Тепловий захист короткозамкненого ротора асинхронного електродвигуна на основі контролю параметрів поточного режиму

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. Основним типом машин змінного струму, що вживаються в електроприводі механізмів власних потреб електростанцій, а також механізмів промислових підприємств, є асинхронні електродвигуни (АЕД) з короткозамкненим ротором (КЗР). За даними багатьох авторів пошкодження АЕД складають 20-25% за рік від загальної кількості двигунів, що експлуатуються, причому в половині аварійних випадків об'єм пошкоджень може бути суттєво знижений за допомогою більш досконалих пристроїв релейного захисту і автоматики (РЗіА).

Проте є ряд режимів роботи АЕД, в яких існуючі захисти недостатньо чутливі. До них відносяться: несиметрія напруги живлення, несправності в системі охолоджування, обрив стрижнів обмотки КЗР або фази обмотки статора, багатократні пуски та ін. Вказані режими в більшості випадків супроводжуються температурою нагріву АЕД вищою за допустимі значення, що приводить до скорочення строку служби або до пошкодження електродвигунів.

Не дивлячись на те, що сучасні мікропроцесорні пристрої РЗіА електродвигунів більш досконалі ніж електромеханічні і враховують правила і стандарти вітчизняних (ПУЕ) і зарубіжних (IEEE Std C37.96-2000), вони не завжди забезпечують необхідну чутливість у режимах, що вказані вище.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є розробка мікропроцесорного теплового захисту короткозамкнених роторів потужних асинхронних електродвигунів на основі контролю параметрів поточного режиму.

Відповідно до поставленої мети в дисертаційній роботі розв'язуються наступні завдання:

- вибір еквівалентної заступної схеми АЕД з КЗР і методів визначення її параметрів для використання в тепловому захисті;

- розробка принципів побудови теплового захисту ротора і математичної моделі для визначення температури нагріву КЗР АЕД на основі контролю параметрів поточного режиму;

- розробка алгоритму і комп'ютерної програми для ПЕОМ теплового захисту КЗР на основі контролю параметрів поточного режиму;

- дослідження теплового захисту в різних режимах роботи асинхронного електродвигуна на ПЕОМ;

- експериментальні дослідження на реальному асинхронному електродвигуні теплового захисту короткозамкненого ротора і розробка рекомендацій щодо його впровадження.

Об'єктом дослідження в даній роботі є теплові процеси в асинхронних електродвигунах з витісненням струму в короткозамкненій обмотці ротора.

Предмет дослідження - процеси контролю теплового нагріву асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором і принципи побудови захистів від теплового перегріву.

Методи дослідження. При вирішенні поставлених задач застосовувалися положення теорії електричних схем, чисельні методи розв'язання систем нелінійних диференційних і алгебраїчних рівнянь, методи цифрової обробки сигналів на основі перетворень Фур'є і методи теорії перехідних процесів машин змінного струму.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Вперше для асинхронних електродвигунів з суттєвим проявленням ефекту витіснення струму в короткозамкненому роторі запропонований метод непрямого виміру температури нагріву ротора по температурно-залежній складовій його активного опору, яка визначається за даними замірів миттєвих значень фазних струмів і наруг, ковзання та відомій залежності активного опору ротора від ковзання для температури холодного стану.

2. Удосконалено еквівалентну заступну схему асинхронного електродвигуна для теплового захисту короткозамкненого ротора, яка відрізняється виділенням окремого активно-індуктивного контуру для врахування втрат у сталі, представленням активного та індуктивного опорів ротора функціональними залежностями не тільки від ковзання, а і від температури нагріву.

3. Встановлено, що в динамічних режимах АЕД додаткове вимірювання похідних струмів статора дозволяє підвищити точність непрямого визначення температури нагріву ротора шляхом врахування додаткових втрат із диференційно-інтегральних рівнянь контурів статора і ротора.

4. Для виключення похибок при несиметрії напруги живлення розвинуто метод непрямого виміру температури нагріву короткозамкненого ротора за рахунок визначення вхідного опору за струмами і напругами прямої послідовності.

1. Стан питання і задачі дослідження

Розглянуті і проаналізовані нормальні, анормальні і аварійні режими роботи АЕД з КЗР. На основі аналізу статистичних даних зроблена оцінка пошкодженності електродвигунів. Проаналізовані існуючі захисти АЕД, у тому числі і захисти від перегріву обмотки ротора. Виконаний критичний аналіз найпоширеніших мікропроцесорних терміналів РЗіА АЕД, що серійно випускаються у світі.

За даними проведеного аналізу встановлено, що для потужних двигунів, що використовуються в системі власних потреб електростанцій, в обмотках КЗР яких суттєво проявляється ефект витіснення струму, теплові захисти, що засновані на вимірюванні температури за даними контролю параметрів поточного режиму, потребують подальшого вдосконалення. Це обумовлено тим, що опори КЗР залежать як від частоти струму в роторі, так і від температури нагріву. Встановлено, що для створення якісного теплового захисту ротора необхідне застосування комбінованої математичної моделі, яка повинна включати як модель самого АЕД, так і модель ТЗР. Створення такої ММ передбачає використання більш точних еквівалентних заступних схем АЕД, що вимагає подальшого вдосконалення методів визначення їх параметрів на основі даних каталогу і даних експерименту. У даному розділі виконаний аналіз існуючих найпоширеніших ЕЗС АЕД з КЗР і методів визначення їх параметрів, що вживаються для аналізу сталих і динамічних режимів. Як основні, обрані ЕЗС з контуром втрат в сталі статора і урахуванням скін-ефекту в роторі.

2. Визначення параметрів еквівалентних заступних схем асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором для використання у мікропроцесорних пристроях релейного захисту і автоматики

Викладені удосконалені методи визначення параметрів обраних ЕЗС АЕД с КЗР на основі даних каталогу і даних експерименту.

Обрані в роботі ЕЗС утворюються шляхом модифікації раніш розроблених на кафедрі «Електричні станції» ДонНТУ базисних заступних схем з двома еквівалентними контурами на роторі, в якій гілка намагнічування є послідовно включеними активним і індуктивним опорами (Rм і Xм). Пара-метри цієї схеми (опори статора (RS, XуS), контурів КЗР (RR1, XуR1, RR2, XуR2)) визначаються загальновідомими методами. Результатами моделювання встановлено, що ця ЕЗС недостатньо точно відображає втрати у сталі в динамічних режимах при різних ковзаннях ротора.

Для підвищення точності розрахунків втрат у сталі базисну схему модифіковано шляхом введення допоміжного короткозамкненого контуру з індуктивним (XуFE) і активним (RFE) опорами. При цьому всі контури ротора, контур статора, контур втрат у сталі мають загальний опір взаємоіндукції XмN. Параметри контуру втрат у сталі та нового значення взаємоіндукції XмN виз-начаються з розв'язання системи нелі-нійних рівнянь і нерівностей (1):

(1)

Для визначення RFE, XуFE, XмN з (1) використовують методи мінімізації, наприклад, метод Ньютона першого порядку.

В основу математичної моделі для аналізу динамічних режимів використовувалась система диференційних рівнянь (ДР) (2), що описує ЕЗС з контуром втрат у сталі, яка записана у нерухомій щодо статора системі координат б, в. Розрахунок проведено в системі відносних одиниць (в.о.), а тому значення ін-дуктивних опорів і індуктивностей при цьому однакові.

(2)

;

де:

В (2) шS.б, шR1.б, шR2.б, шFE.б, шS.в, шR1.в, шR2 в, шFE.в, iS.б, iR1.б, iR2.б, iFE.б, iS.в, iR1.в, iR2 в, iFE.в - потокозчеплення і струми по осях б і в статора, першого і другого контурів ротора і контуру втрат у сталі статора; шм.в, шм.в - потокозчеплення повітряного зазору по осях б і в; aS, aR1, aR2, aFE - коефіцієнти розподілу потоко-зчеплень статора, контурів ротора і контуру втрат у сталі статора; XSR - сумарна вхідна провідність АЕД; щ - миттєве значення кутової частоти обертання ротора; M - електромагнітний момент на валу; MC - момент опору; J - сумарний момент інерції приводу; kЗ - коефіцієнт завантаження механізму; WM - енергія, що споживається АЕД за час роботи t; uS.б, uS.в - напруга статора по осях б і в; iм.б, iм.в - струми гілки намагнічування по осях б і в.

При розв'язанні системи ДР (2) використовувався метод Рунге-Кутта четвертого порядку.

Алгоритм визначення параметрів ЕЗС АЕД з контуром втрат у сталі статору і математична модель реалізовані у вигляді комп'ютерної програми для сучасної ПЕОМ. Як приклад, були синтезовані параметри двоконтурної ЕЗС (RS =0,022; XуS = 0,089; XмN =2,602; RFE =10,539; XуFE =21,389; RR1 =0,019; XуR1 = 0,109; RR2 =0,298; XуR2 =0,214), що знайдені за запропонованим методом для електродвигуна серії ВАН (АВ) (PНОМ =320 кВт; UНОМ = 6 кВ). Параметри заступної схеми знаходились за даними каталогу на основі мінімізації відхилень каталожних і розрахункових струмів і моментів. Порівняння результатів математичного моделювання за запропонованим методом, а також за деякими відомими (наприклад, що розроблений в технічному університеті «Московський Енергетичний Інститут») показало, що даний метод не має похибки в розрахунках струмів і моментів, тоді коли в інших є істотні відхилення.

У роботі також запропонований метод визначення параметрів одноконтурної ЕЗС с контуром втрат у сталі статора із урахуванням ефекту витіснення струму в КЗР (рис.1). Для АЕД невеликої потужності, в яких відсутній ефект витіснення струму в обмотці КЗР також представлений метод визначення параметрів одноконтурної ЕЗС з контуром втрат у сталі і без урахування скін-ефекту.

Метод визначення параметрів на основі даних експерименту запропонований для двоконтурної ЕЗС АЕД з контуром втрат в сталі статора. Як базисну схему приймаємо двоконтурну ЕЗС, як і в попередньому методі. Вектор шуканих параметрів такої ЕЗС (активні і індуктивні опори статора (RS, XуS), гілки намагнічування (Rм, Xм), ротора (RR1, XуR1, RR2, XуR2), а також момент інерції (J)) має наступний вигляд:

(3)

Основна ідея методу полягає у визначенні вектору Z за умови мінімізації квадратів відхилень експериментальних і розрахункових миттєвих значень фазних струмів статора, частоти обертання і споживаної електромагнітної потужності з режиму прямого пуску АЕД:

(4)

(5)

(6)

(7)

В (4)-(7) VЕ, VР - відповідно вектори експериментальних і розрахункових параметрів режимів роботи, ia, ib, ic - миттєві значення фазних струмів статора, PS - миттєва електромагнітна потужність у в.о. Розрахункові значення режимних параметрів визначалися за загальновідомою системою ДР (для ЕЗС, що показана на рис. 2). Струми статора розраховані у системі координат б, в, а потім переводились за допомогою формул переходу до осей a, b, c.

Визначення вектору параметрів Z проводиться в наступній послідовності: 1) розрахунок вектору початкових наближень Z(0) (7); 2) розрахунок режиму пуску АЕД з КЗР за системою ДР, що описує ЕЗС (рис.2) на ПЕОМ; 3) порівняння експериментальних і розрахованих значень при використанні напруги статора, що була в експерименті; 4) мінімізація чисельним методом цільової функції Fmin(Z) за (6) і визначення вектору параметрів Z; 5) циклічне повторення розрахунку до моменту досягнення задовільної точності.

Для розрахунку початкових наближень вектору Z(0) рекомендується використовувати метод визначення параметрів ЕЗС за даними каталогу.

Опір обмотки статора RS вимірюється на відключеному від мережі АЕД, а параметри XуS і Xм визначаються з режиму неробочого ходу загальновідомими методами. Після визначення параметрів двоконтурної ЕЗС, що приведена на рис.2, виконується розрахунок параметрів контуру втрат у сталі (XмN, XуFE, RFE) для двоконтурної ЕЗС (рис. 1) за (1). З метою скорочення витрат машинного часу і підвищення чисельної стійкості систем нелінійних рівнянь, що розв'язуються, доцільно використовувати замість фазних струмів статора модуль узагальненого вектору струму статора (8).

. (8)

Замінивши в цільовій функції інтегрування сумою квадратів різниць векторів на обраних інтервалах дискретизації, представимо її як:

. (9)

Для усунення труднощів, що пов'язані з реєстрацією кута повороту ротора і визначення момента опору механізму Мс, а також махового момента агрегату запропоновано визначати параметри ЕЗС АЕД з режиму короткочасної подачі зниженої або повної трифазної напруги на статор при загальмованому роторі.

Температурно-залежну характеристику опору короткозамкненого ротора можливо отримати з різних теплових станів машини в режимах пуску, подачі на статор напруги різної частоти та ін.

Працездатність розробленого методу визначення параметрів ЕЗС експериментально перевірена на прикладі АЕД серії ВАО (PНОМ = 5,5 кВт; UНОМ = 0,66 кВ), який підключався до мережі 380 В при загальмованому роторі. На основі проведених експериментів для даного АЕД запропонованим методом були отримані параметри (у в.о.) двоконтурної ЕЗС з контуром втрат у сталі:

(RS =0,022; XуS = 0,089; XмN =2,602; RFE =10,539; XуFE =21,389; RR1 =0,019; XуR1 = 0,109; RR2 =0,298; XуR2 =0,214).

3. Математична модель захисту від теплового перевантаження короткозамкненого ротора асинхронного електродвигуна на основі контролю параметрів поточного режиму

Проведений детальний аналіз впливу температури нагріву і явища витіснення струму на пускові і робочі характеристики АЕД з КЗР, запропоновані чотири можливих варіанти побудови ТЗР на основі контролю параметрів поточного режиму. З використанням ММ, що заснована на повних ДР, вироблений порівняльний аналіз розроблених алгоритмів ТЗР в різних режимах.

Дослідження впливу нагріву КЗР на пускові і робочі характеристики глибокопазних АЕД виконані з використанням одноконтурної і двоконтурної ЕЗС. Для одноконтурної схеми для урахування скін-ефекту згідно літератури застосовуємо вирази (10) (для потужних АЕД опір пазової частини обмотки КЗР відповідає 80 %, а лобовій 20 % від загального опору).

(10)

де RR0 , XуR0 - активний і індуктивний опори КЗР при ковзанні s ? 0, в.о.; kr(s,V), kx(s,V) - коефіцієнти, що враховують зміну роторних опорів через витіснення струму в роторі при ковзанні s і залежно від температури нагріву КЗР, в.о.; V = = VR - температура нагріву обмотки ротора АЕД, 0С.

Коефіцієнти kr(s,V), kx(s,V) визначаються за (11). Для двоконтурної ЕЗС застосовуємо залежність повного сумарного опору контурів короткозамкненого ротора від ковзання і температури нагріву (12).

(11)

де ж(s,V) - зведена висота стрижня КЗР, в.о., м0 = 4р?10-7 - питома магнітна проникність повітря, Гн/м; а - ширина пазу, м; b - ширина провідника, м; h - висота провідника, м; f1 - частота напруги мережі, Гц; с(V) -залежність питомого опору провідника від температури, Ом·м; б - температурний коефіцієнт, 1/0С.

(12)

Розраховані залежності коефіцієнтів kr і kx від ковзання s і температури V представлені на рис.3. З нього виходить, що при збільшенні температури спостерігається ослаблення ефекту витіснення струму в КЗР, а отже, погіршення пуско-вих характеристик двигуна. На прикладі АЕД серії АВ (PНОМ = 630 кВт; UНОМ = 6 кВ) порівнюємо два підходи розрахунку пускових і робочих характеристик залежно від температури КЗР. Параметри заступних схем АЕД були розраховані на основі даних каталогу за запропонованим методом для робочої температури 750С.

Розраховані для робочої (750С) і гранично допустимій температурі (3000С) залежності опорів КЗР від ковзання показані на рис. 5. Для оцінки впливу вказаних відхилень опорів на пускові і робочі характери-тики АЕД були розраховані залежності момента і струму статора від ковзання і температури нагріву (рис.6) для одноконтурної ЕЗС. Як видно з рис. 6, при збільшенні температури КЗР момент збільшується, а струм статора зменшується. В області робочих ковзань характеристики підвищення температури призводить до збільшення ковзання.

З проведеного аналізу випливає, що при проектуванні ТЗР потужних АЕД скін-ефект необхідно враховувати не тільки для області пускових ковзань, але і для робочих.

У даному розділі запропоновано чотири варіанти ТЗР АЕД, що засновані на контролі параметрів поточного режиму, кожний з яких базується на трьох ЕЗС. Ідея методу, на якому базується захист, полягає в визначенні температурно-залежної складової опору КЗР на основі замірів миттєвих значень фазних струмів і напруг, а також ковзання. Поточне значення температури нагріву визначається на основі порівняння вимірюваного активного опору ротора з відомим опором, який попередньо знайдений з використанням залежності від ковзання для початкової температури холодного стану машини.

Для електродвигунів з незначним проявом ефекту витіснення струму в КЗР доцільне застосовування одноконтурної ЕЗС без його урахування. Інакше використовуються або одноконтурна заступна схема з урахуванням скін-ефекту або двоконтурна (рис.1).

ТЗР АЕД на основі контролю параметрів поточного режиму передбачає його адаптацію під мікропроцесорні системи РЗіА, що працюють у реальному часі. Тому всі вимірювальні і обчислювальні операції виконуються за один такт реального часу. Дискретність даного такту залежить в свою чергу від частоти аналогово-цифрових перетворювачів (АЦП). Коректна робота цифрового ТЗР включає обов'язкове проведення попередніх операцій, результати яких заносяться в постійний запам'ятовуючий пристрій термінала (ПЗП). До попередніх операцій відносяться: визначення параметрів ЕЗС АЕД з КЗР і кабелю живлення (RКБ, XКБ); вимірювання початкової температури холодного стану обмоток статора і КЗР (); вимірювання опору КЗР в початковому стані (RRпоч) для відомого ковзання s і початкової температури холодного стану ().

Залежно від вживаної в ТЗР ЕЗС змінюється визначення опорів КЗР, що залежать від урахування явища витіснення струму. При застосуванні одноконтурної ЕЗС з контуром втрат у сталі і без урахування скін-ефекту активний опір КЗР в початковому (холодному) стані розраховується як RRпоч(s) = RR. У разі застосування одноконтурної ЕЗС з урахуванням скін-ефекту (рис.1) опір у холодному стані визначається за функціональною залежністю RRпоч(s) для поточного значення ковзання s, котра може бути отримана з додаткових експериментів і повинна задаватися і зберігатися в ПЗП термінала у табличному вигляді або у вигляді поліному. Для спрощення розрахунку RRпоч(s) замість використання складних виразів (10) з метою скорочення обсягу обчислень можливо застосовування лінійних залежностей опорів КЗР від ковзання (13).

(13)

де ,,, - активний і індуктивний опори КЗР при s = 1 і при sНОМ.

При використанні двоконтурної ЕЗС для спрощення розрахунків в роботі запропоновано визначати температуру КЗР АЕД в аналогічній одноконтурним схемам послідовності (рис.7), шляхом порівняння активного опору ротора в гарячому і холодному станах. Початковий опір ротора є сумарним опором двох контурів і коригується залежно від температури (RRпоч(s,VR)).

Другим варіантом побудови ТЗР є захист на основі АР, що описують АЕД з використанням цифрової фільтрації вхідних величин. Цифрова фільтрація виконується в даному ТЗР на основі виділення першої гармоніки з використанням фільтру Фур'є. Активна і реактивна складові фільтрованої величини Х розраховуються за (14) залежно від кількості значень N, що заміряні за період T.

(14)

де N - кількість точок вимірів, що використовуються у фільтрації; Х - значення фільтрованої величини (фазний струм або напруга).

На основі амплітудних значень (IM, UM), що розраховуються за (15), визначаються діючі значення фазних струмів (IA, IB, IC) і напруг (UA, UB, UC). Формований масив розрахованих величин використовується в подальших обчислювальних операціях ТЗР з дискретністю кроку розрахунку h = T/N. Послідовність цих операцій (попередні операції і операції, що виконуються за один такт) даного ТЗР аналогічна попередньому підходу. Відмінність полягає у обчисленні вхідних опорів АЕД, які визначаються за (16).

(15)

де IA, UA, IР, UР - активні і реактивні складові фазного струму і напруги, які розраховуються за (14).

(16)

(17)

Третім варіантом ТЗР є захист, який заснований на використанні ДР, що описують АЕД. На відміну від раніш викладених варіантів для підвищення точності вимірювання температури ротора в динамічних режимах запропоновано визначати опір КЗР шляхом розв'язання інтегродиференційних рівнянь АЕД, що описують його стан на основі використання ЕЗС. З цією метою додатково виконується вимірювання похідних струмів статора за допомогою трансреакторів або за допомогою чисельного диференціювання миттєвих значень фазних струмів. Попередні операції для даного ТЗР аналогічні раніш викладеним підходам.

Четвертий варіант побудови ТЗР адаптований для роботи при несиметрії напруги живлення і заснований на обчисленні за даними вимірювання параметрів поточного режиму середніх значень потужності ПП (Р1) і модулів узагальнених векторів струму і напруги ПП (I1, U1) за (18), (19), на основі яких, за (20) розраховуються вхідні опори ПП АЕД.

(18)

(19)

де iб = iа, uб = uа, - активні складові струмів і напруг статора в осях б, в; iб.n, iв.n, uб.n, uв.n - реактивні складові струмів і напруг статора в осях б, в, які одержуємо за даними реєстрації початкових параметрів для моментів часу, що зсунуті по відношенню до початкових на чверть періоду (T) промислової частоти (t+ јT).

(20)

Для оцінки правильності розроблених в роботі ТЗР АЕД за допомогою ММ на ПЕОМ зроблено порівняльний аналіз для різних режимів (пуск і накид навантаження, що наступає за ним, заклинювання валу та ін.). В процесі моделювання за розрахованими даними теплових втрат визначалася за (21) температура ротора (VR*), яка в даному випадку приймалася як закон зміни температури. У функції від VR* змінювалися активний опір КЗР (для двоконтурної ЕЗС АЕД: для одноконтурної ЕЗС (21): ).

(21)

де М - розрахункове значення електромагнітного момента на валу; s - поточне значення ковзання; Та - постійна часу агрегату, с; t - час, с.

4. Модернізація і оптимізація алгоритмів релейного захисту і автоматики асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором для цифрової платформи

Детально розглянуті основні захисти АЕД, що використовуються в мікропроцесорних термі-налах. Для підтвердження неефективності стандартного захисту від перевантаження струмом статора (СЗП) був вироблений аналіз на ММ (ДР (2)). Як приклад, приведена робота СЗП, що запрограмований у терміналі типу РЕЛСіС® РДЦ-01 (ВАТ «Електротехнічний завод»). В результаті проведеного аналізу встановлено, що СЗП буде працювати коректно далеко не в усіх анормальних і аварійних режимах (два пуски, що слідують підряд, пошкодження системи охолодження та ін.).

Для усунення виявлених недоліків СЗП в роботі запропонована модернізація у вигляді контролю енергії втрат, що виділяється в режимах перевантаження. Час спрацьовування СЗП у такому разі залежить від величини перевантаження по струму і енергії, яка виділяється в АЕД за час пуску під навантаженням. Величина, що пропорційна цієї енергії, визначається за (22).

(22)

де i(t) - струм статора при пуску АЕД, А; kЗ - коефіцієнт запасу, що рівний 1,2 -1,5; tПУСК - час пуску АЕД з КЗР під навантаженням, с.

Час допустимого перевантаження АЕД буде рівний часу, за який величина Q(t), що інтегрується мікроконтролером, досягне допустимого значення QДОП.

Порівняння поточного значення Q(t) з допустимим QДОП виконується програмно за (23).

(23)

де i(t) - струм статора, А; IСП.ЗП - струм спрацьовування СЗП (уставка), А; tПЕРЕВ - час перевантаження АЕД, с.

5. Результати експериментальної перевірки теплового захисту короткозамкненого ротора асинхронного електродвигуна

Викладено принципи побудови цифрових пристроїв РЗіА, викладений опис експериментального стенду для аналізу РЗіА АЕД з КЗР, який був розроблений, наведені результати експериментального дослідження працездатності розробленого ТЗР АЕД в різних режимах роботи. Також приведені результати перевірки працездатності ТЗР АЕД, що виконувалися при його впровадженні на Зуївській ТЕС ТОВ «Східенерго» і в інституті УкрНДІВЕ. В результаті проведення експериментальних досліджень АЕД типу ЭКВ4-200В (200 кВт, 1,14 кВ) в інституті УкрНДІВЕ на основі запропонованого методу за даними зафіксованих параметрів поточного режиму визначалися значення температури нагріву КЗР в номінальному режимі. При роботі з номінальним навантаженням протягом двох годин температура КЗР склала 145С. При реєстрації в цьому режимі струмів, напруг і ковзання значення температури нагріву КЗР досягло уставки спрацьовування ТЗР (140С) і був отриманий вихідний сигнал, що підтверджує працездатність розробленого захисту. Запропонований метод непрямого визначення температури КЗР рекомендовано включити до ГОСТ 7217-87 «Машини електричні обертові. Двигуни асинхронні. Методи випробувань», а розроблений ТЗР для потужних АЕД системи власних потреб електростанцій. Достовірність результатів роботи забезпечена задовільним збігом (з розбіжністю до 7%) експериментальних даних з результатами математичного моделювання.

Висновки

асинхронний електродвигун короткозамкнений тепловий

У дисертаційній роботі дано нове рішення актуального науково-технічного завдання розробки теплового захисту короткозамкненого ротора асинхронного електродвигуна на основі безконтактного виміру активного опору ротора за даними контролю параметрів поточного режиму, що дозволяє підвищити надійність системи власних потреб електростанцій.

1. Удосконалена ЕЗС АЕД з КЗР для використання у тепловому захисті ротора, в якій виділено контур втрат у сталі з активно-індуктивним опором, а активний і індуктивний опори ротора представлені як функціональні залежності від ковзання і температури нагріву. Це дозволило підвищити точність врахування втрат і визначення температури нагріву ротора.

2. Розроблені принципи побудови теплового захисту ротора, що заснований на безконтактному виміру активного опору ротора заданими вимірювання миттєвих значень фазних струмів і напруг, ковзання і визначення на їх основі вхідного опору з використанням відомих опорів статора і гілки намагнічування. Дослідження функціонування ТЗР виконані за допомогою комбінованої математичної моделі АЕД і захисту. Головною особливістю даного захисту є виділення температурно-залежної складової опору з активного опору шляхом виключення впливу ефекту витіснення струму в роторі на цей опір.

3. На математичній моделі отримано збіг температури нагріву ротора, характер зміни якої був заданий заздалегідь, з температурою вимірювального органу ТЗР протягом всього режиму пуску, різних навантажень і ковзання.

4. Для підвищення точності викладені варіанти побудови теплового захисту КЗР на основі цифрової фільтрації вхідних величин, додатковому обчислені похідних струмів статора, виділені струмів і напруг прямої послідовності.

5. Проведені експериментальні дослідження на реальному АЕД теплового захисту КЗР і розроблені рекомендації щодо його впровадження. Результати роботи впроваджені на Зуївській ТЕС ТОВ «Східенерго», в інституті УкрНДІВЕ і в навчальному процесі ДонНТУ. На основі проведення приймально-здавальних випробувань АЕД типу ЭКВ4-200В рекомендовано включити розроблений метод непрямого виміру температури короткозамкненого ротора до ГОСТ 7217-87 «Машини електричні обертові. Двигуни асинхронні. Методи випробувань».

Література

1. Сивокобыленко В.Ф. Синтез параметров схемы замещения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором / В.Ф. Сивокобыленко С.Н. Ткаченко, П.А. Харченко // Збірник наукових праць ДВНЗ «Донецький національний технічний університет». Серія «Електротехніка і енергетика». - випуск 5 (112). - Донецьк, 2006. - С. 5 - 10.

2. Сивокобыленко В.Ф. Математическое моделирование характеристик асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором с учётом потерь в стали / В.Ф. Сивокобыленко, С.Н. Ткаченко // Збірник наукових праць ДВНЗ «Донецький національний технічний університет». Серія «Електротехніка і енергетика». - випуск 7 (128). - Донецьк, 2007. - С. 126 - 131.

3. Сивокобыленко В.Ф. Влияние температуры нагрева ротора на рабочие и пусковые характеристики глубокопазного асинхронного двигателя / В.Ф. Сивокобыленко, С.Н. Ткаченко // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету імені М. Остроградського. - Випуск 3(44). - частина 2. - Кременчук, 2007. - С. 8 - 11.

4. Сивокобыленко В.Ф. Моделирование микропроцессорной тепловой защиты асинхронного электродвигателя / В.Ф. Сивокобыленко, С.Н. Ткаченко // Вісник національного університету «Львівська політехніка». «Електроенергетичні та електромеханічні системи». - № 596. - Львів, 2007. - С. 167 - 172.

5. Сивокобыленко В.Ф. Микропроцессорная защита от тепловой перегрузки асинхронного электродвигателя / В.Ф. Сивокобыленко, С.Н. Ткаченко // Науково-прикладний журнал «Технічна електродинаміка». Тематичний випуск «Проблеми сучасної енергетики». Інститут електродинаміки, Національна академія наук України. - Частина 1. - Київ, 2008. - С. 47 - 52.

Размещено на Allbest.ru