Автореферат по теме магистерской работы

Создание тепловой защиты асинхронного двигателя 6 кВ с.н. ТЭС

ВВЕДЕНИЕ

Опыт эксплуатации АД показывает их высокую повреждаемость, которая ежегодно достигает 25—30 % общего числа повреждений электрооборудования. Основными неисправностями АД являются электрические повреждения. Наиболее часто, 80—95 % случаев повреждается обмотка статора, причем около 70 % приходится на пазовую и лобовую части обмотки, а остальные 25— 30 % составляют перекрытия в коробках выводов.

Для защиты асинхронных элект­родвигателей (АД) традиционно при­меняются относительно простые за­щиты (РЗ), такие, как максимальные токовые и дифференциальные заши­ты. Здесь приведены реко­мендации по алгоритмам защиты от тепловой перегрузки короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя. Эту защиту часто называют профилактической, поскольку ее задача не допускать такие опасные режимы работы электродвигателя, которые приводят к его поврежде­нию. Реализация этой защиты стала возможной благодаря использова­нию полупроводниковых аналоговых устройств и, особенно, микропро­цессорных (цифровых) многофунк­циональных устройств (например, ЯРЭ 2201, SPAM, SPAC 802).

Аппаратное выполнение РЗ АД весьма разнообразно: от сборных за­щит на электромеханических реле (серий РТ-40, РТ-80, РТН-565, ДЗТ-11, РВ-100, РП-220, РП-251) и на микроэлектронных реле (серий РСТ-13, РСТ-15, РТЗ-51, РВ-01, РП-16, РП-18) до специальных ком­плексных устройств типа ЯРЭ 2201 и микропроцессорных цифровых защит.

Цифровые устройства наряду с общеизвестными их достоинствами более полно приспособлены к усло­виям работы АД. В настоящее время наиболее известны микропроцессор­ные защиты фирмы ABB (Финлян­дия) серии SPAM 150C и русифици­рованный вариант этой защиты, вы­пущенный СП "АББ Реле – Чебокса­ры", серии SPAC 802.

ПЕРЕГРУЗКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Увеличение тока в обмотках АД вызывает перегрев изоляции обмоток, сердечников статора и ротора. Увеличение температуры изоляции, точнее уменьшение разницы между ее фактической рабочей температурой и предельно допустимой, вызывает снижение срока службы изоляции, а быстрый дополнительный нагрев обмоток может привести к опасным деформациям.

Перегрузки делятся на кратковременные, когда температура обмотки не успевает достичь установившегося значения, и длительные, когда температура обмотки достигает установившегося значения, соответствующего значению перегрузочного тока. На основании ГОСТ повышение температуры обмотки определяется относительно предельной температуры охлаждающей среды, которая принимается равной 40 °С.

В качестве допустимого тока I_доп следует принимать максимальный длительный ток статора, соответствующий номинальной мощности.

Из современных защит от перегрузки наиболее полно отражают тепловую характеристику электродвигателя микропроцессорные РЗ. Так РЗ SPAM 150C, обеспечивает защиту как от кратковременных, так и от длительных перегрузок, учитывает предшествующий нагрев и охлаждение, выполняет запрет повторного пуска, пока температура АД не снизится до такой величины, при которой за время последующего пуска температура не достигнет предельной.

Тепловая защита, входящая в комплексное устройство РЗ типа ЯРЭ 2201 также обеспечивает неплохую реализацию тепловой характеристики. Если перегрузка устраняется до достижения предельного значения, то в РЗ моделируется процесс охлаждения АД с постоянной времени равной 240 с. При повторной перегрузке время срабатывания РЗ сокращается с учетом предыдущей перегрузки, а после действия РЗ на отключение повторный пуск может быть заблокирован на время охлаждения. Так как тепловая характеристика РЗ предполагает, что АД до перегрузки находился в горячем состоянии (работал с номинальной нагрузкой), то возможно отключение АД при затяжном пуске из холодного состояния, хотя нагрев АД не достиг критического. Для предотвращения излишнего отключения в РЗ предусмотрена возможность блокировки тепловой защиты при пуске из холодного состояния.

Комплексные устройства РЗ типа ЯРЭ 2201 и микропроцессорные РЗ начали использоваться сравнительно недавно и поэтому в эксплуатации их очень мало. В основном, в качестве РЗ от перегрузки применяются предписанные ПУЭ защиты с одним токовым реле, отстроенным от номинального тока АД, и выдержкой времени большей пуска или самозапуска. Такое выполнение РЗ практически не учитывает перегрузочные возможности АД, включение же реле только в одну фазу не позволяет выявить опасную перегрузку АД в неполно-фазном режиме, а специальной РЗ от неполнофазного режима ПУЭ не предусматривает. Только в микропроцессорных РЗ тепловая защита реагирует на наибольший ток трех фаз, и дополнительно предусматривается РЗ от несимметричной работы.

В соответствии с ПУЭ защита от перегрузки устанавливается не на всех АД, а только на тех, которые подвержены перегрузке по технологическим причинам и на АД с тяжелыми условиями пуска и самозапуска (длительность прямого пуска непосредственно от сети 20 с и более), перегрузка которых возможна при чрезмерном увеличении длительности пускового периода вследствие понижения напряжения в сети.

На АД, подверженных перегрузке по технологическим причинам, РЗ должна выполняться с действием на сигнал и автоматическую разгрузку, при невозможности разгрузки или отсутствии дежурного персонала допускается действие РЗ на отключение.

Если отключение АД не приводит к нарушению технологического процесса или имеют место тяжелые условия пуска и самозапуска, то РЗ от перегрузки также действует на отключение.

Решением Атомэнергопроекта РЗ от перегрузки с действием на отключение устанавливается в ячейках всех АД для предотвращения возгорания питающих АД кабелей в случае длительного протекания пусковых токов при заклинивании. Принимая во внимание весьма тяжелые последствия пожаров на ЭС, следует считать решение Атомэнергопроекта более правильным.

АЛГОРИТМ ЗАЩИТЫ ОТ ТЕПЛОВОЙ ПЕРЕГРУЗКИ КОРОТКОЗАМКНУТОГО РОТОРА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Алгоритм защиты от тепловой перегрузки короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя, предлагаемый здесь, основывается на изменении сопротивления ротора в результате повышения температуры

 Здесь представлено краткое описание вышеуказанной программы.

Для начала необходимо задаться начальными данными, которые включают в себя следующее:

Активные сопротивления схемы замещения АД, о. е.

Rs=0.01 -  сопротивление обмотки статора;

Rm=0.353367129095 -  сопротивление ветви намагничивания;

Rr1=0.011427422656 - сопротивление первого контура ротора;

Rr2=0.367118639624 - сопротивление второго контура ротора;

Индуктивности схемы замещения АД, о.е.

Xs=0.0877192982 - индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора;

Xm=2.57667714145 - индуктивное сопротивление ветви намагничивания статора;

Xr1=0.10010459524 - индуктивное сопротивление рассеяния первого контура ротора;

Xr2=0.05962499544 - индуктивное сопротивление рассеяния второго контура ротора;

Полные сопротивления схемы замещения АД, о.е.

Zs=Rs+Xs*i - полное сопротивление рассеяния обмотки статора;

Zm=Rm+Xm*i - полное сопротивление ветви намагничивания статора;

Zr1=Rr1+Xr1*i - полное сопротивление рассеяния первого контура ротора;

Zr2=Rr2+Xr2*i - полное сопротивление рассеяния второго контура ротора;

Время, в течение которого АД затормозится до нуля или наоборот разгнится до номинальной скорости под действием избыточного номинального момента, с.

Номинальная мощность - Pn=20000 кВт;

Номимнальное напряжение - Un=380 В;

Эффективность (фактор мощности и КПД) - Cosn=0.84;  Kpd=0.92;  c=Cosn*Kpd;  c=0.773;

Маховая масса - G=157*3 т;

Кратность пускового момента - Mp=1.2 о.е.;

Кратность максимального момента - Mm=3 о.е.;

Кратность пускового тока - Ip=5.7;

Номинальный ток статора - Inom=49 А;

Затем составляем дифференциальные уравнения машины в форме Коши:

Время процесса пуска (переходного процесса) - Tpusk=8*314 рад;

Задается конечное сопротивление контуров ротора, умножая сопротивление первого и второго контура на коэффициент:

Rr1kon=Rr1*2.4

Rr2kon=Rr2*2.4

и начальная температура:

Tnach=30

С помощью программы находим все параметры асинхронной машины, в том числе и вектор сопротивлений ротора.

При реализации этого алгоритма остается выбрать уставку по температуре.

ВЫВОДЫ

Реализация алгоритма защиты от тепловой перегрузки короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя на микропроцессорных устройствах может позволить избежать поломок асинхронных машин.

Ведь большинство асинхронных машин, которые применяются в отечественной промышленности подвержены перегрузкам по технологическим причинам, имеют тяжелые условия пуска и самозапуска перегрузка которых возможна при чрезмерном увеличении длительности пускового периода вследствие понижения напряжения в сети.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1      Александров А.М. «Выбор уставок срабатывания защит асинхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ». Методические указания с примерами. Санкт-Петербург 2001 г.

2      Корогодский В.И., Кужеков С.Л., Паперно Л.Б. Релейная защита электродвигателей выше 1 кВ. М.: Энергоатомиздат, 1987. 1.     Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей/ Под ред. Л.Г. Мамиконянца :– М.: Энергоатомиздат, 1984. – 240 с.

4.     Сивокобыленко В.Ф., Павлюков В.А. Расчет параметров схем замещения и пусковых характеристик глубокопазных асинхронных машин. Электричество, 1979, №10, с. 35 – 39.  

5.     Сивокобыленко В.Ф., Костенко В.И. Математическое моделирование электродвигателей собственных нужд электрических станций, Донецк, ДПИ, 1979. – 110 с.