Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

В системах собственных нужд атомных и тепловых электростанций, на химических, металлургических, нефтегазодобывающих и перерабатывающих предприятиях, предприятиях водоснабжения и водоотведения применяются мощные электродвигатели напряжением 0.4 и 6(10) кВ в качестве привода компрессоров, насосов, вентиляторов, конвейеров, мельниц, дробилок и др.

Бесперебойная работа основных механизмов, задействованных в непрерывном технологическом процессе, на приведенных выше предприятиях возможна лишь при условии их надёжного электропитания. С целью решения вопроса надёжности питания схему электроснабжения промышленного предприятия необходимо строить таким образом, чтобы обеспечивалась успешная работа средств по сохранению бесперебойности технологического процесса и функционирование всех основных механизмов в послеаварийном режиме. Поэтому для предприятий с непрерывным технологическим процессом должно быть предусмотрено питание от двух взаиморезервируемых независимых источников питания (рис.1). В качестве резервного источника питания могут быть использованы местные электрические станции, электрические станции энергосистем, аккумуляторные батареи, специальные устройства бесперебойного питания, также допускается питание от двух секций или систем шин одной подстанции.

Схема электроснабжения промышленного предприятия

Рисунок 1 – Схема электроснабжения промышленного предприятия

Актуальность темы

Нарушения питания, возникающие в системе электроснабжения, многообразны по длительности и по глубине снижения напряжения на зажимах электродвигателей. Практически любые виды нарушений питания ведут к изменению режимов работы электродвигателей и могут привести к потере ими устойчивости, если вследствие нарушения электроснабжения произошло значительное изменение рабочих характеристик электропривода.

Наиболее эффективным средством для повышения надёжности питания предприятия при кратковременных нарушениях в системе электроснабжения является применение автоматического включение резерва (АВР) и последующего самозапуска электродвигателей после действия АВР.

Пусковые органы существующих устройств АВР

Принцип работы устройств АВР на распределительных подстанциях без двигательной нагрузки хорошо известен и основан на применении пускового органа минимального напряжения [1] или так называемого «быстрого» АВР, когда включение секционного выключателя происходит сразу после самопроизвольного отключения вводного выключателя секции или его отключения от защит питающего трансформатора[2].

При наличии в схеме электроснабжения двигательной нагрузки (рис.2) время действия устройства АВР может затянуться, поскольку синхронные двигатели в случае потери питания одной секцией переходят в генераторный режим и вращаясь по инерции в течении 3 – 8 сек поддерживают достаточно высокий уровень напряжения на секции и в этом случае пусковой орган минимального напряжению сразу не срабатывает и за время цикла АВР электродвигатели выпадают из синхронизма по отношению к резервному источнику питания, что впоследствии приводит к их несинхронному включению. Для предотвращения несинхронного включения двигателей в цепь включения резервного питания необходимо дополнительно ввести контроль снижения остаточного напряжения на секции, потерявшей питание ниже 0.25 – 0.4 номинального напряжения [3].

Переключеие на резервный источик питанияя

Рисунок 2 – Переключеие на резервный источик питания

Известен способ АВР для подстанций, с синхронными двигателями [4], основанный на измерении интегрального значения разности фактически потребляемой активной мощности и мощности, необходимой для устойчивой работы двигателей при нарушениях нормального режима электроснабжения. Переключение на резервный источник в данном способе происходит в случае превышения заданного значения, полученной величиной интегральной разности. Недостатком данного способа является низкое быстродействие из – за необходимости определения за большой интервал времени фактически потребляемой активной мощности [5].

Известна также схема устройства АВР [6], в которой с целью повышения надёжности и устойчивости работы электродвигателей, последовательно с нормально включенным секционным выключателем устанавливается быстродействующий коммутационный аппарат, замыкающий сеть до момента отключения повреждения в питающем присоединении. Однако существенным недостатком такой схемы является то, что двигатели, которые не потеряли питание, кратковременно включаются на короткое замыкание, а также все синхронные двигатели подстанции могут кратковременно потерять возбуждение, так как напряжение на входе возбудителей, подключенных к шинам подстанции, будет близким к нулю.

Потеря питания на рабочем вводе может быть выявлена по отклонению от нормальных значений различных параметров режима, а использование в качестве контролируемого параметра напряжение секции является не эффективным, так как в случае потери питания оно достаточно долго остается на уровне, соответствующем номинальному значению. Поэтому для повышения быстродействия работы устройств АВР в схемах электроснабжения с двигательной нагрузкой широкое распространение получили схемы комбинированного пускового органа.

Поскольку в случае потери питания частота на секции снижается значительно быстрее, чем напряжение, то для ускорения восстановления питания известно устройство АВР [7] пусковой орган минимального напряжения которого дополняется пусковым органом, реагирующим на снижение частоты и контролем нормальной частоты на резервном источнике.

Известно устройство АВР [8], в котором пусковой орган минимального напряжения дополнен пусковым органом, реагирующим на величину угла между векторами напряжения основного и резервного источников питания. Исследования показывают, что при использовании такого пускового органа факт потери питания может быть выявлен быстрее, чем при использовании пускового органа, реагирующего на снижение частоты напряжения, поддерживаемого синхронными двигателями. Контроль величины угла позволяет выполнять оценку возможности подачи резервного питания исходя из условия допустимости токов и моментов.

Способы АВР [8, 9] пусковой орган которых реагирует на угол между векторами напряжений основного и резервного источников питания и на направление активной мощности на вводе основного источника питания позволяют обеспечить выявление факта потери питания за время 0.2 – 0.4 сек. К недостаткам такого подхода следует отнести невозможность обнаружения несимметричных коротких замыканий в цепи питания, ввиду того, что в этих режимах не меняется направление активной мощности на вводе секции [10], а также увеличение времени срабатывания из-за сохранения направления активной мощности на вводе за счёт ее перетока между двигателями с разными постоянными времени.

Способ АВР [11] с целью повышения быстродействия и исключения излишних срабатываний помимо измерения угла между напряжения основного и резервного источника включает в себя измерение скорости снижения частоты основного источника. Однако подача резервного питания производится без контроля величины угла между векторами напряжений основного и резервного источников питания в момент включения резервного питания, что не позволяет использовать такой способ АВР для электродвигателей большой мощности.

Известен также пусковой орган АВР [12], который реагирует на последовательность импульсов, соответствующих положительным и отрицательным полуволнам синусоид напряжений основного и резервного источника питания. Фиксация потери питания при таком подходе осуществляется по последовательности импульсов, которые соответствуют нормальному режиму и аварийным режимам. Недостатком такого подхода является усложнение логической части пускового органа АВР, выполняющей анализ последовательности импульсов с целью выявления потери питания.

Рассмотренные устройства АВР не обеспечивают бесперебойного питания подстанций с синхронными и асинхронными двигателями, поскольку действие устройств АВР после исчезновения напряжения может достигать нескольких секунд. Такая выдержка времени действия устройств АВР может привести к возникновению гидравлических ударов, отключению частотно-регулируемых приводов, опрокидыванию асинхронных и выпадению из синхронизма синхронных двигателей, отпадению контакторов и магнитных пускателей напряжением 0.4 кВ [13].

Пусковые органы существующих быстродействующих устройств АВР

Для повышения надёжности электроснабжения и обеспечения динамической устойчивости двигательной нагрузки при кратковременных нарушениях электроснабжения получили распространение устройства быстродействующего АВР (БАВР), которые позволяют практически мгновенно осуществить переключение на резервный источник питания и не требуют снятия возбуждения с синхронных двигателей.

Система быстрого переключения на резервный источник питания [14], включает в себя устройство БАВР, которое в сочетании с быстродействующими выключателями обеспечивает время переключения в диапазоне до 100 мсек. Устройство постоянно сравнивает напряжение на основном источнике с напряжением резервного источника питания, а также выполняет наблюдение за амплитудами напряжений, разностью частот и углом сдвига фаз между напряжениями основного и резервного источников питания для обеспечения условий синхронизации [15]. В устройстве предусмотрены четыре режима переключения питания [16]: быстрое переключение, переключение при первом совпадении фаз, переключение по остаточному напряжению, переключение с выдержкой времени. Недостатком данной системы является то, что устройство БАВР контролирует лишь напряжение каждой секции, а оно, при близких коротких замыканиях, может значительно искажаться [17], что может привести к неправильной работе устройства БАВР, а также необходимость наличия быстродействующих защит для активации устройства БАВР.

Известен способ БАВР [7], который включает в себя измерение на шинах основного и резервного источников питания напряжения прямой последовательности, угла между векторами напряжений прямой последовательности, минимального тока ввода каждой секции и определение направления активной мощности на вводе шин основного источника питания. Переключение на резервный источник происходит при уменьшении напряжения на шинах основного источника питания ниже заданного уровня или при превышении угла между вектором напряжения прямой последовательности больше заданного и при направлении активной мощности от шин к основному источнику питания. Также дополнительно измеряют минимальный ток ввода каждой секции, сравнивая его с заданным значением тока ввода, и при превышении заданного тока также осуществляют переключение на резервный источник питания. Блокирующим сигналом для работы БАВР является направление мощности прямой последовательности [18]. Однако такой способ обладает малым быстродействием из-за того, что реакция на аварийный режим определяется путем вычисления мощности на вводе на основе напряжений и токов прямой последовательности, которые при несимметричных коротких замыканиях могут не менять направления.

Устройство БАВР для подстанций с электродвигательной нагрузкой [19] включает в себя измерение на шинах двух вводов фазных токов и напряжений и преобразование их в токи и напряжения прямой последовательности. Данный способ БАВР включает в себя два способа пуска: пуск по напряжению и пуск по углу. Оба способа дополняются контролем направления мощности прямой последовательности за счёт вычисления угла между током прямой последовательности основного источника питания и векторной суммой напряжения прямой последовательности основного источника питания и принимаемой равной от 0 до 50% доли напряжения прямой последовательности резервного источника питания. Работа БАВР блокируется при изменении направления мощности прямой последовательности. Для режимов с малыми токами на вводе, когда работа блока направления мощности прямой последовательности не предсказуема, предусмотрен контроль минимального тока. Недостатком такого подхода является невозможность правильного определения направления мощности прямой последовательности в режимах однофазных, двухфазных и двухфазных на землю коротких замыканий, так как в цепи питания потребителей не меняется направление активной мощности на вводах подстанции и продолжается ее потребление двигательной нагрузкой.

Принцип работы БАВР описанный в [20] заключается в измерении мгновенных значений линейных напряжений на шинах основного и резервного источников питания и измерении мгновенных значений фазных токов на вводе основного источника питания, дальнейшем преобразовании мгновенных значений напряжений и токов в действующие значения напряжений и токов. Также комплексные действующие значения напряжений преобразуются в комплексные действующие значения напряжений прямой последовательности основного и резервного источников питания. Пусковое устройство БАВР снабжено пофазном контроле направления тока на вводе секции за счёт измерения значений угла между вектором комплексного действующего тока в фазе и векторной суммой комплексного действующего напряжения между двумя другими фазами на шинах основного источника питания и принимаемой равной от 0 – 50 % доли одноименного комплексного действующего напряжения на шинах резервного источника питания. К недостатку данного способа относится ненадёжность работы в случае междуфазных коротких замыканий в питающей сети, так как в этом случае одно из линейных напряжений на секции основного источника питания будет равно нулю и устройство не сработает [21].

Способ БАВР [21] включает в себя измерение на шинах основного и резервного источников питания напряжения прямой последовательности и вычисление угла между векторами напряжений прямой последовательности. Пусковой орган БАВР контролирует направление мощности, определяемое на основе фазных токов и противоположных линейных напряжений с учётом угла максимальной чувствительности, а в случае, если значения линейных напряжений на шинах основного источника меньше заданного значения напряжения, то в качестве векторов этих напряжений принимают соответствующие напряжения резервной секции. Также измеряется минимальный ток ввода каждой секции. Недостатком такого способа является необходимость выполнения большого количества измерений для определения направления мощности в каждой фазе основного и резервного источников питания.

Для обеспечения более высокого уровня быстродействия устройств АВР в работах [22-24] предлагается в качестве коммутационных аппаратов применять бесконтактные тиристорные коммутационные аппараты. Таки устройства получили название тиристорный АВР (ТАВР). Тиристорный коммутатор в устройствах ТАВР предназначен для максимально быстрого включения резервного источника питания до момента включения секционного выключателя и представляет собой трёхфазный бесконтактный коммутационный аппарат, включаемый параллельно секционному выключателю [24]. На быстродействие устройств ТАВР оказывает влияние их система управления и параметры сети [25]. Так, например, исходя из условия допустимого угла рассогласования между напряжениями основного и резервного источников питания, наиболее высокое быстродействие устройств ТАВР будет происходить в случае, когда основной источник питания по фазе напряжения опережает резервный. Однако наличие сдвига фаз между двумя источниками не позволят выполнять включение основного и резервного источников питания на параллельную работу, а выполнение сдвига фаз между источниками питания в условиях действующих подстанций является трудноосуществимым.

Выводы

Из приведенного обзора литературных источников следует, что все большее распространение в последние время получают устройства БАВР и многими фирмами продолжается их дальнейшее совершенствование. Однако большинство фирм производителей таких устройств не раскрывает принципы построения пусковых органов БАВР

Список источников

  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.