Защита и автоматика синхронных электродвигателей напряжением 1 кВ.

Релейная защита. Для синхронных ЭД предусматриваются те же защиты, что и для асинхронных, однако при выборе параметров токовой отсечки и продольной дифференциальной защиты учитываются дополнительные условия. Кроме того, синхронные ЭД должны иметь защиту от асинхронного режима и защиту от потери питания. При наличии устройств АГП защиты, действующие на отключения ЭД, должны действовать также на УАГП.

Токовая отсечка. При выборе тока срабатывания наряду с условием (7.1) необходимо обеспечить отстройку от сверхпереходного тока I"д, посылаемого электродвигателем в точку повреждения при трехфазном КЗ на шинах, к которым он подключен. Для определения тока срабатывания в выражение (7.1) необходимо вместо Iпуск.max ввести значение сверхпереходные ЭДС и сопротивление электродвигателя. Если ЭД подключен к шинам через постоянно включенный реактор с сопротивлением Хр, то при определении тока I"д необходимо принимать .

Продольная дифференциальная защита. Как и для токовой отсечки, при выборе тока срабатывания продольной дифференциальной защиты необходимо исключить ее действие не только при пусках ЭД, но и при внешних КЗ В этом случае, определяя максимальный расчетный ток небаланса по выражению (4.4), необходимо вместо I(3) кз.вн.max взять ток I"д.

Защита от потери питания. При потере питания и действии устройств АПВ и АВР происходит несинхронное включение синхронных ЭД. Ток несинхронного включения может значительно превышать значение пускового тока, поэтому такие включения не всегда допустимы по условию предотвращения повреждения ЭД. Кроме того, при несинхронном включении возбужденного ЭД снижается вероятность его ресинхронизации. Из сказанного следует, что при потере питания может возникнуть необходимость отключать синхронные ЭД или снимать с них возбуждение с последующей ресинхронизацией. Это возлагается на защиту от потери питания, рассмотренную выше (см. выражение 6.8).

Защита от асинхронного режима. Ее выполняют одним из следующих способов [17]: с помощью реле, реагирующего на увеличение тока в обмотке статора; с помощью устройства, реагирующего на появление переменного тока в обмотке ротора; с помощью устройства, действующего на принципе отсчета числа электрических проворотов ротора при асинхронном режиме. Известны и другие способы.

Распространение получила защита, реагирующая на увеличение тока в обмотке статора. При асинхронном режиме в обмотке статора проходит уравнительный ток, действующее значение которого

Это выражение получено в предположении, что ЭДС системы и электродвигателя равны напряжению сети Uc, а в расчетную схему входят переходное сопротивление электродвигателя Xd" и переходное сопротивление системы X"с.

Характер изменения тока Iур в зависимости от угла δ показан на рис. 7.9, а, из которого следует, что если от асинхронного режима использовать максимальную токовую защиту с независимой выдержкой времени, то она не будет действовать, т. к. измерительное реле тока периодически размыкает контакты и в пределах каждого цикла биения держит их разомкнутыми в течение времени Δt. Поэтому для обеспечения беспрерывной подачи напряжения на обмотку реле времени в схему защиты вводят промежуточное реле KLT с замедлением при возврате (рис. 7.9, б). Время возврата tв.р принимают большим, чем время Δt.

Применяется защита в однофазном исполнении. Ток срабатывания защиты Iс.з = (1,3...1,4) Iн.д. При выборе выдержки времени должно соблюдаться условие tв.р = (1,2...1,5) с.

Для электродвигателей с отношением короткого замыкания (ОКЗ), равным единице и более, можно использовать защиту с зависимой характеристикой выдержки времени. Для ее выполнения достаточно иметь одно реле РТ-80. При возникновении асинхронного режима оно приходит в действие и в течение времени Δt не успевает возвратиться. Поэтому по истечении некоторого времени реле срабатывает. Функции защиты от асинхронного режима может также выполнять защита от перегрузки. Если защита от асинхронного режима осуществляет ресинхронизацию ЭД, то предусматривается такая последовательность операций: снятие с ЭД возбуждения и перевод его в асинхронный режим, подача возбуждения после достижения ротором ЭД подсинхронной частоты вращения.

Рассмотренные защиты от асинхронного режима могут допускать ложные срабатывания при резкопеременных нагрузках на валу ЭД, вследствие того что характер изменения тока статора и тока ротора при этом мало отличается от характера изменения токов при асинхронном режиме. Предложены защиты, способные выявить асинхронный режим и при резкопеременных ударных нагрузках. Такой, например, является защита, реагирующая на изменение угла между векторами напряжения сети и ЭДС электродвигателя [9]. Наряду с ложными срабатываниями при резкопеременных нагрузках на валу ЭД защита, реагирующая на увеличения тока в обмотке статора, не всегда удовлетворяет требованиям чувствительности. В связи с этим предложена импульсная защита, основанная на контроле фазового угла статора [9]. В синхронном режиме этот угол не превышает ± 25о. При нарушении синхронизма он значительно возрастает. Экспериментально определена угловая зона срабатывания защиты. Она принята от 30 до 90о. Защита, выполненная с использованием указанного принципа, рассмотрена в [12].

Устройства автоматики. Устройства противо–аварийной автоматики (УАПВ и УАВР) синхронных ЭД работают в несколько иных условиях, чем аналогичные устройства асинхронных ЭД. При действии УАПВ и УАВР происходит несинхронное включение синхронных электродвигателей, сопровождающееся токами, которые могут значительно превышать пусковой ток. Поэтому перед включением ЭД производится частичное гашение его поля, с тем чтобы напряжение на его выводах не превышало Uд < (0,5...0,6) Uн

[9]. Если расчеты показывают, что кратности тока и момента при несинхронном включении не превышают допустимых значений, то устройства АПВ и АВР могут включать ЭД при полном возбуждении. Действия устройств АПВ и АВР согласуются с действием защиты от потери питания.

Устройства автоматического регулирования возбуждения [9]. Системы возбуждения синхронных ЭД выполняют аналогично системам возбуждения синхронных генераторов. Систему возбуждения выбирают на основе техникоэкономического анализа. Для ЭД средней мощности предпочтительнее система возбуждения с полупроводниковыми выпрямителями перед системой возбуждения с генератором постоянного тока. Бесщеточная система возбуждения рекомендуется для ЭД, работающих на взрывоопасных и сильно запыленных помещениях.

На синхронных электродвигателях обязательно предусматриваются устройства автоматического регулирования возбуждения. Они выполняются в основном на тех же принципах, что и УАРВ генераторов. Однако, задачами УАРВ синхронных электродвигателей в общем случае являются как поддержание заданного напряжения на шинах подстанции, так и поддержание других параметров: заданного коэффициента мощности tgϕ, отдаваемой реактивной мощности. Для различных условий работы и разных систем возбуждения разработан ряд схем УАРВ. В простейшем случае это устройство релейной форсировки.

Для электродвигателей с непрерывно изменяющейся реактивной нагрузкой и электромашинным возбуждением рекомендуется осуществлять компаундирование с коррекцией напряжения и коэффициента мощности (tgϕ), а также автоматически ограничивать возбуждение, если напряжение ротора или ток статора достигают максимально допустимых значений. Компаундирование с коррекцией напряжения уже рассматривалось. Корректором коэффициента мощности может служить схема сравнения абсолютных значений двух величин, так как направление ее выходного тока зависит от угла ϕ. Этот ток подается в обмотку управления магнитного усилителя tgϕ, входящего в электромагнитный корректор напряжения. Схема настраивается на отсутствие выходного тока при соответствии tgϕ заданному значению, отклонение от которого приводит к изменениям выходного тока регулятора в необходимую сторону.

Принципиальная схема, осуществляющая ограничение напряжения возбуждения (ротора) Uв и тока статора Iд приведена на рис. 7.10, а. В зависимости от того, какое из напряжений Uв или U1 = R ⋅ Iд2 является большим, оно и подается на вход элемента задержки по времени АТ. Меньшее напряжение на вход АТ не поступает, т. к. соответствующий диод VD1 или VD2 в цепи меньшего напряжения закрыт.

Задержка по времени необходима для того, чтобы ограничитель не препятствовал кратковременной форсировке возбуждения. Выходное напряжение АТ сравнивается с напряжением U _c сети на входе магнитного усилителя AL 1, выход которого через выпрямитель VS 4 соединен с выпрямителем VS 1 тока нелинейного элемента электромагнитного корректора напряжения APV.

В нормальном режиме работы выходное напряжение ограничителя U _o невелико, поэтому диоды выпрямителя VS 4 закрыты, а диоды VS 1 открыты. Магнитный усилитель AL 2 управляется разностью токов I _л – I _нл. При достижении предельно допустимых значений U _в или I _д напряжение U _o возрастает, открывая диоды выпрямителя VS 4 и закрывая диоды VS 1. После этого магнитный усилитель AL 2 начинает управляться разностью токов I _л – I _o. Возрастанию тока I _o соответствует снижение тока регулятора I _рег, подводимого к обмотке возбуждения LM. Для синхронных электродвигателей большой мощности с резко изменяющейся нагрузкой и тиристорной системой возбуждения разработано устройство АРВ (рис. 7.10, б), имеющее разные характеристики.