Соловьев Д. Б., инж. Дальневосточный государственный технический университет, Владивосток
Рассмотрена
проблема обеспечения защитными устройствами электроприводов технологических
комплексов, эксплуатируемых в тяжелых условиях. Предложена методика ее решения
на основе разработанного многоканального многопараметрического защитного
устройства.
Ключевые слова:
электропривод технологических комплексов, система защиты, защитные устройства
от неполнофазных режимов работы.
На современных горных предприятиях, особенно на открытых разработках,
эксплуатируются высокомеханизированные горнодобывающие и перерабатывающие
комплексы, установленная мощность электрооборудования которых достигает 20 МВт.
Эта мощность сравнима с мощностью оборудования крупных промышленных
предприятий, но в отличие от них электрооборудование горных комплексов
сконцентрировано на небольшой площади. Попытки создать универсальную защиту
для асинхронных двигателей предпринимались постоянно, но эта задача оказалась
довольно сложной. Совершенно очевидно, что в случае создания универсальных
защитных устройств должна существовать область их экономически обоснованного
использования, определяемая как мощностью двигателя, так и степенью его
значимости в технологическом процессе. В горнодобывающей промышленности выход
из строя любого двигателя вспомогательных агрегатов часто приводит к остановке
всего технологического комплекса, поэтому целесообразно иметь одно защитное
устройство, реагирующее на изменение параметров любого чувствительного
элемента из числа тех, которыми снабжены двигатели комплекса. Разработка
структурной схемы и параметров подобного защитного устройства для всего
технологического комплекса является актуальной задачей.
Анализ существующей тенденции перехода защитных устройств на новую
элементную базу показал, что внедрение микропроцессорных устройств
в горнодобывающей промышленности очень проблематично из-за сложных
условий эксплуатации горной техники (случайный, рез- копеременный характер
формирования нагрузок, затяжные пуски мощных сетевых двигателей, глубокие
провалы напряжения, мощные электромагнитные возмущения, большие колебания
температур и влажности, вибрация, запыленность и т. п.). Ремонт или
переналадка микропроцессорной техники в полевых условиях весьма
затруднительна. Поэтому так актуальны сегодня задачи расширения функциональных
возможностей релейных защитных устройств и повышения надежности их работы.
Особого
внимания заслуживает неполно- фазный режим, поскольку на его долю в горной
промышленности приходится наибольший процент аварий (до 50 %). Неполнофазный режим называют еще однофазным — при нем трехфазному двигателю напряжение
подается только по двум фазам. Такой режим возникает в результате перегорания
одного предохранителя, нарушения контакта в одной фазе коммутационного
аппарата либо во вводной коробке электродвигателя, обрыва в обмотке статора или
силовой жилы гибкого кабеля.
Специфика
работы электродвигателей горного оборудования вследствие их компактного
расположения, небольшой кратности максимального момента и высокого
сопротивления, соизмеримого с сопротивлением питающей сети, обусловливает более
тяжелые условия неполнофазиого режима, чем в общепромышленных установках. При
обрыве линейного провода в цепи одного из двигателей токи обратной
последовательности появляются в цепях остальных двигателей, что приводит к
значительному ухудшению работы всего технологического комплекса.
Промышленностью выпускаются защитные устройства от несимметричных
режимов работы на пассивных и активных элементах, однако их установка
регламентирована ПУЭ лишь в порядке исключения для двигателей, защищенных
предохранителями и не имеющих защиты от перегрузки, если двухфазный режим
ведет к выходу двигателя из строя с особо тяжкими последствиями. Это связано с
экономической нецелесообразностью установки защиты, стоимость которой
сравнима со стоимостью самого двигателя. Кроме того, все эти защиты имеют
существенный недостаток — отсутствие самоконтроля исправности.
Наиболее совершенные защиты от неполнофазных режимов — фильтровые
защиты токов и напряжений обратной последовательности. Они реагируют не только
на количественные, но и на качественные изменения электрических параметров
защищаемой установки. Одним из основных элементов фильтровой защиты является
чувствительный элемент — фильтр напряжения (или тока) обратной последовательности
(ФНОП). Такие фильтры можно применять для электродвигателей различных мощностей
и режимов работы, при этом не требуются трансформаторы тока, установить которые
для большой группы двигателей технологического комплекса практически
невозможно. В процессе исследований был проведен графоаналитический анализ работы
ФНОП в различных режимах с целью повышения его чувствительности и выбора
управляющего сигнала для защитного устройства с самоконтролем исправности.
На основе результатов анализа, а также патентного поиска по кл. Н02Н7/08
сконструировано устройство для защиты трехфазных электроустановок от
анормальных режимов работы [1]. Оно выгодно отличается от аналогичных
устройств благодаря наличию самоконтроля исправности, возможности применения с
различными коммутационными аппаратами без изменения их схем управления,
обеспечения защиты электроустановок различной мощности, а также контроля
несимметрии линейных напряжений сети. Кроме того, устройство позволяет
контролировать порядок чередования фаз и наличие анормального режима
при повторном включении коммутационного аппарата на этот режим. Опытные
образцы данного устройства внедрены на подстанциях и в котельной угольного
разреза "Павловский-2" ОАО "Приморскуголь".
Область применения этого устройства ограничена его использованием в
отдельной трехфазной электроустановке либо в групповом коммутационном
аппарате. Однако возникновение анормального режима отдельной электроустановки
в группе может не вызвать отключение группового коммутационного аппарата
вследствие невозможности отстроить изменение режима работы отдельной электроустановки
от нормальных изменений режимов работы группы электроустановок. Применение же
подобных защитных устройств, несмотря на их простую схему и небольшую
стоимость, на каждой электроустановке в группе экономически нецелесообразно.
Поэтому было разработано многоканальное устройство защиты, предназначенное
для технологического комплекса, представляющего собой несколько компактно
расположенных электроустановок, связанных между собой непрерывностью
технологического процесса (т. е. при выходе из строя любой из них должен
отключаться весь комплекс). Причем в качестве чувствительных элементов могут
быть использованы различные датчики, реагирующие на появление разных анормальных
режимов работы любой электроустановки в группе. В данной схеме заложена идеология
построения универсального защитного устройства технологического комплекса,
которое может быть реализовано и на микропроцессорной основе. Схема устройства
[2] представлена на рисунке.
Устройство работает следующим образом. При включении первого коммутационного
аппарата замыкаются его силовые контакты 1 и напряжение сети подается на
сборные шины. В соответствии с технологическим процессом срабатывают вторые
коммутационные аппараты электроустановок 2. При первом включении защитного устройства необходимо с помощью
устройства фазировки 20 для всех электроустановок в группе 4 установить единый порядок чередования фаз. Появление напряжения на
клеммах всех электроустановок (при отсутствии анормального режима в любой из
них) приводит к срабатыванию тиристора 9, поскольку цепь управляющего электрода замкнута контактами 19
промежуточных реле 16. При этом получают питание обмотки
исполнительного реле
11, которое срабатывает мгновенно, и реле времени 15, срабатывающее с некоторой задержкой времени At. Переключение контактов 23 и 25 исполнительного реле 11 и контактов 24 и 26
реле времени 15 не приводит к изменению состояния катушек
7 и 8 (катушка 7 продолжает получать питание через
блок-контакт 27 первого коммутационного аппарата,
контакт 23 и кнопку "Стоп" 6,
а цепь катушки расцепителя 8 остается разорванной контактом 25). Возникновение анормального режима в любом
ответвлении вызывает срабатывание соответствующего промежуточного реле 16 из группы, размыкание одного из контактов 19 в цепи управляющего электрода тиристора 9 и его запирание. Исполнительное реле 11 обесточивается и своими контактами 23 и 25 соответственно либо
разрывает цепь питания катушки дистанционного включения 6 первого коммутационного аппарата (контактом 23 — в
случае
применения в качестве первого коммутационного аппарата магнитного пускателя)
либо замыкает цепь катушки расцепителя 8 (контактом 25 — в случае применения автоматического выключателя), и
первый коммутационный аппарат отключается.
При включении коммутационного аппарата на анормальный режим любой
электроустановки тиристор 9 заперт, исполнительное реле 11 не срабатывает, а реле времени 15 с задержкой At включается благодаря наличию напряжения на выходе трехфазного двухполу-
периодного выпрямителя 14. При применении в качестве
первого коммутационного аппарата магнитного пускателя размыкающий контакт 24 реле времени 15 разрывает цепь питания
его катушки, а в случае использования автоматического выключателя замыкается
контакт 26 реле времени 15 в цепи катушки расцепителя 8, и первый
коммутационный аппарат через промежуток времени At вновь отключается.
Включение катушки расцепителя параллельно реле времени 15
обусловлено необходимостью подачи на нее питания при обрыве любой фазы
питающего напряжения.
По показаниям вольтметра 21 судят о наличии
существующей несимметрии линейных напряжений, анормального режима при повторном
включении первого коммутационного аппарата, а также определяют порядок чередования
фаз, направление вращения двигателя.
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность защиты
группы компактно расположенных электроустановок за счет сокращения числа
защитных устройств, упростить обслуживание и эксплуатацию, уменьшить время на
обнаружение анормальных режимов электроустановок. Кроме того, при его
реализации можно использовать унифицированные блоки "датчик-реле" и
благодаря этому создать единое защитное устройство для технологического
комплекса.
Опытный образец пятнадцатиканального устройства защиты был установлен на
дробильном комплексе Лучегорского угольного разреза, имеющего 12
технологически связанных электродвигателей разной мощности (три канала
устройства остались незадействованы). Пробное включение дробильного комплекса и
его дальнейшая эксплуатация даже при затяжном пуске главного двигателя
дробилки и значительном симметричном снижении линейных напряжений не приводили
к срабатыванию защитного устройства. Искусственное создание неполнофазного
режима на любом присоединении (включение электродвигателей различной мощности)
вызывало срабатывание устройства защиты.
Список литературы
1.
Пат. 2027273 РФ. Устройство для защиты трехфазной установки от анормальных режимов /
Ю. С. До- рошев. — Опубл. в Б.И., 1995, №26.
2. Пат. 2258291 РФ, МКИ Н02Н7/08. Многоканальное защитное устройство от анормальных режимов работы
трехфазных электроустановок / Ю. С. Доро- шев, Д. Б. Соловьев. — Опубл. в Б.И.,
2005, № 22.
solovev.aspirant@mail.ru
