автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Повышение электромагнитной совместимости в системах электроснабжения при гармоническом воздействии

На правах рукописи

□□3485269

ОРДАБАЕВ МАРАТ ЕРБОЛАТОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКОМ

ВОЗДЕЙСТВИИ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

еь-

2'6 НОЯ 2009

Москва 2009

003485269

Работа выполнена на кафедре «Электроснабжение промышленных предприятий» Павлодарского государственного университета им. С.Торайгырова. Республика Казахстан.

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущая организация:

Защита диссертации состоится «11» декабря 2009 г. в аудитории №611 в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.157.02 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу 111250, г. Москва, Красноказарменная ул. д. 13

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью организации) просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Автореферат разослан « 0$ » // 2009г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.02 кандидат технических наук, доцент

кандидат технических наук, профессор Кислов Александр Петрович

доктор технических наук, профессор Ершов Михаил Сергеевич

кандидат технических наук, Однова Валентина Йиктс^озпс*

ООО «Электропроект-М», г. Москва

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Электромагнитная совместимость (ЭМС) лилий электропередачи различного напряжения между собой и с техническими средствами представляет глобальную проблему в электроэнергетике. Об этом свидетельствует встреча министров энергетики восьми ведущих промышленно развитых стран (страны «Группы восьми»), которая состоялась 03.05.2002г. в США (г.Детройт, штат Мичиган). Министры рекомендовали объединить усилия по решению проблем электроэнергетики. Для этого в Международной электротехнической комиссии (МЭК) существует Технический кабинет №77 «Электромагнитная совместимость электрооборудования, присоединенного к общей электрической сети». Созданы специальные рабочие группы по вопросам ЭМС и в Международней конференции по большим энергетическим системам (СИГРЭ). В связи с интеграцией Европейских стран имеется еще Европейский (региональный) комитет СЕЖЬЕС.

Проблема ЭМС технических средств в отдельных регионах стран СНГ в настоящее время обострилась по объективной причине из-за спада промышленного производства, который вызвал уменьшение суммарного годового потребления электроэнергии. Так, в Республике Казахстан загрузка электростанций снизилась до 53% от установленной генерирующей мощности. Из-за этого произошло уменьшение интегрального показателя электроэнергетических систем - мощности трехфазного короткого замыкания. Например, в электрических сетях 35 кВ и 110 кВ Павлодарского Прииртышья ток короткого замыкания уменьшился на (35+40)%. Возросло влияние на электрические сети нелинейных нагрузок электрифицированного железнодорожного транспорта, крупных промышленных центров, которые имеют работающие мощные электрометаллургические производства. Усилилось гармоническое воздействие на электрические сети 6-35 кВ удаленных объектов из-за появления кондуктивных электромагнитных помех (ЭМП), обусловленных высшими гармоническими составляющими кривой напряжения, которые вызывают:

- нарушение нормальной работы электронного оборудования, систем релейной защиты и автоматики;

- интенсивное старение изоляции электрических машин и кабельных сетей;

- уменьшение коэффициента мощности из-за отказов конденсаторов,

применяемых для компенсации реактивной мощности, увеличение потерь электрической энергии;

- увеличение тока замыкания фазы на землю и снижение надежности работы сетей 6-35 кВ, обусловленное увеличением случаев однофазных замыканий на землю и переходом их в 2-х и 3-х фазные короткие замыкания и др.

Исследования отечественных и зарубежных ученых, Г.Г. Трофимова (Казахстан), И.В. Жежеленко (Украина), С.Р. Глинтерника, М.П. Бадера, В.В.Шевченко (Россия), А.Шваб (Германия), Рене Пелисье (Франция) и др. охватывают различные аспекты обеспечения ЭМС технических средств в системах электроснабжения (СЭС). Однако рассматриваемая проблема достаточно многогранна и не решенными остались задачи выбора в СЭС методов подавления кондуктивных ЭМП от работающих приёмников электрической энергии с нелинейной вольт-амперной характеристикой и применения эффективных защит электрических машин от гармонического воздействия.

В связи с этим тема диссертации является актуальной. Объектом исследования является СЭС выбранного базового региона исследования -Экибастузского угольного бассейна, а предметом исследования - кондуктивные ЭМП, обусловленные высшими гармоническими составляющими кривой напряжения и релейные защиты электрических машин от дополнительного нагрева высшими гармониками.

Целыо работы является разработка научных положений и рекомендаций, повышающих ЭМС технических средств при гармоническом воздействии. В соответствии с целью определены следующие направления исследования:

- экспериментальная оценка электромагнитной обстановки (ЭМО) в сетях от 10 до 220 кВ системы электроснабжения исследуемого региона по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения;

- анализ действующих и разработка новой релейной защиты от гармонического воздействия электрических машин как рецепторов;

- создание математической модели для определения максимального влияния вентильных преобразователей на искажения кривой напряжения в питающей сети;

- исследование распределения в СЭС общего назначения, имеющей сети разных уровней напряжения, кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения

синусоидальности кривой напряжения, учитывая взаимное влияние сетей и технических средств;

- разработка рекомендаций по выбору эффективного метода подавления этой кондуктивной ЭМП в СЭС.

Научная ноннзна заключается в развитии теоретических основ ЭМС технических средств в СЭС. В рамках решаемых автором научных задач она характеризуется следующими новыми научными положениями:

установлены на основе экспериментальных исследований несинусоидальных режимов напряжений в электрических сетях от 10 до 220 кВ исследуемого региона закон и параметры распределения кондуктивных ЭМП но коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения и вероятности их появления;

- разработана чувствительная защита электрических машин от воздействия высших гармоник тока и напряжения в сети;

- получены математические модели для определения максимального воздействия вентильных преобразователей на коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения в питающей сети и действующего значения электродвижущей силы коммутационных искажений линейного напряжения;

-предложена математическая модель для определения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения по величине потребляемой вентильным преобразователем реактивной мощности;

- определен критерий распределения в системе электроснабжения общего назначения кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения;

- разработан алгоритм определения варианта подавления кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в СЭС.

Практическая ценность работы и ее реализация заключается в том, что внедрение полученных результатов в проектную и эксплуатационную практику обеспечивает снижение несинусоидальности кривой напряжения в СЭС общего назначения, повышает уровень ЭМС технических средств, улучшает качество электрической энергии. Полученные научные положения и выводы диссертации внедрены на Аксуском заводе ферросплавов- филиале

ОАО ТНК «Казхром». Годовой экономический эффект составляет 311 тыс. тенге при сроке окупаемости капиталовложений менее 2 лет. Научные положения диссертации также внедрены в 2004/2005 учебном году в учебный процесс Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова по дисциплине «Электромагнитная совместимость технических средств в электроэнергетических системах» для студентов электроэнергетических специальностей.

Достоверность результатов подтверждается: отбором значимых процессов; принятыми уровнями допущений при математическом описании явлений; обоснованностью исходных посылок, вытекающих из фундаментальных законов естественных наук; достаточным объемом выполненных исследований, позволившим с вероятностью 0,95 определить удовлетворительное совпадение результатов теоретических исследований с результатами экспериментов.

Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- научно-технической конференции работников ВУЗов и предприятий (12-14 март. 2003, Новосибирск, Россия);

- второй международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (8-11 сент. 2004, Тобольск, Россия);

- первой международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение» (2-4 июня 2005, Усть-Каменогорск, Казахстан);

- третьей международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (5-7 июня 2007, Омск, Россия);

- пятнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов « Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (26-27 февраля 2009, Москва, Россия);

- международной научной конференции « Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2009»» (11-14 мая 2009, Астрахань, Россия);

четвертой международной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи энергии» ( 13-16 октября 2009, Томск , Россия).

Публикации. По результатам выполненых исследований опубликовано

29 научных работ и получено авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 11 таблиц, список использованных источников из 116 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность темы диссертации. Сформулированы цель и идея исследований. Представлены научная новизна и практическая значимость полученных результатов, научные положения, выносимые на защиту. Отражен уровень апробации полученных результатов.

В первой главе рассмотрена значимость несинусоидальных режимов напряжения в общей проблеме ЭМС технических средств в системах электроснабжения.

Представлена структурная схема проблемы ЭМС технических средств в системах электроснабжения, подверженных воздействию кондуктивных и индуктивных ЭМП. Рассмотрены три составляющие части этой проблемы [качество электроэнергии (несинусоидальность напряжения), помехоустойчивость технических средств и помехозмиссия из технических средств].

Обоснован выбор системы электроснабжения общего назначения Экибастузского угольного бассейна для проведения экспериментальных исследований.

Вторая глава посвящена ретроспективному анализу методики исследования кондуктивных ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в электрических сетях.

Выяснено, что коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения (Ки) является случайной величиной, зависящей от многих случайных факторов, связан с полем событий, характеризуется таблицей вероятностей

''Ки ;КЦ ;КЪ- ;...;Кип ^

2 и3

0)

;р2 >—> ^г

где Ки1 ,Ки2 ,Киз ,...,Кип - различные значения в течение суток коэффициента

ки,%;

;Р2 ;Р3Рп — вероятности появления значений этого коэффициента.

При превышении нормально допустимого значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения часть поля событий (1) обуславливает кондуктивную ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения, вызванную особенностями технологического процесса производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии. Поэтому достоверное значение этой помехи может быть определено только статистическими методами.

Процесс возникновения кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения представляется математической моделью

Ки[Р(Ки>115Ки <Ки>а)>0,05;Р(Ки>я<Ки<оо)*0]с5Ки, (2)

где 6Ки - кондуктивная ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения, выражаемая вероятностными значениями коэффициента Ки, при выходе этих значений за нормативные уровни ЭМС %.

Ки н;Ки1,- соответственно нормально и предельно допустимые значения К и, при номинальном напряжении в электрической сети, %.

Таким образом, кондуктивная ЭМП 5Ки появляется в электрической сети, если в течение суток вероятность Р(Ку н ^ Ки < Ки п) нахождения К.у в пределах (Кин;Кид1) превышает 0,05, а вероятность Р(Ки>п <КЦ <оо) появления КуВ пределах (Кип;°о) не равна нулю. Эта кондуктивная ЭМП является производящей функцией непрерывно распределенной величины Кп.

Следствия из теоремы единственности и теоремы непрерывности теории производящих функций позволяют записать:

величины КЬт, 1/%; у({5Ки; М[5Ки ]; о[ЗКи ]}- плотность вероятности распределения величины 5К у Д/%;

М[Ки],М[5Ки]- математическое ожидание соответственно величины Кии бКц. %;о[Ки]и с[§Ки]- средние квадратические отклонения этих величин, %.

Вероятность появления кондуктивной ЭМП 5Ки составляет

Приведенная методика использовалась для определения кондуктивных ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в сетях 10 кВ, 35 кВ, 110 кВ и 220 кВ систем электроснабжения общего назначения Экибастузского угольного бассейна. Длительность измерения коэффициента Ки составляла одни характерные сутки. Применялся информационно-измерительный комплекс "Омск". Получены следующие экспериментальные результаты.

Подстанция "Тяговая распределительная". Шины 35 кВ На основании математической обработки результатов измерений коэффициента Кис помощью у2 - критерия согласия теории вероятностей доказано, что распределение коэффициента Ки соответствует нормальному закону распределения. Учитывая свойства производящей функции, плотность вероятности распределения кондуктивной ЭМП 5Ки в этой сети можно определить по формуле

где М[Ки]= 3,16 %; о[Кь,]= 0,78 %.

На рисунке 1 представлен график плотности вероятности

плотность вероятности распределения

(3)

Р(5Ки) = Р(Ки>н < 5КИ < Кц,п) + Р(Ки п < 5КИ < со) - 0,05 (4)

(5)

= 5Ки ;3,16;0,78) совмещенный с нормируемыми значениями уровней ЭМС. Вероятность попадания 8Ки в интервал (Ки н;Ки п) составляет

6 _ 1Ку-_ЗД6)^

Р(8Ки) = 0,51 |е 122 (3(Ки) -0,05 «0,09. (6)

4

ЭМС в электрической сети 35 кВ

Согласно рисунку 1, вероятность появление ЭМП наблюдается в интервале (4;6) и составляет 0,09, что больше, чем нормально допустимое значение 0,05. Поэтому необходимо принять меры по подавлению кондуктивной ЭМП.

Подстанция «Центральная». Шины 110 кВ

Вероятность выхода за нормируемый уровень ЭМС в диапазоне (2 < К и < 3) составляет примерно 0,5 от вероятности и превышает нормально допустимое значение 0,05 почти в 8 раз, а вероятность Р(5Ки) в диапазоне (3<Ки<о0) не равна нулю и составляет примерно 0,16. Следовательно, в электрической сети действует кондуктивная ЭМП по коэффициенту искажения

синусоидальности кривой напряжения 5Ки, которую необходимо подавить.

Подстанция «Центральная». Шины 220 кВ

Вероятность появления кондуктивной ЭМП составляет 0,04, что не превышает допустимого значения 0,05. Следовательно, в сети 220 кВ хотя и наблюдаются искажения синусоидальности кривой напряжения, однако ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения незначительная.

Подстанция «Тяговая распределительная №4». Шины 10 кВ

Вероятность выхода за нормируемый уровень ЭМС в диапазоне (5 < Ку < 8) составляет примерно 0,6 и превышает нормально допустимое значение почти в 12 раз, а в диапазоне (8<Ку <°о) и составляет примерно 0,06. Следовательно, в сети 10 кВ действует кондуктивная ЭМП 6Ки, которую необходимо подавить.

Теоретическое исследование в работе показало значительное влияние гармонического воздействия на режим работы электрических машин как рецепторов, обусловливающее повышение температуры обмоток статора и ротора. В связи с этим разработана новая чувствительная защита, позволяющая контролировать температуру каждой секции обмоток статора электрической машины.

В третьей главе рассмотрены, искажения синусоидальности кривой напряжения, вызванные особенностями режимов работы различной нелинейной нагрузки, которые обусловливают несинусоидальные режимы в системах электроснабжения общего назначения.

Осуществлен ретроспективный анализ высших гармонических составляющих тока нагрузки дуговых электрических печей, руднотермических печей и вентильных преобразователей различного назначения. Сравнение спектров высших гармоник тока перечисленных технических средств и гармоник напряжения питающей сети показало, что основным источником кондуктивных ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения являются вентильные преобразователи.

По воздействию на питающую сеть эти преобразователи разделяются на три большие группы: мощные преобразователи (единичная мощность одного преобразователя составляет десятки и сотни кВт), преобразователи средней мощности (до 50 кВт) и маломощные преобразователи (до 1 кВт). Формы

кривых токов и напряжений мощных преобразователей близки к идеальным и в международной практике приняты за основу для получения характеристик гармоник стандартных схем преобразователей. В связи с этим рассмотрен этот преобразователь как парадигма воздействия на систему электроснабжения. При этом учитывали, что мощный преобразователь представляет собой техническое устройство, состоящее из нескольких трехфазных мостовых выпрямителей.

Качественную оценку искажений синусоидальности кривой напряжения осуществляли с помощью временных диаграмм напряжений в соответствии с теорией нелинейных цепей теоретических основ электротехники. Рассмотрено влияние углов коммутации (у), управления (а) и сдвига между синусоидами питающего напряжения и первой гармоникой тока (ср) на спектр высших гармонических составляющих тока, генерируемых в систему электроснабжения. Связь между этими углами определялась по формуле Ф = а + у / 2. Отмечено, что в зависимости от последовательности чередования фаз и величин углов коммутации, управления и сдвига фаз, коммутационные искажения имеют вполне определенный вид и расположение на кривой линейного напряжения.

Определена математическая модель предельно возможного гармонического воздействия вентильных преобразователей на сеть.

Четвертая глава посвящена разработке методики обеспечения ЭМС технических средств в системе электроснабжения, подверженной воздействию кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения.

Одной из основных мер обеспечения ЭМС технических средств является в соответствии с ГОСТ Р 50397-92 экспертиза технических условий на подключение электроустановок потребителей. Убедительность, точность и достоверность этой экспертизы в значительной степени определяются уровнями информационного обеспечения.

По объективным причинам (отсутствие утвержденного рабочего проекта системы электроснабжения; изменения параметров приемников электроэнергии, которые возникают из-за доработки технологического проекта, обусловленной одновременностью проектирования электрической и технологической частей предприятия и т.д.) экспертиза осуществляется при вероятностно-неопределенном уровне информационного обеспечения, когда

известны множества элементов возможных вариантов поведения объектов, но не известны распределения параметров этих элементов. Преодоление неопределенности, в части влияния мощных вентильных преобразователей на синусоидальность кривой напряжения, возможно, если известен критерий распределения в СЭС кондуктивной ЭМП 5Ки. Этот критерий должен указывать границы зоны влияния вентильных преобразователей, под которой понимается область пространства, в пределах которой уровень ЭМС превышает допустимый . Основное назначение этого критерия - исключение грубых ошибок при экспертизе технических условий подключения мощных вентильных преобразователей к электроэнергетической системе.

Ретроспективный анализ исследований в этой области электроэнергетической науки показал, что подобного признака классификации сетей не существует. Для определения этого критерия представим, что распространение кондуктивной ЭМП 8КУ осуществляется от передающей системы к приемной системе. При этом любая электрическая сеть при определенных условиях может быть как передающей, так и приемной.

Методами математического анализа получена математическая модель, характеризующая жесткую связь между максимальным значением

коэффициента Кив передающей системе (шах Ку') и мощностью трехфазного

КЗ в приемной системе (SK,np)

где п- мощность трехфазного КЗ в передающей системе;

шахК^- максимальное значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в приемной системе.

Математическая модель (7) характеризует распределения искажений синусоидальности кривей напряжения в СЭС и является критерием этих искажений, который можно определить по формуле

maxK^ I ' [S

К,Г|

(7)

где X -критерий распределения ЗМП при гармоническом воздействии на сеть со стороны сети более низкого напряжения (передающая система). Если передающей системой является сеть более высокого напряжения, то критерий обозначается А/.

Расчетные значения X и X' необходимо сравнивать со значениями постоянных, рассчитанных из условия ЭМС передающей и приемной систем

электроснабжения. Кондуктивная ЭМП 5Ки будет отсутствовать в сетях СЭС,

если выполняются неравенства численных значений X и X' (рисунок 2).

Рисунок 2- Механизм распространения кондуктивной ЭМП 5Ки в

электроэнергетической системе Например, чтобы обеспечить в сети от 6 до 20 кВ допустимое значение

Кш =5% при источнике высших гармоник, подключенном к сети 0,4 кВ,

необходимо выдержать условие неравенства Я <0,79, если при этом в сети

0,4кВ наблюдается допустимое для этой сети значение Кин =8%. Остальные

значения X приведены в таблице 1. Если же источник высших гармоник находится в сети от б до 20 кВ, то чтобы избежать его влияния на сеть 0,4 кВ необходимо выдержать условие неравенства X' < 1,27. Остальные значения у приведены в таблице 1.

Неоднократное применение математических моделей (7) и (8) для определения параметров ЭМО в сетях региональных СЭС позволило определить пределы изменения ошибок. Относительная ошибка расчетов вероятностью 0.95 составляет ±15Уо.

Таблица 1 - Значения постоянных Л и А/, рассчитанных из условия ЭМС смежных сетей

Напряжение передающей • системы, кВ Напряжение приемной системы, кВ X }1

0,4 от 6 до 20 0,79 -

от 6 до 20 0,4 - 1,27

ст 6 до 20 П 07 V,« 1

35 ог б до 20 - 1,15

' от 6 до 20 от 110 до 330 0,63 -

от 110 до 330 от б до 20 - 1,59

35 от ПОдоЗЗО 0,7 -

от 110 до 330 35 - 1,43

Основные результаты работы

Выполненные исследования позволяют сделать следующие основные выводы и рекомендации.

1. Обоснована возможность представления электромагнитной обстановки в системе электроснабжения при гармоническом воздействии кондуктивными электромагнитными помехами по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения.

2. Произведено экспериментальное исследование электромагнитной обстановки в системе электроснабжения Экибастузского угольного бассейна (регион исследования). Кондуктивные электромагнитные помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения обнаружены в сетях 10 кВ, 35 кВ и 110 кВ, которые необходимо подавить. Доказано с

2

помощью % - критерия согласия, что распределение этих помех соответствует нормальному закону теории вероятностей. Определены математические модели плотностей вероятностей распределений кондуктивных электромагнитных помех и их параметры.

3. Теоретическое исследование показало значительное влияние гармонического воздействия на режим работы электрических машин как рецепторов, обусловливающее повышение температуры материала обмоток и изоляции статора и ротора. В связи с этим разработана чувствительная защита электрических машин от воздействия высших гармоник тока и напряжения в сети.

4. Анализ процесса формирования вентильным управляемым преобразователем кривой напряжения в сети позволил получить математическую модель для определения действующего значения электродвижущей силы коммутационных искажений- линейного напряжения. Предложена математическая модель для определения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения по величине потребляемой вентильным преобразователем реактивной мощности.

5. Получены математические модели для определения максимального воздействия вентильных преобразователей на коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения в питающей сети и действующего значения электродвижущей силы коммутационных искажений линейного напряжения.

6. Раскрыт механизм распределения кондуктивной электромагнитной помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения между смежными сетями; определен критерий распределения в системе электроснабжения общего назначения кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения.

7. Предложена математическая модель для определения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения по величине потребляемой вентильным преобразователем реактивной мощности

8. Разработан алгоритм определения варианта подавления кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в СЭС.

9. Результаты диссертационной работы внедрены: на Аксуском заводе ферросплавов - филиале ОАО ТНК «Казхром» с годовым экономическим эффектом в 311 тыс. тенге при сроке окупаемости капиталовложений менее 2 лет; в учебный процесс Павлодарского государственного университета им С. Торайгырова по дисциплине «Электромагнитная совместимость технических

средств в электроэнергетических системах» для студентов электроэнергетических специальностей.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Иванова Е.В., Ордабаев М.Е., Рунпель A.A. Регламентированные уровни кондуктивных электромагнитных помех в электрических системах // Кондуктивные электромагнитные помехи в сетях 6-10 кВ / Е.В Иванова, A.A. Руппель; под ред. д-ра техн. наук, проф. В.П. Горелова. - Омск: Омск, филиал НГАВТ. - 2004. -284С. - Гл.З. -С.314-127.

2. Иванова Е.В., Ордабаев М.Е. Экспериментальные исследования уровней электромагнитной совместимости в распределительных сетях Экибастузского угольного бассейна // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт. Кн. 1 Под ред. В.П.Горелова, Н.Н.Лизалека. - Новосибирск: Новисиб. гос. акад. водн. трансп., 2004. - С.122-128. - (Тр. 2-й междунар. науч,-техн. конф., 8-11 сент. 2004, Тобольск, Россия).

3. Иванова Е.В., Ордабаев М.Е., Рамазанов М.З. Электромагнитная обстановка по искажению синусоидальности кривой напряжения в системе электроснабжения Экибастузского угольного бассейна II Вестник ПГУ. -Павлодар. - 2004. - №2- С. 161-173.

4. Ордабаев М.Е. Влияние тяговых нагрузок на качество электроэнергии в распределительных сетях Экибастузского угольного бассейна / Е.В. Иванова, М.Е. Ордабаев, И.В. Кудинич [и др.] // Вестник ПГУ. - Павлодар. - 2004. - №2. - С.222-230.

5. Ордабаев М.Е., Методика определения кондуктивной электромагнитной помехи в электрической сети / Е.В. Иванова, М.Е. Ордабаев, Клименко В.Ф. [и др.] // Вестник ПГУ. - Павлодар. - 2004. - № 1, - С Л 02-113.

6. Ордабаев М.Е. Кондуктивные электромагнитные помехи по установившемуся отклонению напряжения в региональных электрических сетях / П.В. Горелов, И.В. Кулинич, Д.С. Шеломенцев [и др.] // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт: Кн. 1 / Под ред. В.П.Горелова, Н.Н.Лизалека. - Новосибирск: Новосиб. гос. акад. водн. трансп., 2004. - С.168-172. - (Тр. 2-й междунар. науч.-техн. конф., 8-11 сент. 2004, Тобольск, Россия).

7. Иванова Е.В., Ордабаев М.Е., Руппель A.A. Нелинейные источники кондуктивных помех в электрических системах // Кондуктивные

электромагнитные помехи в сетях 6-10 kB / Е.В Иванова, A.A. Руппель; под ред. д-ра техн. наук, проф. В.П. Горелова. - Омск: Омск, филиал НГАВТ. -2004. - 284С. - Гл.2. - С.47-80.

8. Иванова Е.В., Ордабаев М.Е., Тонышев В.Ф. Тяговая нагрузка в электрических сетях // Материалы конференции научно-технических работников ВУЗов и предприятий. Часть I. - Новосибирск: Нов. гос. акад. водн. трансп., 2003. - С.175-177. - (Мат. науч.-техн. конф. работ. ВУЗов и предо., 1214 мар. 2003, Новосибирск, Россия).

9. Ордабаев М.Е. Влияния полупроводникового агрегата на коэффициент несинусоидальности напряжения в системе электроснабжения И Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. - Москва. - 2009 г. - № 9. - С. 36-41.

10. A.c. 44021. Республика Казахстан. 15872 Устройство защиты электротеской машины от перегруза и повреждения в обмотке статора / А.Н. Новожилов, О.А Андреева, Т.А Новожилов, М.П. Воликова, М.Е.Ордабаев, А.Н. Кубрак, Д.П. Тажипов, Б.Е.Ордабаев; опубл 15.06.2005, Бюл.№6.-2с:ил.

11. Ордабаев М.Е. Влияние тяговой нагрузки, на искажения напряжения в электрических сетях / Е.В. Иванова, М.Е. Ордабаев, В.Ф. Тонышев [и др.] // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт. - Новосибирск: Новосиб, гос. акад. водн. трансп., 2002. - С.135-144. - (Тр. науч.-техн. конф., 18-19 окт. 2002, Новосибирск, Россия).

12. Иванов М.Н., Ордабаев М.Е. Влияние показателей качества электрической энергии на непрерывные технологические процессы цветной металлургии // Энергоресурсосберегающие технологии Прииртышья. -Павлодар: Павл. ун-т., 2001. - С.21-23. - (Сб. тр. междунар. науч.-техн. конф., 20-22 дек.2001, Павлодар, Казахстан).

13. Ордабаев М.Е. Технические проблемы регионального розничного рынка электроэнергии в Экибастузском угольном бассейне / Б.Б. Утегулов, М.Е. Ордабаев, Т.Ж. Токомбаев [и др.] // Наука и новые технологии в электроэнергетике. - Павлодар: Павл. гос. ун-т, 2002. - С.58-66. - (Матер, междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 90-летию акад. Ш.Чокина, 21-23 окт. 2002, Павлодар, Казахстан).

14. Сальников В.Г., Иванова Е.В., Ордабаев М.Е. Расчетное обеспечение снижения влияния тяговой нагрузки на искажение напряжения в электрических

сетях общего назначения // Вестник ПГУ. - Павлодар. - 2003. - № 1. - С.39-45.

15. Сальников В.Г., Иванова Е.В., Ордабаев М.Е. Электромагнитная совместимость нелинейной нагрузки и электрических сетей: достоверность расчетов резонансных режимов // Вестник ПГУ. - Павлодар. - 2003. - № 3. -С.97-101.

16. Иванова Е.В., Ордабаев М.Е., Сальников В.Г. Универсальная методика определения виновников искажения напряжения в узле сети // Материалы научной конференции молодых ученых, студентов и школьников «Ш Сагпаевские чтения». Том 10. - Павлодар: Павл. гос. ун-т, 2003. - С. 121131. - (Матер, науч.-техн. конф., 14-17 апр. 2003, Павлодар, Казахстан).

17. Ордабаев М.Е. Проблемы розничного рынка электроэнергии в Экибастузском угольном бассейне / М.Е. Ордабаев, Т.Ж. Токомбаев, Б.Б. Утегулов [и др.] // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт. -Новосибирск: Новосиб. гос. акад. водн. трансп., 2002. - С.345-354. - (Тр. науч,-техн. конф., 18-19 окт. 2002, Новосибирск, Россия).

18. Сальников В.Г., Иванова Е.В., Ордабаев М.Е. Экспериментальные исследования уровней электромагнитной совместимости региональных электрических сетей и электрических сетей потребителей электроэнергии Экибастузского угольного бассейна// Вестник ПГУ. - Павлодар. - 2003 г. -№3. -С.57-70.

19. Iwanow M.N., Ordabaew М.Е. Der Einfluss des Halbleiiergeraets auf den Koeffizient der Nichtsinusoidalitaet der Spannung im Elektroversorgungssystem // Вестник ПГУ. - Павлодар. - 2004. - № 4. - C.49-56.

20. Ордабаев М.Е. Сызьщты емес жуктемен электрмен жабдыктау жуйесшде кернеудщ синусоидалык емес режимдерш есептеу мэсшдер1 // Вестник ПГУ. - Павлодар. - 2005 г. - № 4. - С. 122-129.

21. Ордабаев М.Е. Анализ несинусоидальных режимов напряжения в электроэнергетических системах с нелинейной нагрузкой// Энергетика, экология, энергосбережение: Тр. 1 междунар. науч.-техн. конф. (2-4 июня, 2005, Усть-каменогорск, Казахстан). - Усть-каменогорск , 2005. - С. 201-202.

22. Ордабаев М.Е. Гармоническое воздействие на электромеханические преобразователи в электроэнергетической системе // Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт: тр, 3 междунар. науч.-техн. конф.;Омск, 5-7 июня, 2007 - Омск, 2007. - С. 109-113.

23. Иванова Е.В., Ордабаев М.Е., Руппель A.A. Влияние гармоник на работу электрических машин / // Кондуктивные электромагнитные помехи в сетях 6-10 kB / Е.В Иванова, A.A. Руппель; под ред. д-ра техн. наук, проф. В.П. Горелова. - Омск: Омск, филиал НГАВТ. - 2004,- 284с,- Гл.З. -С.147-155.

24. Ордабаев М.Е. Измерение показателей качества электрической энергии и оценка уровней электромагнитной совместимости электрических сетей в Экибастузском угольном бассейне / В.Г. Сальников, М.Н. Иванов, М.Е. Ордабаев [и др.] // Наука и новые технологии в электроэнергетике. - Павлодар: Павл. гос. ун-т, 2002. - С.32-42. - (Матер, междунар науч.-техн. конф., посвящ. 90-летию акад. Ш.Чокина, 21-23 окт. 2002, Павлодар, Казахстан).

25. Ордабаев М.Е. Повышение электромагнитной совместимости технических средств при гармоническом воздействии // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тезисы докладов в трех томах Пятнадцатой Междунар науч.-техн. конф., студентов и аспирантов. Том 3. - Москва: 26-27 февраля 2009, Московский энергетич. Институт (техн. ун-т), 2009. - С.402-403.

26. Ордабаев М.Е. Алгоритм определения варианта кондуктивной электромагнитной помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения// Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2009»: материалы Междунар. науч. конф. (1114 мая, 2009, Астрахань). - Астрахань , 2009. - С. 236-238.

27. Ордабаев М.Е. Выбор математической модели и экспериментальная проверка достоверности расчетных значений коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения при работе вентильных преобразователей// Электрика. - Москва. - 2009 г. -№9. - С.13-18.

28. Ордабаев М.Е. Разработка защиты электрических машин как рецепторов при несинусоидальном напряжении// Электромеханические преобразователи энергии»: материалы четвертой Междунар. науч.-техню конф. (13-16 октября, 2009, Томск). - Томск , 2009. Томский политехнический университет, 2009. - С. 69-73.

29. Ордабаев М.Е. Причины обострения электромагнитной совместимости технических средств в электрических сетях// Вестник МЭИ. -Москва. - 2009 г. -№3. - С.63-66.

Подписано в печать 0Ь • //' Заказ -Л-З^' Тир. JC'is Печ.л-^Д^

Полиграфический центр МЭИ(ТУ), Красноказарменная ул., д.13.

Нормативные ссылки.

Определения. б

Обозначения и сокращения.

Введение.

1 Несинусоидальность напряжения в общей проблеме электромагнитной совместимости технических средств.

1.1 Содержание проблемы.

1.2 Системный анализ электромагнитной совместимости электрических сетей различного напряжения.

1.3 Выводы.

2 Кондуктивные электромагнитные помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в электрических сетях.

2.1 Кондуктивные электромагнитные помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения как параметры электромагнитной обстановки в системе электроснабжения при гармоническом воздействии.

2.2 Экспериментальное исследование электромагнитной обстановки в 39 системе электроснабжения Экибастузского угольного бассейна.

2.2.1 Метрогологическое обеспечение.

2.2.2 Подстанция «Тяговая распределительная №1». Шины 35 кВ.

2.2.3 Подстанция «Центральная». Шины 110 кВ.

2.2.4 Подстанция «Центральная». Шины 220 кВ.

2.2.5 Подстанция «Тяговая распределительная №4» Шины 10 кВ.

2.3 Влияние несинусоидальности формы кривой напряжения на работу электрических машин.

2.3.1 Работа асинхронного двигателя при несинусоидальном напряжении.

2.3.2 Потери мощности в синхронных двигателях, обусловленные высшими гармониками.

2.3.3 Влияние гармоник на изоляцию.

2.4 Защита электрических машин как рецепторов при гармоническом воздействии.

2.5 Выводы.

3 Исследование предельных возможностей гармонического воздействия нелинейной нагрузки на сеть.

3.1 Характеристика источников кондуктивной электромагнитной помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения.

3.2 Формирование мощным вентильным преобразователем кривой тока питающей сети.

3.2.1 Парадигма представления электромагнитной обстановки в питающей сети.

3.2.2 Влияние коммутации вентилей на форму кривой напряжения в питающей сети.

3.2.3 Влияние угла управления на форму кривой напряжения питающей сети.

3.3 Связь между реактивной мощностью вентильного преобразователя и коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения в питающей сети.

3.4 Математическая модель предельно возможного гармонического воздействия вентильных преобразователей на сеть.

3.5 Выводы.

4 Выбор варианта подавления кондуктивной электромагнитной помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения.

4. ¡Экспериментальная проверка достоверности расчетных значений коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения.

4.2 Исследование распределения в системе электроснабжения кондуктивной электромагнитной помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения.

4.3 Алгоритм определения варианта кондуктивной электромагнитной помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения.

4.4 Кондуктивная электромагнитная помеха по коэффициенту п-ой гармоническои составляющей напряжения.

4.5Выводы.

Актуальность темы. Электромагнитная совместимость (ЭМС) линий " электропередачи различного напряжения с техническими средствами, в том числе и между собой, представляет глобальную проблему в электроэнергетике. Об этом свидетельствует встреча министров энергетики восьми ведущих промышленно развитых стран (страны «Группы восьми»), которая состоялась 03.05.2002г. в США (г.Детройт, штат Мичиган). Министры рекомендовали объединить усилия по решению проблем электроэнергетики. Для этого в Международной электротехнической комиссии (МЭК) существует Технический кабинет №77 « Электромагнитная совместимость электрооборудования, присоединенного к общей электрической сети», а в " Международной конференции по большим энергетическим системам (СИГРЭ) созданы специальные рабочие группы. В связи с интеграцией Европейских стран имеется еще Европейский (региональный) комитет ОЕИЕЬЕС.

Проблема ЭМС технических средств в отдельных регионах стран СНГ в настоящее время обострилась по объективной причине из-за спада промышленного производства, который вызвал уменьшение суммарного годового потребления электроэнергии. Так, в Республике Казахстан загрузка электростанций снизилась до 53% от установленной генерирующей мощности. Из-за этого произошло уменьшение интегрального показателя электроэнергетических систем - мощности трехфазного короткого замыкания. Например, в электрических сетях 35кВи110кВ Павлодарского Прииртышья ток короткого замыкания уменьшился на (35-ь40)%.

Снижение генерирующих мощностей в региональных электроэнергетических системах ухудшило электромагнитную обстановку (ЭМО) в электрических сетях 10 кВ, 35 кВ, 110 кВ и 220 кВ. Возросло влияние на электрические сети нелинейных нагрузок электрифицированного железнодорожного транспорта, крупных промышленных центров, которые имеют работающие мощные электрометаллургические производства. Усилилось гармоническое воздействие на электрические сети 10 кВ удаленных объектов из-за появления кондуктивных электромагнитных помех (ЭМП) по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения. Искажение формы кривой напряжения в питающей сети вызывает:

- нарушение нормальной работы релейной защиты и автоматики;

- интенсивное старение изоляции электроустановок и кабельных сетей;

- уменьшение коэффициента мощности из-за отказов конденсаторов, применяемых для компенсации реактивной мощности, увеличение потерь электрической энергии;

- увеличение тока замыкания фазы на землю и снижение надежности работы этих сетей, обусловленное увеличением случаев однофазных замыканий на землю и переходом их в 2-х и 3-х фазные короткие замыкания и др.

Исследования отечественных и зарубежных ученых В.Г. Сальникова, Г.Г. Трофимова (Казахстан), И.В. Жежеленко (Украина), С.Р. Глинтерника, М.П. Бадера, В.В.Шевченко (Россия), Н. Майер, К. Меллер, А.Шваб (Германия), Рене Пелисье (Франция) и др. охватывают различные аспекты обеспечения ЭМС технических средств в системах электроснабжения (СЭС). Однако рассматриваемая проблема достаточно многогранна и одна из научных задач-обеспечение ЭМС технических средств в СЭС, подверженной воздействию кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения, не решена. В частности, нет алгоритма определения этой ЭМП, критерия ее распределения в СЭС общего назначения и метода выбора структуры и параметров помехоустойчивой СЭС.

На основании вышеизложенного следует, что разработка метода повышения уровня ЭМС технических средств в СЭС, подверженной воздействию кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения, является весьма актуальной в области получения новых знаний по теории ЭМС, использование которых обеспечивает эффективное электроснабжение энергетических промышленных, нефтегазовых и других предприятий.

Цель работы Получение новых научно обоснованных результатов, которые решают научную задачу обеспечения ЭМС технических средств в СЭС, подверженных гармоническому воздействию, путем разработки алгоритма определения кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения, математической модели критерия общего назначения и метода обеспечения ЭМС технических средств.

Идея работы заключается в выражении гармонического воздействия на СЭС через кондуктивную ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения и определении параметров и критерия этой кондуктивной ЭМП в электрических сетях, позволяющих осуществить создания эффективных СЭС энергетических, промышленных предприятий и приравненых к ним объектов, обеспечивающих ЭМС технических средств.

Методы исследования. При решении научных задач использовались методы: теоретических основ электротехники, теории интегрального исчисления, теории гармонического анализа, математической статистики и теории вероятностей. Для расчетов режимов СЭС на ПЭВМ использовались промышленные программы Mustang, RASTR и исследовательские программы RAG. Были проанализированы сведения из литературных источников, необходимые для решения задачи, выполняемой в процессе исследований.

Основные научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

- математические модели возникновения кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в электрических сетях, плотности вероятности ее распределения и вероятности появления;

- результаты экспериментальных исследований в электрических сетях 10 кВ, 35 кВ, 110 кВ и 220 кВ СЭС Экибастузского угольного бассейна: закон и параметры распределения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения; параметры распределения появления кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения и вероятности ее появления;

- математические модели мгновенного и действующего значений ЭДС коммутационных искажений кривой линейного напряжения сети, питающей вентильные преобразователи'с различными числами фаз схем выпрямления;

- критерий распределения в системе электроснабжения общего назначения кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения; метод обеспечения ЭМС технических средств в системе электроснабжения, подверженной воздействию кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: отбором значимых процессов; принятыми уровнями допущений при математическом описании явлений; обоснованностью исходных посылок, вытекающих из фундаментальных законов естественных наук и основ теории электрических цепей; удовлетворительным совпадением качественных характеристик результатов теоретических исследований с результатами экспериментов, выполненных в реальных сетях, достаточным объемом.

Научная новизна заключается в развитии теоретических основ ЭМС технических средств в СЭС. В рамках решаемой автором научных задач она характеризуется следующими новыми научными положениями: установлены на ' основе экспериментальных исследований несинусоидальных режимов напряжений в электрических сетях от 10 до 220 кВ исследуемого региона закон и параметры распределения кондуктивных ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения и вероятности их появления;

- разработана чувствительная защита электрических машин от воздействия высших гармоник тока и напряжения в сети;

- получены математические модели для определения максимального воздействия вентильных преобразователей на коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения в питающей сети и действующего значения электродвижущей силы коммутационных искажений линейного напряжения;

-предложена математическая модель для определения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения по величине потребляемой вентильным преобразователем реактивной мощности;

- определен критерий распределения в системе электроснабжения общего назначения кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения;

- разработан алгоритм определения варианта подавления кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в СЭС.

Практическая ценность работы заключается в том, что внедрение следующих научных положений обеспечивает возможность создания эффективных систем электроснабжения промышленных предприятий различных отраслей экономики страны, а именно:

- алгоритма определения кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в электрических сетях; метода обеспечения ЭМС технических средств в системе электроснабжения, подверженной воздействию кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности формы кривой напряжения; результатов экспериментальных исследований ЭМО в СЭС Экибастузского угольного бассейна которые могут быть использованы.

Реализация результатов работы. Алгоритм определения кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения, критерий распределения этой кондуктивной ЭМП и результаты экспериментальных измерений коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения внедрены в на Аксуском заводе ферросплавов филиала

ОАО ТНК «Казхром». Годовой экономический эффект составляет 311 тыс. тенге. Социальный эффект от внедрения результатов работы заключается в повышении качества электрической энергии. В 2006 году получен грант Акима Павлодарской области молодым ученым по теме диссертации. Работа оценена наградой «Дарын» Правительства Республики Казахстан в 2006 году в номинации «Наука» и стипендией Министерства образования и науки республики Казахстан.

Научные положения диссертации внедрены в 2004/2005 учебном году в учебный процесс Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова по дисциплине «Электромагнитная совместимость технических средств в электроэнергетических системах» для студентов электроэнергетических специальностей». Форма внедрения- лекционные и практические занятия, специальная часть дипломных проектов.

Апробация работы. Основные материалы и результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на:

- научно-технической конференции работников ВУЗов и предприятий (12-14 март. 2003, Новосибирск, Россия);

- второй международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (8-11 сент. 2004, Тобольск, Россия);

- первой международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение» (2-4 июня 2005, Усть-Каменогорск, Казахстан).

- первой международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение» (5-7 июня 2007, Омск, Россия).

- пятнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов « Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» ( 26-27 февраля 2009, Москва , Россия).

- международной научной конференции « Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2009»» (11-14 мая 2009, Астрахань, Россия) четвертой международной научно-технической конференции

Электромеханические преобразователи энергии» ( 13-16 октября 2009, Томск, Россия).

Публикации. По результатам выполненых исследований опубликовано 29 научных работ и получено авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 11 таблиц, список использованных источников из 116 наименований.

4.5 Выводы

Выполненные исследования позволяют сформулировать следующие выводы.

1. Обоснована пригодность применения математической модели (3.67) для определения гармонического воздействия вентильных преобразователей на сеть. Экспериментально установлено, что относительная ошибка расчета коэффициента Ки(п) с вероятностью 0,95 находится в пределах ±10%.

2. Раскрыт механизм распределения кондуктивной ЭМП бК^^ между смежными сетями системы электроснабжения. Получен критерий (4.2) распределения кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в системе электроснабжения общего назначения.

3. Разработан алгоритм определения вариантов подавления кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения.

4. Практическая значимость полученных результатов обусловливается необходимостью решать в региональных ЭЭС задачи ЭМС мощных вентильных преобразователей с питающей сетью. Необходим системный подход к развитию сетей и недопустимо «лоскутное проектирование».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи по электромагнитной совместимости технических средств в системе -электроснабжения при гармоническому воздействии, состоящее в установлении математических моделей кондуктивной электромагнитной помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения и критерия ее распределения в системе электроснабжения общего назначения, в разработке метода обеспечения электромагнитной совместимости, что имеет существенное значение для электроэнергетики, так как дает возможность повысить эффективность электроснабжения энергетических и промышленных предприятий.

Выполненные исследования позволяют сделать следующие основные выводы и рекомендации.

1. Обоснована возможность представления электромагнитной обстановки в системе электроснабжения при гармоническом воздействии кондуктивными электромагнитными помехами по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения.

2. Произведено экспериментальное исследование электромагнитной обстановки в системе электроснабжения Экибастузского угольного бассейна (регион исследования). Кондуктивные электромагнитные помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения обнаружены в сетях 10 кВ, 35 кВ и 110 кВ, которые необходимо подавить. Доказано с 2 помощью X критерия согласия, что распределение этих помех соответствует нормальному закону теории вероятностей. Определены математические модели плотностей вероятностей распределений кондуктивных электромагнитных помех и их параметры.

3. Теоретическое исследование показало значительное влияние гармонического воздействия на режим работы электрических машин как рецепторов, обусловливающее повышение температуры материала обмоток и изоляции статора и ротора. В связи с этим разработана чувствительная защита электрических машин от воздействия высших гармоник тока и напряжения в сети.

4. Анализ процесса формирования вентильным управляемым преобразователем кривой напряжения в сети позволил получить математическую модель для определения действующего значения электродвижущей силы коммутационных искажений линейного напряжения. Предложена математическая модель для определения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения по величине потребляемой вентильным преобразователем реактивной мощности;

5. Получены математические модели для определения максимального воздействия вентильных преобразователей на коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения в питающей сети и действующего значения электродвижущей силы коммутационных искажений линейного напряжения;

6. Раскрыт механизм распределения кондуктивной электромагнитной помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения между смежными сетями, определен критерий распределения в системе электроснабжения общего назначения кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения.

7. Предложена математическая модель для определения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения по величине потребляемой вентильным преобразователем реактивной мощности

8. Разработан алгоритм определения варианта подавления кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в СЭС.

9. Результаты диссертационной работы внедрены: на Аксуском заводе ферросплавов- филиале ОАО ТНК «Казхром» с годовым экономическим эффектом в 311 тыс. тенге при сроке окупаемости капиталовложений менее 2 лет; в учебный процесс Павлодарского государственного университета им С. Торайгырова по дисциплине «Электромагнитная совместимость технических средств в электроэнергетических системах» для студентов электроэнергетических специальностей.

1. О встрече Министров энергетики стран «Группы восьми»// Электрические станции. - М., 2002. - № 6. - С.2-3.

2. Иванова Е.В., Рамазанов М.З., Сальников В.Г. Электромагнитная обстановка в единой электроэнергетической системе Казахстана // Вестник ПТУ. Павлодар. - 2004. - № 1. - С. 11-59.

3. Болотов A.B. Отделение энергетики, транспорта и связи в решении экономических и социальных проблем. // Вестник Инженерной академии PK. Алматы. -2000. - № 2. - С.22-26.

4. ГОСТ 26522-85. Короткие замыкания в электроустановках. Термины и определения. М.: Госстандарт, 1986. - 23 с.

5. Дукенбаев К.Д. Энергетика Казахстана. Условия и механизмы ее устойчивого развития. Алматы: Полигр. корпор. «Атамура», 2002. - 454 с.

6. Аррилага Дж., Брэдли Д., Боджер П. Гармоники в электрических системах: Пер. с анг. Е.А. Васильченко. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 320 с.

7. Иванова Е.В. Электромагнитная совместимость генераторов в режиме глубокого регулирования напряжения // Вестник ПГУ -Павлодар. -2004.-№1 .-С. 143-158.

8. Соколов С.Е. Регулирование реактивной мощности и напряжения в электрических сетях. Алматы: Изд-во «Ана жили», 1991.- 136с.

9. Апполонский С.М., Вилесов В.Д., Воршевский A.A. Электромагнитная совместимость в системах электроснабжения // Электричество. М. - 1991. - № 14. - С. 1-5.

10. Chen С.-С., Hsu Y.-Y. A novel approach to the design of a shunt active filter for an unbalanced three phase four - wire system under nonsinusoidal conditions// IEEE Trans. - 1999. - Vol. PD - 14. - №3. - P.767-771.

11. Шидловский A.K., Гринберг И.П., Железко Ю.С. Контроль качества электроэнергии и требования к средствам измерения // Электричество. М., -1982. - № 12. - С.22-24.

12. Курбацкий В.Г., Яременко В.Н. Распределение коэффициента несинусоидальности по отдельным нелинейным потребителям энергосистемы // Промышленная энергетика. М., 1986. - № 6. - С. 11-12.

13. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. -160 с.

14. Harmonic and reactive power compensation based on the generalired instantaneous reactive power theory for three — phase four wure system // IEEE Trans. - 1998.-Vol .PE- 13. - №6. - P.l 174-1181.

15. Справочник по проектированию подстанций 35-500 кВ/ Под ред. С.С. Рокотина и Я.С.Самойлова. М.: Энергоиздат. 1982. - 352 с.

16. Ордабаев М.Е., Методика определения кондуктивной электромагнитной помехи в электрической сети / Е.В. Иванова, М.Е. Ордабаев, Клименко В.Ф. и др. // Вестник ПГУ. Павлодар. - 2004. - № 1, - С.102-113.

17. Глинтерник С.Р. Проблема фильтрации высших гармоник тока и напряжения в электроэнергетических системах // Электричество. -М. 1978. -№7. - С.90-91.

18. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники. Учебное пособие. 2-е изд., испр. и доп. — Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2003. - 664 с.

19. Сальников В.Г., Шевченко В.В. Эффективные системы электроснабжения предприятий цветной металлургии. — М.: Металлургия, 1986.-320 с.

20. Курбацкий В.Г. Качество электроэнергии и электромагнитная совместимость технических средств в электрических сетях. Учеб. пособ. для студ. вузов. Братск: Изд-во БрГТу, 1999. - 220 с.

21. Суднова В.В., Чикина Е.В. Оценка влияния энергоприемников потребителя на качество электрической энергии в точке общего присоединения // Промышленная энергетика. 2003. - № 5. - С.43-45.

22. РД 153-34.020.525-00. Методические указания по контролю „состояния заземляющих устройств электроустановок. М.: ОРГРЕС, 2000.

23. Сальников В.Г. Руководство по выбору структуры и параметров систем электроснабжения предприятий с мощными сериями электролизеров цветных металлов. М.: ЦНИРШцветмет экономики и информации, 1985. -78 с.

24. Иванова Е.В., Ордабаев М.Е., Сальников В.Г. Универсальная методика определения виновников искажения напряжения в узле сети // Материалы научной конференции молодых ученых, студентов и школьников

25. I Сатпаевские чтения». Том 10. Павлодар: Павл. гос. ун-т, 2003. - С.121-131. - (Матер, научн.-техн. конф., 14-17 апр. 2003, Павлодар, Казахстан).

26. Крайчик О.С. Связь между реактивной мощностью вентильного преобразователя и искажениями формы напряжений на его вводах// Электричество. -М. 1998. - № 5. - С.71-73.

27. Директива Совета ЕС № 89/336 от 03.05.1989 г. «О соглосовании законодательных актов государств участников Сообщества, касающихся электромагнитной совместимости». -М.: Изд-во стандартов, 2000.

28. Шваб Адольф. Электромагнитная совместимость: Пер. с нем.

29. B.Д.Мазина ,и С.А.Спектора. 2-е изд., перераб. и доп./ Под ред. И.П.Кружекина. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 460 с.

30. ГОСТ Р 50397-92. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения. — М.: Изд-во стандартов, 1993.-33с.

31. Правила пользования электрической энергией, правила пользования тепловой энергией, правила предоставления коммунальных услуг. — Астана: ЗАО «АП», 2001.-52 с.

32. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. Учеб. для вузов. — М.: Высш.школа, 1982. — 496 с. . . .

33. Керного В.В., Поспелов Г.Е., Федин В.Т. Местные электрические сети. Минск: Вышэйшая школа, 1972 - 376 с.

34. Неклепаев Б.Н., Востросаблин A.A. Удельная частота различных видов коротких замыканий // Электрические станции. -М. — 1992. № 4.1. C.50-57.

35. Дукенбаев К.Д., Нурекен С. Энергетика Казахстана (Технический аспект). Алматы: Полигр. корпор. «Атамура», 2001. - 312 с.

36. Конюхова Е.А. Режимы напряжений и компенсация реактивной мощности в цеховых электрических сетях. М.: НТФ «Энергопрогресс» Энергетик, 2000. - 55 с.

37. Литвак В.В., Маркман Г.З., Харлов H.H. Электроэнергия: экономия, качество: Учеб. пособ. Томск: Изд-во «STT», - 2001. - 196 с.

38. Брускин Д.Э., Зорохович .А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины. 4.1: Учеб. для вузов. М.: Высш. школа, 1979. - 228 с.

39. Бадер М.П. Электромагнитная совместимость. М.: УМК МПС, 2002. - 638 с.

40. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения . М.: Госстандарт, 1998. -37с.

41. Шипилло В.П. Влияние тиристорного электропривода на . питающую сеть/ Электротехническая промышленность. Электропривод М.- 1973. №4 —С.15-21.

42. Высочанский B.C. Искажение формы кривой напряжения сети при коммутации тока в мостовых выпрямителях // Электричество. М., 1982. -№4-С. 15-21.

43. Мелентьев Л.А. Системные исследования в энергетике М.: Наука, 1979.-416 с.

44. Ордабаев М.Е. Влияния полупроводникового агрегата на коэффициент несинусоидальности напряжения в системе электроснабжения// Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. Москва. - 2009 г. - № 9. -С. 36-41.

45. Железко Ю.С. Снижение потерь и повышение качеста электроэнергии в электрических сетях энергосистем задача энергосистем и потребителей// Электрические станции. - 1986. - № 12. - С.35-37.

46. Iwanow M.N., Ordabaew М.Е. Der Einfluss des Halbleitergeraets auf den Koeffizient der Nichtsinusoidalitaet der Spannung im Elektroversorgungssystem // Вестник ПТУ. Павлодар. - 2004. - № 4. - C.49-56.

47. Иванов B.C., Соколов В.И. Режимы электропотребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. -М.: Энергоатомиздат, 1987. 336 с.

48. Правила устройств электроустановок. — М.: Изд-во «ДЕАН», 2001.928 с.

49. Байда Л.И., Добротворский Н.С., Душин Е.М. Электрические измерения/ Под ред. A.B. Фремке. Л.: Энергия, 1973. - 424 с.

50. РД 34.03.100-94. Типовая инструкция по учету электроэнергии при ее производстве, передачи и распределении. М.: СПО ОГРЕС, 1994. - 44 с.

51. Зыкин Ф.А., Каханович B.C. Измерение и учет электрической энергии. -М.: Энергоатомиздат, 1982. 104 с.

52. Справочник электроэнергетика предприятий цветной металлургии/ Под ред. М.Я. Басалыгина и В.С.Копырина. М.: Металлургия, 1991. - 384 с.

53. Кудрин Б.И., Прокопчик В.В. Электроснабжение промышленных предприятий. Минск: Высш.шк., 1988. - 370 с.

54. Электросетевые правила Республики Казахстан. Астана: СПО, 2002. - 148 с.

55. Гамазин С.И., Анчарова Т.В., Былкин М.В. Область допустимых несимметричных нормальных режимов в системах электроснабжения. //Промышленная энергетика. М., — 2001. — № 5. — С. 11 -59.

56. Луку тин Б. В. Эффективность преобразования и транспортировки электроэнергии. Томск: Изд-во «Курсив», 2001. - 130 с.

57. Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества электроэнергии в электрических сетях. Киев: Наукова думка, 1985. - 286 с.

58. Ордабаев М.Е. Влияние тяговых нагрузок на качество электроэнергии в распределительных сетях Экибастузского угольного бассейна / Е.В. Иванова, М.Е. Ордабаев, И.В. Кулинич и др. // Вестник ПТУ. Павлодар. - 2004. - №2. - С.222-230.

59. Крупович В.И., Ермилов A.A., Иванов B.C. Проектирование промышленных электрических сетей. -М.: Энергия, 1979. 328 с.

60. Пелисье Рене. Энергетические системы: пер. с франц. В.М. Балузина / Под ред. В.А.Веникова. М.: Высш. школа. 1982. - 568 с.

61. Вагин Г.Я., Борисов Б.П. Электромагнитная совместимость электротехнологических установок и питающих сетей / Техническая электродинамика. М., - 1986. - №2 - С.9-11.

62. Справочник по преобразовательной технике/ Под ред. И.М Чиженко. Киев: Техника, 1979. - 446 с.

63. ТИ 34-70-70-87. Типовая инструкция по компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ. М.:СПО Союзтехэнерго, 1988. - 55 с.

64. ГОСТ 28934-91. Совместимость технических средств электромагнитная. Содержание раздела технического задания в части ЭМС. -М.: Изд-во Стандартов, 1991.

65. Горюнов И.Т., Мозгалев B.C., Богданов В. А. Проблемы обеспечения качества электрической энергии // Электрические станции. М. - 2001. — № 1. - С.16-20.

66. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Т.1/ Под общ.ред.А.А.Федорова. М.: Энергоатомиздат, 1986. — 568 с.

67. Справочник по электропотреблению в промышленности / Под ред. Г.П. Минина и Ю.В. Копытова. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1978. -596 с.

68. Справочник по проектированию "электроснабжения/ Под ред. Ю.Г. Барабина. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 576 с.

69. РД 34РК.20.501-02. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Республики Казахстан. Астана: СПО, 2003. -376 с.

70. Справочник по проектированию электроэнергетических систем/ Под ред. С.С.Рокотяна и И.М.Шапиро. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 352 с.

71. РД 153-34.0-15.501-01. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Энергия, 2001. - 190 с.

72. Федоров A.A., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. -М: Энергоатомиздат, 1984. 472с.

73. Каялов Г.М., Каждан А.Э., Ковалев И.Н. Основы построения промышленных сетей. М.: Энергия, 1978. - 352 с.

74. Черепанов В.В. Анализ режимов высших гармоник систем электроснабжения промышленных предприятий / Промышленная энергетика. М.- 1989. - № 12. - С.37-39.

75. Авдеев Б.Я., Антонюк Е.М., Душин Е.М. Основы метрологии и электрические измерения. Учеб. для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. - JL: Энергоатомиздат, 1987. - 480 с.

76. Драхсел Р. Основы электроизмерительной техники. Пер. с нем. П.С.Богуславского/ Под ред. В.Ю. Кончаловского. М.: Энергоатомиздат, 1982.-296 с.

77. Справочник по электроизмерительным приборам/ Под ред. К.К. Илюнина. JL: Энергоатомиздат, 1983. — 784 с.

78. Чиликин М.Г. Общий курс электропривода. 5-е изд. Перераб. И доп. -М.: Энергия, 1971. -423с.

79. Основы теории цепей. Учеб. для вузов/ Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил и др. 5-е изд, перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. -528 с.

80. Электротехника. Терминология: Справочное пособие. Вып.З. -М:: Изд-во стандартов, 1989. — 343 с. • '

81. Энергетический баланс. Терминология. Вып. 86. - М.: Наука, 1973.-32 с.

82. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Электрооборудование. Т.2/ Под общ. ред. А.А.Федорова. М.: Энергоатомиздат, 1987. — 487 с.

83. Иванова Е.В., Ордабаев М.Е., Рамазанов М.З. Электромагнитная обстановка по искажению синусоидальности кривой напряжения в системе электроснабжения Экибастузского угольного бассейна // Вестник ПТУ. — Павлодар. 2004.-№2-С.161-173.

84. Ордабаев М.Е. Технические' проблемы регионального розничного рынка электроэнергии в Экибастузском угольном бассейне / Б.Б. Утегулов,

85. М.Е. Ордабаев, Т.Ж. Токомбаев и др. // Наука и новые технологии в электроэнергетике. Павлодар: Павл. гос. ун-т, 2002. - С.58-66. - (Матер, между нар. науч.-техн. конф.-, посвящ. 90-летию акад. Ш.Чокина, 21-23 окт. 2002, Павлодар, Казахстан).

86. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов/ Под ред. Г.Греше и В. Циглера. -М.: Наука, 1981. 720.

87. Иванова Е.В Кондуктивные электромагнитные помехи в электронергетических системах /Под ред. В.П. Горелова., H.H. Лизалека. -"Новосибирск: Новосиб. гос. акад. водн.'трансп., 2006. 432 с.

88. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М.: Наука, 1965.- 511 с.

89. Сальников В.Г., Иванова Е.В., Ордабаев М.Е. Расчетное обеспечение снижения влияния тяговой нагрузки на искажение напряжения в электрических сетях общего назначения // Вестник ПТУ. Павлодар. - 2003. -№ 1. - С.39-45.

90. Иванова Е.В Кондуктнвные коммутационные помехи в местных электрических сетях промышленных предприятий и электростанций // Промышленная энергетика. 2003. — №7. - С.36-40.

91. Сальников В.Г., Иванова Е.В., Ордабаев М.Е. Электромагнитная совместимость нелинейной нагрузки и электрических сетей: достоверность расчетов резонансных режимов // Вестник ПТУ. Павлодар. - 2003. - № 3. -С.97-101.

92. Ордабаев М.Е. Сызьщты емес жуктемен электрмен жабдьщтау жуйесшде кернеудщ синусоидальщ емес режимдерш есептеу мэсшдер1 // Вестник ПТУ. Павлодар. - 2005 г. - № 4. - С. 122-129.

93. Ордабаев М.Е. Гармоническое воздействие на электромеханические преобразователи в электроэнергетической системе// Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт: тр. 3 междунар. науч."-техн. конф.;Омск, 5-7 июня, 2007 Омск , 2007. - С. 109-113.

94. Сальников В.Г. Тиристорная преобразовательная техника в цветной металлургии / В.А.Бобков, А.Д. Никулин, В.Г. Сальников и др.. -М.: Металлургия, 1983.-128 с.

95. Эдельман В.И. Методика определения экономического ущерба от отказов электроэнергетического оборудования// Электрические станции. -М. 1984.-№12.-С.11-15.

96. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Наука, 1979. - 284 с.

97. Ордабаев М.Е. Выбор математической модели и экспериментальная проверка достоверности расчетных значений коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения при работе вентильных преобразователей// Электрика. Москва. - 2009 г. -№9. - С. 1318.

98. Ордабаев М.Е. Повышение электромагнитной совместимости технических средств при гармоническом воздействии // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тезисы докладов в трех томах Пятнадцатой

99. Междунар науч.-техн. конф., студентов и аспирантов. Том 3. Москва: 26-27 февраля 2009, Московский энергетич. Институт (техн. ун-т), 2009. - С.402-403.

100. Румшитский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971. - 192 с.

101. Ордабаев М.Е. Причины обострения электромагнитной совместимости технических средств в электрических сетях// Вестник МЭИ. -Москва. 2009 г. -№3. - С.63-66.