Казахская Академия Транспорта и Коммуникации им. М.Тынышбаева
Экспериментально-исследовательская работа
Тема: Разработка средств релейной защиты и автоматики электрических подстанции «АО МРЭК»
Проверил: доктор PhD Калиев Ж.Ж.
Выполнил: магистрант группы
МПЭЭ-17-1 Нурманов Мейржан
Алматы, 2018
Введение
Одной из основных задач, решаемых при организации работы энергетической системы, является обеспечение качественного и бесперебойного электроснабжения потребителей. Провалы, прерывания и выбросы напряжения электрической сети являются наиболее распространёнными причинами сбоев в работе промышленных предприятий и повреждений бытового оборудования, нанося существенный экономический ущерб, как потребителям, так и поставщикам электроэнергии.
Данная работа посвящена вопросу повышения надёжности систем электроснабжения с асинхронными двигателями за счёт применения быстродействующего автоматического включения резерва в микропроцессорном исполнении. Предлагаемое устройство позволяет сократить время перерыва в питании и предотвратить несинхронную подачу напряжения на двигатели, которые потеряли питание.
Обзор литературы
Падения напряжения или полное прекращение подачи электропитания являются в настоящее время самой значительной и критической проблемой качественного электроснабжения. Сбои в подаче электропитания могут привести к полному выходу из строя и длительному простою оборудования, особенно систем электронного управления и прочих чувствительных установок.
В настоящее время основной причиной из-за которой нарушается динамическая устойчивость предприятий нефтяной, химической, машиностроительной и других отраслей производства является кратковременные перебои в электроснабжении данных предприятий, связанные, как правило, с возникновением различного рода аварий в сетях снабжения, происходящих как от срабатывания релейной защиты, так и от различных других факторов вносящих дисбаланс в электрические сети питания.
Последствиями таких нарушений являются остановы крупных двигателей, печей и прочего сложного высоковольтного оборудования что неизбежно ведет к приостановке технологического процесса. Проблема, описанная выше, связанная с кратковременными нарушениями электроснабжения, в настоящее время приобретает наиболее важное значение в связи с увеличением количества предприятий с непрерывными технологическими процессами, а так же повсеместное внедрение более современной, по сравнению с электромеханической, микропроцессорной техники.
Кратковременные нарушения электроснабжения можно разделить на следующие группы (Рисунок 1):
- внешние короткие замыкания любых видов. Данного рода КЗ ликвидируются релейной защитой практически мгновенно и электроснабжение объекта возобновляется. Но при КЗвозникаютзначительные снижения напряжений, которые чаще всего являются причиной аварийной остановки технологических процессов;
- короткие замыкания в системе внутреннего электроснабжения. При таких КЗ для сохранения непрерывности технологических процессов требуется работа автоматического ввода резерва после срабатывания которого происходит самозапуск электродвигательной нагрузки, подключенной к потерявшему питание вводу;
- несанкционированные отключения в цепи питания объекта. Причиной таких отключений могут быть: человеческий фактор (ошибка дежурного персонала); отключения выключателей от технологических защит (например, от понижения уровня масла) и ряд других;
- коммутации во внутризаводской электрической сети предприятия (пуск мощных электродвигателей, переключение и т.д.).
Потребители электрической энергии для осуществления технологических процессов по способам обеспечения требуемой надежности электроснабжения можно разделить на несколько групп:
1. Высоковольтные электрические двигатели напряжением Uном = 6, 10 кВ. Для них главной задачей является обеспечение успешного самозапуска после нарушения электроснабжения;
2. Электрические двигатели напряжением до 1 кВ. Чаще всего, такими являются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, и для них не возникает проблем с самозапуском. Однако, такие двигатели, в большинстве случаев, подключаются к сети черезразличного рода контакторы, которые в свою очередь питаются от напряжения сети, а значит в результате кратковременных перерывов питания, контакторы могут разомкнуться, что неизбежно приводит к массовым отключениям двигателей.
3. Устройства управления технологическим процессом. В наше время, устройства управления выполняются на микроконтроллерах и поэтому особо чувствительны к провалам напряжения. Допустимые провалы напряжения для таких устройств составляют: по напряжению 0,8 Uномидлительности до 0,02 с, после чего возникают сбои в программах управления. Реальная длительность провалов напряжения – доли секунды. Такие сбои неизбежно ведут к аварийным остановам технологических процессов.
Рисунок 1 - Классификация кратковременных нарушений электроснабжения
В нормальных режимах электроприемники первой категории надежности должны быть обеспечены электроэнергией минимум от двух независимых источников питания, которые взаимно резервируются, а перерывы в их питании не превышают время автоматического восстановления питания.
Для отдельных групп электроприемников первой группы, предусматривается так же и дополнительное питание от независимого, взаимно резервирующего третьего источника питания.
Независимый источник питания – это такой приемник, все параметры котрого в послеаварийном режиме принимают регламентированые значения, в то время, как другой источник не обеспечивает питания потребителя.
К устройствам АВР предъявляются следующие требования:
1. Всегда находиться в готовности к действию и срабатывать при прекращении питания потребителей по любой причине и наличии нормального напряжения на резервном источнике питания;
2. Не допустить включения резервного источника на КЗ, линия рабочего источника должна быть отключена со стороны шин потребителей. Отключенное состояние выключателя контролируется при включении АВР;
3. Обладать однократностью действия для предотвращения многократного включения резервного источника на устойчивое КЗ;
4. Обеспечивать ускорение защиты после отработки АВР для быстрого отключения основного источника питания при включении на устойчивое КЗ (или запретить АВР в таком случае);
5. Иметь минимально возможное время срабатывания АВР для сокращения продолжительности перерыва питания потребителей и обеспечения успешного самозапуска электродвигателей;
6. Не допускать включения АВР при опасном снижении напряжения на резервном источнике;
7. Исключит опасные несинхронные включения синхронных электродвигателей и перегрузки оборудования;
8. Разрешать полное автоматическое восстановление доаварийного режима после восстановления питания на основном источнике
Актуальность темы
Системы электроснабжения с группами асинхронных двигателей широко применяются в различных отраслях промышленности. Это обусловлено тем, что асинхронные приводы являются надежными и простыми конструктивно экономическими, однако при понижениях напряжения в сети из-за коротких замыканий и кратковременных перерывов питания не всегда обеспечивается их успешныйсамозапуск. Это приводит к нарушению технологического процесса уставок экономическому ущербу. Поэтому актуальным является разработка микропроцессорных АВР, обеспечивающие успешныйсамозапуск двигателей благодаря применению методов сокращения перерывов электроснабжения.
Цель и задачи исследования, назначение
Целью настоящей работы является совершенствование способа БАВР в системах электроснабжения с асинхронными двигателями, основано только на контроле напряжения, который не требует измерения активной мощности. Рассмотрен также способ реализация АВР с помощью микропроцессоров.
Для успешного самозапуска электродвигателей, обусловленного повторной подачей напряжения необходимо решение следующих задач:
1. Рассмотреть способы сокращения продолжительности перерыва питания, что позволит уменьшить понижение скорости вращения и обеспечить более быстрый последующий самозапуск электродвигателей.
2. Разработать способы предотвращения несинхронной подачи резервного напряжения для предотвращения возникновения токов двигателя, превышающих предельно допустимые.
Назначение
Быстродействующий АВР предназначен для обеспечения непрерывного электроснабжения потребителей путем их переключения на резервный источник при перерывах электропитания, обеспечивая при этом:
1. Сохранение динамической устойчивости двигательной нагрузки, подключенной к шинам подстанции;
2. Уменьшение количества отключений электродвигателей по причине отпадания пускателей и контакторов при понижении напряжения;
3. Увеличение ресурса двигателей за счет ограничения токов включения;
4. Сохранение электропитания других потребителей, в том числе систем и устройств автоматического управления самих подстанций, обеспечивая тем самым повышение надежности электроснабжения объекта в целом.
Научная значимость
На сегодняшний день одним из способов повышения надёжности электроснабжения систем с группами асинхронных двигателей является применение быстродействующего автоматического включения резерва(БАВР). Использование БАВР при кратковременной потере питания по какой-либо причине позволяет обеспечить восстановление доаварийного режима работы электродвигателей и предотвратить нарушение сложного технологического процесса промышленных установок, а также сократить количество пусков электродвигателей, что в значительной степени увеличивает их ресурс.