автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Ограничение воздействия кратковременных нарушений электроснабжения на промышленных потребителей

На правах рукописи

ЗАБЕЛКИН БОРИС АЛЕКСАНДРОВИЧ

ОГРАНИЧЕНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ КРАТКОВРЕМЕННЫХ НАРУШЕНИЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Специальность 05.09.03 - электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 в ¡-л:? 213

Казань-2009

003466727

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

кандидат технических наук Абдуллазянов Эдвард Юнусович

доктор технических наук Терещук Валерий Степанович

кандидат технических наук Ярыш Равия Фоатовна

Ведущая организация: ГУ «Центр энергосберегающих технологий

при Кабинете Министров РТ», г.Казань

Защита состоится «6» мая 2009 г. В 14.30 часов в аудитории В-202 на заседании диссертационного совета Д 212.082.04 при Казанском государственном энергетическом университете по адресу:

420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения) направлять по адресу: 420066, г. Казань —66, Красносельская ул., 51, Ученый Совет КГЭУ. Факс: (843) 5438624,5184464.

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

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

Автореферат разослан « »_2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.082.04 кандидат педагогических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Современная промышленность предъявляет повышенные требования к качеству электроэнергии. Как отмечается одним из ведущих ученых в области промышленного электроснабжения С.И. Гамазиным, основой для экономического роста и улучшения индустриальных уровней производительности предприятий является качество электроэнергии. Если в индустриальной экономике вполне допустимым считалось прерывание электроснабжения не более 2-3 раз в год, то в новой цифровой экономике это неприемлемо, возмущения со стороны источников питания, проявляющиеся в кратковременных провалах напряжения (продолжительностью до 0,1 - 0,2 с) без последующего перерыва электроснабжения уже приводят к срывам технологических процессов.

Реализация тонких химических, био- и нефтехимических, металлургических процессов, точного машиностроения уже невозможна без управления ими средствами цифровой техники, настройки которой тщательнейшим образом выверены и ориентированы исключительно на работу в нормальных эксплуатационных режимах. Поэтому любое возмущение со стороны электрической сети приводит к немедленному аварийному прерыванию технологических процессов, так как возникающие переходные электромагнитные и электромеханические переходные процессы, пусть и кратковременные, разрушают заданную технологию и расстраивают работу систем автоматического управления.

Наиболее частыми причинами кратковременного нарушения электроснабжения (КНЭ) являются короткие замыкания в системах внешнего (110 - 500 кВ) и внутреннего (6, 10 кВ) электроснабжения. Короткие замыкания в электрических сетях являются объективным возмущающим фактором, который может быть снижен до определенной величины за счет технических и организационных мероприятий, но никогда полностью не устранен. Так, по данным крупного специалиста в области электроэнергетики Б.Н. Неклепаева, в электрических сетях напряжением 110 кВ происходит в среднем 7-8 коротких замыканий (КЗ) в год на 100 км, что практически гарантирует ежегодные срывы технологических процессов на предприятиях с непрерывными циклами производства.

Тем самым становятся очевидными актуальность проблемы борьбы с кратковременными нарушениями электроснабжения и востребованность потребителями технических решений по ограничению воздействий провалов напряжения на их системы электроснабжения.

Развитие электротехнической промышленности позволяет уже в настоящее время располагать таким устройством, как высоковольтный токоограничи-вающий реактор на 110 - 220 кВ. Масштабные инвестиции в исследования по высокотемпературной сверхпроводимости, в первую очередь в США, привели к созданию промышленных резистивных токоограничивающих устройств (ТОУ) на напряжение 10 кВ и пилотных образцов на более высокие напряжения. Таким образом, есть и экономические и технические предпосылки к решению пробле-

мы ограничения или же полного предотвращения воздействия внешних коротких замыканий системы внутреннего электроснабжения.

Цель представленной ниже работы состоит в обосновании методов и устройств ограничения воздействия кратковременных нарушений электроснабжения, а также экономической оценке принимаемых решений, в том числе по адресации потерь электроэнергии. При этом решаются следующие задачи:

обоснование способа ограничения кратковременных нарушений электроснабжения;

обоснование устройств токоограничения, обеспечивающих повышение качества электроснабжения промышленных потребителей при коротких замыканиях во внешней питающей сети й мест'их размещения;

определение оптимальных параметров принятых устройств при различных сочетаниях внешних условий;

оценка экономической эффективности мероприятий по повышению каче-' ства электроэнергии и адресации потерь электроэнергии.

Методы исследования определялись характером каждой из поставленных задач и опирались на теорию электрических цепей, методы математического моделирования нормальных и аварийных режимов электроэнергетических систем, теорию вероятностей, методы экономической оценки инвестиций в энергетике.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и реко-, мендаций Диссертации определяется корректным использованием необходимых, методов при решении поставленных задач, сопоставлением расчетных и опубликованных результатов, общепринятыми в энергетике методами экономической оценки инвестиционных решений.

Научная новизна исследования заключается в следующем: введено понятие «граничная длина электропередачи» как параметр оценки технических и экономических мероприятий по ограничению провалов напряжения;

определены и научно обоснованы места установки и виды устройств ограничения провалов напряжения в сочетании с требованиями к устройствам релейной защиты;

обоснована методика, расчета удельных ущербов для промышленных потребителей, вызванных кратковременными нарушениями электроснабжения;

обоснована методика выбора параметров токоограничивающих устройств при питании системообразующей подстанции от мощной энергосистемы и при питании от близко расположенной электростанции; "

разработана методика экономической оценки мероприятий по повышению качества электроснабжения, в том числе по адресации потерь электроэнергии при ее передаче по одной линии нескольким потребителям.

Практическая ценность работы определяется техническими возможностями по реализации результатов работы в части установки ТОУ на основе высоковольтных реакторов; предотвращением недопустимых провалов напряжения в системах промышленных предприятий, вызванных короткими замыканиями во внешней питающей сети, и как следствие, устранением технологических ава-

рий; исключением финансовых исков к элекгроснабжающим компаниям на нарушение качества электроэнергии; прозрачностью разделения финансовой ответственности между потребителями за потери электроэнергии в общей сети. На защиту выносятся следующие основные результаты и положения: обоснование установки токоограничивающих устройств в цепях междушинных (секционных) выключателей для ограничения глубины провалов напряжения при кратковременных нарушениях электроснабжения;

методика определения граничных длин электропередачи при наличии токоограничивающих устройств и условия эффективности установки последних;

удельные ущербы для промышленных предприятий от провалов напряжения как функция граничной длины электропередачи и схемы электрических соединений системообразующей подстанции;

методика выбора оптимальных параметров токоограничивающих устройств, а также методика адресации потерь электроэнергии.

Апробация работы. Результаты работы по теме диссертации докладывались и обсуждались: на 9-й Междунар. специал. выст. «Энергетика. Ресурсосбережение. Казань, 2007» в рамках 8-го междунар. симп. «Ресурсоэффективность. Энергосбережение»; Всерос. науч.-техн. конф. «Нефть и газ Западной Сибири», Тюмень, 2007; Всерос. науч.-теХн. конф. «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы», Оренбург, 2007; науч.-практ. конф. «Эффективность электрохозяйства потребителей в условиях реструктуризации энергетики», Москва, МЭИ, 2007; XI и XII Всерос. конф. по проблемам науки и высш. шк. «Фундаментальне исследования и инновации в технических университетах», СПб., 2007, 2008; IX Сипозиум «Электротехника 2030 год. Перспективные технологии электроэнергетики», Моск. обл., 2007; 3-й Междунар. науч.-техн. конф. «Повышение эффективности энергопотребления в электротехнических устройствах и системах», Луцк, 2008; Междунар. науч.-техн. конф. «ЭНЕРГЕТИКА - 2008: инновации, решения, перспективы», Казань, 2008; Пятой Всеросс. науч.-техн. конф. с междунар. участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов», Благовещенск, 2008; Всерос. науч.-техн. конф.: «Электроэнергия: от. получения и распределения до эффективного использования». Томск, 2008; XII Междунар. конф. «Электромеханика, элекгротехнолопш, электротехнические материалы и компоненты», Алушта, 2008.

Личный вклад соискателя: приведенные в диссертации результаты являются составной частью НИОКР, выполняемых в ОАО «Сетевая компания» под руководством или при личном участи автора. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежат постановка и формализация задач, разработка теоретических и методических положений, математических моделей и методов, реализация алгоритмических решений и анализ результатов.

Публикации: основное содержание диссертации изложено в 16 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы. Общий объем диссертации 183 страницы, в том числе 61 рисунок, список литературы из 97 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность полученных ¡результатов. >

В первой главе диссертации ставится и обосновывается задача необходимости ограничения провалов напряжения в системах электроснабжения промышленных потребителей, вызванных короткими замыканиями на воздушных линиях электропередачи во внешних питающих сетях, дается критический анализ методов и устройств их ограничения.

Возмущения, снижающие качество электроэнергии, возникают на линиях при её передаче и распределении. Из-за значительной протяженности воздушных линий РАО ЕЭС электропередачи подвержены воздействию атмосферных Явлений (например, молний), которые являются причинами различных типов возмущений, бросков, посадок сетевого напряжения, полного прекращения подачи электроэнергии. Длительность и степень возмущений зависят от конфигурации энергосистемы и времени, необходимого для работы релейной защиты (РЗ). Ухудшение качества электроэнергии сводится в первую очередь к провалам (посадкам) напряжения. Провал напряжения - внезапное понижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9ином, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени до 30 секунд, рис. 1.

и и0 иПА

С/о.

1 - реальная кривая изменения напряжения;

2 - идеализированная кривая провала напряжения;

3 - результат ускоренного действия релейной защиты;

4 - результат воздействия токоограничивающего устройства.

Правила технического присоединения потребителей ограничивают величину 1/Па >0,9 (Уном на резервирующем вводе, а во время КЗ £/¿>0,7 С/ном.

Для продолжения технологических процессов в аварийных режимах необходимо, чтобы либо продолжительность провала напряжения от начала / 0 ДО от-

2

..........."........ :

\/

/о

,рз 'св

'лв

Рис. 1. Провал напряжения

ключения КЗ под действием РЗ линейным выключателем (дВ не превышала

0,1с, либо глубина провала напряжения укладывалась в нормативные требования. Такое быстродействие РЗ на системообразующих подстанциях (СОП) не всегда можно обеспечить, и как компромиссное решение может применяться ускоренное отключение КЗ междушинным (секционным) выключателем (МШВ)

на СОП, что позволяет обеспечить ^Лс. При этом быстро исчерпывается ресурс МШВ.

Снизить токи КЗ и одновременно ограничить глубину провала напряжения можно, если установить ТОУ в цепи МШВ. В настоящее время на электротехническом рынке уже предлагаются высоковольтные (110 — 220 кВ) токоограничи-вающие реакторы. В то же время достигнуты серьезные успехи в области создания высокотемпературных сверхпроводниковых токоогранйчивающих устройств (ВТСП-устройства). На напряжении 10 кВ уже появились опытно-промышленные образцы: на основе изменения магнитного потока, на основе ин-дуктивностей и на основе резисторов.

Анализ публикаций показывает, что наиболее перспективными являются резистивные ВТСП-устройства. Однако их размеры и стоимость непосредственно зависят от продолжительности действия по токоограничению. Расчеты показывают, что для резистивного ВТСП-устройства на 10 кВ при коэффициенте токоограничения равным 4 и критическом токе 4 кА длина ленточного прог водника достигает 50 км, если КЗ отключается за ОД с, и становится равной 2,5 км, если КЗ отключается за 0,005с. В первом случае при текущих ценах стоимость проводника доходит до 20 млн: долларов США, во втором случае"- до 1 млн. долларов США.

Таким образом, только высокое быстродействие РЗ и привода выключателя на отключение КЗ обеспечит приемлемые ценовые показатели для резистив-ных токоограничителей. В диссертации предлагается их установка в цепях МШВ, которые в этом случае могут работать уже в более благоприятных условиях и обеспечивать упреждающее отключение до срабатывания линейного выключателя при КЗ. Наличие токоограничителя позволит существенно повысить ресурс МШВ. При этом следует предусмотреть и быстродействующую резервную защиту ВТСП-устройства. Для ее реализации потребуется сверхбыстродействующее отключение выключателей со стороны питания в распределительном устройстве СОП.

Уже в настоящее время можно применять высоковольтные токоограничи-вакяцие реакторы. В дальнейшем в диссертации рассматриваются как реакторы, так и резистивные токоограничивающие устройства на основе ВТСП.

Во второй главе диссертации предлагается методика определения вероятностного ущерба от воздействия кратковременных нарушений электроснабжения на промышленных потребителей.

Провалы напряжения опасны в первую очередь для предприятий, где сложные современные технологии требуют строгого соблюдения качества электроэнергии не только в нормальных режимах, но и при возмущениях в системах внешнего электроснабжения. Выполнение технико-экономических расчетов эф-

7

фективносги противоаварийных мероприятий должно опираться на вероятностные показатели надежности элементов систем электроснабжения. В связи с этим в работе приводятся их надежностные математические модели. Для воздушных линий (ВЛ) электропередачи отмечается, что при оценке воздействия провалов напряжения на потребителей необходимо учитывать преходящие КЗ, когда после действие АПВ линии восстанавливают свою работу.

Для удобства расчетов введено понятие «граничная длина электропередачи»: это расстояние до места КЗ на ВЛ, рис. 2, за пределами которого остаточное напряжение С/0 на резервирующем вводе ГПП не меньше требуемого.

ЭС

YT

соп,

ОРУ- 110 кВ

Vo.

ran

XqI

Н

Рис. 2. Принципиальная схема электроснабжения

ЭС - питающая энергосистема; ГПП — главная понизительная подстанция предприятия; Н-нагрузка; Ike - ток КЗ на шинах СОП, кА; I - расстояние до места КЗ, км.

Из рис. 2 получаем, пренебрегая током в линии питания ГПП, что

Vc

Vr

"■ хс + XqI UC

-х01.

(1)

1кс

Полагая в выражении (1), чгго и о = ^Отш = 0,7 * 110/ л/3, кВ, хс=и,//*с и = 0,4 Ом/км, находим граничную длину электропередачи:

L0 - -

0,7

110 370

jlj0---------—, км. (2)

« 0,3*0,4 V3/ic Ikc

Анализ уровня токов КЗ в системе «Татэнерго» и схем подключения ответственных потребителей показал, что расчетная граничная длина превышав реальную. В целях ограничения воздействия КНЭ на потребителей на MI11B СОП была установлена быстродействующая делительная защита.

Далее рассматривалась установка высоковольтных реакторных ТОУ н СОП в цепях МШВ. В соответствии со схемой, рис.3, находится Uo-

'"(H-l+ М-2 + 1l)+ ЛИ + ИИ2 ' где m-xi/xc; т\ = хр/хс; хс = хсХцХс2; щ =*c1/jtc; ц2=*с г/хс-

Чо=

xci, xc2 - сопротивления питающей сети до шин СОП; хр - сопротивление токоогра-

ничивающего реактора;

x¡ - сопротивление линии до

места КЗ;

Uq - остаточное напряжение на другой системе (секции) шин СОП.

Рис. 3. Расчетная схема замещения с ТОУ

Из выражения (3) получена граничная длина электропередачи, рис. 4, для случая дгС1 = хс2

L. км

g

40 Г

20

: 1

\ Л X1 i ■ ! 1 :

i ' .....

20

30

/. . кА

кс

Рис. 4. Граничная длина электропередачи

Воздействие КНЭ определялось в предположении, что каждый провал напряжения в пределах приводит к пороговому возрастанию ущерба до У0 и не зависит от длительности восстановления нормального электроснабжения:

У ^ у = _ 940/Jkc - 3,2дср

Уо

100

254+ д:р1кс

akN.

У, о.е.

На рис. 5 представлены зависимости удельного

ущерба У=У/Уп от тока *

КЗ на СОП при вариации сопротивления ТОУ.

N - число воздушных ЛЭП, связанных с СОП.

1. хр=0 Ом.

2. хр=2 Ом.

3. хр =4 Ом.

4. хр =6 Ом.

5. хр~8 Ом.

6. хр = 10 Ом.

7. хр =12 Ом.

Рис. 5. Удельный ущерб от КНЭ при N=6

В третьей главе диссертации разработана методика выбора параметров токоограничивающих устройств для ограничения воздействия КНЭ на промышленных потребителей.

Рассмотрена СОП, подключенная в общем случае несколькими линиями к энергосистеме и питающая ГПП рассматриваемого предприятия. Режим КЗ на одной из секций ОРУ ГПП описан в матричном виде системой узловых уравнений, когда за базисный принят узел нулевого потенциала (точка КЗ):

(4)

где [г] - матрица узловых проводимосгей; [j] - матрица задающих токов; [м] - матрица инциденций; [¿] — матрица сопротивлений ветвей; [¿] - матрица ЭДС ветвей.

Особенностью формирования математической модели является выделение в системе уравнений (4) узлов, соответствующих системам (секциям) шин, между которыми подключено ТОУ, и введением дополнительных ветвей проводимостью Tjq и У20 > связывающие соответственно выделенные узлы 1 и 2 с базисным узлом. В результате формируются следующие уравнения:

'iii Ум МГц] глг

% >22 Ы Щ = Кг > (5)

[Ы Ы ММ [Ы

где Y12 = Y21 ~ '■>в свою очередь, Yt — проводимость ТОУ. Доказано, что матрица [je] не содержит проводимость Yt.

В результате решения уравнений (5) при последовательном замыкании в узлах 1 и 2 (соответственно Гц)-0, Кго->0° и ^20 =0> ^ю-*00)и задании остаточного напряжения на другой секции равном допустимому, получаются условия для выбора проводимости ТОУ индуктивного или резистивного типов.

Также предложена методика выбора параметров ТОУ на основе эквивалентных уравнений, когда имеется возможность свести модель сложной питающей энергосистемы к трем узлам и взаимным проводимостям.

Далее в работе на основе типовой схемы электроснабжения, рис. 6, получены зоны благоприятного сочетания параметров сети и ТОУ для режимов трехфазного и однофазного КЗ, рис. 6. Трехфазные КЗ составляют в среднем 5% от общего числа замыканий в сетях напряжением 110 кВ, а сетях напряжением 220 кВ - 2,5%. В то же время однофазные КЗ на землю в сетях напряжением 110 кВ составляют 76,3%; в сетях 220 кВ - 78,3%. В этой связи может оказаться экономически оправданным ограничение КНЭ именно по отношению к однофазным КЗ. На рис. 6 представлены рассчитанные зоны.

Рис. 6. Зоны благоприятного сочетания параметров при однофазных КЗ

1 - идоп-0,7; 2 - и¿„„=0,75; 3 - идоп= 0,8; 4 - идоп=0,85; 5 - идоп= 0,9 * * * * . *

х\с - сопротивление системы прямой последовательности, хч - суммарное сопротивление всех последовательностей системы и ЛЭП. Исследован эффект шунтирования ТОУ со стороны питающей сети. На рис. 7 приведена схема электроснабжения, в которой даже размыкание МШВ <21 на СОП не приводит к должному ограничению провала напряжения.

Рис. 7. Схема системы электроснабжения

Применение линейных ТОУ в цепях В Л ¿1 и позволяет наряду с ТОУ1 обеспечить качество напряжения в аварийных режимах, но значения сопротивлений линейных ТОУ доходят до десятков Ом, что лишает смысла их установки.

Решительно меняет ситуацию установка ТОУ2 в цепи МШВ <2г-В этом случае сопротивления ТОУ находятся в пределах 10 Ом. Их подбор осуществляется на основе решения оптимизационной задачи: минимизации суммарного сопротивления ТОУ.

Для тока КЗ на шинах СОП равном 20 кА и длине ВЛ Ц и Ь2 10 км на основе оптимизационных расчетов получено:

*г1=9,46 Ом; дг(2=1,81 Ом. Если необходимо исключить влияние на потребителя КЗ на линиях, подключенных к ОРУ ТЭЦ, то достаточно принять Ом.

В четвертой главе диссертации рассмотрены методы и алгоритмы определения экономической эффективности мероприятий по повышению надежности качества электроснабжения.

При ограничении провалов напряжения как по времени, так и по глубине, имеется пороговая чувствительность к ним у предприятий с непрерывным технологическим циклом производства. Для большинства производств нефтехимической промышленности можно принять, что

Уг= УтО+УпТв, (6)

где Уто - величина технологического ущерба, определяемая только самим событием перерыва питания; уа - удельная стоимость производимой продукции в единицу времени; Тв - время восстановления технологического процесса.

Исследование особенностей технологических режимов химических предприятий региона показывает, что разрушение технологического процесса происходит при превышении некоторой, весьма малой величины длительности перерыва питания Д/, которая в большинстве случаев менее 0,2 секунды. Т.е. при реализации общепринятых выдержек времени действия систем релейной защиты

и автоматики введение резервного источника питания уже не спасает ситуацию. Как правило, для рассматриваемых предприятий можно пренебречь вторым слагаемым в формуле (6).

В качестве целевой функции при условии полного исключения технологического ущерба может быть принята величина затрат S на установку ТОУ:

S = I [Kon+Kln4liOMj+Kzj*zjl (7)

7=1

где Kq — величина инвестиций, определяемая факторами, зависящими только от собственно установки ТОУ; Kj - коэффициент учета влияния на затраты величины номинального тока /1ЮМ ТОУ; Kz - коэффициент учета влияния на затраты величины сопротивления z ТОУ.

Оптимальным является минимум функции затрат S при вариации параметров ТОУ в условиях соблюдения ограничения остаточного напряжения на ши-нахСОП: f/0(n >(УЛ0П.

При учете ущерба должно выполняться условие экономичности: J г 1 Го,

I [K0j + KIv*ImiAj + KzJ*Zj]- ff f ДУ/ ~ Щ - Я/1 > 0.

М ,=1

(8)

Здесь Я - общие годовые эксплуатационные издержки по объекту без учета затрат на амортизацию и финансовых издержек, Н - налог на прибыль. ,

В работе получено оптимальное значение сопротивления ТОУ для случая питания СОП от сети бесконечной мощности.

Установка ТОУ изменяет потокораспределение и потери электроэнергиии. Общие абсолютные годовые нагрузочные потери электроэнергии Д^А^ц создаваемые потоком электроэнергии С^+АУг) на участке I определяются по формуле:

(Щ+щУ-кй2 ,

-2> ? -/ьХ-Ю-3, (9)

8760 ■ I]н С05 (ф)

где кф — коэффициент формы графика нагрузки.

Принимая, что

М¥\1 = и МУ2г= Ш1Ь -^2,

(Щ + 1Г2) (Щ + №2)

получаем формулы для расчёта абсолютных годовых нагрузочных потерь электроэнергии, создаваемых каждым потребителем на их общем участке сети при потреблении ими объёмов электроэнергии РГ) и

(И'1 +К2Ук(/,2 , ,,„ч

ыгц,=——т-Щ—г01-щ-ю (Ю)

8760•£/„ сои1 (ф)

(т+ФьУкй2 о ->

МГ2Ь= ; %--(11)

8760-Г/н соб (<р)

При известной характеристике <2 нагрузочные потери определяются согласно выражениям (12) и (13) на основе единственного исходного параметра-отпуска электроэнергии в сеть. Отметим, что для относительных потерь соблюдается определенная «справедливость»:

д%, -е+^-б. Г' (12)

щ и'2 (Щ+Щ) 1 ;

Т.е. относительные потери равны. Можно заключить, что каждый потребитель будет оплачивать потери электроэнергии в равных долях, но в разном количественном отношении.

В работе развита методика адресации потерь для любого количества потребителей на конце общей линии и для потребителей, подключенных по длине общей электропередачи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Повышенные требования к соблюдению нормативных показателей качества электроэнергии в аварийных режимах обусловлены чувствительностью современных тонких технологических процессов даже к кратковременным нарушениям электроснабжения. В работе обоснована целесообразность использования токоограничивающих устройств для обеспечения надлежащих параметров качества электроэнергии: в настоящее время - высоковольтных токоограничивающих реакторов, а в ближайшей перспективе - резистивных ограничителей, выполненных на основе высокотемпературных сверхпроводников второго поколения в сочетании с быстродействующей релейной защитой. Наилучший эффект ограничения воздействия КНЭ можно достичь установкой токоограничитедей в цепях междушинных (секционных) выключателей распределительных устройств элеетростанций и системообразующих подстанций.

Введено понятие «граничная длина электропередачи», характеризующее зону неблагоприятного воздействия коротких замыканий на потребителя, и на его основе получены зависимости удельных ущербов потребителей, вызванных провалами напряжения как функция режимных и схемных параметров энергосистемы. Разработанные математические модели системы электроснабжения с устройствами токоограничения позволяют выполнять расчеты по выбору их параметров как по условиям обеспечения нулевой граничной длины электропередачи, так и по условиям наибольшей экономической эффективности инвестиций. Учтено возможное шунтирующее действие питающей сети, что предполагает установку более одного токоограничивающего устройства.

Обоснована методика выбора параметров высоковольтного токоограничивающего реактора на основе минимизации расходов энергоснабжающей компании и ущерба для потребителя от воздействия кратковременных нарушений электроснабжения.

Предложенная математическая модель адресного распределения потерь электроэнергии отличается прозрачностью и может быть рекомендована потребителям при заключении договоров на поставку электроэнергии.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А., Васильев Ю.А. Проблемы взаимодействия сетевых компаний и потребителей электроэнергии / Мат. Всерос. науч.-техн. конф. «Нефть и газ Западной Сибири». Т.2. - Тюмень: Изд-во ТюмГНГУ, 2007. - С.85-88.

2. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А., Васильев Ю.А. Проблемы развития сетевой компании в условиях реформирования энергетики / Труды Всерос. науян.-техн. конф. «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы». — Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2007. - С. 90-94.

3. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А, Галиев И.Ф. Модель надежности функционирования узлов нагрузки питающих систем энергетики / Труды Всерос. научю-техн. конф. «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы». — Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2007. - С. 83-87.

4. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А, Галиев И.Ф. Разработка модели надежности функционирования узлов нагрузки питающих сетей на основе метода Монте-Карло / «Фундаментальне исследования и инновации в технических университетах». Мат. XI Всерос. конф. по проблемам науки и высшей школы. -СПб., 2007. ~ Изд-во СПбГПТУ. - С. 216.

5. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А, Галиев И.Ф. Разработка модели надежности функционирования узлов нагрузки питающих сетей / IX Сипозиум «Электротехника 2030 год. Перспективные технологии электроэнергетики». Сб. тезисов. - Моск. обл.: 2007. - С. 85-86.

6. Проблемы развития сетевой компании в условиях реформирования энергетики // Абдуллазянов Э.Ю.. Васильев Ю.А.. Забелкин Б.А.. Маклецов A.M. / IX Сипозиум «Электротехника 2030 год. Перспективные технологии электроэнергетики». Сб. тезисов. - Моск. обл.: 2007. - С. 75-77.

7. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А., Галиев И.Ф. Ограничение провалов напряжения в системах промышленного электроснабжения / «Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах». Мат. XII Всерос. конф. по проблемам науки и высшей школы. - СПб., 2008. - Изд-во СПбГПТУ.-С. 161.

8. Абдуллазянов Э.Ю., Абдуллазянов Р.Э., Забелкин Б.А., Федотов А.И. Ограничение провалов напряжения в системах промышленного электроснабжения / Труды Междунар. научн.-техн. конф. «ЭНЕРГЕТИКА - 2008: инновации, решения, перспективы». - Казань: Изд-во КГЭУ, 2008. - С. 40-45.

9. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А., Васильев Ю.А. Ограничение глубины провалов напряжения в системах промышленного электроснабжения / Пятая Всеросс. науч.-техн. конф. с международным участием «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов». Благовещенск. - АмГУ, 2008. - С. 162-166.

10. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А., Галиев И.Ф. Ограничение провалов напряжения систем промышленного электроснабжения / II Междунар. науч.-тсхн. конф. «Повышение эффективности энергопотребления в электротехнических устройствах и системах». -Луцк, 2008.-С. 43-45.

11. Забелкин Б.А., Леонов A.B., Федотов А.И. Эквивалентные уравнения для описания переходных процессов в синхронных электрических машинах / XII Междунар. конф. «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты». Труды МКЭЭЭ-2008. - Крым. Алушта, 2008. -

12. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А., Федотов А.И. Электроснабжение предприятий с непрерывным технологическим циклом производства / Мат. Все-рос. науч.-техн. конф. «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования». Томск, 2008. - С. 123-125.

13. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А., Федотов Е.А. Ограничение провалов напряжения в системах электроснабжения / XII Междунар. конф. «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты». Труды МКЭЭЭ-2008. -Крьм. Алушта, 2008. -С.185.

14. Забелкин Б.А., Васильев Ю.А., Галиев И.Ф. Увеличение токовых нагрузок воздушных линий электропередачи для повышения надежности электроснабжения / XII Междунар. конф. «Электромеханика, элекгротехнологии, электротехнические материалы и компоненты». Труды МКЭЭЭ-2008. - Крым. Алушта, 2008. - С. 205.

15. Геркусов A.A., Сибгатуллин Э.Г., Забелкин Б.А. Задача распределения абсолютных и относительных потерь электроэнергии по ветвям радиальной сети / Региональная энергетика и электротехника: проблемы и решения. Сб. научных трудов.-Чебоксары. Изд-во ЧГУ, 2008.-С. 101-113,

В журналах по списку ВАК: ,, 16. Геркусов A.A., Забелкин Б.А., Сибгатуллин Э.Г. Задача распределения абсолютных и относительных потерь электроэнергии по ветвям радиальной сети // Изв. вузов. Проблемы энергетики, 2008, №3-4. - С. 90-99.

Подписано к печати 18.03.2009 г. Ввд печати РОМ Формат 60x84/16

Гарнитура «Times» "" ~ ' тая

С.130.

Тираж 100 экз.

Типография КГЭУ 420066, Казань, Красносельская, 51

ВВЕДЕНИЕ.

1. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

1.1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ НАРУИШНИЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ.

1.2. ОБЩИЕ НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ.

1.3. ОСНОВНЫЕ ПУТИ ОГРАНИЧЕНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРОВАЛОВ НАПРЯЖЕНИЯ

1.3.1. Использование быстродействующей делительной защиты.

1.3.2. Применение индуктивных накопителей энергии.

1.3.3. Компенсаторы реактивной мощности как регуляторы напряжения.

1.3.4. Применение динамических компенсаторов искажений напряжения.

1.4. ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

1.4.1. Места установки и виды ТОУ.

1.4.2. ТОУ на основе коммутации магнитного потока.

1.4.3. Резистивный тип ТОУ.

1.4.4. Индуктивный тип ТОУ.

1.5. МАТЕРИАЛЫ И УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ ВТСП.

1.6. ВЫВОДЫ.

2. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРОВАЛОВ

НАПРЯЖЕНИЯ НА СИСТЕМЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

2.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ОСНОВНЫЕ ДОПУЩЕНИЯ.

2.2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОТКАЗОВ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ПОДСТАНЦИЙ.

2.2.1. Вероятностная математическая модель выключателя.

2.2.2. Вероятностная математическая модель воздушной линии.

2.2.3. Вероятностная математическая модель сборных шин.

2.3. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ВЕРОЯТНОГО ПЕРЕРЫВА ПИТАНИЯ.

2.4. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ТИПОВЫХ СХЕМ ПОДСТАНЦИЙ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ 220 кВ И НИЖЕ

2.4.1. Схема «одна система сборных шин».

2.4.2. Схема «одна секционированная система сборных 67 шин».

2.4.3. Схема «одна секционированная система шин с 70 обходной»

2.5. УСЛОВИЯ МИНИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО 71 УЩЕРБА.

2.6. РАСЧЕТ ГРАНИЧНОЙ ДЛИНЫ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.

2.7. ВЫВОДЫ.

3. МЕТОДИКА ВЫБОРА ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ГЛУБИНЫ ПРОВАЛОВ НАПРЯЖЕНИЯ

3.1. МЕТОДИКА ВЫБОРА СОПРОТИВЛЕНИЙ ТОУ ПО УРАВНЕНИЯМ УЗЛОВЫХ ПОТЕНЦИЮ АЛОВ

3.1.1. Формирование математической модели электрической 93 сети, содержащей ТОУ.

3.1.2. Выбор сопротивлений ТОУ.

3.2. МЕТОДИКА ВЫБОРА СОПРОТИВЛЕНИЙ ТОУ ПО 102 ЭКВИВАЛЕНТНЫМ СХЕМАМ ЗАМЕЩЕНИЯ.

3.3. МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОУ В ПРЕДЕЛЬНЫХ СЛУЧАЯХ

3.1. Постановка задачи.

3.3.1. Режим трехфазного короткого замыкания.

3.3.2. Режим однофазного короткого замыкания на землю.

3.4. МЕТОДИКА ВЫБОРА ЛИНЕЙНЫХ ТОУ ПРИ ПИТАНИИ 116 ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ОТ БЛИЗКОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ.

3.5. УСТАНОВКА ТОУ В ЦЕПЯХ МЕЖДУШИННЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

3.5.1. Короткое замыкание на шинах СОП.

3.5.2. Короткое замыкание на шинах ОРУ электростанции.

3.6. ВЫВОДЫ.

4. МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ И КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

4.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ИНВЕСТИЦИЙ С УЧЕТОМ НЕДООТПУЩЕННОЙ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ.

4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ 140 ИНВЕСТИЦИЙ С УЧЕТОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УЩЕРБА.

4.3. МЕТОДИКА ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОЙ ВЕЛИЧИНЫ 148 ИНДУКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕННИЯ РЕАКТОРА ТОУ.

4.4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ 150 ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТАНОВКИ РЕКЛОУЗЕРОВ.

4.5. ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЛЕВОГО ВКЛАДА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

В ПОТЕРИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

4.5.1. Два потребителя в конце линии.

4.5.2. Общий случай подключения потребителей к линии.

4.5.3. Подключение потребителей вдоль линии.

4.6. ВЫВОДЫ.

Современная промышленность предъявляет повышенные требования к качеству электроэнергии. Как отмечается одним из ведущих ученых в области промышленного электроснабжения С.И. Гамазиным, основой для экономического роста и улучшения индустриальных уровней производительности предприятий является качество электроэнергии. Если в индустриальной экономике вполне допустимым считалось прерывание электроснабжения не более 2-3 раз в год, то в новой цифровой экономике это не только неприемлемо, но даже возмущения со стороны источников питания, проявляющиеся в кратковременных провалах напряжения (продолжительностью до 0,1 - 0,2 с) без последующего перерыва электроснабжения уже приводят к срывам технологических процессов.

Проблема, связанная с воздействием кратковременных нарушений электроснабжения на работу потребителей электроэнергии становится все более острой по мере усложнения технологических процессов предприятий и использования средств автоматизации. Реализация тонких химических, био-и нефтехимических, металлургических процессов, точного машиностроения уже невозможна без управления ими средствами цифровой техники, настройки которой тщательнейшим образом выверены и ориентированы исключительно на работу в нормальных эксплуатационных режимах.

Поэтому любое возмущение со стороны электрической сети приводит к немедленному аварийному прерыванию технологических процессов, так как возникающие переходные электромагнитные и электромеханические переходные процессы, пусть и кратковременные, разрушают заданную технологию и расстраивают работу систем автоматического управления, что вызывает работу технологических защит.

Наиболее частыми причинами кратковременного нарушения электроснабжения являются короткие замыкания в системах внешнего (110

500 кВ) и внутреннего (6, 10 кВ) электроснабжения. Так, по данным крупного специалиста в области электроэнергетики Б.Н. Неклепаева, в электрических сетях напряжением 110 кВ происходило в среднем 7 — 8 коротких замыканий в год на 100 км, что практически гарантирует ежегодные срывы технологических процессов на предприятиях с непрерывными циклами производства.

В США и Канаде в середине 90-х годов прошедшего века в результате обследования большого количества крупных предприятий на предмет оценки степени воздействия провалов напряжения были разработаны специальные концепции по защите промышленного электрооборудования от кратковременных нарушений электроснабжения. В частности, получили развитие сверхпроводниковые индуктивные накопители энергии, а в целом в области энергетических сврехпроводниковых технологий затрачены сотни миллионов долларов на научные исследования и промышленные образцы.

Стоимость ущерба от плохого качества электроэнергии в американской экономике оценивают более чем в 150 миллиардов долларов в год. Точных данных по аналогичным ущербам в отечественной промышленности не имеется, но поскольку современные технологии в развитых странах близки между собой, можно считать, что и в России аналогичные потери у потребителей электроэнергии исчисляются миллиардами долларов. Тем самым становятся очевидными актуальность проблемы борьбы с кратковременными нарушениями электроснабжения и востребованность потребителями технических решений по их ограничению.

Короткие замыкания в электрических сетях являются объективным возмущающим фактором, который может быть снижен до определенной величины за счет технических и организационных мероприятий, но никогда полностью не устранен. Так, грозовые перенапряжения могут инициировать пробой изоляции воздушных линий электропередачи практически при любых экономически оправданных средствах грозозащиты, что выдвигает на первый план борьбы с провалами напряжения задачу разработки специальных мер и устройств по их ограничению.

Использование устройств быстродействующей микропроцессорной релейной защиты в сочетании с элегазовыми выключателями, снабженными быстродействующим приводом, позволяет довести время отключения коротких замыканий до приемлемых величин: 0,15 — 0,20 с. Поэтому как основной способ ограничения воздействия кратковременных нарушений электроснабжения на ответственных потребителей следует считать ускоренное отключение коротких замыканий. Однако в связи с достаточно сложной структурой электрических сетей, с возможным замедлением срабатывания защит вследствие насыщения трансформаторов тока под действием токов короткого замыкания, в связи с наличием большого количества подстанций, где установлены масляные выключатели, необходимо искать и другие пути решения обозначенной проблемы.

Развитие электротехнической промышленности позволило уже в настоящее время располагать таким устройством, как высоковольтный токоограничивающий реактор на 110 — 220 кВ. Масштабные инвестиции в исследования по высокотемпературной сверхпроводимости, в первую очередь в США, позволили создать промышленные образцы резистивных токоограничивающих устройств на напряжение 10 кВ и пилотные образцы на более высокие напряжения. Таким образом, в настоящее время есть и экономические и технические предпосылки к решению проблемы ограничения или же полного предотвращения воздействия внешних коротких замыканий системы внутреннего электроснабжения.

Цель представленной ниже работы состоит в обосновании методов и устройств ограничения воздействия кратковременных нарушений электроснабжения, а также экономической оценке принимаемых решений, в том числе по адресации потерь электроэнергии. При этом решаются следующие задачи: обоснование способа ограничения кратковременных нарушений электроснабжения; обоснование устройств токоограничения и мест их размещения, обеспечивающих повышение качества электроснабжения промышленных потребителей при коротких замыканиях во внешней питающей сети; определение оптимальных параметров принятых устройств при различных сочетаниях внешних условий; оценка экономической эффективности мероприятий по повышению качества электроэнергии и адресации потерь электроэнергии.

Методы исследования определялись характером каждой из поставленных задач и опирались на теорию электрических цепей, методы математического моделирования нормальных и аварийных режимов электроэнергетических систем, теорию вероятностей, методы экономической оценки инвестиций в энергетике.

Достоверность обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации определяется корректным использованием при решении поставленных задач необходимых методов, сопоставлением расчетных и опубликованных результатов, общепринятыми в энергетике методами экономической оценки инвестиционных решений.

Научная новизна исследования заключается в следующем: понятие «граничная длина электропередачи» как параметр оценки технических и экономических мероприятий по ограничению провалов напряжения; определены места установки и виды устройств ограничения провалов напряжения в сочетании с требованиями к устройствам релейной защиты; предложена методика расчета удельных ущербов для промышленных потребителей, вызванных кратковременными нарушениями электроснабжения; обоснована методика выбора параметров токоограничивающих устройств при питании системообразующей подстанции от мощной энергосистемы и при питании от близко расположенной электростанции; разработана методика экономической оценки мероприятий по повышению качества электроснабжения, в том числе по адресации потерь электроэнергии при ее передаче по одной линии нескольким потребителям.

Практическая ценность работы определяется техническими возможностями по реализации результатов работы в части установки ТОУ на основе высоковольтных реакторов; предотвращением недопустимых провалов напряжения в системах промышленных предприятий, вызванных короткими замыканиями во внешней питающей сети, и как следствие, устранением технологических аварий; исключением финансовых исков к электроснабжающим компаниям на нарушение качества электроэнергии; прозрачностью разделения финансовой ответственности между потребителями за потери электроэнергии в общей сети.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения: обоснование установки токоограничивающих устройств в цепях междушинных (секционных) выключателей для ограничения глубины провалов напряжения при кратковременных нарушениях электроснабжения; методика определения граничных длин электропередачи при наличии токоограничивающих устройств и условия эффективности установки последних; удельные ущербы для промышленных предприятий от провалов напряжения как функция граничной длины электропередачи и схемы электрических соединений системообразующей подстанции; методика выбора оптимальных параметров токоограничивающих устройств, а также методика адресации потерь электроэнергии.

4.5. ВЫВОДЫ

При выборе мероприятий по ограничению или исключению воздействия качества электроэнергии на системы электроснабжения промышленных нагрузок необходима их экономическая оценка. Полное исключение воздействия провалов напряжения практически всегда возможно, но может экономически оказаться невыгодным вследствие большого количества токоограничивающих устройств, увеличения потерь электроэнергии и выхода их параметров за пределы технической целесообразности. Выбор количества и параметров токоограничивающих устройств является технико-экономической задачей и должен увязываться не только с требованиями потребителя, но и с требованиями энергосистемы по допустимому уровню потерь мощности и напряжения.

При увеличении уровня токов короткого замыкания именно использование токоограничивающих устройств помогает сохранить установленные ранее в электрических сетях выключатели. В этом случае можно возложить дополнительные функции на эти устройства по ограничению провалов напряжения. Их окупаемость в первую очередь будет определяться отказом от установки новых коммутационных аппаратов, трансформаторов тока, замены ошиновки. Поскольку ограничение уровня токов короткого замыкания выгодно как сетевым, так и генерирующим компаниям, можно решить вопрос по обеспечению надлежащего уровня остаточного напряжения у потребителей, когда требуется установка более одного токоограничивающего устройства.

При калькуляции стоимости потерь электроэнергии в электрических сетях для каждого потребителя возникает проблема технико-экономического порядка: математически потери электроэнергии зависят как от собственного, так и от взаимного электропотребления, что с экономической стороны делает невозможным строгое выделение доли каждого потребителя в общих потерях. Механизм разделения потерь, предложенный в работе, отличается прозрачностью, обеспечивает физическую наглядность и может быть применен при переходе к адресной оплате потерь электроэнергии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Повышенные требования к соблюдению нормативных показателей качества электроэнергии не только в нормальных эксплуатационных, но и в аварийных режимах обусловлены чувствительностью современных тонких технологических процессов даже к кратковременным нарушениям электроснабжения. Проявляется эта чувствительность через расстройство действия систем автоматического управления электроприводами при возмущениях со стороны их питания. В связи с этим было ведено ограничение по допустимой величине провалов напряжения в аварийных режимах не ниже 70% от номинального напряжения на резервирующих вводах промышленных подстанций.

Оснащение ответственных электропотребителей источниками бесперебойного питания может рассматриваться как вынужденная и дорогостоящая мера и ни в коем случае не как основное направление повышения надежности электроснабжения. Многими предприятия химической и нефтехимической отрасли промышленности уже установлены мегаваттные источники бесперебойного питания, что подчеркивает быстрейшую необходимость решения вопроса повышения надежности и качества электроснабжения.

В работе обоснована целесообразность использования токоограничивающих устройств для обеспечения надлежащих параметров электроэнергии в аварийных режимах. Показано, что уже в настоящее время имеется возможность установки высоковольтных токоограничивающих реакторов, а в ближайшей перспективе — резистивных ограничителей, выполненных на основе высокотемпературных сверхпроводников второго поколения. При этом для ограничения размеров и стоимости последних необходим пересмотр требований к быстродействию основных и резервных релейных защит, действующих на отключение коротких замыканий.

Определено, что наилучший эффект ограничения воздействия кратковременных нарушений электроснабжения можно достичь установкой токоограничителей в цепях междушинных (секционных) выключателей распределительных устройств электростанций и системооборазуюгцих подстанций.

Введено понятие «граничная длина электропередачи», характеризующее зону неблагоприятного воздействия коротких замыканий на потребителя, и на его основе получены зависимости удельных ущербов потребителей, вызванных провалами напряжения как функция режимных и схемных параметров энергосистемы.

Разработанные математические модели системы электроснабжения с устройствами токоограничения позволяют выполнять расчеты по выбору их параметров как по условиям обеспечения нулевой граничной длины электропередачи, так и по условиям наибольшей экономической эффективности инвестиций. Учтено возможное шунтирующее действие питающей сети, что предполагает установку более одного токоограничивающего устройства.

Обоснована методика выбора оптимальной величины сопротивления токоограничивающего реактора, основанная на минимизации целевой функции суммарных затрат как со стороны энергосистемы, так и со стороны потребителя.

Предложенная математическая модель адресного распределения потерь электроэнергии отличается прозрачностью и может быть рекомендована потребителям при заключении договоров на поставку электроэнергии.

1. Абдуллазянов Э.Ю. Методы и средства повышения эффективности проектирования, эксплуатации и управления электрическими сетями в системах электроснабжения: Дисс. . канд. техн. наук. - Казань, КГТУ, 2003.

2. Абдуллазянов Э.Ю., Васильев Ю.А., Федотов А.И. Проблемы инвестиционной деятельности сетевой компании в условиях реформирования энергетики / Энергетика Татарстана, 2008, №3. С. 70-75.

3. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А., Васильев Ю.А. Проблемы взаимодействия сетевых компаний и потребителей электроэнергии / Мат. Всерос. науч.-техн. конф. «Нефть и газ Западной Сибири». Т.2. Тюмень: Изд-во ТюмГНГУ, 2007. - С.85-88.

4. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А., Васильев Ю.А. Проблемы развития сетевой компании в условиях реформирования энергетики / Труды Всерос. научн.-техн. конф. «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы». Оренбург: ИГЖ ГОУ ОГУ, 2007. - С. 90-94.

5. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А, Галиев И.Ф. Модель надежности функционирования узлов нагрузки питающих систем энергетики

6. Труды Всерос. научю-техн. конф. «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы». Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2007. - С. 83-87.

7. Абдуллазянов Э.Ю., Забелкин Б.А, Галиев И.Ф. Разработка модели надежности функционирования узлов нагрузки питающих сетей / IX Сипозиум «Электротехника 2030 год. Перспективные технологии электроэнергетики». Сб. тезисов. Моск. обл.: 2007. - С. 85-86.

8. Автоматизация диспетчерского управления в энергетике // Под общей ред. Ю.Н. Руденко и В.А. Семенова. М.: Изд-во МЭИ, 2000.

9. Альтов В.А., Копылов С.И. Повышение надёжности работы энергосистем с помощью сверхпроводящих устройств // Электротехника, 2007, № 8.- С. 13-18.

10. Астахов Ю.Н., Веников В.А., Тер-Газарян А.Г. Накопители энергии в электроэнергетических системах. — М.: Высш. шк., 1989.

11. Балаков Ю.Н., Мисриханов М.Ш., Шунтов А.В. Проектирование схем электроустановок: учебное пособие для вузов. — 2-е изд., стереот. — М.: Издательский дом МЭИ, 2006.

12. Баркан Я.Д., Маркушевич Н.С. Использование статистической информации о качестве напряжения в электрических сетях. М.: Энергия, 1972.

13. Висящев А.Н., Тигунцев С.Г., Лукий И.И. Влияние потребителей на искажение напряжения // Электрические станции, 2002, №7. С. 26-31.

14. Востросаблин А.А. Определение вероятностных характеристик токов короткого замыкания в энергосистемах для проектирования энергоустановок: Дисс. . канд. техн. наук. Москва, МЭИ, 1993.

15. Влияние дуговых электропечей на системы электроснабжения // Ю.Л. Рыжнев, Р.В. Минеев, А.П. Михеев, М.Я. Смелянский. М.: Энергия, 1975.

16. Волошин И.Ф. Фишер Л.М. Применение высокотемпературных сверхпроводников в электроэнергетике / IX Сипозиум «Электротехника 2030 год. Перспективные технологии электроэнергетики». Сб. тезисов. Моск. обл.: 2007.-С.57-58.

17. Воропай Н.И., Этингов П.В. Координация противоаварийного управления в электроэнергетических системах / IX Сипозиум «Электротехника 2030 год. Перспективные технологии электроэнергетики». Сб. тезисов. Моск. обл.: 2007. - С. 52-53.

18. Гамазин С., Пупин В., Ивкин О. Новые устройства обеспечения надежности электроснабжения и качества электроэнергии потребителей // Рынок электротехники, 2006, №2. С. 28-34.

19. Геркусов А.А., Забелкин Б.А., Сибгатуллин Э.Г. Задача распределения абсолютных и относительных потерь электроэнергии по ветвям радиальной сети // Изв. вузов. Проблемы энергетики, 2008, №3-4. С. 90-99.

20. ГОСТ 13108-97. «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». М.: Госстандарт, 1997.

21. Гуревич Ю. Е. Об упорядочении взаимоотношений энергоснабжающих организаций и промышленных потребителей в области надежности электроснабжения // Электрические станции, 1998, № 9. — С . 31-35.

22. Евдокунин Г.А. Электрические системы и сети. С.-Пб.: Издательство Сизова М.П., 2001.

23. Елагин П. Коммутационные ограничители тока Новые устройства для защиты электрооборудования // Новости электротехники, 2004, №4.

24. Елагин П. Сверхпроводниковый токоограничитель. Коммутационный аппарат будущего // Новости электротехники, 2005, №3.

25. Ермаков В.Ф. Исследование процессов в электрических сетях: методы, средства, детерминированные и вероятностные модели. Ростов на Дону: Изд-во Рост, ун-та, 2003.

26. Ермаков В.Ф. Классификация вероятностных распределительных показателей качества электроэнергии // Изв. вузов. Электромеханика, 1993, №6.-С. 39-41.

27. Ермаков В.Ф., Черепов В.И. Экспериментальные исследования влияния провалов напряжения питающей сети на работу электроприемников //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки, 1997, №1. — С. 38-41.

28. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. — М.: Энергоатомиздат, 1986.

29. Жежеленко И.В., Рабинович М.Л., Божко В.М. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях. Киев: Техника, 1981.

30. Железко Ю.С. Принципы нормирования потерь электроэнергии в электрических сетях и программное обеспечение расчетов // Электрические станции, 2001, № 9. С. 33-38.

31. Железко Ю.С. Нормирование технологических потерь электроэнергии в сетях. Новая методология расчета // Новости электротехники, 2003, №5. С. 23-27.

32. Железко Ю.С. Расчет нормативных характеристик технических потерь электроэнергии // Электрические станции, 2002, №2. С. 45-51.

33. Зыкин Ф.А. Определение степени участия нагрузок в снижении качества электрической энергии // Электричество, 1992, №11. — С. 46-49.

34. Иванов B.C., Соколов В.И. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. -М.: Энергоатомиздат, 1987.

35. Идельчик В.И. Электрические системы и сети. М.: Энергоатомиздат, 1989.

36. Каялов Г.М. и др. Основы построения промышленных электрических сетей // Г.М. Каялов, Ф.Э. Каждан, И.Н. Ковалев, Э.Г. Куренный. М.: Энергия. - 1978.

37. Копылов С.И. Влияние регулируемого сверхпроводником токоограничивающего индуктивного сопротивления на устойчивость энергосистемы // Электричество, 2007, № 6. С. 14-21.

38. Копылов С.И. Сверхпроводниковые силовые регуляторы тока // Вестник РГАЗУ, 2008, вып. 1. С. 47 54.

39. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. -М.: Энергоатомиздат, 1995.

40. Лутидзе Ш.И., Якимец И.В., Наровлянский В.Г. Токоограничивающее устройство. А.с. СССР №824802.

41. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Часть 1. Контроль качества электрической энергии. РД 153-34.0-15.501-00. -М.: Госэнергонадзор, 2000.

42. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в электрических сетях общего назначения. М.: Союзтехэнерго, 1990.

43. Методика контроля и анализа качества электрической энергии в электрических сетях общего назначения. -М., Екатеринбург, 1995.

44. Мисриханов М.Ш., Седунов В.Н., Шунтов А.В. Основы резервирования в системах генерации и транспорта электроэнергии. М.: Энергоатомиздат, 2002.

45. Наровлянский В.Г. Современные методы и средства предотвращения асинхронного режима электроэнергетической системы. — М.: Энергоатомиздат, 2004.

46. Назаров В. Кратко об адресном электроснабжении // Рынок электротехники. 2007, №5. - С. 42.

47. Неведров Г.А. О методах расчета надежности электрических сетей энергосистем//Изв. вузов. Энергетика. 1975, №1.-С. 14-18.

48. Неклепаев Б.Н., .Востросаблин А.А. Вероятные характеристики коротких замыканий в энергосистемах // Электричество, 1999, №8. — С. 1523.

49. Некоторые особенности выбора параметров устройства FACTS для ограничения токов КЗ // Колечицкая Н.А., Лазарев Н.С., Лытаев Р.А.,

50. Фролова М.В. / IX Сипозиум «Электротехника 2030 год. Перспективные технологии электроэнергетики». Сб. тезисов. Моск. обл.: 2007. - С.73-74.

51. Овчаренко Н.Н. Автоматика энергосистем. М.: Издательский дом МЭИ, 2007.

52. Окин А.А., Семенов В.А. Противоаварийное управление в ЕЭС России. М.: Изд-во МЭИ, 1996.

53. Петряева JI.M. Новые разработки токоограничивающих реакторов на предприятии ООО «РосЭнергоТранс» / IX Сипозиум «Электротехника 2030 год. Перспективные технологии электроэнергетики». Сб. тезисов. -Моск. обл.: 2007. С. 140-141.

54. Попов В.И., Зиновьев Г.С. Метод определения вклада потребителей электроэнергии в изменение качества напряжения // Актуальные проблемы электронного приборостроения. Сборник трудов 6-й международной конференции. Новосибирск. -2002, т.1. С. 257-260.

55. Правила устройств электроустановок. 7-е изд. М.: НЦ ЭНАС,2005.

56. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. СПб: Изд-во «Деан». - 2000.

57. Проблемы установления размера ответственности за ухудшение качества электрической энергии и пути их решения // Соколов B.C., Ермилов М.А., Серков А.В. и др. Промышленная энергетика. — 2000, №8. - С. 15-19.

58. Серяков К.И. Токоограничивающее реакторное устройство. Патент РФ 2027239.

59. Система повышения надёжности и живучести ЕЭС России / Под редакцией А.Ф. Дьякова, М., Изд-во МЭИ, 1996.

60. Современные токоограничительные устройства и индуктивные накопители энергии для электроэнергетических систем / Глускин И.З., Дмитриева Г.А., Мисриханов М.Ш., Наровлянский В.Г., Якимец И.В. М.: Энергоатомиздат, 2002. - 373 с.

61. Способ инструментального выявления источников искажения напряжения и определения их влияния на качество электроэнергии // Карташев И.И., Пономаренко И.С., Сыромятников С.Ю., Гук JI.J1. // Электричество. 2001, №3. - С. 24-29.

62. Справочник по проектированию электрических сетей // Под ред. Д.Л. Файбисовича. М.: Изд-во НЦ ЭНАС. - 2005.

63. Тигунцев С.Г., Луцкий И.И. О вкладе потребителя в качество электрической энергии // Энергетика и промышленность России. 2007, №3. -С. 52.

64. Управление качеством электроэнергии / И.И. Карташев, В.Н. Тульский, Р.Г. Шамонов и др.; под ред. Ю.В. Шарова. — М.: Издательский дом МЭИ, 2006. .

65. Федосеев A.M., Феедосаеев М.А. Релейная защита. — М.: Энергоатомиздат, 1992.

66. Черноплеков Н.А. Сверхпроводниковые технологии: Современное состояние и перспективы практического применения. Вестник РАН, Т.71, 2001, №4.-С. 303-319.

67. Черноплеков Н.А., Чубраева Л.И. Сорок лет сверхпроводниковому машиностроению / IX Сипозиум «Электротехника 2030 год. Перспективные технологии электроэнергетики». Сб. тезисов. — Моск. обл.: 2007. — С.56-57.

68. Шидловский А.К. Кузнецов В.Г. Повышение качества электроэнергии в электрических сетях. Киев: Наукова думка, 1985.

69. Экономия электроэнергии в электрических сетях.// И.И. Магда, С.Я. Меженный, В.Н. Сулейманов и др.; Под ред. Н.А. Качановой и Ю.В. Щербины. Киев: Технпса, 1986.

70. Электрическая часть станций и подстанций. Учебник для вузов // А.А. Васильев, И.П. Крючков, Е.Ф. Наяшкова и др. Под ред. А.А. Васильева.- 2-е изд. перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1990.

71. Электрические нагрузки промышленных предприятий // С.Д. Волобринский, Г.М. Каялов, П.Н. Клейн и др. JL: Энергия, 1971.

72. Якимец И.В., Наровлянский В.Г., Флейшман JI.C. Индукционные токоограничители с коммутацией магнитного потока. — Электричество, №4, 1992.-С. 21-25.

73. Якимец И.В., Наровлянский В.Г., Матвейкин В.М. Выбор параметров индукционного накопителя для электроэнергетической системы.- Электричество, №6, 1992.-С. 16-20.

74. Якимец И.В., Наровлянский В.Г., Масалев Д.Ю. Оценка технических характеристик сверхпроводникового индуктивного накопителя при проектировании противоаварийного управления энергосистемой. — Электротехника, №6, 2000. С. 18-22.

75. Application of Superconducting Shields in Current-Limiting and Special-Purpose Transformers / Bashkirov J.A., Fieshman L.S., Narovliansky V.G., Jakimetz I.V. IEEE Transactions on Applied Superconductiviti, vol. 5, №2,1995.-Pp. 1075-1078.

76. Borgard L. Gird Voltage Supportat Your Fingertips. Transmission & Distribution World. October, 1999.

77. Components for the High Voltage Superconducting Resistive Current Limiter CULT 110 // Elschner S., Stemmle M., Breuer F., Walter H., Frohne C., Noe M., Bock Coil in Coil J. IEEE/CSC&ESAS EUROPEAN SUPERCONDUCTIVITY NEWS FORUM, № 3, January 2008, p. 1-9.

78. G&W Publication, «Guide to the methodology of trigger level section for the G&W CLiP®», November 14, 1994.

79. G&W Publication, «Calculating reactor losses», GW5-CLiP-14, December, 1988.

80. Haung X. New conductor design for superconductive magnetic energy storage systems applications / EEEI transactions on applied superconductivity. -1993.-Vol. 3,№3.

81. Harmonic Concern at an Industrial Facility Utilizing a Large Scale Power Conditioner // S. Peele, J. Lamoree, D. Mueller, C. DeWinkel / Proceedings of Fours International Conference on Power Quality, PQA'95, NJ,1995.

82. Pllanz H. M., et al, «The development of the Current Limiting Protector», IEEE, T-PAS, pp. 3609-3619, July 1981.

83. Schaffer J. «Commutating Current-Limiters — an effective alternative for high current protection», NETA World, vol. 18, no. 4, pp. 7-18, Winter 199697.

84. Shottler R., Coney R.G. Betriebserfahrungen mit microSMES im kommerziellen industrieeinsatz. VDI Berichte, 1998.

85. Taylor, C. W., Power System Stability, McGraw Hill, Inc., 1994. Performance of AC Motor Drives During Voltage Sags and Momentary. Interruptions, EPRI PQ Commentary № 3, December 1998.

86. Wharton В. E., «Application of Triggered Fault Current Limiters in the pulp and paper industry», TAPPI Journal, vol. 75, no. 5, pp. 93-100, May 1992.