Цуканов Олексій Анатолійович

Факультет Електротехнічний

Кафедра Електричні станції

Спеціальність: Електричні станції

Тема випускної роботы:

Дослідження впливу несиметрії електродвигунів на точність визначення місця дефектів ізоляції в системі власних потреб електричноЇ станції

Науковий керівник: д.т.н., проф. Гребченко Микола Васильович

Введення

На сучасному етапі розвитку, енергетика в Україні зіткнулася з серйозними проблемами. Експлуатаційний термін роботи обладнання на теплових електричних станціях, які були побудовані ще в СРСР, поступово підходить до кінця, а в деяких випадках вже давно закінчився. Знос обладнання призводить до частих пошкоджень і аварійних ситуацій. Для забезпечення безперебійного живлення споживачів якісною електроенергією, потрібно, в першу чергу, забезпечувати працездатність власних потреб електричних станцій.

За статистикою, найбільш поширені несправності асинхронних електродвигунів:

1. Перевантаження або перегрів статора електродвигуна - 31%.

2. Межвітковие замикання - 15%.

3. Пошкодження підшипників - 12%.

4. Пошкодження обмоток статора або ізоляції - 11%.

5. Нерівномірний повітряний зазор між статором і ротором - 9%.

6. Робота електродвигуна на двох фазах - 8%.

7. Обрив або ослаблення кріплення стрижнів в білячій клітці - 5%.

8. Ослаблення кріплення обмоток статора - 4%.

9. Дисбаланс ротора електродвигуна - 3%.

10. Неспіввісність валів - 2%.

Несправності і пошкодження електричних машин не завжди вдається виявити шляхом зовнішнього огляду, так як деякі з них (в основному електричні) носять прихований характер і можуть бути знайдені лише після відповідних випробувань і розбирання машини.

Актуальність теми

Виникнення ушкоджень значної частини електродвигунів обумовлено погіршенням стану ізоляції їх обмоток, тому розробка методів безперервного діагностування в наш час потребує особливої уваги. Безперервне діагностування дозволило б виявляти пошкодження електродвигунів на ранній стадії їх розвитку. Це дозволяло б своєчасно відключати приєднання, внаслідок чого ремонт несправної машини витрачав менше коштів та часу.

Зв'язок роботи

На даний момент існує ряд методів, що дозволяють, при деяких припущеннях, без відключення приєднання, визначати стан обмоток електродвигунів.

Метод, запропонований в [4], заснований на вирішенні системи лінійних алгебраїчних рівнянь. Коефіцієнти рівняння періодично визначаються за результатами безперервного вимірювання фазних струмів і напруг фаз приєднання щодо землі. Для реалізації методу не потрібне створення додаткових умов для вимірювань та встановлення додаткових вимірювальних трансформаторів.

При моделюванні активні та ємнісні поперечні провідності електродвигунів прийнято розглядати зосередженими на висновках їх обмоток (основні допущення), а дефекти ізоляції приєднання моделюються зміною значень комплексних провідностей ізоляції фаз.

Недолік методу полягає в тому, що метод розроблений з урахуванням допущення про симетричності поздовжніх провідностей контрольованого приєднання навантаження. При появі несиметрії метод дає похибку. Похибка виникає внаслідок того, що в параметрах режиму крім складових, обумовлених дефектами ізоляції, з'являються складові, обумовлені несиметрією приєднання. Тому для підвищення точності методу визначення параметрів ізоляції при наявності (появі) несиметрії необхідно визначити аварійні складові, викликані несиметрією, і виключити їх з параметрів режиму, що використовуються в якості вхідних в параметричному методі. Інший можливий шлях підвищення точності полягає у введенні в схему заміщення приєднання (математична модель приєднання, відповідно до якої складаються рівняння поточного стану) параметрів, які відображають ступінь і вид несиметрії. Реальні значення вводяться параметрів повинні визначатися для того моменту часу, у який розв'язується система рівнянь поточного стану. Слід зазначити, що безпосереднє визначення поздовжніх провідностей фаз приєднання в робочому режимі неможливо, тому що в вимірювані струми фаз приєднання входять струми, обумовлені поперечними провідності фаз приєднання, значення яких невідомі.

Мета роботи

Метою роботи є розробка методу, який дозволив би вчасно виявляти місце виникнення дефекту ізоляції приєднання кабель-двигун без відключення від джерела живлення, в тому числі при несиметрії, викликаній вітковими замиканнями. Суть методу полягає в наступному. Значення фазних струмів і напруг фаз зчитуються з вимірювальних трансформаторів струму та напруги, потім, за допомогою відповідного пристрою, перетворень в цифровий сигнал і направляються в комп'ютер. У комп'ютері проводиться розрахунок системи лінійних алгебраїчних рівнянь, результати вимірювань подаються в СЛАР, після розрахунку якої, визначаються значення комплексних провідностей ізоляції обмоток. Далі проводиться порівняння поточної величини з наперед заданої номінальної величиною. Якщо поточне значення знаходиться в допустимих межах, результат обнуляється і розрахунок повторюється для нових вимірів. Якщо поточна величина провідності більше номінальної, це свідчить про зниження опору, то формується сигнал про виникнення дефекту. 

Об'єкт розробки і дослідження

Як об'єкт дослідження використовується приєднання кабель-двигун, системи власних потреб ТЕС.

Розглянемо схему заміщення (рис. 1) приєднання кабель-ЕД. Токи I_А, I_В, I_С, визначаються вимірювальними трансформаторами струму TA, при відомих напружених фаз у нормальному режимі U_А, U_В, U_С. За першому закону Кірхгофа Токи І_А, I_В, I_С, відповідно рівні:

Рисунок 1 - Схема заміщення приєднання навантаження в мережі з ізольованою нейтраллю.

де I_АН, I_ВН, I_СН, - вектори фазних струмів навантаження приєднання; I_АИ, I_ВИ, І_СИ, - вектори струмів через ізоляцію фаз приєднання;

Розпишемо ці рівняння більш докладно, з урахуванням напружень і провідностей:

де Y_АН, Y_ВН, Y_СН, і Y_АІ, Y_ВІ, Y_СІ - відповідно поздовжні і поперечні провідності приєднання; U_А, U_В, U_С, - вектори напруг фаз по відношенню до землі; U_N - напруга нейтралі приєднання по відношенню до землі.

Для отримання рівнянь (1) - (3) в робочих режимах можуть безперервно визначатися вектори фазних струмів І_А, I_В, I_С, напруги фаз по відношенню до землі U_А, U_В, U_С і вектор напруги нейтралі приєднання по відношенню до землі U_N. Невідомими є поздовжні та поперечні провідності Y_АН, Y_ВН, Y_СН, і Y_АІ, Y_ВІ, Y_СІ.

Для вирішення системи (1) - (3) щодо провідностей ізоляції необхідно знати значення поздовжніх провідностей приєднання або прийняти рівними між собою, що дозволяє виключити їх із системи. У другому випадку реальне співвідношення між собою значень поздовжніх провідностей фаз навантаження контрольованого приєднання дуже впливає на точність визначення провідностей ізоляції фаз по відношенню до землі при вирішенні системи рівнянь (1) - (3).

У методі визначення комплексних провідностей ізоляції в робочих режимах електричних приєднань використовується безперервне рішення системи рівнянь поточного стану.

Система (1) - (3) може бути перетворена, якщо взяти допущення про рівність поздовжніх провідностей фаз навантаження. Це дозволяє взагалі виключити поздовжні провідності з рівнянь.

Однак реальні значення поздовжніх провідностей фаз навантаження дещо відрізняються один від одного, через що виникає похибка у визначенні комплексної провідності ізоляції фаз по відношенню до землі.

Несиметрія у вигляді міжфазних к.з. або обривів фаз у методі не враховується, оскільки є короткочасною. У разі виникнення таких ушкоджень ЕД швидко вимикаються релейним захистом.

Віткових замикання в статорі ЕД відносяться до виду статичної несиметрії, розглянемо випадок, коли несиметрія виникла тільки у фазі А, при цьому комплексна провідність фази А буде відрізнятися від здорових фаз В і С:

де К_НА - комплексний коефіцієнт несиметрії фази А.

Y_Н - середнє значення провідності навантаження.

Підставивши (4) (5) (6), в (1) (2) (3) отримаємо:

Постановка завдання полягає у визначенні коефіцієнта К_НА, якщо відомі струми фаз, фазні напруги і провідності ізоляції фаз Y_Н, процес визначення докладно викладений в [1]. У результаті виконаного аналізу та математичного моделювання встановлено закономірність зміни поздовжніх провідностей фаз ЕД при наявності статичної несиметрії. Відповідно до цих закономірностями значення комплексних поздовжніх провідностей фаз ЕД рівні:

де k_SA, k_SB, k_SC - комплексні коефіцієнти статичної несиметрії фаз А, В, С;

Y_A = Y_В = Y_С - номінальні значення комплексних поздовжніх провідностей фаз ЕД.

У результаті виникнення статичної несиметрії з'являється струм зворотної послідовності, при виникненні статичної несиметрії його амплітуда і фаза не змінюються в часі. При статичній несиметрії визначається фаза, в якій виникла несиметрія, наприклад якщо несиметрія у фазі А, то коефіцієнти визначаються за виразами:

де I1 і I2 - вектори відповідно струму прямий і зворотній послідовності.

При моделюванні локального дефекту в обмотці статора електродвигуна схема заміщення розбивається на дві частини: до місця дефекту і після місця дефекту (рис. 2). Кожна частина, кабель двигун, представлена Г-образної схемою заміщення. Зміна параметрів цих частин пропорційно відстані (b), від початку елемента до місця дефекту (пропорційно кількості витків обмотки від її початку до місця дефекту) відповідає зміні місця дефекту ізоляції. На малюнку 3 представлена схема заміщення фази А, де Z_AK і Z_AД - комплексніе опору соотвественно кабелю і двигуна, Z_AІK і Z_AІД - комплексні опору ізоляції фази А по відношенню до землі відповідно кабелю і двигуна, Z_Д - комплексне опір дефекту ізоляції фази А.

Рисунок 2 - Схема заміщення фази А з наявністю дефекту ізоляції в обмотці статора електродвигуна.

Виконавши перетворення схеми отримаємо вирази для визначення провідностей фази А:

Для фаз В і С провідності визначаються за такими ж виразами.

В результаті перетворень схема має вигляд (рис 4):

Рисунок 3 - Змінена схема заміщення вузла електричного кола з двигунами.

Така схема заміщення приєднання з дефектом ізоляції дозволяє моделювати дефект ізоляції в будь-якій фазі, також дозволяє моделювати багатофазних дефект і враховувати реальну несиметрії поздовжніх і поперечних параметрів фаз приєднання.

При написанні даного реферату магістерська робота не завершена, остаточний варіант роботи можна отримати у автора або у наукового керівника після грудня 2010 року.

Список літератури

1. Гребченко М.В., Сидоренко А.А., Більче І.В., Метод визначення параметрів ізоляції приєднань електродвигунів, котрі мають статичну і динамічну несиметрії / / Наукові праці Донецького нац. тех. університету Серія: Електротехніка і енергетика, випуск 9 (128): Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ». - 2009. - С. 58-65.

2. Гребченко М.В. Математичне моделювання локальних і розподільних дефектів електричної ізоляції у вузлах електричних систем з двигунами / / Наукові праці Донецького нац. тех. університету Серія: Електротехніка і енергетика, випуск 79: Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ». - 2004. - С. 55-62.

3. Корогодський В.І. Релейний захист електродвигунів напругою вище 1 кВ / В.І. Корогодський, С.Л. Кужеков, Л.Б. Паперно - М.: Энергоатомиздат .- 1987 .- 248 с.

4. Гребченко М.В. Метод безперервного визначення комплексних провідностей ізоляції в робочих режимах електричних приєднань 6-10 кВ / Н.В. Гребченко / / Електрика .- 2003. - № 12. - С.24-29.

5. Куларовскій В.Б. Профілактичні випробування і дефекти ізоляції великих електричних машин - М.. Енергія, 1970 - 184 с.

6. Пат. 51177 А (Україна). Спосіб безпрерівного визначення комплексної провідності ізоляції фаз відносно землі електричного Приєднання дБА / М.В. Гребченко,  2002, Бюл. № 11.

7. Гребченко М.В. Визначення параметрів ізоляції з урахуванням статичної та динамічної несиметрії навантаження / М.В. Гребченко, Д.В. Полковниченко, А.А. Сидоренко / / Наукові праці Донецького нац. тех. університету. Серія: Електротехніка і енергетика, випуск 7 (128): Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ». - 2007. - С. 241-244.

8. Сви П.М. Контроль ізоляції обладнання високої напруги. - М.: Энергоатомиздат, 1998.

9. Пат. 213601 RU. Спосіб визначення активної і ємнісної складових опору ізоляції фази мережі відносно землі / К.В. Лапченко, А.І. Сидоров. - БІ, 1999, № 24.

10. Цапенко Є.Ф. Замикання на землю в мережах 6-35 кВ. - М.: Энергоатомиздат, 1986.

11. Безперервна оцінка стану ізоляції приєднань власних потреб 6 кВ теплових електричних станцій Гребченко М.В., Сидоренко О.А., Спиридонова М.В., Більчев І.В. -

http://www.nbuv.gov.ua/portal/Natural/Vkdpu/2009_4/PDF_4_2009_ch1/142.pdf