Федорова Екатерина Владимировна

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цель и задачи исследования
• 3. Анализ предыдущих исследований
• 4. Материал и результаты исследования
• 4.1 Защита короткозамкнутой обмотки ротора от тепловой перегрузки
• Выводы
• Список источников

Введение

На электрических станциях приводом механизмов собственных нужд (вентиляторы, дымососы, мельницы, сетевые насосы; мазутные насосы; конденсатные насосы), являются асинхронные двигатели (АЭД) с короткозамкнутым ротором различного исполнения с прямым пуском. Асинхронные электродвигатели обладают целым рядом достоинств:

• возможность кратковременных механических перегрузок;
• простота конструкции;
• простота пуска и легкость его автоматизации;
• более высокий КПД, чем у электродвигателей с фазным ротором.

Не смотря на достоинства АЭД повреждаемость по статистике в среднем составляет до 25-35% в год от общего количества, находящихся в эксплуатации [1,2].

При эксплуатации АЭД с поврежденным короткозамкнутым ротором наблюдается повышение расхода электроэнергии (э/э) и появление новых электромагнитных помех. За год работы такого АЭД стоимость перерасхода э/э часто превышает стоимость самого электродвигателя.

Выход из строя асинхронного двигателя, участвующего в технологическом процессе, может привести к тяжелым авариям и большим материальным затратам на восстановление, также будет увеличиваться рост потребления реактивной мощности. Совершенно очевидна необходимость совершенствование релейной защиты и автоматики (РЗиА), которое позволит сократить повреждаемость и увеличить срок службы АЭД.

В настоящее время в основном все производственные энергетические объекты стараются переходить на микропроцессорную защиту, которая более эффективна и надежна. Стандартные защиты АД должным образом не обеспечивают требуемую чувствительность в большинстве аварийных ситуаций. Также следует выделить несимметричные режимы двигателя, ведущие к повышению температуры, такие как несимметрия питающего напряжения, обрыв одной из фаз статора, обрыв стержней короткозамкнутой беличьей клетки ротора [2,3]

Современные стандарты большинства стран мира, в том числе и Украины, предъявляют все более высокие требования к технической эксплуатации электроустановок. Необходимость в постоянном мониторинге работы дорогостоящего оборудования усиливает потребность в использовании высококачественной, надежной и комплексной защиты электродвигателей [4].

1. Актуальность темы

На электрических станциях приводом механизмов собственных нужд (вентиляторы, дымососы, мельницы, сетевые насосы; мазутные насосы; конденсатные насосы), являются асинхронные двигатели (АЭД) с короткозамкнутым ротором различного исполнения с прямым пуском.

При эксплуатации АЭД с поврежденным короткозамкнутым ротором наблюдается повышение расхода электроэнергии (э/э) и появление новых электромагнитных помех. За год работы такого АЭД стоимость перерасхода э/э часто превышает стоимость самого электродвигателя.

Выход из строя асинхронного двигателя, участвующего в технологическом процессе, может привести к тяжелым авариям и большим материальным затратам на восстановление, также будет увеличиваться рост потребления реактивной мощности. Совершенно очевидна необходимость совершенствование релейной защиты и автоматики (РЗиА), которое позволит сократить повреждаемость и увеличить срок службы АД.

В настоящее время в основном все производственные энергетические объекты стараются переходить на микропроцессорную защиту, которая более эффективна и надежна. Стандартные защиты АД должным образом не обеспечивают требуемую чувствительность в большинстве аварийных ситуаций. Также следует выделить несимметричные режимы двигателя, ведущие к повышению температуры, такие как несимметрия питающего напряжения, обрыв одной из фаз статора, обрыв стержней короткозамкнутой беличьей клетки ротора [2,3].

Главным недостатком существующих защит АЭД является отсутствие контроля температуры нагрева обмотки короткозамкнутого ротора (КЗР). Известно, что измерение температуры КЗР - сложная техническая задача связи с трудностями с установкой в КЗР термодатчиков.

Основной причиной повреждений является несовершенство существующих устройств релейной защиты и автоматики, которые нередко плохо защищают двигатель в анормальных режимах, связанных с тепловым перегревом. Поэтому разработка более совершенных защит на основе микропроцессорных систем является актуальной, также с помощью математического моделирования в программе MatLAB позволит легко вшить алгоритм разработанной релейной защиты в микропроцессорный терминал.

2. Цель и задачи исследования

Данная магистерская работа посвящена математическому моделированию релейной защиты АЭД собственных нужд электростанций. На данный момент реализовано в программе MathCAD совершенствованная тепловая защита короткозамкнутого ротора асинхронного электродвигателя на основе контроля параметров текущего режима (мгновенные значения фазных токов, фазных напряжений, токов нулевой последовательности и температуры нагрева обмотки статора).

Основные задачи исследования:

1. Разработать математическую модель АЭД в программных пакетах MathCAD, MatLAB, также проанализировать различные режимы работы с контролем температуры нагрева короткозамкнутой обмотки ротора электродвигателя.
2. Реализация усовершенствованных алгоритмов тепловой защиты.
3. Подтверждение корретности расчета алгоритмов релейной защиты на основе математической модели.

3. Анализ предыдущих исследований.

В последнее время большое внимание уделяется раз¬работке электронных моделирующих устройств, предназначенных для защиты двигателей, работающих в режиме с частыми пусками и остановками, с пусками и торможениями. Моделирующие устройства позволяют обеспечить контроль за нагревом отдельных узлов машины, которые при сложных рабочих циклах нагреваются по-разному. Электронная модель является тепловым аналогом двигателя. Такое защитное реле сложнее, чем тепловое реле на биметаллических элементах. Область его применения ограничена специальными электроприводами. Однако по мере его совершенствования можно ожидать расширения масштабов применения [4].

Оригинальна идея совмещения контроля температуры обмотки с контролем сопротивления изоляции. Температуру двигателя контролируют путем измерения сопротивления обмоток по специальной схеме, позволяющей измерять, не отключая двигатель от сети. Электрический фильтр исключает прохождение переменного напряжения в измерительную цепь. Сопротивление обмоток при нагреве возрастает. Сигнал, пропорциональный изменению сопротивления, подается на электронное устройство, отключающее катушку магнитного пускателя. Схема реагирует также на появление асимметрии напряжения и электрического потенциала на корпусе двигателя, обеспечивая отключение двигателя при обрыве фазы и снижении сопротивления изоляции при ее увлажнении [4]

Наряду с разработкой новых типов защитных устройств продолжается совершенствование конструкции тепловых реле.

4. Материал и результаты исследования

В значительной мере на срок службы двигателя влияет состояние обмоток, старение которых может быть связано с аварийными режимами, которые сопровождаются рабочими температурами, превышающие допустимые. Как говорилось ранее, существует недостаток измерения температуры нагрева обмотки ротора связанного с трудностью установки датчика температуры.Основной защитой от перегрева ротора выступает тепловая защита.

Расчет температуры ротора выполняется в реальном времени на основе определения активного сопротивления ротора и его сравнения с известным значением холодного состояния. Вычисления основывается на использовании эквивалентной схемы замещения электродвигателя с двумя роторными контурами (для учета скин-эффекта) и контуром потерь в стали статора (рис. 1).

Вычисления основывается на использовании эквивалентной схемы замещения электродвигателя с двумя роторными контурами (для учета скин-эффекта) и контуром потерь в стали статора (рис. 1) [7].

В программе MatLAB был промоделирован пуск АЭД.

4.1 Защита короткозамкнутой обмотки ротора от тепловой перегрузки

В процесс наладки разработанной защиты входят предварительные операции. К ним относятся:

1. проведение опытов холостого хода и короткого замыкания, подачи на статор трёхфазного напряжения различной частоты при неподвижной машине, измерение начальной температуры холодного состояния [8];
2. определение по данным опытов сопротивлений обмоток статора, контура потерь в стали, сопротивления взаимоиндукции (Xµ), сопротивлений двух контуров ротора.

Для реализации алгоритма тепловой защиты требуется знание параметров эквивалентной схемы замещения АЭД, приведенной на рис.1, при известной температуре холодного или начального состояния.

Операции, производимые в реальном времени за один рабочий такт:

• измерение фазных токов (i_a, i_b, i_c) и напряжений (u_a, u_b, u_c);
• вычисление скольжения s на основе замера с помощью ДПР угла положения ротора;
• измерение температуры нагрева обмотки статора T_S с помощью ТД;
• фильтрация измеренных фазных токов и напряжений в блоке цифровой фильтрации;
• вычисление результирующего активного сопротивления ротора зависящего от текущего значения скольжения s.

• Определение фазных величин входных активного и индуктивного сопротивлений АЭД.
  
  где I_A, U_A, – активные составляющие фазного тока и напряжения; I_P, U_P, – реактивные составляющие фазного тока и напряжения.
• Вычисление входных сопротивлений АЭД:
  
• Корректирование активного сопротивления обмотки статора АЭД:
  
  где a – температурный коэффициент проводника обмотки статора, 1/⁰С, T_S – текущее значение температуры обмоток статора, измеряемое, встроенными в обмотку статора, термодатчиками, ⁰С;
• Вычисление сопротивлений и проводимостей ротора и ветви намагничивания:
  
• Вычисление проводимостей ротора:
  
• Вычисление активного сопротивления ротора АЭД в горячем состоянии:
  
• Вычисление текущего значения температуры нагрева ротора АЭД:
  

В качестве примера работы тепловой защиты было произведено для электродвигателя серии АВ, мощностью 630 кВт и напряжением статора 6 кВ. Каталожные данные данного АЭД представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Каталожные данные АЭД серии АВ, мощностью 630 кВт и напряжением статора 6 кВ.