автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Электромагнитная совместимость конденсаторных батарей в электроприемников

.. . ■ г-

I • ' -■ •>

НИЖЕГОРОДСКИЙ' ОРДЕНА ПУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАКЗЭ ГОЛШЕХНИЧЕСКЙЙ

ШСШУТ

На правах рукописи

ПАРУПШ £едор Балентикогач

СОИВЛШУЛЪ ШЩЕЗШОРННХ ЕШЕЕЗ й Э.'НИРСШЗ'ЕЕКОВ

Сгоцтальносгг. 05.03.03. - Элекгрзтезгнпчесхке коигогзхсц и систем

шето'-кя из управление и регулирование

Аэт&реферьг

дассертацка яа сояскыкзг ученей степени гак^ядата тегнячесюгг ньук

ЕЕ2КНЙ НОВГОРОД - 1992

Работа выполнена ка ка^эдре "Электроснабжение проимкленных предприятий и городов" Нижегородского ордена Трудового Красного Знамена политехнического института.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Г.Я. Вагин

Офяцаалышз оппоненты - доктор технических наук, доцент Л.A. Гериан

- кандидат технических наук, доцект B.C. Орлоз

Бедуцее предприятие - Институт электродинамики /Л Украшпг, г.Киез

Защита состоится 1992 г. з Р**0 часов

в ауд.Н на заседании специализированного совета

К СбЗ.85.06 по присугдзнигз ученой степени кандидата технических наук в Нижегородской ордена Трудоаого Красного Знамена политехническом институте (603600, ГСП-41, г.Нягкии Новгород, ул.Мшш-на, 24).

С диссертаций иозио ознзкоигзься в библиотеке Биаггород-ского политехнического института.

Автореферат разослан 'Ло' 1992 г.

Учений секретарь специализированного совета канд.техн.наук, с.к.с. ^— В.Б. Соколов

Подп. к пвч. 12.II.92. Формат 60x84-/16. Бумага оберточная. Печзть офсетная. Уч,-изд.лЛ,0. Тирах 100 экз. Заказ 276. Бесплатно.

Лаборатория офсетной печати ННПИ. 603022,Н.Новгород,пр.Гагарина,!.

Ь.ШМО (йКА

СЕЦА.Я >ЙРАКШ?КСШКЛ РАБОТЫ

Актуальность пробдеин. Интенсификация производственных троцессоз связана с совершенствованием существующей :: внедрением ювой, передовой технологии. Этому процессу сопутствует широкое знедрсние пентпльтс: преобразователей, электродуговдх печей, свароч-установок г: друг:::: устройств, которые при сзос;*5 работе создают »лектрсналштклз понохн, что привода з: иезгазеши таранетров качества глохтр:зчесг;ой спергпя а отрицательно сказывается на резинах работы другая: элс-ктропраешк:ков в сети.

Под глеетргнгапнтгой совнс-сти.чостью (ЗКС) когтист способность »леэтроприез-шток нормально функционировать в охругадеГ: олектрз-■:-:гн1'.::!о:: сре;;? а иг вниигть в :-ту ср^ду псиоз:, недопустим:-: для хруп-!« электрспрясгпииюц. иримскитольяо з: задача» электроснабжения юд эдектроиогпяяой ссудой конвяслтсл сеть ггазстроенабжения, к корой псдг_;;хч5не. группа злектрс-лраез'л^хсз. Об е еле '-¡силе ЗМС связало со знаг-гательк1л«н затратна!, сбуслаЕ.'1ПБаюк;::ии'Б1:сокке требования к т счисти и обосиогакяост:: нетодозз оценки ЗМС.

Отсутствие детерютн'ровазппгх связей не:::ду олектроприем-•шками определяет случайность процессов э электрических се?;-::-:. » ?тпн обьяснястсл целесообразность пр:::!?нокяя вероятностных*методов да анализа процессов п спсгегх: олектросна6:;:е;шя а ЗЫС в тон.таете. Наличие инерционности олезстроирнемншсоз и сета обуславливает представление е::: в вяде д1:нт:чгс1г,!х слете;?.

Технически проблема ЗМС может Сыть рс-зена путей прпненекпл разлвчгак иного&ункцдон&льннх устройств, улучг-аюцж качество электрогнерпш по одчому ша нескольким параметр?.:!. Основой многих устройств, шюяяякщх тгаиэ функцпа являются конденсаторшв ба-гареи (КБ), которгэ в составе этих устройств явля.огся эле^ритгип збеспечонпя 2МС, а по свое'! {.пзнчгег.оп природе являются объектами 5 псточнзгага элекгролглиго-пи зоз:!уцон":н. Применение фулкцкональ-устройств на основа 13 з спотспах элоктр оспгбгенпя приводит к аоязлени»: линейного ультрагарионечеезеэго резонанса (резонанса то-¡сов на внеппц гар::с;:;:га::); ашянпя ка колебания налрякеяпя в сети; генера1~п1 четга.с: гарнсгпгк то:-:а евстенаип "усталсвка продольной кои-гспсадгп (УПК) - отдельная сварочная маиина"; нелинейных колебаний г» основной :з субггрионачесзтаг частотах 2 с пег ела:-: "УПК - тране{ор-¡атор"; елкянпя на кратности внутренне яеренапряжекгй. Без исследования от:::: процессов нельзя рестть проблему ЗНС в система:: электроснабжения пропашное: предприятий. ,

Диссертационная работа шю лня л ас ь в соо:гвотсеии с координационным планом работ All СССР го научному направленна 1.9.2 "Электрофизика и электроэнергетика", ПРОБЛЕЙ 1.9.2.2.1 "Даль-нейаее развитие теории и методов расчета электромагнитных процессо: в ЕЭС СССР" (постановление И 11000-454-1216 от 5.12.85 г.), соисполнителей которой является кафедра '"Эле-ктроснабхоние промышленных предприятий городов" Нпкегородсу.ого политехнического института.

Цель работы. .Разработка вероятностных, динамических и статических и одел ей 1СБ как источников электромагнитных возмущений, позволяющие осуществлять проектирование оптимальны:: систем гяектроснабже-нгя с КБ а составе устройств обеспечения S'-'.G.

В диссертации поставлены и решаются следующие задачи:

1) Разработка вероятностные моделей источников гармоник с резкопереиенням яосинусоидальнж рел'мэи работа с учетом влияния КБ поперечной когшс-ксации.

2) Исследование влияния конденсаторных батарей поперечной компенсации на колебания напрягс-ния узла нагрузки с слектроприемниха-ии резкоперемениого характера работа.

3) Разработка математической модели феррорезоиансных колебание в системах с установкам продольной компенсации в линии питания узлов яагруз:л п исследование возмояности их существования к подавления.

4) Исследование особенностей электромагнитных процессов при индивидуальном использовании установок продольной компенсации.

5) Разработка вероятностной модели эквивалентного воздействия различных видов внутренних перенапряжений, в той числе и перенапряжений при коммутации конденсаторных батарей поперечной компенсации и построение функций распределения хратностей перенапряжгний для узлов нагрузки с различным составом электроприемников.

Метода исследования. Исследование эквивалентных источников гармоник и зквивалентнтных воздействий внутренних перенапряжений проведено с,использованием аппарата характеристических функции. Влияние кондонсаторниг. батарей на колебания напряжения исследовано в рамках статической модели нагрузок. Спектральный состав тока электросварочных иаиин с установками продольной компенсации получен с помочь» разложения э ряд Фурье решения линейного дифференцаалько-го уравнения. Исследование феррорезонаксных колебаний систем "трансформатор -установка продольной компенсации* проведено в рамках метода гармонического баланса а анализа устойчовости по критериям

дифференциальных уравнений типа Хпяда.

Научная новизна. Разработаны иетодн вероятностного описания Еисинх гариокпк, генеркруеьщх нелинейншш нагрузками с резкоперэ-иекнхш ргзимои работхг. Определены гранича адекватности модели историка токов еысп::х гармоник при налгсчпи КБ и предложена приближенная лодгль пстот-п!ико2 гшсипг гармонш: п режиме резонанса токов.

Разработана методика определения влияния конденсаторных батарей поперечной кс^лепслцип на ¡солебип:.?. нслрягенкя.

Опредегеш гранту существования гге.-гинеГи?!-:* феррорезоканс-;пп: ::сле6а!П1:! 2 сетя:: с "НС п степень слияния дгзпфзру-

клего фактора.

Предложия; фулпжп зорсатпостаого огксаг.ая омкзалонтаого позд'.пгтьпл гнутрс-л;::;: перггапряй^ипй рагязг-исзз шгсеискснсстк и олрехеяекк их огиоаа» сгтггстгчэскис яарахтерястшз: для предприятий с ггтзноплгппс:: исг.псстко 13.

Пргп; ц'г.иосгг-. Сггяпсттеаз» харгтсгеристш! оквкза-яентнш: нетс^:гпссз шспг» гаршшк тг,*гг учете елгяяпз конденсаторных батарей могут бсть испел^осЕат: для пороятксстко-япнаиячесхой оценки Э;.'С но }ф:ссро гшяв: гариоип::.

Разработа'.глзд неточна учета кглзжя коздексеяортх: батарей на '¡слебанггя напр.тжеш.» сети гязголяот определить доза зеолебаннй при установка з^пдепсаторнж батарей яоперочтой кошгнеацаи з системах олснтроснабкеяпя деЛстпу»;;:::: предприятий.

Расчетные здрззеягя злеэтронагнптк:": процсссоа установок про-дояшой коилецсадя для олезстросгаро'зак исез:::! позволяют выбрать елтнмалмпге услес-ггл работ:: с5оруде-а::::п.

Определение зон существования ггелгггтегтг^г феррорсзскакскш: :;о-лебакн.: к атлянп? на кил деипфгфркзего фазггорз позволяет разрабатывать установки продольной компенсации с нг&еяпг! подайяекзем не-л::нс:':!п::-: згелебен::;':.

•¿■уъкцяп вероятностного описания окзтагдентнего воздействия Енутренняз: паренапрягепни дают обоснование для принятия рсиения ? специальны:: яера:: огредпчеккл :: гтеево.тлкг осучестгкть шбор з;сл-кретных устройств п иероприятнй ло ограничению .перенапряжении.

Реализация результатов работзл. На основе рассчктгянк: героят-' ,'остнк:-: характеристик кратностей перенапряжения и системе элехгро-знабяеппя 6кВ Кстпесхого завода БЕК предложены н Енедренп иеропрп-:ткя по ограниченно перенапряжений, шзшззогак коммутациями КБ. ранние мероприятие позволили повпспть надежность электроснабжения

залода.• ' '

Апробация работы. По основный теоретическим положениям и результатам диссертация сделано 7 докладов: на научно-технических конференциях "Актуальные проблею: электроэнергетики", г. Горький, ГЕИ, 1087, 1991г.; на X сессии Всесоюзного научного семинара АН СССР "Кибернетика электрически:: систем" по тематике "Электроснабжение лроыыыентк предприятий", г.Новсчекасск, 1Ш, 1987г.; на VIII', IX научных конференция:: .-.елодых ученик Волго-еятского района, г. Горький , 1033г., 1339г.; на всесоюзной научно-техш-гаеской конференции к "Состояние и перспективы развития олектротехнологшГ, г. Иваново, ИЭН, 1987г.1 на научно;: семинаре /Л УССР "Научные основы электроэнергетики", г.Горький , ГШ, 1988г.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 работ. Структура и объем диссертационной работа. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения; содержит 114 стр. основного машинописного текста, 64 стр. иллюстраций, .11 таблиц, 12 стр. списка использованной литературы из 127 наименований, 2; стр. приложения.-'

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ . •

Во введении обоснована актуальность проводлмых исследований, определены основные задачи диссертации, сформулированы научные положения, выносимые на защиту. ,

В первой главе проведен анализ электромагнитных-помех, генерируемых элс-ктроприенниками (ЗП), и устройств снижения .электромагнитных помех. Показано, . что. для, обеспечения ЗКЗ в настоящее время применяется больная группа устройств, основой которых являются КБ параллельного и последовательного включения: регулируемые, и нерегулируемые установки поперечной компенсации, установки продольной компенсации (УПК), силоше резонансные фильтры, фильтрокомпенсирущие и сиииетроконпенсируюлще устройства, параметрические стабилизирующие устройства. .

" Классифицированы вида воздействующих на КБ электромагнитных возмущений и их допустимые нормы. ', ' ' -

Рассмотрены возиохлые представления КБ как элементов электрических схем замещения. Отпечена независимость от частоты емкости и тангенса угла потерь ."КБ в области частот , характерных для систем электроснабжения промьишенных.предприятий.

Охарактеризованы основные электромагнитные явления, аозника- ■ юцие в результате взаимодействия КБ с 3ÎI и пнтакчей сетью: ультрагармонический резонанс токов в систеиах электроснабжения с нелинейными нагрузкам и КБ поперечной компенсации, являющийся наиболее опасным из линейных резонансны:-: явлений; изменения спектрального состава токов, генерируемых источниками гармоник (IÎT), в режиме.резонанса токов; влияние КБ параллельного включения на колебания напряжения сети, создаваемые 'Л1 с розхопереиенш-ш рожпнок работы; наличие четки:: гармоник и постоянной составляя:;:;! з спек-* тральной состакэ токов и напряженки системы "УПК-олектросварочная пекана (ЗСМ)" в неустаноБИЕИпхся ретинах п их влияние на качество сварки, работу оборудовать ланкой сисгепы и обеспечения ЗМС; нелинейные ферререголанскне колебания и систепал электроснабжения с УПК з линяя;: гктгнчд цгхошп трансформаторов на основной и субгармонической частота::, Нйзхжасгаж феррорезоиансон напряжения (ÏH) и субгарц&иичгскгка хелебгнпглш (СК) соответственно; шеокие краткости перенапряжений при копнута!?::; 1S поперечной компенсации, что екгзх—?.от':.*: на эквивалентной распределении кратности внутренние перенапряжений.

Вторая глава посвящена разработке моделей ИГ с резхопереьенннм гарастерои работн и учете КБ поперечной хойленсацпп.

Отсутствие детерминированных связей иежду отдельным нелинеи-ылад резкогкреиенннкп нагрузками определяют случайность генерации ЕГ. Этш! объясняется целесообразность применения вероятностных методов для анализа ВГ. Наличие инерционности ЭП п сети обуславливает использование динамических моделей при изуче-иин воздействия ВГ. С учэтеч узкололосности попели БГ от групп ЭП , независимости инди- . Евдуалькыг процессов, линейности, преобразующей систем и/сеязи m езду инерцисти:: ггалекмуман;! первого и.второго порядка, модель IÎP с резхопереиеннкл характере!! работы кредлогено строить в ¿Е:де идеаль-кле источников тока отдельная гармонях jco случайным ларактером огп-6а:ог;н:: с известными функциям! распределения. j

Такая модель позволяет сочетать метод оценки ЗМС по динамическому показателе и е en.1; у с о нд ал ь н с с п; ¡г случайный ларзктгром попела с традицпонныкя кетодак:! расчета Б?. Блок-слеи.-. моделирования процесса генерала!, преобразования и вероятяостно-дикаккческсй оценки SUC по критерии ВГ* приведена на рис. 1.

3 1 ГШ 2 V 1(0%

¡тм0+/

-пи

Рис. 1

На рис.1 блок 1 представляет'источник гармоник тока с известтш вероятностный описанием огибающих; блок 2 - линейную систему, преобразующую- з;онеху; блок 3 отражает инерционность ЭП; блок 4 — выделение результирующей огибающей; блок 5 - связь ннерциоинкх максимумов первого и второго порядка.

ВТ, генераруенке резколереиеняой нагрузкой, исжно рассматривать как грушу шлульсоп со случайными врем гнали импульсов и пауз, и гармоническим заполнением. Фундаментальную роль в формировании огибающих таких процессов играют индивидуальные графики нагрузки, статистическое описание которых подробно изучено. Эквивалентирова-кт индигидуальгак графиков в групповые осуществляется известными методами, отличахщвмися низкой точностью и большой трудоемкостью.

Предложено дйя екзивалентирования индивидуальных графиков ис-лсльзовать аппарат характеристических функций. Характеристическая функция суммарного процесса 'Х^при. независииости индивидуальных ■ХЫ имеет вид

1

Для ЗП со спектральный составом ВР, определяешь! ограниченным набором параметров (контактные электросварочные машины, установки на основе вентильнис преобразователей и т.п.) индивидуальные характеристические функции, описывающие последовательности импульсов, имеют вид

Х1у=Е Р,ехр(Ц1ур,

о ^ т .

где - вероятность, соответствующая знамени» квадраторнои

я

составляете« V -с;: гармоники тока.

При этой следует иметь в виду следующие особенности построения модели:' аппроксимация неконечных функций конечными, экЕПЕалентиро-вание с учетом'квадраторных составляющих, суммирование ВГ в линейных проводах, функциональное преобразование вероятностных характе-рпстик квадраторных составляющих в характеристики квадратичных и эффективных процессов.

Для ЗП с больпи:! числом ВЛ1ЛЕЩНХ на спекралышй состав помехи факторов прогнозирование уровней ВГ на основании чисто теоретических соображений затруднено. Поэтому для оценки ВГ тока в этом случае ргкскецдуетсл пользоваться результатами измерений, проведение: па действующих установка:. Например, характеристическая функция помехи, генерируемой ДСП г течении всего времени главки, запишется з виде

=I ехр[ 1. а"!,г 6%$/2], : (3)

где , Ц , косффпцяск? включения, среднее значение

я среднеккдратпчг ;::ое отклонение У -ой гармоники -ей ступени плавки-.

Функция плотности распределит ЕР, генерируемых группами ?П, находится обратным Фурье-преобразованием изображений - екгзизагент-гаяс харзаггернстичоских функций.

Наиболее общим считается метод расчета БГ, оснований на задающих значениях тока отдельных гармоник их эквивалентны:: значениях. При подключении !СБ на пгапх подстанции в режиме ре'зонакса токов процесс генерации резко меняется: сопротивление контура, обра- ■ зеванного КБ и индуктивностью сет::, возрастает; кривая питакцего напряжения искажается; нарушается принят инвариантности КГ. Оценку изменения токов ЕГ1, генерируемых челпнлгаык:! нагрузками, в режиме резонанса токов нсето провести в рамках модели источника тока ЕГ с внутренней проводимостью.

В диссертации получены граничные условия адекватности модели идеального источника тока ВГ для различных мощностей ИГ и КЗ, с учетом активный сопротивлений сети, мощности источника литания и коэффициента мощности ИГ.

Доказано, что удовлетворительная точность пра расчете БГ в -резкие резонанса токов может быть достигнута при использовании модели ИГ в виде источника тока с внутренней проводимостью и Ееро-

9

ятност-нкм описанием амплитуды, получении« в результате моделирования по предложенной статистической модели- эквивалентного ИГ.

Разработан иглингай алгориги моделирования ВТ, создаваемых группок ЭП с резкопеременным режимом работы. Входными данными пакета программ но гут являться функции распределения- или характеристические функции КЕадраторных составляющих токов отдельны:-: гармоник, генерируемых индивидуальными нелинейными ЭП. Показано, что задание информации в гиде характеристически;: функции более предпочтительно с точки зрения оптимизации времени расчетов на ЭШ.

Моделирование проводилось для групп ЭП, график нагрузки которых описывается статистически повторяем«"! законченной последовательностью импульсов. Анализ полученных характеристик показал высокую степень согласованности с нормальным законом для квадраторшн состаЕЛ?.кщ:к, начиная с 6-9 ЭП в группе, для опйаюг-ж - 12-15. Отмечено особое положение при эквивалентировании гармоник, кратны:; трем.

Третья глава посвящена исследованию влияния КБ на колебания :'апря'£ек::я при наличии. ?П с резколеременяык ретпкок работи. Разработана математическая модель для оценки дисперсии изменения напряжения в узле нагрузки с различ:-па! составом ЭП и КЗ поперечной кои-

ПеНСа!?!!!.

/ля узла нагрузки с различным составом ЭП предложена следуцая формула определения дисперсии изменения напряжения

СО

Г) 2 _ Г^.ГЕIV]

где и , Е , X - относительные значения напряжения узла нагрузки, ЭДС источника питания, сопротивления линии питания с трансформатором, (£{ -доля "спокойной" нагрузки с линейной статической зависимостью от напряжения, С-доля "спокойной" нагрузки с квадратичной статической зависимостью от напряжения (двигательная нагрузка), С/^ -доля резкопеременной нагрузки с линейной статической зависимостью от напряжения (ЭСЫ со стабилизированным током), сД -доля резкопеременной нагрузки с квадратичной статической зависимостью от напряжения, -степень компенсации реактивной мощности.

Формула (4) позволяет получить количественную зависимость влияния состава нагрузки и степени компенсации на. дисперсию изменения 10

напряжения в узла нагрузки (ряс.2), произвести оценку дисперсии "сверху", определить степень возрастания дисперсии при увеличении степени конденсации.

а е.

0,0023

0.0026

0,0024

0,0022

\

_ \//г4с^ ^ <Д ,£¿54

с^У-о^об'0

/¿о

0,0

0.2

О,* Рис. 2

46

ае.

Исследование дисперсия' с учете;! ее распределения по частоте возиозно в ранках модели со следующими свзнстпага: независимость источника колебаний от внепннх параметров; пгренос энергии колебаний на частоте равней лрс'дменной^ линейность преобразующей системы. При характерных для лроншлеаюи сетей злеетроснабгенпя соот-испениях параметров 8/Х"-(0.05-0,2) у Х'^0+05, Урез>5 ? учете узкополосности помехи колебаний, ттреобразугчуп сгств1гу могло представить идеальным полосовш фияьтрои с коо$фс?:5нтои передачи равный

Инвариантность спехтргльной плотности хсягбентп в системах электроснабжения с яопгречной -?сяпгксацией я без нее яозяелает пересчитывать дозу холебаниа иес?гредгтвекно а*.-фора]«»

Один es путей повзшекил коэффициента иащяости ЭСМ является оборудование их УПК. Проведенное исследование показало, что введение в цепь еиг.сстных элементов УПК коренный образом изменяет электрсмагннткие процессы ЭСМ с тиристорннки регуляторами мощности: ток сварки В этой случае будет прерывистым, а емкость УПК после заверпеквя очередного импульса сварки окажется заряженной до остаточного напряжения.Это напряжение, постоянная времени разряда и время паузы определяют напряженке на КБ УПК к следующему импульсу сварки. Поскольку начальное значение'тока свар;-; равно нулю, то начальное напряжение однозначно определяет особенности протекания злекгрсиагнеушк процессов. Б зависимости от характера изменения начального напряжения на емкости УПК возиогно три реягла работа SOL üepEitá реши характеризуется постоянной энергией импульсов сварки и отсутствие:: четных гарионюс; второй-постоянной энергией и наличие« четких гармоник; третий - тиснением энергии и наличием четных гармоник.. Очевидно, что первгш из них" является наилучшая как по условно качества сварка, таю ti по условиям работы оборудования и Ш2. - . -

Анализ показал, что' отииадашй рех»; возиежэк при "непрерыв-начальных условия::, обеспеч>шаегав; автоматический включением разрядного резистора только после отключения ЭСМ от сети и заданием системой упраайгешя таристорюш регулятором мощности четного .тлела подупгрнодов в паузах.

Эффекгтокыи' способом снижения колебаний иапрааселия в сетях яра нзлпчпа резкоперс:;екно;У нагрузки является применение УПК, включаемых в лини» патагск С-10 кВ подстанция с такойfнагрузкой.

В контуре переходного процесса последовательно с конденсатор-кьз-.г: батарея*«; оказывается мсаочешаы трансформатор, обладающий не-дикепмой веСеранпернск характеристикой (ЕАХ). Это обстоятельство ноает вызвать возбуждение устойчивых феррорезенаненкх колебаний с бсльпиип амплитудами тока (8-10кратное значение) а напряжения

0-2, бкратное значение). Феррорезон&нские колебания, возникающие в системе "ЯК-трансформатор", имеют частоту приложенного напряжения - феррорезоканс напрякенш(5й) или частоту меньшую основной частоты б П. раз - субгармонические колебания (СК). С точки зрения возбуздения SH отличается-тем, что он может возникнуть при плавном увеличения внешнего воздействия. Дня СК при иаши амплитудах дос-12

тавляекая в цепь энергия сказывается иеньпе потерь з плавно;: раскачки колебаний до установивзихся значений не происходит. Побтоиу для возникновения устойчивых СК, помимо выполнения определенных соотнопений между параметрами цеп::, оз:азызается необходимым тем ¡•„ли иным путем получить начальные условия, соответствующе превышению доставляемой энергией над потерями. По экспереиенталыши данным СК могут возбудиться в переходных регаиая включения трансформатора на холостой ход, распунтирования УПК, сброса нагрузки.

Нечетные СК возбуждаются легче о устойчивее четных, тем более, что для возникновения четных СК необходимы несикметрия ветвей ВАХ или постоянная составляющая з питаицеи напрааении. Кроме того, чем выше порядок нечетных СК, тем ниже их амплитуда и труднее их возбудить. Поэтому для данных сетей наибольший интерес представляет исследования СК третьего порядка и <Ш.

Предложен следующий метод исследования нелинейных установившихся колебаний: составление исходного нелинейного дифференциального уравнения; выбор функции аппроксимации нелинейного члена; выбор вида предполагаемого решения , подстановка его в и'годное дифференциальное уравненние и разложение в усеченный ряд Фурье; применение метода гармонического баланса и решение полученной системы алгебро-трансцендентных уравнений; получение уравнения в вариациях и приведение его к известным типам; исследование устойчивости для полученных решений по соответствующим критериям.

Лдя систем " трансформатор-ЛК-денпфарзг^-ге активное сопротивление" исходное дифференциальное является недннейнум, неоднородным, второго порядка. Приближение Е1Х стали трансформатора целесообразно осуществить усеченным алгебраический пс.тинаиои. Предполагаемое решение ищется в виде суммы составляк^та основной и субгармонической частот. Уравнение в вариациях прязод5ггсд к урагнекг» типа Хнлла, для которьк критерии устойчивости известки.'

В результате исследоеания по данной логическая схеме были получены аигклтуднле характеристики :: зоны устойчивости устгнсвивсих-ся СК для Систем с мвгкитопрсвэдаин трансформаторов яз горячехатан-ных (1511) и золоднохатанных (3413) сталей при различной степени демпфирована. Переход от окнефазнше систе:: к трехфазный осуществлялся из условия равенств?, яотохоецэплекяй, 2ДС а зарядов соответствующих контуров п урганоаепенности гроп^ззкиз систеи. .

Анализ результатов, моделирования показал, что устсйчянн» СК могут возбудиться з непешоф^эком резяиз твехфздной системы с трансформатором с соедгаенпег агссг'гпгх обкотог. э треугольник -я ста-

ль.» 1511, а с учетов максимально допустимых отклонения напряжения и со сталь» 3413. В иеполнофазном режиме с соединением обиоток трансформатора в звезду возникновение устойчивых СК маловероятно. Для полнофазных регс:ыов в системах со сталь» 3413 с увеличением тока" холостого хода трансфорятора зона устончитлгх СК пересекает область допустиша значений отклонений напряжения. Поэтому для систем с холоднокатанкой сталью 3413 в полнофазных решках существует г опасность возникновения устойчивых СК.

Однш из наиболее просты:: и эффективных способов подавления СК является шунтирование КБ УПК активным сспрстизлеиием. При этом с ростом коэффициента демпфирования В уменьшается сирина устойчивых зон и флуктуации приложенного напряхения легче вызывает возмущения, выходящие за границы области протяжения СК. Наибольшее демпфирующее действие проявляется со значений $ >0,1 (рис.3).

Рис. 3

Нг-.'оскозаиЕа проведенных теоретических исследований кохно сделать еыьод, что в трехфазных: системах "тргнсфориатор-УПК" воз-ло.гко возбуждение устойчивых СК на частоте 50/3 Гц. Причем для трансформаторов с иагнитопроводаки из холоднокатанных сталей более опасны полнофазкые резяиы, а для горячекатанннх - неполнофаз-ные. Подавление СК шунтированием КВ актЫЕигм сопротивлением является наиболее простым и достаточно эффективным способом (при правильном выборе значения параметра & ), что позволяет разработчикам УПК использовать его в более сложных устройствах . 14

Для более простого случая нелшезжп колебаний - получены аиалит*зческпе. выражения определения критических точек усгойчиврсти - прямого и обратного три^эрного перехода.

Анализ зависимостей приложенного напряжения, при которой происходит скачек "вверх", показывает, что плавное увеличение амплитуды Енеснего напряжения в допустших по ГОСТ 13109-87 пределах в системе "трансформатор-УПК-ахтиЕКое сопротивление" не приводит к возникновению '1Н как для стали 1511, так а для стали 3413, как при сунтироЕзнкп, так и без него, Поэтому возникновения Ш так же следует о:-шдать в переходник рехшах. На рис.4 показаны зависимости ( влияния дешфнруздего фактора на значение приложенного- напряжения, при которой происходит скачок "вниз". Уверенное подавление 5Н наблюдается для горячекатанной стали 1511 при К. )0, 7 , для холоднока-танной стали.3413 при В >0,85.

ае.

оз

0J

о/

0,6

иг, VA /

т{ anos N у, / /

п/ ■ ... . J

7 ' /

А V jl.Jte.ymr ' Qífjir-.

\о,о о,г 0,6 oj се.

Tac. 4

Четвертая глава посвязеиа исследованию уровней внутренних перенапряжений (ЕЛ) в распределительных сетах среднего напряжения с большой установленной мощностью КБ поперечной компенсации.

Установлено, что расчетный уровней яоренаярлгений в кабельных распределительюга сетях гранталенных предприятий является уровень Ш (копнутац!юнних и при однофазных заииханпяк на землю (ОЗНЗ)). Приведены допустимее кратности Ш для электрооборудования

15

и электродвигателей.

Дана гарактерпстпке. основных видов БП: при ОЗНЗ.лря коммутации трансформаторов, при коммутации КБ и кабельных линии, при коммутации электродвигателей. Показано, что наиболее высолгни краткостями обладают Ш при отключении КВ.

Установлено, что для принятия решения о применении специальных нор по ограничеит Ш и выбора конкретных средств ограничения необходимо знать вероятностное описание эквивалентного воздействия веек видов ВП.

Дня определения статистические характеристик- эквивалентных крайностей ЕЛ произвольных интенсивностей использован аппарат характеристических функции. Характеристическая функция усредненного импульса Ш, по луче нал ::з условий независимости еозкпккоеонп.-: выбросов Ш с ревгкетва функхяп нарастающего итога, имеет вид

т <ä""i

где - эквивалентная результирующая внтонсие-

j=i

ноет Г: все:-: j-ызг видов Ш. Определены аналитические выражения для «атекатического огзлздвя и дисперсна эквивалентного воздействия ЕЛ.

В обг.ги случае аппроксимация функций распределения кратностей внутренних Ш гуржи;тся коиОияйЦиэи окспоиег'^зльнкк .зависимостей , а $урьс-язо6рггрки*з гшп:гизаэтея в.гиде

В диссертации приведены параметры , ^о , Пр , , 'у , к характер-дети:® вероятностного описания отдельны:: гидов ВП.

В качество сбьсз.тоЕ исследования выбраны прошеленные предприятия с преимущественно низковольтной нагрузкой (около 70°/ установленной мощности для машиностроения ) и предприятия со значительной долей высоковольтной нагрузки (до 60% для химической, нефтехимической и биохимической промышленности ). Установлено, что основным возмущающим фактором для перзнз являются коммутации цеховьк трансформаторов б; 10/0.4 кВ, для вторых - коммутации высоковольтных . электродвигателей. Возмущения, связанные с 16

коммутацией гысоковольтных КБ, могут обладать различной интенсивностью в зависимости от вида и стелена компенсация, и заполнения резина реактивной мощности. Доля перенапряжений, вызванная СЗНЗ и коммутацией кабельнкх линий относительно невысока и примерно одинакова для современных сетей промышленных предприятий.

- В результате моделирования получены фунукции распределения и основные статистические характеристики ЕП систем олектроснаб-¡ккия б - 10 кВ : математические ожщанпя {М(К)}, дисперсии (0(К)}, максимальный урозень (К(Г<5Я)}, уровень согласованности расчетных . распределений с распределением Лапласа - Шарлье по критерию Пирсона { Рхг>, коэффиценты асимметрии {А} и оксцесса (Е) при различных соотношениях интенсивностей отдельных видов аознуцений (табл.1).

Таблица 1

:Относительная доля ЕЯ : М(К) : D(K) :К(?<5%): ?г2 : А : Е :

: в % , вызываемых : : : : :

:-------------------------+ о,г ; о.е : о.е : о.е : о.е : о.е

:ОЗНЗ: исл: ККБ: КЗР: КЭД: : : : : : :

+----+----+----1----+----4------+------+-J—---♦_____+-----+______+

: 3 : Ii 0 : 80 : 10 : 2,053:0,0464: 2,510 : 0,73:1,391: 1,526:

: 3 : 7 : 20 : 60 : 10 : 2,137:0,0867: 2,595 : 0,53:1,384: 1,777:

: 3 : 7 : 40 : 40 : 10 : 2,220:0,1269: 3,012 : 0,40:1,042: 1,843:

: 3 : 7 : 60 : 20 : 10 : 2,303:0,1671: 3,085 : 0,05:1,039:-0,083:

+----—_+----+----+----+------+------------•:■_____+-----+______+

: 3 : 7 : 0 : 10 : 80 : 2,131:0,0855: 2,561 : 0,66:0,691:-0,568:

: 3 : 7 : 20 : 10 : 60 : 2,214:0,1252: 2.S48 : 0, 36:0,764: -0,483:

: 3 : 7 : 40 : 10 : 40 : 2,276:0,1547: 3,032 : 0,54:0,758:-0,515:

: 3 : 7 : 60 : 10 : 20 : 2,324:0,1775: • 3,098 : 0,95:0,861:-0,227: +----+----+-___+----+----+------♦------+____________*_____+______+

ОЗНЗ - однофазное замыкание на зеиао; ККЛ - хоииугацяя кабельных линий; ККБ - коммутация КВ; КГ? - ко»я*уггцзя трг-мсфсрматоров; КЭД - коммутация электродшгатедгл.

Анализ результатов пссдсдозликя показывает, что наблюдается возрастание уровня ЕЛ при увеличения относительной интенсивности коммутаций высоковольтных электродвигателей и особенно КБ.

На конкретном примере распределительной cotv. среднего напряжения предприятия биохкмзческего профмя показана практическая ценность вероятностного' модегир-.-ания Щ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На с сковали:; прозедеяных в диссертация теоретических я экспериментальных исследований получены следующие результаты

1. Доказано, что иредетапаеине источников гксшпя гармоник в виде источников тока нельзя распространять на электроприемникп с резхспс-ренмшхю режимом работм яри наличии в сети кскденсаторнга батареи, ты; как прз с-тс;: получается больсая погрешность в расчета-уровней гариишк.

2. Разработана иатекатнческая модель с-квизаяентных источников виспкх гармоник с рэзколереиешшн резинок рс.боты при наличии в сети конденсаторных батарей, позволяющая повысить точность расчета высших гармоник и учесть вероятностный характер процессоа генерации вцсипх гар!-:он;5к.

3. Нг основании исследования влияния конденсаторных батареи на источники га'.сшнх гармоник определены граничные параметры адекватности разработанных математически:: моделей источников высей?: гармоник с розкопэремениш характером работы и наличии в сети конденсаторных батарей.

4. Разработана методика расчета доз колебании напряжения в сети, гтахг.ей группу элекгропраешшков с резкопереиеннш характером раЬонг к различигх-я статическими характеристиками при наличии кондснсато-хилг батарей.

5. Цреддояш условия выбора оптимальны:: параметров работы влестросваргчных -установок с тирасториыми контакторами и установками продогм-'о;"! компенсации, что позволяет обеспечить электромагнит»-/» совместимость электросварочных установок с другими электро-ирнбиуакокг и максимально повысить коэффициент мощности от;::: усТа-ПОВЗХ. '

6. Оярадошш зоны существования резонансных и феррорезеианс-них Я1ас;;2Й в сетях с устройствами продольной компенсации, что позволяет ¡шбир&ть параметры установок и снизить аварийность атих сет с.".,

7. Определено влияние конденсаторных батарей на внутренние иг-ренапряхения- в системах злектроснабкенкя с больпии количеством высоковольтных электродвигателей.

8. Разработана математическая модель вероятностного описания различных видов внутренних перенапряжений узлов нагрузки с различным составом электроприемников и конденсаторным батареями.

9. Получены функции распределения к основные статистические

характеристики внутренних перекапрязений систем электроснабжения при большем числе электродвигателей и конденсаторных батарей, которые можно использовать при проектировании подобных систем электроснабжения.

Основные результату исследований по теме диссертации опубликованы в следующая работах.'

1. Вагин Г.Я., Крахмелпи Й.Г., Еарутин 'J.B. Особенности применения индивидуальных установок продольной компенсации (УПК) для электросварочных калин (ЭОЛ). -В кн. t Актуальные проблемы электроэнергетики. (Тезисы докладов). -Горький, 1991, с.21-22.

2. Вагин Г.Я., Крахмалив Й.Г., Шарутип.В. Представление электросварочных калин как источников высших гармоник. -В сб.: Электрооборудование промизленннх установок. - Низший Новгород.' НЫШ, 1991, с.29-33.

3. Вагин Р.Я., Чечхоз В.А., Шарутин Ф.В. Исследования перенапряжений в сети бкВ промыэленного предприятия с бсльпх! числом высоковольтных электродвигателей и конденсаторных установок. -Про-мьпденная энергетика, 1992, N6, с. 22-25.

4. Багин Р.Я., Шарутин <S.B. Исследование субгармонически рэ-зонансов в промкзлеяных электрических сетях с установками продольной компенсации. -Техническая электродинамика, 1902, Кб, с.43-4?.

5. Шарутин Ф.В. Исследование феррорезонансных явлений в электрических сетях с УПК. В отчете: Погашение Цфектппяости реззгаов работы электрстехнологических установок; М Г~ 01вб.0035504 ;

Пнз. N 0290.0012135 7/ Сборник рефератов KP я ОКР. Серия 20. Энергетика. Электротехника. Ядерная техника. - 10 SO, К 8» с. 8.

6. Шарутин Ф.В. Репение систеи гннойпых дифференциальных уравнений сложных элехтричееккх цепей яа 2*21. -3 т.' Девятая научная конференция молодых ученых а специалиста:; Волго-Вятского региона. (Тезисы докладов). -Горький: ГЕУ, 1389; с. 107.

7. Шарутин Ф.В. Субгармонический резонанс третьего порядха а сетях с' установками продольной компенсации. -В кн.: Восьмая научная конференция колодгзс ученых Бслго-Елтского региона. (Тезисы докладов). -Горький: ПЗШГ, 1088, с.2-17-246.

Личный •аит.ад автора. В работе 2 гаугору гризлтуияят расчетная часть, в работах 1,3,4 - методический подход, исследовательская а расчетная часта.