Наладка

Соловьев Д. Б., инж. Дальневосточный государственный технический университет, ВладивостокРассмотрена 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