Введение к работе
Актуальность проблемы. Современный этап развития электроэнергетики в странах СНГ характеризуется резким замедлением темпов ееодэ нових мощностей и интенсивным старением находящегося в эксплуатации оборудования, которое своевременно не заменяется. Нарушаются графики и ухудшается качество профилактических ремонтов. В указанной ситуации возрастают роль релейной защиты (РЗ) и требования к ней. В первую очередь это относится к защитам электродвигателей (ЭД) напряжением вше 1 кВ, т.к. они составляют подавляющее большинство всех высоковольтных электроустановок. Директивные материалы не нормируют обеспечение ЭД полноценной РЗ. Не предусматривается оборудование асинхронных двигателей (АД) защитами от затянувшегося пуска, опрокидывания, заклинивания ротора, витковых замыканий (ВЗ) и эксцентриситета ротора (ЭР) несмотря на то, что число аварий, происходящих по указанным причинам, значительно. На некоторых электростанциях частота аварий только по причине эксцентриситета достигает четырех в год. Появившиеся в последние годы чувствительные защиты от ВЗ не снабжены устройствами для определения места повреждения и содержат ненадежно элементы, исправность которых не контролируется в процессе работы. В связи с эим совершенствование защиты ЭД представляет собой актуальную задачу.
Совершенствование защиты ЭД от внутренних повреждений может производиться как за счет увеличения количества информации о состоянии защищаемого двигателя путем встраивания в него датчиков нетрадиционных для РЗ типов - индукционных измерительных преобразователей, герконов, и т.д., так и за счет применения более тонких методов выделения нужной информации из сигналов традиционных датчиков в комплексе с применением более сложных алгоритмов обработки полученной информации.
Исследования по теме диссертации выполнялись в соответствии с целевой программой Госкомобр СССР по проблеме "Разработка методов и средств экономии всех видов ресурсов (Экономия электроэнергии, направление 2)", отраслевыми планами Минэнерго СССР и КазССР и тематикой работ научно-исследовательского сектора КазГТУ.
Цель работы - повышение технического совершенства защиты асинхронных двигателей путем создания новых и совершенствования известных защит, способных фиксировать повреждения, не распозна-
ваемые традиционными защитами.
Задачи исследований :
создание устройства защиты АД от. ненормальных режимов - затяжного пуска, опрокидывания и заклинивания ротора - Оез использования тахогенератора;
разработка устройств защиты от ВЗ, способных практически одновременно с отключением поврежденного АД указать место повреждения осмотки статора;
определение области применения защиты от ВЗ на кольцевом измерительном преобразователе (КИП) в качестве защиты от замыканий на землю (33);
выявление наиболее информативных признаков появления эксцентриситета в работающем АД и на этой основе создание пригодного для серийного производства устройства защиты АД от эксцентриситета ротора.
Методы исследований. При решении поставленных задач использовались фундаментальные положения теории релейной защиты, теоретических основ электротехники, прикладной математики и электрических машин, а также метода физического и математического моделирования и метод натурного эксперимента.
Научная новизна работы
1. Предложено для построения защиты АД от опрокидывания, затя
нувшегося пуска и заклинивания ротора использовать зависимость
частоты зуоцовой гармоники ротора от скольжения, получая инфор
мацию с помощью КИП, установленного в зоне лобовых частей обмотки
статора.
-
Показано, что защита от ВЗ с КИП обладает достаточной чувствительностью к замыканиям обмотки статора АД на землю, если мощность двигателя не превышает 250...630 кВт, а ток 33 сети превосходит 25...16 А.
-
Разработаны способы и устройства на индукционных датчиках и герконах, определяющие поврежденную секцию обмотки статора АД в момент отключения ВЗ по изменению напряженности магнитного поля в зоне ее лобовых частей. Экспериментально доказано, что параметры герконов, применяемых, в этих устройствах, при воздействии на них магнитных полей, созданных токами повреаденных ЭД, находятся в пределах, позволяющих использовать их в качестве измерительных органов защит.
-
Предложено выявлять эксцентриситет ротора в работающем АД путем контроля соответствующих гармоник напряженности магнитного поля в торцевой зоне АД или огибающей тока статора АД. Разработаны устройства защиты, реализующие эти способы. Получены формулы для расчета уставок защиты.
-
Дана методика расчета блока питания для устройств защиты, в которой параметры трансформатора и выпрямителя- определяются аналитически как функции размеров магнитопровода.
Практическая ценность работы
-
Дополнение защиты от ВЗ на КИП новыми блоками позволяет выявлять затянувшийся пуск АД, опрокидывание, заклинивание ротора и его эксцентриситет, а также повысить надежность функционирования. Учет рекомендаций работы по использованию защиты от ВЗ на КИП в качестве защиты от 33 (корпус) на этапе проектирования электроустановок в ряде случаев дает возможность удешевить их РЗ.
-
Создано пригодное для серийного производства устройство защиты от эксцентриситета, способное выявлять в работащем АД радиальный сдвиг ротора, превышающий 0,7...0,8 номинального воздушного зазора, и не требующее использования нетрадиционных датчиков.
-
Разработанные способы и устройства быстрого обнаружения поврежденной секции в работающем АД позволяют увеличить срок службы двигателя и уменьшить время и стоимость послеаварийных ремонтов.
-
Предложенная методика расчета блока питания для устройств защиты позволяет полностью автоматизировать расчет с помощью простейших средств вычислительной техники, а при применении в условиях дефицита магнитопроводов - еще и повысить его точность.
Реализация результатов работа
32 комплекта защиты от эксцентриситета ротора внедрено на двигателях собственных нужд Павлодарской ТЭЦ-3, 10 комплектов этой зга защиты установлено в опытную эксплуатацию на ТЭЦ-2. К защите представляются :
Принцип выделения информации о скорости вращения ротора АД из сигнала КИП, алгоритм ее обработки и устройство защиты от ненормальных режимов на их основе; методика оценки чувствительности защиты от ВЗ на КИП к замыканиям на землю; принципы получения информации о величине эксцентриситета ротора в работающем АД и устройства, их реализующие; новые способы и устройства, опреде-
ляющие поврежденную секции обмотки статора АД; результаты экспериментальных исследований свойств герконов; методика расчета блоков питания устройств РЗ.
Апробация работы. Диссертация и отдельные разделы работы докладывались и обсувдались на:
Всесоюзной конференции "Современные методы и средства быстродействующего преобразования режимных параметров энергосистем" (г.Челябинск, 1991 г.); XIV сессии семинара ученых-энергетиков СНГ "Кибернетика электрических систем" по тематике "Диагностика электрооборудования" в Новочеркасском политехническом институте (1992 г.); расширенном заседании кафедры "Электрические станции" КазГГУ (г.Павлодар, 1994 г.); заседании секции "Электротехника" Ученого Совета Казахского научно-исследовательского института энергетики (г. Алматы, 1995 г.).
Публикации. Содержание диссертации отражено в трех статьях, опубликованных центральными журналами, и в семи авторских свидетельствах на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, которые изложены на 99 страницах машинописного текста и иллюстрируются 49 рисунками и тремя таблицами на 36 страницах, списка литературы из 106 наименований и семи приложений на 54 страницах, содержащих в основном материалы, относящиеся к практической реализации и внедрению результатов работы.
Похожие диссертации на Совершенствование защит асинхронных двигателей от внутренних повреждений
