авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Повышение надежности систем электроснабжения с электродвигательной нагрузкой 0,4 кв при внешних воздействиях

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ПОРТНЯГИН Андрей Владимирович


ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКОЙ 0,4 кВ

ПРИ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Специальность 05.14.02 – Электростанции и электроэнергетические

системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иркутск – 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Читинский государственный университет» на кафедре «Электроснабжение».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Суворов Иван Флегонтович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Крюков Андрей Васильевич
кандидат технических наук, доцент Новожилов Михаил Александрович
Ведущее предприятие Южно-Уральский государственный университет

Защита состоится 9 октября 2007 г. в 11-00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.017.01 при Институте систем энергетики им. Мелентьева (ИСЭМ) СО РАН по адресу: 664033, Иркутск-33, ул. Лермонтова, 130, к.355.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке Института систем энергетики им. Мелентьева (ИСЭМ) СО РАН.

Автореферат размещен на сайте http://sei.irk.ru .

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 664033, Иркутск-33, ул. Лермонтова, 130, ИСЭМ СО РАН, факс (3952) 42-67-96.

Автореферат разослан «8» сентября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 003.017.01

доктор технических наук, профессор А.М. Клер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы. Развитие электроэнергетики за последние годы характеризуется активным внедрением электронной аппаратуры в системах релейной защиты, режимной и противоаварийной автоматики. Однако электронная аппаратура, как правило, весьма чувствительна к помехам, появляющимся во вторичных цепях, источниками которых являются коммутационные аппараты, удары молний, токи короткого замыкания и т.д. С другой стороны, внедрение новой техники и технологий способствует ухудшению показателей качества электроэнергии (ПКЭ), что приводит к снижению надежности электронной аппаратуры и резкому возрастанию отказов в работе или ложным срабатываниям.

Одним из видов электронных средств релейной защиты является устройство комплексной защиты электродвигателей (УКЗЭ). Данное устройство выполняет комплексную защиту как асинхронного двигателя (АД), так и части системы электроснабжения с электродвигательной нагрузкой (СЭСЭН) от ненормальных режимов. УКЗЭ на электромеханической базе просты в устройстве и достаточно удобны при эксплуатации и ремонте, однако имеют низкие функциональные возможности. УКЗЭ, выполненные на микропроцессорной (МП) элементной базе способны повысить работоспособность и качество функционирования СЭСЭН в различных режимах, при разнообразных внешних воздействиях, однако имеют высокую восприимчивость к помехам.





Известно, что для нарушения работы электромеханического реле требуется энергия 10-3 Дж, а для нарушения работы интегральной микросхемы требуется 10-7 Дж. Помехи с такой энергией могут возникнуть как в СЭСЭН, так и могут поступить из внешней сети.

Причинами снижения надежности СЭСЭН являются не только ложные срабатывания или отказы, но и техническое несовершенство РЗ. Последнее обстоятельство тесно связанно со структурной схемой УКЗЭ. Как правило, системы защит АД выполнены на базе жестких связей уставок и входных сигналов. Применение гибкой адаптивной защиты ЭД позволяет избежать влияния внешних воздействий и дает возможность отстраиваться от ненормальных режимов автоматически.

В связи с указанными обстоятельствами появилась необходимость решения сложной комплексной задачи повышения надежности в СЭСЭН 0,4 кВ при внешних воздействиях.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является повышение надежности СЭСЭН 0,4 кВ путем нормирования разновременности размыкания контактов коммутационной аппаратуры, а также использования УКЗЭ с элементами адаптивности.

Исходя из поставленной цели, в работе решаются следующие научные и практические задачи:

  • исследовать и проанализировать внешние воздействия в СЭСЭН 0,4 кВ такие как коммутационные перенапряжения, несинусоидальность и несимметрия напряжения;
  • разработать и исследовать математическую модель системы «электрическая сеть-УКЗЭ-АД», позволяющую анализировать электромеханические процессы в указанной системе;
  • исследовать условия возникновения максимальных коммутационных перенапряжений с учетом разновременности размыкания контактов коммутационных аппаратов и нормирование указанной разновременности;
  • исследовать влияние несимметрии напряжения на максимальный момент АД;
  • разработать и исследовать гибкую микропроцессорную защиту электродвигателей с элементами адаптивности.

Объектом исследования являются режимы работы АД, электрическая сеть, УКЗЭ и коммутационный аппарат посредством которого АД подключается к сети.

Основные методы научных исследований. При проведении работы использованы фундаментальные положения теории релейной защиты, теоретических основ электротехники, прикладной математики и электрических машин, а также методы физического и математического моделирования и методы натурного испытания, теории вероятностей и статистической обработки информации.

Достоверность полученных результатов. Обоснованность и достоверность научных положений, теоретических выводов, основных результатов и рекомендаций диссертации подтверждены:

  • экспериментальными исследованиями коммутационных перенапряжений, режимов работы АД и коммутационной аппаратуры 0,4 кВ, с последующей обработкой данных методами теории вероятностей и математической статистики;
  • удовлетворительной сходимостью результатов математического и физического моделирования с результатами экспериментов и измерений в реальных электрических сетях;
  • корректным использованием соответствующего математического аппарата, вычислительных программных комплексов.

Основные положения, выносимые на защиту.

    1. Математическая модель системы «электрическая сеть-УКЗЭ-АД», позволяющая в комплексе исследовать различные электромеханические процессы с учетом несимметрии питающего напряжения, наличия гармонических составляющих, изменения момента на валу ЭД, насыщения трансформаторов тока (ТТ), а также различные виды КЗ.
    2. Зависимости электромагнитного момента АД от напряжений прямой и обратной последовательностей, которые позволили обосновать способ защиты АД от ненормальных режимов с элементами адаптивности.
    3. Зависимости уровней перенапряжений при отключении АД различной мощности и длины питающего кабеля от времени разновременности размыкания контактов коммутирующей АД аппаратуры.

Научная новизна работы.

      1. Разработана математическая модель системы «электрическая сеть-УКЗЭ-АД», отличающаяся от известных возможностью комплексного исследования электромеханических процессов и режимов работы коммутирующих АД аппаратов, УКЗЭ и АД.
      2. Впервые получены зависимости влияния несимметрии напряжения питания АД на максимальный электромагнитный момент АД, и разработан способ защиты АД от ненормальных режимов с элементами адаптивности (патент РФ на изобретение № 2302691 от 08.12.2005 г.).
      3. Установлены зависимости влияния разновременности размыкания контактов низковольтного коммутационного аппарата, которым управляется АД, на уровни коммутационных перенапряжений.
      4. Установлено, что максимальные перенапряжения возникают при следующих условиях: третий контакт коммутационного аппарата размыкается с задержкой относительно первых, которые размыкаются одновременно; размыкание третьего контакта происходит после погасания токов, протекающих через второй и третий контакты.

Практическая ценность.

  1. Определены уровни несимметрии, несинусоидальности напряжения, а также коммутационных перенапряжений в СЭСЭН 0,4 кВ при коммутации вакуумными контакторами.
  2. Предложен норматив разновременности размыкания контактов коммутационных аппаратов НН.
  3. Предложено и внедрено УКЗЭ с элементами адаптивности (патент РФ на изобретение № 2294586 от 27.05.2005 г.).
  4. Предложена методика определения разновременности размыкания контактов низковольтной коммутационной аппаратуры.

Внедрение. Устройства успешно функционируют в цеховых системах электроснабжения 380 В филиалов ОАО «ТГК-14».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на II Всероссийской научно-технической конференции «Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6-35 кВ» (г. Новосибирск, 2002), VII и IX Российских научно- технических конференциях по электромагнитной совместимости (г. С-Петербург, 2002, 2006); III Международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими» (г. Новочеркасск, 2003); Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика и будущее цивилизации» (г. Томск, 2004); IV Межрегиональной научно-практической конференции «Кулагинские чтения» (г. Чита, 2004), V Международной научно-технической конференции «Эффективность и качество электроснабжения промышленных предприятий» (г. Мариуполь, 2005); V Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения» (г. Чита, 2005); Международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике» (г. Ульяновск, 2006); III Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием) «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии» (г. Челябинск, 2006).

Реализация результатов работы. Результаты диссертации используются при составлении планов технического обслуживания и ремонтов низковольтной коммутационной аппаратуры в условиях их эксплуатации на предприятиях ОАО «ТГК-14».

Разработанный метод определения разновременности размыкания контактов низковольтной коммутационной аппаратуры и способ защиты АД используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных работ по дисциплине «Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения» на кафедре «Электроснабжения» ГОУ ВПО «Читинский государственный университет».

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 15 печатных работах, опубликованных автором лично и в соавторстве, в том числе 2 патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, четырех глав, Заключения, библиографического списка и 2 приложений, содержит 171 стр. основного текста, библиографического списка из 100 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность темы и очерчен круг вопросов, которые исследуются в диссертации. Сформулированы цель работы и основные задачи исследований. Показана научная новизна и практическая значимость работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, сведения об апробации и внедрении результатов работы.

В первой главе проведен комплексный анализ современных УКЗЭ. Показано развитие электромеханических, аналоговых и микропроцессорных устройств защиты АД в России и за рубежом. Рассмотрены основные повреждения низковольтных АД и способы их выявления. Проведен анализ электромагнитной обстановки (ЭМО) в СЭСЭН.

Большой вклад в изучение режимов работы, создание обобщенных математических моделей, расчета электромагнитных полей и параметров электродвигателей внесли известные ученые и исследователи А.И. Важнов, А.И. Вольдек, С.И. Гамазин, А.А. Горев, Д.А. Городский, Я.Б. Данилевич, А.В. Иванов-Смоленский, Е.Я. Казовский, И.П. Копылов, М.П. Костенко, В. Лайон, Г.А. Сипайлов, И.А. Сыромятников, И.И. Трещев и др.

Ненормальные режимы работы АД должны быть ликвидированы действием устройств релейной защиты (РЗ).

УКЗЭ должны содержать в себе все виды защит (либо основные из них), в противном случае универсальность их использования будет снижена. Анализ современных УКЗЭ показал:

  1. микропроцессорные устройства релейной зашиты имеют ряд преимуществ перед устройствами, построенными на электроме­ханических реле и на операционных усилителях: возможность работы в составе АСУ; гибкость - возможность изменения ал­горитмов защиты, режимов работы и уставок с незначительными временными и материальными затратами (полностью или частично автоматически); универсальность;
  2. рассмотренные УКЗЭ, как правило, не снабжены защитой от опрокидывания ЭД;
  3. системы защиты АД не обладают достаточной гибкостью (адаптивностью) к изменениям внешних факторов (замена защищаемого двигателя, изменения ПКЭ).

Значительный вклад в развитие и совершенствование защит электродвигателей внесли ученые А.В. Булычев, В.К. Ванин, В.И. Ветров, А.О. Грундулис, В.П. Ерушин, В.И. Когородский, С.Л. Кужеков, В.Ф. Минаков, Л.Б. Паперно, И.П. Тимофеев и др.

Существует ряд УКЗЭ, которые обладают некоторыми свойствами адаптивности, такими как определение параметров электродвигателя при первом пуске или наличие тепловой модели ЭД непосредственно в УКЗЭ. Однако недостаточная гибкость таких защит в части реагирования на показатели качества электроэнергии влияет на снижение надежности защиты ЭД. Анализ способов и устройств защиты АД позволил разработать классификацию средств защит, которая приведена на рис. 1.

Большой вклад в исследование ЭМО в СЭСЭН внесли ученые В.Г. Болдырев, А.Н. Висящев, Б. Геллер, В.Г. Гольдштейн, А.Ф. Гончаров, Г.А. Евдкунин, Т.С. Зиновьев, К.П. Кадомская, М.В. Костенко, В.Г. Курбацкий, А.Г. Овсянников, Ф.Х. Халилов и др.

Проведенный анализ ЭМО СЭН 0,4 кВ позволяет сделать следующие выводы:

  1. в СЭСЭН могут возникать импульсы перенапряжений, опасные для функционирования электронных УКЗЭ;
  2. отсутствуют нормы и рекомендации по разновременности размыкания контактов низковольтной коммутационной аппаратуры, а также исследования по влиянию разновременности размыкания на уровни коммутационных перенапряжений;
  3. наличие гармонических составляющих не оказывает существенного влияния на электромагнитный момент АД;
  4. источниками ухудшения ПКЭ могут быть как АД, так и УКЗЭ;
  5. СЭСЭН, как правило, не защищается от перенапряжений.














































Во второй главе описаны методические принципы исследования ЭМО в СЭСЭН. Предложена математическая модель для исследования электромеханических процессов в системе «электрическая сеть-УКЗЭ-АД» и описаны экспериментальные принципы проведения исследования.

Математическая модель системы «электрическая сеть-УКЗЭ-АД» реализована в модуле Simulink программной среды Matlab. Для этого каждый элемент системы рассматривался отдельно, а затем в совокупности с другими. Основными элементами системы являются АД, ТТ, УКЗЭ, электрическая сеть. АД представлялся в трехфазной заторможенной системе координат с эллиптическим электромагнитным полем (рис. 2). Такая модель позволяет исследовать АД при несимметричном, несинусоидальном напряжении питающей сети. При решении дифференциальных уравнений в Simulink они представлялись в неявной форме Коши.

 Модель АД в заторможенной-1

Рис. 2. Модель АД в заторможенной трехфазной системе координат

В математической модели ТТ не учитывались гистерезисные явления, но учитывалось явление насыщения ферромагнитного сердечника. Зависимость задавалась в решающие блоки с использованием блока “Look-up Table”. Данный блок позволяет определять функцию от аргумента при помощи кусочно-заданной кривой.

Уравнения, описывающие модель на рис. 2, имеют следующий вид:

;

;

;

;

;

; (1)

;

;

;

;

;

;

;

.

Электронный блок УКЗЭ и фильтр тока обратной последовательности моделировались блоками из библиотеки «SimPowerSystems». Функциональные связи модели общей системы показаны на рис. 3.

Результаты экспериментов показали, что погрешность моделирования на математической модели для пускового тока не превышает 12 %, времени пуска – 15 %.

Исследования коммутационных перенапряжений проводились как на экспериментальном стенде, так и в реальных условиях эксплуатации низковольтных двигателей в СЭСЭН промышленных предприятий г.Чита.

Параметры качества электроэнергии определялись при помощи прибора «Ресурс-UF». Точками замера являлись места с предполагаемым низким качеством напряжения, которые характеризовались близостью подключения таких устройств как, магнитные шайбы, электролизерные установки, выпрямительные шкафы и т.д.

Рис. 3. Функциональные связи модели системы

«электрическая сеть-УКЗЭ-АД»



Pages:   || 2 | 3 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.