Научная статья на тему 'АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДИАГНОСТИКИ И ЗАЩИТЫ АВТОНОМНЫХ АСИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК'

АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДИАГНОСТИКИ И ЗАЩИТЫ АВТОНОМНЫХ АСИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
61
14
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
автономный асинхронный генератор / ветроэлектрическая установка / повреждения / защита / autonomous asynchronous generator / wind power plant / damage / protection.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Соболь А. Н., Андреева А. А.

В настоящее время актуальным остается вопрос использования автономных асинхронных генераторов с емкостным возбуждением в ветроэлектрических установках. Существует очень небольшое количество защит электрических машин от внутренних коротких замыканий в статорной обмотке. Для разработки устройства защиты генератора кроме анализа токов и напряжений целесообразно также рассмотреть изменение вибрации генератора при повреждении

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Соболь А. Н., Андреева А. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ANALYSIS OF EXISTING DIAGNOSTIC DEVICES AND PROTECTION OF AUTONOMOUS ASYNCHRONOUS GENERATORS WIND POWER PLANTS

Currently, the issue of using autonomous asynchronous generators with capacitive excitation in wind-electric installations remains relevant. There are very few protections for electrical machines against internal short circuits in the stator winding. To develop a generator protection device, in addition to analyzing currents and voltages, it is also advisable to consider the change in vibration of the generator in case of damage.

Текст научной работы на тему «АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДИАГНОСТИКИ И ЗАЩИТЫ АВТОНОМНЫХ АСИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК»

Перадпрагляд

аб прыназ. з B.i М. Спалучэнне з прыназ. -*аб» выражае:

Аб'ектныя ацнос!ны

1. з В. Ужываецца пры указаны на прадметг з я км х о-, што-н. збл!жаеццаг сутыкаецца у працэсе руку, дзеяння. тэст awtar. прыклад з аутарам awtar. I асобнае ужыванне прыклад ужывання

2. з М. Паказвае на прадмет raaopKir думк1, пачуцця. 1ван сумуе аб працы, сумуе аб каласах жытнix на сваей паласе, аб залгуных сенажацях, аб дзецях-румзах.

3. з М. Паказвае на прадмет карчавання.

Часавыя ацнопны

4. Разм. Паказвае на адрэзак часу, у межак якога завяршаецца дзеянне.

Рисунок 2. Окно просмотра словарной статьи

Заключение

Разработанное приложение позволяет автоматизировать процесс создания, редактирования и хранения словарных статей. Клиент-серверная архитектура приложения позволяет организовать работу над словарем для большого коллектива с распределением ролей между пользователями и хранением полной истории изменений для каждой статьи. Использование XML технологий для хранения текстов статей и динамического формирования пользовательского интерфейса позволяет использовать разработанную систему для различных типов словарей и различных языков. Система в настоящее время используется для создания Толкового словаря белорусского языка, и призвана существенно сократить трудозатраты по его созданию.

Список литературы

1. Смалюк А.Ф., Кошчанка У.А., Аутаматыза-цыя распрацоуш слоушкау для навучальнай 1 наву-ковай працы. Актуальные проблемы бизнес образования: материалы XVI Междунар. науч.-практ. конф. (20-21 апреля 2017 г., Минск). - Мн.: Институт бизнеса и менеджмента технологий БГУ, 2017. - с.187-189

2. Смалюк А.Ф., Кошчанка У.А., Праграмнае забеспячэнне 1 працэс падрыхтоуш тэкстау для На-цыянальнага корпусу беларускай мовы. Актуальные проблемы современной прикладной лингвистики. - Минск: МГЛУ, 2016. - С. 297-304.

3. Кошчанка У. А., Капылоу I. Л., М1клашэв1ч I. А. Корпус беларускамоуных навуковых тэкстау як частка рэал1зацьи м1жнароднага праекта "ВаИ^п^П"// Беларуская лшгвютыка. Вып. 63. -Мшск: Нацыянальная акадэм1я навук Беларуси 1н-стытут мовы 1 лггаратуры 1м. Якуба Коласа 1 Янш Купалы, 2009 - С. 3-8

АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДИАГНОСТИКИ И ЗАЩИТЫ АВТОНОМНЫХ АСИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Соболь А.Н.,

Кандидат технических наук., доцент ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ, Краснодар, РФ

Андреева А.А. Студентка факультета энергетики ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ, Краснодар, РФ

ANALYSIS OF EXISTING DIAGNOSTIC DEVICES AND PROTECTION OF AUTONOMOUS ASYNCHRONOUS GENERATORS WIND POWER PLANTS

Sobol A.,

Candidate of Technical Sciences., Associate Professor FSBEI HE Kuban SA U, Krasnodar, Russian Federation

Andreeva A. student of the Faculty of Energy FSBEI HE Kuban SA U, Krasnodar, Russian Federation

Аннотация

В настоящее время актуальным остается вопрос использования автономных асинхронных генераторов с емкостным возбуждением в ветроэлектрических установках. Существует очень небольшое количество защит электрических машин от внутренних коротких замыканий в статорной обмотке. Для разработки устройства защиты генератора кроме анализа токов и напряжений целесообразно также рассмотреть изменение вибрации генератора при повреждении.

Abstract

Currently, the issue of using autonomous asynchronous generators with capacitive excitation in wind-electric installations remains relevant. There are very few protections for electrical machines against internal short circuits in the stator winding. To develop a generator protection device, in addition to analyzing currents and voltages, it is also advisable to consider the change in vibration of the generator in case of damage.

Ключевые слова: автономный асинхронный генератор, ветроэлектрическая установка, повреждения, защита.

Keywords: autonomous asynchronous generator, wind power plant, damage, protection.

В настоящее время актуальным остается вопрос использования автономных асинхронных генераторов (ААГ) с емкостным возбуждением в ветроэлектрических установках.

Ветрогенераторы электростанций используют либо для зарядки аккумуляторов, либо как не единственные в системе, т.е. перегрузок в системе с вет-рогенераторами быть не должно, поэтому и используются простые, эффективные и надёжные асинхронные генераторы. В других системах часто нет буферов (аккумуляторов) поэтому вероятность возникновения перегрузок достаточно высока, что и не даёт использовать асинхронные генераторы.

Асинхронные генераторы устойчивы к коротким замыканиям, а устройства автоматической регулировки напряжения сглаживают перепады напряжения.

Применение надежной и эффективной защиты от аварийных режимов работы значительно сократит количество и частоту аварийных ситуаций и продлит срок службы ААГ, сократит эксплуатационные расходы [1]. Для того чтобы выбрать эту защиту необходимо знать, как защищать генератор, а также специфику процессов, протекающих в нем при повреждениях.

В процессе эксплуатации электрической машины ее изоляция неизбежно "стареет". Основными причинами этого являются: нагревание обмоток рабочими и пусковыми токами, токами КЗ и перегруза, теплотой от посторонних источников; динамическими усилиями, возникающими при взаимодействии проводников с током, коммутационными перенапряжениями. На состояние изоляции большое влияние оказывают также условия окружающей среды - температура и влажность воздуха, загрязненность и запыленность.

При снижении сопротивления изоляции высока вероятность появления пробоя обмотки статора электрической машины на корпус. Не менее важным является контроль состояния изоляции обмоток статора во время работы. Для этого используется измерение тока утечки на "землю" с помощью дифференциального трансформатора тока, реагирующего на появление дифференциального тока выше некоторой уставки, заданной пользователем [2].

Термочувствительные устройства защиты относятся к встраиваемой защите. Они располагаются в специально предусмотренных для этой цели гнездах в лобовых частях (защита от заклинивания ротора) или в обмотках электрических машин. Недостатком данного вида защиты является то, что с датчиками выпускаются далеко не все типы машин.

Это особенно касается электрических машин отечественного производства. Причем датчики могут устанавливаться только в условиях стационарных мастерских. Кроме того, температурная характеристика термистора достаточно инерционна и сильно зависит от температуры окружающей среды и от условий эксплуатации [3].

Даже самые лучшие устройства не решают полностью задачу по защите электрических машин от механических перегрузок, перекоса фазных токов, связанных с внутренними авариями или ухудшением сопротивления изоляции обмоток [8].

В настоящее время попытки создать универсальную эффективную защиту предпринимаются различными производителями. Наибольшее распространение получили две идеологии: фазовый метод, реализованный в большинстве импортных дорогостоящих устройств, и контроль параметров работы машины по величине действующего значения тока в каждой из фаз, положенный в основу отечественных устройств. Задача создания универсального защитного устройства оказалась достаточно сложной по разным причинам. Например, ток необходимо измерять как можно точнее, ведь известно, что длительная работа электрической машины всего лишь при 5%-ной перегрузке сокращает срок службы в 10 раз. Также в связи с возможной несинусоидальностью кривой тока необходимо определять действующее значение токов, включая гармонический анализ, чтобы учесть значения высших гармоник, оказывающих наиболее вредное влияние на пусковые и рабочие характеристики машины. Работа по пиковым значениям (длительным фронтам) или по неким усредненным суммам приводит к ложным срабатываниям. Необходимо обеспечить отстройку от 7 - 8 кратных пусковых токов, одновременно обеспечив отключение электрической машины даже при небольших перегрузках. Защита должна быть "умной", т. е. время срабатывания должно зависеть от тока. Необходимо отключать электрическую машину при возникновении асимметрии токов, так как это приводит к биению ротора. Необходимо учитывать также тепло, выделяемое при пусках электрической машины, т. к. при частых пусках она может перегреться пусковыми токами, имея на валу нагрузку ниже номинальной

[7].

Существует также так называемое фазочув-ствительное устройство защиты (ФУЗ). ФУЗ срабатывает при обрыве фазы во время пуска и заклинивании ротора или исполнительного механизма. Защита весьма чувствительна к обрыву фазы при пуске машины, а при работе с перегрузками ток в

катушке реле увеличивается медленно, что позволяет защите срабатывать с выдержкой времени.

Большинство коротких замыканий являются несимметричными, при которых уровень тока короткого замыкания (КЗ) ниже, чем при трехфазных. Поэтому чувствительность защит, реагирующих на фазные токи, в этом случае оказывается меньше. Если же несимметричные КЗ обнаруживать по составляющим тока, характерным для несимметричного режима, практически отсутствующим в нормальном режиме, то чувствительность защит существенно повышается [6].

Устройства защиты от витковых КЗ подразделяются на три группы:

1) основанные на контроле несимметрии фазных токов;

2) основанные на контроле симметрии магнитного поля электрической машины;

3) основанные на контроле высших гармонических в токах статора и ротора.

В настоящее время защиты от витковых замыканий обмоток статора электрических машин не устанавливаются как из-за трудности обеспечения чувствительности и сложности исполнения, так и из-за отсутствия согласованной стратегии в вопросах их разработки и изготовления. Весьма чувствительными считаются защиты, контролирующие симметрию магнитного поля внутри самой машины, поскольку на внешнюю несимметрию они не реагируют [39, 58]. Самой простой из них является защита с кольцевым преобразователем, но она недостаточно чувствительна на машинах с числом пар полюсов p=1. Такие защиты реализуются на встраиваемом в электрическую машину кольцевом измерительном преобразователе (КИП), который представляет собой (рисунок 1) катушку индуктивности, размещенную в торцевой зоне асинхронной машины соосно с валом. Такой КИП применяется в мощных асинхронных электрических машинах. В защитах электрических машин концы катушки многовиткового КИП и вторичной обмотки согласующего трансформатора подключается к реагирующему органу.

Кольцевой преобразователь содержит (рисунок 1) плоскую катушку с корпусом 1 из диэлектрика с наложенными на него витками 2 изолированного провода. Корпус 1 закрепляется при помощи шпилек 3 на внутренней стороне

подшипникового щита 4 электрической машины 5 так, чтобы его торцевые поверхности были перпендикулярны оси 6 вращения ротора. Преобразователь может быть выполнен в виде металлического кольца, проходящего через отверстие тороидального сердечника из ферромагнитного материала с равномерно намотанными витками изолированного провода. Кольцо крепится перпендикулярно оси вращения ротора при помощи бандажа на торце лобовой части обмотки статора или при помощи кронштейнов [39].

Существует еще множество других устройств защиты. Например, предлагается устройство, позволяющее диагностировать состояние электрической машины и защищать ее от возникшего повреждения, производить индикацию о нормальной работе машины и видах возникших повреждений: обрывах фаз или срабатываниях предохранителей при КЗ, срабатываниях температурной защиты при перегрузках. Устройство диагностики содержит блок температурной защиты и блок индикации повреждений. Существуют и другие устройства.

Также существую попытки разработки единого универсального (обеспечивающего защиту по напряжению, току и температуре элементов как раздельной, так и совместно) и унифицированного (для электроустановок различных типов и мощностей) устройства. Однако разработка такого устройства затруднена из-за сложных, а иногда и противоречивых требований к защите каждой конкретной установки. Подход к выполнению защит асинхронного электродвигателя и ААГ должен быть различным, так как несимметрия токов у двигателя появляется при повреждении обмотки, а у ААГ за счет несимметрии нагрузки [4].

Большинство повреждений обмоток генератора вызывается нарушением изоляции обмоток статора и ротора. В статоре возникают межфазные КЗ, замыкание одной фазы на корпус (на землю), замыкание между витками одной фазы.

Способы выполнения защит генераторов от замыканий между витками рассмотрены в [2]. При наличии выведенных параллельных ветвей обмотки статора наиболее просто выполняется одно-системная поперечная дифференциальная токовая защита (рисунок 2). Параллельные ветви соединяются по схеме звезды каждая, в цепь между нейтралями которых включается трансформатор тока ТА.

Рисунок 1 - Размещение кольцевого преобразователя внутри машины

Рисунок 2 - Поперечная дифференциальная токовая защита генератора

Для отстройки от токов высших гармонических реле КА подключается к трансформатору тока ТА через частотный фильтр пропускающий только составляющую тока промышленной частоты. Недостатком защиты является возможность отказа при малом числе замкнувшихся витков [5].

Таким образом, можно говорить о том, что существует очень небольшое количество защит электрических машин от внутренних КЗ в статорной обмотке. Для построения соответствующих защит ААГ нужно провести теоретические и экспериментальные исследования его повреждений. Кроме перечисленных выше признаков повреждения (изменение токов, напряжений ААГ и их гармонических составляющих), целесообразно также рассмотреть изменение вибрации генератора при повреждении.

Список литературы

1. Богдан А.В. Диагностика повреждений обмотки статора автономного асинхронного генератора [Текст]. / А.В. Богдан, А.Н. Соболь // Известия вузов. Электромеханика. - Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова, 2013. - № 1. - С. 70-71.

2. Богдан А.В. Измерение сопротивления нулевой последовательности силового трансформатора

У/УН-12 [Текст]. / А.В. Богдан, А.Н. Соболь, В.А. Богдан // Сельский механизатор, - М.: ООО «Нива», 2018. - № 11. - С. 40 - 41.

3. Богдан А.В. Информационные признаки повреждения обмотки статора для построения релейной защиты автономного асинхронного генератора [Текст]. / А.В. Богдан, А.Н. Соболь // Известия вузов. Электромеханика. - Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова, 2017. - № 6. - С. 72-76.

4. Богдан А.В. Математическая модель самовозбуждения автономного асинхронного генератора [Текст]. / А.В. Богдан, А.Н. Соболь // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - Краснодар: КубГАУ, 2012. - № 36. - С. 322324.

5. Богдан А.В. Обнаружение виткового замыкания в обмотке статора асинхронного генератора [Текст]. / А.В. Богдан, А.Н. Соболь, Н.С. Баракин // Сельский механизатор - М.: ООО «Нива», 2018. -№ 7-8. - С. 44 - 45.

6. Пат. 66127 и1 Российская Федерация, МПК Н 02 К 11 00, Н 02 Н 7 08. Устройство для дифференциальной защиты асинхронного генера-тора[Текст]. / Соболь А. Н.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет. - № 2006147115/22; заявл. 27.12.06; опубл. 27.08.07, Бюл. № 24. - 4 с.

7. Пат. 2313890 Российская Федерация, МПК 51 Ш2М 7/08, H02H 3/28. Устройство для Устройство для дифференциально-фазной защиты [Текст]. / Богдан А.В., Соболь А. Н.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет. - № 2006124282; заявл. 06.07.2006; опубл. 27.12.2007, Бюл. № 36. - 5 с.

8. Пат. 2295815 Российская Федерация, МПК 51 H02H 7/08, G01M 15/00, H02K 15/00. Устройство защиты машин переменного тока [Текст]. / Богдан А.В., Стрижков И.Г., Потапенко И.А., Соболь А.Н.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет. - № 2005131150; заявл. 07.10.2005; опубл. 20.03.2007, Бюл. № 8. - 4 с.

ДИНАМИЧЕСКАЯ ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ ЛИНЕЙНОЙ СЕТИ ПОЕЗДНОЙ РАДИОСВЯЗИ ДЛЯ РАСЧЕТА ИНТЕГРАЛЬНОГО ЗАНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ГОТОВНОСТИ РАДИОСЕТИ

Яронова Н.В.

Кандидат технических наук Ташкентского Государственного Транспортного Университета, г. Ташкент, Узбекистан

DYNAMIC PROBABILISTIC MODEL OF A LINEAR TRAIN RADIO NETWORK FOR CALCULATING THE INTEGRAL VALUE OF RADIO NETWORK AVAILABILITY

Yaronova N.

PhD in Technics Tashkent State Transport University, Tashkent, Uzbekistan

Аннотация

Настоящая статья посвящена уточнению описанной ранее модели линейной сети ПРС для расчета интегрального значения коэффициента готовности радиосети в работе [1] и методики с их привязкой к графику движения поездов по диспетчерскому кругу, с учетом разнородности видам поездов (мотор-вагонные секции, пассажирские, скорые, грузовые поезда), курсирующих на данном диспетчерском участке.

Abstract

The article is devoted to refining the previously described model [1] of the linear train radio network for calculating the integral value of the radio network availability coefficient in operation and the methodology with their binding to the train schedule along the dispatcher circle, taking into account the heterogeneity of the types of trains (motor-car sections, passenger, express, freight trains) running on this dispatcher section.

Ключевые слова: поездная радиосвязь, коэффициент готовности, график движения поездов, подвижная единица, распорядительная станция, проводной канал, стационарная радиостанция, радиоканал, возимая радиостанция.

Keywords: train radio communication, availability coefficient, train schedule, mobile unit, administrative station, wire channel, stationary radio station, radio channel, portable radio station.

Актуальность. Радиосвязь является важнейшим элементом системы управления железнодорожными перевозками. Она применяется при оперативном обмене информацией между руководителем работ и исполнителями, а также исполнителей друг с другом. Поездная радиосвязь предназначена для оперативного управления движением поездов и позволяет вести служебные переговоры поездного диспетчера (ДНЦ) и дежурных по станциям (ДСП), а также других работников с машинистами поездных локомотивов (ТЧМ), а также переговоры между машинистами встречных и вслед идущих локомотивов между собой.

По своей организационной структуре и конфигурации сеть ПРС представляет собой сложную систему. Одной из ключевых характеристик любой технической системы является ее надежность. Так как сеть ПРС является восстанавливаемой технической системой, то для расчета её надежности необходимо использовать комплексный показатель -коэффициент готовности. Особенностью поездной радиосвязи является то, что она построена по радиопроводному принципу. Проводной канал-это одна часть и радиоканал - это вторая часть. И их сочетание получается третье. В том случае, когда у нас все средства удовлетворяют, необходимо спланировать сеть таким образом, чтобы везде были зоны радиопокрытия. И при расчете коэффициента

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.