Помощь студентам в учебе
Совершенствование алгоритмов цифровых защит электродвигателей
|
Введение 7
1. Анализ современного состояния проблемы функционирования 11 защит электродвигателей
1.1 Обзор проблемы функционирования защит АД 12
1.2 Цифровые защиты электродвигателей 16
1.3 Алгоритмы токовой защиты. 20
2. Алгоритмы измерительных органов цифровых защит 23
2.1 Общие положения 24
2.2. Вычисление векторов по мгновенным значениям 25 синусоидальных величин
2.3 Использование выборок мгновенных значений для получения 27 требуемых характеристик ЦИО
2.4 Цифровые реле тока и напряжения 30
2.5 Цифровые реле сопротивления 31
2.6 Алгоритм токовой отсечки 35
3. Инструментарий математического моделирования нормальных и 39 аварийных режимов работы двигателей
3.1 Среда моделирования PSCAD 40
3.2 Описание экспериментальной схемы 47
4. Концепция функционирования защит электродвигателей на основе 57 оценки мгновенного значения сопротивления
4.1 Оценка мгновенного значения сопротивления 58
4.2 Требования к применению разработанного алгоритма 64
функционирования защит двигателей
Выводы 66
Список использованных источников 69
Приложение
1. Анализ современного состояния проблемы функционирования 11 защит электродвигателей
1.1 Обзор проблемы функционирования защит АД 12
1.2 Цифровые защиты электродвигателей 16
1.3 Алгоритмы токовой защиты. 20
2. Алгоритмы измерительных органов цифровых защит 23
2.1 Общие положения 24
2.2. Вычисление векторов по мгновенным значениям 25 синусоидальных величин
2.3 Использование выборок мгновенных значений для получения 27 требуемых характеристик ЦИО
2.4 Цифровые реле тока и напряжения 30
2.5 Цифровые реле сопротивления 31
2.6 Алгоритм токовой отсечки 35
3. Инструментарий математического моделирования нормальных и 39 аварийных режимов работы двигателей
3.1 Среда моделирования PSCAD 40
3.2 Описание экспериментальной схемы 47
4. Концепция функционирования защит электродвигателей на основе 57 оценки мгновенного значения сопротивления
4.1 Оценка мгновенного значения сопротивления 58
4.2 Требования к применению разработанного алгоритма 64
функционирования защит двигателей
Выводы 66
Список использованных источников 69
Приложение
Актуальность работы: Релейная защита и противоаварийная
автоматика (РЗА) осуществляют автоматическую ликвидацию повреждений и ненормальных режимов в электрической части энергосистем и являются важнейшей системой, обеспечивающей их надежную и устойчивую работу [1]. Рост нагрузок, увеличение протяжённости линий электропередачи, ужесточение требований к устойчивости работы энергосистем усложняют условия работы релейной защиты. В то же время повышаются требования к эффективности её функционирования, поэтому идёт непрерывный процесс развития техники релейной защиты, направленный на создание более совершенных устройств, отвечающих требованиям современной электроэнергетики.
Системы РЗА играют значительную роль в обеспечении управляемости и надёжности работы энергосистем. До настоящего времени основную долю находящейся в эксплуатации аппаратуры РЗА составляют отечественные электромеханические и микроэлектронные устройства. При этом парк технических средств РЗА физически и морально стареет. Указанные обстоятельства диктуют необходимость проведения реконструкции и модернизации РЗА в направлении применения аппаратных и программных средств, основанных на использовании микропроцессорных систем, интегрированных в АСУ ТП.
Целью работы является анализ и разработка алгоритма защиты двигателей в трехфазных схемах.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- анализ современного состояния проблемы функционирования защит электродвигателей;
автоматика (РЗА) осуществляют автоматическую ликвидацию повреждений и ненормальных режимов в электрической части энергосистем и являются важнейшей системой, обеспечивающей их надежную и устойчивую работу [1]. Рост нагрузок, увеличение протяжённости линий электропередачи, ужесточение требований к устойчивости работы энергосистем усложняют условия работы релейной защиты. В то же время повышаются требования к эффективности её функционирования, поэтому идёт непрерывный процесс развития техники релейной защиты, направленный на создание более совершенных устройств, отвечающих требованиям современной электроэнергетики.
Системы РЗА играют значительную роль в обеспечении управляемости и надёжности работы энергосистем. До настоящего времени основную долю находящейся в эксплуатации аппаратуры РЗА составляют отечественные электромеханические и микроэлектронные устройства. При этом парк технических средств РЗА физически и морально стареет. Указанные обстоятельства диктуют необходимость проведения реконструкции и модернизации РЗА в направлении применения аппаратных и программных средств, основанных на использовании микропроцессорных систем, интегрированных в АСУ ТП.
Целью работы является анализ и разработка алгоритма защиты двигателей в трехфазных схемах.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- анализ современного состояния проблемы функционирования защит электродвигателей;
Выводы к 1-й главе
В данной главе проведен анализ современного состояния проблемы функционирования защит электродвигателей. Традиционные средства релейной защиты электродвигателей развивались исторически параллельно с электромеханическими измерительными механизмами измерительных приборов па базе общей теории применительно к стационарным входным сигналам Поэтому большинство алгоритмов традиционных защит основано на контроле интегральных (действующих или средних) значений токов и напряжений Этот стационарный подход требует длительного наблюдения за процессами в аварийных ситуациях для принятия правильною решения о состоянии контролируемого объекта
Установлено, что наиболее опасными являются многофазные и витковые короткие замыкания в обмотке статора, приводящие к разрушению двигателя. Для двигателей с напряжением от 6 кВ и выше работающих в сети с изолированной нейтралью возможно возникновение двойных КЗ, для которых одна точка повреждения может находиться во внешней сети, а вторая в двигателе. Такие повреждения также являются опасными для двигателя и требуют отключения с минимально достижимой выдержкой времениОбзор проблемы функционирования защит АД
В основном все микропроцессорные устройства релейной защиты двигателей устанавливаются в релейных отсеках КРУ, КРУН и КСО, на панелях и в шкафах в релейных залах и пультах управления электростанций и подстанций 6-35 кВ и являются комбинированными микропроцессорными терминалами релейной защиты и автоматики
Во 2-й главе выполнен анализ алгоритмов измерительных органов цифровых защит, Алгоритмов вычисления векторов по мгновенным значениям синусоидальных величин. Также проведен анализ
функционирования алгоритмов использования выборок мгновенных значений для получения требуемых характеристик ЦИО и использования при построении алгоритма повышения чувствительности.
Рассмотрены принципы функционирования цифровых реле тока и напряжения, цифровых реле сопротивления, алгоритм токовой отсечки.
В 3-й главе рассмотрен инструментарий для моделирования как участка сети, содержащего асинхронный электродвигатель, так и средства измерения и защиты. Выбрана среда моделирования PSCAD - это мощный и гибкий графический пользовательский интерфейс для всемирно известного модуля электромагнитного моделирования переходных процессов.
Выполнено подробное описание экспериментальной Модель участка сети и асинхронного электродвигателя, составленной в среде PSCAD.
В результате выполненного моделирования работы электродвигателя в различных режимах получены Осциллограммы токов и напряжений на зажимах электродвигателя и осциллограммы мгновенных сопротивлений фазных контуров AN, BN и CN и линейных контуров АВ, ВС и СА электродвигателя с круговой защитной характеристикой.
По данным эксперимента фиксированы значения токов и сопротивлений, нарушающих рассчитанные по методикам значения уставок токовой защиты и моделируемой дистанционной защиты электродвигателя. Данный факт подтверждает факт некорректности функционирования защит электродвигателей в периоды стартов.
В 4-й главе разработана концепция функционирования защит электродвигателей на основе оценки мгновенного значения сопротивления.
Данная концепция состоит в оперативной корректировке уставки защитной характеристики во время пуска с характерным снижением сопротивлением двигателя на величину пропорциональную мгновенному значению сопротивления, умноженную на постоянный калибровочный коэффициент.
Таким образом защита адаптируется к изменению сопротивления двигателя в пусковых режимах и всегда остается в работе, отслеживая возможные ситуации замыканий в течение процедуры пуска.
Разработан алгоритм вычисления корректирующего коэффициента, и его программная реализация в среде моделирования Labview.
Работа программы представляет собой параллельную обработку сигналов тока и напряжения в онлайн режиме независимо от прочих алгоритмов защиты и диагностики двигателя. Предполагает задание интервала времени или отсчетов измерений для вычисления значений огибающего сигнала на заданном интервале для сигналов тока и напряжения по заданному контуру в онлайн режиме.
Разработаны требования к применению разработанного алгоритма функционирования защит двигателей.
В данной главе проведен анализ современного состояния проблемы функционирования защит электродвигателей. Традиционные средства релейной защиты электродвигателей развивались исторически параллельно с электромеханическими измерительными механизмами измерительных приборов па базе общей теории применительно к стационарным входным сигналам Поэтому большинство алгоритмов традиционных защит основано на контроле интегральных (действующих или средних) значений токов и напряжений Этот стационарный подход требует длительного наблюдения за процессами в аварийных ситуациях для принятия правильною решения о состоянии контролируемого объекта
Установлено, что наиболее опасными являются многофазные и витковые короткие замыкания в обмотке статора, приводящие к разрушению двигателя. Для двигателей с напряжением от 6 кВ и выше работающих в сети с изолированной нейтралью возможно возникновение двойных КЗ, для которых одна точка повреждения может находиться во внешней сети, а вторая в двигателе. Такие повреждения также являются опасными для двигателя и требуют отключения с минимально достижимой выдержкой времениОбзор проблемы функционирования защит АД
В основном все микропроцессорные устройства релейной защиты двигателей устанавливаются в релейных отсеках КРУ, КРУН и КСО, на панелях и в шкафах в релейных залах и пультах управления электростанций и подстанций 6-35 кВ и являются комбинированными микропроцессорными терминалами релейной защиты и автоматики
Во 2-й главе выполнен анализ алгоритмов измерительных органов цифровых защит, Алгоритмов вычисления векторов по мгновенным значениям синусоидальных величин. Также проведен анализ
функционирования алгоритмов использования выборок мгновенных значений для получения требуемых характеристик ЦИО и использования при построении алгоритма повышения чувствительности.
Рассмотрены принципы функционирования цифровых реле тока и напряжения, цифровых реле сопротивления, алгоритм токовой отсечки.
В 3-й главе рассмотрен инструментарий для моделирования как участка сети, содержащего асинхронный электродвигатель, так и средства измерения и защиты. Выбрана среда моделирования PSCAD - это мощный и гибкий графический пользовательский интерфейс для всемирно известного модуля электромагнитного моделирования переходных процессов.
Выполнено подробное описание экспериментальной Модель участка сети и асинхронного электродвигателя, составленной в среде PSCAD.
В результате выполненного моделирования работы электродвигателя в различных режимах получены Осциллограммы токов и напряжений на зажимах электродвигателя и осциллограммы мгновенных сопротивлений фазных контуров AN, BN и CN и линейных контуров АВ, ВС и СА электродвигателя с круговой защитной характеристикой.
По данным эксперимента фиксированы значения токов и сопротивлений, нарушающих рассчитанные по методикам значения уставок токовой защиты и моделируемой дистанционной защиты электродвигателя. Данный факт подтверждает факт некорректности функционирования защит электродвигателей в периоды стартов.
В 4-й главе разработана концепция функционирования защит электродвигателей на основе оценки мгновенного значения сопротивления.
Данная концепция состоит в оперативной корректировке уставки защитной характеристики во время пуска с характерным снижением сопротивлением двигателя на величину пропорциональную мгновенному значению сопротивления, умноженную на постоянный калибровочный коэффициент.
Таким образом защита адаптируется к изменению сопротивления двигателя в пусковых режимах и всегда остается в работе, отслеживая возможные ситуации замыканий в течение процедуры пуска.
Разработан алгоритм вычисления корректирующего коэффициента, и его программная реализация в среде моделирования Labview.
Работа программы представляет собой параллельную обработку сигналов тока и напряжения в онлайн режиме независимо от прочих алгоритмов защиты и диагностики двигателя. Предполагает задание интервала времени или отсчетов измерений для вычисления значений огибающего сигнала на заданном интервале для сигналов тока и напряжения по заданному контуру в онлайн режиме.
Разработаны требования к применению разработанного алгоритма функционирования защит двигателей.