автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Обнаружение геоиндуцированных токов и их мониторинг в системах электроснабжения

КУЗНЕЦОВ Виталий Александрович

ОБНАРУЖЕНИЕ ГЕОИНДУЦИРОВАННЫХ ТОКОВ И ИХ МОНИТОРИНГ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов - 2014

005550841

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тольяттинский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Вахнина Вера Васильевна

Официальные оппоненты: Шилин Александр Николаевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический

университет», заведующий кафедрой «Электротехника»

Рыхлов Сергей Юрьевич,

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Саратовский

государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова», доцент кафедры «Энергообеспечение предприятий АПК»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Самарский

государственный технический

университет»

Защита состоится 26 июня 2014 г. в 13.00 на заседании диссертационного совета Д 212.242.10 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, Саратовский государственный технический университет, корпус 1, ауд.319

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» и на сайте www.sstu.ru.

Автореферат разослан «14 » апреля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ю.Б. Томашевский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Современные системы электроснабжения (СЭС) становятся все более сложными и взаимосвязанными, длина высоковольтных воздушных линий электропередач (ЛЭП) увеличивается, они становятся сильно загруженными. Рост спроса на электроэнергию и дерегулирование привели к тому, что СЭС эксплуатируются на пределе своих возможностей и становятся более уязвимыми к внешним возмущениям, в том числе и к геомагнитным бурям (ГМБ).

Во время геомагнитных бурь в протяженных электрических сетях возникают геоиндуцированные токи (ГИТ), протекающие через заземленные обмотки силовых трансформаторов (СТ) и провода воздушных линий электропередач. Частота ГИТ находится в пределах (0,0001+0,1) Гц, т.е. во много раз меньше номинальной частоты (50 или 60 Гц) напряжения электрической сети.

При ГМБ происходит насыщение магнитной системы силовых трансформаторов, что приводит к многократному возрастанию несинусоидальных токов намагничивания. Это опасно как для силовых трансформаторов, поскольку возникает дополнительный нагрев конструктивных элементов, изоляции, масла, так и для режима систем электроснабжения, поскольку увеличение тока намагничивания вызывает увеличение потребления реактивной мощности силовыми трансформаторами. Возникающий дефицит реактивной мощности приводит к снижению напряжения, к снижению запаса устойчивости и пропускной способности ЛЭП.

Многие системные аварии в электрических сетях различных стран спровоцированы дефицитом реактивной мощности и последующим снижением напряжения по всей электрической сети. Следует отметить, что за последние 15 лет из баланса Единой энергетической системы России выведены компенсирующие устройства с суммарной установленной мощностью свыше 50 Гвар. Поэтому в сложившихся условиях, опасность могут представлять не только интенсивные ГИТ, способные непосредственно повредить силовые трансформаторы, но и менее интенсивные ГИТ, недостаточные для повреждения силовых трансформаторов, но достаточные для создания дефицита реактивной мощности, способного спровоцировать развитие системной аварии или крупного технологического нарушения в СЭС с отключением большого объема потребителей.

Сказанное выше определяет актуальность темы диссертационной работы.

Объектом исследования является система электроснабжения.

Предметом исследования являются режимы работы системы электроснабжения при воздействии геоиндуцированных токов при геомагнитных бурях различной интенсивности.

Цель работы - обнаружение геоиндуцированных токов и их мониторинг в системе электроснабжения для адекватной оценки степени опасности геомагнитных бурь различной интенсивности на режимы конкретной электрической сети.

Задачи исследования:

1. Разработать методику расчета геоиндуцированных токов в сложной электрической сети в периоды геомагнитной активности;

2. Выполнить анализ влияния конфигурации СЭС на распределение геоиндуцированных токов в электрической сети;

3. Исследовать влияние пространственного расположения объектов СЭС на местности и направления вектора напряженности геоэлектрического поля на величины геоиндуцированных токов в электрической сети;

4. Разработать алгоритм и программные средства для расчета геоиндуцированных токов в системе электроснабжения;

5. Разработать систему мониторинга геоиндуцированных токов в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов во время геомагнитных бурь.

Методы и средства исследований. При решении поставленных в диссертации задач использованы: основные положения теоретических основ электротехники, методы математического анализа, методы современного компьютерного моделирования систем электроснабжения (МАТЪАВ с пакетом расширения БипиНпк), преобразование Фурье и Вейвлет-преобразование. Для проведения экспериментальных исследований использовались современные приборы для визуального контроля, оцифровки и записи физических величин. При выполнении работы использовались труды российских и зарубежных ученых, а также материалы научно-технических конференций и семинаров.

На защиту выносятся:

1. Результаты расчетов геоиндуцированных токов в системе электроснабжения различной конфигурации по разработанной методике, позволяющие выявить силовые трансформаторы, наиболее подверженные негативному влиянию геомагнитных бурь.

2. Компьютерные математические модели для исследования влияния пространственного расположения объектов СЭС на местности и направления вектора напряженности геоэлектрического поля на величины геоиндуцированных токов в электрической сети.

3. Рекомендации по построению системы мониторинга геоиндуцированных токов в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов.

Научная новизна работы.

1. Показано, что степень уязвимости электрической сети к воздействию геомагнитных бурь может характеризовать относительная величина эквивалентного расстояния между трансформаторными подстанциями СЭС.

2. Доказано, что конфигурация СЭС влияет на распределение геоиндуцированных токов в ветвях сложной электрической сети.

3. Разработана комплексная методика расчета геоиндуцированных токов в системе электроснабжения с учетом пространственного расположение объектов СЭС на местности, величины и направления вектора напряженности геоэлекгрического поля в программном продукте МАТЬАВ. Новизна разработанных программных средств подтверждена 3 свидетельствами о регистрации компьютерных программ для ЭВМ.

4. Предложена и обоснована конфигурация системы регистрации геоиндуцированных токов, которая позволяет отслеживать и реагировать на появление квазипостоянной составляющей тока в цепи глухозаземленной нейтрали силового трансформатора при геомагнитных бурях.

Практическая ценность работы.

¡.Разработан комплекс программ для определения ГИТ в ветвях системы электроснабжения при геомагнитных бурях различной интенсивности.

2. Разработанные методики определения геоиндуцированных токов в электрических сетях различной конфигурации позволят адекватно оценить степень опасности геомагнитных бурь различной интенсивности для силовых трансформаторов и конкретной СЭС и разработать мероприятия и нормативные документы для повышения надежности ее функционирования при геомагнитных бурях.

3. Предложены рекомендации по построению системы мониторинга геоиндуцированных токов в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов СЭС, обеспечивающие регистрацию квазипостоянных составляющих токов при геомагнитных бурях.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы реализованы:

- филиалом ОАО «Межрегиональная сетевая компания Волги» — «Самарские распределительные сети», Жигулевское ПО для выявления силовых трансформаторов, наиболее подверженных воздействию

геоиндуцированных токов при геомагнитных бурях различной интенсивности;

- филиалом ОАО «РусГидро» - «Жигулевская ГЭС» для регистрации ГИТ при геомагнитных бурях;

- при выполнении работ в соответствии с госбюджетной программой и госзаданием Минобрнауки РФ в 2011-2013 г.г. «Разработка расчетно-теоретической модели системы электроснабжения города при ее функционировании в нормальных, аварийных и несимметричных режимах работы» (2011 г.), «Моделирование региональных электроэнергосистем с учетом рационального распределения мощностей и предотвращения масштабных отключений при геомагнитных бурях» (2012 - 2013 г.г.);

- в учебном процессе кафедры «Электроснабжение и электротехника» Тольяттинского государственного университета при чтении курсов лекций по дисциплинам «Устойчивость систем электроснабжения», «Компьютерное моделирование систем электроснабжения», «Расчетно-экспериментальные исследования динамики систем электроснабжения» для студентов, обучающихся по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на следующих научных мероприятиях: на V, VI и VII Международных молодежных научных конференциях «Тинчуринские чтения» (Казань, 2010, 2011, 2012 г.г.); Всероссийском научно-практическом семинаре «Энергосбережение на предприятиях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства» (Салават, 2010 г.); II Международной научно - технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов» (Тольятти, 2012 г.); XL Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием) «Федоровские чтения - 2012» (Москва, 2012 г.); III и IV Международных научно-технических конференциях «Энергетика глазами молодежи» (Екатеринбург, 2012 г.; Новочеркасск, 2013 г.); IV Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2013 г.); III Всероссийской научно - технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов» (Тольятти, 2014 г.).

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 23 научных труда (3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ; 3 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ; 17 статей в сборниках научных трудов, материалах конференций и семинаров).

Структура и объем диссертации: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 130 стр. основного текста, списка литературы из 113 наименований, 3 приложений на 16 стр., 48 рисунков и 10 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, определены научная новизна и практическая ценность исследований, сформулированы научные положения и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе проведен аналитический обзор проблемы функционирования современных систем электроснабжения при воздействии геомагнитных бурь.

Во время ГМБ изменения геомагнитного поля наводят на поверхности Земли медленно меняющееся геоэлектрическое поле. В результате между заземленными точками нейтралей силовых трансформаторов СЭС наводится электродвижущая сила (ЭДС), которая в СЭС с глухозаземленными нейтралями СТ трансформаторных подстанций (ТП) и электростанций создает в замкнутой цепи геоиндуцированные токи (рис. 1).

ТП1 ТП2

Т1 ЛЭП Т2

Рис. 1. Схема протекания ГИТ между силовыми трансформаторами с глухозаземленными нейтралями обмоток двух трансформаторных подстанций

Показано, что ГИТ являются причинами тяжелых системных аварий, функционального нарушения и накопления дефектов электрооборудования СЭС из-за: насыщения магнитной системы СТ и многократного увеличения токов намагничивания; появления в кривых напряжения и тока СЭС высших гармонических составляющих; дополнительного нагрева обмоток и стенок бака СТ и выделения газов в масле; увеличения потребления реактивной мощности СТ и снижения напряжения во всей

СЭС; нарушения работы релейной защиты и противоаварийной автоматики СЭС.

Значительный вклад в проблему изучения негативного влияния геоиндуцированных токов на функционирование систем электроснабжения внесли зарубежные и отечественные ученые: АШеАзоп У.Б., Во1е1ег О.Н., Каррепшап 1.0., Рщо1а Я., РиМлпеп А., Вахнина В.В., Гершенгорн А.И., Скопинцев В.А. и др.

Обзор литературных источников и статистических данных показал, что ГИТ зарегистрированы в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов в электрических сетях многих стран как в период высокой, так и низкой геомагнитной активности. Зафиксированные значения ГИТ в нейтралях СТ составляют от нескольких ампер до сотен ампер, наблюдаемая продолжительность протекания ГИТ - от сотен секунд до десятков часов. В последнее время предпринимаются попытки регистрации ГИТ и в электрических сетях нашей страны.

Выполненный анализ позволяет сделать вывод, что в настоящее время отсутствуют адекватные методики по обнаружению ГИТ в сложной электрической сети, что позволило бы выявить силовые трансформаторы СЭС, наиболее подверженные воздействию геомагнитных бурь, и разработать меры по их защите от негативных последствий. Отсутствуют единые требования к техническим характеристикам оборудования и регистрируемым параметрам систем регистрации геоиндуцированных токов в СЭС.

Из анализа работ по рассматриваемой проблематике была поставлена цель диссертационной работы, сформулированы задачи, которые ставятся и решаются в диссертационной работе.

Во второй главе разработана методика расчета геоиндуцированных токов с учетом конфигурации системы электроснабжения.

В общем случае расчет величины ГИТ при геомагнитных бурях в СЭС производится в два этапа. На первом («геофизическом») определяется горизонтальная компонента геоэлектрического поля на поверхности Земли, исходя из наблюдаемых вариаций изменений геомагнитного поля и геофизических свойств глубинных проводящих структур в окрестностях рассматриваемой электрической сети. На втором («техническом») этапе с использованием законов линейных электрических цепей постоянного тока определяются собственно ГИТ, вызываемые геоэлектрическим полем в конкретной электрической сети.

На прямолинейном участке схемы электроснабжения с одной воздушной ЛЭП длиной / и с двумя силовыми трансформаторами Т1 и Т2 в начале и в конце ЛЭП (рис.1) величина ГИТ в глухозаземленных нейтралях СТ определяется по выражению:

где Еху ~ источник ЭДС, создаваемый геоэлектрическим полем;

суммарное сопротивление для контура протекания ГИТ, которое учитывает активные сопротивления заземленных обмоток силовых трансформаторов, фазных проводов высоковольтной воздушной ЛЭП, сопротивления растекания заземлителей. В отдельных случаях, также необходимо учитывать и активное сопротивление земли.

Показано, что в общем случае, степень уязвимости электрической сети к воздействию геомагнитных бурь может характеризовать относительная величина эквивалентного расстояния между трансформаторными подстанциями, которая определяется суммарной длиной проекций трасс воздушных ЛЭП на направление вектора геоэлектрического поля и может изменяться в диапазоне -1<Гэ<+1:

4 =¿4-. (2)

>1

где /, -длина/-го участка воздушной ЛЭП; а1 -угол ориентацииу'-го

участка воздушной ЛЭП относительно вектора напряженности геоэлектрического поля; J— количество прямолинейных участков

При ¿¡=+1 или ¿)=-1 электрическая сеть наиболее уязвима, а при ¿э=0 не подвержена воздействию геомагнитных бурь.

Для анализа конфигурации СЭС на величины ГИТ в глухозаземленных нейтралях СТ рассмотрены сети радиальной, магистральной и кольцевой конфигурации (рис.2).

В радиальной электрической сети (рис.2,а) наиболее тяжелым воздействиям ГИТ подвергается силовой трансформатор Т трансформаторной подстанции верхнего уровня, в глухозаземленной нейтрали которого протекает суммарный ток:

=1т+1иг+ - + т„ +... + /„(„_,, + 1Ш = ¿/м , (3)

где 1т - ГИТ в глухозаземленной нейтрали силового трансформатора Г,-ТП нижнего уровня.

При ГМБ при Ь'э =1разземление нейтрали силового трансформатора Т трансформаторной подстанции верхнего уровня защищает от воздействия ГИТ всю радиальную электрическую сеть.

вл,

е-кз^ъ

+ г м, влг вли_, ВЛ, Мм, вл„

а)

Рис. 2. Расчетные схемы СЭС: а - радиальной конфигурации; б - магистральной конфигурации с двухсторонним питанием; в - кольцевой конфигурации

Величина ГИТ в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов магистральной электрической сети (рис. 2,6) определяется выражениями:

~ А >

^«1ч-1) - Лп-!) Лл-2) •

(4)

где /,.....,/,,...,/,„_,) - контурные токи, протекающие в замкнутых контурах,

образованных глухозаземленными нейтралями и обмотками ВН силовых трансформаторов Ть фазными проводами воздушных линий электропередач ЛД.

Анализ выражения (4) позволяет установить, что наибольшие по

величине ГИТ будут протекать в нейтралях силовых трансформаторов Т) и Тп ТП верхнего уровня, через которые осуществляется питание магистральной электрической сети. Более «слабым» воздействиям подвергаются силовые трансформаторы Т2 и Тп.1г а «внутренние» силовые трансформаторы Тз,...,Тп.2, не связанные воздушными линиями электропередач непосредственно с силовыми трансформаторами ТП верхнего уровня воздействию ГИТ практически не подвергаются. Поэтому в защите от воздействия ГИТ в магистральных электрических сетях в первую очередь нуждаются силовые трансформаторы Т1 и Т„ подстанций верхнего уровня.

В кольцевой электрической сети (рис. 2,в) величина ГИТ в нейтрали каждого силового трансформатора Г, определяется уравнениями вида (4) при соответствующем изменении индексации. В силовых трансформаторах Т2,...,Т„-1 и Т„+1,...,Тп+к ТП нижнего уровня токи в глухозаземленных нейтралях определяются разностью соответствующих контурных токов, а в нейтралях силовых трансформаторов Г; и Т„ ТП верхнего уровня контурные токи складываются. Поэтому наиболее сильному воздействию ГИТ будут подвергаться силовые трансформаторы ТП верхнего уровня, нормальное функционирование которых может оказать непосредственное влияние на пропускную способность кольцевой электрической сети. Во время ГМБ для ослабления ГИТ практически в два раза в нейтралях силовых трансформаторов Г, и Т„ ТП верхнего уровня достаточно на период геомагнитных бурь разорвать «кольцо», отключив, например, воздушные линии ВЛпА и ВЛп+к.

Выполненные расчеты распределения ГИТ в СЭС различной конфигурации показали, что воздействие геоиндуцированных токов на силовой трансформатор ТП верхнего уровня в радиальной, магистральной и кольцевой сетей в 3; 5,6 и 33 раза соответственно интенсивней воздействий на связанные с ними воздушными ЛЭП силовые трансформаторы ТП нижнего уровня.

В третьей главе исследовано влияние пространственного расположения объектов СЭС на местности и направления вектора напряженности геоэлектрического поля на величины геоиндуцированных токов в электрической сети.

Для учета пространственного расположения объектов СЭС на местности выбрана полярная система координат, полюс которой совмещается с одним из заземляющих устройств ТП, а полярная ось - либо с направлением вектора напряженности геоэлектрического поля, либо с трассой наиболее протяженной воздушной ЛЭП.

Разработан алгоритм расчета геоиндуцированных токов в СЭС при ГМБ, который позволяет выполнять привязку объектов СЭС к

географическим координатам местности; рассчитывать значения ГИТ с учетом величины и направления вектора геоэлектрического поля; определять мгновенные и действующие значения токов намагничивания силовых трансформаторов СЭС; определять мгновенные и действующие значения токов и напряжений для каждой гармонической составляющей в элементах СЭС. Разработанный алгоритм реализован в пакете расширения БшшНпк системы МАТЪАВ с использованием стандартных и модернизированных блоков, имеющихся в библиотеке 8ш1Рошег8у81етз, позволяет выполнять моделирование СЭС любой конфигурации и сложности, содержащей как линейные, так и нелинейные элементы, и приведен на рис.3.

Создание модели СЭС и запуск на расчет

Злещическая схема СЗС

Библиотека БтИпк

Библиотека ЯтРлмегБузГеггБ

ж

разработашс автором

Географические ■оординаты вбъектоб

-снализ топологии схему и

Мощно потенциа/юО геозлектричеаого поля 6 уз/юйых точках

-расчет устаюШшегося режима и определение'мжьшх значений пертеншх $Ш1пк-юдел1

Л

Расчет мшщщы ГИТ СЭС

РомгШ

-установка начальных значений -шициализация и расчет параметров успоюВиВшегося режима электрических машин СХ

л

Расчет мгноВаных и действующих значений токоб намагничивания СТ

Л

Расчет мгноВеншх и дейатбуших значений / и У В элементах СХ ЙзмегСи/ Расчет гфмашческих составляющих / и и

Л

Расчет деистбувщих значении Р,Д Б 6 элементах СХ ■^Окончание расчета Вывод данных^

Рис. 3. Алгоритм расчета функционирования СЭС при геомагнитных бурях

Для оценки и анализа влияния ГИТ на режимы работы СЭС разработана модель системы электроснабжения Самарской области, в которой учтены:

- географические координаты объектов СЭС для определения их взаимного пространственного расположения на местности;

- классы напряжений и протяженности воздушных ЛЭП;

- форма кривой импульса и максимальные значения напряженности геоэлектрического поля при геомагнитной буре;

- направление вектора напряженности геоэлектрического поля «север — юга и «запад - восток», полярная ось системы координат совмещена с направлением вектора напряженности;

- время воздействия импульса напряженности геоэлектрического поля на моделируемую СЭС.

Результаты расчета ГИТ для воздушных ЛЭП СЭС Самарской области в зависимости от величины и направления вектора напряженности геоэлектрического поля приведены на рис. 4. На рис. 4 обозначены ЛЭП: 1 - «ЖГЭС - АЗОТ» (и = 500 кВ, / = 34 км); 2 - «КБШ - Серноводская» ({7=220 кВ, / = 92 км); 3 - «ЖГЭС - Куйбышевская» (Е/ = 500 кВ, / = 102,8 км); 4 - «АЗОТ - Комсомольская» (С/ = 110 кВ, I = 48,4 км); 5 и 6 -«Куйбышевская 3» и «Куйбышевская 4» соответственно ({/ = 220 кВ, 1 = 16,38 км).

б)

Рис. 4. Зависимости ГИТ в воздушных ЛЭП СЭС Самарской области от амплитуды импульса напряженности геоэлектрического поля при направлении импульса геоэлектрического поля «север - юг» (а) и «запад-восток» (б)

В результате расчетов по разработанному алгоритму получено, что большие значения ГИТ наблюдаются при совпадении направлений расположения объектов СЭС на местности и вектора напряженности геоэлектрического поля. Для воздушных ЛЭП одного класса напряжения и длины величина ГИТ может отличаться, что связано с конфигурацией СЭС и пространственным расположением объектов СЭС на местности.

В четвертой главе разработана система мониторинга геоиндуцированных токов в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов во время геомагнитных бурь и выполнена ее апробация на силовом трансформаторе ОАО «Жигулевская ГЭС».

С учетом определения основных условий проведения мониторинга ГИТ в глухозаземленных нейтралях СТ разработана блок - схема системы мониторинга ГИТ, которая приведена на рис. 5.

Рис.5. Блок - схема системы мониторинга геоиндуцированного тока в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов

Комплекс технических средств разработанной системы мониторинга ГИТ включает в себя:

- датчик тока (2) для контроля и измерения квазипостоянной составляющей тока в объекте измерений - нейтрали СТ (1). В качестве датчика тока используются электроизмерительные токовые клещи, в основе работы которых лежит эффект Холла для бесконтактного измерения токов в низкочастотном диапазоне частот 0-0,1 Гц;

- экранированный кабель длиной 1 (3);

- блок усиления сигнала (4) для корректной оцифровки сигнала, т.к. центр сбора данных (диспетчерская ТП) располагается на расстоянии / от места замера ГИТ;

- модуль сбора и оцифровки сигнала (5), в качестве которого выступает персональный компьютер;

- модуль управления и передачи данных (6) для удалённого мониторинга и управления системой сбора данных в системе регистрации;

- источник бесперебойного питания (7) для обеспечения непрерывной работы системы;

Апробация системы мониторинга ГИТ выполнена на ОАО «Жигулевская ГЭС», где проведены непрерывные измерения в нейтрали силового трансформатора ОРЦ - 135000/500/13,8 5-й трансформаторной группы Жигулевской ГЭС в период с 1 июня 2013 г. по 30 августа 2013 г. Комплекс технических средств разработанной системы мониторинга ГИТ представлен на рис. 6.

Рис. 6. Комплекс технических средств системы мониторинга ГИТ в глухозаземленной нейтрали силового трансформатора

Появление квазипостоянной составляющей тока в нейтрали СТ было зафиксировано 29.06.2013 (^=0,003 - 0,0006 Гц), когда на станции «Электроугли» (Москва) с 03:00 МСК была зарегистрирована геомагнитная буря уровня 02 — ОЗ. В момент времени 3:18:10 МСК зарегистрированное амплитудное значение квазипостоянной составляющей тока в глухозаземленной нейтрали СТ составило 6,1 А -2,2 % от величины номинального тока в обмотке ВН силового трансформатора (рис.7).

При появлении квазипостоянной составляющей тока в нейтрали была выполнена регистрация кривой напряжения в обмотке НН СТ анализатором количества и показателей качества электрической энергии А11.5М. Зарегистрированное максимальное значение суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения составило Кц=2,5%, максимальные значения коэффициентов второй, четвертой, пятой гармонической составляющих напряжения составили 1,2 - 1,3%.

Измерения на ТГ5

6 4

2 О -2

1 \

\ Л ) \ / 1

И V V V \ ( N V г— V V

1:00:00 1:40:00 2:20:00 3:00:00 3:40:00 4:20:00 3:00:00 Московское время

Рис. 7. Зарегистрированный квазипостоянный ток в нейтрали силового трансформатора ОРЦ - 135000/500/13,8 5-й трансформаторной группы Жигулевской ГЭС 29.06.2013

Таким образом, при фиксировании квазипостоянной составляющей тока в глухозаземленной нейтрали силового трансформатора при геомагнитной активности уровня в2 - вЗ зарегистрированы значительные по величине четные высокочастотные составляющие напряжения в цепи обмотки низкого напряжения силового трансформатора, что дает основание полагать о регистрации геоиндуцированного тока.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Показано, что степень уязвимости электрической сети к воздействию геомагнитных бурь может характеризовать относительная величина эквивалентного расстояния между трансформаторными подстанциями которая изменяется в диапазоне -1<£,<+1. При ¿э=+1 или Ь'э =-1 электрическая сеть наиболее уязвима, а при 1'э =0 не подвержена воздействию геомагнитных бурь.

2. Установлено, что при расчете ГИТ необходимо учитывать конфигурацию электрической сети. Воздействие геоиндуцированных токов на силовой трансформатор подстанции верхнего уровня в радиальной, магистральной и кольцевой сетей в 3, в 5,6 и в 33 раза соответственно интенсивней воздействий на связанные с ними воздушными ЛЭП силовые трансформаторы подстанций нижнего уровня.

3. Разработан и реализован в пакете расширения БтаиНпк системы МАТЬАВ алгоритм расчета геоиндуцированных токов в системе электроснабжения с учетом пространственного расположения объектов СЭС на местности, величины и направления вектора напряженности геоэлектрического поля.

4. Доказано, что большие значения ГИТ наблюдаются при совпадении направлений расположения объектов СЭС на местности и вектора напряженности геоэлектрического поля. Для воздушных ЛЭП

одного класса напряжения и длины величина ГИТ может отличаться, что связано с конфигурацией СЭС и пространственным расположением объектов СЭС на местности.

5. Предложены и обоснованы общая модель и комплекс технических средств системы мониторинга геоиндуцированных токов, а также алгоритм потоковой обработки данных, которые позволяют отслеживать и реагировать на события - появление квазипостоянной составляющей тока в глухозаземленной нейтрали силового трансформатора и гармонические составляющие тока и напряжения в фазной сети в режиме реального времени.

6. Проведены экспериментальные исследования разработанной системы мониторинга, подтвердившие полученные выводы и адекватность разработанной модели. В период геомагнитной бури уровня G2 - G3 29 июня 2013 г. в нейтрали силового трансформатора на Жигулевской ГЭС зарегистрировано максимальное амплитудное значение квазипостоянной составляющей тока в 6,1 А.

Список опубликованных работ по теме диссертации: В изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ

1. Кузнецов, В.А. Влияние геоиндуцированных токов на насыщение магнитной системы силовых трансформаторов / В.В. Вахнина, А.Н. Черненко, В. А. Кузнецов // Вектор науки Тольятганского государственного университета. - 2012. - № 3(21). - С. 65 - 69.

2. Кузнецов, В. А. Расчет геоиндуцированных токов в высоковольтных линиях электропередач систем электроснабжения при геомагнитных бурях / В.В. Вахнина, Д.А. Кретов, В.А. Кузнецов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук». -Самара, 2012. — Т. 14. - №6. - С.244 - 246.

3. Кузнецов, В.А. Разработка системы мониторинга геоиндуцированных токов в нейтралях силовых трансформаторов при геомагнитных бурях / В.В. Вахнина, В.А. Кузнецов // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. - 2013. - № 2(24). -С. 108-111.

Сведения о патентах и изобретениях

4. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013611832. Модель линии электропередач / В.В. Вахнина, А.Н. Черненко, М.С. Макеев, В.А. Кузнецов. - Заявка № 2012661752; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 06.02.2013.

5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013615269. Модель силового трансформатора с учетом нелинейности ветви намагничивания // В.В. Вахнина, А.Н. Черненко,

Кретов Д.А., В.А. Кузнецов. - Заявка № 2013613712; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 04.06.2013.

6. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013615316. Графический интерфейс задания изменяющихся во времени параметров модели // В.В. Вахнина, А.Н. Черненко, В.А. Кузнецов. - Заявка № 2013613709; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 04.06.2013.

Другие публикации

I. Кузнецов, В.А. Снижение рисков возникновения системных аварий в электроэнергетических системах / В.А. Кузнецов // Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов: сборник трудов Международной научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов. - Тольятти: Изд-во ТГУ, 2009. - С. 327-329.

8. Кузнецов, В.А. Влияние климатических условий на возникновение системных аварий в электроэнергетических системах / В.А. Кузнецов // Тинчуринские чтения: материалы докладов V Международной молодежной научной конференции. - Казань: Изд-во КГЭУ, 2010. - С. 160.

9. Кузнецов, В.А. Влияние грозовых перенапряжений на возникновение системных аварий в Самарской электроэнергетической системе / В.В. Вахнина, В.А. Кузнецов // Энергосбережение на предприятиях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства: труды научно-практического семинара. - Салават: Гилем, 2010 - С. 59 -61.

10. Кузнецов, В.А. Деление электроэнергетической системы для предотвращения развития системных аварий / В.А. Кузнецов // Тинчуринские чтения: материалы докладов VI Международной молодежной научной конференции. - Казань: Изд-во КГЭУ, 2011. - С. 152.

II. Кузнецов, В.А. Математическое моделирование системных аварий в электроэнергетических системах / В.А. Кузнецов // Электроэнергетика глазами молодежи: материалы Международной молодежной научно-техническая конференции: в Зт. - Самара: Изд-во СамГТУ, 2011 — Т.1. — С.296 —299.

12. Кузнецов, В.А. Геомагнитно-индуцированные токи в электроэнергетических системах при геомагнитных бурях / В.А. Кузнецов // Тинчуринские чтения: материалы докладов VII Международной молодежной научной конференции: в 4т. - Казань: Изд-во КГЭУ, 2012. -T.3.-C.243.

13. Кузнецов, В.А. Влияния геомагнитных бурь на баланс мощностей в электроэнергетических системах / В.А. Кузнецов // Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов: сборник трудов

Международной научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов - Тольятти: Изд-во ТГУ, 2012. - С.292 - 295.

14. Кузнецов, В.А. Анализ влияния геомагнитных бурь на системы электроснабжения / В.А. Кузнецов, В.В. Вахнина // Энергетика и энергоэффективные технологии: сборник докладов V Международной научно-практической заочной конференции. - Липецк, 2012. - С.32-34.

15. Кузнецов, В.А. Влияние геомагнитных индуцированных токов на работу силовых трансформаторов в электроэнергетических системах / В.В. Вахнина, В.А. Кузнецов // Электроэнергетика глазами молодежи: научные труды III Международной научно-технической конференции: сборник статей: в 2т. - Екатеринбург: Изд-во УрФУ, 2012. - Т.2. - С.351 - 354.

16. Кузнецов, В.А. Моделирование ветви намагничивания силового трансформатора при геомагнитных бурях в математической среде MATLAB / В.В. Вахнина, А.Н. Черненко, Д.А. Кретов, В.А. Кузнецов // Физико-математические науки и информационные технологии: теория и практика: материалы Международной заочной научно-практической конференции. - Новосибирск: Изд-во «СибАК», 2012. - С. 67 - 75.

17. Кузнецов, В.А. Особенности расчета геоиндуцированных токов в системах электроснабжения / В.В. Вахнина, В.А. Кузнецов, Д.А. Кретов // Федоровские чтения - 2012 : сборник трудов XLII Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием); под общ. ред. Б.И. Кудрина, Ю.В. Матюниной. - М.: Изд. дом МЭИ, 2012. - С. 27 - 31.

18. Кузнецов, В.А. Разработка методики расчета величины геоиндуцированного тока в линиях электропередач электроэнергетических систем / В.В. Вахнина, В.А. Кузнецов, A.A. Козуб // Научная дискуссия: вопросы технических наук: материалы VI Международной заочной научно-практической конференции- Москва: Изд. «Международный центр науки и образования», 2013. - С.36 - 41.

19. Кузнецов, В.А. Система регистрации геоиндуцированных токов в электроэнергетических системах / В.В. Вахнина, В.А. Кузнецов, А.И. Кузнецова // Электроэнергетика глазами молодежи: сборник докладов IV Международной научно-технической конференции: в 2 т. - Новочеркасск, 2013. - Т.1. - С.451 - 454. - Режим доступа: http://emg2013.npi-tu.ru/assets/files/emg2013_partl.pdf.

20. Кузнецов, В.А. Снижение рисков развития аварий в системах электроснабжения при геомагнитных бурях / В.В. Вахнина, A.A. Кувшинов, В.А. Кузнецов // Гелиофизические исследования. - 2013. -Выпуск 5. - С.115 - 123. - Режим доступа: http ://vestnik.geospace.ru/index.php?id=191. pdf.

21. Кузнецов, В.А. Система измерения геоиндуцированных токов в нейтралях силовых трансформаторов при геомагнитных бурях /

В.В. Вахнина, В.А. Кузнецов // Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства: материалы докладов IV Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2013. - С.36 - 41.

22. Кузнецов, В.А. Влияние расположения объектов системы электроснабжения на величину ЭДС геоэлектрического поля при геомагнитной буре / В.А. Кузнецов // Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов: сборник трудов Ш Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов. - Тольятти: Изд-во ТГУ, 2014. - С.89 - 91.

23. Кузнецов, В.А. Особенности расчетной модели системы электроснабжения при геомагнитных бурях / В.А. Кузнецов, Т.А. Рыбалко, М.О. Зюзин, А.И. Кузнецова // Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов: сборник трудов П1 Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов. -Тольятти: Изд-во ТГУ, 2014. - С.91 - 93.

Подписано в печать 15.04.2014. Формат 60x84/16. Печать оперативная. Усп. п. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ №3-151-14

Издательство Тольяттинского государственного университета 445667, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тольяттинский государственный университет

На правах рукописи

04201459417

Кузнецов Виталий Александрович

ОБНАРУЖЕНИЕ ГЕОННДУЦИРОВАННЫХ ТОКОВ И ИХ МОНИТОРИНГ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, доцент Вахнина Вера Васильевна

Тольятти 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1 ВОЗДЕЙСТВИЕ ГЕОМАГНИТНЫХ БУРЬ НА СИСТЕМЫ 12 ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1.1 Причины возникновения аварийных ситуаций в системах 12

электроснабжения

1.2 Основные параметры и механизм протекания геомагнитной бури 14

1.3 Анализ влияния геоиндуцированных токов на 19 электрооборудование систем электроснабжения

1.4 Постановка цели и задач исследования 30 Вывод по главе 1 33

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА 34 ГЕОИНДУЦИРОВАННОГО ТОКА С УЧЕТОМ КОНФИГУРАЦИИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

2.1 Основные положения при разработке методики расчета 34 геоиндуцированного тока в системе электроснабжения

2.2 Расчет геоиндуцированного тока на прямолинейном участке 40 системы электроснабжения

2.3 Расчет геоиндуцированных токов в электрической сети 45 радиальной конфигурации

2.4 Расчет геоиндуцированных токов в электрической сети 49 магистральной конфигурации

2.5 Расчет геоиндуцированных токов в электрической сети 53 кольцевой конфигурации

Выводы по главе 2 59

3 ВЛИЯНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ 60 ОБЪЕКТОВ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ВЕЛИЧИНЫ ГЕОИНДУЦИРОВАННЫХ ТОКОВ

3.1 Оценка величины ЭДС геоэлектрического поля 60

от пространственного расположения объектов СЭС на местности

3.2 Разработка алгоритма для расчета функционирования системы 64

электроснабжения при геомагнитных бурях

3.3 Модели элементов системы электроснабжения для расчета их 71 функционирования при геомагнитных бурях

3.4 Программная реализация расчета геоиндуцированных токов 84 в СЭС с учетом пространственного расположения объектов на местности и направления вектора напряженности геоэлектрического поля

Вывод по главе 3 91

4 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА 92

ГЕОИНДУЦИРОВАННЫХ ТОКОВ В ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННЫХ НЕЙТРАЛЯХ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПРИ ГЕОМАГНИТНЫХ БУРЯХ

4.1 Определение основных условий проведения мониторинга 92 геоиндуцированных токов в глухозаземленных нейтралях

силовых трансформаторов

4.2 Разработка общей модели и комплекса технических средств 96 системы мониторинга геоиндуцированных токов в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов

4.3 Разработка программных средств по обработке сигналов в 101 системе мониторинга геоиндуцированных токов в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов

4.4 Апробация разработанной системы мониторинга 104 геоиндуцированных токов на Жигулевской ГЭС

Выводы по главе 4 113

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 114

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 116

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 130

ПРИЛОЖЕНИЕ А 131

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 141

ПРИЛОЖЕНИЕ В 145

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Современные системы электроснабжения (СЭС) становятся все более сложными и взаимосвязанными, длина высоковольтных воздушных линий электропередач (ЛЭП) увеличивается, они становятся сильно загруженными. Рост спроса на электроэнергию и дерегулирование привели к тому, что СЭС эксплуатируются на пределе своих возможностей и становятся более уязвимыми к внешним возмущениям, в том числе и к геомагнитным бурям (ГМБ).

Во время геомагнитных бурь в протяженных электрических сетях возникают геоиндуцированные токи (ГИТ), протекающие через заземленные обмотки силовых трансформаторов (СТ) и провода воздушных линий электропередач. Частота ГИТ находится в пределах (0,0001-^-0,1) Гц, т.е. во много раз меньше номинальной частоты (50 или 60 Гц) напряжения электрической сети. Геоиндуцированные токи зарегистрированы в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов в электрических сетях многих стран как в период высокой, так и низкой геомагнитной активности. Зафиксированные значения ГИТ в нейтралях силовых трансформаторов - от нескольких ампер до сотен ампер. Наблюдаемая продолжительность протекания ГИТ - от сотен секунд до десятков часов. В последнее время предпринимаются попытки регистрации ГИТ и в электрических сетях нашей страны.

Основное воздействие ГИТ на СЭС заключается в насыщении магнитной системы силовых трансформаторов, что приводит к многократному возрастанию несинусоидальных токов намагничивания. Это опасно как для силовых трансформаторов, поскольку возникает дополнительный нагрев конструктивных элементов, изоляции, масла, так и для режима систем электроснабжения, поскольку увеличение тока намагничивания вызывает увеличение потребления реактивной мощности силовыми трансформаторами. Возникающий дефицит реактивной мощности приводит к снижению

напряжения, к снижению запаса устойчивости и пропускной способности ЛЭП, в электрической сети появляются высшие гармонические составляющие тока и напряжения, возможны ложные срабатывания релейной защиты и автоматики, и, как следствие, нарушение функционирования или развитие аварии в СЭС.

Значительный вклад в проблему изучения негативного влияния геоиндуцированных токов на функционирование систем электроснабжения внесли зарубежные и отечественные ученые: Albertson V.D., Boteler D.H., Kappenman J.G., Pirjola R., Pulkkinen А., Вахнина B.B., Гершенгорн А.И., Скопинцев В.А. и др.

Многие системные аварии в электрических сетях различных стран спровоцированы дефицитом реактивной мощности и последующим снижением напряжения по всей электрической сети. Следует отметить, что за последние 15 лет из баланса Единой энергетической системы России выведены компенсирующие устройства с суммарной установленной мощностью свыше 50 Гвар. Поэтому в сложившихся условиях, опасность могут представлять не только интенсивные ГИТ, способные непосредственно повредить силовые трансформаторы, но и менее интенсивные ГИТ, недостаточные для повреждения силовых трансформаторов, но достаточные для создания дефицита реактивной мощности, способного спровоцировать развитие системной аварии или крупного технологического нарушения в СЭС с отключением большого объема потребителей. Сказанное выше определяет актуальность темы диссертационной работы.

Объектом исследования является система электроснабжения.

Предметом исследования являются режимы работы системы электроснабжения при воздействии геоиндуцированных токов при геомагнитных бурях различной интенсивности.

Цель работы — обнаружение геоиндуцированных токов и их мониторинг в системе электроснабжения для адекватной оценки степени опасности геомагнитных бурь различной интенсивности на режимы конкретной электрической сети.

В соответствии с указанной целью поставлены и решены следующие научные задачи:

1. Разработать методику расчета геоиндуцированных токов в сложной электрической сети в периоды геомагнитной активности;

2. Выполнить анализ влияния конфигурации СЭС на распределение геоиндуцированных токов в электрической сети;

3. Исследовать влияние пространственного расположения объектов СЭС на местности и направления вектора напряженности геоэлектрического поля на величины геоиндуцированных токов в электрической сети;

4. Разработать алгоритм и программные средства для расчета геоиндуцированных токов в системе электроснабжения;

5. Разработать систему мониторинга геоиндуцированных токов в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов во время геомагнитных бурь.

Методы и средства исследований. При решении поставленных в диссертации задач использованы: основные положения теоретических основ электротехники, методы математического анализа, методы современного компьютерного моделирования систем электроснабжения (МАТЬАВ с пакетом расширения БишИпк), преобразование Фурье и Вейвлет-преобразование. Для проведения экспериментальных исследований использовались современные приборы для визуального контроля, оцифровки и записи физических величин. При выполнении работы использовались труды российских и зарубежных ученых, а также материалы научно-технических конференций и семинаров.

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается корректностью применения в работе основных положений теоретических основ электротехники, методов математического анализа, апробированных методов компьютерного моделирования и подтверждается сопоставительными вычислительными экспериментами на базе специализированных программ. Адекватность разработанной системы мониторинга геоиндуцированных токов в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов проверена

экспериментальными исследованиями с использованием аттестованных средств измерения.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Результаты расчетов геоиндуцированных токов в системе электроснабжения различной конфигурации по разработанной методике, позволяющие выявить силовые трансформаторы, наиболее подверженные негативному влиянию геомагнитных бурь.

2. Компьютерные математические модели для исследования влияния пространственного расположения объектов СЭС на местности и направления вектора напряженности геоэлектрического поля на величины геоиндуцированных токов в электрической сети.

3. Рекомендации по построению системы мониторинга геоиндуцированных токов в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Показано, что степень уязвимости электрической сети к воздействию геомагнитных бурь может характеризовать относительная величина эквивалентного расстояния между трансформаторными подстанциями СЭС.

2. Доказано, что конфигурация СЭС влияет на распределение геоиндуцированных токов в ветвях сложной электрической сети.

3. Разработана комплексная методика расчета геоиндуцированных токов в системе электроснабжения с учетом пространственного расположения объектов СЭС на местности, величины и направления вектора напряженности геоэлектрического поля в программном продукте МАТЬАВ. Новизна разработанных программных средств подтверждена 3 свидетельствами о регистрации компьютерных программ для ЭВМ.

4. Предложена и обоснована конфигурация системы регистрации геоиндуцированных токов, которая позволяет отслеживать и реагировать на появление квазипостоянной составляющей тока в цепи глухозаземленной нейтрали силового трансформатора при геомагнитных бурях.

Практическая ценность и полезность работы состоит в том, что:

1. Разработан комплекс программ для определения ГИТ в ветвях системы электроснабжения при геомагнитных бурях различной интенсивности.

2. Разработанные методики определения геоиндуцированных токов в электрических сетях различной конфигурации позволят адекватно оценить степень опасности геомагнитных бурь различной интенсивности для силовых трансформаторов и конкретной СЭС и разработать мероприятия и нормативные документы для повышения надежности ее функционирования при геомагнитных бурях.

3. Предложены рекомендации по построению системы мониторинга геоиндуцированных токов в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов СЭС, обеспечивающие регистрацию квазипостоянных составляющих токов при геомагнитных бурях.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы реализованы:

- филиалом ОАО «Межрегиональная сетевая компания Волги» -«Самарские распределительные сети», Жигулевское ПО для выявления силовых трансформаторов, наиболее подверженных воздействию геоиндуцированных токов при геомагнитных бурях различной интенсивности;

- филиалом ОАО «РусГидро» - «Жигулевская ГЭС» для регистрации ГИТ при геомагнитных бурях;

- при выполнении работ в соответствии с госбюджетной программой и госзаданием Минобрнауки РФ в 2011-2013 г.г. «Разработка расчетно-теоретической модели системы электроснабжения города при ее функционировании в нормальных, аварийных и несимметричных режимах работы» (2011г.), «Моделирование региональных электроэнергосистем с учетом рационального распределения мощностей и предотвращения масштабных отключений при геомагнитных бурях» (2012 - 2013 г.г.);

- в учебном процессе кафедры «Электроснабжение и электротехника» Тольяттинского государственного университета при чтении курсов лекций по

дисциплинам «устойчивость систем электроснабжения», «Компьютерное моделирование систем электроснабжения», «Расчетно-экспериментальные исследования динамики систем электроснабжения» для студентов, обучающихся по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на следующих научных мероприятиях: на V, VI и VII Международных молодежных научных конференциях «Тинчуринские чтения» (Казань, 2010, 2011, 2012 г.г.); Всероссийском научно-практическом семинаре «Энергосбережение на предприятиях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства» (Салават, 2010 г.); II Международной научно - технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов» (Тольятти, 2012 г.); XL Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием) «Федоровские чтения - 2012» (Москва, 2012 г.); III и IV Международных научно-технических конференциях «Энергетика глазами молодежи» (Екатеринбург, 2012 г.; Новочеркасск, 2013 г.); IV Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2013 г.); III Всероссийской научно - технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов» (Тольятти, 2014 г.), а также докладывались и получили одобрение на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тольяттинского государственного университета.

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 23 научных труда (3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ; 3 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ; 17 статей в сборниках научных трудов, материалах конференций и семинаров).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 130 стр. основного текста, списка

литературы из 113 наименований, 3 приложений на 18 стр., 48 рисунков и 10 таблиц.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, определены научная новизна и практическая ценность исследований, сформулированы научные положения и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен анализ современного состояния возникающих на практике проблем функционирования электроснабжения при воздействии геомагнитных бурь, обосновывается необходимость разработки методик обнаружения геоиндуцированных токов в глухозаземленных нейтралях силовых трансформаторов сложной электрической сети в периоды геомагнитной активности. В заключение главы детализируются задачи исследования, решаемые в диссертационной работе.

Во второй главе разработана методика расчета ГИТ в системе электроснабжения. Показано, что в качестве степени уязвимости электрической сети к воздействию геомагнитных бурь можно использовать относительную величину эквивалентного расстояния между трансформаторными подстанциями, которая определяется суммарной длиной проекций трасс воздушных ЛЭП на направление геоэлектрического поля.

Доказано, что конфигурация электрической сети СЭС влияет на распределение геоиндуцированных токов в нейтралях силовых трансформаторов.

В третьей главе разработан алгоритм расчета геоиндуцированных токов в системе электроснабжения в зависимости от пространственного расположения объектов СЭС на местности, величины и направления вектора напряженности геоэлектрического поля при геомагнитной буре. Разработанный алгоритм реализован в пакете расширения 81тиНпк системы МАТЬАВ.

При компьютерном моделировании режимов работы СЭС Самарской обл. при геомагнитных бурях показано, что в фазных проводах высоковольтных воздушных ЛЭП СЭС Самарской области при совпадении направления вектора

напряженности геоэлектрического поля и направления расположения объектов СЭС на местности при интенсивной геомагнитной буре могут протекать значительные по величине геоиндуцированные токи. При этом величина ГИТ существенно зависит от конфигурации электрической сети и может многократно отличаться для одинаковых классов напряжений и длин воздушных ЛЭП

В четвертой главе разра�