Введение к работе
Актуальность темы. В системах электроснабжения собственных нужд (с.н.) электрических станций и промышленных предприятий широко применяются асинхронные двигатели (АД) с короткозамкнутым ротором единичной мощностью 200 - 8000 кВт на напряжения 6 - 10 кВ и до 200 кВт на напряжения 380 - 500 В. В таких системах электроснабжения часто возникают режимы работы, когда имеет место несимметрия фазных и линейных напряжений. При этом наибольшую опасность для АД представляют напряжения и токи обратной последовательности, так как они вызывают дополнительный нагрев обмотки статора и ротора АД, что может привести к выходу последних из строя. Наибольшую опасность для АД представляют неполнофазные режимы при полностью оборванной одной из фаз питающего напряжения. Длительная работа АД в этом режиме не допускается из-за дополнительного нагрева обмотки статора и ротора и возможного повреждения АД.
Для рассматриваемых систем электроснабжения в ПУЭ не предусматривается защита от неполнофазных режимов АД, хотя опыт эксплуатации указывает на её крайнюю необходимость. Кроме того, отсутствие защита от этих режимов на пуско-резервных трансформаторах может привести к затяжному самозапуску двигателей в случае автоматического переключения питания на трансформатор с неполнофазным питанием. Возникают также затруднения с выборам уставок по времени защит АД от неполнофазного режима (НПР). Положительный опыт эксплуатации защиты АД от НПР, основанной на использовании токов обратной последовательности, имеется (Гимоян Г.С. и др.), однако такая аппаратура серийно не выпускается.
Известные расчетные методы анализа неполнофазных режимов (Чернин А.Б., Авербух A.M., Лосев СБ., Адонц Г.Т., .Путинский Я.Н., Сыромятников И.А., и др.) основаны на ряде допущений и не позволяют с достаточной точностью определить потери и нагрев обмоток статора и ротора, особенно для глубокопазных АД, параметры которых из-за вытеснения тока в роторе зависят от частоты тока в роторе и уровня напряжения. Таким образом для систем электроснабжения с глубокопазными АД совершенствование методов расчета и устройств релейной защиты (РЗ) от неполнофазных режимов является актуальным. Особую актуальность эти вопросы представляют для Сирийской Арабской Республики (САР), в которой находятся в эксплуатации блоки 200 и 300 МВт и довольно часто возникают несимметричные и неполнофазные режимы в системах рабочего и, особенно, резервного питания собственных нужд. В ряде других стран США, Франция, Япония и др. защита от НПР высоковольтных АД выполняется, как правило, в составе комплексных микропроцессорных устройств.
Связь работы с научными программами, планами. Работа соответствует тематика научно-исследовательских работ кафедры электрических
станций ДонГТУ. Автор принимал участие в выполнении госбюджетной темы Н-7-9 «Разработка математической модель электрической станций для анализа токов короткого замыкания».
Цель и задачи исследования. Цель работы - Повышение надежности работы систем электроснабжения с.н. электрических станций при возникновении неполнофазных режимов за счет совершенствования методов анализа и устройств защиты от этих режимов глубокопазных АД и питающих трансформаторов.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
-
Разработка метода определения параметров схем замещения АД собственых нужд электрических станций для анализа неполнофазных режимов по исходным каталожным или экспериментальным данным.
-
Разработка метода расчета потерь и температуры нагрева обмоток АД в несимметричных и неполнофазных режимах с учетом эффекта вытеснения тока в роторе
-
Разработка математической модели для анализа поведения группы АД при неполнофазном режиме.
-
Анализ режимов пуска и группового самозапуска АД при неполнофазных режимах в питающей сети.
-
Разработка устройств РЗ от обрыва фазы в питающей сети для АД и для питающих двигательную нагрузку трансформаторов.
Методы исследования. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории режимов работы электрических систем и электростанций, теории переходных и стационарных релашов работы машин переменного тока, на основах теории РЗ элементов электроэнергетических систем, численных методах анализа и вычислительной техники в системах электроснабжения. Экспериментальные исследования выполнены, с применением апробированных методов обработки данных.
Научная новизна полученных результатов:
-
Установлена взаимосвязь между каталожными данными и параметрами схемы замещения глубокопазного АД для анализа неполнофазных режимов в электрических системах, при этом параметры находят из условия наилучшего совпадения исходных и расчетных пусковых характеристик двигателя, найденных с учетом потерь в стали и эффекта вытеснения тока в роторе.
-
Разработана математическая модель многомашинной системы электроснабжения с.н. электростанций, отличающаяся использованием в ней схем замещения АД, синтезированных по частотным характеристикам входных проводимостей, и позволяющая выполнять анализ поведения двигателей в неполнофазных режимах на основе расчетных значений напряжений и токов прямой, обратной и нулевой последовательностей в любой точке сети и в питающих трансформаторах, а также токов и потерь мощности в АД.
. 3. Установлены зависимости допустимой длительности работы
асинхронных электродвигателей в несимметричных режимах в функции токов и напряжений обратной последовательностей, коэффициентов загрузки и параметров питающей сети.
-
Предложен новый принцип действия релейной защитой (РЗ) асинхронных двигателей с.н. 6кВ от неполнофазных режимов, основанный на контроле суммы и разности фазных токов АД, отличающийся более высокой чувствительностью и требующий контроля токов только в двух фазах.
-
Предложен принцип выявления неполнофазного режима пуско-резервного трансформатора, основанный на контроле тока и напряжения в цепи заземления нейтрали обмотки высокого напряжения и позволяющий снизить токи обратной последователностн в асинхронных двигателях собственных нужд при обрыве фазы в питающей сети за счет автоматического включения короткозамыкателя в цепи нейтрали трансформатора.
Практическое значение полученных результатов.
-
Математическая модель позволяет выполнить анализ неполнофазных режимов с.н. тепловых электростанций (ТЭС) с блоками единичной мощностью 200 - 300 МВт и определить допустимую длительность работы АД в неполнофазных режимах по условиям нагрева, а также рассчитать уставки устройств РЗ и автоматики.
-
Результаты анализа для с.н. блоков 200 и 300 МВт., представляют интерес для научных работников и инженерно-технического персонала проектных организаций и электростанций Сирийской Арабской Республики и других государств, занимающихся вопросами проектирования и эксплуатации электростанций с блочными агрегатами указанной выше мощности.
-
Приведены в работе схемы устройств РЗ от неполнофазного режима могут быть применены на электростанциях и на промышленных предприятиях для повышения надежности работы систем электроснабжения с АД.
Математическая модель для анхтиза неполнофазных режимов используется в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов студентами специальности Электрические станции. Документация по схеме и устройствам РЗ и автоматики переданы на электрические станции системы "Донбассэнерго" для внедрения.
Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались на пятой международной научно-технической конференции "Контроль и управления в складних системах" (Украина, г. Винница, 3-5 февраля 1999г.), XXI сессии семинара "Кибернетика электрических систем" по тематике "Электроснабжение промышленных предприятий" (Россия, г. Новочеркасск, 5-8 октября 1999г.) и международной научно-технической конференции "Управление режимами работы объектов электрических систем -2000" (Украина, г. Донецк 5 - 7 сентября 2000г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях аспирантов электротехнического факультета ДонГТУ, 1997-1999г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 4 в ведущих научных изданиях Украины.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов, списка использованных источников из 118 наименований, в том числе 68 рисунков и 30 таблиц и приложения на 46 страницах. Основное содержание диссертации изложено на 135 стр.
