WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

На правах рукописи

ОРДАБАЕВ МАРАТ ЕРБОЛАТОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2009

Работа выполнена на кафедре «Автоматизации и управления» Павлодарского государственного университета им. С.Торайгырова. Республика Казахстан.

Научный руководитель кандидат технических наук, профессор

Кислов Александр Петрович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Ершов Михаил Сергеевич

кандидат технических наук,

Суднова Валентина Викторовна

Ведущая организация: ООО «Электропроект-М», г. Москва

Защита диссертации состоится «11» декабря 2009 г. в аудитории № 611 в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.157.02 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу 111250, г. Москва, Красноказарменная ул. д. 13

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью организации) просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д.14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Автореферат разослан «____» ___________ 2009г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.02

кандидат технических наук, доцент Цырук С.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Электромагнитная совместимость (ЭМС) линий электропередачи различного напряжения между собой и с техническими средствами представляет глобальную проблему в электроэнергетике. Об этом свидетельствует встреча министров энергетики восьми ведущих промышленно развитых стран (страны «Группы восьми»), которая состоялась 03.05.2002г. в США (г.Детройт, штат Мичиган). Министры рекомендовали объединить усилия по решению проблем электроэнергетики. Для этого в Международной электротехнической комиссии (МЭК) существует Технический кабинет №77 «Электромагнитная совместимость электрооборудования, присоединенного к общей электрической сети». Созданы специальные рабочие группы по вопросам ЭМС и в Международной конференции по большим энергетическим системам (СИГРЭ). В связи с интеграцией Европейских стран имеется еще Европейский (региональный) комитет GENELEC.

Проблема ЭМС технических средств в отдельных регионах стран СНГ в настоящее время обострилась по объективной причине из-за спада промышленного производства, который вызвал уменьшение суммарного годового потребления электроэнергии. Так, в Республике Казахстан загрузка электростанций снизилась до 53% от установленной генерирующей мощности. Из-за этого произошло уменьшение интегрального показателя электроэнергетических систем – мощности трехфазного короткого замыкания. Например, в электрических сетях 35 кВ и 110 кВ Павлодарского Прииртышья ток короткого замыкания уменьшился на (3540)%. Возросло влияние на электрические сети нелинейных нагрузок электрифицированного железнодорожного транспорта, крупных промышленных центров, которые имеют работающие мощные электрометаллургические производства. Усилилось гармоническое воздействие на электрические сети 6-35 кВ удаленных объектов из-за появления кондуктивных электромагнитных помех (ЭМП), обусловленных высшими гармоническими составляющими кривой напряжения, которые вызывают:

- нарушение нормальной работы электронного оборудования, систем релейной защиты и автоматики;

- интенсивное старение изоляции электрических машин и кабельных сетей;

- уменьшение коэффициента мощности из-за отказов конденсаторов, применяемых для компенсации реактивной мощности, увеличение потерь электрической энергии;

- увеличение тока замыкания фазы на землю и снижение надежности работы сетей 6-35 кВ, обусловленное увеличением случаев однофазных замыканий на землю и переходом их в 2-х и 3-х фазные короткие замыкания и др.

Исследования отечественных и зарубежных ученых, Г.Г. Трофимова (Казахстан), И.В. Жежеленко (Украина), С.Р. Глинтерника, М.П. Бадера, В.В.Шевченко (Россия), А.Шваб (Германия), Рене Пелисье (Франция) и др. охватывают различные аспекты обеспечения ЭМС технических средств в системах электроснабжения (СЭС). Однако рассматриваемая проблема достаточно многогранна и не решенными остались задачи выбора в СЭС методов подавления кондуктивных ЭМП от работающих приёмников электрической энергии с нелинейной вольт-амперной характеристикой и применения эффективных защит электрических машин от гармонического воздействия.

В связи с этим тема диссертации является актуальной. Объектом исследования является СЭС выбранного базового региона исследования – Экибастузского угольного бассейна, а предметом исследования – кондуктивные ЭМП, обусловленные высшими гармоническими составляющими кривой напряжения и релейные защиты электрических машин от дополнительного нагрева высшими гармониками.

Целью работы является разработка научных положений и рекомендаций, повышающих ЭМС технических средств при гармоническом воздействии. В соответствии с целью определены следующие направления исследования:

- экспериментальная оценка электромагнитной обстановки (ЭМО) в сетях от 10 до 220 кВ системы электроснабжения исследуемого региона по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения;

- анализ действующих и разработка новой релейной защиты от гармонического воздействия электрических машин как рецепторов;

- создание математической модели для определения максимального влияния вентильных преобразователей на искажения кривой напряжения в питающей сети;

- исследование распределения в СЭС общего назначения, имеющей сети разных уровней напряжения, кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения, учитывая взаимное влияние сетей и технических средств;

- разработка рекомендаций по выбору эффективного метода подавления этой кондуктивной ЭМП в СЭС.

Научная новизна заключается в развитии теоретических основ ЭМС технических средств в СЭС. В рамках решаемых автором научных задач она характеризуется следующими новыми научными положениями:

- установлены на основе экспериментальных исследований несинусоидальных режимов напряжений в электрических сетях от 10 до 220 кВ исследуемого региона закон и параметры распределения кондуктивных ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения и вероятности их появления;

- разработана чувствительная защита электрических машин от воздействия высших гармоник тока и напряжения в сети;

- получены математические модели для определения максимального воздействия вентильных преобразователей на коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения в питающей сети и действующего значения электродвижущей силы коммутационных искажений линейного напряжения;

-предложена математическая модель для определения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения по величине потребляемой вентильным преобразователем реактивной мощности;

- определен критерий распределения в системе электроснабжения общего назначения кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения;

- разработан алгоритм определения варианта подавления кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в СЭС.

Практическая ценность работы и ее реализация заключается в том, что внедрение полученных результатов в проектную и эксплуатационную практику обеспечивает снижение несинусоидальности кривой напряжения в СЭС общего назначения, повышает уровень ЭМС технических средств, улучшает качество электрической энергии. Полученные научные положения и выводы диссертации внедрены на Аксуском заводе ферросплавов- филиале ОАО ТНК «Казхром». Годовой экономический эффект составляет 311 тыс. тенге при сроке окупаемости капиталовложений менее 2 лет. Научные положения диссертации также внедрены в 2004/2005 учебном году в учебный процесс Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова по дисциплине «Электромагнитная совместимость технических средств в электроэнергетических системах» для студентов электроэнергетических специальностей.

Достоверность результатов подтверждается: отбором значимых процессов; принятыми уровнями допущений при математическом описании явлений; обоснованностью исходных посылок, вытекающих из фундаментальных законов естественных наук; достаточным объемом выполненных исследований, позволившим с вероятностью 0,95 определить удовлетворительное совпадение результатов теоретических исследований с результатами экспериментов.

Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- научно-технической конференции работников ВУЗов и предприятий (12-14 март. 2003, Новосибирск, Россия);

- второй международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (8-11 сент. 2004, Тобольск, Россия);

- первой международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение» (2-4 июня 2005, Усть-Каменогорск, Казахстан);

- третьей международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (5-7 июня 2007, Омск, Россия);

- пятнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов « Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (26-27 февраля 2009, Москва, Россия);

- международной научной конференции « Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2009»» (11-14 мая 2009, Астрахань, Россия);

- четвертой международной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи энергии» ( 13-16 октября 2009, Томск, Россия).

Публикации. По результатам выполненых исследований опубликовано 29 научных работ и получено авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 11 таблиц, список использованных источников из 116 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность темы диссертации. Сформулированы цель и идея исследований. Представлены научная новизна и практическая значимость полученных результатов, научные положения, выносимые на защиту. Отражен уровень апробации полученных результатов.

В первой главе рассмотрена значимость несинусоидальных режимов напряжения в общей проблеме ЭМС технических средств в системах электроснабжения.

Представлена структурная схема проблемы ЭМС технических средств в системах электроснабжения, подверженных воздействию кондуктивных и индуктивных ЭМП. Рассмотрены три составляющие части этой проблемы [качество электроэнергии (несинусоидальность напряжения), помехоустойчивость технических средств и помехоэмиссия из технических средств].

Обоснован выбор системы электроснабжения общего назначения Экибастузского угольного бассейна для проведения экспериментальных исследований.

Вторая глава посвящена ретроспективному анализу методики исследования кондуктивных ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в электрических сетях.

Выяснено, что коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения () является случайной величиной, зависящей от многих случайных факторов, связан с полем событий, характеризуется таблицей вероятностей

, (1)

где – различные значения в течение суток коэффициента, %;

– вероятности появления значений этого коэффициента.

При превышении нормально допустимого значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения часть поля событий (1) обуславливает кондуктивную ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения, вызванную особенностями технологического процесса производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии. Поэтому достоверное значение этой помехи может быть определено только статистическими методами.

Процесс возникновения кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения представляется математической моделью

(2)

где – кондуктивная ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения, выражаемая вероятностными значениями коэффициента, при выходе этих значений за нормативные уровни ЭМС %.

- соответственно нормально и предельно допустимые значения, при номинальном напряжении в электрической сети, %.

Таким образом, кондуктивная ЭМП появляется в электрической сети, если в течение суток вероятность нахождения в пределах превышает 0,05, а вероятность появления в пределах не равна нулю. Эта кондуктивная ЭМП является производящей функцией непрерывно распределенной величины.

Следствия из теоремы единственности и теоремы непрерывности теории производящих функций позволяют записать:

(3)

где – плотность вероятности распределения величины, ; - плотность вероятности распределения величины,;

,- математическое ожидание соответственно величины и, %;и - средние квадратические отклонения этих величин, %.

Вероятность появления кондуктивной ЭМП составляет

(4)

Приведенная методика использовалась для определения кондуктивных ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в сетях 10 кВ, 35 кВ, 110 кВ и 220 кВ систем электроснабжения общего назначения Экибастузского угольного бассейна. Длительность измерения коэффициента составляла одни характерные сутки. Применялся информационно–измерительный комплекс “Омск”. Получены следующие экспериментальные результаты.

Подстанция “Тяговая распределительная”. Шины 35 кВ

На основании математической обработки результатов измерений коэффициента с помощью – критерия согласия теории вероятностей доказано, что распределение коэффициента соответствует нормальному закону распределения. Учитывая свойства производящей функции, плотность вероятности распределения кондуктивной ЭМП в этой сети можно определить по формуле

, (5)

где = 3,16 %; = 0,78 %.

На рисунке 1 представлен график плотности вероятности совмещенный с нормируемыми значениями уровней ЭМС. Вероятность попадания в интервал составляет

. (6)







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»