Разработка микропроцессорной защиты ассинхроных двигателей собственных нужд электростанций

Красовский О.Ю., Сивокобыленко В.Ф.
Донецкий национальный технический университет

Источник: Матеріали науково-технічної конференції - Донецьк, ДонНТУ - 2010.

This work is about creating a digital relay asynchronous motor with cage rotor. An algorithm for protection against thermal overload of windings of the rotor and stator machine. As well as the principle of transferring the information received from sensors on the upper levels of SCADA system. Keywords: Microprocessor platform, Mathematical model, SCADA systems, Short-circuited rotor, Short circuit, Programming on C ++, Asynchronous electric motors, relay protection

Эта работа о создании цифровой релейной защиты асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Предложен алгоритм защиты от тепловой перегрузки обмоток ротора и статора машины. А также принцип передачи полученной информации от датчиков на верхние уровни СКАДА системы.

Цель работы: является разработка микропроцессорной защиты асинхронных двигателей собственных нужд электростанций на основе определения активного сопротивления ротора АЭД.

Научная новизна

Новизной в данной работе считается то, что вычисление температуры нагрева производится в темпе реального времени путём расчёта активного сопротивления ротора и его сравнения с известным значением в холодном состоянии, а также внедрение СКАДА системы, что позволит производить контроль присоединений на расстоянии.

Суть работы

Общий принцип работы защиты.

1. На существующий асинхронный двигатель подключаем модуль защиты.

2. В модуле защиты выполняется снятие параметров с защищаемого объекта, расчет параметров, сравнение с заранее заданными значениями, и передача данных.

3. В резервный архив сервер поступает информация о всех событиях произошедших на защищаемом объекте.

4. Через сеть Ethernet вся информация поступает на АРМ(автоматизированное рабочее место) оператора.

Схема принципа работы защиты на рис.1.

Схема замещения АЭД с короткозамкнутым ротором
Рис.1 Принципа работы защиты

Алгоритм тепловой защиты состоит из следующих основных блоков:

• блок измерений;

• блок цифровой фильтрации;

• блок вычислений;

• блок уставок.

Структурная схема алгоритма тепловой защиты показана на рис.2.

На вход блока измерений для нужд алгоритма тепловой защиты непрерывно поступают сигналы фазных токов (ia, ib, ic) и напряжений (ua, ub, uc), скольжения s, температуры нагрева обмоток статора TS. Аналоговые величины с помощью АЦП преобразуются в цифровой вид. Далее величины фазных токов и напряжений поступают в блок цифровой фильтрации, основанном на цифровом фильтре Фурье, в котором производится выделение первой гармоники .

Схема замещения АЭД с короткозамкнутым ротором
Рис.1. Структурная схема алгоритма тепловой защиты АЭД

Вычисление температуры нагрева ротора основывается на использовании схемы замещения АЭД с учётом эффекта вытеснения тока в роторе (см. Рис.2.).

Схема замещения АЭД с короткозамкнутым ротором

Рис.2. Схема замещения АЭД с короткозамкнутым ротором

Практическое значение полученных результатов исследований

Данная микропроцессорная защита может быть использована на любых предприятиях, где используются асинхронные электродвигатели, с большим успехом, т.к. она обеспечивает большую степень надежности работы электродвигателей, а также предотвращает их разрушение при авариях в сети.

Так же в разработку будет внедрена SCADA-система.

SCADA – процесс сбора информации реального времени с удалённых точек (объектов) для обработки, анализа и возможного управления удалёнными объектами.

SCADA-системы решают ряд задач:

1. Обмен данными с УСО (устройства связи с объектом, то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы.

2. Обработка информации в реальном времени.

3. Отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме.

4. Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.

5. Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.

6. Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.

7. Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA ПК.

8. Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.).

SCADA-системы позволяют разрабатывать АСУ ТП в клиент-серверной или в распределенной архитектуре.

Для подсистемы верхнего уровня выбрана СКАДА система КАСКАД-САУ

Предусматривается следующая конфигурация системы:

1. Софт контролер КАСКАД-САУ

2. АРМ (автоматизированное рабочее место) оператора КАСКАД-САУ

3. Архивный сервер

4. СУБД (система управления базой данных ) обеспечивает хранение данных (архивные данные трендов, архив событий системы и т.д.)

Схема построения СКАДА системы представлена на рис.2

Схема замещения АЭД с короткозамкнутым ротором
Рис.2 Схема построения СКАДА системы

Литература

  1. Правила устройства электроустановок/ Минэнерго СССР. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 640 с.
  2. В.А. Андреев. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебник для вузов. 4-е изд. Перераб. и. доп. – М.: Высш. Шк., 2006. – 639 с.
  3. Соркинд М.А. Асинхронные электродвигатели 0,4 кВ. Способы защиты от аварийных режимов. Новости электротехники, 2005, №4(34).
  4. Официальный сайт ОАО «Електротехнічний завод РелСіС». http://www.relsis.ua.
  5. Патент Украины № 69523 А, МПК 7 Н02Р 5/04, опубл.15.09.2004.
  6. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: Учебник для вузов. 2-е изд. – СПб.: Питер,2006. – 751 с.: ил.
  7. ГОСТ 7217-87. Межгосударственный стандарт. Машины электрические вращающиеся. Двигатели асинхронные. Методы испытаний . 2003. - 38 с.
  8. Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К. Переходные процессы в системах электроснабжения собственных нужд электростанций. Уч. пособие, Донецк, ДонНТУ, 2002. – 136 с.