Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 05.14.02 - Электростанции и электроэнергетические системы

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКОЙ 0, 4 КВ ПРИ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Портнягин Андрей Владимирович

Иркутск - 2007

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие электроэнергетики за последние годы характеризуется активным внедрением электронной аппаратуры в системах релейной защиты, режимной и противоаварийной автоматики. Однако электронная аппаратура, как правило, весьма чувствительна к помехам, появляющимся во вторичных цепях, источниками которых являются коммутационные аппараты, удары молний, токи короткого замыкания и т.д. С другой стороны, внедрение новой техники и технологий способствует ухудшению показателей качества электроэнергии (ПКЭ), что приводит к снижению надежности электронной аппаратуры и резкому возрастанию отказов в работе или ложным срабатываниям.

Одним из видов электронных средств релейной защиты является устройство комплексной защиты электродвигателей (УКЗЭ). Данное устройство выполняет комплексную защиту как асинхронного двигателя (АД), так и части системы электроснабжения с электродвигательной нагрузкой (СЭСЭН) от ненормальных режимов. УКЗЭ на электромеханической базе просты в устройстве и достаточно удобны при эксплуатации и ремонте, однако имеют низкие функциональные возможности. УКЗЭ, выполненные на микропроцессорной (МП) элементной базе способны повысить работоспособность и качество функционирования СЭСЭН в различных режимах, при разнообразных внешних воздействиях, однако имеют высокую восприимчивость к помехам.

Известно, что для нарушения работы электромеханического реле требуется энергия 10^-3 Дж, а для нарушения работы интегральной микросхемы требуется 10^-7 Дж. Помехи с такой энергией могут возникнуть как в СЭСЭН, так и могут поступить из внешней сети.

Причинами снижения надежности СЭСЭН являются не только ложные срабатывания или отказы, но и техническое несовершенство РЗ. Последнее обстоятельство тесно связанно со структурной схемой УКЗЭ. Как правило, системы защит АД выполнены на базе жестких связей уставок и входных сигналов. Применение гибкой адаптивной защиты ЭД позволяет избежать влияния внешних воздействий и дает возможность отстраиваться от ненормальных режимов автоматически.

В связи с указанными обстоятельствами появилась необходимость решения сложной комплексной задачи повышения надежности в СЭСЭН 0, 4 кВ при внешних воздействиях.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является повышение надежности СЭСЭН 0, 4 кВ путем нормирования разновременности размыкания контактов коммутационной аппаратуры, а также использования УКЗЭ с элементами адаптивности.

Исходя из поставленной цели, в работе решаются следующие научные и практические задачи:

? исследовать и проанализировать внешние воздействия в СЭСЭН 0, 4 кВ такие как коммутационные перенапряжения, несинусоидальность и несимметрия напряжения;

? разработать и исследовать математическую модель системы «электрическая сеть-УКЗЭ-АД», позволяющую анализировать электромеханические процессы в указанной системе;

? исследовать условия возникновения максимальных коммутационных перенапряжений с учетом разновременности размыкания контактов коммутационных аппаратов и нормирование указанной разновременности;

? исследовать влияние несимметрии напряжения на максимальный момент АД;

? разработать и исследовать гибкую микропроцессорную защиту электродвигателей с элементами адаптивности.

Объектом исследования являются режимы работы АД, электрическая сеть, УКЗЭ и коммутационный аппарат посредством которого АД подключается к сети.

Основные методы научных исследований. При проведении работы использованы фундаментальные положения теории релейной защиты, теоретических основ электротехники, прикладной математики и электрических машин, а также методы физического и математического моделирования и методы натурного испытания, теории вероятностей и статистической обработки информации.

Достоверность полученных результатов. Обоснованность и достоверность научных положений, теоретических выводов, основных результатов и рекомендаций диссертации подтверждены:

? экспериментальными исследованиями коммутационных перенапряжений, режимов работы АД и коммутационной аппаратуры 0, 4 кВ, с последующей обработкой данных методами теории вероятностей и математической статистики;

? удовлетворительной сходимостью результатов математического и физического моделирования с результатами экспериментов и измерений в реальных электрических сетях;

? корректным использованием соответствующего математического аппарата, вычислительных программных комплексов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Математическая модель системы «электрическая сеть-УКЗЭ-АД», позволяющая в комплексе исследовать различные электромеханические процессы с учетом несимметрии питающего напряжения, наличия гармонических составляющих, изменения момента на валу ЭД, насыщения трансформаторов тока (ТТ), а также различные виды КЗ.

2. Зависимости электромагнитного момента АД от напряжений прямой и обратной последовательностей, которые позволили обосновать способ защиты АД от ненормальных режимов с элементами адаптивности.

3. Зависимости уровней перенапряжений при отключении АД различной мощности и длины питающего кабеля от времени разновременности размыкания контактов коммутирующей АД аппаратуры.

Научная новизна работы.

1. Разработана математическая модель системы «электрическая сеть-УКЗЭ-АД», отличающаяся от известных возможностью комплексного исследования электромеханических процессов и режимов работы коммутирующих АД аппаратов, УКЗЭ и АД.

2. Впервые получены зависимости влияния несимметрии напряжения питания АД на максимальный электромагнитный момент АД, и разработан способ защиты АД от ненормальных режимов с элементами адаптивности (патент РФ на изобретение № 2302691 от 08.12.2005 г.).

3. Установлены зависимости влияния разновременности размыкания контактов низковольтного коммутационного аппарата, которым управляется АД, на уровни коммутационных перенапряжений.

4. Установлено, что максимальные перенапряжения возникают при следующих условиях: третий контакт коммутационного аппарата размыкается с задержкой относительно первых, которые размыкаются одновременно; размыкание третьего контакта происходит после погасания токов, протекающих через второй и третий контакты.

Практическая ценность.

1. Определены уровни несимметрии, несинусоидальности напряжения, а также коммутационных перенапряжений в СЭСЭН 0, 4 кВ при коммутации вакуумными контакторами.

2. Предложен норматив разновременности размыкания контактов коммутационных аппаратов НН.

3. Предложено и внедрено УКЗЭ с элементами адаптивности (патент РФ на изобретение № 2294586 от 27.05.2005 г.).

4. Предложена методика определения разновременности размыкания контактов низковольтной коммутационной аппаратуры.

Внедрение. Устройства успешно функционируют в цеховых системах электроснабжения 380 В филиалов ОАО «ТГК-14».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на II Всероссийской научно-технической конференции «Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6-35 кВ» (г. Новосибирск, 2002), VII и IX Российских научно- технических конференциях по электромагнитной совместимости (г. С-Петербург, 2002, 2006); III Международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими» (г. Новочеркасск, 2003); Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика и будущее цивилизации» (г. Томск, 2004); IV Межрегиональной научно-практической конференции «Кулагинские чтения» (г. Чита, 2004), V Международной научно-технической конференции «Эффективность и качество электроснабжения промышленных предприятий» (г. Мариуполь, 2005); V Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения» (г. Чита, 2005); Международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике» (г. Ульяновск, 2006); III Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием) «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии» (г. Челябинск, 2006).

Реализация результатов работы. Результаты диссертации используются при составлении планов технического обслуживания и ремонтов низковольтной коммутационной аппаратуры в условиях их эксплуатации на предприятиях ОАО «ТГК-14».

Разработанный метод определения разновременности размыкания контактов низковольтной коммутационной аппаратуры и способ защиты АД используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных работ по дисциплине «Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения» на кафедре «Электроснабжения» ГОУ ВПО «Читинский государственный университет».

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 15 печатных работах, опубликованных автором лично и в соавторстве, в том числе 2 патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, четырех глав, Заключения, библиографического списка и 2 приложений, содержит 171 стр. основного текста, библиографического списка из 100 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

электроснабжение коммутационный аппаратура электродвигатель

Во введении отражена актуальность темы и очерчен круг вопросов, которые исследуются в диссертации. Сформулированы цель работы и основные задачи исследований. Показана научная новизна и практическая значимость работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, сведения об апробации и внедрении результатов работы.

В первой главе проведен комплексный анализ современных УКЗЭ. Показано развитие электромеханических, аналоговых и микропроцессорных устройств защиты АД в России и за рубежом. Рассмотрены основные повреждения низковольтных АД и способы их выявления. Проведен анализ электромагнитной обстановки (ЭМО) в СЭСЭН.

Большой вклад в изучение режимов работы, создание обобщенных математических моделей, расчета электромагнитных полей и параметров электродвигателей внесли известные ученые и исследователи А.И. Важнов, А.И. Вольдек, С.И. Гамазин, А.А. Горев, Д.А. Городский, Я.Б. Данилевич, А.В. Иванов-Смоленский, Е.Я. Казовский, И.П. Копылов, М.П. Костенко, В. Лайон, Г.А. Сипайлов, И.А. Сыромятников, И.И. Трещев и др.

Ненормальные режимы работы АД должны быть ликвидированы действием устройств релейной защиты (РЗ).

УКЗЭ должны содержать в себе все виды защит (либо основные из них), в противном случае универсальность их использования будет снижена. Анализ современных УКЗЭ показал:

1) микропроцессорные устройства релейной зашиты имеют ряд преимуществ перед устройствами, построенными на электромеханических реле и на операционных усилителях: возможность работы в составе АСУ; гибкость - возможность изменения алгоритмов защиты, режимов работы и уставок с незначительными временными и материальными затратами (полностью или частично автоматически); универсальность;

2) рассмотренные УКЗЭ, как правило, не снабжены защитой от опрокидывания ЭД;

3) системы защиты АД не обладают достаточной гибкостью (адаптивностью) к изменениям внешних факторов (замена защищаемого двигателя, изменения ПКЭ).

Значительный вклад в развитие и совершенствование защит электродвигателей внесли ученые А.В. Булычев, В.К. Ванин, В.И. Ветров, А.О. Грундулис, В.П. Ерушин, В.И. Когородский, С.Л. Кужеков, В.Ф. Минаков, Л.Б. Паперно, И.П. Тимофеев и др.

Существует ряд УКЗЭ, которые обладают некоторыми свойствами адаптивности, такими как определение параметров электродвигателя при первом пуске или наличие тепловой модели ЭД непосредственно в УКЗЭ. Однако недостаточная гибкость таких защит в части реагирования на показатели качества электроэнергии влияет на снижение надежности защиты ЭД. Анализ способов и устройств защиты АД позволил разработать классификацию средств защит, которая приведена на рис. 1.

Большой вклад в исследование ЭМО в СЭСЭН внесли ученые В.Г. Болдырев, А.Н. Висящев, Б. Геллер, В.Г. Гольдштейн, А.Ф. Гончаров, Г.А. Евдкунин, Т.С. Зиновьев, К.П. Кадомская, М.В. Костенко, В.Г. Курбацкий, А.Г. Овсянников, Ф.Х. Халилов и др.

Проведенный анализ ЭМО СЭН 0, 4 кВ позволяет сделать следующие выводы:

1) в СЭСЭН могут возникать импульсы перенапряжений, опасные для функционирования электронных УКЗЭ;

2) отсутствуют нормы и рекомендации по разновременности размыкания контактов низковольтной коммутационной аппаратуры, а также исследования по влиянию разновременности размыкания на уровни коммутационных перенапряжений;

3) наличие гармонических составляющих не оказывает существенного влияния на электромагнитный момент АД;

4) источниками ухудшения ПКЭ могут быть как АД, так и УКЗЭ;

5) СЭСЭН, как правило, не защищается от перенапряжений.

Во второй главе описаны методические принципы исследования ЭМО в СЭСЭН. Предложена математическая модель для исследования электромеханических процессов в системе «электрическая сеть-УКЗЭ-АД» и описаны экспериментальные принципы проведения исследования.

Математическая модель системы «электрическая сеть-УКЗЭ-АД» реализована в модуле Simulink программной среды Matlab. Для этого каждый элемент системы рассматривался отдельно, а затем в совокупности с другими. Основными элементами системы являются АД, ТТ, УКЗЭ, электрическая сеть. АД представлялся в трехфазной заторможенной системе координат с эллиптическим электромагнитным полем (рис. 2). Такая модель позволяет исследовать АД при несимметричном, несинусоидальном напряжении питающей сети. При решении дифференциальных уравнений в Simulink они представлялись в неявной форме Коши.

Рис. 2. Модель АД в заторможенной трехфазной системе координат

В математической модели ТТ не учитывались гистерезисные явления, но учитывалось явление насыщения ферромагнитного сердечника. Зависимость задавалась в решающие блоки с использованием блока “Look-up Table”. Данный блок позволяет определять функцию от аргумента при помощи кусочно-заданной кривой.

Уравнения, описывающие модель на рис. 2, имеют следующий вид:

;

;

;

;

;

; (1)

;

;

;

;

;

;

;

.

Электронный блок УКЗЭ и фильтр тока обратной последовательности моделировались блоками из библиотеки «SimPowerSystems». Функциональные связи модели общей системы показаны на рис. 3.

Результаты экспериментов показали, что погрешность моделирования на математической модели для пускового тока не превышает 12 %, времени пуска - 15 %.

Исследования коммутационных перенапряжений проводились как на экспериментальном стенде, так и в реальных условиях эксплуатации низковольтных двигателей в СЭСЭН промышленных предприятий г.Чита.

Параметры качества электроэнергии определялись при помощи прибора «Ресурс-UF». Точками замера являлись места с предполагаемым низким качеством напряжения, которые характеризовались близостью подключения таких устройств как, магнитные шайбы, электролизерные установки, выпрямительные шкафы и т.д.

Рис. 3. Функциональные связи модели системы «электрическая сеть-УКЗЭ-АД»

В третей главе приводятся результаты исследования ЭМО в СЭСЭН. Исследовалось влияние таких внешних воздействий как несинусоидальность и несимметрия напряжения, коммутационные перенапряжения, разновременность размыкания контактов коммутационных аппаратов, перегрузка ТТ.

Замеры ПКЭ проводились на промышленных предприятиях и электостанциях г. Чита. Они показали, что в СЭСЭН могут возникать режимы, при которых несимметрия и несинусоидальность напряжения превышают нормально и предельно допустимые значения согласно ГОСТ 13109-97. Результаты замеров приведены в табл. 1. Такие уровни ПКЭ могут привести к ложным срабатываниям фильтров обратной последовательности, а также к снижению срока службы АД.

Таблица 1. Результаты замеров несимметрии и несинусоидальности напряжения в СЭСЭН

Объект	Значения, %	K0U	K2U	KU
Читинский станкостроительный завод	Нормально допустимое	2, 37	2, 47	10, 22
	Предельно допустимое	3, 67	3, 69	15, 28
Читинская ТЭЦ-1	Нормально допустимое	2, 63	2, 02	10, 43
	Предельно допустимое	3, 48	3, 15	16, 20
Читинский машиностроительный завод	Нормально допустимое	1, 92	1, 90	9, 62
	Предельно допустимое	3, 24	3, 20	14, 87
Читинское локомотивное депо	Нормально допустимое	2, 41	3, 27	9, 27
	Предельно допустимое	4, 23	3, 91	13, 30

Примечание. K_0U ? коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности; K_2U ?коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности; K_U ?коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения.

Исследования коммутационных перенапряжений в СЭСЭН проводились как на лабораторном стенде, так и в условиях промышленной эксплуатации АД в сети собственных нужд Читинской ТЭЦ-1. Измерения проводились на различных АД серии 4А мощностью 4, 5…30 кВт. Средняя кратность перенапряжений показана на рис. 4.

Рис. 4. Средняя частота появления перенапряжений в СЭСЭН 0, 4 кВ в условиях эксплуатации

Влияние разновременности расхождения контактов на уровни коммутационных перенапряжений исследовалось на математической модели. При моделировании не учитывалась возможность появления повторных зажиганий дуги и среза тока, а также феррорезонансных перенапряжений. Было установлено, что максимальные перенапряжения возникают при комбинации размыкания контактов, когда первые два размыкаются одновременно, а третий запаздывает. Исследования показали, что кратность перенапряжений зависит от интервала времени с момента расхождения контактов первых двух фаз до прохождения тока чрез ноль последних двух фаз (см. рис. 6). Данный интервал определили как норматив расхождения контактов и обозначили как D. При этом кратность перенапряжений изменяется скачкообразно в зависимости от того разомкнулся третий контакт в пределах норматива или за его пределами.

Режимы отключения моделировались при пуске АД и при установившемся режиме на хх, т.е. при скольжении близком к нулю и единице. Для установления влияния длины питающего кабеля на уровни перенапряжений варьировалась емкость кабеля фаза-земля.

Результаты исследований приведены на рис. 5. Исследования показали, что кратности перенапряжений при уменьшении длины питающего кабеля и мощности ЭД увеличиваются, а максимальные кратности возникают при отключении пускового тока и при разновременности размыкания контактов за пределами норматива.

Осциллограммы токов и напряжений участка сети со стороны электродвигателя в момент отключения показан на рис. 6, где видно, что норматив состоит из двух частей D1 и D2. D1 ? это интервал времени от момента расхождения первых контактов (t1=t2) до прохождения первого тока (любой фазы) через ноль (t1_ф), а D2 ? это интервал времени от момента прохождения первого тока через ноль до прохождения второго и третьего тока через ноль (t2_ф=t3_ф).

Определено, что D может принимать различные значения:

а) минимальное - Dmin=D1min+D2=0+р/2=1?2•0, 01с=5, 0•10^-3 с;

б) максимальное - Dmax=D1max+D2=2р/6+р/2=5/6р=5?6•0, 01с= 8, 333•10^-3 с.

Исходя из проведенных исследований, сделан вывод, что для уменьшения кратностей коммутационных перенапряжений в сети с глухозаземленной нейтралью 0, 4 кВ необходимо, чтобы время расхождения контактов не превышало величину D=Dmin=5, 0•10^-3 с.

Исследование влияния первичного тока и нагрузки во вторичной обмотке на работу ТТ проводилось на математической модели ТТ. Исследовались различные режимы работы ЭД и соответствующие им влияния первичных токов на работу ТТ.

Проводились исследования влияния несимметрии напряжения на электромагнитный момент АД. Для этого использовалась модель системы «электрическая сеть-УКЗЭ-АД». Моделирование проводилось при различных значениях напряжения прямой и обратной последовательностей для каждого типоразмера АД серии 4А.

Рис. 5. Зависимость кратностей перенапряжений от мощности АД при отключении пускового тока и различной длине кабеля: а) при размыкании контактов в пределах D; б) при размыкании контактов за пределами D



Рис. 6. Осциллограммы токов, напряжений и кратностей перенапряжений в момент отключения АД мощностью 37 кВт на хх при длине питающего кабеля 100 м где u_д ? напряжение на выводах АД; u_с ? напряжение на шинах системы; i ? фазный ток; K ? кратность перенапряжений; t1, t2, t3 - момент времени расхождения контактов первой, второй и третей фаз соответственно; t1_ф, t2_ф, t3_ф - момент времени прохождения через ноль первой, второй и третей фаз соответственно.

Напряжение обратной последовательности изменялось от 0 до 10 В с шагом 2 В, а напряжение прямой последовательности от 180 до 240 В с шагом 5 В. При моделировании учитывалась только первая гармоника напряжения, т.к. установлено, что влияние несинусоидальности на максимальный момент незначительно. Характерная картина влияния напряжений прямой и обратной последовательностей на максимальный электромагнитный момент АД марки 4А180М4 мощностью 30 кВт показана на рис. 7.

Рис. 7. Зависимость Мmax=f(U1, U2) для АД 4А180М4

В четвертой главе рассмотрены общие принципы построения защиты с элементами адаптивности; проведен анализ современных микропроцессорных систем защиты; описан принцип адаптивной защиты АД, основанный на изменении уставок срабатывания от несимметрии напряжения; приведена методика определения разновременности размыкания коммутационной аппаратуры; приведены практические результаты теоретических положений работы.

В общем случае, адаптивная РЗ представляет собой устройство, преобразующее вектор входной информации об объекте защиты Х и вектор входных сигналов Х_вс в вектор выходных сигналов Х_вых (рис. 8).



Рис. 8. Структура адаптивной РЗ

Вектор входной информации об объекте защиты Х несет данные о топологии и параметрах сети, вектор входных сигналов Х_вс содержит параметры входных токов, напряжений и других сигналов или параметры сигналов от различных датчиков и преобразователей. Вектор выходных сигналов Х_вых несет информацию о состоянии объекта, величины критических значений и характерных параметров входного сигнала, необходимости отключения от сети объекта защиты либо о сигнализации аварийного режима.

Анализ тенденции развития устройств РЗ показывает широкое и всевозрастающие применение микропроцессорных реле защиты. Практически все МП-устройства РЗ выполнены на основе интегральных микросхем. Из основных классов микропроцессоров можно выделить микроконтроллеры, которые, интегрируя на одном кристалле высокопроизводительный процессор, память и набор периферийных устройств, позволяют с минимальными затратами реализовать широкую номенклатуру систем управления различными объектами и процессами.

Построение адаптивной защиты АД возможно только на базе микропроцессорной техники. Предлагаемый способ адаптивной защиты основан на изменении максимального электромагнитного момента в зависимости от напряжения прямой и обратной последовательностей. При реализации этого способа используется матрица данных состоящая из U1, U2 и Мmax. Для оптимального использования памяти микроконтроллера зависимость Мmax=f(U1, U2) записывается в матрицу данных не значениями Мmax, а коэффициентами кубической функции . Коэффициенты a, b, c определяются для каждого U2, а затем указанная зависимость определяется для типоразмера ЭД серии 4А. Полученное расчетное значение Мmax сравнивается с текущим электромагнитным моментом (М), который определяется по формуле

, (2)

где - переходная индуктивность контура статора.

Погрешность измерения М по формуле (2) составляет 7…8 % при скольжении в пределах от номинального до критического.

Защита электродвигателя от несимметричных нагрузок осуществляется на основе контроля тока обратной последовательности и сравнения его по критерию термической стойкости к токам обратной последовательности:

(3)

где - относительная величина тока обратной последовательности.

При этом I₂ - среднее квадратическое значение тока обратной последовательности. Постоянная А определяется опытным путем и задается заводом-изготовителем.

Защита ЭД от перегрузки осуществляется на основе косвенного контроля температуры поверхности ЭД:

 (4)

где T=cG/бF - постоянная времени нагрева; уст= ДP/ бF - установившиеся превышение температуры в случае бесконечно длительного протекания по нему тока I ; нач - исходное превышение температуры проводника в начальный момент времени.

Практическая реализация работы состоит в разработке устройства с элементами адаптивности и стойкости к воздействиям помех. Упрощенная функциональная схема УКЗЭ с элементами адаптивности представлена на рис. 9.

В состав защиты входят следующие функциональные блоки:

- преобразований, преобразующий входные сигналы в сигналы обратной и прямой последовательностей, а также выполняющий фильтрацию сигнала;

- генерации критических значений, выполняющий функцию генерации Мmax в зависимости от U1, U2, а также типоразмера ЭД;

- сравнения, выполняющий сравнение текущего момента ЭД с максимальным.

Принцип действия такой защиты описывается следующими этапами. Входной сигнал после аналого-цифрового преобразования поступает в блок сравнения и блок преобразования. В последнем из сигнала выделяются необходимые характерные параметры (U1, U2), которые, в свою очередь, поступают в блок генерации критических значений или матрицу данных критических значений. Из матрицы данных сигнал (Мmax) поступает в блок сравнения, где происходит его сравнение с входным сигналом. При превышении первого сигнала над вторым из блока сравнения поступает сигнал к исполнительному органу, после чего ЭД отключается от сети либо защита сигнализирует о неисправности. Описанный принцип отличается от известных тем, что уставки срабатывания такой защиты изменяются в зависимости от входного сигнала, а именно от величины напряжения прямой и обратной последовательностей.

Основные блоки выполнены на базе микропроцессора ATmega 325. Помимо основных блоков в состав защиты входят блоки индикации, клавиатуры и питания. Блок индикации выполнен на жидкокристаллическом индикаторе, на котором отображаются действующие напряжение и токи в каждой из фаз, напряжения U1, U2, максимальный и текущий моменты.

Рис. 9. Упрощенная функциональная схема УКЗЭ с элементами адаптивности

Технико-экономический анализ необходимости использования разработанного устройства и его аналогов позволил определить область использования УКЗЭ (рис. 10).



Рис. 10. Экономически обоснованная область использования УКЗЭ

Методика определения разновременности размыкания контактов основана на измерении времени разновременности размыкания контактов при номинальном напряжении питания катушки электромагнита коммутационного аппарата, также на 10 % ниже номинального. В последующем при сравнении полученных результатов с величиной 0, 005 с принимается решение о необходимости регулировки контактов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной научной задачи повышения надежности системы электроснабжения с электродвигательной нагрузкой 0, 4 кВ путем нормирования разновременности размыкания контактов силовой коммутационной аппаратуры и использования УКЗЭ, способного изменять уровни срабатывания исполнительных органов в зависимости от напряжения прямой и обратной последовательностей.

Основные научные и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем.

1. Проведены исследования внешних воздействий в СЭСЭН. Установлено, что среднее значение наиболее вероятных кратностей перенапряжения находится в диапазоне 3, 8…4, 2; коэффициент несимметрии по обратной последовательности - в диапазоне 1, 9…3, 9; а коэффициент несинусоидальности - в диапазоне 9, 27…15, 28.

2. Разработана математическая модель системы «электрическая сеть-УКЗЭ-АД», позволяющая исследовать различные электромеханические процессы, с учетом несимметрии питающего напряжения, наличия гармонических составляющих, изменения момента на валу ЭД, насыщения ТТ, обрыва фаз, симметричных и несимметричных КЗ, витковых замыканиях обмотки статора.

3. Получены зависимости влияния времени разновременности размыкания контакта одной из фаз относительно двух других низковольтной коммутационной аппаратуры на уровни перенапряжений при отключении пускового тока АД и при установившемся режиме работы АД различной номинальной мощности и различных длинах питающего кабеля. Рекомендуемый норматив времени разновременности размыкания контактов составляет не более 0, 005 с.

4. Получены зависимости влияния напряжения прямой и обратной последовательностей на максимальный электромагнитный момент АД, положенные в основу способа адаптивной защиты АД.

5. Разработана адаптивная микропроцессорная защита АД, принцип действия которой основан на автоматическом изменении уставки срабатывания защиты АД по максимальному моменту от напряжений прямой и обратной последовательностей.

Внедрение в практику эксплуатации электроустановок разработанных способа и устройства комплексной адаптивной защиты ЭД позволило в цеховых сетях 380 В ОАО «ТГК-14» повысить надежность системы электроснабжения.

ЛИТЕРАТУРА

В изданиях по списку ВАК

1. Портнягин, А.В. О нормировании разновременности размыкания контактов низковольтной коммутационной аппаратуры 0, 4 кВ [Текст] / А.В. Портнягин // Электробезопасность.? 2006.? № 1 ? С. 21-28.

В других изданиях

2. Портнягин, А.В. К вопросу электромагнитной совместимости асинхронных электродвигателей и вакуумных выключателей [Текст] / А.В. Портнягин, И.Ф. Суворов // Сборник докладов «Седьмой Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости (ЭМС-2002)».?С-Петербург: ВИТУ, 2002. ? С. 43-46.

3. Портнягин, А.В. Моделирование коммутационных перенапряжений при отключении электродвигателя в сети 6 кВ [Текст] / А.В. Портнягин, И.Ф. Суворов // Труды второй Всероссийской научно-технической конференции «Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6-35кВ». - Новосибирск: НГТУ, 2002.? С.152-154.

4. Портнягин, А.В. К вопросу о выборе датчиков тока для устройств защитного отключения электродвигателей [Текст] / А.В. Портнягин, И.Ф. Суворов // Материалы III Международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими». ? Новочеркасск, 2003. Часть 2.? С. 56-58.

5. Портнягин, А.В. Влияние выбега при трехфазном замыкании в сети 0, 38 кВ [Текст] / А.В. Портнягин, И.Ф. Суворов // Тезисы докладов второй межрегиональной научно-практической конференции "Энергетика в современном мире". ? Чита: ЧитГУ, 2003.? С. 50-52.

6. Портнягин, А.В. Электромагнитная совместимость устройств защитного отключения электродвигателей и электрической сети [Текст] / А.В. Портнягин, И.Ф. Суворов // Материалы Международной начно-технической конференции «Электроэнергетика и будущее цивилизации». ? Томск, 2004.? С. 146-148.

7. Портнягин, А.В. Влияние коммутационных перенапряжений в сети 0, 4 кВ на работу устройств защитного отключения электродвигателей [Текст] / А.В. Портнягин, И.Ф. Суворов // Тезисы докладов IV-ой межрегиональной научно-практической конференции «Кулагинские чтения». ? Чита: ЧитГУ, 2004.? С. 196-199.

8. Портнягин, А.В. Влияние качества электроэнергии на работу фильтров симметричных составляющих [Текст] / А.В. Портнягин, И.Ф. Суворов // Сборник трудов V Международной научно-технической конференции «Эффективность и качество электроснабжения промышленных предприятий». ? Мариуполь, 2005.? С. 107-108.

9. Портнягин, А.В. Влияние несинусоидальности на работу фильтров напряжения обратной последовательности [Текст] / А.В. Портнягин, И.Ф. Суворов // Электрика.? 2005.?№11.? С. 22-24.

10. Портнягин, А.В. Электромагнитная обстановка в сети с электродвигательной нагрузкой 0, 4 кВ [Текст] / А.В. Портнягин, И.Ф. Суворов // Тезисы докладов V всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения». ? Чита: ЧитГУ, 2005.? С. 159-163.

11. Портнягин, А.В. Математическое моделирование электромеханических процессов в асинхронном электродвигателе [Текст] / А.В. Портнягин, И.Ф. Суворов // Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике» Том 3.? Ульяновск, 2006.? С.168-171.

12. Портнягин, А.В. Использование адаптивной защиты электродвигателей для обеспечения ЭМС в сети 0, 4 кВ [Текст] / А.В. Портнягин, И.Ф. Суворов // Сборник докладов «Девятой Российской научно-технической конференции по электромагнитной совместимости (ЭМС-2006)».? С?Петербург: ВИТУ, 2006.? С. 162-165.

13. Суворов, И. Ф. Применение адаптивных защит ответвления «коммутационный аппарат - электродвигатель» с опережающим контролем изоляции [Текст] / И. Ф. Суворов, А.В. Портнягин, В.И. Петуров, В.А. Пономарев // Сборник материалов III всероссийской научно-практической конференции (с международным участием) «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии». ? Челябинск, 2006.? С. 59-62.

14. Пат. 2294586 Российская Федерация, МПК Н02Н 7/08. Устройство для защиты электродвигателя от неполнофазных режимов и перегрузки/ Портнягин А.В., Суворов И.Ф., Коряков Д.В., Матвеев С.В. ; заявитель и патентообладатель ЧитГУ.?№ 2005116193/09; заявл. 27.05.05 ;опубл. 27.02.07, Бюл. №6.? 7 с.:ил.

15. Пат. 2302691 Российская Федерация, МПК Н02Н 7/08. Способ защиты асинхронного электродвигателя от аварийных режимов/ Портнягин А.В., Суворов И.Ф., Пономарев В.А. ; заявитель и патентообладатель ЧитГУ.?№ 2005138203/09; заявл. 08.12.05 ;опубл. 10.07.07, Бюл. №19.?7 с.:ил.

Размещено на Allbest.ru

...