автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Моделирование, анализ и устранение последствий несимметричных режимов в системах электроснабжения

Введение.

Глава 1. Моделирование несимметричных режимов в СЭС.

1.1. Общие положения теории несимметричных режимов.

1.2. Схемы замещения и уравнения режимов отдельных симметричных составляющих.

1.3. Схемы замещения и уравнения режима прямой последовательности.

1.3.1. Моделирование структуры, конфигурации и состояния системы промышленного электроснабжения.

1.3.2. Обобщенные параметры режима для разных иерархических уровней системы промышленного электроснабжения.

1.3.3. Оптимизация расчета режимов.

1.4. Схемы замещения и уравнения режима обратной последовательности.

1.5. Схемы замещения и уравнения режима нулевой последовательности.

1.6. Выводы по главе 1.

Глава 2. Система программ для расчета несимметричных режимов в СЭС.

2.1. Особенности моделирования неполнофазных режимов.

2.1.1. Алгоритм расчета составляющей обратной последовательности.

2.1.2. Алгоритм расчета составляющей нулевой последовательности.

2.1.3. Алгоритм расчета составляющей прямой последовательности.

2.2. Характеристика программы КРИ^ для расчетов неполнофазных режимов в произвольной СЭС.

2.3. Особенности моделирования несимметричных рабочих режимов в СЭС.

2.3.1. Подключение однофазных нагрузок на междуфазные напряжения электрической сети.

2.3.2. Подключение однофазных нагрузок на фазные напряжения электрической сети.

2.4. Характеристика программы КБХЖ для расчетов установившихся несимметричных режимов в произвольной СЭС.

2.5. Выводы по главе 2.

Глава 3. Расчетно-экспериментальные исследования и анализ несимметричных режимов в СЭС.

3.1. Характеристика схем СЭС для расчетно-экспериментальных исследований несимметричных режимов.

3.1.1 .Общая характеристика расчетной схемы СЭС.

3.1.2. Несимметричные режимы в расчетах коттеджной застройки Подмосковья. Общая характеристика расчетной схемы системы электроснабжения.

3.1.3. Характеристика системы электроснабжения п/ст "Органическая" для расчета неполнофазных режимов.

3.2. Неполнофазные режимы в СЭС и их последствия.

3.3. Исследование возможного кратковременного объединения на параллельную работу вводов с неполнофазным и нормальным режимами прй оперативных переключениях.

3.4. Определение допустимых по нормам качества электрической энергии установившихся несимметричных режимов в СЭС.

3.5. Выводы по главе 3.

Глава 4. Ограничение и устранение последствий несимметричных режимов.

4.1. Применение симметрирующих устройств для устранения несимметрии напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий.

4.2. Общая теория синтеза симметрирующих устройств для устранения поперечной несимметрии.

4.2.1. Компенсация токов нулевой последовательности от несимметричной нагрузки.

4.2.2. Компенсация токов обратной последовательности от несимметричной нагрузки посредством симметрирующего устройства.

4.2.3. Методы симметрирования трехфазных сетей по мощности.

4.3. Синтез симметрирующих устройств для устранения последствий неполнофазного режима.

4.4. Выводы по главе 4.

Обзор публикаций по теме диссертации. Многофазные СЭС, содержащие несимметричные элементы, характеризуются особыми несимметричными режимами работы. На практике различают длительные и кратковременные несимметричные режимы [15,29,81]. Последние имеют место при различного рода аварийных ситуациях и протекают в относительно короткие промежутки времени. Сложные несимметричные режимы имеют место как длительные нормальные режимы для ряда несимметричных устройств: преобразователей фаз, симметрирующих элементов, несимметричных электродвигателей и т. д. Значительное распространение несимметричных нагрузок приводит к заметным нарушениям симметрии токов и напряжений в трехфазных электрических сетях, особенно распределительных. Несимметричные электрические нагрузки на промышленных предприятиях обуславливаются мощными однофазными электропечами, машинами стыковой и дуговой сварки, агрегатами контактной точечной и рельефной сварки, мощность которых может достигать 400 кВА в единице [12,14-16].

Как правило, в указанных сетях наблюдается поперечная несимметрия, вызываемая подключением различного рода однофазных электротермических и других устройств на предприятиях черной и цветной металлургии, химической и ряда других отраслей промышленности, а также определяемая влиянием однофазных тяговых нагрузок. Значительно реже проявляется продольная несимметрия вследствие различия индуктивных сопротивлений отдельных фаз реакторов, которое допускается в пределах 10 % [19].

Характерной особенностью таких сосредоточенных однофазных индуктивных нагрузок является их низкий коэффициент мощности. Однофазные несимметричные режимы нагрузки определенной части трансформаторов, отдельных участков сети могут существовать как нормальные эксплуатационные режимы, если равномерное рассредоточение таких потребителей по фазам невозможно.

При наличии несимметрии напряжений и токов фаз в трехфазных электрических сетях возникает ряд нежелательных явлений, ухудшаются технико-экономические показатели работы этих сетей: увеличение потерь мощности и энергии в элементах сети; недоиспользование мощности трансформаторов; ухудшение режима напряжений на зажимах электроприемников; неправильная работа устройств защиты и автоматики; перегрузка; дополнительный нагрев и, как следствие, ускорение износа электрооборудования, в частности двигателей и т.п. [26,106,107].

Строго говоря, все используемые на практике многофазные системы работают в несимметричных режимах. Эксплуатация электрических систем показывает, что нагрузки и токи по фазам не одинаковы, вследствие особенностей работы электроприемников, технологии производственных процессов, различия во времени включения однофазных потребителей.

Следствием несимметрии токов по фазам является «перекос» звезды вторичных напряжений распределительных трансформаторов и возникновение в режимах несимметричной нагрузки по фазам добавочных потерь.

Ухудшение качества электрической энергии - перекос «звезды» вторичных напряжений - отрицательно сказывается на работе световых элекгро-приемников и двигателей, что приводит к резкому сокращению срока службы бытовых приборов и ламп накаливания на фазах с повышенным напряжением и вызывает увеличение потерь в двигателях [3,4,26].

Анализ материалов отечественной и зарубежной печати показал, что проблема несимметрии имеет глобальный характер и важное практическое значение. Согласно различным исследованиям [11,15,16,104-108] срок у у службы асинхронных двигателей сокращается вдвое при напряжении обратной последовательности, составляющем 4% от номинального. Имеются работы, в которых показано отрицательное влияние несимметрии на технологические процессы в производстве, на качество и количество выпускаемой продукции [7-9,20,93].

Таким образом, возникает задача оценки несимметрии токов и напряжений (как при эксплуатации, так и при проектировании систем) и, в случае ее недопустимости, принятия специальных мер для нормализации параметров рабочих режимов. К таким мероприятиям относятся: применение помимо основного оборудования специальных симметрирующих устройств; изменение параметров элементов распределительных сетей (увеличение сечения проводов, изменение схемы соединения обмоток распределительных трансформаторов и т.п.) и др. [4,6,9,11].

Выбор наиболее целесообразных способов и средств нормализации параметров режима должен производиться на основании технико-экономического анализа. Исходные данные для такого анализа зависят от назначения сети, ее конструктивного выполнения, характера изменения нагрузок и т.п. Ниже рассматриваются наиболее характерные условия [11,19,27,31,113,115].

Существующие аналитические методы позволяют провести расчет сколь угодно сложной симметричной трехфазной цепи при наличии п сосредоточенных точек нарушения симметрии. Однако методы расчетов по проверке допустимости указанных режимов нуждаются в существенной доработке. В частности, необходимы уточнения в области учета схемы и групп соединений обмоток силовых трансформаторов, режима нейтрали и характера электрических нагрузок [76,77].

Отдельно рассматривается вопрос о несимметрии напряжения, возникающей из-за несимметричных нагрузок фаз в промышленных, городских и сельских сетях напряжением 6-20 кВ [сети среднего напряжения (СН)] и напряжением до 1000 В [сети низкого напряжения (НН)]. Для этих сетей практически можно считать, что параметры элементов сети являются симметричными. Анализ несимметрии параметров режима при этом необходимо проводить раздельно для сетей разного назначения, что связано с различными условиями их работы. Приходится отдельно рассматривать промышленные сети, а также городские и сельские сети. Это связано с тем, что для этих сетей различаются как причины возникновения несимметрии напряжений и токов, так и мероприятия по их нормализации [26,31].

В зависимости от технологических условий в промышленных сетях может возникать несимметрия напряжений различного характера: неизменная для длительных периодов времени и переменная во времени (т.е. изменяющаяся через относительно небольшие промежутки времени). Характер возникающей несимметрии определяет мероприятия по ее снижению [44,46,47].

Практически неизменная несимметрия напряжений возникает в сетях с относительно стабильным графиком изменения нагрузок фаз. Эти условия характерны, например при наличии однофазных электротермических установок со спокойным режимом работы. Здесь следует различать 2 случая:

- число однофазных установок кратно числу фаз сети, при этом несимметрия нагрузок возникает лишь в периоды отключения отдельных установок, например для производства ремонтных работ (эти периоды также могут быть достаточно долгими);

- число однофазных установок не является кратным числу фаз сети. В рассматриваемых условиях нормализация напряжений сети может быть обеспечена применением симметрирующих устройств с более простыми схемами.

Переменная во времени несимметрия напряжений обусловлена изменением режима нагрузок фаз сети. Она часто сопровождается появлением колебаний напряжений, а в ряде случаев и высших гармоник напряжений и токов. При этом может возникнуть задача об одновременном улучшении всех показателей качества.

Трехфазные сети СН и сети НН в основном выполняются трехпровод-ными. Четырехпроводными выполняются сети НН, питающие осветительные приемники и мелкие электродвигатели. Протяженность этих сетей обычно невелика, электроприемники небольшой мощности распределяются относительно равномерно между отдельными фазами сети; в случае необходимости перераспределение нагрузок может быть легко осуществлено. Поэтому в этих сетях практически не возникает значительной несимметрии напряжений.

Несимметрия междуфазных напряжений вызывается наличием составляющих обратной последовательности, а несимметрия фазных еще и наличием составляющих нулевой последовательности.

В четырехпроводных трехфазных сетях НН с коммунально-бытовой нагрузкой в качестве показателя несимметрии напряжений может быть предложено значение напряжения нулевой последовательности Uh- Если Uh > 2-3 %, то должны быть приняты меры по симметрированию режима напряжений в сети [26]. В связи со сказанным выше ГОСТ предусматривает ограничение тока в нулевом проводе у потребительских трансформаторов со схемой "Y/Y0".

Если несимметрия напряжения выходит за допустимые пределы, нарушается нормальная работа других элекгроприемников, присоединенных к той же сети, ухудшаются технико-экономические показатели систем электроснабжения потребителей. В комплексе мероприятий, направленных на повышение качества электрической энергии существенное значение уделяется вопросу устранения несимметрии напряжений и токов в электрических сетях промышленных предприятий. Решение этого вопроса позволит повысить надежность электроснабжения и снизить потери электроэнергии. При устранении несимметрии токов и напряжений необходимо поддерживать и заданный коэффициент мощности cos f. Поэтому искусственное симметрирование и компенсация реактивной мощности несимметричной трехфазной нагрузки может дать определенный экономический эффект [7-9,15].

Исследования показывают, что обе эти задачи могут быть успешно решены с помощью несимметричных установок поперечно-емкостной компенсации, т.е. таких, у которых величины емкостей по фазам неодинаковы. Такие трехфазные несимметричные конденсаторные установки могут не только компенсировать угловые сдвиги в каждой фазе, но и перераспределить нагрузку таким образом, что она станет одинаковой в каждой фазе.

Подобными несимметричными конденсаторными установками принципиально возможно осуществлять индивидуальную и групповую компенсацию однофазных приемников или централизованную со стороны питающего напряжения понизительных трансформаторов.

Таким образом, представляется возможность осуществить симметрирование нагрузки с одновременной компенсацией реактивной мощности практически любого несимметричного режима подстанции.

При технико-экономическом анализе вопроса о симметрировании параметров режимов для промышленных сетей необходимо производить соответствующие расчеты. В настоящее время существуют некоторые упрощенные методы, которые могут быть использованы для оценки, например, мощности конденсаторов, используемых для симметрирования. Однако в ряде случаев должны проводиться более точные расчеты. Это касается в частности параметров симметричных нагрузок, которые присоединяются к тем же сетям, что и однофазные нагрузки. Ранее, параметры этих нагрузок учитывались слишком упрощенно [11,12,15]. Обычно симметричная нагрузка представлялась в виде комплексной нагрузки и замещалась сопротивлением обратной последовательности Ъ0. Такое представление симметричных нагрузок в схеме замещения сети было правомерным при анализе резко несимметричных режимов, например режимов несимметричных коротких замыканий. Однако при анализе нормальных режимов с относительно небольшой степенью несимметрии такое представление симметричных нагрузок в схеме замещения является неоправданным и требует уточнений [114].

Дополнительные задачи возникают в условиях эксплуатации. Требуется систематический контроль за показателями несимметрии в промышленных сетях (как правило этот контроль должен быть статистическим). Для полноценного использования дополнительных симметрирующих устройств и проведения всестороннего технико-экономического контроля за текущим режимом должна производиться специальная подготовка эксплуатационного персонала.

Следует также отметить, что вопросы качества электроэнергии и электропотребления взаимосвязаны. Это объясняется тем, что при низком качестве электроэнергии появляются значительные погрешности, а в отдельных случаях невозможен правильный учет электроэнергии [80].

В городских сетях НН для снижения несимметрии напряжений при их проектировании могут быть использованы следующие средства: увеличение сечения нулевого провода линий, изменение схемы соединения обмоток трансформаторов, изменение схемы сети, уменьшение протяженности линий. В условиях эксплуатации должен быть организован тщательный контроль за несимметрией напряжения и в случае необходимости должны приниматься меры для ее снижения.

Применение однофазных нагрузок часто сочетается с использованием нелинейных устройств, в основном вентильных преобразователей. В результате наряду с несимметрией напряжения основной частоты наблюдается также значительная несинусоидальность напряжения [14-16,20].

Для ряда установок уже приняты конкретные решения. Отдельные однофазные электротермические установки укомплектовываются специальными симметрирующими устройствами.

При достаточно большом количестве этих установок число симметрирующих устройств в одной и той же системе электроснабжения может получаться достаточно большим. Поэтому возникает задача оптимизации проектных решений с выявлением возможности выбора и установки симметрирующих устройств. При этом следует считаться с достигаемым экономическим эффектом.

Поэтому в настоящее время первостепенное значение приобретают вопросы разработки и исследования методов коррекции режимов, позволяющих повысить экономичность мероприятий по нормализации показателей качества электроэнергии при обеспечении оптимального функционирования всей системы электроснабжения в целом.

Из вышесказанного видно, насколько актуальна проблема несимметрии токов и напряжений в электрических сетях промышленных предприятий.

Проведенный обзор и анализ литературы позволяет сделать следующие выводы:

1. Проблема несимметрии имеет глобальный характер и важное практическое значение.

2. Несимметрия напряжений является одним из важнейших показателей качества электроэнергии, в значительной мере определяющим экономичность и надежность электроснабжения. Однако до последнего времени вопрос о несимметрии напряжений в системах электроснабжения промышленных предприятий обсуждался весьма редко. Широкое обследование сетей предприятий различных областей промышленности, проведенное в последнее время, позволило установить, что в большинстве случаев несимметрия напряжений превосходит значение 2%, допустимого согласно ГОСТ 13109-98.

3. Вопросы допустимых несимметричных нагрузок и оптимизации расчетов неполнофазных режимов нуждаются в существенной доработке.

Из анализа этих выводов следует, что проблема рабочих и аварийных несимметричных режимов до конца не разрешена и требует дополнительных исследований.

Актуальность темы. Несимметричные режимы характеризуются наличием составляющих токов и напряжений обратной и нулевой последовательностей, которые приводят к следующим неблагоприятным последствиям [1]:

1. Появляется опасность перегрузки трехфазных электрических двигателей токами обратной последовательности. Синхронные и асинхронные двигатели имеют малое сопротивление обратной последовательности и даже небольшие по значению напряжения обратной последовательности в СЭС могут вызвать существенные токи обратной последовательности в двигателях, которые накладываясь на токи прямой последовательности вызывают токовую перегрузку отдельных фаз двигателей [1,2];

2. Появляются дополнительные потери активной мощности и электрической энергии, обусловленные протеканием токов обратной и нулевой последовательностей в элементах СЭС;

3. За счет потерь напряжения от токов обратной и нулевой последовательностей появляются дополнительные отклонения напряжения в отдельных фазах СЭС, которые не устраняются обычными (трехфазными) средствами регулирования напряжения [3-9].

Нормы на качество электрической энергии определяют область допустимых несимметричных режимов в СЭС, которую можно существенно расширить путем использования симметрирующих устройств. Теоретически, при любой несимметрии нагрузок в СЭС, можно синтезировать симметрирующее устройство, состоящее из индуктивных и емкостных элементов, которое полностью устранит несимметрию напряжения. Однако симметрирующие устройства не нашли сколь-нибудь широкого применения, поскольку несимметрия в СЭС как правило нестационарна, а регулируемые симметрирующие устройства сложны, дороги и являются источником несинусоидальных токов [10-17]. Поэтому представляет несомненный интерес определение области допустимых несимметричных режимов в зависимости от структуры СЭС, от соотношения долей симметричной и несимметричной нагрузок, от состава и характера электрических нагрузок, от схем и групп соединения трансформаторов [18-20].

Неполнофазные режимы относятся к аварийным, но как правило не выявляются средствами релейной защиты, и поэтому могут быть длительными [21-24]. В практике эксплуатации СЭС известны случаи, когда из-за непол-нофазных режимов выходили из строя десятки и сотни электрических двигателей. Поэтому представляет интерес исследование последствий неполно-фазных режимов в зависимости от структуры СЭС, от состава и характера электрических нагрузок, от схем и групп соединения обмоток и режима нейтралей трансформаторов.

Сложности математического моделирования несимметричных режимов обусловлены тем, что оно должно отражать систему электроснабжения произвольной конфигурации, структуры и состояния, при любом месте возникновения продольной или поперечной несимметрии.

Обзор научных публикаций по выбранной тематике показал, что эти вопросы либо не решены, либо разработаны недостаточно [1, 20-27]. Поэтому тематику моделирования, анализа и устранения последствий несимметричных режимов следует признать актуальной.

Цели и задачи диссертации. Основной целью диссертации является анализ основных закономерностей в последствиях несимметричных режимов для СЭС, а также разработка способов и средств для устранения или ограничений проявлений этих последствий.

Достижение конечной цели диссертации осуществляется путем последовательного решения следующих задач:

1. Разработка математических описаний и программных средств для моделирования несимметричных режимов в системах электроснабжения произвольной конфигурации и структуры, при любом месте возникновения продольной или поперечной несимметрии.

2. Определение области допустимых по нормам качества электрической энергии несимметричных установившихся режимов в зависимости от соотношения долей несимметричной и симметричной нагрузок, от структуры СЭС, от состава и характера электрических нагрузок, от схем и групп соединения обмоток и режима нейтралей трансформаторов.

3. Анализ основных проявлений и последствий неполнофазных режимов в зависимости от состава и характера электрических нагрузок, от схем и групп соединения обмоток и режима нейтралей силовых трансформаторов и от места возникновения неполнофазного режима.

4. Разработка рекомендаций по использованию средств и способов устранения или ограничению проявления последствий неполнофазных режимов в СЭС.

Положения, выносимые на защиту:

1. Способ математического моделирования несимметричных режимов в

СЭС произвольной конфигурации и структуры при любом месте возникновения как продольной,.так и поперечной несимметрии;

2. Пакеты прикладных программ ЪПРНК.' и 'ШШ.' для расчетно-экспериментальных исследований от аварийных неполнофазных и несимметричных установившихся режимов в произвольной системе электроснабжения;

3. Основные закономерности в последствиях неполнофазных режимов в зависимости от структуры СЭС, состава и характера электрических нагрузок, от схем и групп соединения обмоток и режима нейтралей силовых трансформаторов, от места возникновения неполнофазного режима;

4. Основные закономерности в последствиях установившихся несимметричных режимов и, в частности, область допустимых по нормам качества электрической энергии несимметричных режимов в пространстве параметров определяющих структуру и характер электрических нагрузок, схемы и группы соединения обмоток, долю несимметричных нагрузок в суммарной нагрузке;

5. Анализ способов и средств для устранения или ограничения проявлений последствий неполнофазных и несимметричных режимов.

Научная новизна. Научная новизна положений, выводов и заключений диссертации определяется следующим:

1. Разработана математическая модель для отображения последствий от продольной или поперечной несимметрии в любом месте произвольной системы электроснабжения, реализованная в виде системы алгоритмов и программ для расчетно-экспериментальных исследований;

2. Выявлены закономерности проявления последствий от неполнофазных режимов в пространстве основных значимых параметров СЭС. В частности доказана возможность кратковременного объединения на параллельную работу вводов с нормальным и неполнофазным режимами работы при оперативных переключениях, связанных с отключением ввода с неполнофазным режимом без перерыва электроснабжения потребителей.

3. Выявлены закономерности проявления последствий от несимметричных режимов, вызванных несимметричными нагрузками, в пространстве основных значимых параметров СЭС. В частности определена область допустимых по нормам качества электрической энергии несимметричных режимов.

Практическая ценность работы и ее реализация. Практическая ценность работы заключается в следующем.

1. Системы программ могут быть рекомендованы для автоматизированных расчетно-экспериментальных исследований несимметричных режимов, вызванных неполнофазными режимами и несимметричными нагрузками в любых системах электроснабжения;

2. Результаты исследований неполнофазных режимов могут быть использованы для правильной настройки релейной защиты и противоаварийной автоматики от неполнофазных режимов, а также для безопасных переключений при отключении ввода с неполнофазным режимом без перерыва электроснабжения потребителей.

3. Результаты исследований несимметричных режимов могут быть использованы при проектировании систем электроснабжения с несимметричными нагрузками. Подтверждена возможность электроснабжения районов коттеджных застроек Подмосковья от однофазных трансформаторов мощностью 30-50кВА на коттедж;

4. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в УИР, дипломном проектировании, магистерских работах;

5. Получены два акта о внедрении результатов исследований неполнофазных режимов в ОАО "АЗОТ" г. Новомосковска и результатов исследований несимметричных режимов в Юго-Западных сетях Московской области. фазных режимов в ОАО "АЗОТ" г. Новомосковска и результатов исследований несимметричных режимов в Юго-Западных сетях Московской области.

Достоверность результатов исследований и использованные методы Достоверность результатов исследований подтверждается следующим: корректностью исходных посылок; корректным использованием апробированных математических моделей элементов СЭС; хорошим совпадением результатов расчетно-экспериментальных исследований с данными наблюдений последствий реальных неполнофазных режимов; хорошим объяснением результатов расчетно-теоретических исследований физикой несимметричных режимов.

Правильность полученных аналитических выражений подтверждается решением ряда стандартных численных примеров, результаты которых совпадают с результатами аналогичных примеров, приведенных в литературе.

В процессе исследований активно использовались: методы расчета и анализа установившихся режимов и переходных процессов в СЭС; численные методы решения систем нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений; теория функций комплексных переменных.

Публикации и апробация результатов работы. Научные и практические результаты и основное содержание работы достаточно полно отражены в 7 публикациях в научно-технических журналах и материалах конференций.

Основные положения диссертации и результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на конференциях, семинарах, совещаниях. В частности, работа была представлена на научно-практической конференции, посвященной 30-летию ИПКгосслужбы.

Полностью работа докладывалась на кафедре электроснабжения промышленных предприятий МЭИ в апреле и сентябре 1999 г.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из вве

19 у дения, 4 разделов, заключения, списка литературы и приложения. Диссертация содержит 141 страницу основного текста, 22 иллюстрации и список использованной литературы, включающий 115 наименований.

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели и задачи диссертации, охарактеризована ее структура, показана научная новизна работы и ее практическая ценность, представлены сведения о внедрении работы, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведены основные положения теории расчетов несимметричных режимов, особенности моделирования неполнофазных режимов и особенности моделирования несимметричных рабочих режимов в СЭС.

Во второй главе даны: основные характеристики системы программ N81111, предназначенной для расчетов несимметричных режимов в произвольной разомкнутой СЭС; основные характеристики системы программ ]ЯРЖ для расчетов неполнофазных режимов в произвольной СЭС.

В третьей главе проводятся исследования основных закономерностей в проявлениях неполнофазных и несимметричных режимов.

В четвертой главе выполнен анализ способов ограничения и устранения последствий несимметричных режимов.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты.

В приложении приведены официальные документы о внедрении.

4.4. Выводы по главе 4.

1. Из теории симметрирования режимов несимметричных нагрузок следует, что при любой несимметричной нагрузке можно определить параметры симметрирующего устройства на основе элементов с реактивными сопротивлениями, которое генерирует токи обратной и нулевой последовательности, компенсирующие токи обратной и нулевой последовательности несимметричной нагрузки. Тем самым в системе

139 электроснабжения с несимметричной нагрузкой может быть обеспечен режим симметричного напряжения.

2. На основе этой теории разработана методика определения параметров симметрирующего устройства, которое фильтрует токи обратной и нулевой последовательностей, обусловленные неполнофазным режимом и, тем самым, обеспечивает на нагрузке режим симметричного напряжения в неполнофазном режиме СЭС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации были рассмотрены проблемы, возникающие в несимметричных аварийных и установившихся рабочих режимах СЭС. Проведенные в работе теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Разработано методическое и алгоритмическое обеспечение, реализованное в пакете прикладных программ ИРЖ для современных персональных ЭВМ, предназначенных для расчетно-экспериментальных исследований последствий от неполнофазного режима, вызванного обрывом фазы в любом из элементов произвольной СЭС.

2. Основными факторами, определяющими последствия неполнофаз-ных режимов являются: состав электрических нагрузок в СЭС и режим нейтрали трансформатора в цепи питания элемента СЭС, в котором произошел обрыв фазы. Преобладание электродвигательной нагрузки в общей нагрузке СЭС в неполнофазном режиме и заземление нейтрали трансформаторов приводит к уменьшению отрицательных последствий в таких режимах. При этом максимальные из фазных токов электрических двигателей составляют 1,2-1,31Ном- Это меньше уставки защиты двигателей от перегрузки и, следовательно, двигатели не отключаются.

Преобладание прочей (недвигательной) нагрузки в неполнофазном режиме и разземление нейтрали трансформатора может привести к нарушению статической устойчивости СЭС вследствие снижения напряжения прямой последовательности на нагрузке.

3. Доказана возможность кратковременного объединения на параллельную работу вводов с нормальным и неполнофазным режимами работы при оперативных переключениях, связанных с отключением ввода с непол-нофазным режимом работы без перерыва электроснабжения потребителей.

4. Определены параметры симметрирующего устройства на основе емкостных и индуктивных элементов, позволяющего скомпенсировать токи обратной и нулевой последовательности на нагрузке СЭС в неполнофазном режиме.

5. Разработано методическое и алгоритмическое обеспечение, реализованное в пакете прикладных программ НБХЖ для персональных ЭВМ, предназначенного для расчетно-экспериментальных исследований режимов несимметричных нагрузок в произвольной СЭС, вызванных подключением несимметричных нагрузок в любом из узлов нагрузки СЭС.

6. Доказано, что худшими по последствиям вариантами нагрузок являются: включение одной однофазной нагрузки на одно из междуфазных (фазных) напряжений; включение двух однофазных нагрузок на два любых междуфазных (фазных) напряжения. Эти варианты являются эквивалентными по возникающим напряжениям и токам обратной последовательности.

7. Основными факторами, определяющими последствия установившихся несимметричных режимов являются: соотношение между симметричной и несимметричной нагрузкой; мощность короткого замыкания питающей электрической системы; состав электрических нагрузок.

8. В пространстве параметров соответствующих основным факторам, определена область допустимых по нормам качества электрической энергии установившихся несимметричных режимов в СЭС. При преобладании прочей (недвигательной) нагрузки в СЭС допустимая однофазная нагрузка составляет до 10% от номинальной мощности питающего трансформатора. При преобладании двигательной нагрузки в СЭС допустимая однофазная нагрузка составляет до 20% от номинальной мощности питающего трансформатора. У

1. Мельников H.A., Тимофеев Д.В. Приближенное определение несимметричного режима. Промышленная энергетика. 1972. №4. с. 35-38

2. Петров Г.Н. Электрические машины. М.: Госэнергоиздат. - 1963. - ч. 2 — 413 с.

3. ГОСТ 13109^7. Электрическая энергия. Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения. М.: Изд-во стандартов. - 19Р8. - 20 с.

4. Бибер Л.А., Никифорова В.Н., Евлапов А.И. и др. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в электрических сетях общего назначения РД34.15.501-88. М.: СПО Союзтехэнерго. -1990.-71 с.

5. Галкин В.Д. Измерение несимметрии напряжений в трехфазных сетях. // Промышленная энергетика. 1977. - №5. - с. 21-24

6. Дрехслер Р. Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке. -М.: Энергогоатомоиздат. 1985. - 112 с.

7. Жежеленко И.В. Рабинович М.Л. Божко В.М. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях. -Киев: Техника. 1981.- 160с.

8. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. -М.: Энергоатомоиздат. 1986.- 168 с.

9. Иванов B.C. Соколов В.И. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомоиздат. -1987,- 336 с.

10. А.С. 514390 (СССР). Устройство для симметрирования фазных напряжений трехфазной сети. // ГЦидловский А.К. Кузнецов В.Г. Каплычный Н.П. и др. Опубл. в Б.И.- 1976,- № 18. 238 с.

11. П.Шидловский А. К. Симметрирование режимов многофазной системы при питании однофазных нагрузок // Проблемы технической электродинамики. 1970,- Вып. 24,- с.55-61.

12. Мирский Ю.А. Электропечи за рубежом М.: ЦИНТИ. - 1961. - 92с.

13. Минц М. Я. Чинков В. Н. Гриб О.Г. Симметрирование системы токов трехфазной сети. // Энергетика. (Изв. высш. учебн. зав.). 1984,- №10.-с.16-20.

14. Гитгарц Д. А., Мнухин Л.А. Симметрирующие устройства для однофазных электротермических становок. М.: Энергия. - 1974. - 119 с.

15. Шидловский А. К. Борисов Б.П. Симметрирование однофазных и двух-плечевых электротехнологических установок. Киев: Наукова думка. -1977.- 159 с.

16. Милях А.Н. Шиддовский А. К. Кузнецов В.Г. Симметрирование однофазных нагрузок в трехфазных сетях. Киев: Наукова думка. - 1973. - 219 с.

17. Минц М. Я. Чинков В. Н. Гриб О.Г. Симметрирование системы токов в трехфазных четырехпроводных сетях. // Промышленная энергетика-1984,- №5,- с.41-42.

18. Борисов В.П. Вагин Т.Я. Электроснабжение элекгротехнологических установок. Киев: Наукова думка. - 1985,- 224 с.

19. Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем. М.: Государственное энергетическое издательство. - 1952. - 480 с.

20. Гамазин С .И., Цырук С.А., Понаровкин Д.Б., Юнее Т., Былкин М.В., Бол-тенков Г.Г. Неполнофазные режимы в системах электроснабжения. Промышленная энергетика. 1996. - № 9. - с.21-27

21. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей / Под ред. Мимиконянца Л.Г., 4-е изд. М.: Энергоатомоиздат. -1984.-230 с.

22. Гамазин С.И., Цырук С.А., Понаровкин Д.Б. Автоматизация расчетно-экспериментальных исследований переходных процессов, обусловленных электродвигательной нагрузкой. Промышленная энергетика. 1995. -№ 7. - с. 15-20

23. Гамазин С.И. Ставцев В.А. Цырук С.А. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой. М.: Издательство МЭИ. - 1997. - 424 с.

24. Солдаткина Л.А. Жабан М. Оценка несимметрии напряжений при проектировании городских сетей // Методы и средства повышения качества электрической энергии. Киев: Наукова думка. - 1976,- с. 49—52 .

25. Левин М.С. Мурадян А.Е. Сырых H.H. Качество электроэнергии в сетях сельских районов. М.: Энергия. -1975. -224 с.

26. Вагнер К.Ф. Эванс Р.Д. Метод симметричных составляющих. Л.: ОНТИ НКТП СССР. - 1936. - 407 с.

27. Шидловский А. К. Музыченко А. Д. Таблицы симметричных составляющих. Киев: Наукова думка. - 1976. - 204 с.

28. Федоров A.A. Каменев В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. -М.: Энергия. 1979. - 408 с.

29. Веников В.А. Строев В.А. Электрические системы и электрические сети. -М,: Высшая школа. -1998. 512 с.

30. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. -М.: Высш. шк. 1978. - 260 с.

31. Постников И.М. Обобщенная теория и переходные процессы электрических машин. -М.: Высш. шк. -1975. 160 с.

32. Лютер P.A. Расчет синхронных машин. Л.: Энергия. - 1979. - 340 с.

33. Сергеев П.С., Виноградов Н.В., Горянов Ф.А. Проектирование электрических машин. М.: Энергия. -1972. - 278 с.

34. Кудрин Б.И. Прокопчик В.В. Электроснабжение промышленных предприятий. Минск: Вышэйшая школа. - 1988. - 358 с.

35. Гамазин С .И., Буре И.Г. Промышленное электроснабжение. М.: Моск. энерг. ин-т. - 1987.-164 с.

36. Мельников Н. А. Электрические сети и системы. М.: Энергия. - 1975. -463с.

37. Жежеленко И.В. Шиманский О.Б. Электромагнитные помехи в системах электроснабжения промышленных предприятий. Киев: Витца школа. -1986,- 119 с.

38. Горбатов Н.М. Применение направленных графов к расчету сложных несимметричных режимов трехфазных сетей // Энергетика. (Изв. высш. учебн. зав.). -1973. №1. - с.36-44

39. Гамазин С.И. Понаровкин Д.Б. Цырук С.А. Переходные процессы в электродвигательной нагрузке систем промышленного электроснабжения. -М.: Издательство МЭИ. 1991.- 352 с.

40. Мельников H.A. Матричный метод анализа электрических цепей. М.: Энергия.-1972. - 232 с.

41. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука. - 1968. - 266 с.

42. Горев A.A. Переходные процессы в синхронных машинах. Л.: Наука -1985,- 324 с.

43. Урусов И.Д. Линейная теория колебаний синхронной машины. -М.: Изд-во АН СССР.-i960,-280 с.

44. Казовский Е.Я. Переходные процессы в электрических машинах переменного тока. М.: Йзд-во АН СССР. -1962. - 186 с.

45. Трещев И.И. Электромеханические процессы в машинах переменного тока. Л.: Энергия. - 1980. - 364 с.

46. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. Л.: Энергия. - 1983.- 468 с.

47. Чабан В.И. Основы теории переходных процессов электромашинных систем. Львов: Визца школа. Изд-во при Львов. Ун-те. - 1980. - 280 с.

48. Определение расчетных параметров синхронных двигателей с шихтованными ползосами/А.А. Федоров, С.И. Гамазин, A.B. Зайцев и др. // Промышленная энергетика. 1980. - № 6. - с. 23-26.

49. Определение расчетных параметров синхронных двигателей с массивным ротором/А.А. Федоров, С.И. Гамазин, Т.П. Садыкбеков и др. // Промышленная энергетика. 1981. - № 1. - с. 27-31.

50. Гамазин С.И., Садыкбеков Т.А. Определение расчетных параметров синхронных двигателей с массивными полюсами // Промышленная энергетика. 1984. - № 9. - с. 26-30.

51. Гамазин С.И. Определение расчетных параметров, характеристик и условий пуска или самозапуска высоковольтных асинхронных двигателей с ко-роткозамкнутым ротором // Тр. Моск. Энерг. ин-та. 1984. - Вып. 621.-е. 116-122.

52. Гамазин С.И., Семичевский П.И. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения с электродвигательной нагрузкой. М.: Моск. энерг. ин-т. - 1985. - 246 с.

53. Гамазин С.И., Цырук С.А., Буре И.Г. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения. М.: Моск. энерг. ин-т. -1988. - 342 с.

54. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения с электромеханической нагрузкой/С.И. Гамазин, В.М. Пупин, А.П. Хомутов и др.//Промышленная энергетика. 1988. - № 5. - с. 32-38.

55. Дайитбегов Д.М. Черноусов Е.А. Основы ажоритмизации и алгоритмические языки. М.: Статистика. - 1979. - 348 с.

56. Юдин Д.Б. Голыптейн Е.Г. Линейное программирование. М.: ФизматГиз. -1963.-378 с.

57. Фиакко А. Мак-Кормик Г. Нелинейное программирование. М.: Мир. 1972. 242 с.

58. Вычислительная техника в инженерных и экономических расчетах. Под ред. д-ра техн. наук, проф. Петрова A.B. М.: Высшая школа. - 1984. - 320 с.

59. Салтыков А.И. Макаренко Г.И. Программирование на языке фортран. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. -1984,- 272 с.

60. Ашмаков С.А. Линейное программирование. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. -1981. - 304 с.

61. Применение аналоговых вычислительных машин в энергетических системах / Под ред. Н.И.Соколова. М.: Энергия. - 1970. - 290 с.

62. Анхимюк В.Л., Ильин О.П., Новицкая В.А. О начальных условиях при расчете переходных процессах в системах электропривода // Электромеханика. 1971.-№ 9. - с. 966-974.

63. Корогодский В.И. и др. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 kB. М.: Энергоатомиздат. - 1987. - 364 с.

64. Каганов И.Л. Промышленная электроника. М.: Высш. шк. - 1968. - 376 с.

65. Линдорф Л.С. Повышение надежности работы синхронных двигателей. -М.: Госэнергоиздат. 1960. - 440 с.э

66. Цырук С.А. Универсальная модель системы промышленного электроснабжения как элемент математического обеспечения САПР // Тр. Моск. энерг. ин-та. № 105. - 1988. - с. 5-10.

67. Городещаии Г.М. Расчет электрических сетей. Киев: Государственное издательство технической литературы. - 1953. - 346с.

68. Маркович И.М. Режимы энергетических систем. М.: Энергия. - 1969. -386 с.

69. Справочник по электроснабжению в промышленности. Под ред. Минина Г.И. и Копытова Ю.В. М.: Энергия. - 1978. - 496 с.

70. Гамазин С.И., Понаровкин Д.Б., Родина JI.C. Проектирование и расчеты режимов систем промышленного электроснабжения. М.: Моск. энерг. ин-т. - 1988. - 144 с.

71. Бибер JI.A. Никифорова В.Н. Евлапов А.И. и др. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в электрических сетях общего назначения. РД 34.15.501-88 М.: СПО Союзтехэнерго-1990.-71 с.

72. Повышение качества электрической энергии / Сборник научных трудов ИЭД АН СССР. Киев: Наукова думка. - 1983. - 196 с.

73. Шидловский А.К. Гринберг И.П. Железко Ю.С. Контроль качества электроэнергии и требования к средствам измерения // Электричество.- 1982. -№12. с. 22-28.

74. Гамазин С.И. Былкин М.В. Несимметричные режимы систем электроснабжения. Проблемы энергетики. Доклады научно-практической конференции к 30-летию ИПК госслужбы. М. - 1998. - с. 107 - 112

75. Гамазин С.И. Былкин М.В. Несимметричные режимы в системах электроснабжения промышленных предприятий. Тезисы докладов научно-практической конференции "Развитие государственной службы ИПК и электроэнергетики России. М. - 1998. - с. 24 - 25

76. Липский A.M. Поляков Г.Н. Эксплуатационный контроль показателей качества электроэнергии в сетях действующих предприятий // Новая техника в электроснабжении промышленных предприятий. М.: МДНТН,- 1983,-с. 89-92.

77. Музыченко А.Д. Буденный В.Ф. Устройства для измерения несимметрии в трехфазных сетях // Устройства преобразовательной техники. Киев: Нау-кова думка. - 1969. - Вып. 3,- с. 292 -299.

78. Анчарова Т.В., Былкин М.В., Сафонова Е.Ю. Определение допустимой несимметрии нагрузок в системах электроснабжения. / Известия высших учебных заведений. Электромеханика 2-3, 1998. Новочеркасский Государственный Технический Университет. с. 104-105

79. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. -М.: Энергоатомоиздат. 1989.- 608 с.

80. Правила устройства электроустановок. М.: Главэнергонадзор России. -1998.-608 с.

81. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.: Энергия. -1970. - 346 с.

82. Барзам А.Б. Системная автоматика. М.: Энергоатомиздат. - 1989. - 352 с.

83. Слодарж М.Н. Режимы работы, релейная защита и автоматика синхронных электродвигателей. М.: Энергия. - 1977. - 452 с.

84. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных электродвигателей. М.: Госэнергоиздат. - 1963. - 254 с.

85. Галицын A.A. Способ ускорения АВР ответственной нагрузки // Промышленная энергетика. 1971. - №1. - с. 48-51.

86. Картавцев Г.А. О пусковых органах АВР // Промышленная энергетика. -. 1973.-№3,-с. 11-13.

87. Рогов Л.Д., Файбисович В.А. Повышение надежности электроснабжения предприятий с непрерывным технологическим процессом // ПромышленIная энергетика. 1976. - № 2. - с. 15-18.

88. Вершинина П.П., Хашпер Л.Я. Применение синхронных электроприводов в металлургии. М.: Металлургия. -1974. - 234 с.

89. Мичурин О.И., Фишман B.C. Повышение эффективности работы АВР // Промышленная энергетика. 1979. - № 1. - с. 20-24.

90. А. с. 693508. Устройство для автоматического ввода резерва питания по-требителей/Г.И. Разгильдеев, К.Б. Носов, В.И. Брагинский и др.//Открытия. Изобретения. 1979. - № 39. - 228 с.

91. Галицын A.A., Задернюк А.Ф. Опережающее АВР на подстанциях магистральных нефтепроводов // Промышленная энергетика. 1986. - № 8. - с. 33-36.

92. Рубашов Г.М., Кац Р.З., Чиканков Д.В. Быстродействующее устройство АВР в сетях 6 кВ на тиристорном секционном выключателе // Промышленная энергетика. 1984. - № 12. - с. 14-16.

93. Бороденко В.А., Поляков В.Е. Пусковой орган ввода автоматического резерва для комплексной нагрузки // Электричество. 1982. - № 5. - с. 13-18.

94. А. с. 1304126. Пусковое устройство автоматического включения резервного питания потребителей / С.И. Гамазин, Д.И. Степанов, С.И. Вершинина, П.В. Гугучкин//Открытия. Изобретения. -1987. № 14. - 156 с.

95. Гамазин С.И. Цырук С.А. Понаровкин Д.Б. Переходные процессы в системах электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой. М.: Издательство МЭИ - 1995- 352 с.

96. Керного В.В., Поспелов Г.Е., Федин В.Т. Местные электрические сети. Минск: Вышэйшая школа. - 1972. - 374 с.

97. МШЬалк P. Step forward for load managment.- Electrical Review, 1982, v. 211, 7, p. 14-15

98. Malcom G. Microprocessor control of energy demand.- Electrical India, 1981, v. 21, 7, p.7-10

99. Roper R.D. Leedham P.J. A review of causes and effects of Distribution system 3-phase Unbalance-In: Int. Confer. Sour and Eff. Power Syst. Distrib., Conference Publication, London, 1974, p.83-88

100. William H.S. Controlling electric demand with a programmable controller -Industrial Heating, 1982, v.49, 7, p. 10-12

101. Tame I.E. Credit and load managment system for an electricity utility-election and power, 1988, 27, 10, p. 705-707

102. Кузнецов В.Г. Устройства повышения качества электрической энергии в низковольтных сетях с нулевым проводом Электричество. 1978. - №10. - с.6-10

103. Шидловский А.К. Москаленко Г.А. Симметрирующие устройства с трансформаторными фазосдвигающими элементами. Киев: Наукова думка:- 1981,-204 с.

104. Аввакумов В.Г. Симметрирование и компенсация реактивной мощности несимметричных промышленных нагрузок// Промышленная энергетика. 1967. - №7. - с. 35-38

105. Ковтюх H.A. К характеристике энергетических процессов при различных способах симметрирования.// Проблемы технической электродинамики. Республиканский межведомственный сборник. Клев: Наукова думка. -1971.-Вып. 29.-с. 105-108.

106. Тер-Газарян Г.Н. Несимметричный режим работы гидрогенераторов. -М.: Госэнергоиздат. 1956. - 240 с.

107. Сыромятников И.А. Тер-Газарян Г.Н. Определение допустимой нагрузки гидрогенераторов в несимметричном режиме. М.: Госэнергоиздат. -1956.-313 с.

108. Зоскресенскйе минеральные удобрения'

109. УТВЕРЖДАЮ" Главный инженер1. Кладос В.С. 1999 г.1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

110. Результатов диссертационной работы Былкина Максима Викторовича

111. Моделирование, анализ и устранение последствий несимметричных режимов всистемах электроснабжения."

112. В диссертационной работе Былкина М.В. решались следующие вопросы, капающиеся совершенствования методов расчета по проверке допустимости указанных режимов:

113. Уточнения методов расчета неполнофазных режимов в области учета схемы и групп соединений обмоток силовых трансформаторов, режима нейтрали и характера электрических нагрузок. ■

114. Разработка программы для автоматизированного расчета неполнофазных режимов в СЭС произвольной конфигурации при любом месте возникновения несимметрии.

115. В рассматриваемой диссертационной работе были решены следующие вопросы:

116. Разработана математическая модель для отображения последствий от продольной яесимметрии в любом месте произвольной СЭС, реализованная в виде системы алгоритмов и программ для расчетно-экспериментальных исследований.

117. Выявлены закономерности проявления последствий от неполнофазных режимов в зространстве основных значимых параметров СЭС.

118. Доказана возможность кратковременного объединения на параллельную работу зводов с нормальным и неполнофазным режимами работы при оперативных переключениях, связанных с отключением ввода с неполнофазным режимом без перерыва электроснабжения потребителей.

119. Предложен к использованию программный комплекс МШ для современных персональных ЭВМ, предназначенный для расчетно-экспериментальных исследований юследствий от неполнофазного режима, вызванного обрывом фазы в любом из элементов произвольной СЭС.

120. Теоретические положения диссертации Былкина М.В. и разработанный с его счастием программный комплекс используется с 1997 г. отделом главного энергети