Авторы

Моделирование процесса насыщения трансформатора тока с нагрузкой

В статье рассматриваются математическая основа и имитационное моделирование процессов насыщения трансформаторов тока апериодическими составляющими токов короткого замыкания. Процессы насыщения трансформаторов тока могут повлиять на правильное действие защит. На электростанциях, в частности атомных, число трансформаторов тока может составлять несколько сотен с различными нагрузками, длинами подводящих кабелей и реализацией релейной защиты. При этом определение времени до насыщения имеет существенное значение для построения схем и принципов построения систем релейной защиты и автоматики электростанций. В статье подробно рассмотрены модели динамических процессов в первичной и вторичной цепях трансформаторов тока в динамике. Приведено математическое описание динамических процессов трансформатора тока в номинальном режиме и при коротком замыкании в первичной его цепи. С учетом результатов моделирования дано обоснование целесообразности использования гипотезы о прямоугольной характеристике намагничивания при упрощенных расчетах процессов насыщения. С помощью компьютерной модели продемонстрирована возможность использования характеристик намагничивания в имеющихся на практике протоколах испытаний в режиме холостого хода для моделирования процессов насыщения. Осуществлено моделирование трансформаторов тока для опыта холостого хода и питания трансформатора тока со вторичной стороны, а также при его работе в условиях короткого замыкания на первичной стороне и известной нагрузке на вторичной стороне. Таким образом, с помощью компьютерного эксперимента можно снять вольт-амперные характеристики и перенести их в модели с насыщением трансформаторов тока уже в режиме короткого замыкания. Показана эффективность динамического моделирования трансформаторов тока. Программная реализация модели выполнена средствами структурного имитационного моделирования в пакете MatLab, основанном на решении уравнений матричных структур и эмуляции. Получена эффективная и адекватная реальному трансформатору тока имитационная модель для определения времени его намагничивания. Читать дальше...

Моделирование процесса самозапуска электродвигателей собственных нужд атомной станции для его ускорения и минимизации различных возмущений

В статье с помощью средств имитационного компьютерного моделирования предложено решение задачи ускорения процессов самозапуска асинхронных электродвигателей насосного оборудования для уменьшения негативного влияния на схему электропитания собственных нужд атомной станции. Рассмотрены особенности протекания переходных процессов выбега и взаимодействия электродвигателей различной мощности в возникающем после их отключения автономном контуре. Показано, что наиболее тяжелый режим такого перехода возникает в результате работы автоматического включения резерва и отключения рабочих источников питания технологическими защитами или действиями оперативного персонала при эксплуатационном уровне рабочего напряжения и номинальной или близкой к ней загрузке секций. Произведен анализ возникающих режимов при помощи авторских моделей. Продемонстрированы особенности процессов выбега и последующего самозапуска в различные моменты времени и значений рассогласований напряжений сети и возникающего автономного контура. Модели позволяют получить достоверное математическое описание электромагнитных и механических процессов двигателей в сложной электромеханической системе, осуществить измерение мгновенных разностей напряжений сети и контура выбега, прогнозировать оптимальный момент времени включения резервного источника питания. Результатами проведенных на моделях исследований является выработка рекомендаций по технологии контроля над рассогласованиями напряжения и контура по одноименным фазам, оценке их среднеквадратичного отклонения и эффективному поиску момента повторного включения резервного источника для совершенствования технологических режимов атомных станций. Читать дальше...

Имитационное моделирование адаптивного идентификатора скорости асинхронного двигателя агломерационной машины

Средствами имитационного компьютерного моделирования проанализирован эффективный вариант построения идентификатора скорости асинхронного двигателя электромеханической системы агломерационной машины. Приведена математическая и алгоритмическая основа адаптивного идентификатора скорости (АИС) асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (АДКР). С использованием разработанного математического описания АИС с эталонной моделью и применением аппарата функций Ляпунова создана адекватная компьютерная имитационная модель. По сравнению с существующими способами построения идентификаторов в бездатчиковых асинхронных электроприводах предлагаемый вариант АИС позволяет учесть дискретный характер напряжения питания АДКР на выходе преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) выходного напряжения и изменение большего числа параметров схемы замещения. Устойчивость процесса идентификации скорости обеспечивается в широком диапазоне, достаточном для стабилизации скорости тележек по требованиям технологического процесса агломерационных машин. Как следствие, повышается точность идентификации скорости в статических и динамических режимах работы электропривода. Моделированием подтверждена работоспособность предлагаемого варианта идентификатора, предложены варианты настроек компонент АИС. Получены универсальные, важные для практического применения результаты, позволяющие как построить высокоточную систему идентификации скорости АДКР в целом, так и уточнить настройку коэффициентов предлагаемого варианта идентификатора в частности. Важным свойством разработанного варианта АИС является его работоспособность без потери точности на околонулевых и нулевых скоростях вращения и близком к номинальному моменте нагрузки на валу АДКР. В связи с этим практическое применение разработанного варианта, помимо привода агломерационной машины, возможно и в высокоточных системах позиционирования для электроприводов различного назначения. Читать дальше...

Динамическое имитационное моделирование системы возбуждения синхронных генераторов стационарных дизель-генераторных установок аварийного электроснабжения атомной станции

В статье средствами динамического имитационного моделирования MatLab произведено исследование систем возбуждения мощных синхронных генераторов стационарных дизель-генераторных установок, являющихся основными источниками аварийного электроснабжения атомных станций. Использована оптимальная по структурной сложности математическая модель синхронной машины в относительных единицах и ортогональной синхронной системе координат. Осуществлено комплексное моделирование дизель-генераторных установок с воспроизведением как динамики работы системы автоматического регулировании возбуждения синхронного генератора, так и системы управления дизельным двигателем. При моделировании учтены особенности пуска дизель-генератора для разгона синхронной машины, ее начального возбуждения от аккумуляторной батареи. Особый акцент сделан на исследование режимов самовозбуждения через трансформатор, подключенный к статорной цепи генератора, и тиристорный выпрямитель с обмоткой возбуждения в качестве нагрузки, а также на исследование параллельной работы с энергосистемой. В итоге промоделированы процессы пуска дизель-генераторной установки в режиме холостого хода, эффективного самовозбуждения, автономной работы генератора на холостом ходу, приложения нагрузки к генератору вплоть до значений допустимой перегрузки. Показана работа всех каналов системы управления, в том числе недоступных на практике сигналов регуляторов системы автоматического регулирования и механических переменных. Доказана адекватность разработанной модели сопоставлением с реальным физическим экспериментом при опробовании дизель-генератора на атомной станции. Продемонстрирована возможность использования разработанной в MatLab модели как виртуального полигона для испытаний дизель-генераторной установки и компьютерного тренажера для профильного инженерного персонала атомной станции Читать дальше...

Структурное моделирование существующих и усовершенствованных алгоритмов управления тиристорных переключающих устройств агрегатов бесперебойного питания собственных нужд атомных станций

В статье проводится анализ работы тиристорных автоматических переключающих устройств для агрегатов бесперебойного питания атомных станций. Они являются частью системы аварийного электроснабжения электрооборудования сети собственных нужд c номинальным напряжением 0,4 кВ. В такой системе надежного питания особо ответственных потребителей обязательно используются альтернативные сети и резервные источники. Обычно группы потребителей собственных нужд атомных станций запитаны от инверторной сети, чтобы в случае отключения резервной байпасной сети эти нагрузки продолжали питаться от агрегата бесперебойного питания. Он имеет в своем составе зарядное устройство – управляемый выпрямитель, блок аккумуляторных батарей и транзисторный инвертор. Переход от одной сети к другой в любом направлении должен быть «безударным» во избежание срабатывания защит агрегатов бесперебойного питания и других электрических защит системы надежного питания. При наличии сбоев в алгоритмах или их нерациональной организации процессы перехода между сетями могут сопровождаться нарушением бесперебойности питания или междуфазными короткими замыканиями. В системе компьютерной математики MatLab создана структурная имитационная модель для отработки алгоритмов перехода при различных фазовых сдвигах сетей и направлениях перехода. Проанализирован алгоритм перехода между сетями для агрегатов бесперебойного питания одной из фирм-производителей, поставлявших оборудование на атомные станции. Предложен более безопасный оптимальный алгоритм управления переключениями сетей с пофазным контролем спадания токов отключаемой сети. Предложения подкреплены результатами компьютерного моделирования. Читать дальше...

Моделирование особенностей работы дистанционной защиты резервных трансформаторов собственных нужд энергоблоков атомной станции при самозапуске мощных двигательных

В статье средствами компьютерного моделирования проведен анализ работы дистанционной защиты резервных трансформаторов, обеспечивающих при отключении от энергосистемы через резервный шинопровод альтернативное питание собственных нужд атомной станции. В процессе перехода от основной сети на резервную существует короткий период отключения питания секций. При этом получавшие питание мощные двигательные нагрузки секций начинают работать в режиме торможения на выбеге. Затем осуществляется автоматическое включение резерва, которое может произойти в более или менее благоприятный момент. В неблагоприятный момент самозапуск по электрическим характеристикам может быть тяжелее режима короткого замыкания на шинопроводе. При объединении новой сети от резервного трансформатора собственных нужд и сети автономного контура выбегающих машин возникают переходные процессы электромагнитного взаимодействия машин, переходящих в генераторный режим, с сетью резервного трансформатора. Существуют некоторые оптимальные благоприятные моменты объединения сетей, когда и целесообразно осуществлять самозапуск. Эти процессы из-за сложности математического описания с высоким порядком системы уравнений, большого числа объектов взаимодействия целесообразно исследовать средствами компьютерного моделирования. Практический вопрос, на который дают ответ проведенные расчеты и компьютерное моделирование, касается значения уставки дистанционной защиты резервного трансформатора собственных нужд. На разработанной структурной имитационной модели в MatLab проведена серия экспериментов по выбегу и самозапуску секций собственных нужд при их заданном составе и загрузке. Диапазон времени самозапуска при этом соответствовал работе автоматического включения резерва секций дистанционной защитой. Расчетами и моделированием показано, что принятую уставку можно скорректировать, обеспечив защиту большей длины шинопровода при возможных вариантах подключения к нему секций собственных нужд. Модель дополнена надстройкой в виде внешней программы для детальной обработки и визуализации данных, полученных с осциллографов структурной модели MatLab. Читать дальше...

Моделирование мягкого подключения нелинейной нагрузки к высоковольтной сети выключателем с пофазным приводом главных контактов

В статье на разработанных динамических математических моделях исследуется проблематика процессов, возникающих при неуправляемом подключении реактивной нагрузки к высоковольтным трехфазным сетям с глухозаземленной нейтралью. При коммутации трансформаторного или реакторного электрооборудования к сети в неблагоприятный момент могут возникать ударные пусковые токи, в десятки раз превышающие номинальный. Эти токи содержат апериодические составляющие, которые намагничивают стальные сердечники аппаратов. Тогда необходима отстройка уставок релейной защиты от бросков токов, что приводит к снижению ее чувствительности и быстродействия при срабатываниях в режимах реальных коротких замыканий. Эффективным техническим решением по снижению ударных токов является использование управляемого пофазного привода главных контактов выключателей. Проведено моделирование динамики схем в среде MatLab и пакете MultiSim для оценки благоприятных моментов включения. Выведено аналитическое выражение для нейтрализации апериодической составляющей потокосцепления сердечников магнитопроводов. При этом условии несинусоидальные броски намагничивающих токов не превосходят заданных контролируемых защитой значений. Отмечена сложность безударного подключения на практике силовых трансформаторов в режим холостого хода, содержащих вторичные обмотки по схемам «звезды» и «треугольника». Тогда во вторичных обмотках при исходной настройке пофазного включения главных контактов выключателя нарушается симметрия фазных потокосцеплений. Результатами проведенного моделирования подтверждено возможное решение проблемы мягкой коммутации в этом случае. Оно состоит в изменении конструкции трансформатора путем внедрения высоковольтных выключателей в фазы «треугольника» соответствующей вторичной обмотки, которые должны быть разомкнутыми в процессе пуска трансформатора с дальнейшим замыканием в предсказуемый момент. Сформирована блок-схема алгоритма работы информационной части для мягкого пофазного включения главных контактов высоковольтного выключателя. Разработанный пакет динамических математических моделей позволяет на основе обработки данных о мгновенных значениях напряжений фаз сети сформировать безударное пофазное подключение реактивной нагрузки с отсутствием апериодических составляющих токов. Читать дальше...