Разработка защиты от аварийных режимов шахтной участковой сети с переменной частотой и напряжением до 1000 В тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Шпрехер, Дмитрий Маркович

• Шпрехер, Дмитрий Маркович
• кандидат технических наук
• 1995

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шпрехер, Дмитрий Маркович

Введение

СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ. ^

1.1. Обзорный анализ принципов и устройств защит от коротких замыканий в сети с промышленной частотой. ^

1.1.1. Применение максимальных токовых защит. ^

1.1.2. Применение фильтровых токовых защит.if

1.1.3. Применение фазочувствительных защит.

1.2. Анализ возможности применения защит различного типа от коротких замыканий-.Вдсети с переменной частотой. ^

1.2.1. Применение максимально-токовой защиты, реагирующей на установившееся значения тока к.з. (защита УМЗ).

1.2.2. Применение защиты, реагирующей на производную тока по времени.^

1.2.3. Применение фильтровой токовой и фазочувствительной защит.5?

1.3. Обзорный анализ специальных методов и устройств защит от коротких замыканий в сетях с преобразователями частоты.

1.4. Анализ исследований переходных процессов при коротких замыканиях в сетях с переменными частотой и напряжением.^

1.5. Обоснование и постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ В УЧАСТКЕ СЕТИ С ПЕРЕМЕННЫМИ ЧАСТОТОЙ И НАПРЯЖЕНИЕМ.^

2.1. Математическая модель системы " преобразователь частоты - участок шахтной кабельной сети - асинхронный двигатель. ^

2.1.1. Математическая модель асинхронного электродвигателя.^

2.1.2. Математическая модель системы " преобразователь частоты - участок шахтной кабельной сети с переменными частотой и напряжением"

2.1.3. Оценка достоверности модели.6.

2.2. Математическая модель системы преобразователь частоты - участок шахтной кабельной сети - асинхронный двигатель при коротком замыкании. ^

2.3. Исследование переходных процессов при трехфазном коротком замыкании в сети между преобразователем частоты и асинхронным электродвигателем. ??

2.4. Исследование переходных процессов при двухфазном коротком замыкании в сети между преобразователем частоты и асинхронным электродвигателем.

2.5. Выводы.{&>

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ И ОСНОВНЫХ УЗЛОВ ЗАЩИТЫ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ В СЕТИ С ПЕРЕМЕННЫМИ ЧАСТОТОЙ И НАПРЯЖЕНИЕМ.№{

3.1. Разработка структурной схемы и алгоритма работы защиты

3.2. Разработка и исследование блока определения знака электромагнитной мощности асинхронного электродвигателя.t^

3.2.1. Разработка структурной и принципиальной схем блока определения знака электромагнитной мощности./^

3.2.2. Экспериментальные исследования блока электромагнитной мощности и рекомендации по его настройке

3.3. Разработка и экспериментальные исследования датчика направления тока.

3.3.1. Выбор структуры датчика. t£

3.3.2. Экспериментальные исследования ДНТ.

3.4. Разработка пускового органа защиты. ^

3.5. Разработка и исследование параметров узла контроля целостности кабельной линии.

3.5.1. Разработка структурной и принципиальной схем узла.

3.5.2. Метод расчета параметров узла контроля целостности кабельной линии.^

3.6. Выводы.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ ЗАЩИТЫ ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ С ПЕРЕМЕННЫМИ ЧАСТОТОЙ И НАПРЯЖЕНИЕМ.

4.1. Методика экспериментальных исследований.

4.2. Результаты экспериментальных исследований защиты от аварийных режимов в лабораторных условиях.

4.3. Внедрение защиты от аварийных режимов в частотно-регулируемом электроприводе комбайна КШ1КГУ

4.4. Внедрение защиты от аварийных режимов в частотно-регулируемом электроприводе комбайна К10ПМ.

4.5. Выводы.22С

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка защиты от аварийных режимов шахтной участковой сети с переменной частотой и напряжением до 1000 В»

Актуальность работы. Развитие топливно-энергетического комплекса страны требует совершенствования горных машин в направлении повышения их эффективности за счет повышения производительности и надежности. Основной горной машиной, которая в значительной мере определяет производительность труда на угольных шахтах, является очистной комбайн, который осуществляет отбойку и погрузку угля на конвейер в комплексно-механизированной лаве. Производительность и надежность очистных комбайнов (ОК), в свою очередь, в значительной мере определяется типом и мощностью привода. Основными тенденциями развития отечественного привода ОК последних лет являлось увеличение установленной мощности нерегулируемого асинхронного электропривода резания, которая достигла в настоящее время 400-600 кВт, и переход с регулируемого гидравлического привода механизма подачи на регулируемый электрический привод системы "управляемый тиристорный выпрямитель -двигатель постоянного тока" (УВ-ДПТ) или " преобразователь частоты -асинхронный электродвигатель" (ПЧ-АД).

Наиболее целесообразно для привода механизма подачи применение системы ПЧ-АД. Основное преимущество системы ПЧ-АД заключается в применении надежного, дешевого, работоспособного в тяжелых условиях и неприхотливого в эксплуатации асинхронного электродвигателя с ко-роткозамкнутым ротором. При этом современный уровень развития силовой преобразовательной техники обеспечивает высокую надежность преобразователя частоты.

Применение системы ПЧ-АД в приводе механизма подачи ОК приводит к появлению в шахтной кабельной сети между ПЧ и АД участка с переf менными частотой и напряжением, изменяющимися в широких пределах. Другая особенность участка сети с переменной частотой - ступенчатый характер изменения напряжения на выходе ПЧ, первая гармоника которого изменяется пропорционально его частоте.

Токи короткого замыкания (к.з.) в участке сети с переменными частотой и напряжением на низких частотах ПЧ, равных 5-10 Гц, могут быть меньше токов нагрузки АД при частотах более 15 Гц. В этом случае максимально-токовая защита сети с переменной частотой имеет малую зону действия, которая не превышает 50-60 м. В применяемых на практике системах ПЧ-АД горных машин сеть может иметь длину до 500 м.

Поэтому разработка защиты от аварийных режимов шахтной электрической сети с переменной частотой напряжением до 1000 В является актуальной научной задачей.

Актуальность настоящей работы подтверждается тем, что она выполнялась в соответствии с Целевой комплексной программой Ц601148 Минуглепрома СССР (1986-1992 гг) и Отраслевой научно-технической программой Минтопэнерго России " Уголь России", Проект № 0-12 "Создать новое электрооборудование и системы электроснабжения для шахт на базе современных средств коммутации и взрывозащиты, обеспечивающих повышение энерговооруженности и управляемости горных машин и рационального использования электроэнергии" (1993-1994 гг).

Целью работы является установление закономерностей протекания рабочих и аварийных режимов в системе " преобразователь часто-ты-участок шахтной кабельной сети-асинхронный электродвигатель" (ПЧ-УШКС-АД) для разработки средств защиты от коротких замыканий участка кабельной сети между ПЧ и АД, обеспечивающих повышение безопасности и надежности эксплуатации систем с частотно-регулируемым электроприводом.

Идея работы заключается в том, что выявить аварийный режим трех - и двухфазного замыкания в кабельной сети между ПЧ и АД возможно путем контроля направлений передачи электрической энергии в ПЧ и АД в рабочих и аварийных режимах путем сопоставления длительностей положительных и отрицательных полуволн мгновенных значений тока в звене постоянного тока ПЧ и электромагнитной мощности на зажимах АД.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:

1. Математическая модель системы ПЧ-УШКС-АД в режиме трех-и двухфазного к.з. на участке кабельной сети, отличающаяся учетом ступенчатой формы напряжения на выходе ПЧ, нелинейности магнитной цепи АД, параметров кабельной линии, выпрямителя и инвертора ПЧ.

2. Способ защиты от к.з. в кабельной сети с переменными частотой и напряжением, новизна которого заключается в том, что контролируются потоки энергии в ПЧ и АД в нормальном и аварийном режимах, а режим к.з. в кабельной сети определяется по фактам перехода АД в генераторный режим подпитки места к.з. и передачи энергии ПЧ также в место к.з.

3. Зависимости ударного тока до и после точки к.з. в кабельной сети между ПЧ и АД, момента АД, времени существования генераторного режима АД от частоты на выходе ПЧ и расстояния от АД до точки замыкания, позволяющие дать количественный анализ аварийного режима.

4. Методы расчета переходных процессов трех-и двухфазного к.з. в кабельной сети между ПЧ и АД с помощью математической модели и комплекса алгоритмов и программ, позволяющие более точно рассчитать ударные токи до и после точки аварии, которые могут использоваться в проектных организациях.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректным использованием положений теории я электромагнитных переходных процессов в электрических машинах, математического моделирования, апробированных методов измерений электрических параметров; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождение результатов не превышает 10% при доверительной вероятности 0,9); положительными результатами стендовых и промышленных испытаний.

Значение работы. Научное значение работы заключается в разработке математической модели процесса трех- и двухфазного к.з. в ка бельной сети системы ПЧ-УШКС-АД с учетом ступенчатой формы питающего напряжения ПЧ, нелинейности магнитной цепи АД, параметров кабельной линии, выпрямителя и инвертора ПЧ; установлении зависимостей ударных токов до и после точки к.з., момента АД и времени существования генераторного режима АД от частоты на выходе ПЧ и расстояния от АД до точки замыкания; обосновании нового способа построения защиты от к.з., основанного на дифференциальном контроле направления потоков энергии в ПЧ и АД, что является вкладом в теорию переходных процессов в трехфазных сетях с переменными частотой и напряжением.

Практическое значение работы заключается в определении количественных характеристик системы в режимах трех- и двухфазного к.з. в кабельной сети между ПЧ и АД; разработке структурной схемы, способа и алгоритма функционирования и принципиальных схем защиты от аварийных режимов в кабельной линии системы ПЧ-УШКС-АД; разработке способа контроля целостности кабельной линии перед подключением к ней ПЧ; разработке методов расчета параметров устройств определения знака электромагнитной мощности и контроля целостности кабельной линии; разработке методов расчета переходных процессов трех- и двухфазного к.з. в кабельной сети между ПЧ и АД с помощью математической модели и комплекса алгоритмов и программ с учетом ступенчатой формы напряже ю ния на выходе ПЧ, нелинейностей АД, параметров кабельной линии и ПЧ.

Реализация выводов и рекомендаций работы. На основе технических решений и рекомендаций, изложенных в диссертации, разработана защита от к.з. в кабеле между ПЧ и АД, которая применена в экспериментальном образце частотно регулируемого асинхронного электропривода (ЧРЭП) механизма подачи комбайна КШ1КГУ f испытанном в условиях шахты 16-ая Липковская АО "Тулауголь". Скорректированная по результатам испытаний защита от к.з. в кабельной линии между ПЧ и АД принята в рабочем проекте частотно-регулируемого электропривода механизма подачи комбайна К10ПМ.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения защиты от к.з. шахтной участковой сети с переменной частотой и напряжением до 1000 В в составе частотно-регулируемого электропривода очистного комбайна КШ1КГУ составляет 19,3 млн.руб. в ценах июня 1995 г.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научно-практической конференции "Охрана труда в цветной металлургии" (Челябинск, 1990), Всесоюзной научно-практической конференции "Электро-и пожаробезопасность при эксплуатации электроустановок" (Душанбе, 1990), научно-практической конференции "Контроль изоляции в распределительных сетях" (Челябинск, 1992), Международной межвузовской научно-практической конференции "Совершенствование конструкции, технологии изготовления и эксплуатации горного оборудования и средств автоматизации" (Москва, 1992), 2-ом Международном симпозиуме "Автоматическое управление энергообъектами ограниченной мощности" (Санкт-Петербург, 1992), научно-практическом семинаре с международным участием "Проблема повышения надежности, уровня безаварийности эксплуатации электротехнических и электромеханических систем, комплексов и оборудования горных и промышленных предприятий"

Москва,1993).

Публикации. По теме диссертации опубликовано /2 печатных работ, в том числе 3 авторских свидетельства.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 137 страницах машинописного текста, содержит 73 рисунка, 14 таблиц, список использованных источников из 76 наименований и 2 приложения.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Шпрехер, Дмитрий Маркович

10. Основные результаты и положения диссертационной работы использованы при разработке рабочих проектов экспериментальных образцов очистных комбайнов КШ1КГУ и К10ПМ с частотно-регулируемым электроприводом механизма подачи.

11. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения защиты от к.з. шахтной участковой сети с переменной частотой и напряжением до 1000 В в составе частотно-регулируемого электропривода очистного комбайна КШ1КГУ составляет 19,3 млн.руб. в ценах июня 1995 г.

1. Автономные инверторы с отделенными от нагрузки конденсаторами. Ситник Н.Х., Некрасов Л.Т., Веркович Е.И., Ягупов С.М. - М.: Энергия, 1968.

2. Аранчий Г.В., Жемеров Г.Г., Эпштейн И.И. Тиристорные преобразователи частоты для регулируемых электроприводов.- М.: Энергия, 1968.

3. Бабокин Г.И., Шпрехер Д.М. Разработка устройства защиты от токов короткого замыкания в сети с переменной частотой. Тезисы докл. научно-практической конференции "Охрана труда в цветной металлургии", Челябинск, 1990, с. 31-32.

4. Болдырев В.И., Светличный П.Л., Гордиенко Ю.Д. Защита шахтных низковольтных сетей от токов короткого замыкания. - М.: Недра, 1974.

5. Бочаров Ю.И., Будченко М.И., Хамков Н.К. К анализу на АВМ частотно-регулируемого асинхронного электропривода. - Р.Ж. Электротехника, 1982, вып. 88, 7К88.

6. Бурков А.Т., Гусевский Ю.И. Анализ предаварийных состояний в тяговом автономном инверторе напряжения методом двух составляющих . -Р.Ж. Электротехника, 1986, вып. 4, 4Л77.

7. Бурков А.Т. Система защиты преобразователей частоты магистрального тепловоза с асинхронными электродвигателями.- Р.Ж. Электротехника, 1986, вып. 4, 4Л76.

8. Ващенко А.П., Вольнов Н.А., Шиленков В.А. Токи, магнитные потоки и напряжения в системе преобразователь частоты - асинхронный двигатель. Инструктивные указания по проектированию электротехнических промышленных установок. М.: Энергоатомиздат, 1983.

9. Волощенко Н.И. Задачи электрификации угольной промышленности. Промышленная энергетика, 1977, № 8, с. 4 - б.

10. Гимоян Г.Г. Новая токовая защита трехфазных электродвигателей.- М.: Углетехиздат, 1958.

11. Гимоян Г.Г. Релейная защита горных электроустановок. - М.: Недра, 1972.

12. Гимоян Г.Г. Релейная защита горных электроустановок, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1978.

13. Гимоян Г.Г., Лейбов P.M. Релейная защита подземного электрооборудования и сетей. М.: Недра, 1977.

14. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. М.: Энергоатомиздат, 1988.

15. Горошков Б.И. Элементы радио-электронных устройств. М.5 Радио и связь, 1988.

16. Дорогунцев В.Д. Элементы устройств автоматики энергосистем. М., Энергия, 1970.

17. Задорина Н.А., Литовченко В.В., Радионов Н.И. Расчет аварийных режимов в преобразователях частоты электровоза с асинхронными тяговыми двигателями.- Электротехническая промышленность, сер. Преобразовательная техника, 1981, вып. б (134).

18. Заика Э.И., Сакара Ю.Д. Улучшение качества переходного процесса при частотном ограничении токов короткого замыкания.- Р.Ж. Электротехника, 1982, вып.9, 9Ю46.

19. Захаров М.Ф. Тормозной режим при трехфазном коротком замыкании асинхронных короткозамкнутых двигателей небольшой мощности. -Изв. вузов. Энергетика, 1960, № 3.

20. Казовский Е.Я. Переходные режимы в асинхронной машине при включениях и коротких замыканиях.- Электричество, 1947, № 6.

1 п v

21. Кашицин Г.Е. Разработка требований безопасности к средствам защиты и норм безопасной эксплуатации горных машин и механизмов с тиристорным электроприводом.- Сборник рефератов НИР и ОКР, Б977517, 1982.

22. Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока.- Л:, ГЭИ, 1963.

23. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин.- М:, Высшая школа, 1987.

24. Кочкарев Ю.А. Об использовании фазочувствительных схем защиты низковольтных кабельных сетей от металлических и дуговых коротких замыканий. В кн." Горная электротехника и автоматика Киев, 1967, № 8.

25. Красильников Н.Т., Петриченко В.Ф., Риман Я.С. О зоне действия защит, реагирующих на производные тока по времени.- Сб. Взрыво-безопасное электрооборудование.- М:, Энергия, 1971.

26. Лайон В. Анализ переходных процессов в электрических машинах переменного тока методом симметричных составляющих.- М.-Л:, Го-сэнегоиздат, 1958.

27. Леоненко С.С. Частотно-регулируемый электропривод горно-обогатительных предприятий.- Иркутск, Иркутский университет, 1988, с. 50-55.

28. Маркус Г.О., Мустафин Е.С. Исследование на ЭЦВМ динамики частотно-управляемого электропривода дымососа за металлургическими агрегатами.- Р.Ж. Электротехника, 1980, вып. 4, 4К124.

29. Могильников B.C. Максимум энергии, отдаваемый асинхронным двигателем при подпитке сети.- Электричество, 1958, N°12.

30. Пат. 555478 (СССР). Устройство для защиты от тока короткого замыкания в трехфазной сети. Авт. изобрет. Коваленко И.И., Ольховик

Н.П., Ширина В.И. - заявл. 23.04.75. (2131099/07), опубл.В.И., 1977,

31. Пат. 1427477 (СССР) . Трехфазная автономная сеть с защитой. Авт. изобретен. Бабокин Г.И., ЩуцкийВ.И., Шпрехер Д.М. - Заявл. 24.12.86 (4166868/24-07), опубл.Б.И. 1988, № 36.

32. Пат. 1173486 (СССР) . Устройство для защиты от короткого замыкания трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью и электродвигателем. Авт. изобретен. Кузнецов Р.С. - Заявл. 11.07.83 (3619893/24-07), опубл.Б.И. 1985, № 30.

33. Пат. 1742936 (СССР) . Трехфазная автономная сеть с защитой. Авт. изобретен. Бабокин Г.И., Щуцкий В.И., Колесников Е.Б., Шпрехер Д.М. - Заявл. 26.02.90 (4794906/07), опубл.Б.И. 1992, № 23.

34. Пат. 1814138 (СССР) . Трехфазная автономная сеть с защитой. Авт. изобретен. Шпрехер Д.М., Бабокин Г.И., ЩуцкийВ.И.- Заявл. 22.04.91 (4929922/07), опубл.Б.И. 1993, № 17.

35. Паперно Л.Б. Полупроводниковая защита трехфазных электроустановок. Рига, ЛатИНТИ, 1976.

36. Петров П.П. Управление пуском и торможением асинхронных двигателей.- М:, Энергоиздат, 1981.

37. Петров И.И., Мейстель A.M. Специальные режимы работы асинхронного электропривода.- М:, Энергия, 1968.

38. Подземное электрооборудование за рубежом. Под общей редакцией Лейбова Р. М. Углетехиздат, М:, 1959.

39. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах.- М:, Недра, 1973.

40. Правила технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт.- М:, Недра, 1976.

41. Правила устройства электроустановок.- М:, Энергия, 1965.

42. Пуск частотно-регулируемого асинхронного электропривода при различных состояниях силового фильтра статического преобразователя.-Аршинский В.М., Иоффе В.М., Леоненко С.С., Шемякин В.И. - Изв. вузов Горный журнал, 1976, № 9.

43. Риман Я.С. Исследование и разработка максимальной токовой защиты шахтных участковых сетей. Дисс. на соискан. уч. степен. канд. техн. наук. Донецк, 1965.

44. Риман Я.С. Защита подземных электрических установок угольных шахт.- М:, Недра, 1977.

45. Риман Я.С. Рудничные взрывобезопасные автоматические выключатели серии АВ. - Электротехническая промышленность, сер. АНН, 1978 № 3 (70), с 14 - 16.

46. Риман Я. С. Защита шахтных участковых сетей от токов короткого замыкания.- М:, Недра, 1985.

47. Савченко С.П. Влияние процессов внутреннего короткого замыкания на токовую перегрузку преобразователя.- Электротехническая промышленность, сер. Преобразовательная техника, 1982, вып. 2 (139).

48. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями.- М:, Энергия, 1974.

49. Система защит участковой шахтной сети с частотно-регулируемым электроприводом. - Щуцкий В.И., Бабокин Г.И., Куницкий В.И., Шпрехер Д.М., Лазарев А.И. Тезисы докл. 2-ого Международного симпозиума "Автоматическое управление энергообъектами ограниченной мощности". Санкт- Петербург, 1992, с.47.

50. Сопель В.В., Литвинов А.Е. К определению параметров асинхронного электродвигателя по результатам испытаний.- Горная электромеханика и автоматика.- Киев, N°47, 1985.

51. Справочник по наладке электрооборудования промышленных предприятий. Под редакцией Земенкова М.Г., Розенберга Г.В., Феськова

2 <> i

E.M. - M:, Энергоатомиздат, 1983.

52. Технические требования к рудничному взрывозащищенному электрооборудованию с силовыми полупроводниковыми приборами напряжением до 1140 В., ВОСТНИИ, Кемерово, 1988.

53. Темкина Р.В. Измерительные органы релейной защиты на интегральных микросхемах.- М:, Энергоатомиздат, 1985.

54. Тимонтеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре.- М:, Радио и связь, 1982.

55. Шпрехер Д.М. Исследование защиты от коротких замыканий в сети с преобразователем частоты. Депонир. в ВИНИТИ, № 5, 1987.

56. Шпрехер Д.М. Исследование параметров двухфазного короткого замыкания в кабельной сети между преобразователем частоты и асинхронным двигателем. Тезисы докл. научно-практического семинара с международным участием "Проблема повышения надежности, уровня безаварийности эксплуатации электротехнических и электромеханических систем, комплексов и оборудования горных и промышленных предприятий"., М.,1993, с.27.

57. Шубенко В.А. Торможение отключенного от сети асинхронного двигателя трехфазным коротким замыканием статорной обмотки при неза-тухшем магнитном поле.- В кн. Труды УПИ, сб. 106.- Свердловск, 1960.

58. Щуцкий В.И., Бабокин Г.И., Шпрехер Д.М. Зона действия защиты от коротких замыканий в сети с преобразователем частоты. Изв. вузов. Горный журнал, № 6, 1988, С 3^-93,

59. Щуцкий В.И., Шпрехер Д.М. Разработка защиты от аварийных режимов для шахтных электрических сетей с переменной частотой, напряжением до 1000 В. Тезисы докл. Всесоюзн. научно-практической конференции "Электро и пожаробезопасность при эксплуатации электроустановок"., Душанбе, 1990, с.77-78.

60. Щуцкий В.И., Бабокин Г.И., Шпрехер Д.М. Синтез структурной схемы устройства защиты от коротких замыканий в сети с преобразователем частоты. Тезисы докл. научно-практической конференции "Контроль изоляции в распределительных сетях"., Челябинск, 1992, с. 18-19.

61. Щуцкий В.И., Бабокин Г.И., Шпрехер Д.М. Защита от коротких замыканий для шахтных электрических сетей с переменной частотой. Тезисы докл. международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и инженеров. "Совершенствование конструкции, технологии изготовления и эксплуатации горного оборудования и средств автоматизации"., М., 1992, 292-294.

62. Щуцкий В.И., Бабокин Г.И., Шпрехер Д.М. Исследование трехфазного короткого замыкания в участке кабельной сети между преобразователем частоты и асинхронным двигателем. Изв. вузов. Горный журнал N°12, 1993.

63. Фабрикант В.Л. Основы теории построения измерительных органов релейной защиты.- М:, Высшая школы, 1968.

64. Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем.- М:, Энергия 1976.

65. Фролкин В.Г. Быстродействующая защита шахтных участковых сетей. - М:, Недра, 1986.

66. Чувствительный орган для определения короткого замыкания в регулируемых трехфазных двигателях и их подводящих линиях. ЕПВ (ЕР), заявка № 0183108, И.С.М. № 4, 1987.

67. Электропривод ЭКТ2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ИАВК. 655427. 001ТО.

68. Bendl J., Schreier L. "Nesoumerne stavy soumerneho trojfazoveho asynchronniho stroje napajeneho z menice kmitoctu".Electro-technicky obzor, 73, 1984.

69. Bendl J., Schreier L. "Existence of unsyiranetrical states in some working regimes of symmetrical three-phase induction machines fed from voltage frequency-converter" 21th. Conf. Electr. Mach. Des. and Appl. 17-19 Sept.,1985, pp. 163-167.

70. Gokul P, Sharaf A.M. "Computer digital simulation of variable-speed induction motor drives under fault conditions." Int. Conf. Evol. and Mod. Aspects Induct. March Turin, July 8-11, 1986, Proc.

71. Khuwatsamrit Т., Richard Smith "Chopper VVVF inverter ground fault analysis." IEEE-IAS (Ind. Apl. Soc.) 19th. Annu. Meet., Chicago,111., 30 Sept.,1984, pp. 642-648.

72. Krzysztov Pienkowski. "Analysis of the rotor field in high power induction motors after disconnection". Modelling, Simulation & Control, A, Vol. 11, No 1, 1987, pp. 49-62.

73. Lord H., Pearson F.K. "Digital phase sensitive short circuit fault protection of coal face electrical systems." 20 Int. Conf. Safety Mines Res. Inst. Summ. London, s.a., 78.

74. McMurray, W., "Hybryd simulation of a CSI fed induction motor drive under normal and faulted conditions", IEEE Industrial on Industry Applications, Vol. 1 (a)-19, No. 2, March/April 1983.

75. Reeve, J., Kapoor, S.C., "Analysys of transient short circuit currents in hvdc power systems," IEEE Tran. Power Apparatus and Systems , Vol. 89, No. 4, April 1971, pp. 1174-1182.

76. Trutt F.C., Kohler J.L. "A Non-Iterative Approach to Mine Power-System Analysys". IEEE-IAS (IND. APPL. Soc.) 19th. Annu. Meet. Chicago, ILL, 30 Sept., 4 Oct., 1984, Conf. Rec.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи разработки защиты от аварийных режимов шахтной электрической сети с переменной частотой и напряжением до 1000 В, обеспечивающей повышение безопасности и надежности эксплуатации электромеханических систем с частотно-регулируемым электроприводом.

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований были получены следующие результаты и выводы:

1. Математическая модель для исследования переходных процессов при трехфазном и двухфазном коротком замыкании в участке кабельной шахтной сети с переменными частотой и напряжением между ПЧ и АД отличается учетом нелинейности магнитной цепи АД, параметров первичной сети до преобразователя и кабельной линии между АД и ПЧ, параметров ПЧ, ступенчатого характера изменения напряжения на выходе ПЧ.

2. Значения ударных аварийных токов до и после точки к.з. в кабельной линии, соединяющей ПЧ с АД , тормозного момента АД, с увеличением рабочей частоты ПЧ, предшествующей режиму к.з., увеличиваются в диапазоне относительных частот ПЧ от 0,1 до 1,0 и уменьшаются в диапазоне относительных частот ПЧ от 1,0 до 1,4.

3. С уменьшением длины кабельной линии от АД до места аварии возрастают значения ударных токов к.з. со стороны АД, тормозного момента двигателя и уменьшаются значения ударного тока к.з. со стороны ПЧ.

4. Длительность существования генераторного режима у АД при двухфазном к.з. в 1,8 раза ниже, чем при трехфазном к.з.

5. Сопоставление зависимостей ударного тока АД при к.з. в кабеле между ПЧ и АД от частоты на выходе ПЧ при различных параметрах кабельной сети, полученных экспериментальным путем, с расчетными зависимостями, полученными путем моделирования, показали, что их расхождение не превышает 10% при доверительной вероятности 0.9.

6. Предложены методы расчета переходных процессов трех-и двухфазного к.з. в кабельной сети между ПЧ и АД с помощью математической модели и комплекса алгоритмов и программ, позволяющие более точно рассчитать токи к.з., электромагнитный момент и время существования генераторного режима АД, которые могут быть использованы в проектных организациях.

7. Предложенный новый способ обнаружения к.з. в кабельной сети между ПЧ и АД, имеющий отечественный приоритет (пат. № 1427477, 1814138 СССР), отличается тем, что контролируются потоки энергии в ПЧ и АД в нормальном и аварийном режимах, и режим к.з. в кабельной сети определяется по факту перехода АД в генераторный режим и передачи энергии ПЧ также в место к.з.

8. Предложенный новый способ контроля целостности кабельной линии перед подключением ПЧ, имеющий отечественный приоритет ( пат. № 1742936 СССР), отличается тем, что с целью обеспечения надежной работы в частотно-регулируемом электроприводе горных машин, непосредственно перед включением тиристорного ПЧ осуществляется измерение входного сопротивления кабельной линии на высокой частоте.

9. Методы расчета разработанных устройств определения знака электромагнитной мощности асинхронного электродвигателя (патент № 1427477 СССР), узла контроля целостности кабельной линии (патент № 1742936 СССР) позволяют определить структуру и параметры данных устройств с заданными точностью и быстродействием.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шпрехер, Дмитрий Маркович, 1995 год

1. Автономные инверторы с отделенными от нагрузки конденсаторами. Ситник Н.Х., Некрасов Л.Т., Беркович Е.И., Ягупов СМ. - М.: Энергия, 1968.

2. Аранчий Г.В., Жемеров Г.Г., Эпштейн И.И. Тиристорные преобразователи частоты для регулируемых электроприводов.- М.: Энергия, 1968.

3. Бабокин Г.И., Шпрехер Д.М. Разработка устройства защиты от токов короткого замыкания в сети с переменной частотой. Тезисы докл. научно-практической конференции "Охрана труда в цветной металлургии", Челябинск, 1990, с. 31-32.

4. Болдырев В.И., Светличный П.Л., Гордиенко Ю.Д. Защита шахтных низковольтных сетей от токов короткого замыкания. - М.: Недра, 1974.

5. Бочаров Ю.И., Будченко М.И., Хамков Н.К. К анализу на АВМ частотно-регулируемого асинхронного электропривода. - Р.Ж. Электротехника, 1982, вып. 88, 7К88.

6. Бурков А.Т., Гусевский Ю.И. Анализ предаварийных состояний в тяговом автономном инверторе напряжения методом двух составляющих .-Р.Ж. Электротехника, 1986, вып. 4, 4Л77.

7. Бурков А.Т. Система защиты преобразователей частоты магистрального тепловоза с асинхронными электродвигателями.- Р.Ж. Электротехника, 1986, вып. 4, 4Л76.

8. Волощенко Н.И. Задачи электрификации угольной промышленности. Промышленная энергетика, 1977, № 8, с. 4 - б.

9. Гимоян Г.Г. Новая токовая защита трехфазных электродвигателей.- М.: Углетехиздат, 1958.

10. Гимоян Г.Г. Релейная защита горных электроустановок. - М.: Недра, 1972.

11. Гимоян Г.Г. Релейная защита горных электроустановок, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1978.

12. Гимоян Г.Г., Лейбов P.M. Релейная защита подземного электрооборудования и сетей. М.: Недра, 1977.

13. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. М.: Энергоатомиздат, 1988.

14. Горошков Б.И. Элементы радио-электронных устройств. М., Радио и связь, 1988.

15. Дорогунцев В. Д. Элементы устройств автоматики энергосистем. М., Энергия, 1970.

16. Задорина Н.А., Литовченко В.В., Радионов Н.И. Расчет аварийных режимов в преобразователях частоты электровоза с асинхронными тяговыми двигателями.- Электротехническая промышленность, сер. Преобразовательная техника, 1981, вып. б (134).

17. Заика Э.И., Сакара Ю.Д. Улучшение качества переходного процесса при частотном ограничении токов короткого замыкания.- Р.Ж. Электротехника, 1982, вып.9, 9Ю46.

18. Захаров М.Ф. Тормозной режим при трехфазном коротком замыкании асинхронных короткозамкнутых двигателей небольшой мощности. -Изв. вузов. Энергетика, 1960, № 3.

19. Казовский Е.Я. Переходные режимы в асинхронной машине при включениях и коротких замыканиях.- Электричество, 1947, № б. 1 9 •-'

20. Кашицин Г.Е. Разработка требований безопасности к средствам защиты и норм безопасной эксплуатации горных машин и механизмов с тиристорным электроприводом.- Сборник рефератов НИР и ОКР, Б977517, 1982.

21. Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока.- Л:, ГЭИ, 1963.

22. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин.- М:, Высшая школа, 1987.

23. Кочкарев Ю.А. Об использовании фазочувствительных схем запиты низковольтных кабельных сетей от металлических и дуговых коротких замыканий. В кн." Горная электротехника и автоматика и, Киев, 1967, № 8.

24. Красильников Н.Т., Петриченко В.Ф., Риман Я.С. О зоне действия защит, реагирующих на производные тока по времени.- Сб. Взрыво-безопасное электрооборудование.- М:, Энергия, 1971.

25. Лайон В. Анализ переходных процессов в электрических машинах переменного тока методом симметричных составляющих.- М.-Л:, Го-сэнегоиздат, 1958.

26. Леоненко С. Частотно-регулируемый электропривод горно-обогатительных предприятий.- Иркутск, Иркутский университет, 1988, с. 50-55.

27. Маркус Г.О., Мустафин Е.С. Исследование на ЭЦВМ динамики частотно-управляемого электропривода дымососа за металлургическими агрегатами.- Р.Ж. Электротехника, 1980, вып. 4, 4К124.

29. Пат. 555478 (СССР). Устройство для защиты от тока короткого замыкания в трехфазной сети. Авт. изобрет. Коваленко И.И., Ольховик Я J '/ Н.П., Ширина В.И. - заявл. 23.04.75. (2131099/07), опубл.Б.И., 1977,

30. Пат. 1427477 (СССР) . Трехфазная автономная сеть с защитой. Авт. изобретен. Бабокин Г. И., Щуцкий В.И., Шпрехер Д. М. -Заявл. 24.12.86 (4166868/24-07), опубл.Б.И. 1988, № 36.

31. Пат. 1173486 (СССР) . Устройство для защиты от короткого замыкания трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью и электродвигателем. Авт. изобретен. Кузнецов Р.С. - Заявл. 11.07.83 (3619893/24-07), опубл.Б.И. 1985, № 30.

32. Пат. 1742936 (СССР) . Трехфазная автономная сеть с защитой. Авт. изобретен. Бабокин Г.И., Щуцкий В.И., Колесников Е.Б., Шпрехер Д.М. - Заявл. 26.02.90 (4794906/07), опубл.Б.И. 1992, № 23.

33. Пат. 1814138 (СССР) . Трехфазная автономная сеть с защитой. Авт. изобретен. Шпрехер Д.М., Бабокин Г.И., Щуцкий В.И.- Заявл. 22.04.91 (4929922/07), опубл.Б.И. 1993, № 17.

34. Паперно Л.Б. Полупроводниковая защита трехфазных электроустановок. Рига, ЛатИНТИ, 1976.

35. Петров П.П. Управление пуском и торможением асинхронных двигателей.- М:, Энергоиздат, 1981.

36. Петров И.И., Мейстель A.M. Специальные режимы работы асинхронного электропривода.- М:, Энергия, 1968.

37. Подземное электрооборудование за рубежом. Под общей редакцией Лейбова Р. М. Углетехиздат, М:, 1959.

38. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах.- М:, Недра, 1973.

39. Правила технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт.- М:, Недра, 1976.

40. Правила устройства электроустановок.- М:, Энергия, 1965.

41. Пуск частотно-регулируемого асинхронного электропривода при 24. различных состояниях силового фильтра статического преобразователя.-Аршинский В.М., Иоффе В.М., Леоненко С , Шемякин В. И. - Изв. вузов Горный журнал, 1976, № 9.

42. Риман Я.С. Исследование и разработка максимальной токовой защиты шахтных участковых сетей. Дисс. на соискан. уч. степей, канд. техн. наук. Донецк, 1965.

43. Риман Я.С. Защита подземных электрических установок угольных шахт.- М:, Недра, 1977.

44. Риман Я.С. Рудничные взрывобезопасные автоматические выключатели серии АВ. - Электротехническая промышленность, сер. АНН, 1978 № 3 (70), с 14 - 16.

45. Риман Я.С. Защита шахтных участковых сетей от токов короткого замыкания.- М:, Недра, 1985.

46. Савченко С П . Влияние процессов внутреннего короткого замыкания на токовую перегрузку преобразователя.- Электротехническая промышленность, сер. Преобразовательная техника, 1982, вып. 2 (139).

47. Сандлер А.С, Сарбатов Р.С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями.- М:, Энергия, 1974.

49. Справочник по наладке электрооборудования промышленных предприятий. Под редакцией Земенкова М.Г., Розенберга Г.В., Феськова 2<>1 Е.М. - М:, Энергоатомиздат, 1983.

50. Технические требования к рудничному взрывозащищеиному электрооборудованию с силовыми полупроводниковыми приборами напряжением до 1140 В., ВОСТНИИ, Кемерово, 1988.

51. Темкина Р.В. Измерительные органы релейной защиты на интегральных микросхемах.- М:, Энергоатомиздат, 1985.

52. Тимонтеев В.Н., Величко Л.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре.- М:, Радио и связь, 1982.

53. Шпрехер Д.М. Исследование защиты от коротких замыканий в сети с преобразователем частоты. Депонир. в ВИНИТИ, № 5, 1987.

54. Шубенко В.А. Торможение отключенного от сети асинхронного двигателя трехфазным коротким замыканием статорнои обмотки при неза-тухшем магнитном поле.- В кн. Труды УПИ, сб. 106.- Свердловск, I960.

55. Щуцкий В.И., Бабокин Г.И., Шпрехер Д.М. Зона действия защиты от коротких замыканий в сети с преобразователем частоты. Изв. вузов. Горный журнал, № б, 1988, с.9э-9Я.

57. Фабрикант В.Л. Основы теории построения измерительных органов релейной защиты.- М:, Высшая школы, 1968.

58. Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем.- М:, Энергия 1976.

59. Фролкин В.Г. Быстродействующая защита шахтных участковых сетей. - М:, Недра, 1986.

60. Чувствительный орган для определения короткого замыкания в регулируемых трехфазных двигателях и их подводящих линиях. ЕПВ (ЕР), заявка № 0183108, И.СМ. № 4, 1987.

61. Электропривод ЭКТ2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ИАВК. 655427. 001ТО.

62. Bendl J., Schreier L. "Nesoumerne stavy sournerneho trod fa- zoveho asynchronniho stroje napajeneho z menice kmitoctu".Electro-technicky obzor, 73, 1984.

63. Bendl J., Schreier L. "Existence of unsymmetrical states in some working regimes of symmetrical three-phase induction machines fed from voltage frequency-converter" 21th. Conf. Electr. Mach. Des. and Appl. 17-19 Sept.,1985, pp. 163-167.

64. Gokul P, Sharaf A.M. "Computer digital simulation of variable-speed induction motor drives under fault conditions." Int. Conf. Evol. and Mod. Aspects Induct. March Turin, July 8-11, 1986, Proc.

65. Khuwatsamrit Т., Richard Smith "Chopper VVVF inverter ground fault analysis." IEEE-IAS (Ind. Apl. Soc.) 19th. Annu. Meet., Chicago,111., 30 Sept.,1984, pp. 642-648.

66. Krzysztov Pienkowski. "Analysis of the rotor field in high power induction motors after disconnection". Modelling, Simulation & Control, A, Vol. 11, No 1, 1987, pp. 49-62.

67. Lord H., Pearson F.K. "Digital phase sensitive short circuit fault protection of coal face electrical systems." 20 Int. Conf. Safety Mines Res. Inst. Summ. London, s.a., 78.

68. McMurray, W., "Hybryd simulation of a CSI fed induction motor drive under normal and faulted conditions", IEEE Industrial on Industry Applications, Vol. 1 (a)-19, No. 2, March/April 1983.

69. Reeve, J., Kapoor, S.C., "Analysys of transient short circuit currents in hvdc power systems," IEEE Tran. Power Apparatus and Systems , Vol. 89, No. 4, April 1971, pp. 1174-1182.

70. Trutt F.C., Kohler J.L. "A Non-Iterative Approach to Mine Power-System Analysys". IEEE-IAS (IND. APPL. Soc.) 19th. Annu. Meet. Chicago, ILL, 30 Sept., 4 Oct., 1984, Conf. Rec. 21Н