Моделирование и анализ режимов раздельной и параллельной работы вводов на различных уровнях системы электроснабжения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Хассан Салман Хамад

• Хассан Салман Хамад
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хассан Салман Хамад

Введение.

В-1. Обзор научных публикаций.

В-2. Выбор и обоснование темы диссертационной работы.

Глава 1. Моделирование системы электроснабжения и ее режимов.

1-1. Моделирование структуры и состояния системы электроснабжения.

1 -2. Моделирование электродвигательной нагрузки.

1-3. Моделирование режимов системы промышленного электроснабжения

1-4. Оптимизация расчетов режимов.

1 -5. Особенности моделирования характерных режимов.

1-6. Пакеты прикладных программ для расчетно-экспериментальных исследований режимов систем электроснабжения.

1 -7. Выводы по главе.

Глава 2. Анализ режимов раздельной и параллельной работы вводов систем электроснабжения.

2-1. Выбор расчетных схем для исследования.

2-2. Исследование условий пуска электрических двигателей при раздельной и параллельной работе вводов на напряжении 10 кВ.

2-3. Исследование последствий неравномерности загрузки трансформаторов ГПП при их раздельной работе.

2-4. Анализ токов трехфазного короткого замыкания в СЭС при раздельной и параллельной работе вводов.

2-5. Анализ условий самозапуска электродвигательной нагрузки при

раздельной и параллельной работе вводов.

2-6. Выводы по главе.

Глава 3. Расчетно-экспериментальные исследования провалов напряжения в СЭС.

3-1. Провалы напряжения в системах электроснабжения при трехфазных внешних КЗ.

3-2. Провалы напряжения в системах электроснабжения при междуфазных внешних КЗ.

3-3. Провалы напряжения в системах электроснабжения при однофазных внешних КЗ.

3-4. Выводы по главе.

Глава 4. Быстродействующий автоматический ввод резерва в системах электроснабжения.

4-1. Структура быстродействующего автоматического ввода резева.

4-2. Расчетно-экспериментальное исследование работы быстродействующего автоматического ввода резерва.

4-3. Работа быстродействующего автоматического ввода резерва при несимметричных КЗ в цепи питания трансформатора ГПП.

4-4. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование и анализ режимов раздельной и параллельной работы вводов на различных уровнях системы электроснабжения»

Развитие электроэнергетики на современном этапе характеризуется увеличением мощности электрических станций, созданием межсистемных связей и внедрением противоаварийной автоматики, повышением устойчивости энергосистем, что способствует наиболее полному обеспечению электроэнергией народного хозяйства страны. С развитием электроэнергетики возникла необходимость решения ряда актуальных проблем, которые обусловлены, с одной стороны, ростом токов короткого замыкания на всех уровнях напряжения, и с другой, сокращением бестоковых пауз электроснабжения до кратковременных перерывов и увеличением их числа вследствие применения современных средств релейной защиты и автоматики и экономичных схемных решений подстанций и электрических сетей.

В.1. Обзор научных публикаций

Одной из актуальных проблем промышленной электроэнергетики является обеспечение синхронной динамической устойчивости синхронных двигателей при кратковременных нарушениях электроснабжения. Рост единичной мощности синхронных двигателей (СД) напряжением 6-10 кВ и их доли в общей нагрузке подстанции при широком внедрении непрерывных технологических процессов в различных отраслях промышленности ведет к увеличению ущерба при кратковременных нарушениях электроснабжения, когда нарушение устойчивости СД является причиной срыва сложных технологических процессов, а длительность простоя установок и механизмов во много раз превышает длительность бестоковой паузы. К числу таких установок можно отнести технологические комплексы химических и нефтехимических заводов, предприятий черной и цветной металлургии, кустовые насосные станции нефтедобычи, нефтеперекачивающие станции магистральных нефтепроводов и другие.

Одним из основных способов повышения надежности электроснабжения ответственных потребителей, получающих питание от двух независимых источников, было и остается использование средств автоматического включения резерва (АВР).

Однако, применение на подстанциях и распределительных пунктах с синхронными двигателями устройствам АВР с традиционным алгоритмом функционирования пускового органа и всего комплекса в целом в большинстве случаев оказывается неэффективным.

Одним из основных требований, предъявляемых к системам электроснабжения, является их надежность. Надежность электроснабжения потребителей может быть повышена путем увеличения числа источников питания, резервирования отдельных элементов системы, улучшения схемы электроснабжения, усовершенствования устройств релейной защиты и автоматики, применение самозапуска электродвигателей и другими мерами.

Анализ современного состояния схем электроснабжения показывает, что наряду с радиальными схемами электроснабжения, обладающими наибольшей надежностью используются также схемы магистрального питания (рис. В.1) [44, 87].

Особенность этих схем электроснабжения заключается в меньших капитальных вложениях по сравнению с радиальными схемами электроснабжения, но вместе с этим они обладают и меньшей надежностью. Как правило, секции шин 6-10 кВ подстанции работают раздельно, т.е. секционный выключатель В5 нормально отключен. При коротком замыкании (КЗ) на одном из питающих вводов (точка К1) релейной защитой отключаются выключатели В1 и ВЗ, и только через некоторое время включается выключатель В5. Время осуществления АВР определяется общим временем отключения Bl, ВЗ, временем включения В5 и временем снижения напряжения на потерявшей питание секции независимо от того произошло КЗ или же неоперативное ("ложное") отключение и состоит из двух этапов [80]: выбег двигателей при пониженном напряжении и разгон их до прежней частоты вращения при восстановлении питания.

Г1"! гЧе'-ч

Ы lJ j jB^

ГЦ I I П О

Y Y

ВЗП ПВ4

B5 4 d 0 т *

31 DлН В 2 а)

П1 i wn. JUг 1 гп—О" I о л? 7

1 К31 1ОД2 ! К31 [ОД2 о; с^

ВЗ П Во Г1 В4 ВЗ ф В5 п В4

I5 5 i TogT ! if 0 .а, А

D)

Рис. В.1. Схема электроснабжения подстанции промышленного предприятия а) радиальная; б) двойная сквозная магистраль.

Недостатком схемы, приведенной на рис. В.1, является относительно длительные перерывы питания, так как при наличии на подстанции синхронных двигателей (СД), АВР должен иметь выдержку времени для предотвращения несинфазного включения двигателей. В связи с этим предлагаются схемы подстанции с параллельной работой трансформаторов [43, 44, 98]. Время перерыва электроснабжения из-за КЗ в цепи питания потребителей определяется в этом случае только временем отключения замыкания, что может быть достаточно для обеспечения синхронной устойчивости нагрузки даже при использовании типовых коммутационных аппаратов. Недостатком схемы с параллельной работой трансформаторов является повышенный (до двух раз) по сравнению с обычной схемой уровень токов КЗ при повреждении на отходящей линии. Известно, что стоимость выключателя пропорциональна квадрату отключаемого тока [44]. Ввиду большого числа отходящих линий, схема с параллельной работой трансформаторов требует больших дополнительных капитальных затрат. Кроме того, подавляющее большинство эксплуатируемых подстанций с присоединением электродвигательной нагрузки выполнено с учетом раздельной работы трансформаторов.

Для ограничения токов КЗ предлагается использование реакторов [2, 27]. Одна из таких схем приведена на рис. В.2. Выключатель В2 должен автоматически шунтировать реактор Р при работе с одним трансформатором. Такие схемы не нашли распространения в проектной практике из-за противоречивых требований к реакторам. С точки зрения ограничения уровня токов КЗ величина сопротивления реактора должна быть максимальной, а с точки зрения обеспечения устойчивости двигателей после отключения КЗ - минимальной. Кроме того, установка реакторов приводит к дополнительным потерям электроэнергии и ухудшению технико-экономических показателей системы электроснабжения. ! т<

О ! i v. j

81

52

БЗ

-j }—4—^ r-t

Г-} W Р

Г > ! I V

7 -г ^

84 А

W1

Рис. В.2. Схема подключения двигательной нагрузки с параллельной работой трансформаторов

Обеспечение устойчивости высоковольтной и низковольтной электродвигательной нагрузки возможно за счет постоянной параллельной работы трансформаторов 6(10)/0,4 кВ, подключенных к различным секциям шин [24]. Этот способ позволяет при потере питания одной из секций удерживать СД в синхронизме путем подпитки их через последовательную цепочку из двух трансформаторов до момента восстановления нормального электроснабжения. При трехфазном КЗ в цепи питания одной из секций 6-10 кВ время полной потери питания данной секции определяется временем локализации КЗ, напряжение на соседней секции остается в допустимых пределах из-за большой электрической удаленности КЗ. На шинах 0,4 кВ напряжение поддерживается не ниже 0,5U, что в большинстве случаев достаточно для удержания якорей контакторов и магнитных пускателей низковольтных двигателей. Недостатками данного нетрадиционного способа повышения устойчивости являются его неэффективность при большом (на порядок и выше) превышении мощности высоковольтной электродвигательной нагрузки мощности трансформатора 6(10)/0,4 кВ, а также вероятность полной потери возбуждения у всех, СД узла при КЗ на стороне 0,4 кВ.

Известны предложения [54, 88], связанные с использованием СД с расщепленной обмоткой статора, додключаемое к различным секциям к различным секциям подстанций. Для эксплуатации СД с расщепленной обмоткой практически не требуется специальная аппаратура коммутации, управления и защиты, но из-за отсутствия серийного выпуска промышленностью таких двигателей проблема повышения надежности электроснабжения может быть решена только для единичных образцов на вновь проектируемых объектах.

Значительная группа конструктивных решений по обеспечению устойчивости синхронной нагрузки связана с разработкой токоограничи-вающих устройств, позволяющих управлять величиной внешнего сопротивления системы питания [59,60], усовершенствования системы возбуждения и гашения поля СД [3, 40, 46, 71], улучшением пусковых характеристик двигателей [85] и т.д. Данные предложения повышают устойчивость двигательной нагрузки в некоторых аварийных ситуациях, но полностью исключить их не могут. I

-4 ! Bi t I C-.

K1

УГ Л1

П7 i < Cг-Ц 1 Дн I

1 I I 1

1 1 1 /-Ч ( 1 w

У V I 4вз f

Sa

J i

A ч )) r—I > n jI I

АД1 I г* m ^ ал 1

АВР B5 a r no

1 I f \ V. I -ri I г. ) i t

I ID' i i Ut n n n u u u I

4 t

V %J !

А *Д2 i

СДЗ i-. t г пл vaa'» I t }

S2

Рис. В.З. Схема питания электродвигательной нагрузки

Наибольшее распространение в промышленности для питания ответственной электродвигательной нагрузки получили двухсекционные подстанции (ПС) или распределительные пункты (РП) (рис. В.З) с раздельным режимом работы секций 6(10) кВ. На них в качестве основного элемента противоаварийной автоматики используются устройства АВР двухстороннего действия на секционном выключателе.

В зависимости от способа выполнения устройства АВР определенные требования предъявляются к используемому оборудованию, прежде всего выключателям, и пусковому органу АВР.

Алгоритм функционирования штатного АВР [1, 3, 89] предусматривает отключение вводного выключателя B1 (В2) рабочего источника (рис. 1.3) при потере питания первой (второй) секцией шин, а затем восстановление нормального электроснабжения путем включения секционного выключателя. Суммарное время штатного АВР складывается из времени работы пускового органа, фиксирующего факт потери питания и запускающего схему ресинхронизации; выдержки времени, обусловленной ожиданием режима, допускающего возможность повторного включения к электрической сети; собственного времени отключения выключателя ввода; собственного времени включения секционного выключателя. Необходимость гашения поля синхронных двигателей не позволяет получить время АВР в расчетных режимах потери питания менее 0,9 с, а время перерыва электроснабжения - не менее 1,2 с [51]. Так как подобные перерывы питания неизбежно приводят к нарушению динамической, а в ряде случаев и результирующей устойчивости СД, и разладке непрерывного технологического процесса на промышленных предприятиях, эффективность обычного АВР оказывается весьма низкой. В еще большей степени данное обстоятельство усугубляется в узлах промышленной нагрузки, где СД составляют преобладающую долю потребителей, например, на нефте- и газодобывающих предприятиях, где из-за заведомой невозможности самозапуска СД после срабатывания АВР осуществляют отключение большинства из них от сети даже при кратковременных нарушениях электроснабжения.

Суммарное время перерыва существенно снижается при использовании на подстанциях с двигательной нагрузкой синфазного АВР (САВР), при котором восстановление питания, т.е. включение секционного выключателя происходит в момент времени, максимально близкий к совпадению фаз напряжений потерявшей питание и резервной секций [77, 95, 91]. Основными преимуществами синфазного АВР являются: подключение двигателя осуществляется без сколько-нибудь значительных бросков тока статорной обмотки и электромагнитного момента на валу двигателя; СД подключается к сети возбужденным, в связи с чем существенно сокращается время восстановления установившегося режима и повышается вероятность успешного самозапуска СД.

Исследования показывают, что время первого проворота ротора для большинства двигателей находится в пределах 0,2-0,4 с и зависит от механической постоянной двигателя и других факторов. Это накладывает жесткие требования по времени к пусковому органу АВР и к коммутационным аппаратам, прежде всего, к секционному выключателю. Приращение угла при первом провороте ротора только за 0,01 с составляет порядка 15-25°. Следовательно, даже при точной фиксации момента синфазно-сти реальное включение за счет запаздывания выключателя может произойти практически в противофазе.

Определению более точного и обоснованного момента подачи команды на переключение источников питания в устройствах синфазного АВР уделяется достаточно большое внимание. Предполагается, в частности, уточнять момент подачи команды на включение секционного выключателя путем введения корректировок по начальному углу нагрузки СД 8Н и степени зависимости момента сопротивления механизма от частоты вращения [68], предварительной установкой вероятной частоты выбега двигателей [92]. Для улучшения условий самозапуска СД в режимах синфазного АВР рассматривается возможность снятия возбуждения в том случае, если скольжение двигателя в момент восстановления электроснабжения превысит некоторый допустимый для ресинхронизации угол. Скольжение СД косвенно прогнозируется по времени нарастания угла нагрузки между фиксированными значениями 8i и 82 [93].

Однако установить точный угол упреждения включения не представляется возможным из-за разброса времени срабатывания выключателя и параметров режима двигателей, а заметное расхождение векторов напряжений при включении как в одну, так и в другую сторону приводит к нежелательным последствиям.

Наиболее перспективным с точки зрения обеспечения устойчивости узлов с синхронной нагрузкой является создание устройств быстродействующего АВР. Под быстродействующим АВР (БАВР) здесь понимается устройство АВР, обладающее возможностью восстановления нормального электроснабжения после его кратковременного нарушения без прово-рота ротора, т.е. без потери синхронной динамической устойчивости.

В работах [12, 13] предлагается способ быстродействующего АВР, особенностью которого является опережающее за счет высокого быстродействия включение секционного выключателя В5 (рис. 1.4) до отключения выключателя ввода ВЗ и выключателя на головной ПС В1. Для этого в межсекционной связи устанавливают выключатель с малым собственным временем включения типа ВВ-10, ВК-10, ВЭ-10 (t-0,05-0,07 с) или ВНВП (t-0,03-0,04 с). Включение секционного выключателя при КЗ в цепи питания до отключения выключателей В1 и ВЗ не приводит к существенному развитию аварий, СД как аварийной, так и резервной секций сохраняют синхронизм, не испытывая недопустимых возмущений. В качестве схемы управления АВР используется релейная защита на выключателе В1. срабатывание которой служит сигналом на включение секционного выключателя и отключение выключателя ввода. Для передачи команды применяется быстродействующая аппаратура АНКА.

Данный способ не получил широкого распространения из-за имеющейся вероятности несрабатывания выключателя ввода и потерей всей подстанции в целом, техническими трудностями при установке канала связи между объектами, эксплуатирующимися различными организациями.

АД СД СД АД

Рис. В.4. Схема узла нагрузки с быстродействующим опережающим АВР

Опережающее, до отключения выключателя ввода, включение резервного питания может быть осуществлено при установке параллельно типовому (как правило, масляному) секционному выключателю тиристорного (ТСВ) (рис. В.5) [74, 94, 70]. Каждая фаза ТСВ содержит порядка 20 последовательно включенных тиристоров, допустимый ток включения ТСВ - 4-5 кА, максимально допустимое время работы в режиме включения 0,3-0,5 с. Основным чувствительным элементом пускового органа тиристорного БАВР является датчик напряжения биений. При появлении сигнала, обусловленного возникновением режима потери питания, запускается генератор импульсов управления тиристорами, ТСВ включается. При наличии тока во всех фазах ТСВ осуществляется включение параллельного секционного масляного выключателя (СМВ), который своими блок-контактами коммутирует цепь отключения тиристорного выключателя и запускает схему определения поврежденного ввода, построенную на датчиках направления мощности. После отключения соответствующего вводного выключателя процесс восстановления резервного писания заканчивается. Суммарное время перерыва питания с учетом работы пускового органа для тиристорного БАВР составляет 0,02-0,04 с, что вполне достаточно для удержания в синхронизме любых типов двигателей. О

I т. Т(

В1

- f f М .М

1Г

-г-'' I в: 1

П гН У У

БЗ ТСВ О

СД1 СД2

Рис. В.5. Схема узла нагрузки с АВР на тиристорном секционном выключателе

Использование тиристорного выключателя с малым допустимым током выключения обуславливает необходимость блокировки устройства АВР при близких КЗ в цепи питания до времени их локализации, что в некоторых случаях может привести к потере синхронной устойчивости нагрузкой. Основным же недостатком, сдерживающим применение данного способа восстановления питания является высокая стоимость и низкая надежность как самого тиристорного выключателя, так и схемы управления, имеющая особое значение для районов с тяжелыми климатическими условиями.

Новые возможности по созданию БАВР открывают разработка и все более широкое применение в промышленности вакуумных выключателей с высоким быстродействием [56]. Использование быстродействующих вакуумных выключателей и быстродействующего пускового органа создает предпосылки для разработки устройства БАВР, осуществляющего восстановление питания по наиболее надежному традиционному алгоритму: отключение поврежденного ввода - включение секционного выключателя.

В.2. Выбор и обоснование темы диссертационной работы

Электроснабжение промышленных предприятий и городов осуществляется, как правило, минимум по двум вводам, позволяющим взаимное резервирование в случае аварийного отключения одного из них. Наличие двух вводов характерно для систем электроснабжения и на высоком (UH0M = 35; 110; 220 кВ), и на среднем (UHOM = 6; 10 кВ) напряжениях, а также и на напряжении до 1 кВ. Вводы могут работать как параллельно (при включенных секционных выключателях), так и раздельно (секционные выключатели в нормальном режиме отключены и снабжены устройствами автоматического ввода резерва - АВР). Каждый из этих режимов имеет как положительные, так и отрицательные стороны.

Параллельная работа вводов на всех уровнях системы электроснабжения (СЭС) характеризуется следующими преимуществами.

1. При параллельной работе вводов за счет равномерной загрузки соответствующих трансформаторов и линий имеет место минимум потерь мощности и электрической энергии в СЭС.

2. За счет увеличения мощности короткого замыкания существенно улучшаются условия пуска электрических двигателей нагрузки.

3. При аварийном отключении одного из вводов не прерывается электрическая связь электрической нагрузки с электросистемой, что существенно облегчает условия самозапуска электродвигательной нагрузки. Не требуется установка АВР.

4. За счет увеличения мощности короткого замыкания улучшаются показатели качества электрической энергии при наличии резко переменных, несимметричных и несинусоидальных электрических нагрузок.

Раздельная работа вводов на всех уровнях СЭС характеризуется следующими преимуществами:

1. Практически в два раза уменьшаются значения токов короткого замыкания. Это облегчает условия выбора электрических аппаратов и условия их работы в режимах короткого замыкания.

2. Провалы напряжения, возникающие при коротких замыканиях в сети высокого или среднего напряжений отражаются лишь на половине потребителей электрической энергии СЭС, подключенных к вводу, в электрической сети которого произошло короткое замыкание.

3. При раздельной работе вводов существенно упрощается и удешевляется релейная защита элементов СЭС. Повышается надежность релейной защиты.

4. Импульсные напряжения и перенапряжения (грозовые и коммутационные), возникающие в электрических сетях высокого и среднего напряжений, а так же в сетях до 1 кВ отражается лишь на половине потребителей электрической энергии СЭС, подключенных к вводу, в электрической сети которого возникло импульсное напряжение или перенапряжение.

5. При раздельной работе вводов на напряжении UH0M = 6; 10 кВ существенно облегчаются условия работы СЭС при однофазных замыканиях на землю за счет уменьшения практически в два раза токов однофазного замыкания в сети UH0M < 6; 10 кВ. Последнее объясняется тем, что в подпитке однофазного замыкания участвуют лишь кабельные ЛЭП, питающиеся от секции РУ в сети которой произошло однофазное замыкание.

Преимущества параллельной работы вводов являются одновременно недостатками раздельной работы и наоборот. Возникает естественный вопрос: на каких уровнях системы электроснабжения при использовании современного электрооборудования целесообразен тот или иной режим вводов.

Основной целью диссертационной работы является обоснование и выбор целесообразных режимов работы вводов на различных уровнях современных систем электроснабжения.

Достижение поставленной цели осуществлялось путем последовательного решения следующих задач.

1. Выбор способов математического моделирования систем электроснабжения и модификация программных комплексов применительно к целям и задачам диссертационной работы.

2. Теоретические и расчетно-экспериментальные исследования преимуществ и недостатков режимов параллельной и раздельной работы вводов на различных уровнях систем электроснабжения.

3. Исследование структуры и возможностей современного быстродействующего АВР с целью сочетания преимуществ раздельной и параллельной работы вводов в системах электроснабжения.

4. Разработка рекомендаций по целесообразным режимам работы вводов на различных уровнях систем электроснабжения.

На защиту выносятся: 1. Выбранный соискателем способ моделирования системы электроснабжения, электродвигательной нагрузки и их режимов. Модернизированный комплекс расчетных программ на ЭВМ для анализа режимов раздельной и параллельной работы вводов.

2. Результаты теоретических и расчетно-экспериментальных исследований преимуществ и недостатков режимов раздельной и параллельной работы вводов на различных уровнях систем электроснабжения.

3. Результаты анализа при использовании в системах электроснабжения современных быстродействующих АВР, позволяющих сочетать ряд преимуществ режимов раздельной и параллельной работы вводов.

Научную новизну результатов исследований в диссертационной работе можно оценить следующими положениями:

1. Выведена аналитическая зависимость, позволяющая для трансформатора мощностью SH0M определить предельную мощность двигателя по условиям допустимого снижения напряжения в процессе пуска.

2. Доказано, что относительное увеличение потерь мощности в СЭС при неравномерной загрузке трансформаторов пропорционально квадрату этой относительной неравномерности.

3. Доказано, что максимальное время цикла обычного АВР при раздельной работе вводов составляет: до 5 с при преобладающей СД нагрузке; до 2.35 с при преобладающей АД нагрузке; до 1 с при преобладающей прочей нагрузке. Это время обусловлено необходимостью ожидания снижения напряжения на потерявшей питание секции до безопасных значений.

4. Доказано, что минимально допустимая длительность трехфазного КЗ в СЭС при параллельной работе вводов составляет: 0,18 с при преобладающей СД нагрузке; 0,2 с при преобладающей АД нагрузке; до 0,5 с при преобладающей прочей нагрузке. Это время, после которого происходит нарушение устойчивости электродвигательной нагрузки.

Практичесичическая зсть результатов и выводов диссертационной работы проявляется в следующем:

1. Модернизированные комплексы расчетных программ могут быть использованы в САПР и АСНИ систем электроснабжения.

2. Результаты исследований режимов работы вводов в СЭС могут быть использованы для оценки эффективности работы релейной защиты и автоматики в реальных системах электроснабжения.

3. Определена область мест коротких замыканий в СЭС, при которых провалы напряжения в сетях до 1 кВ опасны для потребителей электроэнергии.

4. Исследования эффективности быстродействующего АВР показали несомненную целесообразность его использования в системах электроснабжения.

Исследования в диссертационной работе осуществлялись на основе математического моделирования на базе методов теоретической электротехники, путем расчетов на ЭВМ и теоретического анализа. Достоверность положений и выводов диссертации определяется корректностью использования методов математического моделирования и хорошим совпадением результатов теоретических и расчетно-экспериментальных исследований.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, общим объемом 262 стр. Список использованной литературы содержит 100 наименований. В приложениях приведены таблицы данных и расчетные зависимости, характеризующие параметры провалов напряжения при коротких замыканиях.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Хассан Салман Хамад

Заключение

Получены числовые характеристики параметров режима СЭС, характеризующие преимущества и недостатки режимов раздельной и параллельной работы вводов:

1. Разработана упрощенная методика определения допустимой мощности двигателя Pn по условиям пуска от трансформатора с номинальной мощностью Shom к тривиальному выводу о том, что при параллельной работе трансформаторов ГПП в два раза увеличивается допустимая мощность двигателя по условиям пуска, следует добавить что, режимом параллельной работы трансформаторов ГПП можно ограничиться лишь на время пуска мощных двигателей.

2. Относительное возрастание потерь мощности в СЭС при раздельной работе вводов, вызванное их естественной неравномерностью загрузки, пропорциональны квадрату относительной неравномерности загрузки трансформаторов.

3. Коммутационные аппараты с током отключения 1отк = 31,5 кА позволяет применять режим параллельной работы трансформаторов ГПП до мощностей трансформаторов SH0M = 63 МВА.

4. При раздельной работе трансформаторов ГПП по сравнению с режимом параллельной работы уменьшение токов КЗ происходит меньше, чем в два раза. При преобладающей СД нагрузке уменьшение токов КЗ происходит в 1,5 раза .

5. Максимальное время цикла АВР при раздельной работе вводов от трансформаторов ГПП составляет: 4 - 5с для варианта преобладающей СД нагрузки; 2 - Зс для варианта преобладающей АД нагрузки; до 1 с для варианта преобладающей прочей нагрузки.

6. Максимально допустимое время КЗ в цепи питания ГГП при параллельной работе вводов определяется нарушением устойчивости электродвигательной нагрузки. При трехфазном КЗ это время составляет,

0,15 - 0,10 с для варианта преобладающей СД нагрузки, 0,18 - 0,2 с для варианта преобладающей АД нагрузки.

Получены числовые характеристики параметров провалов напряжения в электрических сетях до 1 кВ, вызванные короткими замыканиями различных видов в электрических сетях высокого и среднего напряжений:

1.При параллельной работе вводов трансформаторов ГПП провалы напряжения распространяются на все потребители, подключенные к данной ГПП. При раздельной работе трансформаторов и двух независимых источниках электроснабжения провалы напряжения распространяются только на ту половину потребителей, которые подключены к трансформатору ГПП, в сети которого произошло КЗ. Это одно из существенных преимуществ раздельной работы вводов. Однако при преобладании электродвигательной нагрузки и параллельной работе трансформаторов ГПП провалы напряжения при КЗ уменьшаются на 20% за счет электромагнитной инерции всех двигателей нагрузки.

2. Предельная удаленность трехфазных КЗ в сети высокого напряжения по условиям возникновения опасных провалов напряжения в сетях до 1 кВ составляет L = 10-12-14 км. Первое значение соответствует варианту преобладающей СД нагрузка второе АД нагрузки, третье - прочей (недвигательной) нагрузки. Предельная удаленность трехфазных КЗ в сети 10 кВ соответственно вариантам преобладающей нагрузки составляет £ — 4 - 4,4 - 4,8 км.

3. Предельная удаленность междуфазного КЗ в сети 110 кВ соответственно вариантам преобладающей нагрузки составляют L= 5 - 7 -9 км по абсолютно минимальному значению напряжения и L = 2 - 2,5 -3 км по минимальному значению напряжения.

Предельная удаленность междуфазного КЗ в сети и 10 кВ составляют £= 3 - 4 - 4,5 км по абсолютно минимальному значению напряжения и/=2-2,5-Зкм по минимальному значению напряжения.

4. Предельная удаленность однофазного КЗ в сети 110 кВ соответственно вариантам преобладающей нагрузки составляет L = 0,6 -1,2 - 1,8 км по абсолютно минимальному значению напряжения и L = 0,2 -0,8 - 1,1 км по минимальному значению напряжения. Таким образом, даже при однофазном КЗ в сети 110 кВ могут возникнуть опасные по последствиям провалы напряжения в сетях до 1 кВ.

Исследованы преимущества использования современных БАВР в системах электроснабжения

1. При трехфазном КЗ в цепи питания трансформаторов ГПП полное время цикла БАВР составляет t4 = 0,07с, из них длительность режима КЗ tK < 0,05. За такое время синхронные двигатели не успевают выпасть из синхронизма, нет необходимости гашения поля СД и их ресинхронизации, а токи включения двигателей после срабатывания БАВР не превышают Ь= 2,51Ном

2. При отключении головного выключателя в цепи питания трансформатора ГПП БАВР срабатывает с полным временем цикла U = 0,12с. При этом СД нагрузки не выпадает из синхронизма, а токи включения двигателей не превышают 1в=3,51ном.

3. При несимметричном КЗ в цепи питания трансформатора ГПП направление активной мощности через вводный выключатель не изменяется до отключения головного выключателя. Поэтому время цикла БАВР увеличивается до tu= 0,22с. Однако даже такое время СО не выпадают из синхронизма, а токи включения двигателей не превышают 1в = 2,51ном

4. Наиболее целесообразным режимом работы вводов на различных уровнях СЭС при наличии двух независимых источников электроснабжения и использования быстродействующего АВР является режимом раздельной работы вводов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хассан Салман Хамад, 2003 год

1. Аичарова Т.В., Бодрухииа С.С., Матюнина Ю.В. Развитие электропотребления на промышленных предприятиях в условиях неопределенности исходной информации // Промышленная энергетика, 1995. № 9. С. 21-22.

2. Барзам А.Б. Системная автоматика.-4-е изд.-М.: Энергоатомиздат, 1989.

3. Барзам А.Б. О системах питания синхронных двигателей ответственных механизмов //Промышленная, энергетика. 1973. №2.

4. Беркович М.А., Комаров А.Н., Семенов В.А. Основы автоматики энергосистем. 2-е изд. - М.: Энергоиздат. 1981.

5. Блок пускового устройства АВР для КРУ 6-10 кВ типа БЭ 8302 Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ИГФР. 656136.004.ТО

6. Быстродействующее АВР для промышленных подстанций с синхронной двигательной нагрузкой. С.И. Гамазин, Д.Б. Понаровкин, С.А. Цырук и др. Пром. энергетика. 1990. №10. С. 26-31.

7. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М.: Высш. шк. 1978.

8. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М. Высшая школа. 1985.

9. Вершинина С.И., Кирьенкова Е.В., Савзиханов Р.К. Исследование режимов работы синхронных двигателей 6-10 кВ нефтепромысловых предприятий при кратковременных нарушениях электроснабжения. Сб. научных трудов №210. М.: Моск. энерг. ин-т. 1989.

10. Ю.Воздвиженский В.А., Гончаров А.Ф., Козлов В.Б. и др. Вакуумные выключатели в схемах управления электродвигателями. М.: Энергоатомиздат. 1988.

11. П.Галицын А.А. Один из способов повышения динамической устойчивости электродвигателей. Машины и нефтяное оборудование. 1978. №1.

12. Галицын А.А. Способ ускорения АВР ответственной нагрузки. Пром. энергетика. 1971. №1. С. 48-51.

13. Галицын А. А., Задернюк А.Ф. Опережающее АВР на подстанциях магистральных нефтепроводов. Пром. энергетика. 1986. №8.

14. Гамазин С.И. , Понаровкин Д.Б., Цырук С.А. , Вершинина С.И., Степанов Д.И., Савзиханов Р.К., Шеховцев В.П. , Кузьмин НюМ., Карпов В.И. Повышение эффективности пускового органа быстродействующего устройства АВР. Пром. энергетика, 1992, N 4.

15. Гамазин С.И. Определение расчетных параметров, характеристик и условий пуска или самозапуска высоковольтных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Тр. Моск. энерг. ин-та. 1984. Вып. 621. С. 116122.

16. Гамазин С.И. Самозапуск электрических двигателей. М.: Моск. энерг. ин-т. 1979.

17. Гамазин С.И. Устойчивость узлов нагрузки в системах электроснабжения. М. Моск. энерг. ин-т. 1977.

18. Гамазин С.И., Буре И.Г. Промышленное электроснабжение. М. Моск. энерг. ин-т. 1987.

19. Гамазин С.И., Бурухин Г.Н., Долгополов В.П. Самозапуск электродвигателей для повышения устойчивости технологических производств . Бумаж. пром-сть. 1987. №4. С. 21-23.

20. Гамазин С.И., Былкин М.В. Несимметричные режимы систем электроснабжения. Проблемы энергетики. Доклады научно-практической конференции к 30-летию ИПК госсслужбы. М., - 1998. - С. 107-112.

21. Гамазин С.И., Вершинина С.И., Бугубаев С.А. Определение токов подпитки короткого замыкания от синхронной нагрузки узла промышленного электроснабжения . Пром. энергетика. 1983. №1. С. 31-34.

22. Гамазин С.И., Жохов Б.Д. Обеспечение самозапуска электродвигателей. ГОСИНТИ. 1981. Вып. 12.

23. Гамазин С.И., Жохов Б.Д., Цырук С.А. Нетрадиционный способ повышения надежности электроснабжения ответственных промышленных электроэнергии. Сб. научных трудов №210, М.: Моск. энерг. ин-т. 1989.

24. Гамазин С.И., Полтавцев О.В., Пупин В.М. Определение расчетной моментной характеристики синхронных турбодвигателей с бесщеточной системой возбуждения . Изв. вузов. Электромеханика. 1984. №6. С. 23-29.

25. Гамазин С.И., Понаровкин Д.Б., Родина JI.C. Проектирование и расчеты режимов систем промышленного электроснабжения. М.: Моск. энерг. ин-т. 1988.

26. Гамазин С.И., Понаровкин Д.Б., Цырук С.А. Переходные процессы в электродвигательной нагрузке систем промышленного электроснабжения. -М.: Издательство МЭИ. 1991.

27. Гамазин С.И., Пупин В.М. и др. Совершенствование надежности работы схем подстанций нефтепроводов при коротких замыканиях . Тр. ВНИИОЭНГ. Вып. 1. 1987.

28. Гамазин С.И., Пупин В.М. Методы расчета на ЭВМ условий пуска мощных синхронных двигателей . Пром. энергетика. 1983. №10. С. 38-43.

29. Гамазин С.И., Пупин В.М., Хомутов А.П. Исследование условий пуска мощных синхронных турбодвигателей насосных агрегатов НПС . Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. 1983. №2. С. 6-9.

30. Гамазин С.И., Садыкбеков Т. А. Определение расчетных параметров синхронных двигателей с массивными полюсами . Пром. энергетика. 1984. №9. С. 26-30.

31. Гамазин С.И., Семичевский П.И. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения с электродвигательной нагрузкой. М.: Моск. энерг. ин-т. 1985.

32. Гамазин С.И., Ставцев В.А., Цырук С.А. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой. М. Издательство МЭИ, 1997. - 424 с. ил.

33. Гамазин С.И., Цырук С.А., Буре И.Г. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения. М. Моск. энерг. ин-т. 1988.

34. Гамазин С.И., Цырук С.А., Наумов О.А., Рисберг Ю.Р. Исследование провалов напряжения в электрических сетях до 1000 В, вызванных короткими замыканиями в сетях высокого напряжения . Пром. энергетика. 1995. №11. С. 12-20.

35. Гамазин С.И., Цырук С.А., Понаровкин Д.Б. Автоматизация расчетно-экспериментальных исследований переходных процессов, обусловленных электродвигательной нагрузкой . Пром. энергетика. 1995. №7. С. 15-20.

36. Гамазин С.И., Цырук С.А., Понаровкин Д.Б. Переходные процессы в системах электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой. М. Моск. энерг. ин-т. 1995.

37. Гамазин С.И., Цырук С.А., Понаровкин Д.Б. Установившийся режим и переходные процессы синхронных турбодвигателей с расщепленной статорной обмоткой . Пром. энергетика. 1994. №5. С. 37-42.

38. Глебов И.А. , Логинов С.И. Системы возбуждения и регулирования двигателей. J1. Энергия, 1982.

39. Голоднов Ю.М. , Хоренян А.Х. Самозапуск электродвигателей.-М. Энергия , 1974.

40. Горев А.А. Переходные процессы в синхронных машинах. Л.: Наука, 1985.

41. Гуревич Ю.Е., Линдорф Л.С., Хоренян А.Х. Пути повышения надежности работы потребителей с непрерывным технологическим процессом. В кн.

42. Электроснабжение промышленных предприятий надежность резервирование. М. Энергия , 1969.

43. Ермилов А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергия. 1976.

44. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем . Под ред. J1.A. Жукова. М. Энергия, 1979.

45. Жохов Б.Д. , Клочкова О.В. Самозапуск синхронных двигателей с тиристорным возбуждением. Пром. энергетика, 1975, N 3, с. 8-10.

46. Исследование динамических характеристик группового выбега . С.И. Гамазин, В.Н. Серебряков, Ю.М. Голоднов и др. Электричество. 1977. №2. С. 26-31.

47. К расчету самозапуска агрегатов большой единичной мощности на магистральных нефтепроводах . А.А. Федоров, С.И. Гамазин, В.М. Пупин и др. Нефтепромысловое дело и транспорт нефти. 1984. №7. С. 30-33.

48. Картышев И.И., Пономаренко И.С. Определние виновника искажений напряжения путем приборного контроля качества

49. Картышев И.И., Пономареноко И.С., Сыромятников С.Ю. Определение виновника ухудшения качества электроэнергии при расчетах за электроэнергию. АСЭМ. 2000. - №19. - 3 с.

50. Корогодский В.И. Особенности выполнения релейной защиты и автоматики узлов промышленной нагрузки с синхронными электродвигателями. -Сб. Науч. Трудов ВНИПИ Тяжпромэлектропроэкт.-М. Энергоатомиздат, 1989.

51. Кудрин В.И. О некоторых проблемах исследования электрического хозяйства металлургического предприятия. Электрификация металлургических предприятий Сибири, Вып. 4, Томск: изд-во ТГУ, 1978, С. 8-72.

52. З.Кудрин В. И. Электроснабжение промышленных предприятий. М.

53. Энергоатомиздат, 1995. 416 с. 54.Кустов А.А. Повышение надежности работы двигателей серии СДС путем подключения расщепленной обмотки к двум секциям,- В кн. Тр. МЭИ, вып. 97, 1972, с. 120-129.

54. Линдорф Л.С., Наяшкова Е.Ф., Хоренян А.Х. Влияние синхронных двигателей на токи короткого замыкания. Электрические станции. 1967. №7, С. 44-51.

55. Мальцев Г.И., Михнев А.М., Стрелков В.Н., Сусуркин В.Р. Вакуумные высоковольтные выключатели и пути их модернизации,- Пром. энергетика, 1987,N 8.

56. Мамиконянц Л.Г. О переходных процессах в синхронных машинах с успокоительными контурами на роторе . Электричество. 1957. №7. С. 7-13.

57. Мамиконянц Л.Г. Электромагнитные моменты впащения синхронных машин при включении их способом самосинхронизации . Электричество. 1954. №8. С. 9-16.

58. Неклепаев Б.Н. Вопросы координации уровней токов короткого замыкания. Тр. Моск. Энерг. Ин-та, 1972, вып. 97, с. 37-41.

59. Неклепаев Б.Н. К вопросу о координации уровней токов короткого замыкания в электрических системах. Доклады научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 1968- 1969г.г. Электроэнергетическая секция. Моск.энерг. ин-т, 1969.

60. Неполнофазные режимы в системах электроснабжения / С.И. Гамазин, С.А. Цырук, Т. Юнее и др. Пром. энергетика. 1996. №9. С. 21-28.

61. Носов К.Б., Дворак Н.М. Средства и способы самозапуска электродвигателей. Кемеровское кн. изд-во. 1985.

62. Определение расчетных параметров и пусковых характеристик синхронных турбодвигателей . С.И. Гамазин, Т.П. Садыкбеков, В.М. Пупин и др. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. 1982. №12. С. 8-10.

63. Определение расчетных параметров синхронных двигателей с массивным ротором . А.А. Федоров, С.И. Гамазин, Т.П. Садыкбеков и др. Пром. энергетика. 1981. №1. С. 27-31.

64. Определение расчетных параметров синхронных двигателей с шихтованными полюсами . А.А. Федоров, С.И. Гамазин, А.В. Зайцев и др. Пром. энергетика. 1980. №6. С. 23-26.

65. Павлюк К. Беднарек С. Пуск и асинхронные режимы синхронных двигателей . Энергия , 1971.

66. Повышение эффективности пускового органа быстродействующего АВР . С.И. Гамазин, Д.Б. Понаровкин, С.А. Цырук и др. // Пром. энергетика. 1992. №4. С. 18-21.

67. Постников И.М. Обобщенная теория и переходные процессы электрических машин. М. Высш. шк., 1975.

68. Праховкин А.В., Розин В.П. Энергосберегающие режимы энергоснабжения горнодобывающих предприятий. -М. Недра, 1985.

69. Разгильдеев Г.И. Особенности гашения электромагнитного поля при самозапуске двигателей . Пром. энергетика, 1979, N 6. С / 23-25

70. Раходов В.Ф., Праховкин А.В., Розен В.П. Прогноз потребной мощности и энергии промышленных предприятий. Киев. Знание, 1982. С. 28. резервного питания потребителей для подстанций с двигательной нагрузкой .

71. В.Ф. Сивокобыленко, А.В. Гребченко. Опубл. В Б.И.,1983 ,N48/резервного питания потребителей . Стальная М.И., Банкин С.А., Богатырев Л.Л., Шевляков Э.Ф., Опубл. в Б.И. 1983,N 37.

72. Рубашов Г.М. Бесконтактная аппаратура в системах электроснабжения. Л. Энергоатомиздат. Ленингр. Отделение, 1990г.

73. Рубашов Г.М. ., Кац Р.з., Чиканков Д.В. Быстродействующие устройство АВР в сетях 6 кВ на тиристорном секционном выключателе. Пром. энергетика, 1984, N 12.

74. Сивокобыленко В.Ф., Гребченко Н.В. Быстродействующее устройство ввода резерва для ответственных потребителей с двигательной нагрузкой. Электричество, 1981, N 1, с. 56-59.

75. Сивокобыленоко В.Ф., Гребченко Н.В. Пусковой орган быстродействующего АВР. Пром. энергетика. 1982. №10.

76. Слодарж М.И. Режимы работы, релейная защита и автоматика синхронных электродвигателей,-.; Энергия, 1977.

77. Смирнов С.С., Коверникова Л.И. Вклад потребителя в уровни напряжения высших гармоник в узлах электрической сети. Электричество. 1996. № 1 с. 56-64.

78. Степанов Д.И. Исследование и разработка новых устройств синфазного быстродействующего АВР в системах промышленного электроснабжения. Дисканд. Техн . наук.-М. Моск. . энерг,ин-т, 1986.

79. Сыромятников И. А. Режимы работы асинхронных и синхронных электродвигателей. М. Энергоатомиздат, 1984.

80. Токи короткого замыкания от синхронных двигателей серии СТД С.И. Гамазин. Т.П. Садыкбеков, А.П. Хомутов и др. Машины и нефтяное оборудование. 1979. №10. С. 24-27.

81. Тютькин В. А. Индукционно-динамическое устройство двухстороннего действия. Электротехническая промышленность. Аппараты высокого напряжения, трансформаторы, силовые конденсаторы. 1981. вып. 6, С. 6-8.

82. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М. Энергия, 1970.

83. Устройства быстродействующего АВР для ответственных потребителей на подстанциях 6-10 кВ. Степанов Д.И., Крылов А.И, Кудряшов М.А., Бомбенков В.И., Бушуев А.Е. Сб. науч. трудов №210. М.: Моск. энерг. ин-т. 1989.

84. Федоров А.А. , Гамазин С.И., Садыкбеков Т.А., Полтавцев О.В. Определение расчетных параметров синхронных двигателей с массивным ротором. -Пром. энергетика, 1981, N 1.

85. Федоров А.А., Гамазин С.И., Жохов Д.Б. Устойчивость синхронных электромеханических преобразователей частоты . Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1977. №6. С. 137-145.

86. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. -М. Энергия, 1979. 408 с.

87. Церазов А.Д., Шкурин А.Н., Брузтин Б.Н. Синхронные двигатели с ращипленными обмотками статора,- Тр. МЭИ, 1977, вып. 74.

88. Шабад М.А. Релейная защита и автоматика на электростанциях, питающих синхронные двигатели. Д.; Энергоатомиздат, Ленингр. Отд-ние,1984.

89. А.с. 1019547. Устройство для синфазного автоматического включения резервного питания потребителей с двигательной нагрузкой. В.Ф. Сивокобыленко, А.Вю Гребченко. Опубл. В Б.И., 1983, N 19.

90. А.С. 1046844. Устройство для автоматического включения резервного питания потребителей.Стальная М.И., Банкин С.А.,Богатырев Л.Л.,Шевляков Э.Ф. Опубл. вБ.И. 1983,N37.

91. А.С. 1064373. Устройство для автоматического включения резервного питания потребителей для подстанций с двигательной нагрузкой. В.Ф. Сивокобыленко, А.В. Кравченко.Опубл. в Б.И., 1983, N48.

92. А.С. 1141511. Устройство для синфазного автоматического включения резервного питания потребителей с двигательной нагрузкой . В.Ф. Сивокобыленко, А.В. Кравченко.Опубл. в Б.И., 1985, N 7.

93. А.С. 1198649. Устройство для автоматического включения резерва в электрической сети с ответвлениями. Г.М.Рубашов, Р.З.Кац, Д.В. Чиканков. Опубл. в Б.И., 1985, N46.

94. А.с. 8777110. Устройство для автоматического включения резервного питания потребителей для подстанций с двигательной нагрузкой . В.Ф. Сивокобыленко, А.В. Гребченко. Опубл. в Б.И., 1981, N 40.

95. Blower C.R., Houghtaling D.W. Vacuum Interrupter CBs in high voltage applications. Electr. Constr. AndMaint. 1983. №7.

96. Large capacity GTO circuit-breaker. Kuwahara Koichi. Taketoma Masahiro "Мейден дзихо", 1985. №1984, С. 24-27

97. Power supply for chemical complex. Electr. Times. 1971.152

98. Хассан С.Х. Режимы раздельной и параллельной работы вводов. Первая международная научно-практическая интернет-конференция «Энерго-и ресурсосбережение XXI век». Июль - ноябрь 2002. С. 230-231.