WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

СУХОМЕСОВ МИХАИЛ АНДРЕЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ НЕСИММЕТРИИ И НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТИ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Специальность 05.14.02 – «Электрические станции и энергетические системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иркутск 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Амурский государственный университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Савина Наталья Викторовна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Крюков Андрей Васильевич,

кандидат технических наук, доцент

Коверникова Лидия Ивановна

Ведущая организация: Филиал ОАО «РусГидро» - «Саяно-Шушенская ГЭС

имени П.С. Непорожнего»

Защита состоится 01 декабря 2009 г. в 1100 часов на заседании Диссертационного совета Д003.017.01 при Институте систем энергетики СО РАН по адресу: 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, д. 130.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института систем энергетики им Л.А. Мелентьева СО РАН.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 130, на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «__» ________ 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д.т.н., проф.

А.М. Клер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из существенных тенденций развития мировой электроэнергетики последних десятилетий, влияющих на эффективность функционирования электроэнергетических систем, является снижение качества электроэнергии (КЭ). Это вызвано активным внедрением специфичной, выпрямительной нагрузки, имеющей нелинейную вольтамперную характеристику, такой как частотно – регулируемый привод, ветроэнергетические установки, электронные выпрямительные устройства и др., несимметричной нагрузки. Здесь и далее по тексту в качестве искажений КЭ рассматриваются искажения синусоидальности кривой напряжения и симметрии трехфазной системы напряжений. Эти свойства оказывают существенное воздействие на надежность и эффективность электроэнергетических систем. При этом во всех работах, посвященных КЭ, негативное воздействие искажений КЭ рассмотрено применительно к электрическим сетям и промышленным предприятиям, а их влиянию на гидроэлектростанции уделено недостаточно внимания.

В настоящее время в России идет процесс физического приближения энергоемких производств, прежде всего предприятий цветной металлургии, к источникам относительно дешевой электроэнергии (гидроэлектростанциям). Примером такой станции является Братская ГЭС, напрямую выдающая мощность на Братский алюминиевый завод (БрАЗ). Возводится Богучанская ГЭС, и большая часть электроэнергии, произведенной на этой станции будет потребляться строящимся рядом со станцией алюминиевым заводом. На юге Амурской области идет выбор места для будущего завода цветной металлургии таким образом, чтобы его максимально приблизить к Бурейской ГЭС. Следовательно, существуют гидроэлектростанции основными потребителями которых являются предприятия с нагрузкой, являющейся нелинейной и несимметричной, и количество таких станций в перспективе будет только увеличиваться. Исходя из вышесказанного, проанализировать уровень искажений КЭ на гидроэлектростанциях и оценить технические и экономические последствия, вызванные такими искажениями, становится актуальным.

Техническая проблема. Искажения КЭ приводят к снижению эффективности функционирования гидроэлектростанций, заключающемуся:

- в нарушении достоверности учета электроэнергии;

- возникновении дополнительных потерь в силовом оборудовании;

- сокращении срока службы изоляции, а следовательно, и срока функционирования основного оборудования;

- снижении надежности выдачи электроэнергии и мощности с шин электростанции.

Влияние искажений КЭ на функционирование электроэнергетических систем с акцентом на сети и промышленные предприятия рассмотрено в трудах таких авторов как: И.В. Жежеленко, Ю.Л. Саенко, Д. Арриллага, Д. Бредли, П. Боджер, В.Г. Курбацкий, А.К. Шидловский, В.Г. Кузнецов и др., вопросы надежности - в работах Фокина Ю.А., Острейковского В.А., Китушина В.А., Трубицина В.И. и др. Сегодня возникла необходимость развить изложенные в трудах указанных авторов идеи в отношении гидроэлектростанций и разработать инструментарий для количественной оценки степени эффективности функционирования гидроэлектростанций в условиях низкого КЭ.

Объект исследований – гидроэлектростанция в составе основного электротехнического оборудования, установленного на ней (гидрогенераторы, силовые трансформаторы и автотрансформаторы, электрические двигатели), и системы учета электроэнергии.

Предмет исследований – воздействие искажений КЭ на эффективность функционирования гидроэлектростанции.

Цель работы разработка инструментария, позволяющего найти область эффективного функционирования определенной гидроэлектростанции при наличии искажений КЭ.

Задачи исследования:

  1. Анализ уровня искажений КЭ на гидроэлектростанциях в зависимости от места их нахождения, состава питаемой нагрузки, особенностей работы.
  2. Определение влияния искажений КЭ на достоверность учета электроэнергии.
  3. Выявление дополнительных потерь электроэнергии в основном электротехническом оборудовании гидроэлектростанции, вызванных искажениями КЭ, и анализ их структуры.
  4. Количественная оценка влияния искажений КЭ на срок службы изоляции и надежность функционирования электроустановок.
  5. Определение области эффективного функционирования гидроэлектростанции в зависимости от уровня искажений КЭ и выдаваемой мощности.

Основная идея диссертации – на основе математических моделей тока, напряжения и сопротивления, учитывающих наличие искажений КЭ, разработаны методики для инженерной оценки их влияния на эффективность функционирования основного оборудования электрических станций и достоверность системы учета электроэнергии. Такой подход позволит единообразно описать процессы, протекающие в электротехническом оборудовании при наличии искажений КЭ.

Научную новизну диссертационной работы составляют следующие положения и результаты, выносимые на защиту:

  1. Методика расчета результирующей погрешности измерительного комплекса электроэнергии и систем учета электроэнергии в целом, учитывающая наличие искажений КЭ в сети.
  2. Методики расчета дополнительных потерь электроэнергии, вызванных искажениями КЭ в основном оборудовании гидроэлектростанций, позволяющие, в отличие от существующих, найти не только суммарные потери, но и анализировать структуру потерь в конкретной электроустановке.
  3. Уточненная модель интенсивности отказа электроустановки, позволяющая определять как внезапные, так и постепенные отказы и их изменения во времени. Отличием предложенной модели от существующих является то, что она учитывает наличие искажений КЭ в сети.
  4. Критерий эффективности функционирования для оценки надежности работы гидроэлектростанции, позволяющий выразить в едином денежном эквиваленте комплексное воздействие внешнего фактора (искажения КЭ) на технико-экономические показатели функционирования электростанции.
  5. Границы эффективного функционирования конкретной гидроэлектростанции, позволяющие экономически обоснованно подходить к определению мероприятий, необходимых для нормализации КЭ.

Значение для теории полученных результатов заключается в развитии методов оценки влияния искажений КЭ на работу силового оборудования и систем учета электроэнергии, а так же в разработке на их основе комплексного критерия, характеризующего эффективность функционирования гидроэлектростанции в целом при наличии искажений КЭ.

Значение для практики.

Внедрение в эксплуатационную практику предлагаемых методов оценки эффективности функционирования гидроэлектростанции, учитывающих наличие искажений КЭ в сети, позволит существенно повысить их экономическую эффективность. Это даст возможность экономически обоснованно подходить к управлению КЭ на определенной гидроэлектростанции в реально существующих условиях.

Достоверность полученных результатов доказывается результатами замеров КЭ, проведенных специалистами сертифицированной лаборатории КЭ ОАО «ДРСК», натурными экспериментами и верификационными расчетами. Верификационные расчеты подтвердили адекватность предложенных выражений для расчета дополнительных потерь электроэнергии в электрических машинах и силовых трансформаторах. Также было показано наличие корреляции между уровнем искажений КЭ и уровнем повреждаемости электротехнического оборудования, что подтверждает влияние искажений КЭ на срок службы изоляции и надежность работы основного электротехнического оборудования, в том числе и установленного на гидроэлектростанции.

Публикации. Результаты выполненных в диссертации исследований изложены в 11 печатных работах, в том числе в двух журналах, рекомендованных ВАК («Электрические станции», «Электричество»), в сборнике трудов международной конференции в Польше, в рецензируемых изданиях, в трудах всероссийских конференций.

Личный вклад автора – все выносимые на защиту результаты получены автором совместно с научным руководителем.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (90 источников) и пяти приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, выделены основные положения, имеющие научную новизну и практическую ценность.

В главе 1 дана оценка современного состояния проблемы КЭ. Проведен анализ нормируемых ГОСТ 13109-97 свойств электроэнергии и характеризующих данные свойства показателей качества электроэнергии (ПКЭ) применительно к гидроэлектростанциям. Отмечено, что указанный ГОСТ разработан для электрических сетей, однако в условиях формирующегося рынка электроэнергии и мощности шины гидроэлектростанции становятся точкой общего присоединения, и поэтому допустимо применять его в отношении ГЭС. Определено, что в работе будет рассмотрено влияние искажений синусоидальности кривой напряжения и симметрии трехфазной системы напряжений.

Проведен анализ материала о влиянии искажений КЭ на системы учета электроэнергии. Отмечено, что большая часть публикаций посвящена влиянию искажений КЭ на отдельные элементы систем учета (измерительные трансформаторы тока и напряжения, счетчики), а методики, позволяющей рассчитать результирующую погрешность всего измерительного комплекса с учетом искажений КЭ, не существует.

Рассмотрены методы расчета дополнительных потерь электроэнергии, вызванных искажениями КЭ. Выявлено, что выражения, приведенные у разных авторов, объединяет общий подход, представленный в работах А.К. Шидловского и В.Г. Кузнецова. Отмечено, что применение существующих на сегодняшний день методик позволяет с достаточной степенью точности рассчитать дополнительные потери электроэнергии в таком основном оборудовании гидроэлектростанций, как силовые трансформаторы, автотрансформаторы и электродвигатели. Для гидрогенераторов предлагается использовать те же выражения, что и для синхронных двигателей. Однако такой подход с учетом их конструктивных различий может давать существенную погрешность. Все эти методики позволяют определить лишь общий уровень дополнительных потерь в целом по элементу, не рассматривая его как систему. Этого недостаточно при анализе влияния искажений КЭ на работу изоляции, надежность электрических аппаратов и выдачу мощности с шин гидроэлектростанции.

Проведен анализ методов расчета сокращения сроков службы изоляции в электрических машинах и трансформаторах при наличии искажений КЭ. При решении данной задачи авторы принимают допущение, что электрические машины, трансформаторы и другие силовые элементы электроэнергетических систем и электростанций рассматриваются как единое физическое тело, что вносит погрешность при расчете дополнительного нагрева и сокращения срока службы их изоляции. Поэтому возникает необходимость в детализации дополнительных потерь электроэнергии, вызванных искажениями КЭ, для более корректного описания температурного режима основного оборудования гидроэлектростанции.

Отмечено, что дополнительный нагрев, вызванный искажениями КЭ, приведет к ускоренному старению изоляции, а следовательно, к снижению надежности работы как отдельного оборудования, так и гидроэлектростанции в целом. Эта проблема является достаточно серьезной, но в литературе, посвященной проблеме КЭ, ей не уделено должного внимания.

Таким образом, для оценки эффективности функционирования гидроэлектростанции в условиях низкого КЭ необходимо на основе анализа достоверности работы системы учета электроэнергии, структуры и уровня дополнительных потерь электроэнергии, вызванных искажениями КЭ, в гидрогенераторах и основном оборудовании электростанции, определения взаимосвязи между надежностью работы отдельных элементов и гидроэлектростанции в целом и уровнем искажений КЭ ввести комплексный критерий эффективности ее функционирования. Этот критерий позволит связать основные технические и экономические показатели работы гидроэлектростанции и количественно определить воздействие искажений КЭ на нее.

В главе 2 приведен анализ уровней искажений КЭ на гидроэлектростанциях и в примыкающих к ним сетях. На основании лингвистического подхода теории нечетких множеств предложено классифицировать все существующие гидроэлектростанции по степени искажения КЭ на три категории:

1 категория. Гидроэлектростанции, электрически удаленные от источников искажения КЭ. Это станции, уровень искажения КЭ на которых невелик (как правило, значения ПКЭ не превышают предельно допустимые значения по ГОСТ 13109-97). Такие станции питают распределенную нелинейную, несимметричную нагрузку (например, тягу переменного тока), либо сосредоточенную в одном узле системы искажающую КЭ нагрузку. К данной категории можно отнести Зейскую, Бурейскую гидроэлектростанции.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






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