Защита электродвигателейсредней и большой мощности

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-01-02-12 – защита двухскоростных двигателей
БМРЗ-ДА-01-02-13 – защита двухскоростных двигателей
БМРЗ-ДА-04-47-12 – защита присоединений 6-35кВ
БМРЗ-ДА-05-02-11 – защита двухскоростных двигателей
БМРЗ-ДА-06-95-11 - защита двигателей 6кВ (для АЭС)
БМРЗ-ДА-07-31-12 – защита присоединений 6кВ
БМРЗ-ДА-09(10)-32-11 - защита двигателей 6 - 10 кВ, мощностью до 5 МВт и кабельных линий напряжением 3 - 10 кВ
БМРЗ-ДД-00(01)-04-11 – защита синхронных и асинхронных двигателей любой мощности
БМРЗ-ДС-00-01-11 – специальные защиты синхронных электродвигателей большой мощности
БМРЗ-105-ДД-01 – защита электродвигателей 6-10кВ
_____________________________________________________________________
БМРЗ-ДА-10(11,00,01)-31-22 - защита присоединений 6кВ
БМРЗ-ДД-10(11,00,01)-04-21 - 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:
защита от многофазных замыканий;
защита от однофазных замыканий на землю при токах замыкания на землю 10 А и более (для двигателей мощностью более 2МВт – 5А);
защита от токов перегрузки;
защита минимального напряжения.
БМРЗ-ДА обеспечивает:
трёхступенчатую МТЗ;
защиту от ОЗЗ с контролем 3Io, 3Uo;
защиту от несимметричных режимов;
защиту от потери нагрузки;
защиту от блокировки ротора/затянутого пуска;
тепловую защиту;
защиту минимального напряжения;
вход дуговой защиты с возможностью контроля пуска МТЗ;
ограничение количества пусков;
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:
защита от многофазных замыканий (продольная дифференциальная токовая защита);
защита от однофазных замыканий на землю при токах замыкания на землю 5 А и более;
защита от токов перегрузки;
защита минимального напряжения.
БМРЗ-ДД обеспечивает:
диф. токовую отсечку;
диф. защиту с торможением;
диф. защиту по току нулевой последовательности (REF-дифференциал);
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:
опережающее отключение электродвигателя при формировании условий перехода двигателя в асинхронный режим;
защиту от затянутого пуска по вычислению теплового импульса;
защиту от колебаний нагрузки (антипомпажная защита);
защита минимальной частоты (две ступени);
защита минимального напряжения;
ступенчатый пуск (самозапуск) электродвигателей после АПВ.

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

Аналоговые входы блоков релейной защиты двигателей

Основные функции блоков релейной защиты двигателей

Дополнительные функции блоков релейной защиты двигателей

Исполнение функции минимальной токовой защиты
Защита срабатывает при одновременном выполнении условий:
Imax ≤ Iмин,
Imin ≥ 0.2∙ Iном,
где Imax – максимальный из фазных токов IA, IB, IC; Iмин – уставка по току;
Imin – минимальный из фазных токов IA, IB, IC; 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 IШ - уставка эквивалентного штатного тока, А;
Te1 - постоянная времени нагрева двигателя, с;
t - рассматриваемый момент времени, с;
E0,% - перегрев двигателя в начале процесса нагрева, %.
Относительный перегрев отключенного двигателя при остывании рассчитывается по формуле:
,
где Tе2 - постоянная времени охлаждения двигателя, с;
t - рассматриваемый момент времени, с;
E0,% - 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 iД - дифференциальный ток;
t - время;
iВ - ток плеча со стороны питания;
iН - ток плеча со стороны общей точки (нейтрали);
КX - коэффициент выравнивания токовых групп,
по умолчанию равный 1,0.
Срабатывание ДТО происходит по условию:
где IДТО - 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 IД - дифференциальный ток;
IВ - оценка первой гармонической составляющей тока плеча со стороны питания в виде комплексного числа;
IН - 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 IДЗТ - уставка тока срабатывания;
КТОРМ - 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 К0 - 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 IТ (ток нулевой
последовательности, вычисляемый по значениям фазных токов со стороны нейтрали).
Защита срабатывает при одновременном
выполнении условий:
где IДЗТНП - уставка по дифференциальному току;
КТОРМ - 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 WИЗБ – избыточная энергия движения ротора;
WДОП – допустимая энергия движения ротора;
kД – коэффициент динамической устойчивости
(уставка срабатывания защиты).
В случаях, когда установленная мощность
генераторов питающей энергосистемы
существенно превышает установленную
мощность ДС, можно принимать kД = 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 < Рда,
- U1 < 0,8 UН,
- I1 > 1,5 IН,
где Рда – доаварийное значение мощности;
UН – номинальное напряжение двигателя;
IН – 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 GDД, GDМ - маховые моменты ДС и приводного механизма, соответственно, т•м;
nД, nМ - 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 RЭ- вычисляется по формулам:
где nТ, nН - коэффициенты трансформации измерительных трансформаторов тока и
напряжения;
RЭ.ДВ - приведенное к напряжению статора эквивалентное сопротивление активных
потерь в ДС, Ом;
RВН - активное сопротивление внешней сети от зажимов ДС до точки подключения
измерительных трансформаторов напряжения, Ом.
RЭ.ДВ рассчитывается по паспортным характеристикам ДС. Значения RЭ.ДВ для
некоторых ДС приведены в руководстве по эксплуатации.
Значение уставки kД 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 kД = 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 АКОЛ - 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 АКОЛ. 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 AКОЛ,
при которой фиксируются колебания нагрузки,
вычисляемое по формуле:
где ΔРМИН - минимальная амплитуда колебаний
мощности ДС в соответствии с рисунком,
при которой происходит пуск ЗКН, МВт.

Исполнение защиты от колебаний нагрузки (ЗКН)