Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

У системах власних потреб атомних і теплових електростанцій, на хімічних, металургійних, нафтогазовидобувних і переробних підприємствах, підприємствах водопостачання та водовідведення застосовуються потужні електродвигуни напругою 0.4 і 6 (10) кВ в якості приводу компресорів, насосів, вентиляторів, конвеєрів, млинів, дробарок та ін .

Безперебійна робота основних механізмів, задіяних у безперервному технологічному процесі, на наведених вище підприємствах можлива лише за умови їх надійного електроживлення. З метою вирішення питання надійності живлення схему електропостачання промислового підприємства необхідно будувати таким чином, щоб забезпечувалася успішна робота засобів по збереженню безперебійності технологічного процесу та функціонування всіх основних механізмів у після аварійному режимі. Тому для підприємств з безперервним технологічним процесом має бути передбачено живлення від двох взаєморезервованих незалежних джерел живлення (рис.1). В якості резервного джерела живлення можуть бути використані місцеві електричні станції, електричні станції енергосистем, акумуляторні батареї, спеціальні пристрої безперебійного живлення, також допускається живлення від двох секцій або систем шин однієї підстанції.

Схема електроживлення промислового підприємства

Рисунок 1 – Схема електроживлення промислового підприємства

Актуальність теми

Порушення живлення, що виникають у системі електропостачання, різноманітні за тривалістю та за глибиною зниження напруги на зажимах електродвигунів. Практично будь-які види порушень живлення ведуть до зміни режимів роботи електродвигунів та можуть привести до втрати ними стійкості, якщо внаслідок порушення електропостачання відбулися значні зміни робочих характеристик електроприводу.

Найбільш ефективним засобом для підвищення надійності живлення підприємства при короткочасних порушеннях у системі електропостачання є застосування автоматичного включення резерву (АВР) та подальшого автоспуску електродвигунів після дії АВР.

Пускові органи існуючих пристроїв АВР

Принцип роботи пристроїв АВР на розподільних підстанціях без двигунного навантаження добре відомий та заснований на застосуванні пускового органу мінімальної напруги [1] або так званого «швидкого» АВР, коли включення секційного вимикача відбувається відразу після самовільного відключення ввідного вимикача секції або його відключення від захистів живильного трансформатора[2].

При наявності у схемі електропостачання двигунного навантаження (рис.2) час дії пристрою АВР може затягнутися, оскільки синхронні двигуни у разі втрати живлення однією секцією переходять у генераторний режим та обертаючись по інерції протягом 3 - 8 сек підтримують досить високий рівень напруги на секції та у цьому випадку пусковий орган мінімальної напруги відразу не спрацьовує та за час циклу АВР електродвигуни випадають з синхронізму по відношенню до резервного джерела живлення, що потім призводить до їх несинхронно включення. Для запобігання несинхронного включення двигунів у коло включення резервного живлення необхідно додатково ввести контроль зниження залишкової напруги на секції, яка втратила живлення нижче 0.25 - 0.4 номінальної напруги [3].

Переключення на резервне джерело живлення

Рисунок 2 – Переключення на резервне джерело живлення

Відомий спосіб АВР для підстанцій, з синхронними двигунами [4], заснований на вимірюванні інтегрального значення різниці фактично споживаної активної потужності та потужності, необхідної для стійкої роботи двигунів при порушеннях нормального режиму електропостачання. Переключення на резервне джерело у даному способі відбувається у разі перевищення заданого значення, отриманою величиною інтегральної різниці. Недоліком даного способу є низька швидкодія через необхідность визначення за великий інтервал часу фактично споживаної активної потужності [5].

Відома також схема пристрою АВР [6], у якій з метою підвищення надійності та стійкості роботи електродвигунів, послідовно з нормально включеним секційним вимикачем встановлюється швидкодіючий комутаційний апарат, який замикає мережу до моменту відключення пошкодження у живильному приєднанні. Однак суттєвим недоліком такої схеми є те, що двигуни, які не втратили живлення, короткочасно включаються на коротке замикання, а також всі синхронні двигуни підстанції можуть короткочасно втратити збудження, так як напруга на вході збудників, підключених до шин підстанції, буде близькою до нуля.

Втрата живлення на робочому вводі може бути виявлена за відхиленням від нормальних значень різних параметрів режиму, а використання у якості контрольованого параметра напруги секції є не ефективним, так як у разі втрати живлення вона досить довго залишається на рівні, відповідному номінальному значенню. Тому для підвищення швидкодії роботи пристроїв АВР у схемах електропостачання з руховим навантаженням широкого поширення набули схеми комбінованого пускового органу.

Оскільки у разі втрати живлення частота на секції знижується значно швидше, ніж напруга, то для прискорення відновлення живлення відомий пристрій АВР [7] пусковий орган мінімальної напруги якого доповнюється пусковим органом, що реагує на зниження частоти та контролем нормальної частоти на резервному джерелі.

Відомий пристрій АВР [8],у якому пусковий орган мінімальної напруги доповнений пусковим органом, що реагує на величину кута між векторами напруги основного та резервного джерел живлення. Дослідження показують, що при використанні такого пускового органу факт втрати живлення може бути виявлений швидше, ніж при використанні пускового органу, що реагує на зниження частоти напруги, що підтримується синхронними двигунами. Контроль величини кута дозволяє виконувати оцінку можливості подачі резервного живлення виходячи з умови допустимості струмів та моментів.

Способи АВР [8, 9] пусковий орган яких реагує на кут між векторами напруг основного та резервного джерел живлення та на напрям активної потужності на вводі основного джерела живлення дозволяють забезпечити виявлення факту втрати живлення за час 0.2 - 0.4 сек.До недоліків такого підходу слід віднести неможливість виявлення несиметричних коротких замикань у колі живлення, з огляду на те, що у цих режимах не змінюється напрямок активної потужності на вводі секції [10], а також збільшення часу спрацьовування через збереження напряму активної потужності на вводі за рахунок її перетікання між двигунами з різними постійними часу.

Способ АВР [11] з метою підвищення швидкодії та виключення зайвих спрацьовувань крім вимірювання кута між напруги основного та резервного джерела включає у себе вимірювання швидкості зниження частоти основного джерела. Однак подача резервного живлення відбувається без контролю величини кута між векторами напруг основного та резервного джерел живлення у момент включення резервного живлення, що не дозволяє використовувати такий спосіб АВР для електродвигунів великої потужності.

Відомий також пусковий орган АВР[12], який реагує на послідовність імпульсів, що відповідають позитивним та негативним напівхвилям синусоид напруг основного та резервного джерела живлення. Фіксація втрати живлення при такому підході здійснюється по послідовності імпульсів, які відповідають нормальному режиму та аварійним режимам. Недоліком такого підходу є ускладнення логічної частини пускового органу АВР, що виконує аналіз послідовності імпульсів з метою виявлення втрати живлення.

Розглянуті пристрої АВР не забезпечують безперебійного живлення підстанцій з синхронними та асинхронними двигунами, оскільки дія пристроїв АВР після втрати напруги може досягати декількох секунд. Така витримка часу дії пристроїв АВР може спричинити виникнення гідравлічних ударів, відключення частотно-регульованих приводів, перекидання асинхронних та випадання з синхронізму синхронних двигунів, відпадання контакторів та магнітних пускачів напругою 0.4 кВ [13].

Пускові органи існуючих швидкодіючих пристроїв АВР

ДДля підвищення надійності електропостачання та забезпечення динамічної стійкості двигунного навантаження при короткочасних порушеннях електропостачання набули поширення пристрої швидкодіючого АВР (ШАВР), які дозволяють практично миттєво здійснити перемикання на резервне джерело живлення і не потребують зняття збудження з синхронних двигунів.

Система швидкого перемикання на резервне джерело живлення [14], включає у себе пристрій ШАВР яке у поєднанні з швидкодіючими вимикачами забезпечує час перемикання у діапазоні до 100 мсек.Пристрій постійно порівнює напругу на основному джерелі з напругою резервного джерела живлення, а також виконує спостереження за амплітудами напруг, різницею частот та кутом зсуву фаз між напругою основного та резервного джерел живлення для забезпечення умов синхронізації [15]. У пристрої передбачені чотири режими перемикання живлення [16]: швидке переключення, перемикання при першому співпадінні фаз, перемикання по залишковому рівні напруги, перемикання з витримкою часу. Недоліком даної системи є те, що пристрій ШАВР контролює лише напругу кожної секції, а вона, при близьких коротких замикань, може значно змінюватися[17], що може привести до неправильної роботи пристрою ШАВР, а також необхідності наявності швидкодіючих захистів для активації пристрою ШАВР.

Відомий спосіб ШАВР[7], який включає у себе вимір на шинах основного та резервного джерел живлення напруги прямої послідовності, кута між векторами напруг прямої послідовності, мінімального струму вводу кожної секції та визначення напряму активної потужності на вводі шин основного джерела живлення. Переключення на резервне джерело відбувається при зменшенні напруги на шинах основного джерела живлення нижче заданого рівня або при перевищенні кута між вектором напруги прямої послідовності більше заданого та при напрямі активної потужності від шин до основного джерела живлення. Також додатково вимірюють мінімальний струм вводу кожної секції, порівнюючи його з заданим значенням струму вводу, та при перевищенні заданого струму також здійснюють перемикання на резервне джерело живлення. Блокуючим сигналом для роботи ШАВР є напрям потужності прямої послідовності [18]. Однак такий спосіб має малу швидкодію через те, що реакція на аварійний режим визначається шляхом обчислення потужності на вводі на основі напруг та струмів прямої послідовності, які при несиметричних коротких замикань можуть не змінювати напрямки.

Пристрій ШАВР для підстанцій з двигунним навантаженням [19] включає у себе вимір на шинах двох вводів фазних струмів та напруг та перетворення їх у струми та напруги прямої послідовності. Даний спосіб ШАВР включає у себе два способи пуску: пуск по напрузі та пуск за кутом. Обидва способи доповнюються контролем напрямку потужності прямої послідовності за рахунок обчислення кута між струмом прямої послідовності основного джерела живлення та векторної сумою напруги прямої послідовності основного джерела живлення та прийнятої рівною від 0 до 50% частки напруги прямої послідовності резервного джерела живлення. Робота ШАВР блокується при зміні напрямку потужності прямої послідовності. Для режимів з малими струмами на вводі, коли робота блоку напрямку потужності прямої послідовності непередбачувана, передбачений контроль мінімального струму. Недоліком такого підходу є неможливість правильного визначення напрямку потужності прямої послідовності у режимах однофазних, двофазних та двофазних на землю коротких замикань, так як у колі живлення споживачів не змінюється напрямок активної потужності на вводах підстанції та триває її споживання двигунним навантаженням.

Принцип роботи ШАВР описаний у [20] полягає у вимірі миттєвих значень лінійних напруг на шинах основного та резервного джерел живлення та вимірі миттєвих значень фазних струмів на вводі основного джерела живлення, подальшому перетворенні миттєвих значень напруг та струмів у діючі значення напруг та струмів. Також комплексні діючі значення напруг перетворюються у комплексні діючі значення напруг прямої послідовності основного та резервного джерел живлення. Пусковий пристрій ШАВР забезпечено пофазним контролем напрямку струму на вводі секції за рахунок вимірювання значень кута між вектором комплексного діючого струму у фазі та векторної сумою комплексної діючої напруги між двома іншими фазами на шинах основного джерела живлення та прийнятої рівною від 0 - 50% частки однойменного комплексної діючої напруги на шинах резервного джерела живлення. До недоліку даного способу відноситься ненадійність роботи у разі міжфазних коротких замикань у мережі живлення, так як у цьому випадку одна з лінійних напруг на секції основного джерела живлення дорівнюватиме нулю та пристрій не спрацює [21].

Спосіб ШАВР [21] включає у себе вимір на шинах основного та резервного джерел живлення напруги прямої послідовності та обчислення кута між векторами напруг прямої послідовності. Пусковий орган ШАВР контролює напрямок потужності, яка визначається на основі фазних струмів та протилежних лінійних напруг з урахуванням кута максимальної чутливості, а у разі, якщо значення лінійних напруг на шинах основного джерела менше заданого значення напруги, то у якості векторів цих напруг приймають відповідні напруги резервної секції . Також вимірюється мінімальний струм вводу кожної секції. Недоліком такого способу є необхідності виконання великої кількості вимірювань для визначення напрямку потужності у кожній фазі основного та резервного джерел живлення.

Для забезпечення більш високого рівня швидкодії пристроїв АВР у роботах [22-24] пропонується у якості комутаційних апаратів застосовувати безконтактні тиристорні комутаційні апарати. Такі пристрої отримали назву тиристорний АВР (ТАВР). ТТиристорний комутатор у пристроях ТАВР призначений для максимально швидкого включення резервного джерела живлення до моменту включення секційного вимикача та являє собою трифазний безконтактний комутаційний апарат, що включається паралельно секционному вимикачу [24]. На швидкодію пристроїв ТАВР впливає їх система управління та параметри мережі [25]. Так, наприклад, виходячи з умови допустимого кута неузгодженості між напругами основного та резервного джерел живлення, найбільш висока швидкодія пристроїв ТАВР відбуватиметься у разі, коли основне джерело живлення по фазі напруги випереджає резервне. Однак наявність зсуву фаз між двома джерелами не дозволить виконувати включення основного та резервного джерел живлення на паралельну роботу, а виконання зсуву фаз між джерелами живлення в умовах діючих підстанцій є важко здійснюваним.

Висновки

З наведеного огляду літературних джерел випливає, що все більшого поширення в останній час отримують пристрої ШАВР і багатьма фірмами триває їх подальше вдосконалення. Однак більшість фірм виробників таких пристроїв не розкриває принципи побудови пускових органів ШАВР.

Перелік посилань

  1. Левченко М.Т., Хомяков М.Н. Автоматическое включение резерва, - М.: Энергия, 1971. – 80 с.
  2. Беляев А.В. Противоаварийное управление в узлах нагрузки с синхронными электродвигателями большой мощности, - М.: Энергопресс, 2004. – 80 с.
  3. Шабад М.А. Релейная защита и автоматика на электроподстанциях, питающих синхронные двигатели. – Л.: Энергоатомиздат, 1984. – 64 с.
  4. А. с. 1262627 СССР, МКИ Н 02 J 9/00. Способ включения резервного питания потребителей / Кузнецов В. Г., Ландман А. К., Пасынков Ю. А. Опубл. в Б.И. 1986,. № 37
  5. Патент на изобретение 2326481(13) C1, Российская федерация, МПК H02J 9/06 Способ автоматического включения резервного электропитания потребителей и устройство для его осуществления / Цырук С.А., Гамазин С.И., Пупин В.М., Козлов В.Н., Павлов А.О.; заявитель и правообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО"МЭИ(ТУ)"). - № 2006139086/09; заявка 07.11.2006; опубл. 07.11.2006
  6. А.с. 505083 СССР, МКИ Н 02 J3/00. Устройство для энергоснабжения потребителей / Галицын А.А.; Горьк. отд. Энергосетьпроект. № 1466266; Заявл. 07.09.70; Опубл. в БИ, 1976, № 8.
  7. А.с. 693508 СССР, МКИ Н 02 J 9/06. Устройство для автоматического ввода резерва питания потребителей / Разгильдеев Г.И., Носов К.Б., Брагинский В.И. и др.; Кемеровский технолог, ин-т пищевой пром-ти. №2526208; Заявл. 16.09.77; Опубл. в БИ, 1979, № 39.
  8. А. с. 1046844. Устройство для автоматического включения резервного питания потребителей /Стальная М.И., Банкин С.А., Богатырев JIJI., Шевляков Э.Ф. Опубл. в Б.И. 1983, № 37.
  9. А. с. 493858 Устройство для автоматического управления секционными выкл1очателями при самозапуске / Чебан В. М., Удалов С. Н. Опубл. в Б.И. 1979, № 47.
  10. Патент на изобретение 2398338 (13) С1, Российская федерация, МПК H02J 9/06 Способ автоматического включения резервного электропитания потребителей (варианты) и устройство для его осуществления / Жуков В. А., Пупин В.М., заявитель и правообладатель Жуков В. А., Пупин В.М.. - №2009130901; заявка 30.04.2009; опубл. 27.08.2010.
  11. А. с. 708463 Способ автоматического включения резрвного пиатния потребителей / Фишман В.С., Никешин B.К., Квашенников В. А. Опубл. в Б.И.1980, №1
  12. Бороденко В. А., Поляков В. Е. Пусковой орган ввода автоматического резерва для комплексной нагрузки // Электричество. 1982 №5. С. 13 – 18.
  13. Никулов И. Комплекс БАВР Быстродействие повышает надёжность электроснабжения / И. Никулов, В. Жуков, В. Пупин // Новости электротехники. – 2012. - №4. – С. 2 – 4
  14. 30 ms High Speed Transfer System (HSTS): Product Description [Электронный ресурс] / ABB Power and productivity for a better world, - 2011, - 12 с. – Режим доступа: http://www.abb.ru/.
  15. SUE3000 High Speed Transfer Device: Product Description [Электронный ресурс] / ABB Power and productivity for a better world, - 2010, - 24 с. – Режим доступа:http://www.abb.ru/.
  16. High Speed Transfer Device and System SUE 3000 [Электронный ресурс] / ABB Power and productivity for a better world, - 2010, - 49 с. – Режим доступа:http://www.abb.ru/.
  17. Баширов М.Г., Кузнецов А.С., Саблин С.А. Анализ параметров и характеристик при выборе устройств быстродействующего автоматического ввода резерва (БАВР) для систем электроснабжения предприятий нефтегазовой отрасли // Нефтегазовое дело: электронный научный журнал . - №4. – 2013.
  18. Э. Киреева, В. Пупин, Д. Гумиров Современные устройства быстродействующего АВР // Главный энергетик. - №11. – 2005. С. 23 – 26.
  19. Жуков В. А. Повышение эффективности работы быстродействующего АВР для подстанций с электродвигательной нагрузкой: дис. кандидата технических наук: 05.09.03 / Жуков Владимир Анатольевич. – М., 2008. – 165 с.
  20. Гумиров Д.Т. Оценка виляния кратковременных нарушений электроснабжения на работу потребителей нефтедобывающих предприятий и разработка устройства АВР для надежного их электропитания: дис. кандидата технических наук: 05.09.03 / Гумиров Дамир Тахирович. – М., 2010. – 206 с.
  21. Патент на изобретение 2447565(13) С1, Российская федерация, МПК H02J 9/06 Способ автоматического включения резервного электропитания потребителей и устройство для его осуществления / Гамазин С.И., Жуков В. А., Куликов А.И., Пупин В.М., Цырук С.А.; заявитель и правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ"). - № 2011105886/07; заявка 17.02.2011; опубл. 17.02.2011.
  22. B. Tian, C. Mao, J. Lu et al., “400 V/1000 kVA hybrid automatic transfer switch,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 60, no. 12, pp. 5422–5435, 2013
  23. H. Mokhtari, S.B. Dewan, M.R. Iravani, Performance Evaluation of Thyristor Based Static Transfer Switch, IEEE Transactions on Power Delivery, Volume: 15, July 2000, pp. 960-966.
  24. Tarlochan S. Sidhu, Vinayagam Balamourougan, Manish Thakur, and Bogdan Kasztenny " A Modern Automatic Bus Transfer Scheme", International Journal of Control, Automation, and Systems, vol. 3, no. 2 (special edition), pp. 376-385, June 2005.
  25. A. Sannio, Static Transfer Switch: Analysis of Switching Conditions and Actual Transfer Time, IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, Columbus, Ohio, 2001.