автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Повышение качества функционирования электрических сетей общего назначения с низкими интегральными характеристиками в регионах с суровым климатом

На правах рукописи

1 Ь, I .. .Ъ

СИТНИКОВ ГРИГОРИЙ ВИКТОРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ С НИЗКИМИ ИНТЕГРАЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ В РЕГИОНАХ С СУРОВЫМ КЛИМАТОМ

Специальность 05.14.02 - «Электрические станции и электроэнергетические системы»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

2 3 ОКТ 2014

005553827

Новосибирск — 2014

005553827

Работа выполнена в Федеральном бюджетном образовательном учреждении «Новосибирская государственная академия водного транспорта» (ФБОУ ВПО «НГАВТ»)

Научный руководитель: доктор технических наук

Иванова Елена Васильевна

Официальные оппоненты: Луку тин Борис Владимирович,

доктор технических наук, профессор ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» (г. Томск), заведующий кафедрой «Электроснабжение промышленных предприятий»

Горюпов Владимир Николаевич,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет» (г. Омск), заведующий кафедрой «Электроснабжение»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет» (г. Новосибирск)

Защита состоится 19 ноября 2014 г. в 16 часов (ауд. 227) на заседании диссертационного совета Д 223.008.01 при ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» по адресу: 630099, г. Новосибирск, ул. Щетинкина, 33, ФБОУ ВПО «НГАВТ» (тел./факс (383)222-49-76, e-mail: nsawt ese@mail.ru или ese sovet@mail.ru').

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» и на официальном сайте ФБОУ ВПО «НГАВТ»: www.nsawt.ru.

Автореферат разослан 15 октября 2014 г.

Учёный секретарь Коновалов

диссертационного совета Валерий Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Нарастающие темпы освоения регионов Сибири и Дальнего Востока России обусловливают интенсивную их электрификацию. Влияющим фактором в комплексе предъявляемых требований к надёжности и экономичности их систем электроснабжения является повышение качества функционирования электрических сетей общего назначения, имеющих в основном трёхфазное трехпро-ходное исполнение. При этом под качеством функционирования понимается способность технических средств удовлетворять требованиям эксплуатации (ГОСТ Р 50397-93).

Неослабляющая эскалация в эти регионы приёмников электрической энергии, искажающих её качество, незначительные интегральные показатели сетей общего назначения (полная мощность трёхфазного короткого замыкания) и недостаточная долговечность электросетевых конструкций линий электропередачи (опоры воздушных линий, фундаменты, электросетевая арматура и т.д.), работающие в условиях сурового климата, обостряют проблему электромагнитной совместимости (ЭМС) технических средств [1]. Нарушаются нормы технологического расхода электроэнергии на её транспорт [4,5]. В электрических сетях общего назначения наблюдается значительная несимметрия трёхфазных систем напряжений, которая обусловливает появление кондуктивных низкочастотных электромагнитных помех (ЭМП) по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности очень опасных для силового и электронного электрооборудования.

Основным научным направлением решения проблемы ЭМС технических средств, развитым учёными многих стран мира [В.П. Гореловым, А.Н. Висящевым, Е.В. Ивановой, Н.И. Воропаем, Ю.С. Железко, Г.И. Самородовым, А.Г. Овсянниковым, В.Г. Сальниковым, Б.В. Лукутиным, H.H. Лизалеком, Ю.В. Хрущёвым, В.Н. Горюновым, В.З. Манусовым, М.П. Бадером и др (Россия); И.В. Жежеленко, А.К. Шидловским, В.П. Шипилло и др. (Украина); М.А. Короткевичем и др. (Белоруссия); В. Клопелем, А. Швабом и др. (Германия); Дж. Ар-рилагом. Д. Бодером и др. (Великобретания) и т.д.] является улучшение электромагнитной обстановки (ЭМО). Однако, рассматриваемая проблема многогранна и одна из научно-технических задач - повышение качества функционирования электрических сетей общего назначения с низкими интегральными характеристиками, работающих в >

(

\

регионах с искажающими нагрузками и суровым климатом, не решена. Нет соответствующего стандарта. Поэтому тема диссертации является актуальной.

Объектом исследования является трёхфазные трёхпроводные электрические сети общего назначения с нессиметричными нагрузками в регионах с суровыми климатом.

Предметом исследования является кондуктивная низкочастотная ЭМП по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности в электрических сетях общего назначения.

Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами

Работа выполнена в соответствии: с Государственными контрактами Министерства образования и науки Российской Федерации № 16.526.12.6015 от 11.10.2011 на выполнение опытно-конструкторских работ по теме "Разработка технологии производства и создание типоразмерного ряда оксидноцинковых варисторов и современных композитных материалов, необходимых для их производства" и № 16.526.11.6015 от 22.05.2012 г. - "Разработка и создание опытных образцов устройств для высоковольтных воздушных линий электропередачи на базе изолирующих траверс, предназначенных для удаления гололёда и подобных явлений с проводов", с научной целевой комплексной темой «Разработка мероприятий по повышению надёжности работы оборудования в условиях пониженных температур» (Гос. регистр. № 0188.0004.137) ФБОУ ВПО «НГАВТ». Ориентирована на реализацию мероприятий подпрограммы "Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в электроэнергетике" Государственной программы Российской Федерации "Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020", утверждённой распоряжением Правительства Российской Федерации от 27.12.2010 г.

Идея работы заключается в повышении качества функционирования электрических сетей общего назначения (электропередачи) путём подавления кондуктивных низкочастотных ЭМП по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности и улучшения характеристик электросетевых конструкций.

Целью работы является разработка научных положений и рекомендаций по повышению качества функционирования электрических сетей общего назначения с низкими интегральными характеристиками в регионах с искажающими нагрузками и суровым климатом.

Для достижения цели в работе ставились и решались следующие взаимоувязанные научно-технические задачи:

- разработка схемы взаимодействия влияющих факторов, обусловленных особенностями сурового климата и электрической нагрузки, на качество функционирования линий электропередачи с низкими интегральными характеристиками;

- анализ несимметрии трёхфазной системы напряжений по обратной последовательности как вида искажения;

- оценка интенсивности влияния несимметрии напряжений по обратной последовательности на технические средства и разработка схемы воздействия этого напряжения на рецепторы;

- определение главного аспекта системного анализа указанных электрических сетей как рецепторов, реагирующих на коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;

- исследование связей между составляющими полной мощности при различных режимах трёхфазной системы напряжений с целью дифференциальной оценки потерь активной мощности в зависимости от вида искажений;

- обоснование критерия нормированного технологического расхода электроэнергии на её транспорт в трёхфазных трёхпроводных сетях;

- разработка методики определения кондуктивной низкочастотной ЭМП по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности;

- экспериментальное исследование несимметрий напряжений и разработка математических моделей кондуктивных низкочастотных ЭМП по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности в электрических сетях (35-110) кВ региона исследования;

- применение алгоритма расчётного обеспечения подавления кондуктивной низкочастотной ЭМП по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности;

- анализ повреждения опор как вида отказов воздушных линий электропередачи;

- обоснование применения и выбор композитных опор для воздушных линий электропередачи в развивающихся регионах с суровым климатом.

Методы исследования. В процессе выполнения исследований применялись: научно-техническое обобщение литературных источни-

ков по исходным предпосылкам исследований, методы теоретических основ электротехники и теории электрических сетей, методы математической статистики и теории вероятности (теория производящих функций, теория ошибок), методы аналитических исследований (метод симметричных составляющих, метод гармонического анализа), методы системного анализа, расчёты по универсальным и специализированным компьютерным программам.

Положения, выносимые на защиту:

— схема взаимодействия природно-климатического воздействия и электромагнитного влияния на качество функционирования электрических сетей общего назначения с низкими интегральными характеристиками;

— методика определения кондуктивной низкочастотной ЭМП по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности в электрической сети;

— математические модели кондуктивных низкочастотных ЭМП по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности в электрических сетях (35—110) кВ региона исследования;

— алгоритм расчётного обеспечения подавления кондуктивной низкочастотной ЭМП по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности;

— положение о региональном подходе к инвестициям в электрические сети общего назначения в сырьевых регионах с суровым климатом.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций

Достоверность обеспечена: использованием исходной информации, полученной с помощью сертифицированного оборудования и средств измерений; достаточной точностью измерения электрических величин; корректностью программного обеспечения; непосредственным участием в экспериментах.

Обоснованность подтверждается принятыми уровнями допущений при математическом описании явлений, публикациями, практической реализацией полученных результатов.

Научная новизпа работы характеризуется следующими научными положениями:

— разработана схема взаимодействия факторов, влияющих на качество функционирования электрической сети общего назначения с низкой интегральной характеристикой в регионе с суровым климатом,

позволяющая комплексно представить обстановку при сложных климатических условиях;

- предложена методика определения кондуктивной низкочастотной ЭМП по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности, позволяющая научно обоснованно оценивать электромагнитную обстановку в электрических сетях;

- определены математические модели кондуктивных низкочастотных ЭМП по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности в электрических сетях (35-110) кВ региона исследования, которые численно отображают уровень нарушения нормируемого показателя качества электроэнергии;

- обоснован алгоритм расчётного подавления кондуктивной низкочастотной ЭМП по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности, учитывающий свойства дисперсии этого коэффициента, которая всегда отлична от нуля и не зависит от способа подключения электроприёмников;

- разработано положение о региональном подходе к инвестициям в электрические сети общего назначения на основе решения оптимизационной задачи с учётом затрат полного цикла эксплуатации, существенно снижающее риски потери электроснабжения в районах с суровым климатом.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии теоретических основ ЭМС электрических сетей с пониженными интегральными характеристиками, имеющих несимметричную нагрузку (потребителей электроэнергии) и работающих в тяжёлых условиях сурового климата.

Практическая значимость результатов работы заключается в том, что внедрение на отраслевом уровне научных положений и рекомендаций диссертации в проектную и эксплуатационную практику обеспечивает повышение качества функционирования указанных выше линий электропередачи.

Совокупность полученных результатов представляется как решение важной научно-технической задачи, имеющей существенное значение для экономики интенсивно развивающихся сырьевых районов России.

Реализация работы. Рекомендации по повышению качества функционирования электрических сетей общего назначения с низкими интегральными характеристиками в регионах с суровым климатом внедрены: в ОАО "Тюменьэнерго" (г. Тюмень) с ожидаемым годовым

экономическим эффектом 8100 тыс. руб. на 100 км линий электропередачи напряжением 110 кВ; в ЗАО "Институт автоматизации энергетических систем" (г. Новосибирск) с ожидаемым годовым экономическим эффектом 950 тыс. руб. при нормированном сроке окупаемости капиталовложений; в ЗАО «Сибирская электротехника» (г. Новосибирск) с ожидаемым годовым экономическим эффектом 850 тыс. руб. при сроке окупаемости капиталовложений менее двух лет.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались: на 5-й международной научно-практической конференции «Энергосбережение, электромагнитная совместимость и качество в электрических системах» (г. Пенза, 2014 г.), на 52-й международной научной студенческой конференции « Студент и научно-технический прогресс» (г. Новосибирск, 2014 г.), на постоянно действующем семинаре «Электрические станции и электроэнергетические системы» в ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» (2011-201 Зг.г.); на совещании в ОАО "Россети" "Организация разработки композитных опор (0,4-35) кВ" (г. Москва, 28.01.2014 г) и на итоговом совещании за 2013 г. руководителей служб ОАО "Газпромнефть" (г. Ханты-Мансийск, 27.02.2014 г).

Личный вклад. Постановка научно-исследовательских задач и их решения, научные положения, выносимые на защиту, основные выводы и рекомендации диссертации принадлежат автору. Личный вклад в работах, опубликованных в соавторстве, показан в Приложении А диссертации и составляет не менее 50 %.

Публикации. Содержание работы изложено в 13 научных трудах, в том числе, в 5 статьях периодических изданий по перечню ВАК, в одной монографии и в 6 отчётах о научно-исследовательских работах.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения, списка литературы из 159 наименований и двух приложений. Изложена на 167 страницах машинописного текста, который поясняется 45 рисунками и 21 таблицей.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении: обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цели и научные задачи исследования; приведены

основные научные результаты, выносимые на защиту ; показана научная новизна исследований и оценена их практическая значимость; отражены уровень апробации и личный вклад соискателя в решении научных задач; представлены структура и объём диссертационной работы, а также объём публикаций.

В первой главе исследуется содержание проблемы качественного функционирования трёхфазных трёхпроводных электрических сетей общего назначения с низкими интегральными характеристиками в регионах с суровым климатом.

Показано, что природно-климатические условия этих регионов, незначительные интегральные характеристики сетей, несимметрия элементов сетей и несимметричные нагрузки являются основными факторами снижающими качество функционирования линий электропередачи. Разработана схема взаимодействия этих факторов

Рисунок 1 - Схема взаимодействия влияющих факторов на качество функционирования исследуемой электрической сети

Рассмотрена нессиметрия трёхфазной системы напряжений обратной последовательности как вид искажения. Представлен системный анализ качества функционирования электрических сетей общего

назначения с несимметричными нагрузками, который позволил выделить объект исследования из сложной иерархической структуры электроэнергетической системы (ЭЭС). Сформулирован главный аспект системного анализа применительно к задачам исследования.

Разработана схема механизма воздействия напряжения обратной последовательности в высоковольтной трёхфазной сети общего назначения на технические средства (рисунок 2).

Несимметрия напряжений в трёхфазной трёхпроводной электрической сети общего назначения

Напряжение обратной

последовательности

Металлическая связь

Провода

электрической

сети

Технические средства

Электрические машины, электрическая сеть как рецептор и т.д.

Рисунок 2 - Схема механизма воздействия напряжения обратной последовательности в высоковольтной трёхфазной сети общего назначения на технические средства

Показано, что интенсивность воздействия кондуктивной низкочастотной ЭМП по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности на технические средства, подключённые к объекту исследования, является высокой, требующей снижения уровня несимметрии напряжений до нормируемых значений.

Во второй главе исследуется зависимость величины расхода активной мощности на её транспорт от режимов напряжения в сети.

Показано, что в действующих директивных документах не приводятся сведения по определению (расчёту или измерению) кондук-тивных низкочастотных ЭМП в электрических сетях, обусловленных низким качеством электроэнергии. Электрические трёхфазные сети напряжением выше 1 кВ не представлены в полном объёме как рецепторы. В связи с этим анализируется методологическая база определения расхода электроэнергии на её передачу при несимметричных и несинусоидальных режимах напряжений [6].

Баланс полной мощности представляется выражением [4,5]

8 = Л/Р2+Р?+Т2 + Н2=Л/Р:+ ^ , (1)

где >1н - неактивная мощность, В-Ар.

Составляющими полной мощности Я(В-А) являются: активная мощность Р (Вт), обеспечивающая совершение полезной работы; реактивная мощность (В-Ар), которая не принимает участие в совершении полезной работы, но обеспечивает на основной частоте возможность её совершения и загружает сеть дополнительным током, пульсирующим между источником и потребителем; мощность искажения Т (В-Ар), обусловленная несинусоидальностью кривых токов и напряжений, не участвует в обменном процессе энергии между источником и приёмником электроэнергии в течение периода, но снижает эффективность использования активной составляющей полной мощности; мощность несимметрии Н (В Ар), обусловленная неравномерным распределением токов по фазам, влияет на сеть также как мощность искажения.

Дифференциальная оценка влияния составляющих полной мощности на технологический расход электроэнергии на её передачу производилась графическим методом. На рисунке 3 приведено решение задачи при условии, что полные мощности, расходуемые в фазе сети при синусоидальном и симметричном напряжении (треугольник мощности Оав), при несинусоидальном напряжении в фазе симметричной сети (Обг) и при несинусоидальном напряжении в фазе несимметричной сети (Оде) равны между собой и представлены величиной Б,. Треугольник мощности Оав характеризуют активная Р1 и реактивная 0, мощности, треугольник Обг - соответственно, активная мощность

Р и неактивная мощность N =л/0? + Н" .

Эффективность передачи активной мощности характеризуется коэффициентом мощности

где ДРН - суммарные потери активной мощности, обусловленные несинусоидальностью напряжения в несимметричной сети, Вт;

Фу =аг^(Мн/5]).

В действительности дополнительные потери активной мощности превышают величину ДРН за счёт потерь, обусловленных обменными потерями на частотах высших гармоник, схожими по своей природе с потерями от протекания реактивной мощности в синусоидальных симметричных режимах [6 ].

(2)

В общем случае, потери активной мощности тем больше, чем больше степень отклонения режима от оптимального. В этом случае повышается расход электроэнергии на создание электрических и магнитных полей в технических средствах. Однако, эксплуатационный аспект этой проблемы свидетельствует о том, что абсолютно оптимальных режимов сети не существует. Поэтому сформулирован следующий критерий: только при отсутствии в сети кондуктивных низкочастотных ЭМП, обусловленных нестандартными значениями показателей качества электроэнергии (КЭ), влиянием их на увеличение технологических норм расхода электроэнергии на её транспорт можно пренебречь. При соблюдении этого критерия также обеспечивается согласно ГОСТ 13109-97 ЭМС технических средств.

Рисунок 3 — Графическая связь между составляющими полной мощности: при синусоидальном напряжении в фазе симметричной сети (треугольник Оав), при несинусоидальном напряжении в фазе симметричной сети (треугольник Обг), при несинусоидальном напряжении в фазе несимметричной сети (треугольник Оде): ДР - потери активной мощности, обусловленные несинусоидальностью напряжения

Д

В

I

Б

В третьей главе разработана методика определения кондуктив-ной низкочастотной ЭМП по коэффициенту (К2и) несимметрии напряжений по обратной последовательности.

Коэффициент К2и представлен непрерывно распределённой случайной величиной, зависящей от многих случайных событий. Связан с полем событий, характеризуется таблицей вероятностей [6] К2ш>К2и2,К2ш,..., K2uj,...,K2Un Р Р Р Р Р '

где K2ubK2U2'K2U3'---'K2Ui'-"'K2Un -усреднённые значения коэффициента в установленных интервалах (1, 2, 3,..., i,..., п) измерительно-вычислительных комплексов (ИВК) за расчётный период наблюдения, %; Р^Рг^з^.^Р^-.-.Рп-вероятности появления этих значений.

Нормированные

значения К2и характеризуются нормально допустимым значением К2и,н = 2% и предельно допустимым значением K2u,n = 4%. Вероятность нахождения коэффициента в пределах Р(0 < К2и < 2%) должна составлять не менее 0,95, а в течение недели в пределах Р(4% < К2и < ж) равна нулю.

При превышении нормированных значений К2и часть поля событий (3) обусловливает кондуктивную низкочастотную ЭМП по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности 5К2и. Процесс возникновения этой помехи представляется математической моделью

"P(K2U-H<K2U<K2Uin)>0,05

P(K2UjI<K2U<cc)*0

Для определения параметров распределения 5К2и на основе числовой последовательности (3) используются положения производящей функции [6].

Интегральные функции распределения коэффициента К2и в указанных интервалах (4) определяются по формулам

4

P(K2U,h < K2U < K2U,n) = JV(K2U)d(K2u) > (5)

2

K2U

c5K2U. (4)

00

P(K2U,n < K2U < оо) - J v(K2U )d(K2U ), (6)

4

где \|/(К2и) — плотность вероятности распределения величины К2и, 1 /%

Вероятность появления кондуктивной низкочастотной ЭМП 6К2и в трёхфазной трёхпроводной электрической сети определяется по формуле

Р(5К2и) = Р(К2и н < К2и < К2ип) + Р(К2и п < К2и < оо) - 0,05 . (7)

Алгоритм расчёта этой помехи представлен на рисунке 4.

Экспериментальные исследования несимметричных и несинусоидальных режимов в электрических сетях (6-220) кВ региона исследования проводились под руководством Е.В.Ивановой. Соискателем получены математические модели кондуктивных низкочастотных ЭМП 5К2ив сетяхО (35-110) кВ (таблица ).

Установлено, что коэффициенты К2и и помехи 5К2и в сетях (35—110) кВ за расчётный период следуют нормальному закону распределения теории вероятностей и математической статистики с параметрами: М[5К2и] — матожидание, %; о [6К2и] - среднее квадратиче-ское отклонение, %. Вычисление определённых интегралов (5), (6) производилось с помощью функции Лапласа.

Разработан алгоритм расчётного обеспечения подавления кондуктивных низкочастотных ЭМП 6К2и в сетях с низкими интегральными характеристиками путём принятия технических решений по симметрированию напряжений по фазам. При этом учитывалось, что дисперсия коэффициента К2и всегда отлична от нуля (0[К2и] Ф 0) и не зависит от способа подключения электроприёмников [6].

В четвёртой главе рассмотрены пути повышения качества функционирования воздушных линий (ВЛ) электропередачи в регионах с суровым климатом.

Осуществлён анализ повреждаемости опор как вид отказов ВЛ электропередачи. Рассмотрена концепция разрушения деревянных опор, железобетонных опор с цилиндрированными и коническими центрифугированными стойками и металлических опор.

Среди наиболее важных требований, предъяваляемых к электросетевым конструкциям ВЛ, работающих в регионах с суровым климатом, являются максимальный ресурс работы конструкций в условиях эксплуатации и высокая надёжность. В значительной мере требования обеспечиваются выбором материала и совершенством технологии изготовления конструкций из данного материала.

Рисунок 4 - Алгоритм определения кондуктивной низкочастотной ЭМП по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности

Комплексу перечисленных требований больше всего удовлетворяют композиционные материалы (композиты) на основе современных углеродных, борных, органических и стеклянных волокон в сочетании с полимерными, металлическими, углеродными, керамическими и другими видами матриц. Особенность композитов, как известно, в том, что они не являются материалом в классическом смысле этого слова, таким как, например, металлы, фактически это — конструкция, создаваемая в процессе изготовления изделия.

Рассмотрен зарубежный и российский опыт использования композитных опор канадского производства, основой которых являются стеклопластиковые стойки И^пёап! Обоснован выбор композитных опор различных типов отечественного производства для применения в регионах России с суровым климатом. Представлены технические характеристики этих опор для В Л напряжением от 10 до 220 кВ. Для

Таблица - Параметры кондуктивных низкочастотных ЭМП 8К2и в сетях (35-110) кВ региона исследования

Uc, кВ Параметры распределения, % Плотность вероятности распределения ЭМП 5К2и ф(К2и= 6К2и, М[5К2и], с[ЗК2и]), 1/% Вероятность появления кондуктивной низкочастотной ЭМП за расчётный период Р(6К2и), o.e. Заключение о нарушениях ГОСТ Р 54149-2010, ГОСТ 13109-97

35 М[8К2и] = 4,96 % ст[5К2и] = 0,34 % 1Д7ехр (К2и- 4,96)2 0,23 4 {К2и-4,96)2 \,щ\е °'23 d{bK2U) + 3,75 „ (*\ь.-4,9б)2 + Je °'23 d(bKw)}~ 0,05 «0,95 4 Нарушены

110 М[5К2и] 1,9 % с[6К2и] = 0,5 % 0,8 ехр (K2U-l,9)2' 0,5 4 (АГ2С-1,9)2 0,8[{е d{bKVJ) + 2 ю (А'2Г-1,9)2 + je °'5 d(6K2U)]-0,05 * 0,37 4 Нарушены

наглядности на рисунке 5 показана двухцепная композитная опора 110 кВ (ОАО "Тюменьэнерго").

Разработано положение о региональном подходе к инвестициям в электрические сети общего назначения в районах с суровым климатом на основе решения следующей оптимизационной задачи: требуется найти минимум инвестиций в электропередачу с учётом затрат полпого цикла эксплуатации. В качестве критерия сравнительной экономической эффективности различных вариантов приняты годовые приведённые затраты

Зг = гК + Сг + Уп + Уэ = шш , (8)

где К - капитальные затраты (инвестиции) с учётом стоимости композитных опор, тыс. руб.; Сг = Сп +Са +Соп +СМ- ежегодные эксплуатационные расходы на электропередачу, тыс. руб.; Сп - стоимость потерь электрической энергии в системе электроснабжения региона, тыс. руб.; Са - амортизационные отчисления, тыс. руб.; С0,п - расходы на содержание обслуживающего персонала и текущий ремонт, тыс. руб.; См - затраты на материалы (вспомогательные расходы), тыс. руб.; Уп - математическое ожидание убытка в регионе за год от перерывов электроснабжения, тыс. руб.; Уэ — математическое ожидание ущерба в год от нарушения ЭМС технических средств, тыс. руб.; г - реальная ставка дисконтирования, отн. ед.

Экономика района (региона) не может успешно развиваться, если в региональной ЭЭС не подавить кондуктивные низкочастотные ЭМП и не обеспечить снижение рисков аварий линий электропередачи в регионах с суровым климатом. При выполнении этого условия устойчиво сохраняется нераенство

гК + Сг >УП+УЭ =гшп, (9)

которое устраняет неопределённость решения этой задачи. В этом случае задача (8) имеет устойчивое однозначное решение при номинальной процентной ставке Е„ом =14 % и уровне инфляции Ь = 10 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Представлена концепция взаимодействия влияющих факторов, обусловленных особенностями сурового климата, состоянием опор и фундаментов и спецификой электрической нагрузки интенсивно развивающихся регионов, на качество функционирования электрических

Рисунок 5 — Момент монтажа проводов на двухцепной композитной опоре ВЛ 110 кВ

сетей общего назначения с низкими интегральными характеристиками, которую раскрывают следующие положения:

- приведена схема взаимодействия факторов, отображающая общность негативного влияния;

- представлен механизм воздействия напряжения обратной последовательности на трёхфазную трёхпроводную электрическую сеть общего назначения и электрооборудования как рецепторов;

- приведена геометрическая интерпретация связи между составляющими полной мощности сети при несимметричном и несинусоидальном напряжении, дифференциально показывающая зависимость потерь активной мощности от вида искажения;

- обоснован критерий достоверности условия нормированного технологического расхода электроэнергии на её транспорт в электрической сети при наличии несимметрии напряжений по обратной последовательности.

2 Разработана методика определения кондуктивной низкочастотной электромагнитной помехи по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности в электрических сетях с низкими интегральными характеристиками и представлен алгоритм расчёта.

3 Получены математические модели кондуктивных низкочастотных электромагнитных помех по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности в электрических сетях (35-110) кВ региона исследования.

В сети 35 кВ эта помеха с вероятностью 0,95 характеризуется математическим ожиданием (4,96 %) и средним квадратическим отклонением (0,34 %), превышает предельно допустимое значение коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности (4 %).

В сети 110 кВ она с вероятностью 0,95 характеризуется математическим ожиданием (1,9 %) и средним квадратическим отклонением (0,5 %). Вероятность появления помехи (0,37) больше допустимой вероятности (0,05) превышения коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности нормально допустимого значения (2 %) в 7,4 раза.

Математические модели представляют указанные помехи как локальные параметры режимов напряжений в сетях (35—110) кВ.

4 Разработан алгоритм расчётного обеспечения подавления кондуктивной низкочастотной электромагнитной помехи по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности.

5 Представлены положение о региональном подходе к инвестициям в электрические сети общего назначения на основе решения оптимизационной задачи с учётом затрат полного цикла эксплуатации в

условиях сурового климата и рекомендации по выбору композитных опор отечественного производства для воздушных линий 10, 25, 110 и 220 кВ.

Список научных трудов по теме диссертации

Статьи, опубликованные в периодических изданиях, рекомендованных ВАК

1 Ситников, Г.В. Повреждение опор как вид отказов воздушных линий электропередачи / Г.В. Ситников [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2013. -№2.-С. 110-115.

2 Ситников, Г.В. Теплофизический расчёт композитных конструкций для электрических станций северных регионов России / Г.В. Ситников [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2013. - № 2. - С. 213-217.

3 Ситников, Г.В. Математическое моделирование электроэнергетической системы в адаптивных алгоритмах выбора управляющих воздействий / Г.В. Ситников [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2013. - № 2. - С. 221-223.

4 Ситников, Г.В. Потери активной мощности в электрической сети при несимметричных и несинусоидальных режимах напряжения / Г.В. Ситников [и др.]// Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2013. - № 2. - С. 223-227.

5 Ситников, Г.В. Условие нормированного технологического расхода электроэнергии и её транспорт / Г.В. Ситников, Е.В. Иванова [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. - 2013. - № 2. - С. 227-229.

Монографии

6 Ситников, Г.В. Повышение качества функционирования линий электропередачи / Г.В. Ситников, Ю.М. Денчик, М.Н. Иванов, Г.А. Данилов: под ред.В.П. Горелова, В.Г. Сальникова. - Новосибирск: Новосиб. гос. акад. води, трансп., 2013. - 559 с.

Статьи, опубликованные в российских изданиях; материалы международных и всероссийских конференций

7 Ситников, Г.В. Пути снижения технологического расхода электроэнергии на её транспорт/ Г.В. Ситников, Д.А. Барков// Энергосбережение, электромагнитная совместимость и качество в электрических системах; под ред. В.Я. Горячева: сборник статей V Международной научно-практической конференции (г. Пенза, 2014 г.). -Пенза: Приволжский дом знаний, 2014. - 80 с. - С. 8-11.

Отчёты о научно-исследовательских работах

8 Системный подход в разработке усовершенствованных электросетевых конструкций: отчёт о НИР (промежуточн.), г/б - 11 / ФБОУ ВПО «Новосиб. гос. акад. водн. трансп.»; руков. Горелов В.П.; исполн. Ситников Г.В. [и др.]. - Новосибирск, 2013. - 118 с. - Библиогр.: С. 102-118. - ГР № 01.88. 0004137. - Инв. № 0220.1361310.

9 Исследование причин немотивированных отключений ВЛ 110 кВ и разработка рекомендаций по снижению их числа: отчёт о НИР (промежуточн.) г/б - 11 / ФБОУ ВПО «Новосиб. гос. акад. водн. трансп.»; руков. Горелов В.П.; исполн. Ситников Г.В. [и др.]. - Новосибирск [б.и.], 2013. - 164 с. - Библиогр.: С. 155-164 - ГР № 01.88.0004137. - Инв. № 02201362995.

10 Рекомендации по снижению несимметрнн напряжений в электрических сетях общего назначения: отчёт о НИР (промежуточн.) г/б —11/ ФБОУ ВПО «Ново-сиб. гос. акад. водн. транш.»; руков. Горелов В.П.; исполн. Ситников Г.В. [и др.]. — Новосибирск [б.и.], 2013. - 140 с. - Библиогр.: С. 127-140. - ГР № 01.88.0004137. -Инв.№ 02201362996.

11 Проводимость электрически неоднородных композитов для элекгросе-тевых конструкций: Часть 1: отчёт о НИР (промежуточн.) г/б — 11 / ФБОУ ВПО «Но-восиб. гос. акад. водн. трансп.»; руков. Горелов В.П.; исполн. Сптннков Г.В. [и др.]. — Новосибирск [б.и.], 2014. - 126 с. - Библиогр.: С. 91-109. - ГР № 01.88.0004137. -Инв.№ 02201453316.

12 Проводимость электрически неоднородных композитов для электросетевых конструкций: Часть 2: отчёт о НИР (промежуточн.) г/б— 11 / ФБОУ ВПО «Но-восиб. гос. акад. водн. трансп.»; руков. Горелов В.П.; исполн. Ситников Г.В. [и др.]. — Новосибирск [б.и.], 2014. - 134 с. - Библиогр.: С. 154-168. - ГР № 01.88.0004137. -Инв.№ 02201453649.

13 Работа электрических сетей общего назначения в регионах с суровыми климатическими условиями: отчет о НИР (промежуточн.) г/б —11/ ФБОУ ВПО «Новосиб. гос. акад. водн. трансп.»; руков. Горелов В.П.; исполн. Ситников Г.В. [и др.]. - Новосибирск [б.и.], 2014. - 134 с. - Библиогр.: С. 119-134. - ГР № 01.88.0004137.-Инв.№ 02201454154.

Личный вклад в опубликованных статьях [1—5] составляет не менее 50 %, а в монографин [6] — 25 %.

Подписано в печать 10.09.2014 г. с оригинал-макета

Бумага офсетная № 1, формат 60x 84 1/16, печать трафаретная-Шво.

Уел печ. л. 1,3. Тираж 130 экз. Заказ № 79. Бесплатно.

ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

ФБОУ ВПО («НГАВТ»),

630099, Новосибирск, ул. Щетинкина, 33.

Отпечатано в типографии ФБОУ ВПО «НГАВТ»