МИНИСТЕРСТВО НЕФТЯНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ВНИИСПТнефть

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИКА ПО РАСЧЕТУ ВЛИЯНИЯ МОЩНЫХ ТИРИСТОРНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НА ПИТАЮЩУЮ СЕТЬ И ПОДКЛЮЧЕННЫЕ К НЕЙ РАЗЛИЧНЫЕ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКИ РД 39 - 30-1056 - 84

1984

Министерство нефтяной промышленности

Всесоюзный научно-исследовательский институт по сбору, подготовке и транспорту нефти и нефтепродуктов "ВНИИСПТнефть"

УТВЕРВДЕН первым заместителем министра В.И.Кремневым II марта 1964 года

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИКА

ПО РАСЧЕТУ ВЛИЯНИЯ МОЩНЫХ ТИРИСТОРНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НА ПИТАЮЩУЮ СЕТЬ И ПОДКЛЮЧЕННЫЕ К НЕЙ РАЗЛИЧНЫЕ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКИ

РД 39-30-1056-84

1964

мутационных провалов.

Для схемы гуЛ _f диаграмма напряжений которой приведена на рис. 21, 2    ,    высота    коммутационного импульса определяется выра

жением [2] :

¹⁶¹

* *^г

Входящие в (6) величины определяются так же, как я для , по формулам (2)-<5).

d-

которая определяет уровень коммутационных провалов в данной точке сети, называется коэффициентом связи.

Как было отмечено, 12-пульоное выпрямление обычно получают последовательным или параллельным соединением двух преобразователей с трехфазной мостовой схемой выпрямления. При этом обмотки трансформатора одного преобразователя соединены по охеме АуА, а другого - по схеме а/А . Такая 12-пульсная схема с последовательным соединением выпрямительных мостов показана на рис. 3 . Как при последовательном, так и при параллельном соединении мостов оба трансформатора 12-пульс ной схемы подключены к питающей сети параллельно, поэтому влияние 12-пульсного преобразователя на сеть можно рассматривать как суммарное влияние от включения двух трехфазных мостовых схем половинной мощности и с соединением обмоток трансформатора по схеме УЛ и Д/А •

Диаграмма коммутационных искажений 12-пульсной схемы выпрямления, полученная совмещением коммутационных искажений двух мостовых схем, приведена на рас. 4. Из диаграммы на рис. 4 следует, что высота наибольшего коммутационного провала 12-пульсной схемы может быть вычислена по формуле (I).

Поясним применение полученных зависимостей на конкретных расчетах.

Ржс.З. Получение режима 12-фазного выпрямления

Р»с.4. Подучетае явагрш—i коавугтацеодвжх ваоряхевк! щ Х2-фа*ао1 схемы

Пример I. Тиристорный преобразователь постоянного тока с

потребляемой мощностью $    «    750    кВа и углом управления oi «=70°

имеет трансформатор мощностью S_T * 1100 кВа и напряжением короткого замыкания в 1056, схема соединения обмоток Мощность трансформатора системы S_{r c} « 3X500 кВа, напряжение

короткого замыкания    в    12,5%.    Определить    глубину    и    ширину

коммутационных провалов в сети 6 кВ, от которой питается тиристорный преобразователь.

Однолинейная схема питания тиристорного преобразователя показана на рис. 5.

Определяем индуктивное сопротивление оно темы и трансформатора преобразователя:

Угод коммутации Т в соответствии с (5) равен:

Т^ш O''CC0S(&J<Z~£_e -Х_г)-Ы=

Grecos(CafTO⁴- 0,0C£9S -Q06$£J -70 - * ДО jk р.

Как было отмечено раньте, угол коммутации и определяет ширину коьшутационяых провалов.

Глубину коммутационных провалов определяем по (I):

Рве.5. Однолинейная схема питания тиристорного

преобразователя

Пример 2. Тиристорный преобразователь постоянного тока с трехфазной мостовой схемой выпрямления и соединением обмоток трансформатораимеет следующие параметры: ^ _с ** 0,010;

= 0,05; с< - 80°. Определить величину наибольших коммутационных провалов и сравнить их с наибольшими коммутационными провалами в преобразователе с 12-пульсной схемой выпрямления и такими же параметрами, установленного вместо 6-пульсного преобразователя.

Для 6-пульсного преобразователя имеем:

7-arccosfICasd -х_с-х_т)-d~orocosfCos!0 ‘0,OfO QO5j- SO;

0,010

Хс - *т 0,010 ■ Q050

^А - d    '+ jJ~ о,/бб7^гSin (do V    j «    .

В исходных данных отсутствует величина напряжения сети, к которой подключен тиристорный преобразователь; при расчете линейное эффективное напряжение принято за единицу. Поэтому значение А получено в долях от амплитуды линейного напряжения.

При замене 6-пульсного выпрямителя 12-пудьсным один блок преобразователь-трансформатор заменяется двумя    блоками по

ловинной мощности, 2- соответствии с (3) это приводит к уменьшению в два раза относительного сопротивления сети, т.е. в данном случае А_с = 0,005.

Для 12-пульсной схемы имеем:

T-orrccos(CssSO'- aOS- 0005}- SO' - 3.1SS

d-    -    Q0909,

QOOS +005

SI - 0,0909vie Si.ofS0'+ ?'"*')‘ 0,47 .

4. ВЫСШИЕ ГАРМОНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТИ С ТИРИСТОРШШ HPEOLPA ЗОВАТЕЛЯНИ

Диагралаш линейного напряжения сети с тиристорными преобразователями, изображенные на рис. 2о,ё , имеют искаженную, отличающуюся от синусоиды, форму. Следовательно, кроме составляющей основной частоты, в нем содержатся высшие гармоники напряжения. Для определения амплитуды и фазы этих гармоник кривые на рис.^С£ ё необходимо разложить в гармонический ряд Фурье. Однако непосредственное разложение в гармонический ряд этих кривых сопряжено оо сложными математическими преобразованиями и приводит к громоздким формулам. Доэтоцу в /X/ использован следующий прием: искаженное напряжение представлено как сумма неискаженного синусоидального напряжения и прямоугольных импульсов (рис.2(%2) .которые и разлагаются в гармонический ряд.

Расчет показывает, что погрешность от такой замены не превышает 2-3& и вполне приемлема для инженерных расчетов.

Для схемы    при    разложении    прямоугольных    импульсов    в

гармонический ряд имеем /I/:

\(иKJ- !*[Sin*Ca(b)t ы />/•& fpbs&iba-f>

* 7^^{1п ?}г Ostfot'*'    f)]J    (7)

где n =1,2,3- числа натурального ряда.

Представив первый член разложения (7) синусоидой , получим:

(В)

Величина

- а

соответствует смещению первой гармоники напряжения по отношению к неискаженному линейному напряжению сети.

При соединении обмоток трансформатора по схеме д.    ■

такой же нагрузке, как в предыдущем случае, получим:

FJalt}~⁶£[Suited-*-?-J> /-

* Sto ²/Cbs7(uSt a-■%)■ +(-/) % ' — ■ Sin    *

^{г 1}    *Sn*l ₇    2

* Cos[((ait- of- ?j]l    (9)

Из сопоставления формул (7) и (9) видно, что соответствующие им амплитуды в обоих случаях одинаковы. Различие наблюдается в изменении фаз некоторых гармоник (например, 5-й, 7-й).

Двенадцатипульсное выпрямлена обычно подучают последова

тельным или параллельным включением двух шестииульсных преобразователей со схемами ^//\ ^и ^V/k •

Для этого случая имеет:

§)>£S/n "/*

^к Cosrrfcjt-cx- f)+^Sin -/Casafuft- a-*    Sin^ⁿ^~Cos^f/2/7-    sjfdt-cx-    7)J.    (iu)

Из полученных формул следует, что в напряжении сети, от которой питаются тиристорные преобразователи, присутствуют только

так называемые канонические гармоники, определяемые выражением

К~'^т>л . Необходимо отметить, что такое положение имеет место только при полной симметрии отпирающих импульсов тиристоров.

При погрешностях в установке отпиралдих импульсов могут возникать и гармоники неканонического порядка.

Уровень гармоник напряжения имеет сложную эаздсимостl от

угла управления, нагрузки и параметров сети ■ тиристорного преобразователя. На рис. 6, 7 представлены гармоники напряжении

Pic.6. Завмсвмостъ сштисттущ гармонии от ее поряцка К при различных углах управления (Схема трехфазная мостовая, /_#т- 0,05; Л_#с» 0,005).

<*

a и о 0 if л

V л 4i йг л а 4'

*

\ Wv

\

\

\\W

\Ч\\

V V.V

\W’

•V \ V

'At

'А!

' ДУ*^; х ЛЧг^^^х-’*^

л,А УУ У^ч<    у-У_*

^ К у f>«f >#V/ т, tj пи ил &>»** wot to/* dm r>et m»T*m гпел

То пн ну

Рис.7. Зазжсжмоотк алсшггуду гармонях» от ев порядка К при различи* х углах управления (Схема Х2-фвзвая. X_#r- 0.1;    /<₇»    0.005)

Наотоящая методика разработана Всесоюзным ордена Трудового Красного Знамени научяо-иоодецоватедьсклм в проектным институтом по комплексной электрификации промышленных объектов ВНИПИ "Тяхпромэлектропроект^н им.Ф.Б.Якубовского совместно с Всесоюзным научяо-вооледовательским институтом по сбору, подготовке и транспорту нефти и нефтепродуктов (ВНЮЮПТнефть) на основании заказ-наряда Главтранснефти Л I-12-80 и предназначена для определения показателей качества энергии в системе электроснабжения НПС магистральных нефтепроводов при применении мощных тиристорных регулируешх электроприводов для магистральных центробежных насосов.

Методика составлена ст.научи.сотрудником Русовым Е.В. (ВНИИСПТнефть) и ст.научн.сотрудником Еремеевым В.Е. (ВНИШГТяж-промвлектропроект).

в трехфазной мостовой схеме в 12-пульсной схеме пр* различных углах управления, построенные по данным расчета на ЦВМ "МИР-2".

Пример 3. Тиристорный преобразователь о трехфазной мостовой охеиой выпрямления имеет о< * 80°, Хс • 0,006, Х_г « 0,05. Требуется определить амплитуду первых трех гармоник от разложения прямоугольных коммутационных импульсов.

Для трехфазной мостовой с хеш пердами тремя каноническими гармониками будут I-ая, 6-ая в 7-ая. Предварительно определим величину кошутационного импульса:

Ха

а-~* —

* г

7-orccas(Z>i<x-x_e-Х_г/о< -orceasfbs t(fcW05-Q05)-/0-3,Ш ;

№40S

А- с/ \JiSuif ю‘+ *-f£) -4/г#.

На основании (7) имеем:

^и„Г ~£ Я* i -

Umt-    S* s !'**'- 0,00673/:

U~    Sv>7^Ajr*‘-0.00670V

*1/    3 ‘    /    »

Здесь так же,как и в примере 2, значение гармоник напряжения подучено в долях от аффективного линейного напряжения питающей сети. Для получения значения гармоник в вольтах вычжолешме Утл нужно умножить на номинальное напряжение питающей сети. Например, для сети 6 кв значение 7-ой гармоники будет 0,006704 х х 6000 - 40,4 В.

Пример 4. Тиристорный преобразователь о 12-пулъсноЙ схемой мпрлмлемя имеет Я . Х°. /_г - 0.05, Х_с - 0,0025. Определять фазовый сдвиг первой гармоники коммутационных импульсов.

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ Методика по расчету влияния мопшых тиристорных электроприводов на питающую сеть и подключенные к ней различные электро-приемники . РД 39-30-1056-84

Вводится впервые

Приказом Министерства нефтяной промышленности от 28 мая 1984 г. Л 321 срок введения установлен с 01.07.84 г., срок действия до 01.07.89 г.

Методика предназначена для использования работниками научно-исследовательских, проектно-конструкторских и производственных организаций при определении показателей качества электроэнергии (напряжения и тока) в системах электроснабжения НПО магистральных нефтепроводов при применении мощных тиристорных регулируемых электроприводов для магистральных центробежных насосов.

I. ОБЩЕ СВЕДШИ

Наиболее экономичным опособом регулирования режима работы нефтеперекачивающих станций (НПО) магистральных нефтепроводов является, как известно, способ, основанный на плавном изменении частоты вращения насосного агрегата. Большие достижения в области разработки и создания силовых тиристорных преобразователей частоты (ТПЧ) в последние годы позволили создать и ввести в эксплуатацию в ряде отраслей народного хозяйства мощные (от ЮОО до 6000 кВт) частотно-регулируемые электроприводы с серийными синхронными электродвигателями. Разрабатывается в настоящее время для компрессорных станций магистральных газопроводов частотнорегулируемые электроприводы по схеме вентильного двигателя (ДА)

мощностью 25 мВт на базе использования вновь создаваемого синхронного электродвигателя.    Проводятся    работы    по вводу в

эксплуатацию первого в отечественной практике экспериментального образца регулируемого электропривода переменного тока по схеме ВД с серийным синхронным электродвигателем типа СТД 6300-2 на НДС "Аксиыино" нефтепровода "Дружба"*

Мощные тиристорные преобразователи частоты искажают форму синусоидального напряжения (тока) питаицей сети, что может при неблагоприятных условиях привести к нарушению режимов работы различных электрических аппаратов, снижению надежности работы систем связи и телемеханики, к увеличению погрешности измерения КИП и т.п. В связи о этим возникает необходимость определить следующие показателя, являющиеся мерой искажения синусоидального напряжения: глубину я ширину коммутационных провалов; гармонический состав напряжения; коэффициент несинуооицальрссти;

изменение эффективного напряжения и его первой гармоники; изменение фазы основной гармоники.

В данной методике дало определение перечисленных показателей качества напряжения и изложены методы шх определения. Для пояснения излагаемого материала а иллюстрации методов расчета каждый раздел работы снабжен подробными примерами,

2. ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕШЙ ОДЕКТРОПРИВОД НАСОСНОГО АГРЕГАТА КАК ИСТОЧНИК ВЫСШИХ ГАРМОНИК НАПРЯЖЕНИИ ПИТАПцЕЙ СЕТИ

Применение мощных тиристорных преобразователей чаототы на обveктах (включая НПС магистральных нефтепроводов) с ограниченной мощностью энергосистемы требует тщательного исследования влияния хысслх гармоник на питающую сеть и принятие мер (при необходимости) со ограничению уровня высших гармоник до величины, обеспечи-

вашей надежную л четкую работу всех электрических аппаратов.

Допустимый диапазон регулирования числа оборотов магистрального насосного агрегата для стационарного режима работы нефтепровода составляет ЮСГ^^зо %• Такое изменение частоты вращения ротора электродвигателя при работе последнего в системе частотнорегулируемого электропривода может быть достигнуто при питании от преобразователя частоты со звеном постоянного тока, т.е. от инвертора, связанного с питающей сетью через управляемый выпрямитель. К такой схеме относится в схема экспериментального образца тиристорного регулируемого электропривода переменного тока типа ПЧВН на базе ДД, предназначенного для насосного агрегата НПС "Аксинино" магистрального нефтепровода "Дружба". Наличие у мощных управляемых выпрямителей сглаживающих реакторов, необходимых для получения хорошей фрмы тока, обеспечивает при работе инвертора режим, близкий к работе управляемого выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку. Замена преобразователя частоты со звеном по-тояяного тока (по отношению к питающей сети) управляемым выпрямителем значительно упрощает рассмотрение процесса, не внося существенных погрешностей, при определении влияния на питающую сеть. Работа постороена на исследовании управляемого выпрямителя, действие которого на питающую сеть эквивалентно действию преобразователя частоты со звеном постоянного тока той же мощности.

3. ОПРЕДЕЛЕНА, ВЕЛИЧИНЫ КОШтЦИОШШ ИСКАЖЕНИЙ

Воздействие мощных тиристорных управляемых выпрямителей (преобразователей) на питающую сеть обусловлено коммутацией тока нагрузки с одной фазы на другую. При этом происходит периодическое кратковременное короткое замыкание обмоток трансформатора (или токоограничнвающего реактора) преобразователя через малое

сопротивление одновременно открытых тиристоров. Коммутационные замыкания вызывают в синусоидальной кривой питающего напряжения провалы, которые могут нарушить нормальный режим работы электро-приемников.

Для тиристорных выпрямителей допустимая глубина и ширина коммутационных провалов нормируется ГОСТом 18142-80. В соответствии о ГОСТом для нормальной работы тиристорных выпрямителей глубина провалов не должна превышать от амплитудного значения, а ширина - 10 эл.градусов в любой точке свнуооида.

Большинство мощных управляемых выпрямителей имеют 6-пульсную или 12-пульсную схему выпрямления.

В качестве шестипульсных схем используются трехфазные мостовые схекы с соединением обмоток трансформатораили Ду/^ . Безтрансформаторную мостовую охему можно рассматривать как схему с соединением обмоток    *    сопротивление    рассеяния    которых

равно индуктивному сопротивлению токоограяичивахщих реакторов. Двенадцати ну ль сную схему выпрямления получают посредством последовательного или параллельного соединения двух мостовых выпрямителей, один из которых имеет схему соединения обмоток трансформаг-тора    •    ^а    другой    ^/ У* «На рис.1 показан трехфазный мо

стовой выпрямитель с соединением обмоток силового трансформатора по схеме ^/Л (рио.1а) и по схеме д^А (рис. 16). В изображенный на рисунке момент времени происходит отпирание тиристора Т3. Мгновенному запиранию открытого ранее тиристора Tj препятствует индуктивность обмотки трансформатора. Поэтому некоторый промежуток времени тиристоры Tj и Т3 оказываются открытыми одновременно, что соответствует коммутационному короткому замыканию фаз А и В.

Диаграмма напряжений питающей сети, к которой подключен трех-фазяый мостовой управляемый выпрямитель, изображена на рис.2. На

Pic. I ТрехфаздаЯ мостоюЯ выпрямитель с трансформатором:

а) по схеме АУ/ч #

С) по схеме Щ д

в

& г

Ряс. 2. Ав&гр&доа палряхеюй сети о ткржсторным преоОр&зователем г

а, в - дшвойвые напряхенжя о коюдтацяонЕымв аскахеяаяма; <5 - хомкутадаошшв жсх&жения в виде прямоугольных вмпульоав, о хека трансформатора Л/^ ; г - хоммутацаоивые вскахенвя в вядс прямоугольных жыяульоов, схема трансформатора Cbf 1

рис. 2а и 2в показаны линейные напряжения пи тайце й сети с коммутационными искажениями соответственно для схем трансформатора Ah и Д JX # ^а на рио. 26 и 2г - соответствующие им коммутационные искажения в виде прямоугольных импульсов [i ] •

Определим величину коммутационных искажений для схемы АДд^, диаграмма напряжения которой приведена на рис. 2а, б. Высота наибольшего коммутационного импульса определяется выражением [2J:

А - —и_тл {),    а)

Aq + А-

4»

о(

7

где Л_с и Л_г - соответственно индуктивное сопротивление сети и трансформатора тиристорного преобразователя в долевых единицах, приведенных к мощности преобразователя;

-    амплитудное значение напряжения оиталцей сети;

-    угол управления тиристорного преобразователя;

-    угол коммутации тиристоров.

Значение Х_с определяется по мощности короткого замыкания сети $ и по номинальной мощности преобразователя $

_ У»р

So

или определяется по номинальной мощности

K.S    -    Ар

Хс"    (2)

>_тс и напряжению корот

кого замыкания О^ трансформатора системы:

х - U    .    (3)

Величина £_г

»^с ** Src.    г

определяется по номинальной мощности о и

напряжению короткого замыкания U_K трансформатора преобразователя:

ir-

(4)

Snp

Sr

Угол управления X определяется по режиму работы управляемого выпрямителя и является величиной заданной. Угол коммутации ИГ может быть найден из уравнения

fafo'-Tl-Cbsd -    .    (Ь)

* ^С to '

Как видно из рас. 2, угол коммутации определяет ияряпу ком-