Детальная информация

Целью работы является разработка модели защиты ротора асинхронного двигателя с фазным ротором на основе сравнения измеренного тока ротора с расчётным значением, полученным из математической модели. Задачи, которые решались в ходе работы: 1. Описание исследуемой электрической сети (ГРУ 10 кВ с двумя секциями, генераторами, трансформаторами связи и двигательной нагрузкой) и обоснование выбора АДФР в качестве объекта исследования. Выбор и расчёт параметров основного оборудования (генераторов, трансформаторов, реакторов, линий, асинхронных двигателей) в относительных единицах. 2. Составление математической модели и расчёт токов короткого замыкания в программном комплексе «ТКЗФ». 3. Расчёт уставок комплекта релейной защиты для ГРУ 10 кВ (НДЗШ, УРОВ, дуговая защита, дифференциальная защита двигателя, защита от перегрузки, защита от обрыва фаз). Обзор передовых и перспективных методов защиты АДФР (дифференциальная защита с преобразованием Парка, защита на основе спектрального анализа тока статора, защита на основе тепловой модели, защита на основе сравнения с эталонной математической моделью). 4. Разработка математической модели исследуемой сети в программном комплексе «Matlab Simulink» с идентификацией параметров двигателей методом взвешенных невязок. Реализация в Simulink алгоритма защиты ротора АДФР путём сравнения измеренного и расчётного токов ротора. Моделирование аварийных режимов (короткие замыкания в цепи ротора, статора и на питающей линии, АПВ, понижение напряжения) и анализ работы разработанной защиты. Расчёты, приведённые в работе, проводились с использованием программного обеспечения «Microsoft Excel», «ТКЗФ» (расчёт токов короткого замыкания), «Matlab Simulink» (моделирование электромеханических процессов и реализация алгоритма защиты). Идентификация параметров асинхронных двигателей выполнена с помощью авторского кода в среде «Matlab» (метод взвешенных невязок). Результатами работы являются математическая модель для расчёта токов короткого замыкания, математическая модель защиты ротора АДФР в среде Simulink, позволяющая выявлять короткие замыкания в цепи ротора путём сравнения измеренного и расчётного токов. В ходе моделирования доказана работоспособность предложенного алгоритма при трёхфазных и двухфазных КЗ в роторе, однако выявлена неселективность при внешних повреждениях (КЗ на питающей линии и в статоре), на основании чего даны рекомендации к применению защиты данного типа в условиях работы энергосистемы и целесообразности её использования в качестве сигнализирующей, а не отключающей.

The aim of the work is to develop a rotor protection model for a wound rotor induction motor based on comparing the measured rotor current with a calculated value obtained from a mathematical model. The tasks were completed during the work: 1. Description of the investigated electrical network (10 kV main switchgear with two sections, generators, coupling transformers, and motor load) and justification for choosing the WRIM as the object of study. Selection and calculation of parameters for the main equipment (generators, transformers, reactors, lines, induction motors) in per-unit values. 2. Development of a mathematical model and calculation of short-circuit currents using the "TKZF" software package. 3. Calculation of settings for the relay protection package for the 10 kV main switchgear (incomplete busbar differential protection, breaker failure protection, arc protection, motor differential protection, overload protection, phase-failure protection). Review of advanced and prospective WRIM protection methods (differential protection using Parks transformation, stator current spectral analysis-based protection, thermal model-based protection, reference mathematical model-based protection). 4. Development of a mathematical model of the investigated network in the "Matlab Simulink" software package with motor parameter identification using the weighted residuals method. Implementation in Simulink of a WRIM rotor protection algorithm by comparing measured and calculated rotor currents. Simulation of emergency modes (short circuits in the rotor circuit, stator, and supply line, auto-reclosing, voltage reduction) and analysis of the developed protections operation. The calculations presented in the work were performed using "Microsoft Excel", "TKZF" (short-circuit current calculation), and "Matlab Simulink" (electromechanical process simulation and protection algorithm implementation). The identification of induction motor parameters was carried out using custom code in "Matlab" (weighted residuals method). The results of the work are a mathematical model for calculating short-circuit currents, and a mathematical model of a WRIM rotor protection in the Simulink environment, capable of detecting short circuits in the rotor circuit by comparing measured and calculated currents. The simulation proved the operability of the proposed algorithm for three-phase and two-phase rotor faults; however, non-selectivity was revealed for external faults (short circuits on the supply line and in the stator). Consequently, recommendations are given for applying this type of protection under power system operating conditions and the feasibility of its use as an alarm rather than a tripping protection.