Федорова Катерина Володимирівна

Резюме Біографія Реферат

Реферат

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Мета і завдання дослідження
• 3. Аналіз попередніх досліджень
• 4. Матеріал і результати дослідження
• 4.1 Захист короткозамкненої обмотки ротора від теплового перевантаження
• Висновки
• Список джерел

Введення

На електричних станціях приводом механізмів власних потреб (вентилятори, димососи , млини, мережеві насоси; мазутні насоси; конденсатні насоси), є асинхронні двигуни (АЕД) з короткозамкненим ротором різного виконання з прямим пуском. Асинхронні електродвигуни мають цілу низку переваг:

• можливість короткочасних механічних перевантажень;
• простота конструкції;
• простота пуску і легкість автоматизації;
• більш високий ККД, ніж у електродвигунів з фазним ротором.

Не дивлячись на переваги АЕД пошкоджуваність за статистикою в середньому становить до 25-35 % на рік від загальної кількості, що знаходяться в експлуатації [1,2].

При експлуатації АЕД з пошкодженим короткозамкненим ротором спостерігається підвищення витрати електроенергії (е/е) і поява нових електромагнітних перешкод. За рік роботи такого АЕД вартість перевитрати е/е часто перевищує вартість самого електродвигуна.

Вихід з ладу асинхронного двигуна, що бере участь у технологічному процесі, може призвести до важких аварій і великих матеріальних втрат на відновлення, також буде збільшуватися зростання споживання реактивної потужності. Цілком очевидна необхідність вдосконалення релейного захисту та автоматики (РЗіА), яке дозволить скоротити пошкоджуваність і збільшити термін служби АЕД.

В даний час в основному всі виробничі енергетичні об'єкти намагаються переходити на мікропроцесорний захист, який більш ефективний і надійний. Стандартні захисти АЕД належним чином не забезпечують необхідну чутливість в більшості аварійних ситуацій. Також слід виділити несиметричні режими двигуна, які ведуть до підвищення температури, такі як несиметрія напруги живлення, обрив однієї з фаз статора, обрив стержнів короткозамкненою білячої клітки ротора [2,3]

Сучасні стандарти більшості країн світу, в тому числі і України, пред'являють все більш високі вимоги до технічної експлуатації електроустановок. Необхідність в постійному моніторингу роботи дорогого устаткування підсилює потребу у використанні високоякісного, надійного та комплексного захисту електродвигунів [4].

1. Актуальність теми

На електричних станціях приводом механізмів власних потреб (вентилятори, димососи, млини, мережеві насоси; мазутні насоси; конденсатні насоси), є асинхронні двигуни (АЕД) з короткозамкненим ротором різного виконання з прямим пуском.

При експлуатації АЕД з пошкодженим короткозамкненим ротором спостерігається підвищення витрати електроенергії (е/е) і поява нових електромагнітних перешкод. За рік роботи такого АЕД вартість перевитрати е/е часто перевищує вартість самого електродвигуна.

Вихід з ладу асинхронного двигуна, що бере участь у технологічному процесі, може призвести до важких аварій і великих матеріальних втрат на відновлення, також буде збільшуватися зростання споживання реактивної потужності. Цілком очевидна необхідність вдосконалення релейного захисту та автоматики (РЗіА), який дозволить скоротити пошкоджуваність і збільшити термін служби АД.

В даний час в основному всі виробничі енергетичні об'єкти намагаються переходити на мікропроцесорний захист, який більш ефективний і надійний. Стандартні захисти АЕД належним чином не забезпечують необхідну чутливість в більшості аварійних ситуацій. Також слід виділити несиметричні режими двигуна, які ведуть до підвищення температури, такі як несиметрія напруги живлення, обрив однієї з фаз статора, обрив стержнів короткозамкненою білячої клітки ротора [2,3].

Головним недоліком існуючих захистів АЕД є відсутність контролю температури нагріву обмотки короткозамкненим ротором (КЗР). Відомо, що вимірювання температури КЗР - складна технічна задача зв'язку з труднощами з установкою в КЗР термодатчиків.

Основною причиною пошкоджень є недосконалість існуючих пристроїв релейного захисту та автоматики, які нерідко погано захищають двигун в анормальних режимах, пов'язаних з тепловим перегрівом. Тому розробка більш досконалих захистів на основі мікропроцесорних систем є актуальною, також за допомогою математичного моделювання в програмі MatLAB дозволить легко вшити алгоритм розробленого релейного захисту в мікропроцесорний термінал.

2. Мета і завдання дослідження

Дана магістерська робота присвячена математичному моделюванню релейного захисту АЕД власних потреб електростанцій. На даний момент реалізувано в програмі MathCAD вдосконаленного теплового захисту короткозамкненого ротора асинхронного електродвигуна на основі контролю параметрів поточного режиму (миттєві значення фазних струмів, фазних напруг, струмів нульової послідовності і температури нагріву обмотки статора).

Основні завдання дослідження:

1. Розробити математичну модель АЕД в програмних пакетах MathCAD, MatLab, також проаналізувати різні режими роботи з контролем температури нагріву короткозамкненої обмотки ротора електродвигуна.
2. Реалізація вдосконаленних алгоритмів теплового захисту.
3. Підтвердження корретности розрахунку алгоритмів релейного захисту на основі математичної моделі.

3. Аналіз попередніх досліджень.

Останнім часом велика увага приділяється розробці електронних моделюючих пристроїв, призначених для захисту двигунів, що працюють в режимі з частими пусками і зупинками, з пусками і гальмуваннями. Моделюючі пристрої дозволяють забезпечити контроль за нагріванням окремих вузлів машини, які при складних робочих циклах нагріваються по- різному. Електронна модель є тепловим аналогом двигуна. Таке захисне реле складніше, ніж теплове реле на біметалевих елементах. Область його застосування обмежена спеціальними електроприводами. Однак у міру його вдосконалення можна очікувати розширення масштабів застосування [4].

Оригінальна ідея поєднання контролю температури обмотки з контролем опору ізоляції. Температуру двигуна контролюють шляхом вимірювання опору обмоток за спеціальною схемою, що дозволяє вимірювати, не відключаючи двигун від мережі. Електричний фільтр виключає проходження змінної напруги в вимірювальну ланцюг. Опір обмоток при нагріванні зростає. Сигнал, пропорційний зміні опору, подається на електронний пристрій, що вимикає котушку магнітного пускача. Схема реагує також на появу асиметрії напруги і електричного потенціалу на корпусі двигуна, забезпечуючи відключення двигуна при обриві фази і зниження опору ізоляції при її зволоженні [4]

Поряд з розробкою нових типів захисних пристроїв триває вдосконалення конструкції теплових реле.

4. Матеріал і результати дослідження

Значною мірою на термін служби двигуна впливає стан обмоток, старіння яких може бути пов'язано з аварійними режимами, які супроводжуються робочими температурами, що перевищують допустимі. Як говорилося раніше, існує брак вимірювання температури нагріву обмотки ротора пов'язаного з труднощами установки датчика температури. Основним захистом від перегріву ротора виступає тепловий захист..

Розрахунок температури ротора виконується в реальному часі на основі визначення активного опору ротора і його порівняння з відомим значенням холодного стану.

Обчислення грунтується на використанні еквівалентної схеми заміщення електродвигуна з двома роторними контурами (для обліку скін-ефекту) і контуром втрат в сталі статора (рис. 1) [7].

В програмі MatLAB був промодельований пуск АЕД.

4.1 Захист короткозамкненою обмотки ротора від теплового перевантаження

У процес налагодження розробленого захисту входять попередні операції. До них відносяться:

1. проведення дослідів холостого ходу і короткого замикання, подачі на статор трифазної напруги різної частоти при нерухомій машині, вимірювання початкової температури холодного стану [8];
2. визначення за даними дослідів опорів обмоток статора, контуру втрат в сталі, опору взаємоіндукції (Xµ), опорів двох контурів ротора.

Для реалізації алгоритму теплового захисту потрібне знання параметрів еквівалентної схеми заміщення АЕД, наведеної на рис.1, при відомій температурі холодного або початкового стану.

Операції, проведенні в реальному часі за один робочий такт:

• вимірювання фазних струмів (i_a, i_b, i_c) і напруг (u_a, u_b, u_c);
• обчислення ковзання s на основі виміру за допомогою ДПР кута положення ротора;
• вимірювання температури нагріву обмотки статора T_S за допомогою ТД;
• фільтрація вимірюваних фазних струмів і напруг в блоці цифрової фільтрації;
• обчислення результуючого активного опору ротора RRисх(s) залежного від поточного значення ковзання s.

• Визначення фазних величин вхідних активного (R_BX.A, R_BX.B, R_BX.C) і індуктивного (X_BX.A, X_BX.B, X_BX.C) опорів АЕД.
  
  де I_A, U_A, – активні складові фазного струму і напруги; I_P, U_P, – реактивні складові фазного струму і напруги.
• Обчислення вхідних опорів АЕД:
  
• Коригування активного опору обмотки статора АЕД:
  
  де a – температурний коефіцієнт провідника обмотки статора, 1/⁰С, T_S, TS - поточне значення температури обмоток статора, що вимірюється, вбудованими в обмотку статора, термодатчиками, ⁰С;
• Обчислення опорів і провідностей ротора і гілки намагнічування:
  
• Обчислення провідностей ротора:
  
• Обчислення активного опору ротора АЕД в гарячому стані:
  
• Обчислення поточного значення температури нагрівання ротора АЕД:
  

Як приклад роботи теплового захисту було виконано для електродвигуна серії АВ, потужністю 630 кВт і напругою статора 6 кВ. Каталожні дані даного АЕД представлені в таблиці 1.

Таблиця 1 - Каталожні дані АЕД серії АВ , потужністю 630 кВт і напругою статора 6 кВ.

Резюме Біографія