Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Трехфазные электродвигатели переменного тока напряжением до 1 кВ и 6-10 кВ являются наиболее широко распространенными преобразователями электрической энергии в механическую. Среди них особое место занимают простые по конструкции, удобные в эксплуатации, допускающие прямой пуск и самозапуск трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором (АД), являющиеся наиболее массовой продукцией электромашиностроения. Асинхронные электроприводы в странах бывшего СССР составляли около 95 % от общего числа электроприводов, а АД потребляли более половины производимой электроэнергии. Объем выпуска АД в 1990 г. составлял около 10 млн. штук в год.
Эксплуатационная надежность АД невысока и по некоторым данным около 92 % из числа изготовленных за год двигателей напряжением до 1 кВ выходило из строя, а на ремонт расходовались 80 % стоимости выпускаемых двигателей.
Эффективным путем повышения эксплуатационной надежности АД является создание защитно-диагностических устройств. Указанные устройства позволят реализовать новую концепцию защиты электродвигателей: отключать поврежденные АД от сети, предотвращать их повреждение в анормальных режимах и распознавать повреждения на ранней стадии их развития.
Актуальность работы подтверждается се выполнением по программе Минобразования РФ «Системы контроля и управления процессами в атомной энергетике и разработке газовых месторождений», по заданиям ОАО «Севка-вэлектроремонт» и ОКТБ «Старт», по плану госбюджетных НИР НГТУ-ЮРГТУ(НПИ).
ЦЕЛЬ РАБОТЫ — разработка устройства защиты и диагностики и алгоритмов функционирования защитно-диагностических устройств АД. Для
ПЛЛТІІЧ'ЛІЛІСТ ЧМГаТOTITIC*ТІ ТТГ»ТТТТ ГЧОТТТОТГЧТПСТ ГЧТ/іТГЧГЇ/ЧТТТТХГ» Г>ОТТПГГТ1*
- разработка тензорной модели АД и ее сопоставление с известными моделями в различных системах координат;
разработка упрощенной тензорной модели ЛД, использующей операторные изображения электрических величин;
выявление признаков неуспешного, главным образом, затянувшегося пуска АД без использования датчика частоты вращения ротора;
- разработка устройства контроля состояния активной стали сердечников статоров АД мощностью до 100 кВт;
- разработка методики синтеза обобщенных алгоритмов распознавания
анормальных и аварийных режимов работы АД программируемыми защит
но-диагностическими устройствами.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. При решении описаїшьіх задач использовались методы тензорного и операционного исчисления, технической диагностики, релейной защиты, теоретических основ электротехники, математического моделирования, системные методы решения дифференциальных уравнений, методы оптимизации (в частности, динамическое программирование), натурный, вычислительный, лабораторный эксперименты и др.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА состоит в следующем.
-
Установлены условия, при которых единое тензорное уравнение АД приводится к виду, соотетствующему общепринятым моделям в ортогональных системах координат.
-
Получена тензорная модель АД с использованием операторного изображения электрических величин.
-
Выявлен общий признак несостоявшегося и затянувшегося пусков -непревышение в течение заданного времени частотой свободной медленно-затухающей составляющей тока статора АД значения, определяемого наихудшими условиями нормального пуска.
-
Предложена методика синтеза обобщенных алгоритмов распознавания анормальных и аварийных режимов работы АД программируемым защитно-дйагностйческйм устройством, иоЗйрующаяся на методе динамического программирования с использованием информационных признаков, которые принимают множества дискретных значений различной мощности.
-
Упрощенная тензорная модель АД с использованием операторного изображения электрических величин позволяет определить параметры свободных составляющих тока статора. Указанные параметры используются при расчете уставок защиты от затянувшегося пуска АД.
-
Установка и методика контроля состояния активной стали статора АД позволяет выявлять непригодные для ремонта сердечники статоров, что исключает неокупаемые затраты на материалы и изготовление обмоток статоров таких электродвигателей.
-
Защита от затяігувшегося пуска АД уменьшает перегрев обмоток статоров и роторов АД в указанном режиме, что снижает аварийность двигателей.
-
По предложенной методике синтеза обобщенных алгоритмов распознавания разработана программа синтеза обобщенных алгоритмов.
-
Обобщенные алгоритмы распознавания анормальных и аварийных режимов работы АД могут быть положены в основу программного обеспечения трех классов защитно-диагностических устройств АД, отличающихся требованиями к надежности.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Установка и методика контроля состояния активной стали статоров АД внедрена в ОАО «Севкавэлек-троремонт» (г. Ростов-на-Дону) и успешно используется более трех лет. Защита от затянувшегося пуска АД передана для опытной эксплуатации ОАО «Невинномысская ГРЭС». Обобщенные алгоритмы распознавания анормальных и аварийных режимов АД были использованы ОКТБ «Старт» (г. Новочеркасск) при выполнении проектов по защите автономных электроэнергетических систем.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные материалы и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XV (1993г.), XVI (1994 г.), XVTTIЛ ччв г ч> ХїХ і і QQ7 г "і XX (' I ччх г \ ххт л ччч г л гм-гиях Всероссий-ского научного семинара «Кибернетика электрических систем» по тематикам «Электроснабжение промышленных предприятий» и «Диагностика электро- '
оборудования», г. Новочеркасск; на семинарах - совещаниях начальников служб РЗА АО-энерго, начальников электролабораторий электрических станций, ведущих специалистов РЗА ОЭС Северного Кавказа (г. Пятигорск, 1996-1999 гг.), на кафедре «Электрические станции» Донецкого государственного технического университета (Республика Украина, г. Донецк, 1999 г.).
ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание диссертации опубликовано в 11 печатных работах, а также в 5 отчетах НИР.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из наименований и приложений. Общий объем работы стр. текста, рисунков и стр. приложений.