автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Применение установок продольной емкостной компенсации в распределительных сетях промышленных предприятий с резкопеременной нагрузкой

Бведение.

Глава первая. Особенности работы систем электроснабжения с УПК на промышленных предприятиях и возможности улучшения их характеристик. Ю

1.1. Пути повышения качества напряжения в распределительных сетях с резкопеременной нагрузкой и особенности применения для этих целей установок продольной компенсации. {О

1.2. Области применения установок продольной емкостной компенсации.

1.3. Анализ режимов работы системы электроснабжения промышленных предприятий с УПК в цепи питания.

1.4. Методика выбора параметров УПК на промышленных предприятиях.

1.5. Обоснование программы исследований в системах электроснабжения с УПК в переходных режимах.

Выводы.

Глава вторая. Исследование колебаний напряжения в системах электроснабжения с продольной емкостной компенсацией.

2.1. Постановка задачи. $о

2.2. Алгоритм и программа на ЭВМ для расчетов процессов в системах электроснабжения с резкопеременной нагрузкой и УПК в цепях питания.

2.3. Исследование режимов работы систем электроснабжения с УПК в цепи питания резкопеременной нагрузки.

2.4. Влияние двигательной нагрузки на режимы напряжения в системе электроснабжения с УПК.

2.5. Экспериментальные исследования на физической модели процессов в системах электроснабжения с резкопере-менной нагрузкой. Ш

Выводы.

Глава третья. Исследование переходных процессов в системах электроснабжения с УПК и двигательной нагрузкой.№

3.1. Постановка задачи.

3.2. Особенности статических моментно-скоростных характеристик электродвигателей при наличии емкости в ста-торных цепях.

3.3. Физическое моделирование процессов в системах электроснабжения с УПК. Ш

3.4. Допустимость асинхронных режимов по условиям работоспособности кондесаторной батареи.

Выводы.

Глава четвертая. Схемы защиты установок продольной емкостной компенсации.Ш

4.1. Существующие способы защиты конденсаторной батареи

4.2. Новые схемы защиты установок продольной емкостной компенсации.

4.3. Исследование аварийных переходных процессов в схемах защиты УПК с помощью управляемых вентилей.

4.4. Технико-экономическое сравнение различных средств стабилизации напряжения.

Выводы.

Вопросы повышения качества продукции являются главенствующими в десятой и одиннадцатой пятилетках, решение их в значительной мере определяет дальнейший прогресс нашей страны. Одной из наиболее важных и актуальных проблем ' ведущей отрасли народного хозяйства - энергетики - является повышение качества электрической энергии в энергетических системах и сетях промышленных предприятий. Этой проблеме в нашей стране в последние 10.15 лет уделяется пристальное внимание. Актуальность данной проблемы для народного хозяйства подчеркивается введением первого в мировой электротехнической практике официального документа, нормирующего ком-т плекс показателей качества электроэнергии, ГОСТа 13109-67. С момента принятия ГОСТа на качество электроэнергии прошло уже более 15 лет и в настоящее время он дополнен и конкретизирован новыми последнее время проведены исследования в части определения ущербов, которое несет народное хозяйство от недостаточного качества напряжения. Введены в действие директивные документы: "Указания по компенсации реактивной мощности в распределительных сетях" 1974г, "Шкала скидок и надбавок за компенсацию реактивной мощности" 1975 г, "Методика определения оптимального значения реактивной мощности, передаваемой в сеть потребителя" (Госэнергонадзор, ВНИИЭ), "Указания по выбору средств регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности при проектировании сельскохозяйственного назначения" (Сельэнергопроект).

Для повышения отдельных показателей качества питающего напряжения применяются различные методы системного и технологического характера, а также используются специальные технические средства. положениями в свете возросших современных требований

Улучшение качества напряжения системными методами (подключение различных групп потребителей к отдельным шинам, использование понизительных подстанций с глубоким вводом и др.) наиболее рационально, но, как правило, недостаточно и не всегда возможно на практике. Технологические способы, заключающиеся во взаимной увязке графиков нагрузки потребителей, затруднительны и обычно экономически не оправданы. Поэтому в энергосистемах нашли применение специальные средства повышения качества напряжения: компенсирующие и филь-тро-симметрирующие устройства, сдвоенные реакторы и др.

Одним из средств повышения качества напряжения является продольная емкостная компенсация индуктивного сопротивления цепи питания, впервые предложенная в 1932 г. Р. Рюденбергом [//2 J. Дальнейшее развитие вопросов теоретического плана и практического применения установок продольной компенсации (УПК) получили в трудах Н.Д. Анисимовой, Г.Я. Вагина, Г.М. Шилова, И.Э. Ибрагимова, М.Л. Левинштейна, P.P. Мамошина, Е.А.Марченко, В.Г. Пекилиса, Г.Х. По-буля, H.H. Щедрина и других авторов. Установки продольной компенсации улучшают ряд показателей качества напряжения: уменьшают колебания модуля и фазы вектора питающего напряжения, снижают коэффициент несимметрии и повышают уровень напряжения. УПК обладают рядом существенных достоинств по сравнению с другими средствами стабилизации напряжения: установленная мощность УПК значительно меньше мощности прочих компенсирующих устройств, весьма незначительны удельные потери активной мощности, установкам присущи такие свойства, как параметрический способ регулирования напряжения и простота в эксплуатации.

При всех своих достоинствах УПК до сих пор не нашли достаточно широкого применения в энергосистемах и сетях промышленных предприятий из-за трудностей защиты конденсаторных батарей установок от токов коротких замыканий, необходимости устранения в ряде режимов самовозбуждения электродвигателей, появления в переходных режимах субгармонических колебаний токов и напряжений и т.д. Данная работа посвящена исследованиям некоторых из этих проблем, разработке мероприятий и рекомендаций по их устранению.

В первой главе приведена сравнительная оценка возможных мероприятий и способов повышения качества напряжения в сетях с рез-копеременной нагрузкой, рассмотрены особенности применения для этих целей установок продольной компенсации, обобщен опыт применения УПК в системах электроснабжения с различными нагрузками, показана целесообразность дальнейшего усовершенствования установок продольной компенсации и расширения областей ее применения.

Во второй главе исследуются вопросы качества напряжения в системах электроснабжения с УПК и потребителями с резкопеременным графиком нагрузки. Получены количественные оценки влияния УПК на различные показатели качества напряжения в системах электроснабжения с типовыми параметрами системы и нагрузки, определены уровни дополнительных потерь в двигательной нагрузке от некачественного напряжения и влияние вращающихся машин на режимы напряжения при типовых возмущениях и различных степенях продольной компенсации.

В третьей главе рассмотрены асинхронные режимы работы двигательной нагрузки и вопросы устойчивости при наличии продольной компенсации в цепи питания. Здесь также уточнены требования к конденсаторам продольной компенсации. При исследовании кроме расчетных методов большое внимание уделено физическому моделированию.

Заключительная четвертая глава посвящена схемным решениям по защите конденсаторной батареи УПК от перенапряжений. Рассмотрены известные способы и схемы защиты, предложен ряд новых схем, обладающих многофункциональными свойствами, проведены исследования этих схем расчетным и экспериментальным путем, показана их перспективность. Проведено технико-экономическое сопоставление различных средств повышения качества напряжения на основе эквивалентного технического эффекта, показана значительная экономическая эффективность установок продольной емкостной компенсации по сравнению с другими известными средствами стабилизации напряжения.

Основные научные и практические результаты работы:

-уточнена методика выбора параметров установки продольной компенсации с учетом изменения сопротивления силовых трансформаторов;

- показана перспективность построения системы электроснабжения с включением УПК в целях стабилизации и симметрирования напряжения на стороне НН понижающего трансформатора;

- разработаны алгоритм и программа для расчетов на ЭВМ режимов работы систем электроснабжения с установками продольной компенсации в цепи питания с резкопеременной, двигательной и статической нагрузкой;

- проведенные расчеты для наиболее тяжелых по форме графиков нагрузок резкопеременного характера показали эффективность применения УПК для снижения размахов колебаний вектора напряжения;

- определены расчетные значения максимальных напряжений на конденсаторной батарее УПК в цепях с резкопеременной и двигательной нагрузках, уточнены требования выбора конденсаторов для продольной компенсации;

- получены значения добавочных потерь в двигательной нагрузке от некачественного напряжения при типовых возмущениях в зависимости от степени продольной компенсации, составляющие при реальных возмущениях около I % от номинальных потерь;

- определены условия работы синхронных и асинхронных машин при параллельной работе с резкопеременной нагрузкой типа вентильного привода прокатных станов и дуговых сталеплавильных печей при различных степенях продольной компенсации;

- расчетными и экспериментальными методами исследованы режимы пуска и самозапуска двигательной нагрузки в системах электроснабжения с УПК в цепях питания, показана возможность успешного завершения этих режимов в указанных системах электроснабжения;

- разработан и исследован ряд схем УПК многофункционального назначения, обеспечивающих надежную защиту конденсаторной батареи, ликвидацию аварийных режимов в системе электроснабжения, глубокое ограничение и отключение токов короткого замыкания;

- проведен сравнительный технико-экономический анализ различных средств повышения качества напряжения, показана существенная эффективность установок продольной компенсации.

Внедрение результатов работы. Работа посвящена решению актуальной задачи повышения качества напряжения в распределительных сетях промышленных предприятий с резкопеременной нагрузкой. Разработанные методики, алгоритмы и программы доведены до практического использования в Ленинградском проектно-экспериментальном отделении ВНИИПроектэлектромонтаж и Ленинградском государственном научно-исследовательском и проектном институте основной химической промышленности (Лен НИИ гипрохим).

На защиту выносятся следующие положения:

I. Методика расчета параметров УПК, включенных в цепь понижающих трансформаторов со стороны обмотки НН.

Z. Методика определения изменений режимов работы трансформаторов, обусловленных вводом УПК.

3. Исследование частотных характеристик систем электроснабжения с установками продольной компенсации в цепи питания.

4. Методика проведения расчетов колебаний напряжений и токов и их фаз в системах электроснабжения с резкопеременной нагрузкой при различной степени компенсации реактивного сопротивления цепи питания с помощью УПК.

5. Допустимость 100% продольно-емкостной компенсации сопротивления цепи питания для резкопеременной нагрузки регулируемого вентильного привода при эффекте снижения колебаний модуля и фазы напряжения соответственно в 19 и 9 раз; для резкопеременной нагрузки дуговых сталеплавильных печей допустимость 70% компенсации сопротивления цепи питания при эффекте снижения колебаний напряжения не менее, чем в 5 раз.

6. Обоснование устранения самовозбуждения двигательной нагрузки в режимах пуска и самозапуска при 100% компенсации сопротивления цепи питания за счет кратковременного шунтирования конденсаторной батареи УПК.

7. Новые схемы защиты УПК многофункционального назначения, обеспечивающие надежную защиту конденсаторной батареи от перенапряжений при коротких замыканиях.

8. Способ расшунтирования конденсаторной батареи УПК, позволяющий снизить перенапряжения при расшунтировании и подавить колебательные явления.

I. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С УПК НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ И ВОЗМОЖНОСТИ УЛУЧШЕНИЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК

I.I. Пути повышения качества напряжения в распределительных сетях с резкопеременной нагрузкой и особенности применения для этих целей установок продольной компенсации.

Система электроснабжения промышленных предприятий с нагрузками различного характера может быть представлена расчетной схемой, изображенной на рис. I.I а. Мощность трансформаторов главных понизительных подстанций ограничивается отключающей способностью коммутационной аппаратуры и составляет 20 * 80 МВА. Индуктивное сопротивление трансформаторов (Хт) находится в пределах 0,10 * 0,15 относительных единиц ( Ss = ¿>тц0н) при номинальном напряжении 610 кВ и 0,05 * 0,08 при 0,4 кВ; активное сопротивление их весьма незначительно и составляет 0,01 * 0,015 o.e.

На предприятие питание, как правило, поступает от мощных энергосистем по воздушной линии напряжением 110 - 330 кВ. Индуктивное сопротивление линии (Хл), приведенное к базисной мощности трансформатора, зависящее в основном от ее длины, может составлять 0,01 * 0,1 o.e. В отличии от трансформаторов, у ВЛ существенную величину имеет активное сопротивление (Rj, ), определяемое сечением провода и достигающее значения 0,2 * 1,0 от Хл.

Около 7096 потребления электроэнергии на промышленных предприятиях приходится на электроприемники с номинальным напряжением 0,4 кВ (электродвигатели, освещение и т.д.) и примерно 3096 - на потребители с напряжением свыше 1000 В (компрессорное хозяйство, водоснабжение и очистные сооружения и т.д.) [ii ] . В ряде случаев, например на металлургических комбинатах, электроприемники с U„0m выше 1000 В составляют основную часть потребителей. Всю нагрузку, и

ШБМ

V* т

Хл

VI семь ВН я 5т ■ л/

ПК,

ПК,

ПК,

УПК

6-10 кВ

Тг © о)

X/, к

Аг+Я/.

•Хт+Х|

X, X

ЯК

Рис. 1.1. а) Схема электроснабжения промышленных предприятий ; б) эквивалентная схема включения УПК присоединенную к шинам 0,4 - 10 кВ, можно разделить на двигательную (АД и СД), статическую (осветительные и нагревательные приборы, средства радиоэлектроники и автоматики и т.д.) и "ударную" (потребители с резкопеременным графиком нагрузки, например, машины контактной сварки, крупные крановые и прессовые установки, регулируемый вентильный привод и дуговые печи).В зависимости от профиля предприятия доля каждого вида нагрузки может широко варьироваться.

В то время как статическая и двигательная нагрузка, обычно, не вызывает затруднений в системе электроснабжения (СЭ) по поддержанию должного качества напряжения на зажимах потребителей, приемники электроэнергии с резкопеременным графиком нагрузки в большинстве случаев требуют специальных мероприятий по повышению качества напряжения.

Качество электрической энергии на зажимах потребителей регламентируется ГОСТом 13109-67 [&?]. В сетях трехфазного тока оно определяется следующими показателями: отклонения и колебания частоты, отклонения и колебания напряжения, несинусоидальность формы кривой напряжения, смещение нейтрали и несимметрия напряжения основной частоты.

Колебания напряжения оцениваются а) размахом изменения напряжения - разностью между следующими друг за другом экстремумами огибающей действующих значений напряжения

Г V= —(00 7 > (1Д) ном б) частотой изменения напряжения р = (1/с, 1/мин, 1/ч) где т - количество изменений напряжения со скоростью более I % в секунду за время Т. в) интервалом между следующими друг за другом изменениями напряжения.

Допустимые значения размахов изменений напряжения на зажимах ламп накаливания определяются по кривой рис. 1.2 в зависимости от частоты их повторения или интервала между следующими друг за другом изменениями напряжения.

В системах электроснабжения колебания напряжения возникают в связи с изменением потерь напряжения в элементах цепи питания (ЛЭП, трансформаторы) при колебаниях тока нагрузки. Как отмечалось выше, в цепи питания преобладают индуктивные сопротивления, поэтому колебания реактивной мощности обуславливают, в основном, колебания модуля вектора напряжения, а колебания активной мощности - фазы вектора напряжения.

Для поддержания качества напряжения на зажимах потребителей применяются различные средства. Одним из таких широко используемых средств является изменение коэффициента трансформации трансформаторов путем применения дополнительных регулировочных ответвлений, допускающих изменение коэффициента трансформации в пределах 1 Ю * 20 % [2 Такой метод регулирования возможен при установке трансформаторов с устройством регулирования под нагрузи кой (РПН), что удорожает их стоимость на 70 * 80 % [///] . Отметим также, что существующие РПН с механическим переключением позволяют отстраиваться только от отклонений напряжения, но никак не от колебаний напряжения.

Другим способом регулирования напряжения служит изменение величины передаваемой реактивной мощности с помощью компенсирующих устройств (КУ), таких как конденсаторные батареи поперечной компенсации (ПК), синхронные компенсаторы (СК), статические КУ, содержащие, обычно, регулируемое индуктивное звено, включенное

8V %

5 к 3 2

4 ' ÍO г O 40 to no 4 6 10 ¿o W SO {20 % 6 ío 10 <,0 go НО

-i—1 1 1

1 1 1 1 1

Ч-+4c,25 ¥ cos W ejes oji bos tyoi ecos ¡n' ' dos ctoi Изменения i Час t, Изменения & мин \ Изменении $ сен т

At

Рис. 1.2. Допустимые размахи изменений напряжения в зависимости от частоты или интервала между изменениями напряжения параллельно с ПК и т.д. Изменяя вырабатываемую реактивную мощность, КУ оптимизируют суммарный график реактивной мощности с целью уменьшения колебаний напряжения. К недостаткам КУ следует отнести их значительную мощность, соизмеримую с мощностью "ударной" нагрузки, большие удельные стоимости и потери.

Для понижения уровня токов к.з. в большинстве случаев трансформаторы главных понизительных подстанций промышленных предприятий выполнены с расщепленной вторичной обмоткой, довольно часто для усиления эффекта в цепь вводятся реакторы , иногда сдвоенные (рис. 1.3 а, б). Один из способов уменьшения колебаний напряжения на зажимах спокойной нагрузки заключается в раздельном подключении на отдельные шины "ударно®" и спокойной нагрузок [71~\. Неудобства такого разделения, возникающие при практическом использовании данного способа, очевидны, к тому же при этом ухудшаются нормальные режимы работы СЭ.

Снижение значения потерь напряжения в цепи питания может быть получено путем уменьшения суммарного индуктивного сопротивления, что достигается последовательным включением конденсаторов - способ продольной емкостной компенсации. Вектор падения напряжения на конденсаторной батарее находится в противофазе с вектором падения напряжения на индуктивном сопротивлении цепи питания ДЙс = ~/1н'Хк . Таким образом, УПК создают переменную добавку напряжения, зависящую от нагрузки, т.е. установки продольной компенсации,обладает параметрическим свойством регулирования напряжения. Мощность конденсаторной батареи (КБ) продольной компенсации сравнительно невелика, незначительны и удельные потери активной мощности, поэтому данный способ весьма экономичен . Возможность расширения его практического применения рассматривается в настоящей работе.

ТГа V л/ л/ =

5)

V, О г) V

3) г) Ъ

VI V ж)

Рис. 1.3. Схемы включения реакторов и установок продольной компенсации на трансформаторных подстанциях

Потребители электроэнергии с резкопеременным графиком нагрузки (регулируемый вентильный привод (ВП), дуговые сталеплавильные печи (ДСП), машины контактной сварки) имеют сравнительно низкий средневзвешенный коэффициент реактивной мощности щ ).

Для печных установок {д. ы. находится на уровне 1,3 * 0,75 = 0,65 * 0,8) [75 ], для установок глубокорегулируемого реверсивного вентильного привода Ц^Рср.ш. составляет еще большую величину 2,1 * 1,3 = 0,45 * 0,6). При набросах нагрузки коэффициент реактивной мощности у таких потребителей дополнительно существенно возрастает. В этих условиях, как известно , применение УПК может быть весьма эффективным средством.

Для защиты КБ от перенапряжений, возникающих при протекании через нее аварийных сверхтоков, в установках применяются разрядники различной конструкции, шунтирующие батарею при аварии. Кроме того, для обеспечения бесперебойного питания, УПК имеют коммутационные аппараты (выключатели, разъединители). Подробнее схемы защиты и коммутации УПК будут рассматриваться ниже.

Рассмотрим возможные варианты включения конденсаторных батарей продольной компенсации. На рис. 1.3 в. представлена схема включения УПК на стороне НН понижающего трансформатора с расщепленной вторичной обмоткой. Так как регулировочная обмотка у трансформатора расположена на стороне ВН, то для поддержания номинального уровня на шинах низкого напряжения желательно включить КБ последовательно с каждой вторичной обмоткой, в противном случае уровень напряжения на шинах £7, и ¿7/ будет различен. Строго одинаковое напряжение при любом распределении нагрузки по секциям будет лишь при условии, что емкостное сопротивление КБ (Хк) равняется сопротивлению трансформатора и реактора (Ху + Хр). При отсутствии в схеме КБ (рис. 1.3 а) и неравномерном распределении нагрузки по секциям уровень напряжения на шинах 1/г и будет также различен. В ряде случаев питания различных типов потребителей от отдельных шин может быть рассмотрена схема включения УПК только в одну из расщепленных обмоток НН трансформатора (рис. 1.3 г), при условии, что максимальная разность напряжений на отдельных шинах при полной загрузке секций не превышает 3 * 4 96. Группы потребителей, на зажимах которых целесообразно иметь повышенное напряжение (ДСП, удаленные потребители), получают питание от секции с предвключенной КБ, остальные - номинальное напряжение с другой секции.

Схемы включения КБ продольной компенсации на трансформаторных подстанциях с реакторами представлены на рис. 1.3 д и е. Сопротивление УПК в этом случае выбирается с учетом суммарного индуктивного сопротивления цепи питания, куда входит и Хр (обычно Хр находится в диапазоне 0,12 * 0,2). Из двух схем предпочтительнее схема по рис. 1.3 е, здесь в рабочих режимах реактор находится под меньшим напряжением, чем в схеме по рис. 1.3д. Отметим, что включение УПК последовательно с реактором ведет к увеличению габаритной мощности КБ, а поэтому нежелательно. Для понижения уровней токов к.з. целесообразно применять специальные схемы УПК, способные глубоко ограничивать токи короткого замыкания. Возможно также включение конденсаторной батареи на стороне ВН трансформатора (рис. 1.3 ж). Сравнение эффективности работы систем электроснабжения с включением КБ в различных точках приводится ниже.

Все схемы включения УПК могут быть сведены к эквивалентной, представленной на рис.1.1 б. Рассмотрим параметры эквивалентной схемы, приняв за базисные величины S¿ = ,5Гим ; 11б = 1/ном ; величины Хл , Хт , Ил, и 1?т уже обсутвдались выше. Примем диапазон реактивной мощности статической нагрузки {аус в пределах 3,18 * 0,0 = 0,3 * 1,0) и определим возможные колебания напряжения на зажимах потребителей при колебаниях реактивной мощности резкопеременной нагрузки &0({)= £ ({ ). Приближенно, без учета активных сопротивлений дУ= & 0н/£нз ; (I. 2) где аУхз - мощность короткого замыкания в рассматриваемой точке системы: = Л / X . При этом

5Т ~ 1/( Хт + Хл ) - 1/( 0,1 * 0,2 ) = 10 * 5

Размахи колебаний реактивной мощности нагрузки в реальных системах достигают л 0 /Дт = 0,1 * 0,4 ; тогда колебания напряжения в этих условиях будут составлять:

А V = ( 0,1 + 0,4 ) / ( 10 * 5 ) = 0,01 * 0,2

Колебания напряжения в реальных системах электроснабжения довольно часто могут превышать допустимые, что и подтверждается практикой эксплуатации.

Нагрузку с резкопеременным графиком можно представить выражениями , ч

Он И ) - Он Ср + * в (М (1 3)

Рн (£ ) = Рн ср + л Р ( О где Он ср и Рн ср ~ постоянные составляющие реактивной и активной мощности; дО(^) и дР(£) - переменные составляющие реактивной и активной мощности.

Проанализируем особенности работы УПК в схеме по рис. 1.1 б при приведенных выше параметрах системы электроснабжения. Логично принять II ср = I/ ном = I» при этом систему электроснабжения можно представить расчетной схемой, изображенной на рис. 1.4 а.

Для нее можно записать:

На рис. 1.4 б представлена векторная диаграмма напряжений при коэффициенте реактивной мощности нагрузки = 0,75 и

Хи = Хк = 0,15. С набросом активной и реактивной мощности токи нагрузки получают приращения л!= ар/и +/АО/1/ ; (1>5)

Для расчетной схемы можно записать гХк)1; С1.6)

Векторная диаграмма для случая л1а = 0,2 и л1Р= 0,4 представлена на рис. 1.4 б. Аналогичные векторные диаграммы при коэффициенте реактивной мощности нагрузки равном нулю изображены на рис. 1.4 в. Размахи изменений напряжения определим из следующих выражений ли = 100Ув(иг-и;)/иг ; (1.7)

ГДе Ц'* - фссофх^Ь

1.8)

В = + - ■ (1>9)

При вводе продольной компенсации со степенью компенсации Х^/Ха у/™- {/; [а- - ш^Ф а -¿ж^н']-, у; (1.10)

Размахи изменений напряжения по (1.7) с вводом УПК в системах с типовыми параметрами сети (Хд =0,15; И,, =0,015; X* =0,15) и принятыми величинами возмущений при уменьшаются с 6,57% до 0,31%, а при 0 с 6,68% до 0,307%.

Влияние величины активного сопротивления цепи питания на снижение размахов изменений напряжения с помощью УПК можно проследить

К) а)-расчетная схема СЭ; б)-векторная диаграмма напряжений при

Рис. 1.4. Расчетная схема системы электроснабжения с УПК и векторные диаграммы Напряжений и

Рис. 1.5. Векторные диаграммы напряжений при =0,15 , К ,. « 0,05, Хк = 0,15 а) = 0,75 ; б) =0. по рис. 1.5, где приведены векторные диаграммы напряжений при Ц$0 =0,75, а также ПРИ завышенном активном сопротивлении

Й^/Х^ =0,35) и принятых выше возмущениях. Размахи изменения напряжения без УПК составили соответственно 6,68 и 7,14%, а с УПК они снизились до 1,08 и 1,02%. В распределительных сетях доля активного сопротивления в цепи питания весьма незначительна (1^=0,01 .0,05 при Н^/Хд^ОД), поэтому влияние активного сопротивления на эффективность снижения размахов изменения напряжения с помощью УПК имеет второстепенное значение.

В литературе [ 8Ч] рассматривалось применение продольной компенсации для повышения уровня напряжения и отмечалось, что УПК эффективны лишь при нагрузках с большой долей реактивной составляющей. В нашем применении , когда продольная компенсация призвана снизить колебания напряжения, а задача поддержания уровня напряжения уже решается трансформаторами с устройством РПН, установки продольной компенсации оказываются эффективными как при незначительной составляющей реактивной мощности нагрузки, так и при сравнительно большом активном сопротивлении цепи питания.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на шести научно-технических конференциях, две из которых всесоюзные, и нашли свое отражение в пяти работах, опубликованных в центральных журналах. На разработанные устройства получено четыре авторских свидетельства и одно положительное решение на выдачу авторского свидетельства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

К основным научным и практическим результатам, полученным в диссертационной работе, следует отнести:

1. Проведен анализ режимов работы СЭ с резкопеременной нагрузкой и УПК в цепи питания, позволивший предложить инженерную методику выбора параметров установок продольной емкостной компенсации с учетом изменений сопротивления силовых трансформаторов, обусловленных вводом УПК.

2. Разработана методика исследований режимов СЭ с установками продольной емкостной компенсации в цепи питания с резкопеременной, вращающейся и статической нагрузками. Проведено физическое моделирование реальных СЭ, подтвердившее правильность математического моделирования рассматриваемых СЭ.

3. Определены значения добавочных потерь в двигательной нагрузке от некачественного напряжения в зависимости от степени продольной компенсации, составляющие при типовых возмущениях около I % от номинальных потерь.

4. Разработана методика исследований на ЭВМ моментно-ско-ростных характеристик двигателей с продольной компенсацией в ста-торных цепях. Расчетными и экспериментальными методами исследованы режимы пуска и самозапуска двигательной нагрузки в СЭ с УПК, предложены мероприятия по повышению устойчивости таких систем, показана устойчивость рассматриваемых СЭ с типовыми параметрами.

5. Определены величины максимальных напряжений в рабочих режимах на конденсаторной батарее УПК, установленной в СЭ с резкопеременной и двигательной нагрузками. Уточнен выбор конденсаторов продольной компенсации.

6. Предложены схемы установок продольной компенсации многофункционального назначения, обеспечивающие надежную защиту конденсаторной батареи, ликвидацию аварийных режимов в СЭ, глубокое ограничение и отключение токов короткого замыкания. Разработана методика исследований их на ЭВМ и физической модели, проведенные исследования показали их высокую эффективность и работоспособность.

7. Разработана методика сравнения различных типов компенсирующих и стабилизирующих устройств повышения качества напряжения. Проведенное технико-экономическое сопоставление различных средств стабилизации напряжения с учетом одинакового технического эффекта показало преимущества установок продольной емкостной компенсации при всех возможных сочетаниях параметров СЭ и нагрузок.

1. Аб А.Ф. Исследование методов регулирования напряжения в электрической системе, питающей ударную нагрузку. Дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. -J1., 1970, 367 с.

2. Адамия Г.Г., Ермутский В.В., Штейнберг А.Ю. Устройство для регулирования величины эквивалентной емкости статического конденсатора. A.c. №216824 (СССР). Опубл. в Б.И., 1968, № 15.

3. Атабеков Г.И. Теория линейных электрических цепей. М., "Советское радио", I960.

4. Бауман В.Г., Иванов О.В., Квятковский В.И. и др. Продольная %емкостная компенсация потерь напряжения в шахтной сети. "Известия высших учебных заведений. Горный институт", 1966, Р 9, стр. 141 147.

5. Беккер Р.Г., Набоков Э.П., Школяренко В.В. Уровень напряжения в шахтных участковых электрических сетях и пути его улучшения. -Промышленная энергетика, 1971, № 4, стр. 18.

6. Бессонов JI.A. Нелинейные электрические цепи., М., "Высшая школа", 1977, 343 с.

7. Бессонов JI.A. Теоретические основы электротехники. М., "Высшая школа", 1967, 775 с.

8. Буц А.Н., Салистра M.JI. Перспективы применения продольной емкостной компенсации в распределительных электрических сетях сельскохозяйственного назначения. "Электрические сети и системы". Вып. 12., Львов, "Вища школа", 1976, стр. 47 52.

9. Вагин Г.Я. Исследования энергетических показателей сварочных трансформаторов. -В кн.: Ремонт электрооборудования на промышленных предприятиях, М., "Знание", 1976, стр. 156 160.

10. Вагин Г.Я. 0 применении параллельных и последовательных кон-кденсаторов в промышленных сетях при наличии сварочных нагрузок. -Промышленная энергетика, 1978, № 7, стр. 51 52.

11. Вагин Г.Я. Режимы электросварочных машин. М., "Энергия", 1975, III с.

12. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. -Л., "Энергия", 1980, 256 с.

13. Веников В.А., Карташов И.И., Федченко В.Г. Применение статических источников реактивной мощности в электрических системах. -Энергетика и транспорт, 1980, № 3, стр. 127 132.

14. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М., "Высшая школа", 1978, 415 с.

15. Веников В.А., Карташов И.И., Федченко В.Г. и др. Современное состояние и перспективы развития статических компенсаторов реактивной мощности. -Электричество, 1981, № 8, стр. 6 II.

16. Веников В.А. и др. Самовозбуждение и самораскачивание в электрических системах. М., "Высшая школа", 1964, 198 с.

17. Веселов А.Е. Повышение устойчивости двигательной нагрузки в системах электроснабжения бесконтактных токоограничивающих и коммутирующих устройств: Автореф. дис. на соискание ученойстепени канд. техн. наук. -Л., 1980, 16 с.

18. Влияние дуговых электропечей на системы электроснабжения /Под ред. Смелянского М.Я. и Минеева Р.В. -М., "Энергия",1975, 185с.

19. Вольдек А.И. Электрические машины. -Л., "Энергия", 1974, 839с.

20. Герман Л.А., Логинов В.М. Защита установок продольной емкостной компенсации. -Промышленная энергетика, 1980, №4, стр.55-56.

21. Глебов И.А. Всемирный электротехнический конгресс 1977. -Электричество, 1977, Р II, стр. 8-12.

22. ГОСТ 17500-72. Трансформаторы силовые. Устройства переключения ответвлений обмоток. Государственный комитет стандартизации. М., 1972.

23. Голоднов Ю.М., Хоренян А.Х. Самозапуск электродвигателей. -М., "Энергия", 1974, 145 с.

24. Данцис Я.В., Жилов Г.М. Емкостная компенсация реактивных нагрузок мощных токоприемников промышленных предприятий. -Л., "Энергия", 1980, 176 с.

25. Данцис Я.В., Жилов Г.М. Искуственная компенсация реактивной мощности электропечных агрегатов. -Л., "Энергия", 1971, 80 с.

26. Данцис Я.В., Жилов Г.М. Исследование электрических режимов компенсирующих устройств рудовостановительных печей: У1 Всесоюзное научно-техническое совещание по электротермии и электротехническому оборудованию. -М., "Инфорэлектро", 1973, стр. 56 58.

27. Денисенко Н.А., Панченко Г.Г. Продольно-емкостная компенсация на подстанциях, питающих сварочные машины. -Промышленная энергетика, 1977, № 5, стр. 51 53.

28. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем./Под ред. Л.А. Жукова. -М., "Энергия", 1979, 455 с.

29. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабженияпромышленных предприятий. -М., "Энергия", 1974, 184 с.

30. Жежеленко И.В., Кашина Т.М., Харламова З.В. Частотные характеристики входных сопротивлений сетей энергосистем со стороны узлов. -Энергетика, 1979, № 5, стр. 74 77.

31. Жежеленко И.В., Липский A.M., Коляда Л.И. и др. Оценка колебаний напряжения в системах прокатных станов по уровню энергии искажения. -Промышленная энергетика, 1980, № 5, стр. 30 32.

32. Жежеленко И.В., Липский A.M., Коляда Л.И. Оценка отклонений напряжения при наличии колебаний его амплитуды. -Энергетика, 1981, № I, стр. 30 34.

33. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии на промышленных предприятиях. -М., "Энергия", 1977, 127 с.

34. Жуков В.В., Неклепаев Б.Н. Исследования на трехфазной физико-математической модели токов короткого замыкания узлов комплексной нагрузки. -Промышленная энергетика, 1978, №1, стр.35 39.

35. Жуков Л.А., Саитбаталова Р.С. Использование ступенчатого регулирования батарей конденсаторов для обеспечения устойчивости нагрузки промышленных предприятий. -Промышленная энергетика, 1978, Р 7, стр. 48-51.

36. Иванов О.В., Квятковский В.М., Коновалов Б.П. Тиристорный разрядник для защиты конденсаторов продольной компенсации и ограничения токов короткого замыкания в подземной распределительной сети 6 кВ. -Промышленная энергетика, 1980, №5, стр. 33-35.

37. Иванов О.В., Квятковский В.М., Проскуряков Е.М. и др. Установка продольной компенсации потерь напряжения в распределительной сети. -Промышленная энергетика, 1979, Р 4, стр. 53 55.

38. Игнайкин А.И. Влияние шунтирующего сопротивления на эффективность работы установок продольной компенсации. -В кн.: Тез. докл. к четвертой научно-технической конференции. Вологда, 1981, стр. 49.

39. Игнайкин А.И., Мухин А.И. Компенсирующее устройство. Положительное решение о выдаче а.с. по заявке Ш467052/07 от 09.07.82.

40. Игнайкин А.И., Мухин А.И. Оптимизация режимов работы систем электроснабжения промышленных предприятий. -В кн.: Тез. докл. П Городской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов., Вологда, 1983, стр. 14 15.

41. Игнайкин А.И., Мухин А.И. Технико-экономический анализ средств стабилизации напряжения в стадии проектирования. -В кн.: П Областная научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов (Тезисы докладов). , Вологда, 1982, стр. 21 22.

42. Игнайкин А.И. Особенности режимов работы трансформаторов с установками продольной компенсации. -Промышленная энергетика, 1981, W II, стр. 44 45.

43. Игнайкин А.И. Повышение эффективности работы установок продольной емкостной компенсации. -Промышленная энергетика, 1982, №7, стр. 57 59.

44. Игнайкин А.И., Спиридонова Л.В. Моментно-скоростные характеристики электродвигателей при наличии емкости в статорных цепях.-В кн.: Тез. докл. П Городской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов., Вологда, 1983, стр. 3-4.

45. Игнайкин А.И. Схемы защиты установок продольной емкостной компенсации. -В кн.: I Городская научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов (Тезисы докладов)., Вологда, 1981, стр. 33.

46. Игнайкин А.И. Трехфазный регулятор напряжения под нагрузкой. -Промышленная энергетика, 1979, № 2, стр. 16 17.

47. Игнайкин А.И. Частотные характеристики систем электроснабжения с установками продольной компенсации. -Известия ВУЗов СССР, Энергетика, 1983, № II, стр. 24 30.

48. Изменение № 2 ГОСТ I3I09 67. Электрическая энергия. Государственные стандарты СССР. Информационный указатель, 1979, № 5, стр. 127 - 131.

49. Константинов Б.А., Жежеленко И.В., Липский A.M. и др. Качество электроэнергии и электромагнитная совместимость электрооборудования предприятий. -Электричество, 1977, № 3, стр. 1-8.

50. Константинов Б.А., Салтыков В.М., Салтыкова О.Е. Анализ характера изменения максимальных колебаний напряжения в сетях питания параллельных дуговых сталеплавильных печей. -Энергетика, 1981, № I, стр. 94 97.

51. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М., "Наука", 1978 , 832с.

52. Коршунов В.А. Продольная емкостная компенсация в тяговой сети. -Электричество, 1965, № I, стр. 23 29.

53. Котельников О.И., Орлов B.C. Применение управляемых реакторов для регулирования напряжения в промышленных электрических сетях. -Промышленная энергетика, 1980, Р I.

54. Кучинский Н.И., Назаров Н.И., Назарова Г.Т. и др. Силовые электрические конденсаторы. М., "Энергия", 1975, 248 с.

55. Кучумов JI.А., Аб А.Ф. Исследование качества напряжения в системе электроснабжения Череповецкого металлургического завода и мер по его улучшению. Отчет о научно-исследовательской работе, кафедра "Электрические системы и сети" ЛПЙ, Л., 1967.

56. Кучумов Л.А. Вопросы компенсации реактивной мощности на подстанциях с резкопеременной нагрузкой. Тр. Ленингр. политех, ин-та, 1974, № 340, стр. 56-61.

57. Кучумов Л.А., Игнайкин А.И., Рубашов Г.М. Регулятор напряжения переменного тока. A.c. №752275 (СССР). Опубл. в Б.И., 1980,W2Q.

58. Кучумов Л.А., Игнайкин А.И., Спиридонова Л.В. Продольная компенсация в схемах электроснабжения. -Промышленная энергетика, 1979, № 6, стр. 35 37.

59. Кучумов Л.А., Игнайкин А.И. Устройство продольной емкостной компенсации. A.c. № 653677 (СССР). Опубл. в Б.И,, 1979, № II.

60. Кучумов Л.А., Рубашов Г.М., Игнайкин А.И. Установка продольной емкостной компенсации. A.c. №694936 (СССР). Опубл. в Б.И., 1979, № 40.

61. Кучумов Л.А., Либкинд М.С., Ярвик Я.Я. Регулирование напряжения в сетях при помощи синхронных компенсаторов с параметрическим регулированием. -Электричество, 1973.

62. Кучумов Л.А. Особенности применения статических компенсаторовс управляемым реактором для компенсации резкопеременных нагрузок. -В кн.: Компенсация реактивных нагрузок в электрических сетях промпредприятий. М., МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1972.

63. Левин М.С., Мурадян А.Е., Серых H.H. Качество электроэнергии в сетях сельских районов. М., "Энергия", 1975, 225 с.

64. Левинштейн М.Л. Явление параметрического резонанса при работе синхронной машины на емкостную нагрузку. -Тр. Ленингр. политехи. ин-та, 1948, № 3, стр. 13 41.

65. Либкинд М.С., Лежава Г.С. Устранение влияния быстроизменяю-щейся нагрузки на напряжение электрической сети. -Промышленная энергетика, 1967, № 8, стр. 16 21.

66. Либкинд М.С., Сорокин В.М., Белло С.Б. и др. Устройство стабилизации напряжения в распределительной электрической сети. -Электрические станции, 1981, № 4, стр. 35 38.

67. Лыков А.Г., Розенберг В.А., Рязанцев Л.А. и др. Особенности электрических параметров рудовостановительной печи с установками продольно-емкостной компенсации реактивной мощности. -Промышленная энергетика, 1978, W 7, стр. 53 54.

68. Мамошин Р.Р. Повышение качества энергии на тяговых подстанциях дорог переменного тока. М., "Транспорт", 1973, 224 с.

69. Маркелов В.В. Исследование качества напряжения в сетях, содержащих резкопеременные случайные нагрузки дуговых сталеплавильных печей. Дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. -Л., 1972, 206 с.

70. Марченко Е.А., Розовский Ю.А., Щур С.С. Продольная емкостная компенсация линий электропередач. М.-Л., "Госэнергоиздат", 1957, 48 с.

71. Могилевский Г.В., Смилянский И.И., Райнин В.Е. Бесконтактный автоматический выключатель постоянного тока. A.c. № 194963 (СССР). Опубл. в Б.И., 1967, № 9.

72. Можаев А.Н. Определение размахов колебаний реактивной мощности дуговых сталеплавильных печей. -Промышленная энергетика, 1978, W 3, стр. 34-37.

73. Нейман Л.Р., Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники. Т 2, М.-Л., "Энергия", 1966, 407 с.

74. Неклепаев Б.Н. Координация и оптимизация уровней токов короткого замыкания в электрических системах. М., "Энергия", 1978, 152с.

75. Николенко В.А., Дорошенко А.И, 0 регулировании напряжения на шинах 10 кВ действующих сельских подстанций 35/10 кВ с трансформаторами без РПН. -Электрические станции, 1981, №11, стр.61 63.

76. Нормы качества электрической энергии у ее приемников, присоединенных к электрическим сетям общего назначения. ГОСТ 1310967. Введен с 01.01.68., M., 1967, 12 с.

77. Пекелис В.Г. Исследование условий эффективного применения продольной емкостной компенсации в высоковольтных электрических сетях 6-10 кВ.: Автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. -Минск, 1968,

78. Подобедов Е.Г., Рябов В,Н. Трехфазный источник реактивной мощности. A.c. W 498689 (СССР). Опубл. в Б.И., 1975, W- I.

79. Попков E.H. Методика формирования на ЭВМ уравнений переходных процессов и исследование электрической системы с переменной структурой. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук. -Л., 1982.

80. Порудоминский В.В. Устройства переключения трансформаторов под нагрузкой. М., "Энергия", 1974, 288 с.

81. Прейскурант № 15-05: Оптовые цены на трансформаторы, подстанции трансформаторные комплектные и реакторы. Утв. 09.10.80. Ввод в действие с 01.01.82. -М.,:Прескурантиздат, 1980, 223 с.

82. Прейскурант № 15-08: Оптовые цены на конденсаторы силовые и * установки конденсаторные. Утв. 19.09.80. Ввод в действие с0101.82. -М.: Прескурантиздат, 1980, 47 с.

83. Применение аналоговых вычислительных машин в энергетических системах /И.А. Груздев, К,П. Кадомская, Л.А. Кучумов и др.; Под ред. H.H. Соколова. -М., "Энергия", 1970, 400 с.

84. Расчеты токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики в сетях 110 750 kB. Руководящие указания по релейной защите. -М., "Энергия", 1979, 152 с.

85. Ренне В.Т. Электрические конденсаторы. Л., "Энергия", 1969, 592с.

86. Рубашов Г.М., Альперович В.Р., Воробьев В.А. и др. Высоковольтный токоограничивающий тиристорный выключатель. -Промышленная энергетика, 1980, № 5, стр. 36 38.

87. Свешников A.A. Прикладные методы теории случайных функций. М., "Наука", 1968, 463 с.

88. Славин Г.А. Устройство для продольной емкостной компенсации индуктивности двухцепной линии электропередачи высокого напряжения. A.c. № 232365 (СССР). Опубл. в Б.И., 1969, № I.

89. Славин Г.А. Устройство для продольной емкостной компенсации линии электропередачи. A.c.№450285 (СССР). Опубл. в Б.И., 1974, №47.

90. Соколик Э.В., Таубес И.Р. Определение сопротивлений трансформаторов и автотрансформаторов. -Электрические станции, 1976, № 8, стр. 49-51.

91. Соколов Н.И., Каспаров Э.А., Фокин В.К. Устранение самовозбуждения синхронных машин посредством регулирования возбуждения по поперечной оси.-Труды ВНИИЭ, Вып. 46, М., "Энергия", 1974, стр. 29 60.

92. Солодухо Я.Ю., Замараев Б.С. Тиристорные электроприводы с уменьшенным влиянием на качество электроэнергии в промышленных сетях. -В кн.: Качество электроэнергии в сетях промышленных предприятий. М.,МДШ1им. Ф.Э. Дзержинского, 1977, стр. 142-145

93. Спиридонова Л.В. Исследование добавочных активных потерь в электрических сетях из-за искажений токов и напряжений. Дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. -Л., 1982, 207 с.

94. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. М., "Энергия", 1976, 544с.

95. Утегулов Н.И. Исследование и разработка реакторно-тиристорных токоограничивающих и коммутирующих устройств для распределительных электрических сетей. Дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. -Л., 1976, 233 с.

96. Хемминг Р.В. Численные методы. М., "Наука", 1972, 400 с.

97. Чеботарев Е.В., Кулиш О.Ф. Определение приведенных потерь мощности в трансформаторах с РПН. -Электромеханика, 1980, № 4, стр. 391 395.

98. Черновец А.К., Орлов B.C. Ограничение токов короткого замыкания при помощи установки с параметрическим принципом действия. -Энергетика и транспорт, 1977, № 4, стр. 52 59.гъч

99. Щуцкий В.И., Епимахов Ю.Я. Трехступенчатое регулирование напряжения в карьерных сетях продольной компенсацией. -Энергетика, 1981, № 12, стр. 33 36.

100. Щедрин H.H. Простейшее истолкование явления параметрического самораскачивания синхронной машины, соединенной с шинами постоянного напряжения и постоянной частоты. -Тр. Ленингр. политехи. ин-та, 1948, № 3, стр. 9 12.

101. Щедрин H.H. Упрощение расчетов коротких замыканий продольно компенсированных линий электропередачи. -Электричество, 1953, Р I, стр. II 15.

102. Экономика энергетики СССР. /Под ред. А.Н. Шишова. -М., "Энергия", 1979, 448 с.

103. Электрическая передача больших мощностей на дальние расстояния /Под ред. Р. Рюденберга. -М.-Л.,"Госэнергоиздат", 1934, 418 с.

104. Электрическая часть электростанций. /Под ред. C.B. Усова. -Л., "Энергия", 1977, 556 с.

105. Электрическая часть электростанций и подстанций. /Под ред. Б.Н. Неклепаева. -М., "Энергия", 1978, 456 с.

106. Blast и да К., ОггесЯомсН Т. К о m pensa ф m осу ¿ternej przeßstzatnitowycfi nappedovt tyrystorowycfi. -Ze¿z. nouhwe ata demi porhyczej in. S. Stuszica, 1972, N353.

107. Beaton К. A. System disturbances caused iy a /arpe fácfitc/atuny ¿W rieid tesù. CTORE, 1968, June.

108. Ganay M. Asyncftronanfauf ifon Synt&ronmaftÂinen met oder oÂne ûfacfact-íer M Femreis. EUhrizi tatsiTeruier tunß, 19 Mt Щ Л//2, i ¿¿73

109. Fischer LR., $ai?ey Ш А пен/ v/eider ¿usway dis tri te/ti en sustent.- Application and industry, 060,1.9- Уопег S. TAe influence о/ ¿fiynstor con if er terj on suppfy netuf0r¿j.- ASEA Journal /971, ¿¿2, / 37-40.

110. Koettnitz /*, M£ H. Auiomtiscfo ¿Mrúc&vnf mmettony für RH fanion densatorw in MUteÙpannungs&i tu/igen. ~IFE/ У'960, A/M.