механические моменты, связанные со сверхтоками коротких замыканий, а электрические проводники и их изоляция должны обладать достаточным тепловым резервом, чтобы за время действия короткого замыкания не происходило их оплавления и разрушения. Кроме этого, для разветвленных сетей, важным является поддержание выходного напряжения и тока в допустимых пределах, когда устройства защиты (автоматические выключатели) однозначно и надежно идентифицируют короткое замыкание и будут способны отключить поврежденные участки сети.

Если с прочностью конструкции все более или менее понятно: изготовитель должен заложить при проектировании существенный запас прочности в элементы конструкции и существенный запас по электрическим материалам и компонентам (эмалированный провод, шины, клеммы, изоляционные лаки) и обеспечить качественное изготовление машины, то вопрос с отключением поврежденных участков сети требует чуть большего внимания.

В первую очередь, необходимо обратить внимание на ударный ток короткого замыкания синхронного генератора, если этот ударный ток окажется выше размыкающей способности коммутационной аппаратуры, то контакты автоматических выключателей оплавятся, и надежное отключение поврежденного участка сети не произойдет. В связи с этим ГОСТ Р 52776-2007 требует, чтобы при внезапном симметричном коротком замыкании всех фаз синхронного генератора, работающего с номинальным напряжением, амплитуда ударного тока короткого замыкания не превышала 21-кратного среднеквадратичного значения номинального тока.

Кратность тока короткого замыкания может быть определена из параметров синхронного генератора на основании методик, изложенных в РД 153-34.0-20.527-98 «Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования» РАО ЭЭ «ЕЭС РОССИИ».

Кроме этого, следует учитывать, что для надежной идентификации короткого замыкания устройствами защиты (автоматическими выключателями и плавкими предохранителями) необходимо поддержание достаточно высокого значения тока в течение достаточно длительного времени, чтобы успели почувствовать ток короткого замыкания и отключиться медленно действующие устройства защиты. При этом важны как величина тока установившегося короткого замыкания, так и длительность его поддержания генератором.

С учетом характеристик и быстродействия коммутационных и защитных аппаратов, использующихся на отечественных объектах, ГОСТ Р 53471-2009 требует поддержание не менее чем 3-кратного тока симметричного короткого замыкания в течение не менее, чем 5 секунд.

Требования различных стандартов к работе синхронных генераторов при коротком замыкании приведены в Таблице 4.

Таблица 4

Параметр

Требуемые значения согласно различным стандартам

МЭК

NEMA

ГОСТ Р

60034-1

60034-22

MG-1

52776-2007

53471-2009

Способность  выдерживать К.З. без повреждения

-

-

Требуется

Требуется

Требуется

Кратность ударного тока симметричного К.З.

21

-

-

21

-

Кратность установившегося тока симметричного К.З.

-

-

-

-

3 х Inom

Длительность установившегося тока 3-х фазного К.З., сек

-

-

Зависит от данных машины

-

5

Длительность установившегося тока 2-х фазного и однофазного  К.З., сек

-

-

Задано через (I2/Inom)2·t

-

2

 

Из Таблицы 4 видно, что международные стандарты не задают жестких требований к режимам работы синхронных генераторов при коротком замыкании и параметры этих режимов определяются изготовителем генератора. В связи с этим, при применении импортных синхронных генераторов, для координации защитной и коммутационной аппаратуры отечественных объектов с характеристиками синхронных генераторов, необходимо запрашивать у изготовителя и обращать особое внимание на перечисленные в Таблице 4 параметры кратности и длительности ударного и установившегося токов коротких замыканий.

6.5. Запуск асинхронных электродвигателей синхронными генераторами

Как показывает практика, некоторые затруднения вызывает определение возможности запуска синхронным генератором асинхронного электродвигателя. Полное рассмотрение данного вопроса довольно объемно, и выходит за рамки настоящей статьи, поэтому мы остановимся на некоторых ключевых моментах.

При пуске асинхронного электродвигателя возникает так называемый пусковой ток, который превышает номинальный ток электродвигателя ориентировочно в семь раз и сильно отстает по фазе от напряжения (пусковой cos j составляет 0,2…0,6). Точное значение пускового тока и пускового cos j можно определить по данным изготовителя электродвигателя. Такое повышенное значение потребляемого тока вызывает падение напряжения на выходе источника питания. При этом резко снижается пусковой момент асинхронного электродвигателя и способность к разгону подсоединенной к нему нагрузки. При снижении напряжения, подводимого к электродвигателю на 20%, его пусковой вращающий момент снижается на 36%, а при падении напряжения на 30%, пусковой момент падает более чем в два раза.

Естественно, если падение напряжения существенно, то устойчивый разгон нагрузки становится невозможным.

Отечественные стандарты, на наш взгляд, недостаточно подробно описывают способность синхронных генераторов к запуску асинхронных электродвигателей. В ГОСТ Р 52776-2007 такие требования отсутствуют, а ГОСТ Р 53471-2009 предъявляет требования по запуску асинхронных электродвигателей мощностью 50% и 35% от номинальной мощности синхронного генератора, для машин мощностью 200…500 кВт и 500…1000 кВт соответственно. При этом параметры электродвигателей, их нагрузки и отклонение напряжения должно задаваться техническими условиями на синхронные генераторы, а фактически, изготовителями синхронных генераторов предполагается возможность пуска асинхронного электродвигателя указанной мощности без нагрузки, то есть со свободным валом, что естественно не подходит для практического применения.

С точки зрения практического применения, более подходящим является определение способности запуска асинхронного электродвигателя по нормам МЭК 60034-22 и NEMA MG-1. Эти нормы требуют от изготовителя генератора предоставления графика падения напряжения на клеммах синхронного генератора в зависимости от пускового тока и пускового cos j синхронного генератора. Соответственно, потребитель, зная параметры нагрузки и параметры электродвигателя, по данному графику может определить падение напряжения и возможность запуска своего механизма от того или иного генератора.

7. Заключение

Как было отмечено в настоящей статье, рыночные условия и меняющаяся законодательная база Российской Федерации возлагают все большую ответственность за выбор той или иной продукции на потребителя и снимает с производителя ответственность не только за соответствие требованиям национальной нормативной документации, но и за достижение заявленных характеристик. Учитывая, что дизель-генераторные установки применяются для электроснабжения важных объектов, где перебои с электропитанием могут вызвать существенные материальные потери либо угрозу жизни и безопасности людей, синхронные генератор должен обеспечивать надежное электропитание, в том числе и при возникновении нормативных аварийных ситуаций в потребителях электроэнергии.

Для обеспечения достаточного уровня надежности энергоснабжения в российских условиях эксплуатации, синхронные генераторы должны отвечать требованиям действующей на территории Российской Федерации нормативной документации ГОСТ Р 52776-2007 и ГОСТ Р 53471-2009 в части перегрузочной способности и работы в аварийных режимах в потребителях электроэнергии. Учитывая, что в настоящее время синхронные генераторы не подлежат обязательной сертификации, а требования зарубежных стандартов к показателям, определяющим перегрузочную способность синхронных генераторов гораздо менее жесткие, пользователям и производителям дизель-генераторов рекомендуется проверять и подтверждать технической документацией соответствие параметров приобретаемых и применяемых синхронных генераторов критериям надежного функционирования в Российских условиях, изложенным выше.

Мы надеемся, что данная статья положительно повлияет на информированность российских потребителей дизель-генераторных установок и синхронных генераторов и будет способствовать развитию добросовестной и честной конкуренции на территории России.

Литература

  1. Федеральном Законе Российской Федерации № 184-ФЗ от 27.12.2002 г. «О техническом регулировании»
  2. ГОСТ 183-74 «МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ. Общие технические условия»
  3. ГОСТ 14965-80 «Генераторы трехфазные синхронные мощностью свыше 100 кВт. Общие технические условия»
  4. ГОСТ 2.114-95 «Единая Система Конструкторской Документации. Технические условия»
  5. ГОСТ Р 27.001-2009 «Надежность в технике. Система управления надежностью. Основные положения»
  6. ГОСТ Р 52776-2007 «МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ. Номинальные данные и характеристики»
  7. ГОСТ Р 53471-2009 «Генераторы трехфазные синхронные мощностью свыше 100 кВт. Общие технические условия»
  8. МЭК 60034-1 «Вращающиеся электрические машины – Часть 1: Номинальные данные и технические характеристики»
  9. МЭК 60034-22 «Машины электрические вращающиеся – Часть 22: Генераторы переменного тока для генераторных установок с приводом от поршневых двигателей внутреннего сгорания»
  10. NEMA Standards Publication MG 1-2003. Motors and Generators
  11. ГОСТ Р ИСО 8528-3-2005 «Электроагрегаты переменного тока с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Генераторы переменного тока»
  12. РД 153-34.0-20.527-98 «Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования» РАО ЭЭ «ЕЭС РОССИИ»
  13. ГОСТ 20439-87 «Электроагрегаты и передвижные электростанции с двигателями внутреннего сгорания. Требования к надежности и методы контроля»
  14. РД 50-690-89 «Методические указания. Надежность в технике. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным»
  15. Электрическая часть электростанций. Под ред. С.В. Усова, 1987

Комментарии

0 комментариев