автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Повышение устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению при электроснабжении от береговых сетей

На правах рукописи

КЛЕУТИН ВЛАДИСЛАВ ИВАНОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СУДОВЫХ УЗЛОВ НАГРУЗКИ ПО НАПРЯЖЕНИЮ ПРИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ ОТ БЕРЕГОВЫХ СЕТЕЙ

Специальность: 05.14.02 - «Электростанции и электроэнергетические системы»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2012

005047875

005047875

Работа выполнена в ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» (ФГОУ ВПО «НГАВТ»)

Научный руководитель: кандидат технических наук

Иванов Михаил Николаевич

Официальные оппоненты: Хрущёв Юрий Васильевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», профессор кафедры «Электрические сети и электротехника»;

Самородов Герман Иванович,

доктор технических наук, профессор, Филиал ОАО «НТЦ электроэнергетики», - Сибирский научно-исследовательский институт энергетики (СибНИИЭ), научный руководитель отдела новых технологий

Ведущая организация: Филиал открытого акционерного общества «Электросервис единой национальной электрической сети» - Новосибирская специализированная производственная база

Защита состоится 23 ноября 2012 г. в 10 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: ese_sovet@mail.ru или nsawt_ese@mail.ru).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

Автореферат разослан 18 октября 2012 г.

Учёный секретарь „ -

диссертационного совета t /¿¿L ¿¿£¿¿¿<1- Малышева Е.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Освоение регионов Сибири и Дальнего Востока обусловливает интенсивное развитие единой транспортной инфраструктуры (автомобильного, водного и железнодорожного транспорта). Водному (речному) транспорту отводится значительная доля грузоперевозок. Это увеличивает нагрузку на технический флот (плавкраны, земснаряды, землесосы и т.д.), который обеспечивает водный путь.

Электроснабжение береговых объектов (портов, нефтебаз, судоремонтных заводов, транспортных терминалов по переработке грузов совместно с железнодорожным транспортом) осуществляется в основном от региональных электроэнергетических систем (ЭЭС). В береговых сетях (6-10) кВ объектов водного транспорта, характеризующихся небольшими мощностями трёхфазного короткого замыкания (КЗ), обостряется проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) из-за качественных изменений нагрузок в электрических сетях общего назначения. Так, в сетях Западной Сибири произошло увеличение доли нелинейных нагрузок тяговых подстанций железнодорожного транспорта и нефтегазодобывающих месторождений.

По экономическим причинам суда технического флота, где это возможно, получают электроэнергию от береговых сетей. При этом качество функционирования электропередачи «берег-судно» 0,4 кВ из-за неудовлетворительной устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению не удовлетворяет требованиям эксплуатации, а качество электроэнергии требованиям ГОСТ 13109-97 и «Правилам классификации и постройки судов внутреннего плавания Российского Речного Регистра» (ПСВП РРР). Значительный физический износ судов технического флота обостряет проблему повышения устойчивости их электрической нагрузки по напряжению.

Исследования Горелова В.П., Лизалика H.H., Овсянникова А.Г., Воршевского A.A., Ивановой Е.В. и других отечественных и зарубежных учёных охватывают различные аспекты обеспечения ЭМС технических средств. Однако, проблема ЭМС многогранна и одна из научно-технических задач - повышение устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению при электроснабжении от береговых сетей не решена. Отсутствует соответствующий стандарт или методика. В связи с изложенным тема диссертации является актуальной.

з

Объектом исследования являются системы электроснабжения (СЭС) судов технического флота при питании от береговых региональных ЭЭС, включающие сети напряжением (6-10) кВ береговых объектов, электропередачи «берег-судно» 0,4 кВ и судовые электрические сети 0,4 кВ. В качестве базового полигона исследования выбрана СЭС плавкрана типа КПЛ 5-30 № 667 ООО «Селена» Омского Прииртышья при питании от береговой сети 10 кВ.

Предметом исследования являются процессы влияющие на устойчивость электрической нагрузки по напряжению судовой сети 0,4 кВ при электроснабжении судна от береговой сети 10 кВ и нарушающие ЭМС технических средств.

Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и планом работы академии. Работа выполнялась в соответствии: с научными направлениями технического комитета № 77 «Электромагнитная совместимость электрооборудования, присоединённого к общей электрической сети» Международной электротехнической комиссии (МЭК); с научной целевой комплексной темой «Разработка мероприятий по повышению надёжности работы оборудования в условиях пониженных температур» (гос. регистр. № 0188.0004.137) и планом НИОКР «Электромагнитная совместимость технических средств» (гос. регистр. №01201180542) ФБОУ ВПО «НГАВТ».

Идея работы заключается в установлении углублённых связей между кондуктивными электромагнитными помехами (ЭМП), действующими в береговой электрической сети 10 кВ и в судовой сети 0,4 кВ при электроснабжении судна с берега, воздействия на которые можно повысить устойчивость электрической нагрузки по напряжению и обеспечить ЭМС технических средств электропередачи «берег-судно» как рецепторов.

Целью работы является разработка научных положений и рекомендаций, позволяющих повысить устойчивость судовых узлов нагрузки по напряжению при электроснабжении от береговых сетей. Для достижения этой цели в работе ставились и решались следующие взаимоувязанные научно-технические задачи:

- обоснования требований к измерительной технике и методологического подхода к измерению параметров электромагнитной обстановки (ЭМО); разработка электрической схемы эксперимента;

- определение условий обеспечения устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению с помощью помехоподавляющих технических средств;

- разработка методики определения параметров распределения кондуктивной ЭМП по отклонению напряжения в судовой сети 0,4 кВ при электроснабжении судна от береговой сети 10 кВ;

- экспериментальные исследования ЭМО в береговой сети 10 кВ и в электропередаче «берег-судно» 0,4 кВ при электроснабжении плавкрана типа КПЛ 5-30 от береговой сети;

- разработка эмпирической математической модели для прогнозирования коэффициента запаса устойчивости узла нагрузки плавкрана типа КПЛ 5-30 по напряжению в зависимости от вероятности изменения уровня напряжения в течение рабочего цикла погрузо-разгрузочных работ при электроснабжении от береговой сети 10 кВ;

- разработка методики повышения устойчивости электрической нагрузки по напряжению судов технического флота при электроснабжении от береговых сетей;

- экспериментальная проверка эффективности предложенной методики на базовом полигоне исследования.

Методы исследования. В процессе выполнения исследований применялись: научно-техническое обобщение литературных источников по исходным предпосылкам исследований, методы теоретических основ электротехники и теории электрических сетей, методы математической статистики и теории вероятностей (теория планирования эксперимента, теория производящих функций, теория ошибок), метод аналитических исследований, методы системного анализа, рекомендованные Госстандартом России методы и средства измерения уровней ЭМС для кондуктивных ЭМП.

На защиту выносятся:

1 Обоснование условий обеспечения устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению в электропередаче «берег-судно» 0,4 кВ с помощью помехоподавляющих технических средств.

2 Методика определения параметров распределения кондуктивной электромагнитной помехи по отклонению напряжения в судовой сети 0,4 кВ при электроснабжении судна технического флота от береговой сети (6—10) кВ.

3 Результаты экспериментальных исследований кондуктивных ЭМП по отклонению напряжения в электропередаче «берег-судно» 0,4 кВ при электроснабжении плавкрана типа КПЛ 5-30 от береговой сети 10 кВ (закон и параметры распределения, вероятность появления).

4 Эмпирическая математическая модель для прогнозирования коэффициента запаса устойчивости узла нагрузки 0,4 кВ плавкрана типа

КПЛ 5-30 по напряжению в зависимости от вероятности изменения уровня напряжения в течение рабочего цикла погрузо-разгрузочных работ при электроснабжении от береговой сети 10 кВ.

5 Методика повышения устойчивости электрической нагрузки по напряжению судов технического флота (плавкраны, земснаряды, землесосы и т.д.) при электроснабжении от береговых сетей.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций

Достоверность обеспечена: использованием сертификационного оборудования и современного измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) «Омск-М»; исследованиями погрешностей расчётов по разработанной эмпирической математической модели.

Обоснованность подтверждена корректностью применения математических методов обработки результатов измерений, принятыми уровнями допущений при математическом описании явлений, публикациями и обсуждениями результатов исследований на 8 международных и всероссийских научно-технических конференциях и семинарах, практической реализацией полученных результатов.

Научная новизна работы характеризуется следующими новыми научными положениями:

- определено условие обеспечения устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению 0,4 кВ с помощью помехоподавляющих технических средств;

- разработана методика определения параметров распределения кондуктивной ЭМП по отклонению напряжения в судовой сети 0,4 кВ при электроснабжении судна технического флота от береговой сети 10 кВ;

- получены результаты экспериментальных исследований кон-дуктивных ЭМП по отклонению напряжения в электропередаче «берег-судно» 0,4 кВ при электроснабжении плавкрана типа КПЛ 5-30 от береговой сети 10 кВ (закон и параметры распределения, вероятность появления);

- представлена эмпирическая математическая модель для прогнозирования коэффициента запаса устойчивости узла нагрузки 0,4 кВ плавкрана типа КПЛ 5-30 по напряжению в зависимости от вероятности изменения уровня напряжения в течение рабочего цикла погрузо-разгрузочных работ при электроснабжении от береговой сети 10 кВ;

- разработана методика повышения устойчивости электрической нагрузки по напряжению судов технического флота при электроснабжении от береговых сетей.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии теоретических основ устойчивости электрических нагрузок по напряжению судов технического флота при электроснабжении от береговых сетей. Раскрыто существенное влияние на устойчивость узлов нагрузки по напряжению кондуктивных ЭМП по отклонениям напряжения, распространяющимся по проводам, в электропередаче «берег-судно». Предложена методика определения параметров и вероятностей появления этих помех.

Практическая значимость результатов работы заключается в том, что внедрение на отраслевом уровне научных положений и рекомендаций диссертации в проектную и эксплуатационную практику обеспечивает повышение устойчивости электрической нагрузки по напряжению судов технического флота при электроснабжении от береговых сетей. Совокупность полученных результатов представляется как решение важной научно-технической задачи, имеющей большое хозяйственное значение для водного транспорта. Разработана методика повышения устойчивости электрической нагрузки по напряжению судов технического флота при электроснабжении от береговых сетей.

Реализация работы. Рекомендации по повышению устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению при электроснабжении от береговых сетей внедрены в: ОАО «Иртышское пароходство» (г. Омск) с ожидаемым годовым экономическим эффектом 127 тыс. руб. при сроке окупаемости капитальных вложений около 3 лет; ФБУ «Обь - Ир-тышводпуть» (г. Омск) с годовым экономическим эффектом 152 тыс. рублей при сроке окупаемости капитальных вложений менее 3 лет.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на международной научно-практической конференции «Индустриально-инновационное развитие на современном этапе: состояние и перспективы» (г. Павлодар, Казахстан, 2009 г.); на международной научно-практической конференции «Энергоэффективность» (г. Омск, Россия, 2010 г.); на всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования» (г. Томск, 2010 г.); на 9-й международной научно-практической конференции «Проблемы и достижения в промышленной энергетике» в рамках выставки «Энергетика и электротехника - 2010» (г. Екатеринбург, Россия,

2010 г.); на 2-й международной научно-практической конференции «Эффективность и качество снабжения и использования электроэнергии» в рамках выставки «Энергосбережение, отопление, вентиляция, водоснабжение в промышленности и ЖКХ» (г. Екатеринбург, Россия, 2012); на региональной научно-практической конференции «Новые технологии на транспорте, в энергетике и строительстве» (г. Омск, Россия, 2010 г.); на 63-й научно-технической конференции ГОУ ВПО «СибАДИ» (г. Омск, Россия 2009 г.); на научно-практическом семинаре с международным участием «Эффективность и качество снабжения и использования электроэнергии» в рамках выставки «Энергосбережение, отопление, вентиляция, водоснабжение в промышленности и ЖКХ» (г. Екатеринбург, Россия, 2011).

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 33 научных трудах, в том числе, в 14 статьях в периодических изданиях по перечню ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 156 наименований и двух приложений. Изложена на 136 страницах машинописного текста, который поясняется 35 рисунками и 8 таблицами.

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; даны структура и объём диссертационной работы, а также объём публикаций.

В первой главе исследуется содержание проблемы повышения устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению 0,4 кВ при электроснабжении от береговых сетей (6-10) кВ.

Применение СЭС для судов технического флота обусловливается экономической эффективностью. Срок окупаемости дополнительных

капитальных вложений для осуществления технических и организационных мероприятий в береговой и судовой сетях составляет от 0,5 до 1,5 лет.

Среди источников кондуктивных ЭМП в электропередаче «берег-судно» 0,4 кВ выделяются электроприёмники плавкранов с резкопеременньш режимом работы. Эти приёмники при некачественной электроэнергии в береговой сети нарушают уровни ЭМС для кондуктивных ЭМП, распространяющихся по проводам. В основном наблюдаются кондуктивные ЭМП по отклонению напряжения, которые снижают устойчивость судовых узлов нагрузки, состоящих из асинхронных двигателей, по напряжению.

Показано, что уменьшение напряжения на зажимах асинхронного двигателя приводит к уменьшению максимума активной мощности Р и росту скольжения & Это приводит к нарушениям критерия статической устойчивости асинхронного двигателя (с1Р1с18)>0. В результате этого двигатель резко тормозится и «опрокидывается», разрушая при этом приводные механизмы, вызывая тяжёлые технологические аварии.

Сложность возникновения и определения путей проникновения кондуктивных ЭМП в электропередачи «берег-судно» обусловило применение системного анализа к определению направления исследований и методов подавления этих помех. Разработан главный аспект системного анализа применительно к задачам исследования.

Во второй главе излагаются теоретические основы исследования.

Теоретической базой выполненных исследований являются научные работы учёных и специалистов в области ЭМС технических средств. Ретроспективный анализ этих исследований показал, что они не позволяют обеспечить достоверное научно-техническое обоснование для принятия технических решений по подавлению кондуктивных ЭМП, снижающих устойчивость узлов нагрузки по напряжению в судовых электрических сетях при электроснабжении судов с берега.

В связи с этим теоретически исследовались: зависимость параметров ЭМС как показателей качества функционирования технических средств от нарушений качества напряжений в питающих электрических сетях; процесс возникновения кондуктивных ЭМП, распространяющихся по проводам; возможности применения производящей функции для определения параметров поля событий, характеризующего сложную ЭМО.

В действующей электропередаче «берег-судно» 0,4 кВ может наблюдаться я-е количество кондуктивных ЭМП, обусловленных нестандартными значениями показателей качества электроэнергии (КЭ). Эти

помехи взаимосвязаны и многранны. В связи с этим теоретически исследовались условия, при которых обеспечивается устойчивость судовых узлов нагрузки по напряжению с помощью помехоподавляющих технических средств (ППТС).

Кондуктивные ЭМП обладают стохастическими свойствами и порождаются превышением нормально и предельно допустимых значений показателей КЭ. Параметры этих ЭМП составляют множество Gk

(1)

где gt \ glt\—, g(k°gl^ - параметры кондуктивных ЭМП по /-му показателю КЭ; i-\,m - замкнутое множество; g'k" е Gk.

Множество Gk содержится во множестве

Gtd^M, (2)

которое отображает общую ЭМО.

Параметры ППТС также составляют множество

о, = (3)

где параметры ППТС; i = \,m - замкнутое мно-

жество параметров; gl" е G2 .

Множество Gz определяется характером ЭМО, поэтому определено на множестве

(4)

Поскольку процесс реакции ППТС на ЭМП происходит в единой ЭМО , можно использовать биекцию (взаимно однозначное отображение). С помощью такого подхода доказываются, что

_ gr^sr, (5)

где i = l,n — замкнутое множество.

Таким образом, основным условием повышения устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению в электропередаче «берег-судно» путём подавления кондуктивных ЭМП является обеспечение единого параметрического пространства параметров этих помех и ППТС.

В третьей главе приводятся результаты экспериментального исследования уровней ЭМС для кондуктивных ЭМП в береговой сети 10 кВ и в электропередаче 0,4 кВ «берег-судно».

При разработке электрической схемы экспериментальных исследований и выборе измерительной аппаратуры учитывались требования к

метрологическим характеристикам средств измерений, предъявляемые ГОСТ 13109-97. Использовалось только сертификационное оборудование (рисунок 1). Параметры ЭМО определялись с помощью ИВК «Омск-М». Обработка результатов измерений производилась при помощи прикладываемого к ИВК программного обеспечения.

Были выполнены технические мероприятия в береговой сети 10 кВ с целью обеспечения нормируемых уровней ЭМС для кондуктивных ЭМП. В частности, установившееся отклонение напряжения характеризовалось параметрами: математическим ожиданием М[5иу~\ =2,48 %, средним квадратическим отклонением а"[Ж/у]=3,2 %.

Разработана методика определения параметров распределения кондуктивной ЭМП по отклонению напряжения в судовой сети 0,4 кВ при электроснабжении плавкрана типа КПЛ 5-30 от береговой сети 10 кВ. Учитывали, что требования к показателям КЭ для судов внутреннего плавания определяются ПСВП РРР. При этом время и методы измерений не нормируются.

Отклонение напряжений 511 в судовых сетях 0,4 кВ технического флота определяется режимом работы основных приемников электроэнергии. Поэтому было принято, что расчётное время измерений ТР соответствует периоду цикла работы плавкрана (7ц).

Показатель КЭ 31/ является случайной величиной и связан с полем событий, за рассматриваемый период измерения

ГЖ,; 3иг\3иг\ ЯЛ (6) { Р- Рг\ Ру\ ...,Р; ...,Р ]' где 8и^5иг\5и^\...,5и5иразличные значения 511 1 в течение времени измерений; - вероятности появления значений

Ш,.

Процесс возникновения кондуктивной ЭМП по отклонению напряжения представляется математической моделью

5и{[р{5и^ < 5и < оо) + Р(- оо < 5Л < ик_)] > (1,5 /Тц );

[Р{5ид+ <5и<5ик+)+Р(-оо<5и< 5и)]* 0} с Ш'п, (7) где 5и а 511 [п; 51Г- подмножество 511],, в том числе имеется ввиду возможность Ш с 511),, т.е. между 511 с 511), \\51J с 51Ти различий не делается; 5и'п- кондуктивная ЭМП по отклонению напряжения в судовой электрической сети, %; 51!- отклонение напряжения менее 30 %

от номинального значения продолжительностью более 1,5 е.; SUKt-отклонение напряжения более 15 % от Uh продолжительностью более 1,5 е.; ¿Уд. - отклонение напряжения менее 10 % от Uh; - отклонение напряжения более 6 % от Uh.

Таким образом, кондуктивная ЭМП SU'n появляется в судовой сети при электроснабжении судна от береговой сети тогда, когда вероятность нахождения SU в течение цикла (Тц,с) в пределах (SUKt;m) и (-оо\5UK_) превышает допустимое значение (1,5/Тц), а в пределах (5Uд+',3ик+) и(<ЯУk_',SUд.) не равна нулю. Она появляется также при

выполнении только одного условия.

Для вычисления моментов распределения случайной величины 5U1 в течение расчётного времени Тц используются возможности производящей функции, параметры которой соответствуют параметрам распределения SU. Вероятность появления кондуктивной ЭМП SU'n определяется по формуле

P(Uln) = P(SUK+ < 5U < оо) + Р(-оо < 5U < SUKJ + + P{SUд+ < SU < SUKt) + Р(-оо <SU< SUKJ -(1,5/Тц). (8)

Исследовался погрузо-разгрузочный режим плавкрана с целью определения продолжительности характерного цикла. Для этой цели использовались каналы ИВК «Омск-М» для измерений напряжения, тока и мощности (полной, активной и реактивной) на шинах 0,4 кВ главного распределительного щита (ГРЩ) плавкрана и в точке подключения судна к береговой сети 0,4 кВ. Статистическая обработка измерений производилась по программе Statistica 6.0, которая позволяет обрабатывать файлы в формате данных «Excel». Результаты математической обработки показали, что случайная величина Тч следует нормальному закону распределения теории вероятности и математической статистики с параметрами: М[Тц] = 36 с, сг[Тц\ = 6 с.

Нормальная плотность вероятности распределения Тц характеризуется равенством

<р{Т.М[Т]МТ]) = 0,07 ехр

-(Г -М[Т]У

(9)

72

Было отобрано 600 характерных циклов, а на ИВК «Омск-М» установлено 8 интервалов для возможных значений напряжения.

г

и

Рисунок 1 - Электрическая схема электроснабжения плавкрана типа КГТЛ 5-30 с аппаратурой средств измерений при экспериментальных исследованиях

Результаты математической обработки отклонений напряжения на шинах 0,4 кВ ГРЩ показали, что требования ГТСВП РРР не выполняются. Случайная величина ¿11 следует нормальному закону распре-

деления теории вероятности и математической статистики с параметрами: М[51Г\ =4,2 %; о[8и] =8,03 %; относительное значение времени превышения длительных допустимых значений отклонения напряжения составляет около 20 %, а относительное значение времени превышения кратковременных допустимых значений отклонения напряжения около 1 % (рисунок 2).

Рисунок 2 - Гистограмма распределения отклонений напряжения совмещенная с графиком нормальной плотности вероятности распределения <р(би'п; -4,2; 8,03) и нормируемыми «Правилам классификации и постройки судов внутреннего плавания Российского Речного Регистра» значениями отклонений напряжения

Нормальная плотность вероятности распределения кондуктивной ЭМП по отклонению напряжения 311'п определяется по формуле

(р{5и1п\-^2%03) = 0,274 ехр

-(&/'„+4,2)1 129

(10)

Вероятность появления величины 5и'п за цикл работы плавкрана, рассчитанная по формуле (8), составляет 0,2.

Таким образом, с вероятностью 0,95 можно утверждать, что кондуктивная ЭМП по отклонению напряжения в судовой электрической сети 0,4 кВ при электроснабжении от береговой сети 10 кВ характеризуется параметрами; Ы[5и'п~\ — - 4,2 %, с[Зи'и ]=8,03 %. Вероятность появления этой помехи превышает допустимое значение (0,05) в 4 раза. Если учесть, что разгрузка, например, баржи песка грузоподъемностью 1000 т продолжается в среднем 22 часа непрерывной работы, то время действия этой помехи достигает 5 часов.

В четвёртой главе излагаются рекомендации по обеспечению устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению при электроснабжении от береговых сетей.

Исследовались статические характеристики нагрузки плавкрана типа КПП 5-30 по напряжению, которая представлена асинхронными двигателями серии 4МТН 280 Б10. Установлено, что для исследуемого узла нагрузки критическое напряжение составляет 70 % от номинального напряжения, т.е. икр~0,711н.

В таблице приведены расчетные значения коэффициента запаса устойчивости узла нагрузки по напряжению (К^) в зависимости от вероятности снижения напряжения (Р) по интервалам.

Таблица — Расчётные значения по интервалам вероятности появле-

Среднее значение отклонения напряжения по интервалам, % -23,625 -18,375 -13,125 -7,875

Среднее значение напряжения в интервале, В 290 310 330 350

Коэффициент запаса устойчивости нагрузке по напряжению лГ =-—.o.e. an JJ 0,0789 0,138 0,186 0,2391

Вероятность попадания напряжения в интервал Р, o.e. 0,02 0,058 0,147 0,207

Функция K(U)=f(P) в середине интервала 0,0311 0,1 0,182 0,247

Методом выравнивания был определен вид математической зависимости К(1,)=/(Р) в виде параболы, а методом средних определен её постоянный коэффициент. В результате получили следующую эмпириче-

скую математическую модель для прогнозирования коэффициента К(ц) в течение рабочего цикла погрузо-разгрузочных работ плавкрана от вероятности появления определенного уровня напряжения в электропередаче «берег-судно» 0,4 кВ

Кт=Р**". (11)

Эта функция не имеет точек и линий разрыва и является дифференцируемой. Аналитичность этой функции соответствует условиям Коши—Риммана.

ГРЩ

щего предложенный закон регулирования напряжения в центре питания

Областью применения этой модели являются электрические сети 0,4 кВ судов технического флота при электроснабжении от береговых сетей. Относительная ошибка расчетов с вероятностью 0,95 не превышает ±14 %.

Расчетным путем исследовалось влияние потребляемой реактивной мощности в судовой электрической сети на напряжение в электропередаче «берег-судно» 0,4 кВ. Для этой цели в программе МаНаЬ пакета БтшНпк использовалась имитационная модель в виде стандартных блоков библиотеки 8тРо\уег8у81етз. Было установлено, что регулирующий эффект нагрузки плавкрана при и>17кр имеет положительное

значение, но недостаточное для обеспечения устойчивой работы электроприёмников.

Для повышения устойчивости узлов нагрузки по напряжению рекомендуется использовать также систему автоматического регулирования напряжения (АРН). Предложено стабилизировать напряжение в центре питания (ЦП) электропередачи «берег-судно» 0,4 кВ. При этом основным достоверным параметром, характеризующим уровень напряжения, представляется математическое ожидание кондуктивной ЭМП по отклонению напряжения М[ 511], ], которая имеет знак минус. На рисунке 3 показана блок-схема АРН.

Закон регулирования напряжения в ЦП представляется математической моделью

где К3 =1,15 - коэффициент запаса настройки регулятора напряжения; и - фактическое напряжение в сети, В.

Эффективность предложенной методики повышения устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению экспериментально проверялась во время опытов.

Основные выводы и рекомендации

1 Доказана возможность повышения устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению при электроснабжении от береговых сетей путём подавления кондуктивных электромагнитных помех в едином параметрическом пространстве с помехоподавляющими техническими средствами.

2 Разработана методика определения параметров распределения кондуктивных электромагнитных помех в электропередаче «берег-судно» 0,4 кВ при работе судов технического флота (плавкраны, земснаряды, землесосы и т.д.).

3 Экспериментально установлено, что кондуктивная электромагнитная помеха по отклонению напряжения в электропередаче 0,4 кВ «берег-судно» в течение рабочего цикла погрузо-разгрузочных работ плавкрана типа КПЛ 5-30 характеризуется математическим ожиданием (-4,2 %) и средним квадратическим отклонением (8,03 %). Вероятность появления этой помехи составляет 0,2, которая превышает допустимую ГОСТ 13109-97 вероятность (0,05) в 4 раза.

4 Кондуктивная электромагнитная помеха по отклонению напряжения в электропередаче «берег-судно» 0,4 кВ, снижающая коэффици-

(12)

ент запаса устойчивости электрической нагрузки плавкрана типа КПЛ 5-30 по напряжению, обнаружена при нормируемых уровнях электромагнитной совместимости для кондуктивных электромагнитных помех в береговой сети 10 кВ. Если же в сети 10 кВ произойдет отклонение напряжения даже в пределах требований ГОСТ 13109-97, то может произойти «опрокидывание» асинхронных двигателей плавкрана и расстройство технологического процесса погрузо-разгрузочных работ с серьёзными техническими, экономическими и экологическими последствиями.

5 Разработана эмпирическая математическая модель для прогнозирования коэффициента запаса устойчивости узла нагрузки плавкрана типа КПЛ 5-30 по напряжению в зависимости от вероятности изменения уровня напряжения в течение рабочего цикла погрузо-разгрузочных работ при электроснабжении от береговой сети 10 кВ. Определена область её применения. Относительная ошибка расчетов с вероятностью 0,95 не превышает ±14%.

6 Разработана методика повышения устойчивости электрической нагрузки по напряжению судов технического флота при электроснабжении от береговых сетей.

Список научных трудов по теме диссертации

Статьи в периодических научных изданиях по перечню ВАК

1 Клеутин, В.И. Определение отклонения напряжения в линии электропередачи «берег-судно» / В.И. Клеутин // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. -2012.- №1. - С.336-339.

2 Клеутин, В.И. Методика определения кондуктивных электромагнитных помех по установившемуся отклонению напряжения в судовой электрической сети / В.И. Клеутин [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. -2012,- №1.- С.327-330.

3 Клеутин, В.И. Обеспечение качества напряжения в электрических сетях / В.И. Клеутин [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост.-2012,-№1.-С.324-327.

4 Клеутин, В.И. Проблемы качества электроэнергии в системах электроснабжения /В.И. Клеутин [и др.] // Омск. науч. вестник. -2012-№2( 110).- С.212-214.

5 Клеутин, В.И. Устойчивость узла нагрузки по напряжению плавкрана при электроснабжении от береговых сетей/ М.Н. Иванов,

B.И. Ютеутин // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. -2012 - №2-

C.320-322.

6 Клеутин, В.И. Методика подавления кондуктивной электромагнитной помехи в электропередаче 0,4 кВ «берег-судно» / М.Н. Иванов, В.И. Клеутин // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. -2012-№2,- С.323-324.

7 Клеутин, В.И. Электромагнитная совместимость в электрических сетях Прииртышья / В.И. Клеутин [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. Спецвыпуск .- 2009. -№1. - С.223-227.

8 Клеутин, В.И. Воздействие токов высших гармоник на электрические сети 0,4 кВ / В.И. Клеутин [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. -2009.- №1. - С.327-330.

9 Клеутин, В.И. Анализ гармонических воздействий помех на электрические сети береговых объектов водного транспорта Западной Сибири / В.И. Клеутин [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. -2009-№1.-С.ЗЗ 1-334.

10 Клеутпн, В.И. Затраты при выполнении работ по определению кондуктивных электромагнитных помех в электрических сетях / В.И. Клеутин [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. -2009-№1- С.334-336.

11 Клеутин, В.И. Анализ влияния мощных вентильных преобразователей на питающую сеть / В.И. Клеутин [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. -2009,- №2,- С.376-378.

12 Клеутин, В.И. Результаты экспериментальных исследований показателей качества электроэнергии в энергосистеме плавкрана СПГ-43/82 / В.И. Клеутин [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. -2009.- №2.-С.404-408.

13 Клеутпн, В.И. К проблеме электроснабжения при некачественной электроэнергии / В.И. Клеутин [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. -2010.- №1- С.333-336.

14 Клеутин, В.И. Статистическая оценка влияния резкоперемен-ного режима работы плавкрана КПЛ 667 на качество напряжения в береговой сети 0,4 кВ / В.И. Клеутин [и др.] // Науч. пробл. трансп. Сиб. и Дал. Вост. -2011.- № 1.- С.291-295.

Статьи в российских и иностранных изданиях; материалы международных и всероссийской конференций

15 Клеутин, В.И. Основные показатели качества электроэнергии / В.И. Клеутин [и др.] // Сб. науч. трудов, вып.7- Омск: ОИВТ(филиал) ФГОУ ВПО «НГАВТ», 2009. - С.3-7.

16 Клеутин, В.И. Особенности определения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения / В.И. Клеутин [и др.] // Индустриально-инновационное развитие на современном этапе: состояние и перспективы: тр. междунар. науч. -практ. конфер.: Павлодар, Республика Казахстан, 10—11 дек. 2009 г. — Павлодар, 2009. — С.63—67.

17 Клеутин, В.И. Анализ программного обеспечения обработки данных измерений показателей качества электроэнергии / В.И. Клеутин [и др.] // Материалы 63 науч. -технич. конф. ГОУ ВПО «СибАДИ»: Омск, 24-25 ноябр., 2009г. - Омск, 2009. - С. 61-65.

18 Клеутин, В.И. Автоматизированные измерения в энергетике/

B.И. Клеутин // Материалы 63 науч. -технич. конф. ГОУ ВПО «СибАДИ»: Омск, 24-25 ноябр., 2009г. - Омск, 2009. - С. 70-73.

19 Клеутин, В.И. Анализ электромагнитной обстановки вэлек-трических сетях среднего напряжения как рецепторах / В.И. Клеутин [и др.] // Энергоэффективность: матер, междунар. науч.-практ. конф.; Омск, 12-13 мая2010г.-Омск,2010.-С.16-20.

20 Клеутин, В.И. Определение показателей качества функционирования электрических сетей среднего напряжения при значительных искажениях напряжения / В.И. Клеутин [и др.] // Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования: матер, всерос. науч. -техн. конф., Томск, 25-28 мая 2010 г. - Томск, 2010. -

C.85-87.

21 Клеутин, В.И. Исследование электрической сети земснаряда /

B.И. Клеутин, [и др.] // Сб. науч. трудов, вып.8. - Омск: ОИВТ(филиал) ФГОУ ВПО «НГАВТ», 2010. - С.3-8.

22 Клеутин, В.И. Обзор существующих средств и методов исследования электромагнитной совместимости в судовых электроэнергетических системах / В.И. Клеутин [и др.] // Сб. науч. трудов, вып.8. -Омск: ОИВТ(филиал) ФГОУ ВПО «НГАВТ», 2010. - С.8-13.

23 Клеутин, В.И. Электромагнитная обстановка в судовой электроэнергетической системе / В.И. Клеутин [и др.] // Сборн. науч. трудов, вып.8 - Омск: ОИВТ(филиал) ФГОУ ВПО «НГАВТ», 2010. -

C.13-16.

24 Клеутин, В.И. Расширение функциональных возможностей ИВК «Омск - М» / Клеутин В.И. [и др.] // Проблемы и достижения в промышленной энергетике: сб. докл. 9-й междунар. науч. -прак. конф. в рамках выставки «Энергетика и электротехника-2010»; Екатеринбург, 24-26 ноября 2010 г. - Екатеринбург, 2010.- С. 200-203.

25 Клеутин, В.И. Влияние резко-переменной нагрузки портальных кранов на качество напряжения в электрических сетях / Клеутин

B.И. [и др.] // Проблемы и достижения в промышленной энергетике: сб. докл. 9—й междунар. науч. -прак. конф. в рамках выставки «Энергетика и электротехника-2010»; Екатеринбург, 24-26 ноября 2010 г — Екатеринбург, 2010. - С.190-194.

26 Клеутин, В.И. Математическая модель электроснабжения плавкрана «Ганц» СПГ 43/83 от береговой сети в программе та1-1аЬ/зипиПпк / В.И. Клеутин [и др.] // Новые технологии на транспорте, в энергетике и строительстве: матер, регион, науч. -техн. конф.; Омск, 23 декабря 2010г. - Омск, 2010. - С.78-82.

27 Клеутнн, В.И. Анализ влияния перенапряжения на качество электрической энергии в электрических сетях/ В.И. Клеутин [и др.] // Новые технологии на транспорте, в энергетике и строительстве: матер, регион, науч.-техн. конф.; Омск, 2-3 декабря 2010г. - Омск, 2010. -

C.87-90.

28 Клеутин, В.И. Электромагнитная совместимость промышленных электроприемников с питающей сетью / В.И. Клеутин [и др.] // Сб. науч. трудов, вып.9,- Омск: ОИВТ(филиал) ФБОУ ВПО «НГАВТ»,

2011. - С.66—70.

29 Клеутин, В.И. Определение параметров кондуктивных электромагнитных помех, распространяющихся по сетям общего назначения / В.И. Клеутин [и др.] // Эффективность и качество снабжения и использования электроэнергии: сб. докл. 1-го. науч.-прак. семинара с междунар. участием в рамках выставки «Энергосбережение, отопление, вентиляция, водоснабжение в промышленности и. ЖКХ», Екатеринбург, 11-13 мая 2011 г -Екатеринбург: ЗАО «Уральские выставки»,

2012. - С95 -99.

30 Клеутин, В.И Статистическая оценка показателей качества электроэнергии средствами программы ЬаЬУю\¥ / Клеутин В.И. [и др.] // Эффективное и качественное снабжение и использования энергии: сб. докл. 2-й междунар. научно-практ. конференции в рамках выставки «Энергосбережение, отопление, вентиляция, водоснабжение, в про-

мышленности и ЖКХ; Екатеринбург, 15-17 мая 2012 г. - Екатеринбург: ЗАО «Уральские выставки», 2012. - С. 121-125.

31 Клеутин, В.И. Анализ факторов, влияющих на статическую устойчивость электроэнергетической системы / В.И. Клеутин [и др.] // Сб. науч. трудов, вып. 10. - Омск: ОИВТ(филиал) ФБОУ ВПО «НГАВТ», 2012.- С.66-70.

32 Клеутин, В.И. Ретроспективный анализ развития теории устойчивости электроэнергетических систем / В.И. Клеутин [и др.] // Сб. науч. трудов, вып. 10 - Омск: ОИВТ(филиал) ФБОУ ВПО «НГАВТ», 2012-С.76-82.

33 Клеутин, В.И. Влияние провала напряжения на нормальное функционирования электроэнергетической системы / В.И. Клеутин [и др.] // Сб. науч. трудов, вып. 10 - Омск: ОИВТ(филиал) ФБОУ ВПО «НГАВТ», 2012,- С.82-89.

Кроме того результаты исследований опубликованы еще в 9 статьях.

Личный вклад в статьях, опубликованных в соавторстве, составляет не менее 50%.

Подписано в печать 11.10.2012 г. с оригинал-макета

Бумага офсетная № 1, формат 60 х 84 1/16, печать трафаретная - Riso.

Уел печ. л. 1,28 Тираж 130 экз. Заказ № 100. Бесплатно

ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» (ФБОУ ВПО «НГАВТ»), 630099, Новосибирск, ул. Щетинкина, 33. Отпечатано в типографии ФБОУ ВПО «НГАВТ»

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 СОДЕРЖАНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ

СУДОВЫХ УЗЛОВ НАГРУЗКИ ПО НАПРЯЖЕНИЮ 0,4 кВ ПРИ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ ОТ БЕРЕГОВЫХ СЕТЕЙ (6-10) кВ.

1.1 .Технико-экономический аспект электроснабжения судна от береговой сети.

1.2 Кондуктивные электромагнитные помехи как причина проблемы электромагнитной совместимости, снижающая устойчивость узлов нагрузки по напряжению.

1.3 Уровни электромагнитной совместимости для кондуктивных электромагнитных помех в электропередаче «берег-судно».

1.4 Системный подход к определению направления исследования и методов подавления кондуктивных электромагнитных помех в электропередаче «берег-судно».

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ОСНОВА ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Параметр электромагнитной совместимости как показатель качества функционирования технических средств.

2.2 Электромагнитная обстановка в электрической сети при нестандартных значениях показателей качества электроэнергии

2.3 Параметры распределения и вероятность появления кондуктивной электромагнитной помехи, распространяющейся по сетям.

2.4 Теоретическое обоснование возможности повышения качества функционирования электропередачи «берег-судно».

2.5 Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УРОВНЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ДЛЯ КОНДУКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ В БЕРЕГОВОЙ СЕТИ 10 кВ И В ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧЕ 0,4 кВ «БЕРЕГ-СУДНО».

3.1 Береговая электрическая сеть 10 кВ с изолированной нейтралью как рецептор.

3.1.1 Планирование экспериментального исследования.

3.1.2.Кондуктивная электромагнитная помеха по установившемуся отклонению напряжения в береговой сети 10 кВ.

3.1.3 Подготовка электрической сети 10 кВ к исследованию электромагнитной обстановки в электропередаче 0,4 кВ «берег-судно».

3.2 Методика определения параметров распределения кондуктивной электромагнитной помехи по отклонению напряжения в судовой сети 0,4 кВ при электроснабжении плавкрана типа КПЛ 5-30 с берега.

3.3 Экспериментальные исследования кондуктивных электромагнитных помех по отклонению напряжения в электропередаче «берег-судно» при электроснабжении плавкрана серии КПЛ-5-30 от береговой сети.

3.3.1 Определение совокупности независимых испытаний.

3.3.2 Определение кондуктивной электромагнитной помехи по отклонению напряжения.

3.4 Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4 ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СУДОВЫХ УЗЛОВ

НАГРУЗКИ ПО НАПРЯЖЕНИЮ ПРИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ ОТ БЕРЕГОВЫХ СЕТЕЙ.

4.1 Статические характеристики нагрузки плавкрана типа КПЛ 530 по напряжению.

4.2 Устойчивость узла нагрузки по напряжению плавкрана при электроснабжении от береговой электрической сети.

4.3 Расчетное определение влияния потребляемой реактивной мощности в судовой электрической сети на напряжение в электропередаче 0,4 кВ «берег-судно».

4.4 Методика повышения устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению при электроснабжении от береговых сетей.

4.5 Выводы по главе 4.

Освоение регионов Сибири и Дальнего Востока обусловливает интенсивное развитие единой транспортной инфраструктуры (автомобильного, водного и железнодорожного транспорта). Водному (речному) транспорту отводится значительная доля грузоперевозок. Это увеличивает нагрузку на технический флот (плавкраны, земснаряды, землесосы и т.д.), который обеспечивает водный путь.

Электроснабжение береговых объектов (портов, нефтебаз, судоремонтных заводов, транспортных терминалов по переработке грузов совместно с железнодорожным транспортом) осуществляется в основном от региональных электроэнергетических систем (ЭЭС). В береговых сетях (6-10) кВ объектов водного транспорта, характерезуещихся небольшими мощностями трехфазного короткого замыкания, обостряется проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) из-за качественных изменений нагрузок в электрических сетях общего назначения. Так, в сетях Западной Сибири произошло:

- долевое снижение электропотребления в машиностроительной и тяжёлой промышленностях;

- увеличение доли нелинейных нагрузок тяговых подстанций железнодорожного транспорта и нефтегазодобывающих месторождений.

По экономическим причинам суда технического флота, где это возможно, получают электроэнергию от береговых сетей. При этом качество функционирования электропередачи «берег-судно» 0,4 кВ из-за неудовлетворительной устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению не удовлетворяет требованиям эксплуатации, а качество электроэнергии требованиям ГОСТ 13109-97 и «Правилам классификации и постройки судов внутреннего плавания Российского Речного Регистра» (ПСВП РРР). Значительный физический износ судов технического флота обостряет проблему повышения устойчивости их электрической нагрузки по напряжению.

Исследования Горелова В.П., Лизалика H.H., Овсянникова А.Г., Вор-шевского A.A., Ивановой Е.В. и других отечественных и зарубежных ученых охватывают различные аспекты обеспечения ЭМС технических средств. Однако, проблема ЭМС многогранна и одна из научно-технических задач - повышение устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению при электроснабжении от береговых сетей не решена. Отсутствует соответствующий стандарт или методика. В связи с изложенным тема диссертации является актуальной.

Объектом исследования являются системы электроснабжения (СЭС) судов технического флота при питании от береговых электроэнергетических систем (ЭЭС), включающие сети напряжением (6-10) кВ береговых объектов, электропередачи «берег-судно» 0,4 кВ и судовые электрические сети 0,4 кВ. В качестве базового полигона исследования выбрана СЭС плавкрана типа КПП 5-30 №667 ООО «Селена» Омского прииртышья при питании от береговой сети 10 кВ.

Предметом исследования являются процессы влияющие на устойчивость электрической нагрузки по напряжению судовой сети 0,4 кВ при электроснабжении судна от береговой сети 10 кВ и нарушающие ЭМС технических средств.

Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и планом работы академии. Работа выполнялась в соответствии: с научными направлениями технического комитета № 77 «Электромагнитная совместимость электрооборудования, присоединённого к общей электрической сети» Международной электротехнической комиссии (МЭК); с научной целевой комплексной темой «Разработка мероприятий по повышению надёжности работы оборудования в условиях пониженных температур» (гос. регистр. № 0188.0004.137) и планом НИОКР «Электромагнитная совместимость технических средств» (гос. регистр. №01201180542), ФБОУ ВПО «НГАВТ».

Идея работы заключается в установлении углублённых связей между кондуктивными ЭМП, действующих в береговой электрической сети 10 кВ и в судовой сети 0,4 кВ при электроснабжении судна с берега, воздействия на которые можно повысить устойчивость электрической нагрузки по напряжению и обеспечить ЭМС технических средств электропередачи «берег-судно» как рецепторов.

Целью работы является разработка научных положений и рекомендаций, позволяющих повысить устойчивость судовых узлов нагрузки по напряжению при электроснабжении от береговых сетей. Для достижения этой цели в работе ставились и решались следующие взаимосвязанные научно-технические задачи:

- обоснования требований к измерительной технике и методологического подхода к измерению параметров электромагнитной обстановки (ЭМО); разработка электрической схемы эксперимента;

- определение условий обеспечения устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению с помощью помехоподавляющих технических средств;

- разработка методики определения параметров распределения кондук-тивной электромагнитной помехи по отклонению напряжения в судовой сети 0,4 кВ при электроснабжении судна от береговой сети 10 кВ;

- экспериментальные исследования электромагнитной обстановки в береговой сети 10 кВ и электропередаче «берег-судно» 0,4 кВ при электроснабжении плавкрана типа КПП 5-30 с берега;

- разработка эмпирической математической модели для прогнозирования коэффициента запаса устойчивости узла нагрузки плавкрана типа КПЛ 530 по напряжению в зависимости от вероятности изменения уровня напряжения в течение рабочего цикла погрузо-разгрузочных работ при электроснабжении от береговой сети 10 кВ;

- разработка методики повышения устойчивости электрической нагрузки по напряжению судов технического флота при электроснабжении от береговых сетей;

- эксперементальная проверка эффективности предложенной методики на базовом полигоне исследования.

Методы исследования. В процессе выполнения исследований применялись: научно-техническое обобщение литературных источников по исходным предпосылкам исследований, методы теоретических основ электротехники и теории электрических сетей, методы математической статистики и теории вероятностей (теория производящих функций, теория ошибок), метод аналитических исследований, методы системного анализа, рекомендованные Госстандартом России методы и средства измерения уровней ЭМС для кон-дуктивных ЭМП.

На защиту выносятся:

1 Обоснование условий обеспечения устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению в электропередаче «берег-судно» 0,4 кВ с помощью помехоподавляющих технических средств.

2 Методика определения параметров распределения кондуктивной электромагнитной помехи по отклонению напряжения в судовой сети 0,4 кВ при электроснабжении судна технического флота от береговой сети (6-10) кВ.

3 Результаты экспериментальных исследований кондуктивных ЭМП по отклонению напряжения в электропередаче «берег-судно» 0,4 кВ при электроснабжении плавкрана типа КПП 5-30 от береговой сети 10 кВ (закон и параметры распределения, вероятность появления).

4 Эмпирическая математическая модель для прогнозирования коэффициента запаса устойчивости узла нагрузки 0,4 кВ плавкрана типа КПЛ 5-30 по напряжению в зависимости от вероятности изменения уровня напряжения в течение рабочего цикла погрузо-разгрузочных работ при электроснабжении от береговой сети 10 кВ.

5 Методика повышения устойчивости электрической нагрузки по напряжению судов технического флота (плавкраны, земснаряды, землесосы и т.д.) при электроснабжении от береговых сетей.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций

Достоверность обеспечена: использованием сертификационного оборудования и современного измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) «Омск-М»; исследованиями погрешностей расчетов по разработанной эмпирической математической модели.

Обоснованность подтверждена корректностью применения математических методов обработки результатов измерений, принятыми уровнями допущений при математическом описании явлений, публикациями и обсуждениями результатов исследований на 8 международных и всероссийских научно-технических конференциях и семинарах, практической реализацией полученных результатов.

Научная новизна работы характеризуется следующими новыми научными положениями:

- определено условие обеспечения устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению 0,4 кВ с помощью помехоподавляющих технических средств;

- разработана методика определения параметров распределения кон-дуктивной электромагнитной помехи по отклонению напряжения в судовой сети 0,4 кВ при электроснабжении судна технического флота от береговой сети ЮкВ;

- получены результаты экспериментальных исследований кондуктив-ных ЭМП по отклонению напряжения в электропередаче «берег-судно» 0,4 кВ при электроснабжении плавкрана типа КПЛ 5-30 от береговой сети 10 кВ (закон и параметры распределения, вероятность появления);

- представлена эмпирическая математическая модель для прогнозирования коэффициента запаса устойчивости узла нагрузки 0,4 кВ плавкрана типа КПЛ 5-30 по напряжению в зависимости от вероятности изменения уровня напряжения в течение рабочего цикла погрузо-разгрузочных работ при электроснабжении от береговой сети 10 кВ;

- разработана методика повышения устойчивости электрической нагрузки по напряжению судов технического флота (плавкраны, земснаряды, землесосы и т.д.) при электроснабжении от береговых сетей.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии теоретических основ устойчивости электрических нагрузок по напряжению судов технического флота при электроснабжении от береговых сетей. Раскрыто существенное влияние на устойчивость узлов нагрузки по напряжению кон-дуктивных ЭМП по отклонениям напряжения, распространяющимся по проводам в электропередаче «берег-судно». Предложена методика определения параметров и вероятностей появления этих помех.

Практическая значимость результатов работы заключается в том, что внедрение на отраслевом уровне научных положений и рекомендаций диссертации в проектную и эксплуатационную практику обеспечивает повышение устойчивости электрической нагрузки по напряжению судов технического флота при электроснабжении от береговых сетей. Совокупность полученных результатов представляется как решение важной научно-технической задачи, имеющей большое хозяйственное значение для водного транспорта. Разработана методика повышения устойчивости электрической нагрузки по напряжению судов технического флота при электроснабжении от береговых сетей.

Реализация работы. Рекомендации по повышению устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению при электроснабжении от береговых сетей внедрены в: ОАО «Иртышское пароходство» (г. Омск) с ожидаемым годовым экономическим эффектом 127 тыс. руб. при сроке окупаемости капитальных вложений около 3 лет; ФБУ «Обь - Иртышводпуть». (г. Омск) с годовым экономическим эффектом 152 тыс. рублей при сроке окупаемости капитальных вложений менее 3 лет.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на международной научно-практической конференции «Индустриально-инновационное развитие на современном этапе: состояние и перспективы» (г. Павлодар, Казахстан, 2009 г.); на международной научно-практической конференции «Энергоэффективность» (г. Омск, Россия, 2010 г.); на всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования» (г. Томск, 2010 г.); на 9-й международной научно-практической конференции «Проблемы и достижения в промышленной энергетике» в рамках выставки «Энергетика и электротехника - 2010» (г. Екатеринбург, Россия, 2010 г.); на 2-й международной научно-практической конференции «Эффективность и качество снабжения и использования электроэнергии» в рамках выставки «Энергосбережение, отопление, вентиляция, водоснабжение в промышленности и ЖКХ» (г. Екатеринбург, Россия, 2012); на региональной научно-практической конференции «Новые технологии на транспорте, в энергетике и строительстве» (г. Омск, Россия, 2010 г.); на 63-й научно-технической конференции ГОУ ВПО «СибАДИ» (г. Омск, Россия 2009 г.); на научно-практическом семинаре с международным участием «Эффективность и качество снабжения и использования электроэнергии» в рамках выставки «Энергосбережение, отопление, вентиляция, водоснабжение в промышленности и ЖКХ» (г. Екатеринбург, Россия, 2011).

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 33 научных трудах, в том числе, в 14 статьях в периодических изданиях по перечню ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 156 наименований и двух приложений. Изложена на 136 страницах машинописного текста, который поясняется 36 рисунками и 8 таблицами.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1 Доказана возможность повышения устойчивости судовых узлов нагрузки по напряжению при электроснабжении от береговых сетей путём подавления кондуктивных электромагнитных помех в едином параметрическом пространстве с помехоподавляющими техническими средствами.

2 Разработана методика определения параметров распределения кондуктивных электромагнитных помех в электропередаче «берег-судно» 0,4 кВ при работе судов технического флота (плавкраны, земснаряды, землесосы и т.д.).

3 Экспериментально установлено, что кондуктивная электромагнитная помеха по отклонению напряжения в электропередаче 0,4 кВ «берег-судно» в течение рабочего цикла погрузо-разгрузочных работ плавкрана типа КПЛ 530 характеризуется математическим ожиданием (-4,2%) и средним квадрати-ческим отклонением (8,03%). Вероятность появления этой помехи составляет 0,2, которая превышает допустимую ГОСТ 13109-97 вероятность (0,05) в 4 раза.

4 Кондуктивная электромагнитная помеха по отклонению напряжения в электропередаче «берег-судно» 0,4 кВ, снижающая коэффициент запаса устойчивости электрической нагрузки плавкрана типа КПЛ 5-30 по напряжению, обнаружена при нормируемых уровнях электромагнитной совместимости для кондуктивных электромагнитных помех в береговой сети 10 кВ. Если же в сети 10 кВ произойдет отклонение напряжения даже в пределах требований ГОСТ 13109-97, то может произойти «опрокидывание» асинхронных двигателей плавкрана и расстройство технологического процесса погрузо-разгрузочных работ с серьёзными техническими, экономическими и экологическими последствиями.

5 Разработана эмпирическая математическая модель для прогнозирования коэффициента запаса устойчивости узла нагрузки плавкрана типа КПЛ

5-30 по напряжению в зависимости от вероятности изменения уровня напряжения в течение рабочего цикла погрузо-разгрузочных работ при электроснабжении от береговой сети 10 кВ. Определена область её применения. Относительная ошибка расчетов с вероятностью 0,95 не превышает ±14%. 6 Разработана методика повышения устойчивости электрической нагрузки по напряжению судов технического флота при электроснабжении от береговых сетей.

1. Баранов, А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы: учебник для вузов. 2-е изд., прераб. и доп. / А.П. Баранов. СПб.: Судостроение,2005. -528с.

2. Филиппова, Т.А Энергетические режимы электрических станций и электроэнергетических систем: учебник / Т.А. Филиппова. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. - 298с. - (серия «Учебники НГТУ»)

3. ГОСТ Р 50397-92. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1993. - 14 с.

4. Электротехника. Терминология: справоч. пособ. М.: Изд-во стандартов, 1989. - Вып. 3. - 343 с.

5. Энергетический баланс. Терминология. -М.: Наука, 1973. Вып. 86.32 с.

6. Правила устройства электроустановок. М.: Изд-во «ДЕАН», 2001. -928 с.

7. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей.- Екатеринбург: УЮИ, 2003. 304 с.

8. Воршевский, A.A. Электромагнитная совместимость судовых технических средств / A.A. Воршевский, В.Е. Гальперин. СПб: Изд-во СПбГМТУ, 2006.-317с.

9. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. М.: СПО ОРГРЭС, 2003 (введены в действия с 30 июня 2003 г.). - 172 с.

10. Российский Речной Регистр. Правила Т. 4. Электрическое оборудование, средства радиосвязи, навигационное оборудование» - М., Российский Речной Регистр, 2009. - 454 с.

11. Правила классификации и постройки морских судов. Российский Морской Регистр судоходства, СПб., 2005.

12. Правила технического наблюдения за постройкой морских судов и изготовлением материалов и изделий для судов. Части 3 и 4. Российский Морской Регистр судоходства, СПб., 2004.