Методы оценки независимости источников питания и мероприятия по повышению надежности и устойчивости электротехнических систем непрерывных производств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Анцифоров, Виталий Алексеевич

• Анцифоров, Виталий Алексеевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Анцифоров, Виталий Алексеевич

Оглавление

Введение

1 ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ НЕЗАВИСИМОСТИ И НАДЕЖНОСТИ ВЗАИМНО РЕЗЕРВИРУЮЩИХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ПРИ АВАРИЯХ В СИСТЕМАХ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1.1 Причины и параметры кратковременных нарушений электроснабжения потребителей

1.2 Характеристики чувствительности электротехнической системы к кратковременным нарушениям электроснабжения

1.3 Характеристики устойчивости электротехнической системы Астраханского газоперерабатывающего завода при кратковременных нарушениях электроснабжения

1.4 Характеристики устойчивости электротехнической системы Оренбургского газоперерабатывающего завода при кратковременных нарушениях электроснабжения

1.5 Параметры независимости и надежности взаимно резервирующих источников питания

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И МЕТОДИК ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПАРАМЕТРОВ НЕЗАВИСИМОСТИ И НАДЕЖНОСТИ ВЗАИМНО РЕЗЕРВИРУЮЩИХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

2.1 Определение параметров независимости и надежности взаимно резервирующих источников питания на стадии эксплуатации

2.2 Пример определения параметров независимости и надежности взаимно резервирующих источников питания по данным эксплуатации

2.3 Особенности определения параметров независимости и надежности взаимно резервирующих источников питания на стадии проектирования

2.4 Методики компьютерного моделирования для определения параметров независимости и надежности взаимно резервирующих источников питания

2.4.1 Экспресс-методика определения показателей независимости источников питания

2.4.2 Методика определения показателей надежности и независимости источников питания при симметричных коротких замыканиях

2.4.3 Оценка взаимной зависимости источников питания систем промышленного электроснабжения с учетом несимметричных возмущений во внешних электрических сетях

2.4.4 О влиянии переходных процессов на оценку взаимной зависимости источников питания

3 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ В СИСТЕМАХ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НЕФТЕГАЗОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕЗАВИСИМОСТИ И НАДЕЖНОСТИ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

3.1 Моделирование аварийных режимов и определение надежности и независимости источников питания системы внешнего электроснабжения Астраханского ГПЗ

3.2 Моделирование аварийных режимов и определение надежности и независимости источников питания системы внешнего электроснабжения Оренбургского ГПЗ

3.3 Моделирование аварийных режимов и определение надежности и независимости источников питания системы внешнего электроснабжения Московского НПЗ

3.4 Рекомендации по нормированию показателей надежности и независимости источников питания

4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НЕФТЕГАЗОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ ПРИ АВАРИЯХ В СИСТЕМАХ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

4.1 Мероприятия по повышению бесперебойности работы потребителей при кратковременных нарушениях электроснабжения

4.2 Технические средства повышения бесперебойности работы потребителей при кратковременных нарушениях электроснабжения

4.2.1 Быстродействующий автоматический ввод резерва

4.2.2 Динамические компенсаторы искажений напряжения

4.2.3 Источники бесперебойного питания

4.3 Особенности применения автономных генераторов в качестве независимого источника питания в системах с централизованным электроснабжением

4.4 Примеры повышения надежности электроснабжения промышленных предприятий при авариях в системах централизованного электроснабжения

4.4.1 Повышение надежности электроснабжения Астраханского

ГПЗ

4.4.2 Повышение надежности электроснабжения Оренбургского

ГПЗ

4.4.3 Повышение надежности электроснабжения Московского НПЗ

Заключение

Список литературы

Приложение 1. Система внешнего электроснабжения Астраханского

газоперерабатывающего завода

Приложение 2. Система внешнего электроснабжения Оренбургского

газоперерабатывающего завода

Приложение 3. Система внешнего электроснабжения ГПП-2 Московского нефтеперерабатывающего завода

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы оценки независимости источников питания и мероприятия по повышению надежности и устойчивости электротехнических систем непрерывных производств»

Введение

Актуальность работы. Надежное функционирование современного промышленного производства невозможно без качественного электроснабжения. Проблема обеспечения устойчивости электротехнических систем и технологических процессов продолжает оставаться актуальной для целого ряда отраслей экономики страны, в первую очередь, для непрерывных производств нефтяной и газовой промышленности [1]. Во многом проблемы устойчивости обусловлены определенным функциональным несоответствием мощных потребителей электрической энергии, в первую очередь, объектов с большой долей электродвигательной нагрузки, и источников электроснабжения. Представляется, что по мере дальнейшего развития и усложнения технологических процессов в промышленности эти проблемы будут только обостряться.

Вынужденные отключения электрооборудования непрерывных производств чаще всего обусловлены короткими замыканиями (КЗ) в электрических сетях, которые проявляются в виде провалов напряжения в узлах нагрузки и на вводах электроприемников, длительность которых, как правило, составляет от одной до нескольких десятых долей секунды. Несмотря на кратковременность, такие возмущения приводят к самоотключению и/или нарушению устойчивости промышленных электротехнических систем (ЭТС) с электродвигательной нагрузкой. В системах централизованного электроснабжения, сети которых имеют замкнутую структуру, глубокие провалы напряжения часто возникают одновременно на всех источниках. Таким образом, источники питания систем централизованного электроснабжения потребителей, критичных к кратковременным нарушениям электроснабжения, не являются независимыми.

Полной независимости источников теоретически можно достичь в системе, где между источниками питания нет электрической связи, но такие схемы с несинхронной работой источников энергосистемы допустимы только в особых послеаварийных условиях. В седьмом издании ПУЭ [2] понятие «независимый

источник питания» трактуется как источник, на котором сохраняется напряжение в послеаварийном режиме в регламентируемых пределах при исчезновении его на другом или других источниках. Таким образом, обеспечение независимости источников питания на период аварийного режима не распространяется, а выполнение требований ПУЭ в отношении числа независимых источников питания не гарантирует бесперебойности работы потребителей. В регламентирующих документах отсутствуют также сколько-нибудь жесткие ограничения на длительность собственно аварийного режима. Представляется, что сохранение в любой ситуации уровня напряжения на независимом источнике, хотя бы в рамках предельно допустимых значений, весьма существенно для промышленных потребителей электроэнергии, особенно для предприятий, чувствительных к кратковременным нарушениям нормального режима электроснабжения. Следовательно, целесообразно оценивать степень взаимосвязи источников внешнего электроснабжения как по отношению к длительным нарушениям нормального режима их работы, так и по отношению к кратковременным нарушениям такого рода.

Выбор мероприятий, направленных на повышение надежности и устойчивости работы электротехнических систем непрерывных производств, должен производиться с учетом оценки независимости источников питания [3]. В значительной степени на независимость вводов потребителя оказывают влияние электрически близкие контуры, создаваемые, в частности, нормально замкнутыми секционными выключателями. Представляется целесообразным введение некоторых количественных показателей независимости источников питания и методов оценки этих показателей. Такие методы должны позволять оценить степень независимости как расчётным путем, в том числе, методами математического моделирования, так и по данным эксплуатации.

В настоящее время, в практике проектных работ оценка влияния аварийных ситуаций в сетях электроэнергетической системы на узлы промышленной нагрузки ограничена анализом результатов расчетов остаточных напряжений в узлах электрической нагрузки предприятия при коротких замыканиях в заданных

узлах сети электроэнергетической системы. Такой подход основан скорее на качественных, чем количественных критериях качества электроснабжения предприятия и, в виду отсутствия последних, не подлежит нормированию и оценке в практике эксплуатации. Недостаточно четко определены показатели и критерии качества электроснабжения потребителей в аварийных ситуациях в энергосистеме, в особенности, потребителей, чувствительных к кратковременным нарушениям нормального режима электроснабжения, в общепромышленных нормативных документах, хотя необходимость решения данной проблемы назрела [1].

Цель работы заключается в развитии методов оценки независимости источников питания систем централизованного электроснабжения, способствующих разработке эффективных решений для повышения надежности и устойчивости электротехнических систем непрерывных производств.

Для достижения указанной цели в работе были решены следующие основные задачи:

1. На основании анализа экспериментальных данных и обзора литературных источников определены характерные диапазоны и установлены вероятностные оценки параметров провалов напряжения в основных узлах систем централизованного электроснабжения промышленных производств, которые могут быть использованы в качестве исходных данных при моделировании режимов и процессов промышленных электротехнических систем;

2. Разработаны рекомендации по расширению набора показателей независимости и надежности взаимно резервирующих источников питания;

3. Разработана новая модификация метода оценки независимости источников питания, учитывающая наличие несимметричных аварийных возмущений в системах централизованного промышленного электроснабжения;

4. Для систем электроснабжения крупных нефтегазовых производств выполнено компьютерное моделирование и анализ показателей надежности и независимости источников питания;

5. Даны предложения по нормированию показателей надежности и независимости источников питания и систематизированы рекомендации по повышению надежности работы электротехнических систем промышленных объектов при авариях в системах централизованного электроснабжения.

Объектами исследования в представленной работе являются электротехнические системы (ЭТС) предприятий нефтегазовой промышленности с непрерывными технологическими процессами и системы их электроснабжения.

Методы исследования. В работе использовались положения и методы теории электрических цепей, теории электрических машин и электропривода, математического и компьютерного моделирования электротехнических систем, теории устойчивости ЭТС, основ теории надежности.

Научная новизна результатов исследований

1. Предложенный набор показателей независимости и надежности взаимно резервирующих источников питания связывает эти показатели с параметрами устойчивости ЭТС и расширяет возможности оценки эффективности систем электроснабжения путем включения вероятностно-статистических показателей критических кратковременных нарушений электроснабжения, подлежащих определению, как в процессе проектирования, так и в процессе эксплуатации систем электроснабжения предприятий.

2. Предложенная модификация метода оценки независимости источников питания, отличается учетом не только трехфазных, но и наиболее частых несимметричных аварийных возмущений в системах промышленного централизованного электроснабжения, что позволило более полно учесть влияние характера возмущений на показатели независимости и надежности источников питания.

3. Выполненный анализ результатов моделирования систем электроснабжения нефтегазовых производств, позволил установить закономерности влияния мощности источников, структуры электрических сетей и переходных процессов на выбранные показатели, выделить характерные области сетей, аварии в которых вызывают критические возмущения в основных узлах

электрической нагрузки предприятий, предложить рекомендации по нормированию надежности и независимости источников питания, систематизировать рекомендации по повышению надежности работы промышленных электротехнических систем при авариях в системах централизованного электроснабжения.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Предложения по расширению набора показателей надежности и независимости взаимно резервирующих источников, включая вероятностно-статистические показатели критических кратковременных нарушений электроснабжения, связывающие эти показатели с параметрами устойчивости промышленных электротехнических систем.

2. Метод и методика оценки независимости источников питания, учитывающая характер аварийных (симметричных и несимметричных) возмущений в системах промышленного электроснабжения.

3. Результаты моделирования систем электроснабжения нефтегазовых производств и установленные закономерности влияния мощности источников, структуры электрических сетей и переходных процессов на выбранные показатели.

4. Предложения по нормированию и систематизированные рекомендации по повышению надежности и устойчивости работы промышленных электротехнических систем при авариях в системах централизованного электроснабжения.

Обоснованность и достоверность результатов обеспечиваются хорошей сходимостью расчетных и эксплуатационных результатов, использованием апробированных методов компьютерного моделирования электроэнергетических систем, апробированных программных средств расчёта режимов систем внешнего электроснабжения.

Практическая значимость работы

1. В набор показателей независимости и надежности взаимно резервирующих источников питания предложено включить вероятностно-

статистические показатели критических кратковременных нарушений электроснабжения, которые расширяют возможности оценки эффективности систем электроснабжения, позволяют объективно и наиболее полно оценивать надежность и независимость источников и систем электроснабжения по отношению к требованиям технологического процесса производства.

2. Методика оценки независимости источников питания, учитывающая характер аварийных возмущений в системах промышленного электроснабжения, позволяет получить более точные, соответствующие практике эксплуатации показатели надежности и независимости источников питания систем промышленного электроснабжения, что дает возможность выработать более обоснованные решения, направленные на повышение устойчивой работы электротехнических систем, чувствительных к кратковременным нарушениям электроснабжения.

3. Для ряда крупных нефтегазовых производств предложены и реализованы наиболее перспективные технические решения повышения надежности электроснабжения промышленных объектов, чувствительных к кратковременным нарушениям электроснабжения.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований по теме диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

• 65-ая Международная научная студенческая конференция "НЕФТЬ И ГАЗ - 2011" (Москва, 2011);

• Девятая Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности "Новые технологии в газовой промышленности" (Москва, 2011);

• 66-ая Международная научная студенческая конференция "НЕФТЬ И ГАЗ - 2012" (Москва, 2012);

• Юбилейная десятая Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов "Новые технологии в газовой промышленности" (газ, нефть, энергетика) (Москва, 2013);

• I М1жнародно1 науково-техшчно1 конференщ1 викладач!в, acnipaimB i студенев "Сучасш проблеми систем електропостачання промислових та побутових об'ек^в" (Донецк, 2013);

• Научно-техническая конференция молодых ученых «Электротехнические комплексы и системы в нефтяной и газовой промышленности» (Москва, 2013);

• III Всероссийская научно-техническая конференция студентов, магистрантов, аспирантов "Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов" (Тольятти, 2014);

• X Всероссийская научно-техническая конференция "Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России" (Москва, 2014);

• Одиннадцатые Международные научные Надировские чтения «Альтернативная энергетика и энергосбережение в нефтегазовом комплексе» (Атырау, 2014);

• XX Всероссийская научно-техническая конференция «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность» (Томск, 2014);

Результаты исследований использовались при разработке рекомендаций по повышению устойчивости электротехнических систем и надежности электроснабжения ряда предприятий ПАО "СИБУР Холдинг", ОАО "Газпром", ОАО "Газпром Нефть".

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 69 наименований, 3 приложений. Работа изложена на 186 страницах машинописного текста и содержит 41 рисунок и 30 таблиц.

1 ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ НЕЗАВИСИМОСТИ И НАДЕЖНОСТИ ВЗАИМНО РЕЗЕРВИРУЮЩИХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ПРИ АВАРИЯХ В СИСТЕМАХ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1.1 Причнны и параметры кратковременных нарушений электроснабжения потребителей

Как уже было сказано ранее, основной причиной массовых отключений электрооборудования, приводящих к остановам непрерывных производств, являются кратковременные нарушения электроснабжения [3, 4]. В этой связи показательны результаты эксплуатации крупных комплексов газовой промышленности, для которых характерно несоответствие условий функционирования питающей электроэнергетической системы и электротехнической системы предприятия. Кратковременные нарушения электроснабжения (КНЭ) обусловлены аварийными возмущениями как во внутренних, так и (в первую очередь) во внешних сетях системы электроснабжения. Аварийные возмущения (прежде всего короткие замыкания) неизбежны при эксплуатации протяженных электрических сетей энергосистем. Аварии в сетях внешнего электроснабжения является основной причиной отключения электрооборудования производственных объектов предприятий нефтегазовой отрасли. Подтверждение данного факта имеет место на примере анализа аварийных событий в сетях внешнего электроснабжения промышленных предприятий ОАО «Газпром», что отражено на рисунке 1.1. Ситуация усугубляется тем, что повреждения в сетях внешнего электроснабжения приводят не к единичным, а к массовым отключениям электрооборудования и остановам технологических агрегатов.

вл. кл н

п/ст.энергосистем 47.4%

Источники постоянного тока

ВЛ, КЛ н ист. 0.9%

РУ 6-10 кВ 123%

Аппараты до 1000 В 13,2%

ТП 6. 10/0.4 кВ 4,4%

Электропривод^^ Электропривод \

до 1000 В выше 1000 В I V КЛ выше 1000 В

18% 5 3% КЛ до 1000 В 4.4%

1.8%

Рисунок 1.1- Доля аварийных отключений по причине отказов элементов систем электроснабжения объектов ОАО «Газпром» за 2001-2011 гг.

В большинстве случаев нарушения электроснабжения со стороны источников централизованного электроснабжения носят кратковременный характер и проявляются в виде провалов напряжения, часто одновременных на вводах от взаимно резервирующих источников питания [5].

С появлением цифровой электроники, мощных электроприводов с частотным регулированием даже такие кратковременные нарушения электроснабжения (продолжительностью до 0,1 - 0,2 с) могут приводить к самоотключению электроприемников, нарушению устойчивости электромеханических систем, нарушению и останову технологического процесса. Самоотключение низковольтных двигателей происходит из-за отпадания магнитных пускателей и контакторов, при полном исчезновении напряжения время отпадания пускателей составляет порядка одного периода основной

гармоники напряжения — 0,02 с. Допустимое время перерыва электроснабжения для частотных асинхронных электроприводов также весьма мало (до нескольких периодов) и зависит от мощности и загрузки двигателя [6]. В пределах от 0,2 до 1 с находится время динамической устойчивости мощных нерегулируемых приводов и многомашинных электротехнических систем [4].

Причинами провалов напряжения (внезапное понижение напряжения ниже 0,9 Uпом) зачастую являются короткие замыкания, которые могут быть обусловлены ударами молнии, загрязнением изоляции, механическими повреждениями изоляторов и опор линий электропередачи, касанием проводов посторонними предметами и другими причинами [7].

Провалы напряжения характеризуются следующими показателями:

- вид (симметричные, несимметричные);

- глубина А и ;

- длительность т;

- частота возникновения.

Глубина провалов напряжения А и изменяется в пределах 0 - 1 o.e. и зависит от структуры электрических сетей питающей электроэнергетической системы, электрической удаленности (сопротивления) точки КЗ от узла, в котором фиксируется напряжение, а также от вида КЗ. При глубоких провалах напряжения узлы с электродвигательной нагрузкой отключаются во избежание потери устойчивости и неупорядоченного отключения двигателей. Отключение питания узла нагрузки осуществляется защитой минимального напряжения, действующей по факту одновременного глубокого (обычно на 0,3 o.e. и более) провала линейных напряжений или по факту снижения одного линейного напряжения и контроле напряжения обратной последовательности (пусковой орган института Тяжпромэлектропроект) [8]. Параметром, определяющим динамическую устойчивость электротехнической системы, является ограниченное во времени остаточное напряжение прямой последовательности, которое также может быть использовано в пусковом органе защиты минимального напряжения

Длительность провала напряжения т определяется временем отключения линии, если КЗ ликвидируется действием релейной защиты. Время отключения линии под действием штатных быстродействующих защит в сетях 110 кВ и выше составляет порядка 0,12-0,15 с. Если восстановление нормального напряжения в узле требует срабатывания автоматики сетей, то длительность провала напряжения может достигать нескольких секунд, а при системных авариях и более.

Из этих показателей согласно ГОСТ 13109-97 [10] ограничивался по предельно допустимому значению только один показатель - длительность провала напряжения, который в сетях до 20 кВ не должен был превышать 30 с. Согласно новому стандарту, введенному в действие в 2013 году взамен указанного выше, ГОСТ Р 54149-2010 [11], длительность провалов напряжения вообще не нормируется, что полностью перекладывает решение проблемы кратковременных нарушений электроснабжения с поставщиков на потребителей электрической энергии [12].

По данным регистрации напряжений в узлах нагрузки длительность провалов напряжения может быть меньше 0,12 с. Такие кратковременные провалы напряжения, часто вызванные грозовой активностью, имеют относительно умеренную интенсивность (остаточное напряжение при провалах порядка 0,4 o.e. и выше) и длительность. Вместе с тем, провалы напряжения, вызванные грозовыми явлениями, с большой вероятностью приходят одновременно на два ввода электротехнической системы. Как отмечено в [6], этот факт обусловлен тем, что питание предприятий часто осуществляется по двухцепным воздушным линиям, «что предопределяет возможность передачи высокого потенциала, наводимого в одной цепи при грозовом разряде в соседнюю цепь за счет большого значения взаимной индукции».

Наиболее полными характеристиками случайных величин глубины Аи и длительности т провала напряжения являются плотности распределения. Для практических целей можно воспользоваться рекомендациями [13], согласно

которым по данным многолетних наблюдений плотность распределения случайных величин Аи и т подчиняется двумерному экспоненциальному закону

/(Ли,г) = (Аг*мо)_1 (гмо)-1 ех/?{(Аг//Аг/мо)+(г/гмо)}, (1.1)

где Д»мо— математическое ожидание глубины провалов напряжения; т"мо -

математическое ожидание длительности провалов напряжения.

По статистическим данным глубина и длительность провалов напряжения практически независимы друг от друга, то есть являются некоррелированными случайными величинами. Поэтому эти величины могут характеризоваться раздельно одномерными законами распределения

/(Ди) = (Димо) 1 ехр(Аи/АиМ0), (1.2)

/^) = {^моУ1^р(т/тмо), (1.3)

С учетом времени действия аварийных защит при внешних симметричных и несимметричных возмущениях в системе электроснабжения, а также значения напряжения срабатывания аварийного осциллографа, одномерные законы распределения глубины и длительности провалов напряжения будут иметь вид [14]:

/(Аи) = (Дммо1 ехр ((Аи-8а)/Аимо), (1.4)

/(т) = (тмо)~1 ехр((т-Зт)/тмо), (1.5)

где 8т- смещение по времени, связанное с конечным временем действия защит, как правило, не менее 0,08 с (меньше, чем за 0,08 секунды современные быстродействующие устройства автоматики отработать не могут, поэтому длительность возмущения составляет 0,08 секунды и выше); 8и- смещение по напряжению, связанное с уставкой срабатывания аварийного осциллографа.

Вероятность попадания параметров Дг/и г в заданные интервалы (Аг^, Лг<2)

и (Ч Iх2 ) соответственно может быть определена из выражения

А"2 т2

P{Az/1<Az/<A»2,r1<r<r2} =PAu'PT= I f{Au)d(An)' J f(r)dr (1.6)

Az/j r^

где PAu- вероятность провала напряжения ниже границы статической

устойчивости "су; Рт - вероятность провала напряжения длительностью более

времени динамической устойчивости г^ .

Соответственно пределы интегрирования в формуле (1.6) определяются показателями устойчивости электротехнической системы: и^у - напряжением

статической устойчивости и rQ - временем динамической устойчивости системы.

Вероятность Р критических провалов напряжения определяет математическое ожидание вынужденных отключений узла нагрузки N к •

где N - среднее за год число провалов напряжения, фиксируемых ср

аварийными осциллографами по одному вводу [15].

Для примера, по многолетним данным обработки аварийных осциллограмм, снятых на головной понизительной подстанции (Г1111) крупного газоперерабатывающего завода (ГПЗ), среднее значения глубины провалов напряжения составило А«мо =0,375 o.e., а средняя длительность провалов

напряжения ТМО=0,29 с, число провалов напряжения [13]. В начале

эксплуатации завода было установлено, что переход с временной на проектную схему электроснабжения позволит уменьшить напряжения статической устойчивости и увеличит время динамической устойчивости трех основных узлов электрической нагрузки предприятия (шины распределительного устройства (РУ) ГГТП). Приведенные выше выражения позволили оценить насколько сократится число отключений основных узлов нагрузки при переводе системы электроснабжения на проектную схему. Результаты расчетов приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Показатели надежности электроснабжения по временной и проектной схемам

Схема Аг'СУ РАи Рт Р N откл

1 ввод

временная 0,27 0,827 0,25 0,423 0,350 3,50

проектная 0,30 0,769 0,45 0,212 0,163 1,63

2 ввод

временная 0,26 0,852 0,35 0,298 0,254 2,54

проектная 0,29 0,787 1,00 0,032 0,025 0,25

3 ввод

временная 0,29 0,787 0,20 0,502 0,395 3,95

проектная 0,30 0,763 0,25 0,423 0,323 3,23

Математическое ожидание числа критических провалов напряжения и соответственно числа массовых отключений электроприемников составляет:

• для существующей схемы ^откл =9,99

• для проектной схемы ^откл=5,11

Таким образом, на основании выполненных расчетов устойчивости узлов электродвигательной нагрузки и последующего анализа надежности электроснабжения, можно заключить, что переход от временной на проектную схему внешнего электроснабжения существенно сократит число массовых отключений электрооборудования ГПЗ.

Частота провалов напряжения на вводах систем промышленного электроснабжения может быть определена по результатам мониторинга напряжения на вводах системы электроснабжения в процессе эксплуатации или определена в результате компьютерного моделирования системы внешнего электроснабжения [8, 16, 17, 18].

Остановимся подробнее на определении исходных данных частоты отказов для компьютерного моделирования. В первую очередь частота кратковременных нарушений электроснабжения — провалов напряжения на вводах системы определяется отказами, сопровождающимися короткими замыканиями воздушных линий (ВЛ) электропередачи 35-330 кВ, в особенности линий

напряжением 110 кВ, протяженность которых намного превышает протяженность линий других классов напряжения. Основными причинами нарушений в работе ВЛ являются: климатические воздействия (ветер и гололёд), превышающие расчетные значения; грозовые перенапряжения; посторонние и несанкционированные воздействия. В отечественной энергетике особенно перспективным направлением снижения частоты отказов воздушных линий является повышение грозоупорности линий электропередачи, поэтому данное явление целесообразно рассмотреть подробнее.

В технической литературе встречаются различные значения частоты (параметра потока) отказов воздушных линий электропередачи. Для сравнения в таблице 1.2 приведены данные, взятые из справочника по проектированию электрических сетей [19], в таблице 1.3 — данные из руководящего документа РАО «ЕЭС России».

Таблица 1.2 — Показатели отказов воздушных линий

Элемент сети Параметр потока отказов, отказ/год на 100 км при напряжении, кВ

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Анцифоров, Виталий Алексеевич, 2015 год

Список литературы

1. Ершов М.С., Егоров A.B., Трифонов A.A. Некоторые итоги исследования устойчивости промышленных электротехнических систем. // Труды РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2009, вып. 3 (256).

2. Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е изд. — СПб.: Издательство ДЕАН, 2008.

3. Гуревич Ю.Е., Кабиков К.В. Особенности электроснабжения, ориентированного на бесперебойную работу промышленного потребителя. — М.: ЭЛЕКС-КМ, 2005.

4. Ершов М.С., Егоров A.B., Трифонов A.A. Устойчивость промышленных электротехнических систем. - М.: ООО «Издательский дом «Недра», 2010.

5. Анцифоров В. А. Исследование независимости источников питания нефтегазовых комплексов. // 65-ая Международная научная студенческая конференция «НЕФТЬ И ГАЗ - 2011». Тезисы докладов. Секция «Автоматизация и вычислительная техника в нефтегазовом деле». - М.: РГУ нефти и газа, 2011.

6. Егоров A.B., Мелик-Шахназарова И.А., Суржиков A.B. Опыт повышения надежности электроснабжения высокотехнологичного производства // Труды РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2012, №3(268).

7. Фишман В. Провалы напряжения в сетях промпредприятий // Новости электротехники, 2009, №3(57).

8. Беляев A.B. Противоаварийная автоматика в узлах нагрузки с синхронными электродвигателями большой мощности. — СПб.: ПЭИПК, 2007 г. — 4.1.

9. Ершов М.С., Егоров A.B., Анцифоров В.А. Методы оценки надежности и независимости источников питания в системах промышленного электроснабжения // Промышленная энергетика, 2014, №1.

10. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

11. ГОСТ Р 54149-2010 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения (введен в действие с 01.01.2013).

12. Егоров A.B., Ершов М.С., Комков А.Н. Новый стандарт качества электрической энергии и вопросы регулирования взаимоотношений ее поставщиков и потребителей // Территория нефтегаз, 2012, №6.

13. Ершов М.С., Егоров A.B., Федоров В.А. Некоторые вопросы повышения устойчивости электроприводов многомашинного комплекса с непрерывным технологическим процессом при возмущениях в системе электроснабжения // Промышленная энергетика, 1992, №7.

14. Ершов М. С., Рупчев И. О. Адаптация защит узлов электрических нагрузок к потере питания при несимметричных возмущениях // Промышленная энергетика. - 2004, №1.

15. Анцифоров В.А., Ершов М.С. Параметры надежности источников питания при авариях в системах централизованного электроснабжения // XX Всероссийская научно-техническая конференция «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность». Материалы трудов. Том 1. Секция 1. Энергетика: Эффективность, надежность, безопасность. - Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2014.

16. Ильичев Б.Н., Кулешов А.И., Серов В.А. Применения программного комплекса «Энергия» для анализа режимов работы межсистемных электрических сетей. // Труды Ивановского государственного энергетического университета. Выпуск 4. - М.: Энергоатомиздат, 2001.

17. Брилинский А., Севастьянова А. Сравнительный анализ работы программ для расчета токов несимметричных коротких замыканий в энергосистемах. // CADmaster. - 2010, №5(55).

18. Ильичев Б.Н., Кулешов А.И., Серов В.А. Программный комплекс EnergyCS для проектирования электроэнергетических систем. // CADmaster. — 2007, №1(36).

19. Справочник по проектированию электрических сетей // под ред. Д.Л. Файбисовича. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ЭНАС, 2007.

20. РД 153-34.3-35.125-99 Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений. - СПб.: Изд-во ПЭиПК, 1999.

21. Закарюкин В.П. Техника высоких напряжений: Конспект лекций. — Иркутск: ИрГУПС, 2005.

22. Ершов М.С., Анцифоров В.А. Причины и параметры кратковременных нарушений электроснабжения промышленных объектов // Территория НЕФТЕГАЗ, 2014, №10.

23. Гайворонский A.C. Грозозащита BJI без тросов. Опыт проектирования с применением линейных ОПН // Новости ЭлектроТехники, 2012, №5(77).

24. РД 34.35.514, И 34-70-021-85, СО 153-34.35.514 Инструкция по эксплуатации средств защиты от перенапряжений. - М.: Союзтехэнерго, 1986.

25. Кадомская К.П., Лавров Ю.А., Рейхердт A.A. Перенапряжения в электрических сетях различного назначения и защита от них: Учебник. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004.

26. Энергетическая безопасность Единой системы газоснабжения России/ И.В. Белоусенко, М.Д. Дильман, Л.С. Попырин; отв. Редактор A.A. Макаров; Науч. Совет по комплекс. Проблемам энергетики РАН. - М.: Наука, 2006.

27. Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установи и компексы в нефтегазовой промышленности. — М.: ОАО «Издательство Недра», 2000.

28. Программный комплекс для расчета режимов и переходных процессов электротехнических систем SAD 32 / Фонд алгоритмов и программ. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005612406 от 14.09.2005.

29. Методика определения границ устойчивости и выбора параметров защит узлов электрической нагрузки систем электроснабжения газоперерабатывающих заводов. — М.: РАО «Газпром», 1998 (утверждено заместителем председателя Правления РАО «Газпром» В.В. Ремизовым 13.04.1998).

30. Анцифоров В. А. Исследование независимости источников питания нефтегазовых комплексов // Девятая Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности». Тезисы докладов. Секция 11.- М.: РГУ нефти и газа, 2011.

31. Дэвид Брэдли {David Bradley) Упредительное обслуживание - ключ к качеству электроснабжения. Проблемы напряжения // Энергосбережение, 2005, №1.

32. Анцифоров В.А. Методы оценки независимости источников питания в системах электроснабжения. // 66-ая Международная научная студенческая конференция «НЕФТЬ И ГАЗ - 2012». Тезисы докладов. Секция «Автоматизация и вычислительная техника в нефтегазовом деле». - М.: РГУ нефти и газа, 2012.

33. Ершов М.С., Анцифоров В.А., Мелик-Шахназарова И. А. Оценка независимости источников питания систем промышленного электроснабжения. // I М1жнародно*1 науково-техшчно'1 конференцп' викладач1в, асшрант1в i студент!в "Сучасш проблеми систем електропостачання промислових та побутових облект1в". Зб1рник наукових праць. - Донецьк: «ДВНЗ» ДонНТУ, 2013.

34. Ершов М.С., Егоров A.B., Яценко Д.Н. Методы определения показателей качества электроснабжения промышленных комплексов // Электричество, 1997, № 12.

35. Анцифоров В.А. Методы оценки независимости источников питания и мероприятия по повышению надежности электроснабжения производств при авариях в системах централизованного электроснабжения. // Юбилейная десятая Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности» (газ, нефть, энергетика). Тезисы докладов. Секция 11. Энергетика. - М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2013.

36. Ершов М.С., Егоров A.B., Анцифоров В.А., Суржиков A.B. К вопросу о количественной оценке взаимозависимости источников внешнего электроснабжения // Промышленная энергетика, 2011, №6.

37. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах. - М.: Мир: Издательство ACT, 2003.

38. Анцифоров В.А. Методы оценки независимости источников питания при авариях в системах централизованного электроснабжения. // Научно-техническая конференция молодых ученых «Электротехнические комплексы и системы в нефтяной и газовой промышленности». Сборник тезисов докладов. - М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2013.

39. Ершов М.С., Егоров A.B., Валов Н.В., Комков А.Н. Учет несимметрии питающего напряжения в системах защиты от потери устойчивости промышленных электротехнических систем // Промышленная энергетика, 2011, №9.

40. Анцифоров В.А. Оценка независимости источников питания с учетом несимметрии аварийных режимов в системах централизованного электроснабжения // III Всероссийская научно-техническая конференция студентов, магистрантов, аспирантов «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов» материалы конференции. Сборник трудов. Секция 1. Энергетика. Энергоэффективность и энергобезопасность в электроэнергетике. — Тольятти: Издательство Тольяттинского государственного университета, 2014.

41. Ершов М.С., Анцифоров В.А. Влияние несимметричных возмущений в системах централизованного электроснабжения на взаимозависимость источников питания. // X Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России». Тезисы докладов. Секция 6. - М.: РГУ нефти и газа, 2014.

42. Анцифоров В.А. Методика оценки независимости источников питания в системах централизованного электроснабжения // Одиннадцатые Международные научные Надировские чтения «Альтернативная энергетика и энергосбережение в нефтегазовом комплексе». Материалы конференции. - Атырау: Издательство Атырауского института нефти и газа, 2014.

43. Комков А.Н. О параметрах несимметричных возмущений в системе внешнего электроснабжения. // I М1жнародно1 науково-техшчно1 конференщ'Г викладач1в, асшраштв i студештв "Сучасш проблеми систем електропостачання промислових

та побутових об'еючв". Зб1рник наукових праць. - Донецьк: «ДВНЗ» ДонНТУ, 2013.

44. Ершов М.С., Анцифоров В.А., Комков А.Н. Оценка взаимной зависимости источников питания систем промышленного электроснабжения с учетом несимметричных возмущений во внешних электрических сетях // Промышленная энергетика, 2014, №11.

45. Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах [Электронный ресурс] : электрон, учеб. пособие // А. Э. Бобров, А. М. Дяков, В. Б. Зорин и др. - Электрон, дан. (2 Мб). - Красноярск: ИПК СФУ, 2009.

46. Ершов М.С. Развитие теории, разработка методов и средств повышения надежности и устойчивости электротехнических систем многомашинных комплексов с непрерывными технологическими процессами. Дисс. ... докт. техн. наук. - М. 1995.

47. Лукашов, Э.С. Длительные переходные процессы в энергетических системах // Э.С. Лукашов, А.Х. Калюжный, H.H. Лизалек. - Новосибирск: Наука, 1985.

48. Ульянов С.А. Сборник задач по электромагнитным переходным процессам в электрических системах. Учебное пособие для электрических и энергетических вузов и факультетов. - М., «Энергия», 1968.

49. Фишман B.C. Провалы напряжения в сетях промпредприятий. Причины и влияние на электрооборудование. - Новости электротехники, 2004, №5(29).

50. Егоров A.B., Трифонов A.A. Стандарты электромагнитной совместимости и баланс интересов поставщиков и потребителей электрической энергии // Энергетика: приоритеты устойчивого развития. Материалы международной научно-практической конференции. - Прага, 2007.

51. Приказ Министерства топлива и энергетики Российской федерации от 10 января 2000г. № 2 «О признании недействующими Правил пользования электрической и тепловой энергией».

52. Правила пользования электрической и тепловой энергией. Приложение 1 к приказу Министерства энергетики и электрификации СССР от 6 декабря 1981 г. №310 (отменены 10 января 2000г.).

53. Ершов М.С., Егоров A.B., Яценко Д.Е. О влиянии параметров энергосистемы на устойчивость узлов электрической нагрузки // Промышленная энергетика. -1997, №5.

54. Ершов М.С., Егоров A.B., Зарубицкая Ю.В. Анализ некоторых методов повышения устойчивости электротехнических систем при внешних возмущениях // Промышленная энергетика, 2003, № 10.

55. Белоусенко И.В., Шварц Г.Р., Великий С.Н., Ершов М.С., Яризов А.Д. Новые технологии и современное оборудование в электроэнергетике газовой промышленности. -М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2007.

56. Никулов И., Жуков В., Пупин В. Комплекс БАВР. Быстродействие повышает надежность электроснабжения // Новости электротехники, 2012. № 4 (76).

57. Гамазин С.И., Пупин В.М., Марков Ю.В. Обеспечение надежности электроснабжения и качества электроэнергии // Промышленная энергетика. -2006, № 11.

58. Ершов М.С., Егоров A.B., Комков А.Н. Новый стандарт качества электрической энергии и вопросы регулирования взаимоотношений ее поставщиков и потребителей // Территория НЕФТЕГАЗ. - 2012, №6.

59. Бедерак Я., Бородин Д., Михайлов В. Сети промпредприятий. Устройства защиты от провалов напряжения // Новости электротехники. - 2012, № 1 (73).

60. Taylor, С. W., Power System Stability, McGraw Hill, Inc., 1994. Performance of AC Motor Drives During Voltage Sags and Momentary. Interruptions, EPRI PQ Commentary № 3, December 1998.

61. Карташёв И.И. Провалы напряжения. Реальность прогнозов и схемные решения защиты / И.И. Карташёв // Новости электротехники. - 2004, №5.

62. Теличко Л.Я., Басов П.М. Влияние провалов напряжения в распределительных сетях промышленных предприятий на работу современных регулируемых электроприводов // Электротехнические комплексы и системы управления. — 2009, № 2.

63. Устройства защиты от кратковременных нарушений электроснабжения — Руководство по эксплуатации. -М.: Zigor, 2014.

64. Концепция развития энергетики ОАО "Газпром" на основе применения собственных электростанций и энергоустановок, № 52 от 28.02.2000.

65. Петров С. Подход Газпрома к электрооборудованию продиктован спецификой отрасли // Новости электротехники. - 2006, № 2 (38).

66. Справочник по энергоснабжению и электрооборудованию промышленных предприятий и общественных зданий. Под общей редакцией профессоров МЭИ (ТУ) С.И. Гамазина, Б.И. Кудрина, С.А. Цырука. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010.

67. Комков А.Н. Влияние несимметрии питания на устойчивость промышленных электротехнических систем. // 65-ая Международная научная студенческая конференция «НЕФТЬ И ГАЗ — 2011». Тезисы докладов. Секция «Автоматизация и вычислительная техника в нефтегазовом деле». - М.: РГУ нефти и газа, 2011.

68. Ленартович С.Л. Влияние несимметрии питающего напряжения на устойчивость двухполюсных высоковольтных синхронных двигателей. // Научно-техническая конференция молодых ученых «Электротехнические комплексы и системы в нефтяной и газовой промышленности». Сборник тезисов докладов. — М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2013.

69. Ершов М.С., Егоров A.B., Новоселова Ю.В. О влиянии состава нагрузки на устойчивость промышленных эледтротехнических систем. // Промышленная энергетика. - 2004, №4.

I 181

Приложение 1. Система внешнего электроснабжения Астраханского газоперерабатывающего завода .

Рисунок П. 1.1 - Электрическая схема системы внешнего электроснабжения Астраханского ГПЗ

Приложение 2. Система внешнего электроснабжения Оренбургского газоперерабатывающего завода

ЗОЛ Чалан

ттга"

«И5 •

дзи

Рисунок П.2.1 - Электрическая схема системы внешнего электроснабжения Оренбургского ГПЗ

if J?

Рисунок П.2.2 - Расчетная схема системы внешнего электроснабжения Оренбургского ГПЗ

Приложение 3. Система внешнего электроснабжения Московского нефтеперерабатывающего завода

Рисунок П.3.1 - Электрическая схема системы внешнего электроснабжения Московского НПЗ

и^ккштж

—о{;-®-1 I-V'-cjo— —OíTHS- I T l-S£~K>—

i~tTT г-

^ТЕтящал-*-

-J

F¡lr

я11 F

nlf

,1' .T

T"TP eL

— -j^ i_J I =r==

i

H-

ns

[•• f

iu

r-tf'r-

.1 i-

-j M

i асидмчО

T- ,

ig-Ä

Г^Т

Tl^rñ^TTV"

I ; ., j,

is= T

1-L J{ I;

í u j: ¿'J J J J F

¿h Vf

LC

'LWJ

-*' L "" 'i

à:

.J

p-dTf---

'r: W k - 4т3 ^

В

nlf

ТГ

»>* f «

ô à

oci*r*|

Z fr"

,(Г

пс«мс«с*о

3jT

II: f "4£

6ô Ci> Л0

su

r*t»<Qr*MOM

.IL -ZÀ

——, Tt

ХФ5 KtntMUl

ЛССИДООМ

iTS

u

-J L

-¿lEJ

fe

гтТ T T „

» L • • t

=Ult

¿ft

-ô =Sn ______

=tr-4í>

—1--A.

MNMNM

Г* KQMKMllWtlWI

=uj i fe—i г

и г

, i

-j-.vi'í—

-nLï*

T-Jpl g , «

* _ . Hit*

I ( i-

В ,

if ni

--)

j *

'T"

I F

J L

I-—

аск i

LK f"

w civwnxj^»

Í

;í I—

I--/V——I

-f 5 SJ ""w*

e'l * .1 v" *')

1 ед

"T

'I \

f|LL=-J| Iii

-i i:

1

.......... «на '. i

П:-

1

■H

Us"

X

П

J.

.lili T=

1 14 MO*

^ 1 w

t-

"Äfftet

„ffrl

£—™—ï I

С

Lk

KHUMtMNI

J-H

J Ж «flllHlO J

& cSXti: ^

■'if '--t"~

=Lf

rT-"

Рисунок П.3.2 - Расчетная схема системы внешнего электроснабжения Московского НПЗ