Защита электродвигателей средней и большой мощности ООО «НТЦ «Механотроника» Инженер отдела системотехники, Михалев С.В.

Назначение блоков релейной защиты двигателей НТЦ «Механотроника» ЗАЩИТА АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, В ТОМ ЧИСЛЕ ДВУХСКОРОСТНЫХ ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ДВИГАТЕЛЕЙ ЗАЩИТА ПРИСОЕДИНЕНИЙ 6-35кВ

Типы блоков релейной защиты двигателей НТЦ «Механотроника» БМРЗ-ДА – защита двухскоростных двигателей БМРЗ-ДА – защита двухскоростных двигателей БМРЗ-ДА – защита присоединений 6-35кВ БМРЗ-ДА – защита двухскоростных двигателей БМРЗ-ДА защита двигателей 6кВ (для АЭС) БМРЗ-ДА – защита присоединений 6кВ БМРЗ-ДА-09(10) защита двигателей кВ, мощностью до 5 МВт и кабельных линий напряжением кВ БМРЗ-ДД-00(01) – защита синхронных и асинхронных двигателей любой мощности БМРЗ-ДС – специальные защиты синхронных электродвигателей большой мощности БМРЗ-105-ДД-01 – защита электродвигателей 6-10кВ _____________________________________________________________________ БМРЗ-ДА-10(11,00,01) защита присоединений 6кВ БМРЗ-ДД-10(11,00,01) защита синхронных и асинхронных двигателей любой мощности

Соответствие защит на базе БМРЗ требованиям ПУЭ. Защита асинхронного двигателя мощностью менее 5МВт ПУЭ: На электродвигателях должна предусматриваться: 1.защита от многофазных замыканий; 2.защита от однофазных замыканий на землю при токах замыкания на землю 10 А и более (для двигателей мощностью более 2МВт – 5А); 3.защита от токов перегрузки; 4.защита минимального напряжения. БМРЗ-ДА обеспечивает: 1.трёхступенчатую МТЗ; 2.защиту от ОЗЗ с контролем 3Io, 3Uo; 3.защиту от несимметричных режимов; 4.защиту от потери нагрузки; 5.защиту от блокировки ротора/затянутого пуска; 6.тепловую защиту; 7.защиту минимального напряжения; 8.вход дуговой защиты с возможностью контроля пуска МТЗ; 9.ограничение количества пусков; 10.УРОВ, АПВ, защиту от потери питания и т.д.

Соответствие защит на базе БМРЗ требованиям ПУЭ. Защита асинхронного двигателя мощностью более 5МВт ПУЭ: На электродвигателях должна предусматриваться: 1.защита от многофазных замыканий (продольная дифференциальная токовая защита); 2.защита от однофазных замыканий на землю при токах замыкания на землю 5 А и более; 3.защита от токов перегрузки; 4.защита минимального напряжения. БМРЗ-ДД обеспечивает: 1.диф. токовую отсечку; 2.диф. защиту с торможением; 3.диф. защиту по току нулевой последовательности (REF-дифференциал); 4.все защиты, обеспечиваемые БМРЗ-ДА.

Соответствие защит на базе БМРЗ требованиям ПУЭ. Защита синхронного двигателя ПУЭ: На синхронных электродвигателях дополнительно должна предусматриваться защита от асинхронного хода. БМРЗ-ДС обеспечивает: 1.опережающее отключение электродвигателя при формировании условий перехода двигателя в асинхронный режим; 2.защиту от затянутого пуска по вычислению теплового импульса; 3.защиту от колебаний нагрузки (антипомпажная защита); 4.защита минимальной частоты (две ступени); 5.защита минимального напряжения; 6.ступенчатый пуск (самозапуск) электродвигателей после АПВ.

Соответствие защит на базе БМРЗ требованиям ПУЭ. Защита двухскоростного асинхронного двигателя ПУЭ: 1.должны быть предусмотрены отдельные комплекты защиты с действием на свой выключатель; 2.защиты минимального напряжения должны производить автоматическое переключение на низшую частоту вращения. БМРЗ-ДА-ХХ-02-ХХ обеспечивает: 1.трёхступенчатые МТЗ, каждую с действием на свой выключатель; 2.защиту от ОЗЗ с контролем 3Uo; 3.защиту минимального напряжения с действием на отключение либо на перевод на низшую частоту; 4.защиту от блокировки ротора, затянутого пуска; 5.автоматику управления выключателями 1-й, 2-й скорости; 6.УРОВ, входы для внешних защит и т.д.

Аналоговые входы блоков релейной защиты двигателей НАЗВАНИЕ БЛОКАВХОДЫ ТОКАВХОДЫ НАПРЯЖЕНИЯ БМРЗ-ДА (IA1, IС1, IA2, IС2, 3I 0 )2 (UAB, UBC) БМРЗ-ДА (IA1, IС1, IA2, IС2, 3I 0 )2 (UAB, UBC) БМРЗ-ДА (IA1, IС1, IA2, IС2, 3I 0 )3 (UAB, UBC, 3U 0 ) БМРЗ-ДА (IA1, IС1, IA2, IС2)3 (UAB, UBC, 3U 0 ) БМРЗ-ДА (IA, IВ, IC, 3I 0 )1 (3U 0 ) БМРЗ-ДА-07(08) (IA, IB, IC, 3I 0 )3 (UAB, UBC, 3U 0 ) БМРЗ-ДА-09(10) (IA, IB, IC, 3I 0 )3 (UAB, UBC, 3U 0 ) БМРЗ-ДД-00(01) (НIA, НIВ, НIC, ВIA, ВIВ, ВIC, 3I 0 )1 (3U 0 ) БМРЗ-ДС (IA, IB, IC)2 (UAB, UBC) БМРЗ-105-ДД-014 (IA1, IС1, IA2, IС2)- БМРЗ-ДА-10(11,00,01) (IA, IB, IC, 3I 0 )3 (UAB, UBC, 3U 0 ) БМРЗ-ДД-10(11,00,01) (НIA, НIВ, НIC, ВIA, ВIВ, ВIC, 3I 0 )1 (3U 0 )

Основные функции блоков релейной защиты двигателей НАЗВАНИЕ БЛОКА МТЗМТЗ ЛЗШЛЗШ ДгЗДгЗ ДТОДТО ДЗТДЗТ ДФОДФО ОЗЗОЗЗ ЗППЗПП ЗОФЗОФ ЗМНЗМН ЗБРЗБР ЗЗПЗЗП ЗНРЗНР Мин. ТЗ ТМТМ Контро ль обратн ой АМ, контро ль РМ Защита от прев. кол. пусков ВНЕШ. ЗАЩИТА УРОВдУРОВд БМРЗ-ДА ВХОДА + БМРЗ-ДА ВХОДА + БМРЗ-ДА ВХОДОВ + БМРЗ-ДА ВХОДА + БМРЗ-ДА БМРЗ-ДА-07(08) БМРЗ-ДА-09(10) БМРЗ-ДД-00(01) БМРЗ-ДС БМРЗ-105-ДД БМРЗ-ДА- 10(11,00,01) ВХОДА + 6 НАЗНАЧАЕМЫХ + БМРЗ-ДД- 10(11,00,01) ВХОДОВ +

Дополнительные функции блоков релейной защиты двигателей НАЗВАНИЕ БЛОКАДОПОЛНИТЕЛЬНОНАЗНАЧЕНИЕ БМРЗ-ДА КОМАНДЫ ПЕРЕВОДА НА 1-ю СКОРОСТЬ, НА 2-ю СКОРОСТЬЗащита двухскоростного двигателя 6кВ БМРЗ-ДА КОМАНДЫ ПЕРЕВОДА НА 1-ю СКОРОСТЬ, НА 2-ю СКОРОСТЬЗащита двухскоростного двигателя 6кВ БМРЗ-ДА АПВ, АЧР/ЧАПВ, 3 НАЗНАЧАЕМЫХ ВЫХОДАЗащита присоединений 6-35кВ БМРЗ-ДА КОМАНДЫ ПЕРЕВОДА НА 1-ю СКОРОСТЬ, НА 2-ю СКОРОСТЬЗащита двухскоростного двигателя 6кВ БМРЗ-ДА УПРАВЛЕНИЕ РЕЛЕ ФИКСАЦИИ КОМАНД, 3 НАСТРАИВАЕМЫХ ВЫХОДА, ДИАГНОСТИКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ НАСОСАЗащита двигателей 6кВ БМРЗ-ДА-07(08)-31-12АПВ, 6 НАЗНАЧАЕМЫХ ВЫХОДОВЗащита присоединений 6-35кВ БМРЗ-ДА-09(10) Защита асинхронных и синхронных двигателей напряжением 6-10кВ мощностью до 5 МВт, а также защита кабельных линий 3-10кВ БМРЗ-ДД-00(01)-04-11АПВ, КОНТРОЛЬ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕЛЕЖКИ Защита синхронных и асинхронных двигателей любой мощности БМРЗ-ДС ФУНКЦИЯ ОПЕРЕЖАЮЩЕГО ОТКЛЮЧЕНИЯ, ЗАЩИТА ОТ КОЛЕБАНИЙ НАГРУЗКИ, АЛГОРИТМ СТУПЕНЧАТОГО ПУСКА ДВИГАТЕЛЕЙ, КОМАНДА ГАШЕНИЯ ПОЛЯ Специальные защиты синхронных двигателей большой мощности, ставится вместе с блоком БМРЗ-ДА-07(08) или БМРЗ-ДА-09(10) БМРЗ-105-ДД-01АПВ, АЧР/ЧАПВЗащита электродвигателей 6-10кВ БМРЗ-ДА-10(11,00,01)-31-22АПВ, 6 НАЗНАЧАЕМЫХ ВЫХОДОВЗащита присоединений 6-35кВ БМРЗ-ДД-10(11,00,01)-04-21АПВ, КОНТРОЛЬ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕЛЕЖКИ Защита синхронных и асинхронных двигателей любой мощности

Исполнение функции минимальной токовой защиты Защита срабатывает при одновременном выполнении условий: Imax Iмин, Imin 0.2 Iном, где Imax – максимальный из фазных токов I A, I B, I C ; Iмин – уставка по току; Imin – минимальный из фазных токов I A, I B, I C ; Iном – номинальный ток фаз, равный 5А. Минимальная токовая защита обеспечивает сигнализацию и/или отключение защищаемого двигателя при его переходе в режим холостого хода

Исполнение функций защиты от блокировки ротора и затянутого пуска Защита производит отключение защищаемого двигателя при: - затянутом пуске при продолжительной работе двигателя под чрезмерной нагрузкой; - пуске с заблокированным или находящимся под недопустимо большой нагрузкой ротором; - блокировании ротора после выхода двигателя на рабочий режим.

Исполнение функции тепловой модели двигателя Моделирование нагрева осуществляется в относительных единицах в соответствии с формулой:, где I Ш - уставка эквивалентного штатного тока, А; T e1 - постоянная времени нагрева двигателя, с; t - рассматриваемый момент времени, с; E 0, % - перегрев двигателя в начале процесса нагрева, %. Относительный перегрев отключенного двигателя при остывании рассчитывается по формуле:, где T е2 - постоянная времени охлаждения двигателя, с; t - рассматриваемый момент времени, с; E 0,% - перегрев двигателя в начале процесса охлаждения, %.

Исполнение функции тепловой модели двигателя Пример работы функции:

Исполнение функции дифференциальной токовой отсечки (ДТО) ДТО предназначена для быстрого селективного отключения защищаемого объекта при тяжелых повреждениях. Пример реализации для защиты асинхронного двигателя: Дифференциальный ток вычисляется по формуле:, где i Д - дифференциальный ток; t - время; i В - ток плеча со стороны питания; i Н - ток плеча со стороны общей точки (нейтрали); К X - коэффициент выравнивания токовых групп, по умолчанию равный 1,0. Срабатывание ДТО происходит по условию: где I ДТО - уставка ДТО.

Исполнение функции дифференциально- фазной защиты с торможением (ДЗТ) ДЗТ срабатывает по действующему значению оценки первой гармонической составляющей дифференциального тока. Дифференциальный ток вычисляется по формуле:, где I Д - дифференциальный ток; I В - оценка первой гармонической составляющей тока плеча со стороны питания в виде комплексного числа; I Н - оценка первой гармонической составляющей тока со стороны общей точки (нейтрали) в виде комплексного числа.

Исполнение функции дифференциально- фазной защиты с торможением (ДЗТ) Функция торможения предназначена для отстройки от переходных режимов работы защищаемого двигателя путем автоматического «загрубления» уставки ДЗТ при увеличении токов плеч. В качестве тормозной величины используется сквозной ток – Ic (геометрическая полусумма токов Iв и Iн). ДЗТ срабатывает при одновременном выполнении условий:, где I ДЗТ - уставка тока срабатывания; К ТОРМ - коэффициент торможения. Характеристика срабатывания защиты приведена на рисунке.

Исполнение функции диф. защиты нулевой последовательности с торможением (ДЗТНП, REF-дифференциал) ДЗТНП является защитой от однофазных замыканий на землю в сетях с заземлённой нейтралью, а также от витковых замыканий. Защита не предназначена для работы в сетях с компенсированной и с изолированной нейтралью. ДЗТНП обладает абсолютной селективностью и не имеет выдержки времени. Пример схемы токовых цепей асинхронного двигателя для ДЗТНП: ДЗТНП срабатывает по действующему значению первой гармонической составляющей дифференциального тока. Дифференциальный ток вычисляется как разность между измеряемым током нулевой последовательности и рассчитанным из фазных токов током нулевой последовательности со стороны нейтрали по формуле: где К 0 - коэффициент выравнивания токовых плеч ДЗТНП.

Исполнение функции диф. защиты нулевой последовательности с торможением (ДЗТНП, REF-дифференциал) Для отстройки от переходных режимов работы двигателя и внешних замыканий на землю ДЗТНП имеет механизм торможения. Торможение предназначено для автоматического "загрубления" уставки ДЗТНП при увеличении токов плеч в переходных режимах работы защищаемого двигателя. В качестве величины торможения используется ток торможения I Т (ток нулевой последовательности, вычисляемый по значениям фазных токов со стороны нейтрали). Защита срабатывает при одновременном выполнении условий: где I ДЗТНП - уставка по дифференциальному току; К ТОРМ - коэффициент торможения. Характеристика срабатывания защиты приведена на рисунке:

Исполнение функции опережающего отключения (ФОО) ФОО выявляет аварийное возмущение во внешней сети по изменению режимных параметров ДС и выдает команду на его отключение в начальной фазе аварийного процесса, если сформировались условия перехода ДС в асинхронный режим. ФОО реализует грубую, точную и резервную ступени защиты. Грубая ступень работает по факту достижения приращением абсолютного угла ротора ДС уставки, определяемой автоматически по значению нагрузки ДС в доаварийном режиме. Точная ступень работает путем сравнения соотношения между избыточной и предельно допустимой энергиями движения ротора ДС с заданной уставкой срабатывания защиты (коэффициент динамической устойчивости). Резервная ступень формирует команду на отключение ДС по факту начала асинхронного проворота путем анализа изменений тока, напряжения и активной мощности ДС.

Исполнение функции опережающего отключения (ФОО). Грубая ступень. Уставка грубой ступени определяется автоматически по формуле: где - уставка, при которой срабатывает грубая ступень ФОО, радиан; - мощность ДС в доаварийном режиме, Вт; - номинальная мощность двигателя, Вт. Срабатывание ступени происходит по факту достижения приращением абсолютного угла ротора рассчитанной уставки:

Исполнение функции опережающего отключения (ФОО). Точная ступень. Точная ступень срабатывает по условию:, где W ИЗБ – избыточная энергия движения ротора; W ДОП – допустимая энергия движения ротора; k Д – коэффициент динамической устойчивости (уставка срабатывания защиты). В случаях, когда установленная мощность генераторов питающей энергосистемы существенно превышает установленную мощность ДС, можно принимать k Д = 0,22. В случаях соизмеримой мощности генераторов энергосистемы и ДС требуется проведение специальных расчетов динамики.

Исполнение функции опережающего отключения (ФОО). Резервная ступень. Резервная ступень ФОО срабатывает при несрабатывании грубой и точной ступени, если в течение трех периодов сети одновременно выполняются следующие условия: - Р < Р да, - U1 < 0,8 U Н, - I1 > 1,5 I Н, где Р да – доаварийное значение мощности; U Н – номинальное напряжение двигателя; I Н – номинальный ток двигателя; P, U1, I1 – текущие значения мощности, напряжения прямой последовательности и тока прямой последовательности СД.

Расчет уставок функции опережающего отключения (ФОО) В качестве уставок ФОО задаются: Номинальная вторичная активная мощность ДС, PН (Вт), которая вычисляется по формуле: Постоянная инерции ДС совместно с приводным механизмом (TИ), с: где GD Д, GD М - маховые моменты ДС и приводного механизма, соответственно, тм; n Д, n М - номинальные скорости вращения ДС и приводного механизма, об/мин; Р - активная мощность, потребляемая ДС, кВт. Если скорости вращения ДС и приводного механизма одинаковы или маховой момент приводного механизма приведен к скорости вращения ДС, то для вычисления постоянной инерции можно использовать суммарное значение махового момента и, следовательно:, где n - приведенная скорость вращения приводного механизма, об/мин.

Расчет уставок функции опережающего отключения (ФОО) Эквивалентное сопротивление активных потерь в ДС во время короткого замыкания уставка R Э - вычисляется по формулам: где n Т, n Н - коэффициенты трансформации измерительных трансформаторов тока и напряжения; R Э.ДВ - приведенное к напряжению статора эквивалентное сопротивление активных потерь в ДС, Ом; R ВН - активное сопротивление внешней сети от зажимов ДС до точки подключения измерительных трансформаторов напряжения, Ом. R Э.ДВ рассчитывается по паспортным характеристикам ДС. Значения R Э.ДВ для некоторых ДС приведены в руководстве по эксплуатации. Значение уставки k Д определяется по результатам специальных расчетов динамики ДС с учетом схем их питания. В случаях, когда установленная мощность генераторов питающей энергосистемы существенно превышает установленную мощность ДС, можно принимать k Д = 0,22.

Исполнение защиты от колебаний нагрузки (ЗКН) Принцип действия основан на выявлении колебаний активной мощности ДС с периодом от 2 до 8 с и амплитудой, превышающей значение А КОЛ - минимальной амплитуды колебаний активной мощности ДС, задаваемое в качестве уставки. ЗКН имеет три ступени. Пуск ступеней ЗКН производится при фиксации первого колебания активной мощности с амплитудой, превышающей А КОЛ. Возврат ступени защиты в исходное состояние производится в том случае, если очередное колебание активной мощности, превышающее заданную уставку, не зафиксировано в течение 10 с. В качестве уставки ЗКН задается относительное значение амплитуды колебаний A КОЛ, при которой фиксируются колебания нагрузки, вычисляемое по формуле: где Δ Р МИН - минимальная амплитуда колебаний мощности ДС в соответствии с рисунком, при которой происходит пуск ЗКН, МВт.

Исполнение защиты от колебаний нагрузки (ЗКН)

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ! ООО «НТЦ «Механотроника» Инженер бюро системотехники, Михалев Сергей Владимирович