Описание проекта
Технологические процессы в нефтегазовой отрасли в большинстве случаев невозможно производить без электропривода, в составе которого есть электродвигатели и производственные механизмы, а также коммутационные аппараты и системы управления.
Электродвигатели играют большую роль в основных технологических процессах на производстве. Короткие замыкания (КЗ), которые могут возникнуть внутри электродвигателя (ЭД), или исчезнувшее по той или иной причине электроснабжение (зачастую вследствие внешних КЗ) являются причинами нарушения бесперебойной и устойчивой работы технологического процесса, что влечет за собой серьезные последствия.
Защиту электродвигателей от внутренних КЗ осуществляют с помощью дифференциальной защиты и токовой отсечки, а для защиты от возможного нарушения электроснабжения, вследствие внешних КЗ, используют защиты от потери питания и устройства автоматического включения резерва.
Та защита, которая охватывает всю обмотку статора электродвигателей при междуфазных коротких замыканиях называется дифференциальной защитой. Согласно Правилам устройства электроустановок дифференциальная защита является основной защитой от междуфазных КЗ для электродвигателей мощностью 5 МВт и более. Также ДЗ является основной электродвигателей от 2 до 5 МВт, но при достаточной чувствительности ей может быть и токовая отсечка (ТО). В случае же недостаточной чувствительности токовой отсечки – то в качестве основной защиты применяется дифференциальная защита. Основной защитой ЭД мощностью менее 2 МВт от междуфазных КЗ является токовая отсечка. Для электродвигателей мощностью 5 МВт и более токовая отсечка используется в качестве резервной защиты.
Существуют также максимальные токовые защиты (МТЗ) электродвигателей, используемые в качестве защиты электродвигателей от перегрузки и выполняющие функции резервирования при междуфазных КЗ, и токовые отсечки электродвигателей, которые при наличии дифференциальной защиты являются резервной защитой электродвигателей, а при отсутствии дифференциальной защиты являются основной защитой электродвигателей от междуфазных КЗ.
Недостатком МТЗ является большое время срабатывания (до 20 с), вследствие отстройки выдержки времени от времени пуска электродвигателей. Поэтому МТЗ используется для защиты электродвигателей от перегрузки или от затянувшегося пуска. Также существует еще один недостаток МТЗ: наличие мертвой зоны при КЗ вблизи нулевой (нейтральной) точки, в которой обмотки трехфазного электродвигателя имеют соединены в звезду. Недостатками токовой отсечки являются: низкая чувствительность вследствие большого значения тока срабатывания; зависимость коэффициента чувствительности от режима работы питающей энергосистемы.
Задачей проекта является разработка нового устройства токовой защиты электродвигателей с достижением следующего технического результата: повышение эффективности функционирования защиты электродвигателей за счет увеличения коэффициента чувствительности токовой защиты ЭД. Помимо этого, актуальной задачей является определение влияния параметров питающей сети на токовую защиту ЭД.
Цели и задачи исследования. Цель работы заключается в разработке и исследовании адаптивной токовой отсечки электродвигателей. Разработка и исследование защиты проводится на основе анализа зависимостей влияния параметров питающей сети на коэффициент чувствительности защиты.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
- оценка существующих токовых защит;
- анализ параметров традиционной ТО при изменяющихся параметрах питающей сети;
- разработка модели адаптивной токовой отсечки;
- анализ параметров АТО при изменяющихся параметрах питающей сети;
- разработка модели направленной АТО.
Методы исследований. При решении поставленных задач использовались фундаментальные положения теории релейной защиты, математическое моделирование.
Научная новизна:
- разработана и запатентована структурная схема адаптивной токовой отсечки от междуфазных коротких замыканий в обмотке статора;
- разработана структурная схема направленной адаптивной токовой отсечки от междуфазных коротких замыканий в обмотке статора (отправлена заявка патента на изобретение).
Практическая ценность результатов работы. Разработанная адаптивная токовая отсечка и может использоваться как в качестве основной защиты электродвигателя, так и резервной.