Защита и автоматика мощного синхронного двигателя 6(10) кВ


Рассмотрим вариант синхронного двигателя мощностью более 5 МВт, либо просто СД с наличием дифференциальной защиты. Сегодня дифф. защита может применяться и на двигателях меньшей мощности, тем более, что в ПУЭ есть оговорка про чувствительность токовой отсечки (п. 5.3.46.)

В принципе и асинхронные двигатели бывают большой мощности и синхронники меньше 5 МВт. Мы объединим эти два параметра (СД и большую мощность) для того, чтобы показать максимальный по составу набор защит двигателя. Поэтому в нашем случае мы получаем те же защиты, что и в предыдущей статье плюс ряд новых. Давайте их рассмотрим.

Дифференциальная защита двигателя

Это быстродействующая защита двигателей большой мощности от междуфазных коротких замыканий. Обычно состоит из двух степеней — дифференциальной отсечки (ДТО) и дифф. защиты с торможением (ДЗТ). Последняя может быть выбрана с уставкой срабатывания ниже или выше номинального тока двигателя.

Если ДЗТ выбирается с уставкой срабатывания ниже номинала, то она оказывается более чувствительной, но при этом возможны ложные срабатывания при обрыве токовых цепей. На современных защитах используются различные комбинации пусковых органов и блокировок, чтобы повысить чувствительность ДЗТ, но при этом своевременно выявить нарушение токовых цепей. Например, работа ДЗТ с уставкой выше номинала и автоматическое очувствление при КЗ. Алгоритмы дополняются сигнализацией небаланса в токовых цепях для оповещения оперативного персонала.

ДТО является грубой ступенью, которая отстраивается от броска апериодической составляющей тока при включении двигателя. Основное назначение ДТО — резервирование ДЗТ, которая имеет ряд алгоритмических блокировок и может отказать при сложных повреждениях.

Защита от потери питания (ЗПП)

Защита от потери питания отключает двигатель после его перехода в генераторный режим, т.е. когда мощность на установке начинает протекать от двигателя в сеть. Такое направление мощности означает КЗ или отключение оборудования в вышестоящей сети.

Для определения генераторного режима используется алгоритм направления мощности (токи через статор и напряжения на шинах).

ЗПП может отключать двигатель для обеспечения самозапуска более ответственных. В принципе данная защита может применяться и на АД, а также в качестве групповой на секции шин (ток через ввод). Кроме того схожий с ЗПП пусковой орган применяется в быстродействующих АВР (БАВР), которые сегодня активно внедряются в сетях промышленных предприятий.

Защита от асинхронного режима

Защита от асинхронного режима отключает синхронный двигатель при потере возбуждения. Кроме того может быть предусмотрена простая или комбинированная (с предварительной разгрузкой) ресинхронизация СД для восстановления параметров нормальной работы.

Способов определения нарушений в цепях возбуждения несколько, начиная с простейшей фиксации увеличения тока в обмотках статора (ПУЭ 5.3.50) и заканчивая более совершенными органами сопротивления. В современных терминалах РЗА обычно используют второй способ.

Отключение от технологических защит

Мощные двигатели 6(10) кВ являются сложными устройствами с рядом вспомогательных систем. Например, системой обеспечения давления масла в подшипниках двигателя. Или системой принудительного охлаждения. Кроме того в двигатель могут устанавливаться термодатчики со своим блоком контроля.

Такие системы образуют собственные технологические защиты двигателя, с которыми должен взаимодействовать терминал релейной защиты. 

Это взаимодействие осуществляется через дискретные входы терминала

ВАЖНО!

При отключении синхронного двигателя защита должна действовать не только на выключатель в ячейке 6(10) кВ, но и на автомат гашения поля, который обесточивает цепь возбуждения СД.

 

В следующий раз мы рассмотрим дуговую защиту ячеек КРУ и завершим цикл статей по типовым присоединениям 6(10) кВ.

 

На рисунке

Терминал защиты и автоматики двигателя 6(10) кВ типа БМРЗ-УЗД.

Разработчик НТЦ «Механотроника», www.mtrele.ru

Терминал содержит все перечисленные в статье защиты и автоматику

  • http://vk.com/id66864002 Александр Ряжских

    Хорошая статья, но прошу меня простить — как всегда добавлю несколько комментов:
    1) Дифференциальная защита для двигателей бывает балансной и продольной. Балансную (суммирующую МТЗ) в основном используют зарубежные производители, продольную — отечественные.
    Для продольной диффзащиты на МП терминалах (уставка может быть от 5% номинального тока ТТ) предъявляются очень высокие требования к ТТ в «звезде» по мощности и кратности насыщения, а также к допустимому сопротивлению нагрузки цепей ТТ.
    2) Добавьте также еще защиту от двойных КЗ на землю.
    3) Асинхронный ход — это не только потеря возбуждения. Он может возникнуть при внезапном динамическом набросе нагрузки (например, заклиненный сляб на прокатном стане). Защита от АХ на МП терминалах легко реализуется с помощью счётчика проскальзывания поля ротора. В данном случае необходимо контролировать увеличение тока статора более 1,2-1,4 номинала и вываливание косинуса ниже 0,5-0,6. При двух подряд проскальзываниях поля можно смело отключать СД. Данная защита выводится при пуске и вводится в работу после подачи возбуждения и втягивания двигателя в синхронизм.
    4) Современные крупные буржуйские СД (от 30 МВт) не имеют беличьей клетки, их разгон осуществляется при уже поданном возбуждении. Разгон всех крупных машин начинается не с нуля, а со стартовой скорости устройства валоповорота.

    • https://www.facebook.com/app_scoped_user_id/131488400583096/ Дмитрий Василевский

      Интересные замечания. А защита от двойных замыканий как обычно делается, на реле максимального тока? Разве обычная МТЗ их не чувствует? Насчет асинхронного режима/хода соглашусь. Большая нагрузка на валу может привести к потере синхронизма помимо обрыва цепей возбуждения

      • http://vk.com/id66864002 Александр Ряжских

        Дмитрий, чуть оговорюсь. Защита от двойных КЗ на землю обязательно применяется: 1) если дифференциальная защита выполнена в двухфазном исполнении, 2) защита от замыканий на землю по каким-то причинам имеет выдержку времени. В остальных случаях ее применение не требуется. Выполняется включением реле максимального тока в цепь ТТНП с первичной уставкой 100-200 Ампер с выдержкой 0″. У нас на крупных СД от 10 МВт выполнено по 2 защиты от замыкания на землю: грубая от 2-х КЗ и чувствительная направленная с пуском по 3U0.

        • https://plus.google.com/101616571412194372232 Дмитрий Василевский

          Так защита от двойных выполняется на отдельных пусковых органах/токовых реле или это те же, что и МТЗ? Как выбираются уставки?

          • http://vk.com/id66864002 Александр Ряжских

            Дмитрий, это же цепи ТТНП, при чем тут МТЗ? Это же классические схемы РЗА.

          • https://www.facebook.com/app_scoped_user_id/131488400583096/ Дмитрий Василевский

            Ну, да. Это же для старой двухрелейной схемы. Если смотреть терминал РЗА, то там всегда трехрелейная и, как я понимаю, с двойными справляется обычная МТЗ.

      • http://vk.com/id28787502 Дмитрий Болдырев

        Вставлю свои 5 копеек:
        Потеря возбуждения — это асинхронный режим, а вращение поля статора и возбуждённого ротора с разными скоростями — асинхронный ход.

  • Vjachaslau1 Nekrish

    Может, стоит дополнить цикл статей по типовым присоединениям 6(10) кВ статьей по защите отходящей линии к паротурбинной или газотурбинной генерирующей установке?

    • https://www.facebook.com/app_scoped_user_id/131488400583096/ Дмитрий Василевский

      Генераторные присоединения здесь решил не трогать. Да и СД наверное уже было слишком много)

  • http://vk.com/id66864002 Александр Ряжских

    Дмитрий, так МТЗ согласно ПУЭ на двигатели не ставят. Встречал только несколько раз наличие МТЗ на крупных СД 5-12 МВт (проекты Волгоградэнергосетьпроект 70-х годов), мы всю голову сломали зачем? Тем более, что данная ступень (3 номинала двигателя, 1,0″) блокируется на время пуска. Пришли к выводу, что т.к. секция не оборудована ЛЗШ, ДЗШ, ЗПП, то МТЗ работает в обратную при КЗ на шинах.
    Поэтому если вы ставите МТЗ именно для защиты от двойных КЗ — как вы будете выбирать для неё уставки? При удалённой второй точке и малых токах КЗ она же будет не чувствительна.

    • https://www.facebook.com/app_scoped_user_id/131488400583096/ Дмитрий Василевский

      Я имею ввиду отсечку, которая на двигателях отстраивается от максимального тока и по-сути является МТЗ. Для меня секрет почему именно на этом элементе МТЗ называется отсечка, но раз уж назвали, то пусть будет так

      • http://vk.com/id66864002 Александр Ряжских

        Дмитрий, не вижу ничего секретного и удивительного. Формулировки понятий отсечка и МТЗ приведены в и в ПУЭ и в фундаментальных книгах Федосеева и Чернобровова. Большинство же релейщиков ПУЭ не читает и чем отличается отсечка и МТЗ не знают. Точнее отвечают, что выдержкой времени. В ПУЭ же чётко даётся ответ, что отличаются
        они способом обеспечения селективности. Требования для обеспечения селективности МТЗ на двигателе не могут быть выполнены, поэтому на двигатель МТЗ не ставится. Что тут неясного?

        • https://plus.google.com/101616571412194372232 Дмитрий Василевский

          Что значит невозможно обеспечить селективность МТЗ на двигателе? Она обеспечивается хотя бы потому, что на движке нет нижестоящих защит, с которыми надо было бы обеспечивать эту селективность. Вы правы, что отсечка и МТЗ имеют разные способы обеспечения селективности (токовую и временную соответственно), но это относится именно к нижестоящим защитам, которых на двигателе нет. Уставка МТЗ отстраивается от максимального рабочего тока присоединения, а уставка отсечки от максимального тока КЗ в конце зоны. Если вы внимательно посмотрите на формулу выбора так называемой отсечки двигателя, то увидите, что там именно макс. рабочий ток (Кп*Iном.дв.). Это ни что иное как МТЗ без выдержки времени. В этом-то и вопрос — почему так криво названа защита?

        • https://plus.google.com/101616571412194372232 Дмитрий Василевский

          Впрочем, если посмотреть второе условие выбора отсечки (от броска тока), то эта формула и используется. А формула для расчета МТЗ из-за Кв=1 (не нужно учитывать нижестоящую защиту) превращается практически в такую же, что и отсечка. Хм… Наверное в этом и причина. Они просто очень похожи, но я ее всегда воспринимал как МТЗ без выдержки времени, а нужно было как второе условие выбора отсечки.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.