Данная работа продолжает серию статей [29-33], в которых рассмотрены примеры расчета уставок для разных алгоритмов цифровых устройств релейной защиты.
Как и ранее, расчёт уставок произведен в первичных значениях токов, а после его окончания все уставки переведены во вторичные значения токов.
Часть 7. Уставки для алгоритма защиты синхронного двигателя от асинхронного режима.
Согласно требованиям ПУЭ [18] для синхронных электродвигателей (СД) должна предусматриваться защита от асинхронного режима реле, реагирующего на увеличение тока в обмотках статора с независимой от тока характеристикой выдержки времени.
Эта защита может быть совмещена с защитой от токов перегрузки и отстроена по времени от тока пускового режима и тока, соответствующего форсировке возбуждения.
Из теории электрических машин [17] известно, что о.к.з. представляет собой отношение тока возбуждения
, соответствующего номинальному напряжению по характеристике холостого хода, к току возбуждения , соответствующему номинальному току по характеристике трехфазного короткого замыкания (51):
Пример характеристики КЗ для синхронного генератора приведен на рис. 1. Согласно [17] для синхронных явнополюсных машин значение о.к.з = 0,4- 1,4.
ПУЭ [18] допускает применение защиты с зависимой от тока характеристикой для СД с отношением короткого замыкания (о.к.з.) более 1.
Рис. 1 Пример характеристики КЗ синхронного генератора [17]
При выполнении схемы защиты должны приниматься меры по предотвращению отказа защиты при биениях тока асинхронного режима. Допускается применение других способов защиты, обеспечивающих надежное действие защиты СД при возникновении асинхронного режима.
Защита СД от асинхронного режима должна действовать с выдержкой времени на одну из схем, предусматривающих:
ресинхронизацию СД;
ресинхронизацию СД с автоматической кратковременной разгрузкой механизма до такого уровня, при котором обеспечивается втягивание СД в синхронизм (при допустимости кратковременной разгрузки по условиям технологического процесса);
отключение СД и повторный автоматический пуск;
отключение СД (при невозможности его разгрузки или ресинхронизации, при отсутствии необходимости автоматического повторного пуска и ресинхронизации по условиям технологического процесса).
Как известно, длительная работа СД в асинхронном режиме (потеря 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 работающих с технологическими перегрузками. Поэтому целесообразно всегда выполнять защиту от асинхронного режима аналогично защите синхронных генераторов - на основе реле сопротивления [24].
По методике, приведенной в [5], проанализируем изменение сопротивления на выводах питания СД (рис. 2).
Рис. 2 Круговые диаграммы полного сопротивления на выводах синхронной машины и характеристика реле
При нормальном режиме работы (с опережающим ) вектор полного сопротивления прямой последовательности на выводах питания двигателя находится во 2-м квадранте (двигатель отдает реактивную мощность и потребляет активную).
При потере возбуждения двигатель начинает потреблять из сети значительную реактивную мощность, но продолжает потреблять активную мощность, а вектор полного сопротивления смещается в 3-й квадрант.
Согласно экспериментальным исследованиям [5], сопротивление на выводах СД при потере возбуждения (см. рис. 2, кривая 1), может изменяться в диапазоне:
где – сверхпереходное сопротивление СД, Ом,
– индуктивное сопротивление прямой последовательности СД, Ом.
Учитывая это, в блоках БМРЗ характеристика области срабатывания алгоритма защиты СД от асинхронного режима выполняется в виде окружности, расположенной симметрично на комплексной плоскости относительно оси (рис. 3).
Рис. 3 Характеристика алгоритма защиты
Окружность с центром на оси проходит через точки .
Рассмотрим пример расчета уставок для алгоритма защиты СД типа СТД-4000-2 от асинхронного режима.
Данные для расчета:
Номинальная мощность на валу двигателя:
Номинальная полная мощность двигателя:
Номинальное напряжение:
Сверхпереходное сопротивление двигателя:
Сопротивление двигателя:
Для того, чтобы найти сверхпереходное сопротивление и сопротивление прямой последовательности СД, в именованные единицах, необходимо знать базисное сопротивление, найти которое, используя расчетные данные, можно по формуле (53):
Пример 7:
7.1 Подставив расчетные данные в формулу (53) получим значение базисного сопротивления данного СД:
Для определения сверхпереходного сопротивления в именованных единицах по известному значению базисного сопротивления применяют формулу (54):
Пример 7:
7.2 Подставив значение базисного сопротивления в формулу (54) получим:
Индуктивное сопротивление в именованных единицах находят по формуле (55):
Пример 7:
7.3 Произведя вычисления, получим:
Учитывая сказанное выше о возможном диапазоне изменения сопротивления СД (52), выбираем точки пересечения оси – 1,24 Ом и 53 Ома и строим характеристику защиты от потери возбуждения (перехода в асинхронный режим) для СД типа СТД-4000-2 (рис. 4).
Рис. 4 Характеристика защитыдля СД типа СТД-4000-2
Время срабатывания этого алгоритма защиты принимают равным 1 ÷ 2 с. Работа алгоритма защиты СД от асинхронного режима автоматически блокируется при наличии:
ГОСТ 8865-93. Межгосударственный стандарт. Системы электрической изоляции. Оценка нагревостойкости и классификация.
ГОСТ 13109-97. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения
ГОСТ Р 52776-2007. Национальный стандарт РФ. Машины электрические вращающиеся. Номинальные данные и характеристики. (введен с 01.01.2008 г.)
Захаров О.Г., Фрейцис И.И. Метод определения коэффициента загрузки асинхронного электродвигателя. //Вопросы судостроения, серия Судовая электротехника и связь, 1985, вып. 42, С.78
Захаров О.Г., Фрейцис И.И. Энергосберегающий метод испытаний на нагревание судового электрооборудования.// Вопросы судостроения, серия Промышленная энергетика, 1983, вып. 3 , С. 82.
Информация об алгоритмах, выполняемых блоками БМРЗ и БМРЗ-100 различных исполнений и модификаций // Материал размещен на странице:http://bmrz-zakharov.narod.ru/algoritmy.htm
Корогодский В.И., Кужеков С.Л., Паперно Л.Б. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кВ. – М.:Энергоатомиздат, 1987
Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчеты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. М.: Энергия, 1980.
Костенко Л.М., Пиотровский Л.М. Электрически машины. М.: Энергия, 1973, в 2-х частях.
Правила устройства электроустановок. М.: Госэнергонадзор России, 1998, 608 с.
РД 153-34.0-20.527-98 Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования
РД 153-34.0-35.301-2002. Инструкция по проверке трансформаторов тока, используемых в схемах релейной защиты и измерения
РД 34.35.310-97. Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем. М.: ОРГРЭС, 1997, 36 с.
Рекомендации по выбору алгоритмов зашит электродвигателей, предусмотренных в блоках БМРЗ и БМРЗ-100// Материал размещен на странице:http://bmrz-zakharov.narod.ru/Zash.htm
Слодарж М.И. Режимы работы, релейная защита и автоматика синхронных двигателей. М.: Энергия, 1977
Соловьёв А.Л. Защита генераторов малой и средней мощности терминалами «Сириус-ГС». М.: НТФ «Энергопрогресс» 2009 г.
Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. М.: Энергоатомиздат, 1984.
Фигурнов Е.П., Жарков Ю.И., Петрова Т.Е. Релейная защита сетей тягового электроснабжения переменного тока. М.: Маршрут, 2006, 272 с.
Чернобровов Н.В. Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. – М.:Энергоатомиздат, 1998
Шабад М.А. Защита от однофазных замыканий на землю в сетях 6-35 кВ. СПб, ПЭИПК, 2001
Шабад М.А. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты. Экспериментальная и расчетная проверки. Конспект лекций. СПб, ПЭИПК, 2010.
Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. М.: Энергоатомиздат, 2007, 549 с.
Гондуров С.А., Михалев С.В., Пирогов М.Г., Захаров О.Г. Расчет уставок для цифровых устройств релейной защиты. Часть 5 Защита электродвигателей от перегрузки. // Материал размещен на странице:http://www.bmrz-zakharov.narod.ru/raschet/overload.htm
, соответствующего номинальному напряжению 
по характеристике холостого хода, к току возбуждения 
, соответствующему номинальному току 
по характеристике трехфазного короткого замыкания (51):
) вектор полного сопротивления прямой последовательности на выводах питания двигателя находится во 2-м квадранте (двигатель отдает реактивную мощность и потребляет активную).
– сверхпереходное сопротивление СД, Ом,
– индуктивное сопротивление прямой последовательности СД, Ом.
(рис. 3).
.
Михаил
Ну вот, хоть кто то адекватный метод защиты АД от АС предложил. Есть еще толковые люди...