Устройство плавного пуска силового трансформатора электропривода ледокола

Введение
В настоящее время даже для самых ответственных проектов,
зачастую, применяют не самые удачные решения. Не так давно, летом
2021 года, из-за ошибок при проектировании и монтаже возникли
проблемы на ледоколе проекта 22220 "Арктика" - вышли из строя гребной
электродвигатель на правом валу и его трансформатор. Как сказал
Вячеслав Рукша (заместитель главы "Росатома" и руководитель дирекции
Севморпути) «Надежность ледокола нас точно не удовлетворяет,
нарекания есть. По нашим меркам, он должен все 30 суток каждый месяц
работать безотказно. Советский ледокол «Сибирь» проекта 10520 мы года
два доводили до достижения требуемой надежности, а «Арктика»
поработала лишь два-три месяца…. Ледокол инновационный — на нем
стоит оборудование, которое до этого не производилось в России. Мы тут
впереди планеты всей, аналогов не имеется. Чтобы и дальше строить
современный атомный флот, нужно быстро нарастить компетенции в
силовой электротехнике» [1].
Как показывает данное интервью, запрос на создание конкурентных
решений в силовой электронике есть, хотя трансформаторы для ледоколов
данного проекта уже выбраны.
Однако, высоковольтный трансформатор, при подключении к
бортовой сети корабля, вызывает броски тока, что приводит к сложным
пускам и необходимостью перестраивать алгоритмы защиты до пуска и
после. Для решения данной проблемы мы можем добавить
вспомогательную низковольтную (400 В) трехфазную обмотку и в её цепь
включить тиристорный пускатель (устройство плавного пуска) и плавно
регулируя напряжение, подаваемое на эту обмотку, увеличить магнитный
поток трансформатора до номинального значения. В этом случае ЭДС,
наводимая на витках первичной обмотки трансформатора сравняется с
напряжением бортовой сети (6300 В). Соответственно, если в этот момент
6
включить силовой контактор, с помощью которого трансформатор
подключают к бортовой сети, то пуск пройдёт более плавно, броски тока
будут значительно уменьшены. А это, в свою очередь, ведёт к большей
надёжности оборудования и увеличению срока службы и безремонтного
интервала.
В данной выпускной квалификационной работе будут проработаны
две задачи:
 Разработка и расчёт тиристорного пускателя (устройства
плавного пуска), применимого на ледоколе проекта 22220.
 Разработка системы автоматизации для данного устройства,
которая будет интегрирована в корабельную систему управления и
обеспечит как сам пуск, так и защиту силового оборудования.

Оглавление
1 Введение...................................................................................................................... 5
2 Список сокращений .................................................................................................... 7
3 Нормативы .................................................................................................................. 8
3.1 Общие положения ......................................................................................... 8
3.2 Общие требования к разрабатываемому УПП ............................................. 8
3.3 Общие требования к системе управления и визуализации.......................... 9
3.4 Технические требования ............................................................................... 9
3.5 Требования к управлению............................................................................. 9
4 Обоснование необходимости разработки нового УПП........................................... 10
5 Теоретическая часть ................................................................................................. 12
5.1 Устройства плавного пуска......................................................................... 12
5.1.1 Виды УПП............................................................................................... 13
5.1.2 Состав УПП ............................................................................................ 14
5.1.3 Основные и дополнительные функции УПП ........................................ 15
5.1.4 Преимущества УПП ............................................................................... 17
5.1.5 Недостатки УПП..................................................................................... 19
5.1.6 Опыт работы с УПП ............................................................................... 20
5.1.7 Принцип работы УПП ............................................................................ 23
5.2 Трансформаторы. ........................................................................................ 25
5.2.1 Общие определения................................................................................ 25
5.2.2 Трансформатор ледоколов проекта 22220 ............................................. 27
6 Расчёт, выбор компонентов...................................................................................... 29
6.1 Планирование системы ............................................................................... 29
6.2 Данные трансформатора ............................................................................. 33
6.3 Расчёт защит и уставок ............................................................................... 35
6.4 Выбор компонентов .................................................................................... 38
4
6.4.1 Выбор тиристора..................................................................................... 38
6.4.2 Расчёт и выбор системы охлаждения..................................................... 40
6.4.3 Расчёт и выбор компонентов RC цепи................................................... 43
6.4.4 Выбор термостата................................................................................... 45
6.4.5 Выбор контактора................................................................................... 47
6.4.6 Выбор системы управления ................................................................... 49
7 Рекомендации по выбору устройств защиты и автоматики.................................... 52
7.1 Общая информация ..................................................................................... 52
7.2 Описание задачи.......................................................................................... 53
7.3 Выбор оборудования и комплектующих.................................................... 56
7.4 Алгоритм работы системы управления УПП............................................. 57
8 Заключение ............................................................................................................... 58
9 Список использованной литературы........................................................................ 59
10 Приложение А. Листинги программного кода

Дипломный проект на тему; Устройство плавного пуска силового трансформатора электропривода ледокола.
Дипломная работа+ расчёты( вставлены в дипломный проект и листинги программного кода)+презентация для защиты.

Список использованной литературы
1. Portnews. Статья «Постановка ледокола “Арктика” в док Кронштадтского морзавода» //
[Электронный ресурс] https://portnews.ru/news/316681/ (дата обращения: 19.04.2022)
2. Нева. Статья «“ВНИИР-Прогресс” поставил трансформаторы для атомного ледокола
“Сибирь”» // [Электронный ресурс] https://sudostroenie.info/novosti/19602.html (дата обращения:
20.04.2022)
3. Электронмаш. Список партнёров. // [Электронный ресурс] https://electronmash.ru/ (дата
обращения: 11.05.2022)
4. Электронмаш. Статья «Трансформаторы с литой изоляцией» // [Электронный ресурс]
https://electronmash.ru/catalog/st/transformatory-s-litoi-izolyaciei-35-6-3kv (дата обращения: 11.05.2022)
5. СВЭЛ. Статья «Сухие силовые трансформаторы» // [Электронный ресурс]
https://svel.ru/catalog/sukhie-transformatory/sukhie-silovye-transformatory/ (дата обращения: 11.05.2022)
6. Wikipedia. Статья «Силовой трансформатор» // [Электронный ресурс]
https://ru.wikipedia.org/wiki/Силовой трансформатор (дата обращения: 10.04.2022)
7. ElectricPortal. Статья «What is SoftStarter, working principle, diagram, advantages//
[Электронный ресурс] https://www.electricportal.info/2019/01/how-does-soft-starter-work-motor.html (дата
обращения: 11.05.2022)
8. ГОСТ 16110-82. Трансформаторы силовые. Термины и определения. [Текст] / Москва:
Стандартинформ, 2005. – 66 с.
9. Патент на изобретение 809451, СССР, Трансформатор Мотовилова [Текст] / Мотовилов
2585377/24-07; заявлено 01.03.78; опубл. 28.02.81; Бюл. Н9-8. –С.2.
10. IEC 60076-1 «Силовые трансформаторы», Часть 1: «Общие положения». [Текст] /
Москва: ИПК Издательство стандартов, 2003. – 180 с.
11. Международный электротехнический словарь [IEV 421 -01-01]. [Текст] / Москва:
Стандартинформ, 2017. – 45 с.
12. Стандарт ИРПС/IFSS (ОСТ 11 305.916-84). ГОСТ 27696-88. Интерфейсы. [Текст] /
Москва: Издательство стандартов, 1988. – 8 с.
13. Электронмаш. «T3R Техническое описание» // [Электронный ресурс] https://elecmash.ntrt.ru/images/manuals/e-mash_11_trans.pdf (дата обращения: 27.05.2022)
14. СТО ДИВГ-046-2017 Методические указания. Расчет уставок. Терминалы релейной
защиты синхронных и асинхронных электродвигателей 6 — 10 кВ. [Текст] / Санкт-Петербург:
Механотроника, 2017. -83 с.
15. Голубев М.Л. Расчет токов короткого замыкания в электросетях 0,4 — 35 кВ. 2-e изд.
[Текст] / Голубев М.Л. Москва: Энергия, 1980. – 86 с.
16. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Издание седьмое. // [Электронный ресурс]
https://www.elec.ru/viewer?url=files/2016/11/02/PUE-novredaktsijaelek.pdf (дата обращения: 20.04.2022)
17. АС «Энергия». Статья «Тиристор низкочастотный Т141 -80-16» // [Электронный ресурс]
https://asenergi.ru/pdf/tiristor/t141/t141 -80.pdf (дата обращения: 12.05.2022)
60
18. ElectricInfo. Статья «RCD снаббер. Принцип работы и пример расчёта» // [Электронный
ресурс] http://electrik.info/main/praktika/1509-rcd-snabber-princip-raboty-i-primer-rascheta.html (дата
обращения: 14.05.2022)
19. АС «Энергия». Статья «Конденсатор 4,78 мкФ 400 В 105 С»// [Электронный ресурс]
https://asenergi.ru/catalog/kondensatory-elektroliticheskie/4mkf/4-7mkf-400v-105c.html#more (дата
обращения: 14.05.2022)
20. АС «Энергия». Статья «Резисторы керамические цементные» // [Электронный ресурс]
https://asenergi.ru/catalog/rezistory-moshchnye/keramicheskiy-cementnyy.html (дата обращения: 1 4.05.2022)
21. АС «Энергия». Статья «Термостат биметаллический KSD-301-125 NC» // [Электронный
ресурс] https://asenergi.ru/catalog/ustrojstva-zaschity/termostaty-ksd-301-ksdi/ksd301 -125-nc.html (дата
обращения: 14.05.2022)
22. Завод «Электроконтактор». Статья «Контактор КВТ-10-4/400А» // [Электронный ресурс]
https://www.elektrokontaktor.ru/catalog/kontaktory-vysokovoltnye/kontaktor-kvt-10-4400a (дата обращения:
14.05.2022)
23. Завод «Электроконтактор». Статья «Контактор КВТ-1,14 1,6/160А» // [Электронный
ресурс] https://www.elektrokontaktor.ru/catalog/kontaktory-kvt/kontaktor-kvt-114-16160a (дата обращения:
14.05.2022)
24. ПАО «Электровыпрямитель». Статья «Драйверы для управления тиристорами» //
[Электронный ресурс] http://koes.msk.ru/wp-content/uploads/Drv_thyr.pdf (дата обращения: 14.05.2022)
25. ОВЕН. Каталог продукции // [Электронный ресурс] https://owen.ru/ (дата обращения:
22.04.2022)
26. Schneider Electric. Каталог продукции. // [Электронный ресурс] https://www.se.com/ru/ru/
(дата обращения: 22.04.2022)
27. Schneider Electric. Процессор 340-10, Modbus // [Электронный ресурс]
https://www.se.com/ru/ru/product/BMXP341000H/%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81
%D1%81%D0%BE%D1%80-34010-modbus-%D0%B7%D0%B0%D1%89/ (дата обращения: 22.05.2022)