WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

ЧУБУКОВ МИХАИЛ ВЛАДИМИРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ ГРОЗОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ И РЕЗКОПЕРЕМЕННЫХ НАГРУЗКАХ

Специальность 05.09.03- электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань-2012

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» (КГЭУ)

Научный консультант: Доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры «Электрические станции» КГЭУ Усачев Александр Евгеньевич

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор, генеральный директор ОАО «Татэлектромонтаж» Солуянов Юрий Иванович Кандидат технических наук, Зам. начальника службы электрических режимов филиала ОАО «СО ЕЭС» РДУ Татарстана Ахмеров Булат Ильдарович

Ведущая организация: ОАО «Сетевая компания» (г. Казань)

Защита состоится «23» мая 2012 г. в 15.30 часов в аудитории Д-223 на заседании диссертационного совета Д.212.082.04 при Казанском государственном энергетическом университете по адресу: 420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51.

Факс: (843) 5438624, 51844.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет».

С авторефератом можно ознакомиться на сайте ГОУ ВПО КГЭУ www.kgeu.ru.

Автореферат разослан «___» __________ 20___ г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.082.кандидат педагогических наук, профессор Лопухова Т.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Развитие промышленности Российской Федерации требует повышения производства высококачественных сталей различных марок и внедрения на металлургических предприятиях новых технологических процессов. В связи с этим в настоящий момент во многих регионах страны происходит наращивание темпов производства выплавки и обработки стали на существующих металлургических предприятиях и строительство новых предприятий.

Особенностью электроснабжения современного металлургического комплекса с дуговыми печами заключается в том, что предприятие имеет резкопеременный характер нагрузки, при котором за несколько минут подключается нагрузка, создающая режим, близкий к режиму короткого замыкания, а затем через некоторое время так же быстро отключается. Такие резкие колебания нагрузки, которая к тому же имеет большую индуктивную составляющую, негативно сказываются на качестве электроэнергии не только у потребителей, подключённых к шинам подстанции металлургического комбината, но и захватывают целый промышленный район, включающий центральную системообразующую подстанцию и связанные с ней распределительные подстанции более низких классов напряжения. Изменения нагрузки металлургического комплекса вызывает такие глубокие провалы напряжения и мерцания освещённости, которые не удовлетворяют требованиям ГОСТ по качеству электроэнергии, делая подключение невозможным без ряда специальных устройств, сглаживающих колебания питающего напряжения.

Себестоимость продукции и сроки окупаемости металлургического комплекса тесно связаны с надёжностью его электроснабжения. Удары молний в линии электропередачи (ЛЭП) вызывают отключения ЛЭП и перерывы электроснабжения. Чтобы повысить надежность работы электроприемников при нормальном и послеаварийном режимах необходимо:

- свести к минимуму число и продолжительность перерывов их электроснабжения, связанных, в частности, с ударами молний в ЛЭП;

- обеспечить нормы ГОСТ по качеству электроэнергии для создания устойчивой работы ответственных технологических аппаратов при нарушениях режима электроснабжения.

Проблема повышения надёжности и качества электроснабжения предприятий промышленного района с металлургическим комплексом имеет, по крайней мере, две составляющие: внутреннюю – поддержание требуемого по ГОСТ качества электроэнергии и внешнюю – надежную работу питающих ЛЭП. Одним из способов повышения такой внешней составляющей надежности является снижение ущерба от грозовых отключений ЛЭП, т.е. повышение грозоупорности линий электропередач.

Таким образом, задача по повышению надёжности электроснабжения и качества электроэнергии в промышленном районе с металлургическим комплексом является актуальной.

Цель диссертационного исследования состоит в разработке рекомендаций по повышению надежности электроснабжения и качества электроэнергии в промышленном районе с электрометаллургическим комплексом. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать рекомендации по повышению грозоупорности питающих воздушных линий электропередач (ВЛЭП) предприятий промышленного района за счёт использования на них оптимальных значений углов тросовой защиты;

- модернизировать методику расчёта удельной грозоупорности ЛЭП;

- разработать методику определения оптимального угла тросовой защиты для достижения минимального числа грозовых отключений ЛЭП;

- усовершенствовать общую методику выбора компенсаторов реактивной мощности с одновременным снижением доли фликера до допустимого по ГОСТ значения и выбором места установки.

Достоверность результатов, выводов и рекомендаций определяется:

а) корректным применением методики молниезащиты, основанной на обобщении результатов экспериментальных данных поражаемости ударами молний ВЛЭП и статистики успешного восстановления работоспособности ВЛЭП средствами автоматического повторного включения (АПВ) линий различного класса напряжений; б) опытом применения различных устройств компенсации реактивной мощности; в) применением современных лицензированных программных комплексов расчёта параметров электроснабжения (таких как провалы напряжения, кратковременная доза фликера, мощность короткого замыкания и др.) в различных узлах промышленных районов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- усовершенствована методика расчета грозоупорности ЛЭП за счёт учёта устойчивой силовой дуги между опорой и проводом высокого напряжения и изменения общего числа ударов молний в ВЛЭП при изменении угла тросовой защиты;

- установлены оптимальные величины углов тросовой защиты, при которых число отключений линий вследствие ударов молний в ВЛЭП минимально;

- усовершенствована общая методика выбора статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности для электрометаллургического комплекса с резкопеременным характером нагрузки.

Практическая ценность полученных результатов заключается в том, что использование усовершенствованной методики расчёта грозоупорности ВЛЭП позволяет подбором оптимального угла тросовой защиты повысить надежность электроснабжения за счёт снижения числа аварийных отключений и сокращения времени вынужденного ремонта ВЛЭП. Использование модернизированной методики выбора статических компенсаторов реактивной мощности позволяет подобрать значения мощности компенсаторов, необходимые для выполнения требований ГОСТ к качеству электроэнергии, что приведет к снижению негативного воздействия на электроснабжение в промышленном районе и повысит надежность работы электротехнических комплексов. Данная методика может быть применена для различного рода электрометаллургических, нефтеперерабатывающих, машиностроительных и других заводов.

Положения выносимые на защиту:

-при расчёте потока отказов ВЛЭП из-за ударов молний необходимо учитывать не только путь замыкания провода высокого напряжения на землю (обратного перекрытия) с траверсы на провод, но и непосредственно с опоры на провод;

- повысить надёжность электроснабжения электротехнических комплексов по ВЛЭП за счёт снижения числа перерывов электроснабжения, вызванных грозовой активностью атмосферы, можно такими двумя способами:

изменять точку подвеса гирлянды изоляторов на более близкую к опоре и/или изменять высоту подвеса грозозащитного троса. Значения параметров (расстояния опора – провод и трос-провод), при которых достигается минимальное число грозовых перерывов электроснабжения, отличаются для опор различного типа и класса напряжения ВЛЭП;

- методика выбора параметров статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности крупных потребителей с резкопеременным характером нагрузки должна учитывать требования ГОСТ к качеству электроэнергии (дозы фликера) и расчёты мощности короткого замыкания в узлах возможных присоединений компенсаторов.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на шестнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва, 2010 г.; на IV открытой молодежной научно-практической конференции «Диспетчеризация в электроэнергетике: проблемы и перспективы», Казань, 2010 г.; на V открытой молодежной научно-практической конференции «Диспетчеризация в электроэнергетике: проблемы и перспективы», Казань, 2011 г.; Международная молодёжная научно-техническая конференция «Энергосистема и активные адаптивные электрические сети:

проектирование, эксплуатация, образование», г. Самара, 2011 г.

Личный вклад соискателя. Основные результаты работы получены лично соискателем. Автор принимал непосредственное участие в разработке и составлении программ, проведении расчётов, обсуждение и анализе результатов, написании статей и выступлении на конференциях.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, включая 2 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы из 112 наименований. Общий объем диссертации 156 стр.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертации, ставятся цели и задачи работы, приводится научная новизна и практическая ценность работы, апробация работы, приводятся положения, выносимые на защиту и достоверность полученных результатов, личный вклад автора, публикации по теме диссертации.

Первая глава диссертации носит обзорный характер. Она посвящена рассмотрению существующих методик защит линий электропередач от грозовых перенапряжений по стандартам МЭК и ГОСТ РФ и связи грозоупорности ЛЭП с надёжностью электроснабжения. Рассмотрено влияние работы крупных потребителей энергии с резкопеременным характером нагрузки с высокой долей реактивной составляющей на качество всего промышленного района с таким потребителем. Показывается возможность повышения качества электроэнергии применением статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности и проблемы расчёта параметров таких устройств.

Обосновывается актуальность целей диссертации и задачи исследования.

Во второй главе диссертации рассматриваются методы расчёта грозоупорности ЛЭП (потока отказов из-за грозовой активности атмосферы). Указывается на некоторую недосказанность по мерам повышения грозоупорности ЛЭП, приведённым в ПУЭ. Предлагается способ повышения грозоупорности ЛЭП за счёт уменьшения угла тросовой защиты с помощью увеличения высоты тросостойки и сдвига гирлянды изоляторов по траверсе в сторону опоры. Предлагается усовершенствованная методика расчёта грозоупорности.

В третьей главе диссертации приводятся результаты расчётов грозоупорности ЛЭП по усовершенствованной методике. Для ЛЭП с различным типом стандартных опор приведены зависимости грозоупорности от величины сдвига гирлянды по траверсе к опоре и от высоты подъёма грозозащитного троса при изменении высоты тросостойки.

В четвёртой главе диссертации предложена усовершенствованная методика выбора статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности для электрометаллургического комплекса с резкопеременным характером нагрузки. Приводятся оценки изменения качества электроэнергии на основе изменения кратковременной дозы фликера в рассматриваемом промышленном районе до и после установки компенсирующих устройств.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1. При расчёте потока отказов ВЛЭП из-за ударов молний необходимо учитывать не только путь замыкания провода высокого напряжения на землю (обратного перекрытия) с траверсы на провод, но и непосредственно с опоры на провод.

В диссертации рассматривается стандартная методика расчёта удельного числа перерывов электроснабжения по ВЛЭП Nоткл.уд ( Nоткл.уд ) уд удельный поток отказов из-за грозовых перенапряжений) по уравнению:

Nоткл.уд = N Pоп + P()с3 + Pтрос - пр с4 (1-АПВ), (1) уд оп тр где N (t) = 4 h - число ударов молний в ЛЭП высотой h и длиной 1уд км в районе с грозовой активностью 100 грозовых часов в году, время t (обычно t = 1 год, грозовой сезон);

и - вероятности ударов молнии в опору ЛЭП и в грозозащитоп тр ный трос (провод) в середине пролёта, соответственно;

Poп = c1 Pтр - пр, (2) Poп - вероятность обратного перекрытия с опоры на провод, где Pтр - пр - вероятность импульсного пробоя (перекрытия) воздушной изоляции с траверсы на провод высокого напряжения вдоль гирлянды изоляторов, а c1- вероятность перехода импульсного перекрытия в устойчивую силовую дугу (постоянное замыкание на землю), которое определяется по формуле Umax.ф 1,c = Eср - 6 10- 2, где Eср = (3) lд Umax.ф максимальное значение фазного напряжения, lд - длина горящей дуги (строительная длина подвесной гирлянды изоляторов, расстояние между проводом высокого напряжения и опорой, расстояние между проводом и тросом в середине пролёта); АПВ - вероятность успешного восстановления электроснабжения при возникновении устойчивого замыкания на землю или межфазного замыкания с помощью выключателей системы автоматического повторного включения ЛЭП.

P() - вероятность удара молнии в верхний фазный провод при наличии грозозащитного троса (вероятность прорыва тросовой защиты) h lg(P()) = - 4, (4) где h – средняя высота подвески молниезащитного троса (высота ЛЭП), - угол в градусах между вертикалью, проходящей через грозозащитный трос, и прямой, проходящей через трос и верхний провод высокого напряжения в плоскости перпендикулярной оси ЛЭП (угол тросовой защиты).

с3 - вероятность перехода в силовую дугу прямого перекрытия с провода на опору; Pтрос - пр вероятность возникновения импульсной дуги в промежутке трос-провод в середине пролёта, с4 - вероятность перехода в силовую дугу импульсной дуги в промежутке трос- провод в пролёте.

Изменение угла тросовой защиты в (1) сводилось просто к изменению в (4) не учитывая способа изменения этого угла. В выражении обратного перекрытия учитывается только вероятность пробоя вдоль гирлянды изоляторов, хотя существует вероятность пробоя воздушного промежутка с провода высокого напряжения непосредственно на опору. Учитывая эти замечания, в главе предлагается модифицировать уравнение (1) при расчётах грозоупорности и учитывать как способ изменения угла тросовой защиты , так и дополнительную вероятность пробоя с опоры на провод. Тогда вместо (2):

Poп = c1 Pтр - пр +c2 Pоп - пр - Pтр - пр Pоп - пр c1c2 , (5) где Pтр - пр - вероятность импульсного перекрытия траверса-провод, а c1,c2 - вероятности перехода в силовую дугу по (3).

Все вероятности импульсных перекрытий воздушных промежутков в (1) -(5) рассчитывались двойным интегрированием по всем возможным значениям амплитуды молнии и крутизны фронта тока молнии.

2. Повысить надёжность электроснабжения потребителей по ВЛЭП за счёт снижения числа перерывов электроснабжения, вызванных грозовой активностью атмосферы, можно такими двумя способами: изменять точку подвеса гирлянды изоляторов на более близкую к опоре и/или изменять высоту подвеса грозозащитного троса. Значения параметров (расстояния опора – провод и трос-провод), при которых достигается минимальное число грозовых перерывов электроснабжения, отличаются для опор различного типа и класса напряжения ВЛЭП.

В этом разделе рассматривается способ повышение надёжности электроснабжения потребителей по ЛЭП только за счёт снижения величины потока отказов из-за грозовой активности атмосферы и уменьшения времени простоя линий из-за вынужденных ремонтно-восстановительных работ. Этот поток отказов может быть охарактеризован как не стационарный ординарный поток отказов без последствий. Величина потока отказов реальной ЛЭП (t) из-за ударов молний связана с удельным числом грозовых перерывов электроснабжения, вычисляемым по (1)-(5), следующим соотношением:

Nоткл.уд LЛЭП nгр t Nоткл(t) (t) =, (6) 100 100 tгр.с где LЛЭП – длина ЛЭП в км, а nгр - число грозовых часов в году в местности, где проходит ЛЭП, Nоткл(t) - число вынужденных грозовых перерывов электроснабжения за время t (час), tгр.с - длительность (в часах) грозового сезона. Вне грозового сезона (t)=0. При расчёте числа перерывов электроснабжения в течение года следует принимать t = tгр.с В соответствии с формулами (1)-(5), проведены расчёты удельного числа грозовых перерывов электроснабжения по ВЛЭП классов напряжений 35-220 кВ, входящих в рассматриваемый район. Рассчитывались зависимости как отдельных членов уравнения (1) от сдвига гирлянды изоляторов по траверсе и от изменения высоты тросостойки, так и общая величина Nоткл.уд.

Некоторые зависимости Nоткл.уд представлены на рис.1.-3.

Рис.1. Зависимость удельного числа грозовых перерывов электроснабжения Nоткл.уд по ВЛЭП с номинальным напряжением 35 кВ от угла тросовой защиты Рис.2. Зависимость удельного числа грозовых перерывов электроснабжения Nоткл.уд по ВЛЭП с номинальным напряжением 110 кВ от угла тросовой защиты Рис.3. Зависимость удельного числа грозовых перерывов электроснабжения Nоткл.уд по ВЛЭП с номинальным напряжением 220 кВ от угла тросовой защиты Зависимости, подобные приведённым на рис.1-3, были построены для ЛЭП 35-220 кВ с различными типовыми опорами. Всего рассматривалось более 30 типов опор. Расчёты показали, что наиболее эффективным способом снижения числа грозовых перерывов электроснабжения Nоткл.уд по ВЛЭП является изменение точки подвеса гирлянды на опоре (сдвиг гирлянды по траверсе к опоре). К сожалению, для многих типов опор этот способ не подходит из-за коротких длин траверс и резкого возрастания вероятности обратного перекрытия с опоры на провод по (5). Если пренебречь разностью напряжений на траверсе и на опоре на высоте подвеса провода в момент удара молнии, то величину сдвига можно определить из соотношения:

Lгир Lоп - пр, где Lгир - длина подвесной гирлянды изоляторов, а Lоп - пр - кратчайшее расстояние от поверхности опоры до верхнего провода высокого напряжения с учётом возможного отклонения гирлянды от вертикали при больших ветровых нагрузках.

На рис.4. изображена верхняя часть опоры с верхней траверсой 1, тросостойкой 2 и гирляндой подвесных изоляторов 3. Символом обозначен угол между вертикалью, прямой линией, проведённой через молниезащитный трос 4 и провод высокого напряжения 5. Возможные пути пробоя воздушных промежутков и замыкания на землю обозначены цифрами 6 – строительная высота подвесной гирлянды изоляторов ( Lгир ) и 7 - кратчайшее расстояние от опоры до провода высокого напряжения 5 ( Lоп - пр ).

Второй способ снижения числа грозовых перерывов электроснабжения Nоткл.уд по ВЛЭП состоит в изменении высоты тросостойки 2, т.е. изменения угла в (4). При таком способе изменения угла тросовой защиты Nоткл.уд уменьшается за счёт уменьшения 3-го члена в (1), но также возрастает и число ударов молнии в ЛЭП за счёт увеличения h – средней высоты ЛЭП. В результате такого противоположного влияния средней высоты подвеса троса на грозоупорность в этой зависимости появляется минимум, соответствующий наименьшему числу отключений ЛЭП, т.е. максимальной грозоупорности и наименьшему ущербу от перерывов электроснабжения.

Величина угла , при котором Nоткл.уд достигает наименьшего значения, зависит от типа опор, длины гирлянд подвесных изоляторов 3 и импульсного сопротивления заземления опор. Результаты проведённых расчётов сводились в таблицы для вычисления экономического эффекта от такого повышения надёжности электроснабжения потребителей. При расчётах экономического эффекта учитывалось только снижение ущерба от недоотпуска электроэнергии потребителям Sуд за счёт уменьшения времени вынужденного простоя ВЛЭП. Такие экономические показатели как ущерб от недоотпуска продукции, нарушений технологических циклов, рекламации от перерыва электроснабжения и прочие не учитывались. В табл. 1 представлены сводные данные для некоторых ЛЭП.

Таблица 1.

Расчёт экономической эффективности Pср, Sуд, d(t), % Тип опоры 0(t) min(t) min, ° tср, час МВт тыс.руб ПБ-35-1.1 5,3 4,8 9,4 32 30 12 3ПБ-35-4.1 6,1 5,3 13,1 35 30 12 5ПБ-110-12 6,1 5,9 3,3 33 75 14 4ПБ-110-11 5 4,9 2 37 75 14 2ПБ-220-2 2,74 1,98 37,8 10,5 150 16 36В табл. 1 приведены следующие обозначения:

0(t) - удельный поток грозовых отказов при стандартном положении тросостойки; min(t) - минимальная величина числа отключений ЛЭП из-за грозо(0(t)- min(t)) вой активности атмосферы; d(t) = 100% - изменение потока 0(t) грозовых отключений ВЛЭП, %; min – угол тросовой защиты при котором число грозовых отключений ЛЭП минимально; Pср, МВт – средняя мощность, передаваемая по ВЛЭП; tср, час – среднее время восстановления работоспособности ВЛЭП (время вынужденного простоя); Sуд, тыс.руб – удельный экономический эффект от снижения времени простоя линий и уменьшения ущерба от недоотпуска электроэнергии; t = 1год Pср d(t) 0(t) SЭЭ S =. (7) уд 1где SЭЭ= 2 руб/кВт·час – стоимость электроэнергии.

Расчёт экономического эффекта (S) реальной линии производится по формуле, аналогичной (6) заменой Nоткл на S и Nоткл.уд на S.

уд 3. Методика выбора параметров статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности крупных потребителей с резкопеременным характером нагрузки должна учитывать требования ГОСТ к качеству электроэнергии (дозы фликера) и расчёты мощности короткого замыкания в узлах возможных присоединений компенсаторов.

Наличие крупного потребителя электроэнергии с резкопеременным характером нагрузки в промышленном районе отрицательно сказывается на качестве электроэнергии всего района. К таким отрицательным последствиям могут быть отнесены значительные колебания и провалы напряжения в различных узлах промышленного района и возникающее, вследствие этого, такие явления как снижение производительности механизмов с асинхронным приводом вплоть до их полной остановки, изменения освещённости объектов (мерцания, фликер) и другие. Предельно допустимые по ГОСТ снижения напряжения U= 0,1·Uном (10%), а мерцания освещённости, описывающиеся кратковременной долей фликера Pst, не должны превышать величину 1,38.

Без устройств компенсации реактивной мощности эти величины могут значительно возрастать: U до величины 0,35·Uном, а доза фликера до 5-8, что делает невозможной нормальную эксплуатацию асинхронных двигателей и резко отрицательно сказывается на здоровье людей и производительности их работы. Установка статических тиристорных компенсаторов (СТК) реактивной мощности при правильном выборе их параметров позволяет снизить провалы напряжения и Pst, до допустимых по ГОСТ значений.

Однако, существующая методика выбора мощности СТК имеет, по крайней мере, две неучтённые составляющие, которые существенно влияют на выбор их параметров (мощности СТК):

1. Не учитывалась величина мощности короткого замыкания SКЗ в узловых точках энергоснабжения промышленного района, в которых возможна установка СТК. До недавнего времени эту величину было практически невозможно рассчитать, ввиду отсутствия специализированных программных продуктов и полных расчётных моделей энергоснабжения различных промышленных районов;

2. Не производился расчёт величины кратковременной дозы фликера Pst, с учётом влияния фильтро-компенсирующих цепей СТК и её сравнение с допустимой величиной дозы фликера.

Связь между колебаниями и провалами напряжения при работе различных потребителей с величиной Pst, зависит от конкретного типа потребителя и связана с особенностями его графика нагрузки. Как правило, в расчётах следует добиваться одного из требований ГОСТ, а другое в этом случае достигается автоматически. Например, если при работе электрометаллургического комплекса с дуговой сталеплавильной печью (ДСП) достигнуты требования ГОСТ по кратковременной дозе фликера (Pst =1,38), тогда требования по колебаниям напряжения будут удовлетворены. В режиме плавок ДСП работает в режиме близком к короткому замыканию. Поэтому режим плавок называют режимом эксплуатационного короткого замыкания (ЭКЗ). Возникающие мерцания освещённости при переходе в режим ЭКЗ и выходе из этого режима зависят от мощности короткого замыкания в узле подключения ДСП. Чем больше мощность короткого замыкания, тем меньше мерцания (Pst). Если неизвестна мощность короткого замыкания в месте подключения ДСП, то фактически невозможно узнать будут ли достигнуты требования ГОСТ по дозе фликера или нет.

В работе предлагается усовершенствованная методика, устраняющая вышеуказанные недостатки, т.е. в ней производится как расчёт мощности короткого замыкания, так и кратковременной дозы фликера. Порядок расчётов по предлагаемой методике таков:

1. Рассчитывается мощность, потребляемая ДСП в режиме эксплуатационного короткого замыкания в ближайшем узле промышленного района по формуле:

S = S K (8) экзДСП ТРном ДСП SТРном - номинальная мощность металлургического трансформатора;

кДСП – коэффициент кратный мощности ДСП в режиме ЭКЗ по отношению к номинальной мощности (определяется заводом-изготовителем).

2. Рассчитывается кратковременная доза фликера без фильтрокомпенсирующих цепей (ФКЦ) с доверительной вероятностью 95% - Pst. 95% по формуле:.

S экзДСП P = K (9) st95% S st95% КЗмин SКЗ МИН – минимальная мощность короткого замыкания в точке подключения к сетям общего назначения;

Kst 95% - показатель интенсивности фликера без фильктрокомпенсирующих цепей; его величина зависит от мощности и типа печи, типа шихты, рабочих режимов и т.п.; (приводится в инструкции по эксплуатации ДСП).

3. Рассчитывается кратковременная доза фликера при минимальной мощности КЗ сети с фильтро-компенсирующими цепями по формуле:

P = P K, (10) ФКЦst95% st95% ФКЦ где K - коэффициент увеличения кратковременной дозы фликера;

ФКЦ зависит от количества ФКЦ и времени коммутации отдельных ветвей ФКЦ выключателями.

4. Рассчитывается требуемый коэффициент ослабления дозы фликерас помощью СТК с фильтро-компенсирующими цепями по:

P ФКЦst95% K =, (11) флик P доп.st95% где Pдоп.st95% =1,38 – максимально допустимая по ГОСТ кратковременная доза фликера.

Как отмечалось выше, максимальный коэффициент подавления фликера для СТК равен 2. Поэтому, если K, рассчитанное по (11) меньше 2, то флик расчёт продолжают, а если больше двух, то для установки СТК выбирают другой узел промышленного района и повторяют п. 1-4 расчёта или осуществляют мероприятия по снижению K до величины меньше 2 в ближайфлик шем узле.

5. Рассчитывается мощность СТК по формуле:

S = S K K, где (12) СТК экзДСП ФКЦ СТК S СТК K = – коэффициент мощности СТК. Этот коэффициент в СТК S экзДСП соответствии с инструкцией по эксплуатации СТК выбирается в диапазоне 0,60,8. K = 2 достигается при K =0,8. Если K < 2, то K <0,8, флик СТК флик СТК но не меньше 0,6.

С целью оптимизации мощности и стоимости СТК, при Kфлик больше 2, в качестве расчётного значения можно использовать режим максимальной мощности КЗ сети равный SКЗмакс. При необходимости работы электропечной нагрузки, при мощности КЗ сети ниже максимальной, допускается работа ДСП с пониженной мощностью.

В качестве иллюстрации предложенной методики расчёта мощности СТК проведём расчёт СТК для электрометаллургического комплекса мощность 150 МВт для двух возможных вариантов установки СТК. Первый расчёт выполнялся для варианта с установкой на шинах сетевой подстанции промышленного района 220/110/35 кВ, второй вариант – на шинах подстанции 220/35 кВ потребителя.

При установки СТК на шинах сетевой подстанции кратковременная доза фликера Pst, с учетом влияния фильтро-компенсирующих цепей СТК при минимальной мощности КЗ сети составила 2,29. Для удовлетворения требований ГОСТ по максимально допустимой кратковременной дозе фликера необходимо обеспечить её ослабление в 1,66 раза минимальной мощности КЗ на шинах сетевой подстанции. Мощность СТК составила 148,65 Мвар.

При установки СТК на шинах подстанции потребителя кратковременная доза фликера Pst, с учетом влияния фильтро-компенсирующих цепей СТК при минимальной мощности КЗ сети составила 2,51. Для удовлетворения требований ГОСТ по дозе фликера необходимо обеспечить ее ослабление в 1,82 раза минимальной мощности КЗ на шинах подстанции потребителя.

Мощность СТК составила 160 Мвар.

Установка СТК (160 Мвар) у потребителя, позволяет увеличить вводимую в печь мощность, что сокращает время плавки на 30%, что в свою очередь приводит к уменьшению срока окупаемости предприятия, а поддержание нормируемых параметров сети при этом позволит снизить штрафы за реактивную мощность. Кроме того, поскольку мерцания освещённости и колебания напряжения распространяются на весь промышленный район, установка СТК на шинах подстанции потребителей предпочтительна ещё и потому, что качество электроэнергии у других потребителей промышленного района будет выше, чем при установке на шинах сетевой подстанции. К тому же, надёжность электроснабжения самого крупного потребителя возрастёт за счёт увеличения пропускной способности ЛЭП между сетевой подстанцией района и подстанцией этого потребителя за счёт снижения перетоков реактивной мощности по сравнению с вариантом установки СТК на сетевой подстанции.

Использование приведенной методики расчёта параметров и места установки СТК подтверждается актом внедрения. Данная методика была использована при выборе параметров и места установки на вновь проектируемом электрометаллургическом комплексе ЗАО «ТатСталь», а проект внешнего электроснабжения комплекса прошел все требуемые согласования с субъектами электроэнергетики и заказчиком.

В заключении представлены основные итоги исследования, сформулированы общие выводы по диссертации.

Общие выводы по диссертации.

В итоге расчётов и разработок по повышению надежности и качества электроснабжения электротехнических комплексов при грозовых воздействиях и резкопеременных нагрузках получены следующие результаты:

- усовершенствована методика расчета вероятности прорыва молнии через тросовую защиту в зависимости от угла тросовой защиты. На основании этой методики предложен способ реализации оптимальных значений углов тросовой защиты, основанной на изменения высоты тросостойки и сдвига гирлянды изоляторов по траверсе;

- на основании расчётов оптимальных углов тросовых защит, выполненных для более 30 различных типовых опор, установлено, что величины оптимальных углов тросовой защиты ВЛЭП, при которых достигается минимальная величина числа грозовых отключений, носят индивидуальный характер для каждого типа опор. Экономический эффект только от снижения времени простоя ВЛЭП оценивается величинами от сотен тысяч рублей до нескольких миллионов рублей в год;

- разработана методика выбора статических тиристорных компенсаторов мощных потребителей с резкопеременной нагрузкой в электротехнических комплексах и системах с недостаточным уровнем мощности короткого замыкания. Методика отличается от существующих тем, что в ней происходит одновременный учёт не только компенсации реактивной мощности, но и снижения доли фликера с анализом возможных мест подключения компенсатора.

Основное содержания диссертации отражено в следующих работах:

1. Чубуков М.В., Чернов К.П., Усачев А.Е. Оценка размеров опасной зоны и вероятности поражения фазного провода. // Шестнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Москва, Издательский дом МЭИ, 2010. Тезисы докладов в трех томах, том 3. - С. 534.

2. Чубуков М.В. Повышение надежности функционирования электротехнических комплексов и систем при грозовых перенапряжениях. // Международная молодёжная научно-техническая конференция «Энергосистема и активные адаптивные электрические сети: проектирование, эксплуатация, образование», г. Самара, 2011 г. - С. 265.

3. Чубуков М.В. Надежность энергосистемы за счет использования статических компенсаторов реактивной мощности и их установки на шинах питающей подстанции. // Международная молодёжная научно-техническая конференция «Энергосистема и активные адаптивные электрические сети:

проектирование, эксплуатация, образование», г. Самара, 2011 г. - С. 388.

4. Чубуков М.В. Влияние угла тросовой защиты на грозоупорность воздушных линий электропередачи. // Диспетчеризация в электроэнергетике:

проблемы и перспективы: Материалы V открытой молодёжной научнопрактической конференции / В 2 т.; Т.1. – Казань: Казан. Гос.энерг. ун-т, 2011. – С. 200.

Публикации в журналах по списку ВАК 5. Чубуков М.В., Усачев А.Е. Решение проблемы компенсации реактивной мощности на металлургическом заводе ЗАО «ТатСталь» //Проблемы энергетики, 2011, №1-2, - С. 62-69.

6. Чубуков М.В., Усачёв А.Е. Влияние угла тросовой защиты на грозоупорность воздушных линий электропередачи //Проблемы энергетики, 2011, №11-12, - С. 83-94.

__________________________________________________________________ Подписано к печати 27.03.2012 г. Формат 60х84хГарнитура "Times" Вид печати РОМ Бумага офсетная Физ. печ. л. 1,0 Усл. печ. л. 0,94 Уч.-изд. л. 1,Тираж 100 экз. Заказ № __________________________________________________________________ Типография КГЭУ, 420066, Казань, Красносельская,




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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.