Содержание к диссертации
Введение
1. Эффективность функционирования релейной защиты высоко вольтных электродвигателей 10
1.1. Анализ параметров обмотки статора электродвигателей, эксплуатируемых на мощных тепловых электростанциях 10
1.2. Сравнение эффективности функционирования существующих защит электродвигателей при междуфазных замыканиях в обмотке статора 14
1.2.1. Токовая отсечка 14
1.2.2. Дифференциальная токовая защита на реле РНТ 18
1.2.3. Дифференциальная токовая защита на реле ДЗТ 26
1.2.4. Другие защиты 34
1.3. Сравнительный анализ существующих средств релейной защиты при витковых замыканиях в обмотке статора 35
1.4. Выводы 40
2. Исследование и анализ токов при замыканиях в обмотке статора асинхронного двигателя 42
2.1. Предварительные замечания и допущения 42
2.2. Разработка способа анализа трехфазной системы токов на основе метода симметричных составляющих 46
2.3. Исследование величин и фаз токов обмотки статора 53
2.3.1. Установка для экспериментальных исследований 53
2.3.2. Величины и фазы токов при междуфазных замыканиях . 55
2.3.3. Величины и фазы токов при витковых замыканиях 61
2.3.4. Анализ токов при междуфазных коротких замыканиях с помощью теории планирования эксперимента 64
2.4. Выводы 72
3. Исследование и разработка защиты электродвигателя при мевдшзных замыканиях в обмотке статора 74
3.1. Дифференциально-фазная токовая защита двигателя 74
3.1.1. Выбор принципа выполнения и построения схемы реле 74
3.1.2. Разработка фазовых характеристик реле 79
3.2. Токовая защита с фазным торможением 90
3.2.1. Построение схемы реле 90
3.2.2. Тормозные характеристики реле 92
3.3. Испытание защит в переходных режимах пуска электро двигателя и при междуфазных замыканиях в обмотке статора 98
3.3.1. Установка для испытаний 98
3.3.2. Испытание дифференциально-фазной токовой защиты.. 100
3.3.3. Испытание токовой защиты с фазным торможением . 108
3.4. Выводы ИЗ
4. Исследование и разработка защиты электродвигателя при витковых замыканиях в обмотке статора 117
4.1. Защита при витковых замыканиях с использованием фильтров тока и напряжения обратной последовательности 117
4.1.1. Разработка принципа выявления межвитковых замыканий в обмотке статора 117
4.1.2. Фильтр тока обратной последовательности с малым током небаланса 121
4.1.3. Построение схемы токовой фильтровой защиты с неза висимой выдержкой времени 130
4.2. Защита при витковых замыканиях с использованием ферромагнитных преобразователей тока и напряжения.. 132
4.2.1. Применение ферромагнитных преобразователей тока для выявления малых несимметрий токов 132
4.2.2. Разработка схемы селективной защиты двигателя при витковых замыканиях с использованием ФПТ и ФПН 142
4.3. Испытание разработанных устройств в переходных режимах пуска двигателя при внешних и внутренних несимметричных КЗ 145
4.4. Выводы 147
Литература
- Анализ параметров обмотки статора электродвигателей, эксплуатируемых на мощных тепловых электростанциях
- Разработка способа анализа трехфазной системы токов на основе метода симметричных составляющих
- Дифференциально-фазная токовая защита двигателя
- Защита при витковых замыканиях с использованием фильтров тока и напряжения обратной последовательности
Введение к работе
Бурное развитие энергетики СССР в соответствии с решениями ХХІУ, ХХУ и ХХУІ съездов КПСС привело к появлению большого числа районных тепловых электрических станций (ТЭС) с блоками 300 МВт и теплоэлектроцентралей с генераторами до 250 МВт [i] . Как показывают исследования [2,3] и опыт эксплуатации [4-8] , устройства релейной защиты (УРЗ) некоторых электродвигателей установок собственных нужд (СН), например, приводов питательных электронасосов (ПЭНов) на этих станциях не удовлетворяют предъявленным требованиям чувствительности и устойчивости функционирования. Токовые защиты недостаточно чувствительны к междуфазным коротким замыканиям (КЗ) в обмотке статора. Специальные защиты от витковых КЗ не применяются, так как известные способы их выполнения весьма сложны, а появившиеся в последние годы простые способы еще не исследованы.
Недостаточная чувствительность УРЗ двигателей приводит к значительным повреждениям их обмоток, перерасходу обмоточного материала, увеличению сроков и затрат на послеаварийный ремонт. Излишние, срабатывания УРЗ двигателей, особенно на ТЭС блочного типа, ведут к длительному простою неповрежденного оборудования, снижают надежность электроснабжения и наносят значительный народнохозяйственный ущерб. Таким образом, разработка и исследование новых УРЗ с повышенной устойчивостью функционирования для электродвигателей является актуальной задачей, связанной с задачами экономического и социального развития СССР на І98І-І985 годы, утвержденными на ХХУІ съезде КПСС [9] .
Цель работы заключается в разработке и исследовании УРЗ с повышенной устойчивостью функционирования для электродвигателей. В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие
основные задачи:
определение величин и фаз токов при различных замыканиях в обмотке статора;
разработка математических моделей устройств защиты для анализа их поведения в различных режимах;
исследование и внедрение устройств с повышенной устойчивостью функционирования при междуфазных и витковых замыканиях в обмотке статора.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались: теория электрических цепей, теория планирования эксперимента, математическое и физическое моделирование, элементы аппарата теории релейных устройств, а также экспериментальные исследования в лабораторных и эксплуатационных условиях.
Научная новизна работы:
определены соотношения величин и фаз токов и симметричных составляющих токов при замыканиях в обмотке статора асинхронного электродвигателя;
предложен метод расчета симметричных составляющих токов в сети с изолированной нейтралью;
получены фазовые характеристики дифференциально-фазной токовой зашиты и тормозные характеристики токовой защиты с фазным торможением;
показано, что дифференциально-фазная токовая защита обладает достаточной устойчивостью функционирования в переходных режимах работы электродвигателя;
разработана математическая модель реле тока обратной последовательности;
- обоснована возможность использования ферромагнитных преоб
разователей тока и напряжения для создания чувствительной защиты
от витковых замыканий.
Практическая ценность работы:
предложена методика инженерного расчета симметричных соста*-вляющих токов в сети с изолированной нейтралью;
разработана и внедрена дифференциально-фазная токовая защита электродвигателя, удовлетворяющая предъявляемым требованиям к защите мощных электродвигателей; ее новизна подтверждена авторским свидетельством;
повышена чувствительность токовой защиты путем введения фазного торможения (защищено авторским свидетельством);
разработано реле тока обратной последовательности с малым током небаланса, позволяющее уменьшить потребление в токовых цепях и повысить чувствительность (защищено авторским свидетельст^-вом);
созданы и внедрены чувствительные защиты от витковых замыканий; их новизна и полезность подтверждена тремя авторскими свидетельствами.
Реализация результатов работы. На основе результатов прове-веденных исследований разработаны устройство дифференциально- фазной токовой защиты, устройство токовой защиты с фазным торможением и устройство защиты от витковых замыканий. Эти устройства внедрены в эксплуатацию на электростанциях Павлодарэнерго. Суммарный экономический эффект за время эксплуатации с 1979 года составил 42823 руб(форма № 4-нт( перечень)).
На опытно-экспериментальном заводе в КазГУ проведена опытно--конструкторская разработка технической документации и изготовлено 15 комплектов дифференциально-фазной токовой защиты. Комплект дифференциально-фазной токовой защиты экспонировался на ВДНХ СССР в 1982 г. и удостоен бронзовой медали ВДНХ СССР.
Основные положения, выносимые на защиту:
математическая модель дифференциально-фазной токовой защиты двигателя;
методика и кривые для инженерного расчета симметричных составляющих токов в сети с изолированной нейтралью;
математическая модель реле тока обратной последовательности с малым током небаланса;
результаты исследования разработанных устройств дифференциально-фазной токовой защиты, токовой защиты с фазным торможением и реле тока обратной последовательности в установившихся и переходных режимах работы двигателя.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на:
Республиканском научно-техническом совещании "Повышение надежности Объединенной энергосистемы Северного Казахстана", г.Ермак, 1976 г.;
Республиканской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. г.Павлодар, 1979 г.;
ежегодных научно-технических конференциях Павлодарского индустриального института, 1976-1983 гг.;
научных семинарах кафедры "Электрические станции" Томского политехнического института, 1977-1983 гг.;
научных семинарах кафедры "Электрические станции" Новосибирского электротехнического института, 1983-1984 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе получено 7 авторских свидетельств на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и четырех приложений. Работа содержит 98 страниц основного текста, 54 рисунка, 13 таблиц и список литературы из 109 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность кандидату технических наук, доценту Томского политехнического института Лисецкому Николаю Владимировичу за научное руководство и кандидату технических наук, доценту Павлодарского индустриального института Богдану Александру Владимировичу за содержательные научные консультации.
Анализ параметров обмотки статора электродвигателей, эксплуатируемых на мощных тепловых электростанциях
На мощных тепловых электростанциях применяются крупные асинхронные электродвигатели мощностью от 200 до 8000 кВт с номинальным напряжением б кВ [4].
В процессе эксплуатации электродвигателей в них возможны повреждения различных видов. Повреждаемость электродвигателей вызывается старением изоляции обмоток, дефектами заводского изготовления, попаданием влаги и масла, коммутационными перенапряжениями, некачественным ремонтом, а также неправильным обслуживанием [4,Ю] .
Распределение повреждений по отдельным узлам, например, асинхронных двигателей изменяется в зависимости от условий их применения, однако наибольшее число повреждений приходится на обмотку статора. В среднем из-за повреждений обмоток двигателей происходит 85-95% отказов [її]
По характеру повреждений обмоток отказы асинхронных электродвигателей единой серии распределяются следующим образом: межвит-ковые замыкания - 93%, повреждения междуфазовой изоляции - 5%, пазовой изоляции - 2%. Таким образом, в подавляющем большинстве случаев причиной отказов является повреждение межвитковой изоляции [її] .
Следует иметь в виду, что при наличии параллельных ветвей в обмотке короткое замыкание в одной из ветвей фазы (при значительной числе замкнувшихся витков) может вызвать нагрев и другой ветви, не имеющей короткого замыкания l2] . Необходимо учитывать, что обслуживание крупных ответственных машин обычно поставлено лучше, чем мелких, и работают они в относительно лучших условиях. В таких двигателях витковые замыкания возникают реже [J3J .
Обмотка электродвигателя - в принципе,изделие ремонтируемое р4] . У мелких машин обмотка, в случае ее отказа, должна быть заменена, т.е. фактически изготовлена заново. При этом вместе с поврежденной частью обмотки уничтожается и неповрежденная, что приводит к колоссальным потерям обмоточного материала и увеличению в целом затрат на восстановительный ремонт. Поэтому в настоящее время обмотки ряда электрических машин рассматриваются как неремонтируемые р4] , ввиду того, что применяемый контроль и защита от межвитковых- коротких замыканий практически не дает результатов, а повреждения междуфазовой и пазовой изоляции обычно возникают как следствие межвитковых замыканий и представляют развитие последних pi] . Обмотка статора у такого отключенного электродвигателя, после ступенчатого развития замыканий, повреждается почти полностью.
Чувствительность специальной защиты к витковым замыканиям в обмотке статора должна быть очень высокой. Это требование вытекает из того, что из-за конструктивных особенностей у некоторых двигателей может замыкаться максимум 1-2 витка.
На основе асинхронных электродвигателей механизмов собственных нужд блоков 300 МВт Ермаковской ГРЭС проведен анализ обмоточных данных. На каждом из восьми блоков установлено по 32 двигателя напряжением б кВ и по 34 двигателя - 0,4 кВ, считая электродвигатели мощностью 4 кВт и выше. Все высоковольтные двигатели и самые мощные низковольтные сведены в таблицу I.I с указанием мощности и основных параметров обмотки: числа витков в фазе - Ncp » числа витков в секции - \L ; доли витков в секции по отношению к числу витков фазы - Nc/ Ncp , и доли одного витка по отношению к виткам фазы - 1/К1ф.
Обмотки статоров двигателей каждого типа отличаются количеством витков, шагом по пазам, типом исполнения: - в одну или две параллели и т.д. Вероятно, повреждение изоляции обмотки статора может произойти в любом месте: в лобовой части, в пазу и при выходе ее из паза. Однако опыт эксплуатации и данные ремонтных организаций свидетельствуют о наиболее частых случаях повреждения изоляции в местах выхода ее из паза [10] , так как в этом месте возникают наибольшие механические напряжения в изоляции при нагрузках на лобовые части: - пуск, самозапуск и внешнее КЗ. Нарушение межвитковой изоляции (витковое замыкание) может произойти в одной секции или в нескольких (если секции одной фазы располагаются в одном пазу). Межслойная изоляция обмоток выполняется на ступень выше межвитковой и поэтому повреждение межвитковой изоляции наиболее вероятно в одной секции.
На основе анализа обмоточных данных двигателей, приведенных в таблице I.I, установлено, что у рассмотренной категории двигателей максимально-возможное число замкнувшихся витков составляет: 13 витков для высоковольтных и 40 витков для низковольтных. В процентах к числу витков фазы это составляет соответственно - 8$ и Ъ%. У самого мощного электродвигателя АВ-8000 в секции всего два витка, но это уже 6% от витков фазы. Обмотка двигателя АВ-8000 двухслойная. Межвитковая изоляция может повреждаться еще и между различными секциями одной фазы, которые уложены в одном пазу.Для каждой из фаз этого двигателя имеется по два таких паза, где могут замыкаться витки одной секции с другой. Учитывая точное расположение витков по пазам, определено,что в этом случае могут замыкаться от 15 до 19 витков - это 47+57% от числа витков фазы.
Для электродвигателя АВ-8000 установлено, что, считая от нулевых выводов, минимальное число замкнувшихся витков (при двухфазном КЗ) составит в одной фазе - 3%, а в другой - 13%. Максимальное число замкнувшихся витков - 81% в одной фазе и 97% в другой. Следовательно, междуфазные замыкания могут происходить в любой части обмотки статора.
Разработка способа анализа трехфазной системы токов на основе метода симметричных составляющих
Задача изучения режимов работы электрических машин в настоящее время приобрела особое значение в связи с ростом мощности электрических машин и той ответственностью, которая во всех отраслях техники возлагается на них. Умение точно рассчитывать основные параметры в различных режимах работы машины имеет большое значение в теории и практике электрических машин переменного тока
Электрическая машина переменного тока характеризуется сложной совокупностью электромагнитных полей в средах с различной магнитной проницаемостью и проводимостью. Все это приводит к тому, что при исследовании машин приходится пользоваться упрощенной картиной электромагнитных полей. При этом насыщение ферромагнитных частей совсем не учитывается или учитывается приближенно, трехмерное поле заменяется двухмерным и т.д. Несмотря на приближения,современная теория машин переменного тока достаточно точно предопределяет поведение машин в различных режимах [75, 76].
В последние годы продолжается развитие теоретических и экспериментальных методов исследования параметров электрических машин переменного тока на базе современной математики и новых способов измерений. Получили распространение частотные методы исследования параметров и характеристик электрических машин J76] . Можно составить систему уравнений, описывающих электромагнитное поле в электрической машине в целом. Однако для аналитического решения она слишком сложна [77] .Поэтому в теории электрических машин явления в машинах описываются с помощью уравнений электрических и магнитных цепей, параметры которых рассчитываются на основе упрощенного представления поля. Такое представление базируется на системе допущений, позволяющих радикально упростить задачу и определить поле аналитически. Эти допущения сводятся к тому, что область поля электрической машины разбивается условными границами на ряд локальных областей (ярма, зубцы, пазы с проводами, зазор, торцевые части). В некоторых случаях независимо рассматриваются составные части магнитного поля, даже если они существуют в одной и той же области (например, поле рассеяния - независимо от поля взаимной индукции и т.д.).
На основе этих допущений методики расчета позволяют получить удовлетворительные результаты при умеренных электромагнитных нагрузках. Во многих случаях необходимая точность методик достигается за счет введения эмпирических поправочных коэффициентов [77] .
Ориентация на методы аналитического исследования без широко поставленного эксперимента недостаточна и не может обеспечить полноценных результатов при изучении режимов работы электрических машин. Экспериментирование с опытными "натурными" образцами машин большой мощности, и следовательно, дорогими и требующими сложных экспериментов, оказывается не только затруднительным, но практически в большинстве случаев просто невозможным [77] . В таком случае применяются методы физического моделирования.
Особое значение имеют методы физического моделирования при экспериментальном исследовании. При определенных условиях явления в модели подобны явлениям в оригинале. По существу физическое моделирование заменяет собой эксперимент в натуре, что особенно ценно для крупных машин, с трудом предоставляемых для исследования. Оно дает возможность исследовать явления, которые происходят а местах,недоступных для наблюдения в машине - оригинале.Физическое моделирование сохраняет особенности проведения эксперимен та в натуре, но существенно облегчает получение требуемых результатов, так как для модели выбираются наиболее приемлемые размеры и удобные диапазоны изменения физических величин.
Применительно к исследованию электромагнитных полей в электрических машинах метод физического моделирования обладает большими возможностями. Он позволяет исследовать поле в машине без традиционных допущений . аналитической теории, с учетом нелинейности, анизотропии и гистерезиса ферромагнитных сред [77] .
При организации экспериментальных исследований в лаборатории с применением малых электрических машин приходится учитывать,что параметры машин и характер протекания переходных процессов в них в сильной степени зависят от мощности этих машин.
Рассмотрим для упрощения рассуждения геометрически подобные в пределах одного полюсного деления машины различной мощности и примем приближенно, что плотность тока в обмотках машины и плотность магнитного потока в воздушном зазоре и в сердечнике - величины постоянные, не зависящие от мощности машины. Сравнить параметры машин, имеющих мощность порядка десятка тысяч киловатт (оригинал), и машин, имеющих мощность порядка нескольких киловатт (модель), при одинаковой угловой скорости можно по следующим соотношениям [78] :
Следовательно, при уменьшении геометрических размеров машины значения индуктивных сопротивлений примерно остаются постоянными, а значения активных сопротивлений возрастают.
В исследованиях [79, 80] , проведенных на математической модели мощного асинхронного двигателя, доказано, что характер изменения величин и фаз токов при междуфазных замыканиях в обмотке статора незначительно зависит от активных сопротивлений, а зави 45
сит в значительной степени от индуктивных сопротивлений и числа замкнувшихся витков. Таким образом, асинхронный электродвигатель малой мощности (3-5 кВт),, используемый в дальнейших исследованиях, можно считать подобным асинхронному двигателю (8000 кВт) при одинаковой угловой скорости. Исследования на модели проводились в установившихся режимах и поэтому не учитывались постоянные времени и инерции.
Там же в [80] показано, что сопротивление дуги существенно влияет на характер изменения величины и фазы тока при замыкании малого числа витков (до 10%). В дальнейшем исследования междуфазных и межвитковых замыканий производились без учета сопротивления дуги.
В современной электромеханике возникают задачи, в которых исследуемый объект - электромеханическое устройство или система -не может успешно анализироваться и тем более синтезироваться на основе классических методов и приемов. Теория планирования эксперимента принесла ряд новых, полезных и эффективных приемов в современную электромеханику, позволила по-новому поставить и решить некоторые важные задачи, возникающие в этой области [81,82] .
Любой электромеханический объект характеризуется, во-первых, совокупностью конструктивных и физических признаков, во-вторых, набором параметров, входящих в уравнение статики и динамики, и, в-третьих, характеристиками, свойствами и параметрами, определяющими его эксплуатационные возможности. Конструктивные и физические признаки электромеханического объекта обычно связаны с параметрами через весьма сложные уравнения, в частности, через уравнения поля.
Дифференциально-фазная токовая защита двигателя
Как уже отмечалось выше, дифференциальная токовая защита электродвигателя на РНТ и ДЗТ имеет существенные недостатки, которые практически не позволяют иметь ток срабатывания защиты меньше номинального. Между тем на двигателях большой мощности к вьшолнению дифференциальной защиты подходят, как и для генераторов. Для обеспечения удовлетворительной защитоспособности целесообразно иметь защиту с возможно малым I сз [zo] .
Для обеспечения функционирования защиты при погрешностях ТТ более 10% могут быть применены защиты, использующие принципы дифференциально-фазный и дифференциальный с торможением [86] .Такая защита может иметь ток срабатывания на уровне 0,3 Іном, но она загрубляется при замыканиях, сопровождающихся вытекающими токами нагрузки. С другой стороны рост погрешности ТТ влечет за собой не только увеличение тока небаланса, но и уменьшение тормозного сигнала.
По селективности более эффективен дифференциально-фазный принцип, но он не позволяет выполнить условие чувствительности к повреждениям в обмотках при наличии сквозного тока, так как последний блокирует защиту. Поэтому целесообразно сочетать дифференциально-фазный принцип с дифференциальным таким образом, чтобы при сквозных нагрузочных токах защита работала как дифференциальная, а при сверхтоках, вызывающих значительные погрешности ТТ, - как дифферен циально-фазная [87] .
Использование сочетания дифференциально-фазного и дифференциального принципов дало возможность разработать дифференциально фазную токовую защиту (ДФТЗ) электродвигателя [54,88], в значительной мере лишенную названных недостатков. Принципиальная возможность построения датЗ электродвигателей подтверждена исследованиями p7jt показывающими, что при междуфазных коротких замыканиях токи поврежденных фаз со стороны сети находятся в противофазе с токами нулевых выводов электродвигателя.
Известно Г89І , что условия срабатывания ДФТЗ группы электро Г[ОА) двигателей описываются на основе функции единогласия Ц= гп, (Xi,); для одного электродвигателя П. = 2 и У = ХіУ2 + Хі\2, (3.1) где Ц - сигнал, подаваемый на отключение выключателя электродвигателя; Х1Х2- сигналы о направлении мгновенных токов, протекающих через ТТ защиты в точку КЗ ; ХіХг- от точки КЗ. Логическая функция (3.1) может быть реализована на любых логических элементах, выпускаемых промышленностью, или по предлагаемой диодной схеме (рис.3.I). Последняя предпочтительнее поскольку не требует усилительных элементов и специальных источников тока, как стандартные логические элементы, и очень проста. Схема работает следующим образом.
В нормальном режиме работы и при пуске электродвигателя первичными токами промежуточных трансформаторов являются трансформированные токи 1 и 1о » совпадающие по фазе в каждые полпериода промышленной частоты. При положительной полуволне тока диоды V1 и Y3 закрыты, а V2 иУЧ открыты; по цепочкам
V4, R1 протекает ток. В последующий полупериод открываются диоды V 1 и V 3 , по цепочкам R3, V1 ,R1 и R3 ,V3 , R1 протекает ток. Диоды V2 и V4 закрываются. Так как величина резис тора i\ выбирается во много раз меньше сопротивления реагирующего органа (РО), последний в рассматриваемом режиме шунтируется через попарно открытые диоды VI, V3M V2, V4.
В нормальном режиме работы за счет связи между трансформаторами через резисторы К2 напряжение на резисторах R 1 уменьшается, а при междуфазных коротких замыканиях внутри двигателя увеличивается.
При междуфазных коротких замыканиях внутри работающего электродвигателя ток J-o изменяет начальную фазу по сравнению с 1 . Если токи 1 и 1о находятся в противофазе, то при положительной полуволне тока диоды V1 V4 будут закрыты, а диоды открыты. По цепочкам R3, V2 , R1 и R5, V3.R1 будет протекать ток и шунтировать диод V 6. Но закрытые диоды V1 и V Ч де-шунтируют диод V 5 и по цепи R3 , V5,KV протекает ток. Величина резистора R3 рассчитывается так, чтобы ток был достаточен для срабатывания KV, который и запускает выходное промежуточное реле защиты (на схеме не показано). При отрицательной полуволне KV получает питание по цепи R3.V6.
При трехфазном коротком замыкании на выводах электродвигателя в момент пуска ток со стороны нулевых выводов электродвигателя отсутствует. На промежуточный трансформатор, подключенный к трансформаторам тока нулевых выводов, подается через резистор R2 напряжение с обратным знаком от трансформатора, подключенного к ТТ со стороны ввода. Устройство срабатывает, как и при междуфазном коротком замыкании на работающем электродвигателе.
Защита при витковых замыканиях с использованием фильтров тока и напряжения обратной последовательности
Для защиты электродвигателя от витковых замыканий разработана схема защиты, в которой, для выявления малых несимметрий, используется фильтр тока обратной последовательности с малым током небаланса іОО] . Для обеспечения селективности при внешних не-, симметричных КЗ в сети используется торможение реагирующего органа от фильтра напряжения обратной последовательности [61, 102] . С целью повышения чувствительности защиты, ее ток срабатывания не отстраивается от броска тока небаланса, протекающего в первый момент пуска двигателя, а на реле времени устанавливается уставка по времени больше времени существования броска тока .небаланса (0,04 -г 0,06 с). Принципиальная схема защиты приведена на рис. 4.8. В данной схеме параметры ФТ0П и ФН0П рассчитаны с учетом минимально-возможного потребления по цепям переменного тока. В качестве реагирующего органа используется поляризованное реле К с двумя обмотками: рабочая обмотка включается на выход ФТ0П, тормозная включается на выход ФН0П. Конденсаторы CI и С2 предназначены для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения по цепям
В нормальном режиме работы двигателя при нормальной нагрузке на выходе ФТОП имеется небаланс тока порядка (4-гб) 10 А, а реле К имеет ток срабатывания порядка 8 10 А. На выходе ШОП существует небаланс по току не более 5 10 А.
При появлении несимметрии токов на выходе Ш0ІІ появляется ток, попадающий после выпрямления и сглаживания в рабочую обмотку К исполнительного органа (рис.4.8).
Если несимметрия фазных токов вызвана внешней несимметрией, то появляющееся напряжение Щна выходе ШОП и ток ШОП после выпрямления и сглаживания подается в тормозную обмотку К . Сопротивление резистора R 2 при этом подбирается так, чтобы при любых внешних несимметриях исполнительный орган был заторможен.
Если несимметрия фазных токов вызвана витковым замыканием обмотки статора двигателя, то появляющееся напряжение Ы на выходе ШОП, как уже было показано выше, недостаточно для торможения исполнительного органа,и защита срабатывает с выдержкой времени, установленной на реле времени [_6l\ .
Применение ферромагнитных преобразователей тока (ФПГ) в устройствах релейной защиты предложено в Томском политехническом институте [103,104] . Одна из главных достоинств ФПГ в том, что устройство защиты выполняется односистемным, а реагирует на все виды междуфазных замыканий Ql04] . При различных видах повреждений в сети напряжение на выходе ФПГ имеет различный гармонический состав. В нормальном режиме и при симметричном трехфазном КЗ на выходе $ПГ появляется напряжение только третьей гармонической составляющей, а при несимметричных КЗ на выходе - сумма напряжений всех нечетных гармонических составляющих. Выявление несимметричных КЗ путем фиксации появления напряжения первой гармоники на выходе ФПГ и дает высокую чувствительность разработанных устройств релейной защиты [ІОЗ-ІОб] .
Каждый из однофазных трансформаторов ФПГ, принципиальная схема которого представлена на рис.4.9,а, работает в режиме глубокого насыщения и на зажимах вторичной обмотки имеет напряжение несинусоидальной (пикообразной) формы (рис.4.9,б). При увеличении насыщения сердечника сигнал сужается и увеличивается по амплитуде. Выходное напряжение ФПГ представляет собой сумму вторичных напряжений всех трех фаз и является в симметричном режиме синусоидальным напряжением третьей гармонической составляющей (рис.4.9,в). В несимметричном режиме на выходе ФПГ, согласно [83, I07J,имеется напряжение всех нечетных гармонических составляющих.
Обмотка статора электродвигателей соединена по схеме с изолированной нейтралью и, следовательно, во всех режимах сумма фазных токов равна нулю. При витковом замыкании в одной фазе ток в поврежденной фазе увеличивается, а в неповрежденных фазах ток остается той же величины, но изменяется по фазе, как показано на рис.4.10. Аналитически гармонический анализ выходного напряжения одной фазы ШПТ был проведен при условии, что в ФПГ используется сердечник с прямоугольной характеристикой намагничивания (ПХН). При значительном насыщении ПХН форма выходного напряжения принимает вид узкого импульса.
Похожие диссертации на Защита мощных асинхронных электродвигателей от коротких замыканий
