ОМИКРОН ОМИКРОН ОМИКРОН
Система Orphus

Терминалы релейной защиты синхронных и асинхронных элктродвигателей 6-10кВ. Расчет уставок

Терминалы релейной защиты синхронных и асинхронных элктродвигателей 6-10кВ. Расчет уставок

1. Общие сведения
2. Нормативные ссылки
3. Обозначения и сокращения
4. Защиты электродвигателей от междуфазных замыканий
4.1 Требования ПУЭ к защитам от междуфазных замыканий
4.2 Расчет уставок максимальной токовой отсечки
4.3 Дифференциальная защита электродвигателей
4.4 Расчет уставок дифференциальной защиты.
4.5 Расчет уставок защит электродвигателя с плавным пуском
5 Примеры расчета уставок защит от междуфазных замыканий
5.1 ДЗТ с очувствлением для АД
5.2 ДЗТ с уставкой меньше номинального тока АД
5.3 ДЗТ с уставкой меньше номинального тока СД
5.4 ДЗТ с уставкой меньше номинального тока СД с реакторным пуском
5.5 Токовая отсечка для двухскоростного АД
5.6 ДЗТ с током срабатывания больше номинального тока АД с плавным пуском
6 Защиты от однофазных замыканий на землю
6.1 Требования ПУЭ к защитам от ОЗЗ
6.2 Защита от ОЗЗ в терминалах БМРЗ
6.3 Расчет уставок защиты от ОЗЗ
6.4 Защита от двойных замыканий на землю
6.5 Направленная токовая защита от ОЗЗ
6.6 Неселективная защита от замыканий на землю и алгоритм «селектор направления ОЗЗ»
6.7 Примеры расчета защит от ОЗЗ
6.7.1 Токовая защита от замыканий на землю.
6.7.2 Направленная токовая защита от замыканий на землю
7 Защиты минимального напряжения
7.1 Требования ПУЭ к ЗМН
7.2 ЗМН в терминалах БМРЗ
8 Защита от потери питания
8.1 Назначение ЗПП
8.2 Требования ПУЭ к ЗПП
8.3 Характеристика алгоритмов ЗПП
8.4 ЗПП в терминалах БМРЗ
9 Защита электродвигателя от неполнофазных режимов
9.1 Требования ПУЭ к защите от неполнофазных режимов
9.2 Защита от неполнофазных режимов в терминалах БМРЗ
10 Защита электродвигателей от перегрузок.
10.1 Требования ПУЭ к защите от перегрузок.
10.2 Защиты двигателей от перегрузок в терминалах БМРЗ
10.3 Расчет уставок защиты от симметричных перегрузок
10.4 Выбор уставок защиты от затянутого пуска
10.5 Расчет уставок тепловой защиты электродвигателей
10.6 Примеры расчета защит от перегрузок
10.6.1 Защита АД от симметричных перегрузок
10.6.2  Защита АД с помощью тепловой модели
10.7 Определение постоянных времени тепловой модели
11 Защиты СД от асинхронного режима
11.1 Требования ПУЭ к защите СД от асинхронного режима
11.2 Защита СД от асинхронного режима  в терминалах БМРЗ
11.3 Пример расчета защиты СД от асинхронного режима
12 Выбор уставок для алгоритма УРОВ
13 Минимальная токовая защита электродвигателя
14 Алгоритм «функция опережающего отключения»
14.1 Назначение алгоритма ФОО
14.2 Устойчивость узлов нагрузки с СД
14.3 Алгоритм ФОО в терминалах БМРЗ-ДС
14.4 Расчет уставок алгоритма ФОО
15 Защита от колебаний нагрузки
16 Рекомендации по применению защит
Список литературы

11 Защиты СД от асинхронного режима

11.1 Требования ПУЭ к защите СД от асинхронного режима

 

11.1.1 Для СД должна предусматриваться защита от асинхронного режима, которая может быть совмещена с защитой от токов перегрузки.

Защита СД от асинхронного режима может быть осуществлена при помощи реле, реагирующего на увеличение тока в обмотках статора. Такая защита должна быть отстроена по времени от пускового режима и тока при действии форсировки возбуждения.

Защита, как правило, должна выполняться с независимой от тока характеристикой выдержки времени. Допускается применение защиты с зависимой от тока характеристикой на электродвигателях с отношением короткого замыкания более 1.

При выполнении схемы защиты необходимо принять меры по предотвращению отказа защиты при биениях тока, характерных для асинхронного режима. Допускается применение других способов защиты, обеспечивающих надежное действие защиты при возникновении асинхронного режима.

Защита СД от асинхронного режима должна действовать с выдержкой времени на одну из схем, предусматривающих:

  • ресинхронизацию;
  • ресинхронизацию с автоматической кратковременной разгрузкой *30 механизма до такой нагрузки, при которой обеспечивается втягивание электродвигателя в синхронизм;
  • отключение электродвигателя и его повторный автоматический пуск;
  • отключение электродвигателя *31 .
  •  

11.2 Защита СД от асинхронного режима  в терминалах БМРЗ

11.2.1 Длительная работа СД в асинхронном режиме при потере возбуждения приводит к тепловым перегрузкам и перегреву обмотки статора и демпферных контуров ротора.

Защита СД от потери возбуждения, как правило, выполняется на основе максимальной токовой защиты с регулируемым временем возврата. Однако такое исполнение защиты не позволяет защитить СД, работающие с технологическими перегрузками. Поэтому целесообразно всегда выполнять защиту СД от работы в асинхронном режиме аналогично защите синхронных генераторов - с использованием реле сопротивления [14].

11.2.2 Проанализируем изменение сопротивления на выводах питания двигателя, используя материал, изложенный в [15] (рисунок 22).

В нормальном режиме работы (с опережающим ) вектор полного сопротивления прямой последовательности на выводах питания двигателя находится во 2-м квадранте (двигатель отдает реактивную мощность, потребляет активную). При потере возбуждения двигатель начинает потреблять из сети значительную реактивную мощность, при этом продолжает потреблять активную мощность. При этом вектор полного сопротивления смещается в 3-й квадрант. Поэтому реле сопротивления включается так, чтобы окружность его характеристики размещалась в 3-м и 4-м квадрантах.

Согласно экспериментальным исследованиям [15], сопротивление на выводах синхронной машины при потере возбуждения может изменяться в диапазоне от F∙x′′d, где x′′d – сверхпереходное сопротивление СД, Ом до

G∙xd, где индуктивное сопротивление прямой последовательности СД, Ом.

В свою очередь множитель Fпринимает значения от 0,3 до 0,5, а множитель G – от 1,1 до 1,4.

В соответствии с вышесказанным, характеристика области срабатывания защиты выполняется в виде окружности, расположенной симметрично на комплексной плоскости относительно оси jX  и проходит через точки с координатами F x′′d и G xd (рисунок 23).

Положительным направлением токов для двигателя принято считать направление «в двигатель» (для генератора, как правило «из генератора»), поэтому характеристика срабатывания защиты находится в верхней полуплоскости.



1 – характеристика реле сопротивления

2,3 – характеристики асинхронных режимов

4 – зависимость полного сопротивления от Rп

Рисунок 22 - Круговые диаграммы полного сопротивления на выводах

синхронной машины и характеристика реле

 

Рисунок 23 - Характеристика защиты от потери возбуждения СД

В справочниках по электрическим машинам значения сопротивлений двигателя чаще всего приведены в относительных единицах. Для их перевода в именованные единицы требуется сначала определить значение базисного сопротивления  по формуле:

 Ом,

(61)

где - номинальное напряжение двигателя, В;

 - номинальная полная мощность двигателя, кВт.

После нахождения базисного сопротивления переводим сверхпереходное и переходное сопротивления в именованные единицы по формулам (62) и (63):

,

(62)

 ,

(63)

где  - сверхпереходное индуктивное сопротивление двигателя, Ом;

 - сверхпереходное индуктивное сопротивление двигателя, %;

 - базисное сопротивление двигателя, Ом;

 - индуктивное сопротивление прямой последовательности, Ом;

 - индуктивное сопротивление прямой последовательности, %.

Время срабатывания защиты выбирают из диапазона от 1 до 2 с.

Работа защит СД от асинхронного режима автоматически блокируется при формировании терминалом сигнала включения автомата гашения поля (АГП), а также и при наличии внешнего сигнала на включение АГП (например, при управлении гашением поля в ручном режиме).

К достоинствам такой защиты следует отнести корректность выявления потери возбуждения и простоту расчёта уставок, а к недостаткам – зависимость от исправности измерительных цепей напряжения.

  • Данный алгоритм защиты реализован в БМРЗ-УЗД.

 

 

11.3 Пример расчета защиты СД от асинхронного режима  

 

11.3.1 Требуется определить параметры защиты от асинхронного режима (потери возбуждения) электродвигателя СТД-4000-2.

Исходные данные для расчета:

номинальная мощность на валу двигателя, ...................... 4000 кВт

номинальная мощность на валу двигателя, ..................... 4560 кВт

напряжение, ................................................................ 10 кВ

сверхпереходное индуктивное сопротивление двигателя, .... 14,29%

индуктивное сопротивление двигателя, .............................. 181,5%

11.3.2 Для перевода значений сверхпереходного сопротивления и сопротивления прямой последовательности двигателя, в именованные единицы, найдем значение базисного сопротивления  по формуле (61):

Ом

Сверхпереходное сопротивление двигателя  в именованных единицах получаем из формулы (62):

 Ом

Индуктивное сопротивление прямой последовательности  в именованных единицах получаем из формулы (63):

 Ом

11.3.3 По результатам проведенных расчетов, строим характеристику работы защиты, приведенную на рисунке 24.

Рисунок 24 - Характеристика защиты электродвигателя СТД-4000-2 от потери возбуждения

12 Выбор уставок для алгоритма УРОВ

 

12.1 Алгоритм УРОВ предназначен для отключения смежных выключателей электрической сети при отказе выключателя электродвигателя.

Требования по применению УРОВ в электроустановках 6 – 10 кВ в ПУЭ [1] отсутствуют.

При использовании терминалов БМРЗ рекомендуется всегда применять алгоритм УРОВ, так это позволяет минимизировать повреждения распределительного устройства в случае отказа выключателя электродвигателя.

12.2 В алгоритмах УРОВ, реализованных в терминалах БМРЗ, предусмотрено использование информации:

- о срабатывании защит, действующих на УРОВ;

- о токе, протекающем по защищаемой цепи.

При срабатывании защиты, для которой предусмотрено действие на УРОВ, рассматриваемый алгоритм начинает отсчет выдержки времени tуров. В течение этого времени ожидается снижение тока в защищаемой цепи ниже уставки Iуров. Если за время tуров такого снижения не произошло, алгоритм УРОВ формирует выходной сигнал «УРОВд», используемый для отключения смежных выключателей. Если за время tуров произошло снижение тока ниже уставки Iуров, выходной сигнал «УРОВд» не формируется.

12.3 Уставку Iуров выбирают из диапазона от 0,05 Iном.дв до 0,10 Iном.дв.

Выдержка времени формирования выходного сигнала «УРОВД», определяется по формуле, приведенной в [14]:

tуров = tвык+ tвоз РЗ + tош РВtзап,

(64)

где tвык - время отключения выключателя (как правило: от 0,05 до 0,1с);

t воз РЗ - время, необходимое для возврата релейной защиты, по сигналу которой происходит пуск алгоритма УРОВ.

toш РВ – время допустимой погрешности реле времени УРОВ в сторону

ускорения действия

  • tзan - запас по времени (как правило, принимают равным 0,1 с).

Для терминалов БМРЗ рекомендуются следующие значения:

  • tуров от 0,3 до 0,5 с;
  • t воз РЗ  - 0,01 с;
  • toш РВ - 0,025 с при уставках от 0,05 до 1 с.

 

13 Минимальная токовая защита электродвигателя

13.1 Минимальная токовая защита представляет собой  технологическую защиту, предназначенную для выявления ненормального режима работы при аварийном сбросе нагрузки на валу электродвигателя.

Уставку срабатывания МинТЗ по току выбирают исходя из условий минимально возможной нагрузки электродвигателя во всех технологических режимах его работы.

Значение уставки уточняют при проведении пуско-наладочных работ и согласовывают с эксплуатирующей организацией.

13.2 В терминалах БМРЗ предусмотрено выполнение МинТЗ с действием на сигнализацию или отключение.

Уставку срабатывания по току Iс.з, выбирают из диапазона от 0,2 до 0,6 Iном.дв.

Время срабатывания защиты выбирают из диапазона от 2 до 5 с.

14 Алгоритм «функция опережающего отключения»

14.1 Назначение алгоритма ФОО

14.1.1 Алгоритм ФОО предназначен для отключения синхронного двигателя при провале питающего напряжения (например, при близких КЗ) в случае появления условий перехода двигателя в асинхронный режим.

14.2 Устойчивость узлов нагрузки с СД

14.2.1 Асинхронный режим в энергосистеме *32

14.2.1.1 При резком снижении напряжения из-за КЗ на смежных ЛЭП, питающих подстанцию, узел нагрузки с СД может потерять устойчивость и перейти в опасный асинхронный режим с возбуждением. Возникающий при этом режим сходен с асинхронным режимом в энергосистеме, характеризуемым периодическими:

а) изменениями угла между несинхронными ЭДС частей системы от 0° до 360°, происходящим с частотой скольжения;

б) качаниями напряжения;

в) изменениями тока и мощности.

На рисунке 25 по горизонтальной оси 1 - 2 в масштабе отложено сопротивление  (для энергосистем бесконечной мощности - длина ЛЭП), по концам которой расположены источники ЭДС  и .



Рисунок 25 - Диаграмма качаний напряжения вдоль ЛЭП

при асинхронном режиме (по [10])

Условно принимаем, что вектор  неподвижен, а вращается с частотой скольжения, образуя окружность.

Соединим прямыми линиями верхнюю и нижнюю точки этой окружности, а также ее центр (точка 2) с точкой 3.

Прямая 2 - 3 представляет собой геометрическое место центров окружностей, на которых расположены начала векторов напряжений вдоль ЛЭП.

Например, в точке А линии электропередачи напряжение будет периодически изменяться в соответствии с положением векторов аА, bА, сА, dA, в точке В векторов еВ, fB, gB, hB. В точке ЭЦК (электрический центр качаний) напряжение периодически становится равным нулю. Характер изменения напряжения в разных точках ЛЭП показан на рисунке 26, а. Характер изменения тока и мощности в ЛЭП показан на рис. 26, б.

а)

б)

1 – на концах ЛЭП,

2 – в точках А и В,

3 – в ЭЦК

Рисунок 26 - Характер изменения напряжения (а), мощности и тока (б) В ЛЭП при асинхронном ходе

Ток асинхронного режима определяют по формуле:

 ,

(65)

Обозначения величин, использованных в этой формуле, приведены выше.

При  или 360° ток ; при  ток ;

Расчетное выражение мощности в ЛЭП:

(66)

Из соотношения (66) следует, что средняя активная мощность за период качаний равна нулю, т.е. активная мощность по линии не передается.

14.2.2 Статическая устойчивость СД

14.2.2.1 Мощность, потребляемая СД от питающей его энергосистемы, описывается уравнением:

(67)

где  - напряжение на шинах энергосистемы;

- ЭДС электродвигателя;

 - эквивалентное сопротивление, включающее сопротивление электродвигателя и всех элементов питающей сети;

- фазовый угол между ЭДС электродвигателя и напряжением энергосистемы.

Характеристика зависимости мощностиот угла  (рисунок 7) показывает, что мощность электродвигателя при увеличении угла  сначала возрастает, достигая максимума при  = 900 (величины  и  считаем постоянными) а затем падает.

Рисунок 27 - Угловая характеристика синхронного двигателя

Максимум мощности при угле 90° зависит от сопротивления питающей сети.

14.2.2.2 При синхронной частоте вращения относительные значения мощности двигателя и момента численно равны, поэтому кривая  является и характеристикой вращающего момента двигателя.

Характеристика момента сопротивления изображена прямой линией: . Точки пересечения а и b определяют возможные режимы работы двигателя, однако устойчиво двигатель может работать только в точке а (соответствует углу ). Действительно, при работе в точке а и случайном кратковременном увеличении угла  на величину  увеличивается и электромагнитный момент синхронного двигателя на величину , под влиянием которого ротор несколько ускоряется. При этом угол  уменьшается, и после нескольких колебаний возвращается к значению . При случайном кратковременном уменьшении угла  ротор несколько притормаживается, угол  возрастает и после нескольких колебаний вновь возвращается к значению . Если же подобное кратковременное увеличение угла на  произойдет в точке b, то электромагнитный момент не увеличится, а уменьшится. Это вызовет дальнейшее увеличение угла , в результате чего двигатель выйдет из синхронизма.

14.2.2.3 Восходящая ветвь характеристики на рисунке 27 - область устойчивой работы, нисходящая – неустойчивой. Чем ближе точка а расположена к вершине кривой, тем меньше запас статической устойчивости. Положение точки а на кривой зависит от загрузки двигателя, от отношения  и  двигателя. Чем меньше загрузка двигателя и чем больше каталожное отношение , тем больше запас устойчивости.

 

14.2.3 Динамическая устойчивость синхронных двигателей

14.2.3.1 Рассмотрим случай внезапного возмущения во внешней сети, например близкого трехфазного К3 на одной из линий W1-W5

(рисунок 28).

Рисунок 28 - Типовая схема подстанции 110(220) кВ

с синхронной нагрузкой

Синхронный двигатель работал устойчиво с моментом сопротивления на валу М0 и внутренним углом  (рисунок 29).



1 - угловая характеристика мощности до К3

2 – характеристика, соответствующая режиму близкого КЗ

3 - характеристика, соответствующая режиму удаленного КЗ

Рисунок 29 - Характеристики мощности синхронного двигателя

в различных режимах

В аварийном режиме вращающий момент двигателя становится равным нулю, его характеристика переходит из точки а в точку b. Пока К3 не отключено, происходит торможение двигателя, что приводит к увеличению угла  до .

14.2.3.2 В момент отключения К3 характеристика переходит из точки с в точку е, лежащую на кривой 2, соответствующей новому режиму работы энергосистемы.

Энергия торможения двигателя соответствует площадке abcd, называемой площадкой торможения . Площадка edf называют площадкой ускорения , площадь которой соответствует энергии ускорения, которую приобретет двигатель в новом режиме.

Если , то устойчивость двигателя сохранится, процесс после некоторых колебаний установится в точке а'. Если , то двигатель теряет устойчивость.

14.2.3.3 При удаленном трехфазном К3 на смежной линии или при несимметричном К3, напряжение прямой последовательности в линии связи двигатель-энергосистема не снижается до нуля (линия 3 на рисунке 29).

В этом случае площадка торможения будет меньше (без нижней части, отрезаемой кривой 3). Очевидно, что этот режим легче, чем режим близкого трехфазного К3.

14.2.3.4 Таким образом, на динамическую устойчивость влияют:

а) вид, удаленность и длительность КЗ. Наиболее опасны близкие К3, удаленные К3 менее опасны. По видам К3 наиболее опасно - трехфазное. Если внешнее возмущение приводит к потере устойчивости СД, то возникает процесс, аналогичный описанному выше для энергосистемы ЭЭС2. Разница заключается в скорости протекания переходного процесса. В начальной фазе, когда возникло К3, генераторы начинают ускоряться, а двигатели тормозиться. Потери в цепи К3 создают дополнительный тормозной момент, который, притормаживая генератор, замедляет рост угла, а притормаживая двигатель, способствует увеличению угла. Увеличению угла   двигателей способствуют и повышенные по сравнению с мощными синхронными генераторами активные потери в статоре и роторе двигателя. После отключения КЗ угол и частота скольжения продолжают быстро увеличиваться из-за тормозного момента приводного механизма. Поэтому связка энергосистема-узел с синхронной нагрузкой более критична к внешним возмущениям по сравнению со связкой из двух энергосистем. Характер переходного процесса без потери устойчивости узла нагрузки с СД показан на рисунке 30,а, с потерей устойчивости - на рисунке 30,б;

б) нагрузка СД. Чем больше нагрузка СД в предшествующем режиме,

тем опаснее внешние возмущения;

в) характеристики послеаварийного режима. Послеаварийный режим,

в котором сопротивление внешней сети возрастает по сравнению с доаварийным режимом опаснее, поскольку снижается вся угловая характеристика мощности. Например, отключение одной из двух питающих линий 110 (220) кВ опаснее, чем отключение любой другой отходящей от шин подстанции 110 (220) кВ линии.

 

а)

б)

 - напряжение на шинах секции,  - ток двигателя

Рисунок 30. Переходные процессы:

без потери устойчивости (а), с потерей устойчивости (б)

14.3 Поведение узла нагрузки с СД при потере устойчивости

  1. 14.3.1 Особый интерес для анализа поведения релейной защиты и противоаварийной автоматики представляет характер переходных процессов в ЛЭП и на вводах секций, от которых питаются СД, а также на сборных шинах.

Известно, что СД сохраняют синхронный выбег, пока генерируемое ими напряжение не снизится до значения примерно , в пределах этого критерия все СД узла нагрузки можно представить (эквивалентировать) одним электродвигателем, особенно если их мощность, инерционные постоянные и загрузка примерно одинаковы. Поэтому все вышеизложенное для одного двигателя справедливо и для узла нагрузки с несколькими СД.

Если внешнее возмущение не приводит к нарушению устойчивости группы СД, то переходный процесс носит характер затухающих колебаний, показанных на рисунке 30, а. Точки 1 и 2 соответствуют началу и отключению внешнего КЗ в сети 110 кВ. В процессе качаний ток через ввод периодически изменяется, достигая в максимуме, при наиболее тяжелых, но устойчивых процессах четырехкратного начального значения, в минимуме – 0,3 начального значения. При максимуме тока напряжение снижается до , в этих условиях может пускаться МТЗ ввода (точка 3). Длительность повышенного тока не превышает 0,5 с, и в точке 4 МТЗ возвращается. Отсюда следует, что выдержку времени МТ3 ввода нельзя принимать менее 1 с, иначе она может сработать излишне. Полная длительность переходного процесса составляет от 2  до 3 с.

Приведенные рисунки следует рассматривать только как иллюстрацию тенденций электромеханических переходных процессов. Для конкретных узлов нагрузки с СД значения токов, напряжений и скорость протекания переходных процессов могут быть установлены только при их конкретном моделировании или путем натурных экспериментов.

14.3 Алгоритм ФОО в терминалах БМРЗ-ДС

14.4.1 Для исключения асинхронных режимов работы с возбуждением рекомендуется использовать алгоритм ФОО (см. п. 14.1).

Данный алгоритм обеспечивает опережающее отключение СД, не допуская тем самым возникновения процессов, связанных с асинхронным ходом.

14.4.2 В алгоритме ФОО предусмотрены грубая, точная и резервная ступени.

Пуск алгоритма ФОО происходит при возникновении КЗ во внешней сети, которое фиксируется по факту одновременного скачкообразного снижения напряжения, активной мощности и увеличения тока прямой (обратной) последовательности.

  1. После пуска алгоритма ФОО идет накопление информации, необходимой для работы точной ступени (длительность переходного процесса, как правило, составляет не более 250 мс).

14.4.3 В течение этого времени по результатам каждого измерения происходит проверка выполнения условий срабатывания грубой ступени, т.е. процессор терминала проверяет по эмпирической формуле выполнение условий перехода двигателя в асинхронный режим по факту достижения приращением угла  заданной уставки:

, рад

(68)

где Pдоав – мощность синхронного двигателя в предаварийном режиме;

Pном – номинальная мощность синхронного двигателя

При этом приращение угла , рад, процессор терминала рассчитывает во время переходного процесса по выражениям:

,

(69)

 ,

(70)

где s – скольжение ротора СД в текущий момент времени;

P – текущая мощность СД в переходном процессе;

Rэкв– эквивалентное сопротивление активных потерь СД в режиме КЗ;

- сумма квадратов текущих мгновенных значений фазных токов СД;

TJ – постоянная инерции СД совместно с приводом.

В терминал БМРЗ уставки алгоритма ФОО вводят в именованных единицах. Все необходимые преобразования уставок выполняет процессор терминала БМРЗ автоматически.

14.4.4 Команда на отключение двигателя формируется в том случае, когда срабатывает грубая ступень алгоритма ФОО.

В тех случаях, когда грубая ступень алгоритма ФОО не сработала, после отключения КЗ вступает в работу точная ступень, которая прогнозирует переход СД в асинхронный режим путем сравнения энергий (площадей) торможения и ускорения (см. рисунок 29).

Для устойчивой работы двигателя должно выполняться соотношение:

 ,

(71)

где kД  - коэффициент динамической устойчивости.

Коэффициент динамической устойчивости kД в случаях, когда установленная мощность генераторов энергосистемы существенно превышает мощность защищаемого двигателя, принимается равным 0,22. В случаях соизмеримой мощности генераторов энергосистемы и двигателя, требуется проведение специальных расчетов.

Если процесс устойчив, а грубая или точная ступени алгоритма ФОО не сработали, то происходит возврат ступеней в исходное состояние.

Резервная ступень защиты предусмотрена на случай отказа грубой и точной ступеней, например при неправильно введенных уставках. Резервная ступень отключает СД только после его перехода в асинхронный режим с возбуждением. Пуск этой ступени происходит на время 0,4 с после возврата грубой и точной ступеней. Сигнал на отключение СД формируется, если в течение 60 мс одновременно выполняются следующие условия:



(72)

14.4 Расчет уставок алгоритма ФОО

14.4.1 Уставку по номинальной активной мощности рассчитывают по формуле:

 кВт,

(73)

где- номинальная мощность электродвигателя, кВт;

KI– коэффициент трансформации ТТ;

KU– коэффициент трансформации ТН.

13.4.2 Постоянную инерции двигателя совместно с приводом , с, определяют по формуле:

,

(74)

где  - собственный маховый момент СД, ;

 - маховый момент приводного механизма,;

 - номинальная частота вращения СД, об/мин;

 - номинальная частота вращения приводного механизма, об/мин;

- номинальная мощность СД, кВт.

Например, для газоперекачивающих агрегатов с СТД-12500-2   с, а с СТД-4000-2 с.

14.4.3 Эквивалентное сопротивление активных потерь в СД во время КЗ , Ом, определяют по формуле:

 ,

(75)

где – коэффициент трансформации ТТ;

– коэффициент трансформации ТН;

- приведенное к напряжению статора эквивалентное сопротивление активных потерь в СД.

- активное сопротивление внешней сети от зажимов СД до точки подключения измерительных ТН, Ом.

14.4.4 Эквивалентное сопротивление активных потерь рассчитывают по паспортным данным СД. Значение  для некоторых типов СД приведены в таблице 6.

Таблица 6

Тип СД

Номинальное напряжение, кВ

, Ом

СТД-4000-2

6

0,210

СТД-4000-2

10

0,600

СТД-12500-2

6

0,067

СТД-12500-2

10

0,197

 

15 Защита от колебаний нагрузки

15.1 ЗКН является технологической защитой и предназначена для выявления колебаний нагрузки компрессорных или вентиляторных установок (т.н. помпажа).

Принцип действия защиты основан на выявлении колебаний активной мощности синхронного двигателя с периодом от 2 до 8 с и амплитудой, превышающей значение Акол – минимальной амплитуды колебаний активной мощности синхронного двигателя.

15.2 Алгоритм ЗКН в терминалах БМРЗ имеет три ступени. Пуск ступеней ЗКН производится при фиксации первого колебания активной мощности с амплитудой, превышающей Акол.

Возврат ступени защиты в исходное состояние производится в том случае, если очередное колебание активной мощности, превышающее заданную уставку, не зафиксировано в течение 10 с.

15.3 В алгоритме ЗКН предусмотрено шесть различных режимов работы (рисунок 31).

Рисунок 31 – Режимы работы ЗКН

Первый режим соответствует нормальной работе двигателя с постоянной нагрузкой. В нем выявляется первое колебание нагрузки (пуск первой ступени алгоритма ЗКН), которое, возможно, является началом помпажных колебаний. При выявлении колебания, ЗКН переходит во второй режим работы.

Во втором режиме защита либо выявляет наличие колебания нагрузки и формирует команду на срабатывание 1-й ступени ЗКН (срабатывает реле ЗКН 1), либо не выявляет и тогда возвращается к первому режиму.

Если во втором режиме было выявлено колебание нагрузки (произошло срабатывание ЗКН 1), алгоритм переходит в третий режим, когда в течение 10 с защита ожидает окончания переходного процесса после срабатывания  ЗКН 1. После истечения 10 с защита переходит в четвертый режим.

В четвертом режиме защита вновь пытается зафиксировать наличие колебания нагрузки и, если оно выявлено, то формирует команду на срабатывание второй ступени защиты (срабатывает реле ЗКН 2). При отсутствии колебаний нагрузки алгоритм защиты переходит в первый режим работы.

Переход в пятый режим работы возникает после срабатывания второй ступени ЗКН (произошло срабатывание реле ЗКН 2). Этот режим  аналогичен третьему режиму работы, когда в течение заданного время алгоритм ожидает завершения переходного процесса в системе. После истечения заданного времени, алгоритм ЗКН переходит в шестой режим работы.

Шестой режим аналогичен четвертому режиму. При выявлении колебания нагрузки, формируется команда на срабатывание 3-й ступени защиты (отключение двигателя), при отсутствии колебаний, алгоритм ЗКН возвращается в первый режим работы.

15.4 В качестве уставки защиты от колебаний нагрузки задают относительное значение амплитуды колебаний Акол, %,вычисляемое по формуле:

,

(76)

где  - минимальная амплитуда колебаний мощности синхронного двигателя, кВт;

- номинальная мощность электродвигателя, кВт.

 

16 Рекомендации по применению защит

  1. 16.1 Рекомендации по применению защит электродвигателей приведены в таблице 7.

Таблица 7. Рекомендации по применению защит



Вид защиты

Вид потребителя

Односкоростной асинхронный двигатель

Двухскоростной асинхронный двигатель

Синхронный двигатель

Токовая отсечка (ТО)

Необходима

Необходима для каждой

обмотки

Необходима

Дифференциальная защита

с торможением (ДЗТ)

Необходима при мощности двигателя более 5 МВт либо если ТО не удовлетворяет

требованиям по чувствительности

Дифференциальная токовая отсечка (ДТО)

Рекомендуется к применению всегда в качестве вспомогательного элемента при использовании ДЗТ

Защита от замыканий

на землю

При мощности менее 2 МВт необходима при токе замыкания на землю 10 А и более, при мощности более 2 МВт – необходима при токе замыкания на землю 5 А и более.

Рекомендуется применять всегда.

Защита от двойных замыканий на землю

Необходима при использовании защиты от ОЗЗ с выдержкой времени или направленной

защиты от ОЗЗ.

Защита минимального напряжения (ЗМН)

Необходима

Необходима

Неприменима

Защита от потери питания (ЗПП)

Не используется

Необходима

Защита от неполнофазного режима (ЗНР)

Рекомендуется к применению всегда

Защита от перегрузки

Рекомендуется к применению всегда

Защита от асинхронного режима

Неприменима

Необходима

УРОВ

Рекомендуется к применению всегда

Функция опережающего отключения (ФОО)

Неприменима

Рекомендуется к применению всегда

Защита от колебаний нагрузки (ЗКН)

Необходима в случае возможности режима колебаний нагрузки


Список литературы

 

1 Правила устройства электроустановок. Шестое издание.

2 РД 153-34.0-35.301-2002. Инструкция по проверке трансформаторов тока, используемых в схемах релейной защиты и измерения.

3 Александров А.М. Выбор уставок срабатывания защит асинхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ. – СПб: ПЭИПК, 2010

4 Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчеты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. М.:«Энергия», 1980

5 Корогодский В.И., Кужеков С.Л., Паперно Л.Б. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кВ. – М.:Энергоатомиздат, 1987

6 Шабад М.А. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты. Экспериментальная и расчетные проверки, конспект лекций. СПб, ПЭИПК, 2010.

7 Шабад М.А. Защита от однофазных замыканий на землю в сетях

6 – 35 кВ. СПб, ПЭИПК, 2001.

8 Слодарж М.И. Режимы работы, релейная защита и автоматика синхронных двигателей. М.:«Энергия», 1977

9 Афанасьев В.В., Адоньев Н.М, Кибель В.М. и др. Трансформаторы тока. Л.:Энергоатомиздат, 1989 г.

10 Беляев А.В.Противоаварийное управление в узлах нагрузки с синхронными двигателями большой мощности. – М.: НТФ «Энергопресс», 2004

11 Чернобровов Н.В. Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. М.:Энергоатомиздат, 1998

12 ГОСТ 183-74. Межгосударственный стандарт. Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия, изд. июль 2001 г. (отменен с 01.07.2010 г)

13 Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. М. Энергоатомиздат, 1984.

14 Соловьёв А.Л. Защита генераторов малой и средней мощности терминалами «Сириус-ГС». М.:НТФ «Энергопресс» 2009 г.

15 Вавин В.Н. Релейная защита блоков турбогенератор-трансформатор.

 

Ключевые слова: релейная защита, электродвигатель, расчет уставок,

коэффициент чувствительности защиты

 

 

 

*30 В тех случаях, когда по условиям технологического процесса допустима кратковременная разгрузка механизма.

*31 При невозможности его разгрузки или ресинхронизации, а также при отсутствии необходимости автоматического повторного пуска и ресинхронизации по условиям технологического процесса.



32 Данный раздел составлен по материалам работы [10].
31 Январь, 2013              73968              ]]>Печать]]>
6 / 30 ( Отлично )

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Dвa pлюs тpi ? (цифрой)


Вверх страницы