Реферат по теме выпускной работы
Содержание
- 1. Особенности защиты синхронных двигателей
- 2. Дифференциальная защита двигателя
- 3. Защита от потери питания (ЗПП)
- 4. Защита от асинхронного режима
- Список источников
1. Особенности защиты синхронных двигателей
При рассмотрении РЗ синхронных электродвигателей необходимо учитывать их особенности: Пуск большинства синхронных электродвигателей производится при отсутствии возбуждения прямым включением в сеть. Для этой цели на роторе синхронного электродвигателя предусматривается дополнительная короткозамкнутая обмотка, выполняющая во время пуска ту же роль, что и в короткозамкнутом роторе асинхронного электродвигателя. Когда скольжение электродвигателя приближается к нулю, включается возбуждение, и электродвигатель втягивается в синхронизм под влиянием появляющегося при этом синхронного момента.
Во время пуска синхронный электродвигатель потребляет из сети повышенный ток, который по мере уменьшения скольжения затухает, так же как и у асинхронного электродвигателя. Для уменьшения понижения напряжения и пусковых токов мощные синхронные электродвигатели пускаются через реактор, который затем шунтируется. Защиты синхронных электродвигателей, как и РЗ асинхронных электродвигателей, должны быть отстроены от токов, возникающих при их пуске или самозапуске, имеющем место при восстановлении напряжения в сети.
Момент синхронного электродвигателя зависит от напряжения сети.
Известна двухступенчатая защита минимального напряжения, содержащая: пусковые блоки (реле напряжения), реле времени и выходное (промежуточное) реле. Первая ступень с выдержкой времени первой ступени действует либо на отключение неответственных электродвигателей, либо на отключение ввода потерявшей питание секции шин распределительного устройства и на гашение поля синхронных электродвигателей. Вторая ступень действует на отключение электродвигателей потерявшей питание секции шин с последующим включением электродвигателей резервных технологических агрегатов и предназначена для сохранения технологического режима при длительном перерыве электроснабжения [1].
Известна двухступенчатая защиты от потери питания, которая содержит блок направления мощности, пусковой блок минимальной частоты, логический блок, блок минимального напряжения, первый таймер, первый исполнительный блок, второй таймер, второй исполнительный блок [2]. Выход первого выходного блока является выходом защиты минимальной частоты от потери питания с контролем направления активной мощности и действует на отключение выключателя ввода потерявшей питание секции шин распределительного устройства и на гашение поля синхронных электродвигателей. Выход второго выходного блока является выходом защиты минимального напряжения, действует на отключение синхронных электродвигателей, потерявших питание, и предназначен для сохранения технологического режима при длительном перерыве электроснабжения.
Недостатками этих устройств является ограниченное быстродействие на подстанциях с высоковольтными синхронными электродвигателями, что увеличивает время простоя технологических агрегатов и может привести к значительному технологическому ущербу у ответственных потребителей
Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство защиты от потери питания, которое содержит: блок контроля направления мощности, пусковой блок минимальной частоты, логический блок, блок контроля минимального напряжения, первый таймер, первый исполнительный блок, второй таймер, второй исполнительный блок [3].
Выход первого выходного блока является выходом защиты минимальной частоты от потери питания с контролем направления активной мощности и действует на отключение выключателя ввода потерявшей питание секции шин распределительного устройства. Выход второго выходного блока является выходом второй ступени защиты от потери питания и действует на отключение синхронных электродвигателей, потерявших питание.
Недостатком этого устройства является ограниченное быстродействие на подстанциях с частотным регулированием скорости вращения высоковольтных синхронных электродвигателей, что увеличивает время простоя технологических агрегатов и может привести к значительному технологическому ущербу у ответственных потребителей.
Обусловлен этот недостаток следующим. На подстанциях промышленных предприятий к каждой секции шин распределительного устройства напряжением 6 кВ или 10 кВ в рабочем режиме подключены один или несколько высоковольтных частотно-регулируемых синхронных электродвигателей. В зависимости от режимов работы технологических установок каждый из электродвигателей может быть подключен к секции шин либо через преобразователь частоты (если требуется регулирование его частоты вращения), либо непосредственно, то есть без преобразователя частоты, если в данном режиме регулирование частоты вращения двигателя не требуется. При потере питания от одного из внешних источников первая ступень защиты от потери питания действует на отключение выключателя ввода потерявшей питание секции шин. По факту отключения выключателя ввода происходит пуск устройства автоматического включения резерва (АВР). Однако действие АВР на включение секционного выключателя и восстановление электроснабжения происходят только при снижении напряжения на потерявшей питание секции шин до такого значения, которое при включении секционного выключателя не может создать опасных для двигателей токов включения. Такие устройства АВР, называемые АВР с ожиданием снижения остаточного напряжения, широко применяются на подстанциях промышленных предприятий, в том числе и на нефтеперекачивающих станциях магистральных нефтепроводов. Однако напряжение на потерявшей питание секции шин может поддерживаться продолжительное время. Это обусловлено тем, что синхронные двигатели, потерявшие питание, переходят в генераторный режим. Те синхронные двигатели, которые подключены к питающим шинам через преобразователь частоты, вследствие односторонней проводимости преобразователя частоты не создают напряжения на шинах, потерявших питание. Однако, те синхронные двигатели, которые подключены к шинам подстанции непосредственно, без преобразователя частоты, могут длительно поддерживать на шинах напряжение, обусловленное генерируемой двигателями ЭДС. В результате время действия устройства АВР на включение секционного выключателя, а следовательно, и время перерыва электроснабжения может увеличиться настолько, что длительный простой потерявших питание технологических агрегатов приведет к потере устойчивости и расстройству технологического режима потребителя в целом.
Задачей изобретения является повышение быстродействия отключения электродвигателей, потерявших питание, что повышает быстродействие включения резервного источника электроснабжения и восстановления электроснабжения терявших питание электродвигателей
В связи с широким использованием в промышленности синхронного электропривода (особенно для перекачки газа и нефти) в настоящее время сложилась ситуация, когда в узлах нагрузки энергосистем может быть сосредоточена синхронная нагрузка до 50 – 80, а в ряде случаев – до 300 МВт.
Эта синхронная нагрузка состоит в основном из крупных синхронных электродвигателей (СД) единичной мощностью от 4 до 12,5 МВт. Они допускают пуск от сети без применения тиристорных пусковых устройств.
Такая простая схема пуска имеет ряд существенных эксплуатационных преимуществ, однако предъявляет жесткие требования к конструкции, качеству изготовления электрической машины и выполнению противоаварийной автоматики.
Мощность 12,5 МВт считается предельной по конструкции ротора – двигатели большей мощности требуют применения тиристорных пусковых устройств или частотно-регулируемого привода .
Аварийные процессы, происходящие в энергосистемах при коротких замыканиях (КЗ), работе защит и автоматики, весьма существенным образом сказываются на надежности работы этих узлов нагрузки и самих синхронных электродвигателей. Например, недостаточная оснащенность этих узлов нагрузки противоаварийной автоматикой или ее отсутствие могут приводить к несинхронным включениям или асинхронному ходу с возбуждением, в результате чего повреждается обмотка статора электродвигателя. Отсутствие самозапуска после кратковременных перерывов питания приводит к существенному увеличению общего количества пусков с нуля
и преждевременному износу роторов электродвигателей из-за повышенного нагрева пусковыми токами, в то время как грамотно выполненный самозапуск облегчает тепловой режим ротора и продлевает срок его службы.
Большой ущерб наносит и нарушение технологического процесса, вызываемое остановками и авариями синхронных электродвигателей. Поведение синхронной нагрузки в этих аварийных режимах существенно влияет на надежность работы энергосистемы. Из-за влияния синхронной нагрузки происходили системные аварии с потерей устойчивости и отключением большого числа потребителей.
Надежное функционирование узлов нагрузки с синхронными электродвигателями обеспечивается внедрением комплекса технических и организационных мероприятий, а именно:
• соответствующим выполнением защит в узле нагрузки и прилегающей сети;
• применением противоаварийной автоматики, учитывающей поведение синхронных двигателей в аварийных режимах;
• правильным выбором уставок срабатывания релейной защиты (РЗ) и противоаварийной автоматики (ПА);
• обучением оперативного персонала электромеханическим процессам, связанным с синхронной нагрузкой, и действиям в аварийной ситуации;
• разработкой соответствующих инструкций для оперативного персонала;
• разработкой соответствующих директивных материалов и типовых проектных решений по РЗ и ПА.
Противоаварийная автоматика (ПА) – совокупность устройств, обеспечивающая измерение и обработку параметров электроэнергетического режима энергосистемы, передачу информации и команд управления и реализацию управляющих воздействий в соответствии с заданными алгоритмами и настройкой для выявления, предотвращения развития и ликвидации аварийного режима энергосистемы.
Управление может быть как централизованным, предусматривающим центральное устройство с соответствующими каналами обратной связи, так и локальным. Организация сложной (в частности территориальной) системы подразумевает создание определенной иерархии, с четким определением автоматических устройств с различным уровнем управления. При этом основные функции управления приходятся на самый низкий уровень. Такая схема на сегодня является наиболее эффективной
2. Дифференциальная защита двигателя
Это быстродействующая защита двигателей большой мощности от междуфазных коротких замыканий. Обычно состоит из двух степеней – дифференциальной отсечки (ДТО) и дифф. защиты с торможением (ДЗТ). Последняя может быть выбрана с уставкой срабатывания ниже или выше номинального тока двигателя.
Если ДЗТ выбирается с уставкой срабатывания ниже номинала, то она оказывается более чувствительной, но при этом возможны ложные срабатывания при обрыве токовых цепей. На современных защитах используются различные комбинации пусковых органов и блокировок, чтобы повысить чувствительность ДЗТ, но при этом своевременно выявить нарушение токовых цепей. Например, работа ДЗТ с уставкой выше номинала и автоматическое очувствление при КЗ. Алгоритмы дополняются сигнализацией небаланса в токовых цепях для оповещения оперативного персонала.
ДТО является грубой ступенью, которая отстраивается от броска апериодической составляющей тока при включении двигателя. Основное назначение ДТО – резервирование ДЗТ, которая имеет ряд алгоритмических блокировок и может отказать при сложных повреждениях.
3. Защита от потери питания (ЗПП)
Защита от потери питания отключает двигатель после его перехода в генераторный режим, т.е. когда мощность на установке начинает протекать от двигателя в сеть. Такое направление мощности означает КЗ или отключение оборудования в вышестоящей сети.
Для определения генераторного режима используется алгоритм направления мощности (токи через статор и напряжения на шинах).
ЗПП может отключать двигатель для обеспечения самозапуска более ответственных. В принципе данная защита может применяться и на АД, а также в качестве групповой на секции шин (ток через ввод). Кроме того схожий с ЗПП пусковой орган применяется в быстродействующих АВР (БАВР), которые сегодня активно внедряются в сетях промышленных предприятий.
Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты и автоматики. Технический результат заключается в повышении устойчивости технологических систем за счет ускорения действия защиты и снижения времени простоя технологических агрегатов. Заявленное устройство содержит: блок контроля направления мощности, пусковой блок минимальной частоты, первый, второй и третий логические блоки И, первый, второй и третий таймеры, первый, второй и третий блоки контроля минимального напряжения, логический элемент ИЛИ, первый и второй исполнительные блоки. Первый таймер является выходом защиты минимальной частоты с контролем направления мощности. Второй логический блок И и второй таймер являются выходом первой ступени защиты минимального напряжения с контролем направления мощности. Третий таймер является выходом второй ступени защиты минимального напряжения. Первый исполнительный блок действует на отключение ввода секции шин, потерявшей питание, и на гашение поля синхронных электродвигателей на секции шин, потерявшей питание. Второй исполнительный блок действует на отключение электродвигателей. Предложенное устройство предназначено для установки в ячейках распределительных устройств трансформаторных подстанций, питающих крупные синхронные электродвигатели.
4. Защита от асинхронного режима
Защита от асинхронного режима отключает синхронный двигатель при потере возбуждения. Кроме того может быть предусмотрена простая или комбинированная (с предварительной разгрузкой) ресинхронизация СД для восстановления параметров нормальной работы.
При нарушении синхронизма частота вращения электродвигателя уменьшается, и он переходит в асинхронный режим. При этом в пусковой обмотке и цепи ротора появляются токи, создающие дополнительный асинхронный момент, под влиянием которого синхронный электродвигатель может остаться в работе с некоторым скольжением.
Токи, появляющиеся в статоре, роторе и пусковой обмотке электродвигателя при асинхронном режиме, вызывают повышенный нагрев их, поэтому длительная работа синхронных электродвигателей в асинхронном режиме с нагрузкой более 0,4-0,5 номинальной недопустима. В связи с этим, появляется необходимость в специальной РЗ от асинхронного режима, которая должна реализовать мероприятия, обеспечивающие ресинхронизацию электродвигателя, или отключить его. Ресинхронизация состоит в том, что с электродвигателя снимается возбуждение (при этом его асинхронный момент повышается и скольжение уменьшается), через некоторое время включается возбуждение, и электродвигатель вновь втягивается в синхронизм. Признаком нарушения синхронизма электродвигателя является появление колебаний тока в статоре и переменного тока в роторе.
Исследования и опыт эксплуатации показывают, что после отключения КЗ или включения резервного источника питания многие синхронные электродвигатели могут самозапускаться, т.е. вновь (сами) втягиваться в синхронизм. Самозапуск синхронных электродвигателей возможен, если после восстановления напряжения под влиянием возросшего асинхронного момента скольжение электродвигателя настолько уменьшится, что он сможет снова втянуться в синхронизм.
Способов определения нарушений в цепях возбуждения несколько, начиная с простейшей фиксации увеличения тока в обмотках статора (ПУЭ 5.3.50) и заканчивая более совершенными органами сопротивления. В современных терминалах РЗА обычно используют второй способ.
Список источников
- Чернобровов Н. Н., Семенов В. А.
Релейная защита энергетических систем
, 1998 г., стр. 715, рис. 19.12. - Шабад М. А.
Релейная защита на электроподстанциях, питающих синхронные электродвигатели
, Библиотека электромонтера, вып. 565 Л.: Энергоатомиздат, 1984 г., стр.53–54, рис. 19. - Шабанов В. А., Алексеев В. Ю. Патент № 2342755, Устройство защиты от потери питания / Опубликован 27.12.2008. Бюл. № 38.