Файл: Шаповалов, Б. Т. Электрооборудование насосных станций учебное пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 82
Скачиваний: 0
Б.Т. ШАПОВАЛОВ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ
Одобрено Ученым советом Государственного комитета
Совета Министров СССР
по профессионально-техническому образованию в качестве учебного пособия
для средних сельских профессионально-технических училищ
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1974
6П2.11 Ш24
Ь ~ - / у
Шаповалов Б. Т. |
|
|
|
Ш24 • |
Электрооборудование |
насосных |
станций. Учеб, пособие |
для среди, сельск. проф.-техн. училищ. М., «Высш. школа», |
|||
1974. |
|
|
|
|
320 с. с пл. |
|
|
ций. |
В книге содержатся основные сведения об электрической части насосных стан |
||
Описаны устройства и работа |
основного электрооборудования, а также рас |
||
смотрены вопросы его выбора. Приведены материалы по тарификации электриче |
|||
ской |
энергии, источникам электроснабжения насосных |
станций, расчету токов ко |
|
роткого замыкания, назначению контрольно-измерительных приборов, релейной защите, блокировке и сигнализации, рассмотрены наиболее распространенные схемы электроснабжения. Освещены также вопросы, касающиеся собственных нужд насос ных станций. Рассмотрены типичные конструкции распределительных устройств, за земляющие устройства, защита от атмосферных перенапряжений Уделено внимание автоматизации производственных процессов на насосных станциях, монтажу и экс плуатации электрооборудвания.
40205—242 |
6П2.11 |
132— 74 |
|
Ш 052(01) — 74 |
|
© Издательство «Высшая школа», 1974 г,
В В Е Д Е Н И Е
Значение электрификации народного хозяйства СССР ог ромно. В Программе Коммунистической партии Советского Союза, принятой XXII съездом, говорится: «Главная экономи ческая задача партии и советского народа состоит в том, что бы в течение двух десятилетий создать материально-техниче скую базу коммунизма. Это означает: полную электрификацию страны и совершенствование на этой основе техники, техноло гии и организации общественного производства во всех отрас лях народного хозяйства; комплексную механизацию произ водственных процессов, все более полную их автоматиза цию...» '. Коммунистическое общество не может быть построено без всесторонне развитого и высокопродуктивного хозяйства. Такое хозяйство может быть создано лишь путем интенсификации, полной комплексной механизации, химиза ции, высокой культуры земледелия и животноводства. Вот почему Коммунистическая партия считает быструю и полную электрификацию сельского хозяйства нашей страны одной из важнейших задач.
Для решения всех связанных с электрификацией задач необходимо интенсивное строительство как тепловых, так и гидравлических и атомных электрических станций.
В1970 г. производство электроэнергии в нашей стране до стигло 740 млрд. кВт-ч. В Директивах XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971—1975 гг. предусматривается к 1975 г. увеличить произ водство электроэнергии до 1030—1070 млрд. кВт-ч. Для это го рост установленной мощности электростанций должен возрасти до 65—70 млрд. кВт.
Внастоящее время в нашей стране уже построены такие крупнейшие электростанции как Братская ГЭС им. 50-летия Великого Октября на р. Ангаре мощностью 4,1 млн. кВт с
гидрогенераторами 225 000 кВт каждый, Волжская ГЭС им. В. И. Ленина — 2,3 млн. кВт, Волжская ГЭС им. XXII съез-1
1 Программа Коммунистической партии Советского Союза. М., Госполит-
издат, 1971, с. 66.
3
да КПСС — 2,53 млн. кВт, Кременчугская —625 тыс. кВт, Бухтарминская — 525 тыс. кВт. Строятся Красноярская ГЭС мощ
ностью |
6 млн. кВт |
с |
гидрогенераторами мощностью |
500 тыс. кВт каждый, |
Нурекская — с напором 230 м. Самая |
||
мощная |
в мире тепловая |
электростанция — Приднепровская |
|
ГРЭС мощностью 2,4 млн. кВт.
Рост мощности и технического уровня электрических стан ций и всех элементов электрических систем способствует сни жению стоимости электрической энергии и создает возмож ности для еще более широкого ее использования во всех об ластях народного хозяйства и, в частности, в сельском хозяйстве.
За последние годы значительно увеличились посевные пло щади, орошаемые с помощью машинного водоподъема, т. е. с использованием насосных станций. В 1966 г. майский Пленум ЦК КПСС принял постановление «О широком развитии ме лиорации земель в целях получения высоких и устойчивых урожаев зерновых и других сельскохозяйственных культур». В 1967 г. площадь, орошаемая машинами, составила около двух миллионов гектаров. В последующие годы значительная часть прироста орошаемых земель получена в результате ис пользования построенных крупных насосных станций.
На Каршинской и Каховской оросительных системах на сосные станции будут оборудованы крупными насосами про изводительностью до 40 м3/с с суммарной установленной мощностью двигателей более 600 000 кВт. С целью реализа ции Директив XXIII съезда КПСС по дальнейшей электрифи кации сельского хозяйства был принят ряд важных постанов лений, в частности, о присоединении в широком масштабе сельскохозяйственных потребителей к мощным государствен ным энергосистемам, о снижении тарифа на электроэнергию, отпускаемую сельскохозяйственному производству, до 1 коп. за 1 кВт • ч.
Потребление электроэнергии в сельском хозяйстве в 1970 г. составило 38 млрд. кВт-ч, а к 1975 г. достигнет 75 млрд. кВт-ч.
В настоящее время строительству крупных насосных стан ций как промышленного, так и сельскохозяйственного назна чения приобретает особенно важное значение и благодаря от крывшимся возможностям будет происходить ускоренными темпами. Народнохозяйственное значение этих сооружений
настолько возросло, что нет области промышленности, транс порта, сельского хозяйства, где бы они не применялись. Жизнь современного большого города также невозможна без исполь зования мощных насосных станций, обеспечивающих водо снабжение жилых и промышленных объектов, канализацию.
Современная мощная насосная станция представляет со бой сложное техническое сооружение. В качестве основных двигателей насосов используются электрические, мощность которых исчисляется в тысячах киловатт. В наши дни работа ют насосные станции с электродвигателями насосных агрега тов мощностью 10 000 кВт и выше. Для электроснабжения таких станций используются напряжения 6, 10, 35 кВ и более. Основными двигателями служат синхронные и асинхронные двигатели высокого напряжения. Для работы и пуска их при меняется различное электротехническое оборудование: мощ ные высоковольтные выключатели, разъединители, реакторы, автотрансформаторы, средства релейной защиты и сигнализа ции, контрольно-измерительные приборы; широко внедряется автоматика. Для электроснабжения подобных станций часто строят специальные линии электропередач, трансформатор ные подстанции и т. д.
Таким образом, современную насосную станцию должны обслуживать работники, имеющие достаточно высокую элек тротехническую подготовку.
Задача данного пособия — подготовка машиниста-электри- ка насосной станции, который мог бы поддерживать установ ленный режим эксплуатации электрической части станции, принимать правильные, технически обоснованные решения как при нормальных условиях ее работы, так и в случае ава рии. Машинист-электрик должен уметь выполнять на месте необходимый ремонт и наладку электрооборудования. Объем знаний, приобретенных им при изучении предмета, должен быть достаточен для понимания принципа действия и основ ных вопросов эксплуатации электрической части станций и подстанций, обслуживающих насосную станцию. В пособии приведены необходимые сведения по технике безопасности.
ГЛАВА I
ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ НАСОСОВ И ИХ ЭКСПЛУАТАЦИЯ
I
Электродвигатели подбирают, как правило, по каталогам. При выборе электродвигателей насосов необходимо прежде всего руко водствоваться положениями, являющимися общими при выборе электропривода любого механизма. Эти положения в основном сводятся к следующему:
1) выбираемый электродвигатель должен наиболее полно соот ветствовать приводимому механизму по механическим свойствам, т. е. обладать такой механической характеристикой, которая позво ляла бы ему сообщать механизму необходимые скорость и ускоре ние как при пуске, так и в процессе работы;
2) мощность подбираемого двигателя должна использоваться
вприводе наиболее полно;
3)конструктивное выполнение двигателя должно соответство вать приводимому механизму и условиям окружающей среды;
4)параметры подбираемого двигателя должны соответствовать параметрам питающей его сети. •
Для выбора двигателя насоса по. каталогу необходимо знать: а) наименование и тип приводимого механизма; б) максимальную мощность на валу насоса (насос работает в
продолжительном режиме с постоянной нагрузкой); в) скорость вращения приводного вала (поскольку скорость
вращения вала насоса, как правило, не регулируется, знать регули ровочные свойства двигателя необязательно);
г) способ сочленения вала двигателя с валом насоса (при нали чии передач необходимо знать род передачи, ее передаточное чис ло и коэффициент полезного действия) ;
д) момент сопротивления'на валу привода при пуске; е) частоту пусков или включений привода (за обусловленный
промежуток времени); ж) характеристику окружающей среды.
§ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ И РЕЖИМ ЕГО РАБОТЫ
На больших мелиоративных, водопроводных и прочих насосных станциях большой мощности, как правило, установлены центро бежные и пропеллерные насосы. Поэтому будем рассматривать только двигатели, работающие в приводе этих насосов. Обычно используют двигатели переменного тока, так как по сравнению с двигателями постоянного тока они более просты по конструкции, дешевле и не нуждаются в преобразовании переменного тока в по стоянный. -
6
Будем выбирать двигатель, предположив, что параметрынасо са известны и, следовательно, известны: Q — количество нагнетае мой воды, м3/с; Я —-полный напор (напор всасывания плюс напор нагнетания плюс потерн напора во всасывающем и напорном тру
бопроводах), м; |
т] — к.п.д. |
насоса (соответствующий |
расчетному |
Q); rjnep— к.п.д. |
передачи; |
у — удельный вес жидкости |
(для воды |
1000 кг/м3); па — скорость вращения вала насоса. Рассматриваемый режим насоса и двигателя будем считать номинальным. Тогда мощ ность (в кВт) двигателя, необходимого для данного насоса, может быть определена по формуле
Р = |
QHy |
( 1) |
|
|
1 0 2 г | ц Т |пер |
Входящий в формулу коэффициент К — коэффициент запаса, учитывающий возможные перегрузки, возникающие, в частности, вследствие колебания уровней верхнего и нижнего бьефов, а следо вательно, изменения напора Я. Коэффициент К зависит от мощнос ти двигателя:
Мощность электродви |
К |
гателя, кВт |
|
До 1 |
1,3 |
2—5 |
1,2—1,15 |
5—50 |
1.15—1,1 |
Более 50 |
1,10—1,05 |
Однако введение К достаточно лишь при относительно неболь ших колебаниях уровней, например, в мелиоративной системе при работе насоса, подающего воду из одного канала в другой. Если же колебание уровней может быть значительным, то введение ко эффициента К уже недостаточно. В этом случае необходимо вычис лить мощность двигателя при возможных напорах Я макс и ЯМин и соответствующих им расходах, определенных по характеристикам насоса. Примером такого режима работы насоса является забор воды из водохранилища или реки и подача ее в канал с постоянной отметкой.
Обычно необходимая мощность двигателя указывается заводомизготовителем насоса, а сам двигатель поставляется в комплекте с насосом.
Как уже указывалось, двигатели насосов мелиоративных на сосных станций работают с постоянной скоростью вращения и лишь в очень редких случаях их скорость регулируют (например, используют электродвигатели с переключением числа пар полюсов, изменяют частоту питающего напряжения и т. д.). Однако скорость любого насосного агрегата при пуске изменяется от нулевой до
установившейся.
Для изучения пускового процесса необходимо знать зависимость момента сопротивления насоса от скорости его вращения. Эта за висимость в первом приближении может быть выражена формулой
М = М0+ (/Whom~ М0)‘( — V |
(2) |
пя /j |
|
7
где Мном — номинальный момент сопротивления |
на |
валу |
насоса |
при установившемся режиме, кгм; М0 — момент |
трогания, кгм; |
||
п — скорость вращения вала насоса, об/мин. |
|
число |
оборо |
Если принять за единицу скорости номинальное |
|||
тов насоса в минуту, а за единицу моментов — номинальный момент насоса, то написанную выше формулу (в' относительных единицах) можно представить в виде:
|
ц = ц о + ( 1 — Ц о ) Е 2 . |
( 3 ) |
Здесь |
цо — относительный момент трогания (обычно он равен 0,1— |
|
0,3); |
ц — относительный момент сопротивления |
на валу насоса; |
V — относительная скорость вращения вала насоса.
Это выражение зависимости момента трогания от скорости, как известно, представляет собой механическую характеристику насоса (теоретическую). Однако теоретическая характеристика может довольно значительно (особенно при пуске) отклоняться от факти ческой механической характеристики. Поэтому для расчета приво дов, особенно крупных насосов, следует использовать механическую характеристику, построенную на основании заводских данных.
В качестве примера рассмот рим фактическую и теоретиче скую характеристики насоса 70В-36 (рис. 1). Как видно из фактической характеристики, мо мент трогания (цо) больше мо ментов сопротивления на валу насоса (р) при малой скорости вращения. Это, объясняется тем, что на момент трогания влияет момент сопротивления трению в подшипниках, который когда на сос находится в состоянии покоя больше, чем когда он работает.
По теоретической же характеристике момент трогания оказывается меньше любого другого момента, взятого при скорости больше нуля, в результате чего теоретическая характеристика расходится с фактической. Для разгона двигателя от нулевой скорости до но минальной его вращающий момент должен при любой скорости вращения быть больше момента сопротивления насоса. Следова тельно, в любой момент времени при пуске должен существовать избыточный вращающий момент двигателя, равный разности меж ду его моментом трогания и моментом сопротивления насоса. Под влиянием избыточного момента и происходит разгон маховых масс насосного агрегата.
Продолжительность разгона насоса определяется его маховым моментом и избыточным моментом двигателя. Избыточный момент двигателя так же, как и момент сопротивления насоса, зависит от скорости вращения и изменяется в процессе пуска. Для определе ния продолжительности разгона насосного агрегата можно вос пользоваться формулой
8