автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Продольное и поперечное токоограничение в электрических системах с помощью сверхпроводниковых устройств

На правах рукописи

Михеев Павел Александрович

ПРОДОЛЬНОЕ И ПОПЕРЕЧНОЕ ТОКООГРАНИЧЕНИЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ С ПОМОЩЬЮ СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ УСТРОЙСТВ

Специальность 05.14.02 - Электростанции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□□3449926

Новосибирск - 2008

003449926

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Манусов Вадим Зиновьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Целебровский Юрий Викторович

кандидат технических наук, доцент Емельянов Николай Иванович

Ведущая организация: Институт систем энергетики

им. Л. А. Мелентьева СО РАН г. Иркутск.

Защита состоится: «27» ноября 2008 г. в 12— часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.01 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, Новосибирск-92, пр. Карла Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан «//» октября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Тимофеев И.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Уровень развития энергетической отрасли в большей степени отражает ситуацию в любой развитой стране. В свете поставленных руководством страны задач по удвоению валового внутреннего продукта к 2010 году вопрос о развитии энергетической отрасли занимает одно из ведущих мест в стратегии Российской Федерации. Для достижения энергетической отраслью качественных и количественных показателей, соответствующих возложенным на неё требованиям, необходимо постоянно совершенствовать техническую и теоретическую базы, применять новые технологии.

Проблема координации токов короткого замыкания (КЗ) является чрезвычайно важной в любой электроэнергетической системе (ЭЭС), так как уровень КЗ определяет требование при выборе оборудования, а, следовательно, определяет экономичность и надёжность ЭЭС. Координация токов КЗ осуществляется как путём применения различных токоограничивающих устройств (ТОУ) в фазах электрических сетей — продольное токоограничение, так и изменением связи нейтральной точки электрической сети с заземляющим устройством (режима нейтрали электрической сети) — поперечное токоограничение. Имеется необходимость использования в ЭЭС современных устройств, выполняющих не только возложенную на них функцию, но и органично сочетающиеся с другими элементами ЭЭС, а также позволяющими при их использовании получать положительный эффект, не связанный с основным назначением устройства. В настоящей работе рассматриваются возможности применения устройств, способных быстро изменять своё сопротивление, - сверхпроводниковых ограничителей токов (СОТ) в процессах продольного и поперечного токоограничения в

Основной целью настоящего исследования является анализ последствий применения СОТ в различных областях ЭЭС с технической и экономической точек зрения.

Для достижения основной цели исследования поставлены и решены следующие задачи:

•разработка математической модели электромагнитного переходного процесса при наличии в сети СОТ;

•определение влияния СОТ на электромеханические переходные процессы

•выявление мест и областей целесообразного применения СОТ в фазах и нейтралях ЭЭС;

•формирование требований к параметрам СОТ с учётом различных факторов;

•оценка экономической эффективности и целесообразности применения СОТ в ЭЭС.

Объектом исследования являются сверхпроводниковые ограничители токов различных типов и их параметры (быстродействие, сопротивления в различных режимах работы).

ЭЭС.

в ЭЭС;

з

Предметом исследования являются стационарные режимы, а также электромагнитные и электромеханические переходные процессы в ЭЭС при использовании в них СОТ.

Методика исследований предусматривает комплексный анализ существующей практики применения различных мер токоограничения в ЭЭС, а также режимов нейтрали электрических сетей различных классов напряжения. Научная новизна работы заключается в следующем: •построена математическая модель, позволяющая описывать электромагнитные процессы при токоограничении с помощью СОТ в произвольный момент времени при учёте инерционности устройства;

•оценено влияние применения СОТ на электромеханические переходные процессы в ЭЭС, показывающее воздействие установленного СОТ на статическую и динамическую устойчивость электрической системы;

•предложен комплексный критерий к параметрам СОТ, отражающий влияние устройства на различные аспекты процесса электроснабжения;

•показаны эффекты, получаемые при применении СОТ в нейтралях электрических систем среднего напряжения;

• оценены экономически эффективная и экономически целесообразная стоимости СОТ заданных параметров в ценах 2007 года.

Практическая значимость результатов работы. Проведённый комплексный анализ позволил:

•выявить влияние СОТ на электромагнитные и электромеханические переходные процессы;

•сформировать комплексное требование к параметрам СОТ с выделением исключительных случаев использования данных устройств;

•рассмотреть применение СОТ в электрических сетях различного назначения, таких как собственные нужды (СН) электрических станций (ЭС), генераторные распределительные устройства (ГРУ) электрических станций, мощные узловые подстанции, системы электроснабжения (СЭС) промышленных предприятий;

•оценить возможность применения СОТ в нейтралях электрических сетей различных классов напряжения;

•провести технико-экономическое обоснование применения СОТ в ЭЭС. Достоверность результатов работы основывается на: •достаточно полном анализе отечественной и зарубежной практики разработки СОТ различных типов и параметров;

•математически корректном решении дифференциальных уравнений электромагнитного переходного процесса при удалённых и неудалённых КЗ в условиях предложенной модели СОТ;

•сопоставлении результатов вычислительных экспериментов, полученных при применении предложенной модели СОТ мгновенных значений токов, а также теплового действия тока при токоограничении с осциллограммами, полученными с использованием полупромышленных образцов СОТ;

•подробном рассмотрении применяемых в настоящее время методов то-коограничения в ЭЭС, а также режимов нейтрали электрических сетей различных классов напряжения;

•применении существующих нормативных документов, устанавливающих порядок покупки потерь электроэнергии и мощности генерирующими, энергосбытовыми и сетевыми компаниями на оптовом рынке электроэнергии и мощности переходного периода (ОРЭМ);

•фактических ценах на электрическую энергию, мощность и электрическое оборудование по состоянию на 2007 год.

Апробация результатов работы. Отдельные результаты исследования обсуждались на: всероссийской научной конференции молодых учёных "Наука. Технологии. Инновации" в г. Новосибирске (НГТУ) 2-5 декабря 2004 года; международной научной конференции "Fizika-2005" в г. Баку 7 — 9 июня 2005 года; международной корейско-российской научной конференции "Korus-2005" в г. Новосибирске (НГТУ) 26 июня - 2 июля 2005 года; всероссийской научной конференции молодых учёных "Наука. Технологии. Инновации" в г. Новосибирске (НГТУ) 8-11 декабря 2005 года; международной научной конференции "ТРЕ-2006" в г. Анкара 29 — 31 мая 2006 года; всероссийской научно-технической конференции "Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования" в г. Томске (ТПУ) 17-19 мая 2006 года; всероссийской научной конференции молодых учёных "Наука. Технологии. Инновации" в г. Новосибирске (НГТУ) 7-10 декабря 2006 года; всероссийской научно-технической конференции "Энергетика: экология, надёжность, безопасность" в г. Томске (ТПУ) 6-8 декабря 2006 года; межрегиональной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Информационные технологии, энергетика и экономика" в г. Смоленске 12-13 апреля 2007 года; всероссийской научной конференции молодых учёных "Наука. Технологии. Инновации" в г. Новосибирске (НГТУ) 6-9 декабря 2007 года; всероссийской научно-технической конференции "Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования" в г. Томске (ТПУ) 12-14 мая 2008 года; третьем международном научном форуме по стратегическим технологиям "IFOST-2008" в г. Новосибирске (НГТУ) и г. Томске (ТПУ) 23 - 29 июня 2008 года.

Диссертационная работа представлялась на 80-м заседании международного научного семинара им. Ю.Н. Руденко "Методические вопросы исследования надёжности больших систем энергетики" в г. Иркутске (ИСЭМ СО РАН) 6-11 июля 2008 года.

Публикации. Всего опубликованных по теме диссертации 15 работ, из них 4 научных статьи, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ; 11 публикаций в материалах международных и всероссийских конференций.

Личный вклад соискателя. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит формализация поставленных задач, разработка математических моделей и методов, реализация алгоритмов в программно-вычислительных комплексах, обобщение и анализ результатов.

Основные положения, выносимые на защиту:

•математическая модель СОТ, позволяющая моделировать инерционность изменения сопротивления устройства при электромагнитном переходном процессе;

•анализ влияния использования СОТ на электромеханические переходные процессы при различных параметрах устройств и структуре сети;

•комплексный критерий к параметрам СОТ и местам их установки в целях одновременного удовлетворения условиям успешного токоограничения, устойчивости питаемой нагрузки и уровня потерь напряжения в нормальном режиме работы;

•изменение схем нормального режима сетей СН ЭС и ЭС с ГРУ, подстанций и промышленных предприятий в результате применения СОТ;

•анализ нормальных и аварийных режимов работы при различных схемах включения СОТ в нейтраль электрической сети;

•обоснование экономически эффективной и экономически целесообразной стоимости СОТ в актуальных ценах.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников, включающего 118 наименований и приложения. Объём работы составляет 198 страниц основного текста, включая 94 рисунка и 11 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена общая характеристика диссертационной работы, показана ее актуальность, сформулированы цели и задачи исследования, отражена научная новизна, практическая ценность и теоретическая значимость работы, связанная с необходимостью использования в электрических системах устройств ограничения токов КЗ и устройств компенсации емкостного тока замыкания на землю, также представлена структура работы.

В первой главе приведены основные этапы развития исследований в области сверхпроводимости (с описанием важности перехода к высокотемпературной стадии данного явления), а также применения данного явления в различных областях электроэнергетики. Сделано описание современных российских и зарубежных разработок устройств с использованием сверхпроводимости: кабелей, двигателей, генераторов, индуктивных накопителей электрической энергии с указанием технических параметров и достигаемых эффектов. Приводится детальный обзор существующих в настоящее время типов СОТ: ре-зистивного, трансформаторного, выпрямительного и индуктивного, также приводится перечень их основных параметров.

Применению в ЭЭС устройств с использованием явления сверхпроводимости (в том числе и СОТ) посвящены работы И.В. Якимца, К.В. Илюшина, Л.К. Ковелёва, А.Н. Киселёва, В.З. Манусова, A.B. Лоскутова.

Далее сделан обзор основных применяемых в настоящее время методов продольного токоограничения, таких как различные схемные решения, автоматическое и стационарное деления сети, использования трансформаторов и авто-

трансформаторов с расщеплёнными обмотками низкого напряжения, а также применения различных типов токоограничивающих устройств. Существенный вклад в решение проблем продольного токоограничения, а также сопутствующих этому процессов внесли Б.Н. Неклепаев, В.А. Веников, П.С. Жданов, С.А. Ульянов, В.А. Шунтов.

Затем даётся анализ мировой и российской практики режимов заземления нейтрали сетей напряжения 6-35 кВ, который показал, что в настоящее время в России применяются практически все возможные режимы заземления нейтрали за исключением глухозаземлённого. Существенное значение в проблеме выбора заземления и режима нейтралей, а также сопутствующих вопросах перенапряжений и защиты имеют работы А.И. Шалина, Г.А. Евдокунина, К.П. Кадомской, Ю.В. Целебровского.

В заключение главы проводится анализ применения СОТ в условиях действующих в настоящее время нормативных актов, регламентирующих участие генерирующих, сетевых и энергосбытовых компаний в условиях ОРЭМ.

Вторая глава посвящена особенностям продольного токоограничения в электроэнергетических системах. Основная часть главы связана с построением математической модели электромагнитного переходного процесса при КЗ в электрической сети при токоограничении с помощью СОТ. Предлагаемая математическая модель предполагает изменение сопротивления СОТ по отношению к внешней сети при КЗ с заданной инерционностью. Предлагается задавать инерционность изменения сопротивления СОТ от времени I через экспоненциальную функцию (что с определённой степенью допущения соответствует полученным на опытных образцах СОТ осциллограммам):

где Ьсп - индуктивность СОТ в сверхпроводящем состоянии;

ЬПр - индуктивность СОТ в проводящем состоянии; Т1 - постоянная времени реагирования СОТ.

Рис. 1 Безынерционная а) и предлагаемая инерционная б) модель СОТ

Такое представление СОТ позволяет в явном виде применять дифференциальные уравнения электромагнитного переходного процесса, что даёт возможность максимально точно определить его решение в произвольный момент времени.

При рассмотрении удалённого КЗ в результате решения неоднородного линейного дифференциального уравнения для тока в произвольный момент времени получена зависимость:

1(1)-,

Л

(2)

где

р>(/)А =

в(') =

— -1п

(^сп ~ Ьпр )

^К + ^ПР

(Ьк + Ьт,)

* 1п

Ас + ^ПР + (ЪСП ПР )'е

+с

т

1"пр)'е 1

Як — активное сопротивление внешней сети; Ьк - индуктивность внешней сети; С - постоянная интегрирования.

Результаты имитации процесса токоограничения КЗ с помощью СОТ по представленной модели в тестовой электрической цепи при различных постоянных времени реагирования СОТ представлены на рис. 2.

450

0.01

0.02

0.03

0.05

0.06

0.07

0.04

Время, с

-без токоограничения, • ■ ■ ■ при наличии СОТ с Ть = 2 мс,

• - при наличии СОТ с Ть = 10 мс,----при наличии СОТ с Т^ = 20 мс

Рис. 2. Результирующий ток в тестовой цепи с токоограничением с помощью СОТ и без него при различных Ть

0.08

Для определения термического воздействия тока КЗ определяется его действующее значение и тепловой импульс.

При рассмотрении неудалённого КЗ в результате решения неоднородного линейного дифференциального уравнения для ЭДС в произвольный момент времени получена зависимость:

А + С

(3)

где

Хл Хл" — индуктивное и индуктивное сверхпереходное сопротивления синхронной машины;

Г/' — сверхпереходная постоянная времени синхронной машины.

Заключительная часть главы посвящена исследованию влияния использования СОТ на электромеханические переходные процессы в ЭЭС.

Увеличение предела передаваемой мощности при использовании СОТ как альтернативы традиционных реакторов является очевидным вследствие уменьшения совокупного сопротивления связи в нормальном режиме работы ЭЭС, как следствие, улучшается и статическая устойчивость данной системы. При анализе статической устойчивости учитывались активные сопротивления элементов электрической сети.

Анализ влияния СОТ на динамическую устойчивость проводился сравнением дополнительных площадок ускорения/торможения АА на рис. 3.

При применении СОТ однократного действия (не переходящего в пределах времени протекания электромеханического переходного процесса вновь в сверхпроводящее состояние при устранении аварийного режима в сети) в зависимости от режима может наблюдаться как улучшение, так и ухудшение динамической устойчивости.

Рсот

г рА

у \ ДАторм Г 4 \ и Ро

//\ 1 / //' ¡X // ^ДАуск //// 1/ 1 1 / * I 1 1 1 1 1 1 ! ^о

Рис. 3 Ухудшение а) и улучшение б) динамической устойчивости при использовании СОТ

На рис. 3: Р7 - доаварийная характеристика мощности без СОТ;

Р'сот ~ доаварийная характеристика мощности с СОТ; Р" - аварийная характеристика мощности с СОТ и без СОТ; Р1" - послеаварийная характеристика с СОТ и без СОТ.

При наличии СОТ многократного действия будет наблюдаться улучшение динамической устойчивости (рис. 4). Р

Рис. 4 Улучшение динамической устойчивости при использовании СОТ многократного действия

На рис. 4: р"!- послеаварийная характеристика без СОТ.

Р"'сот ~ послеаварийная характеристика с СОТ.

Результаты исследования динамической устойчивости подтверждаются результатами моделирования применения СОТ в многомашинной системе в программно-вычислительном комплексе Mustang.

В третьей главе рассмотрены практическое применение СОТ при продольном токоограничении, а также выработка требований к данным устройствам.

В первой части главы выдвигаются требования к параметрам СОТ с точки зрения ряда факторов: коммутационной способности высоковольтного выключателя, устойчивости электрической нагрузки, потери напряжения в нормально режиме работы сети:

^— коммутационная способность выключателя

V3 \Ха

в)

д и„

хп

Хп,

номинальный ток выключателя

устойчивость нагрузки

где 1„ - номинальный ток высоковольтного выключателя;

1пт ~ номинальный ток отключения высоковольтного выключателя;

Хсот - эквивалентное сопротивление СОТ;

Хэкв - эквивалентное сопротивление электрической сети;

п

ЛиДОп — допустимая потеря напряжения в токоограничивающем устройстве; и су — напряжение статической устойчивости в относительных единицах.

После этого все критерии обобщаются в единый комплексный критерий с выделением наиболее предпочтительных областей применения СОТ с точки зрения их параметров и параметров сети.

Ксист, о е.

Рис 5 Предпочтительные области применения СОТ и традиционных реакторов

На рис. 5. Квыкл - отношение номинального тока отключения высоковольтного выключателя к номинальному току выключателя (реактора, СОТ); Ксист - отношение сопротивления реактора (СОТ) к сопротивлению системы.

Применение СОТ имеет наибольшие преимущества (с точки зрения удовлетворения максимальному количеству критериев) в областях 3 и 4 на рис. 5.

Таблица 1

Удовлетворение различным критериям при различных параметрах реактора и СОТ

Номер области на рис. 4 Хэкв, Ом ^■РЕАКТОРА (СОТ), Ом Ном. ток отключения выключателя, А Ном. ток выключателя, реактора (СОТ), А Огр-ние на применение токоо- грани-чивающего реактора Огр-ние на применение СОТ

1 0.2 0.4 12 500 800 UKIIJ < Ucy нет

2 0.2 0.6 8 000 630 нет нет

3 0.2 0.4 8 000 1 000 UKLU < Ucy AU > ДЦдоп UK Ш < Ucy

4 0.2 0.6 8 000 800 AU > АЦдоп нет

Оставшаяся часть главы посвящена практическим расчётам режимов то-коограничения с использованием СОТ в различных областях ЭЭС.

Моделирование СОТ производилось в соответствии с описанной в главе 2 моделью в системе инженерных расчётов МайаЪ/БтиИпк, для применения нелинейного элемента (СОТ) использовался метод включения контролируемого источника напряжения параллельно сопротивлению.

Далее были рассчитаны следующие режимы: токоограничение КЗ в сетях собственных нужд блока ЭС, токоограничение КЗ в сетях СН электрической станции с ГРУ, токоограничение КЗ на низкой стороне мощной узловой подстанции, токоограничение КЗ на низкой стороне главной понизительной подстанции промышленного предприятия.

В случае отдельного блока ЭС эффективность токоограничения зависит как от скорости реагирования СОТ, так и от значения сопротивления в проводящем режиме, в ряде случаев позволяя выбирать выключатель с меньшим номинальным током отключения.

При применении СОТ в схеме с генераторным распределительным устройством (в сетях СН и цепях секционных реакторов) появляется возможность отказаться от кольцевой схемы его исполнения, так как выравнивание напряжений между секциями будет происходить за счёт пониженного сопротивления СОТ в нормальном режиме работы.

Токоограничение с помощью СОТ в сети мощной узловой подстанции позволяет иметь включенным секционный выключатель на низкой стороне, что повышает надёжность электроснабжения потребителей.

Фактор надёжности электроснабжения также очень важен в схемах главных понизительных подстанций. В случае применения СОТ на низкой стороне (на отходящих присоединениях и в цепи секционного выключателя) появляется возможность иметь включенным секционный выключатель, при необходимости дополнительного токоограничения предполагается дополнительная установка СОТ в цепи трансформаторов главной понизительной подстанции предприятия.

В четвёртой главе представлены результаты исследований по поперечному ограничению токов КЗ с использованием СОТ. Рассчитываются различные режимы нейтрали с применением СОТ в сетях 6 - 35 кВ как при отдельной установке (СОТ резистивного типа и СОТ индуктивного), так и параллельно ду-гогасящему реактору (ДГР) в условиях нормального режима работы, режима несимметрии продольных параметров линии электропередачи, а также перемежающегося дугового замыкания. Эффекты данных режимов нейтрали приведены в таблице 2.

Таблица 2

Области применения СОТ в нейтралях электрических сетей среднего напряжения в нормальном и аварийном режимах работы с указанием достигаемого эффекта

Схема включения СОТ в нейтраль Достигаемый эффект при установке СОТ

Нормальный режим работы сети Аварийный режим работы сети

СОТ резистивного типа Уменьшение смещения нейтрали по сравнению со случаями значительной несимметрии линии и изолированной нейтрали Для СОТ многократного срабатывания: в линиях протяжённостью от 71% до 100% критической длины позволяет уменьшать вероятность эскалации напряжений

СОТ резистивного типа параллельно ДГР Уменьшение смещения нейтрали по сравнению со случаями даже незначительной несимметрии линии Для СОТ многократного срабатывания: в линиях протяжённостью свыше критической длины позволяет уменьшать вероятность эскалации напряжений

СОТ индуктивного типа Уменьшение смещения нейтрали по сравнению со случаями даже незначительной несимметрии линии Для СОТ многократного срабатывания: в линиях протяжённостью свыше критической длины позволяет уменьшать вероятность эскалации напряжений при одновременном ограничении тока ОЗНЗ

Согласно ПУЭ сети 11О кВ могут иметь как режим глухого заземления нейтрали, так и эффективно заземлённую нейтраль, сети 220 кВ и выше должны работать только с глухозаземлённой нейтралью. Проведённый анализ сетей 110 кВ показал, что применение СОТ в сетях данного класса напряжения в ряде случае может привести к снижению токов однофазного КЗ при сохранении режима эффективного заземления.

В пятой главе производится оценка экономически целесообразной стоимости СОТ в условиях работы оптового рынка электроэнергии и мощности.

При анализе рассматриваются три основных экономических эффекта от применения СОТ: пониженные издержки на оплату потерь электрической энергии и мощности, возможность установки высоковольтного выключателя с меньшим нормальным током отключения, возможность выбрать кабельную линию с меньшим сечением токоведущих жил.

Зависимость отношения экономически оправданной стоимости СОТ в зависимости от степени сокращения потерь по сравнению с традиционными ТОУ с учётом дисконтирования в приведённых затратах к первому году эксплуата-

ции при общем периоде эксплуатации устройства, равном Глет:

г,

+ ЕЭЭщ)}

К =

0.124 + —^ , 10000 J

Т.

8760 • АРГ,

Кр-Е

,(5)

где К - кратность стоимости СОТ к стоимости ТОУ с аналогичными параметрами токоограничения;

Еээ(М) ~ ежегодный рост стоимости электрической энергии и мощности на ОРЭМ;

t - порядковый номер года эксплуатации устройства;

Тм- число часов использования максимума нагрузки;

АРтоу- номинальные потери активной мощности в трёх фазах ТОУ;

СЭэ - стоимость единицы электрической энергии;

См — стоимость единицы мощности;

КР - капитальные затраты на ТОУ;

И- кратность потерь электроэнергии в ТОУ к потерям в СОТ.

Анализ проводился на основе актуальных цен на оборудование, кабельно-проводниковую продукцию, а также электрическую энергию и мощность.

&

К

Й о S

S

о

5

Я й

а. И

----

Ф t t 9

/ i f . t: t:J

I./ у

123456789 10 Кратность потерь электроэнергии (И), о е

-РТСТ-10-400-0 35 УЗ

... РТСТ-10-630-0 56 УЗ - - • РТСТ-10-1000-0 56 УЗ Рис 6 Зависимость кратности стоимости СОТ к стоимости ТОУ от кратности потерь в ТОУ к потерям электроэнергии и мощности в СОТ для различных типов ТОУ

Проведённый анализ показал, что эффекты от установки более экономичных выключателей и кабельных линий в большинстве случаев составляют несколько десятков тысяч рублей, в то время как сокращение издержек на оплату

потерь электроэнергии и мощности в СОТ многократно превышает стоимость ТОУ и может достигать нескольких миллионов рублей за период окупаемости устройства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках проведённых исследований получены следующие основные результаты:

1. Построенная математическая модель СОТ позволяет: моделировать инерционность изменения сопротивления устройства, аналитически описывать электромагнитный переходный процесс с СОТ, оценить электродинамическое и тепловое воздействия тока КЗ при наличии СОТ.

2. Для статической устойчивости электрических систем установка СОТ благоприятна во всех случаях по сравнению с традиционными реакторами (при условии равенства сопротивлений данных устройств в режиме токоограниче-ния) с точки зрения значений пределов передаваемой мощности, синхронизирующей мощности.

3. СОТ однократного действия улучшает динамическую устойчивость электрических систем при низкой загрузке СГ в доаварийном режиме и, напротив, ухудшает при высокой загрузке СГ; установка СОТ многократного действия приводит к улучшению динамической устойчивости при любых параметрах режима по сравнению с традиционными реакторами (при условии равенства сопротивлений данных устройств в режиме токоограничения).

4. Установка СОТ в электрических системах с низкими значениями сопротивлений связи системы относительно сопротивления СОТ в режиме токоограничения при одновременной защите присоединений высоковольтными выключателями с номинальными токами отключения, минимально отличающимися от номинальных токов данных выключателей, позволяет комплексно удовлетворять условиям успешного отключения токов КЗ, сохранению устойчивости нагрузки и допустимой потери напряжения.

5. Использование СОТ в схемах крупных узловых подстанций электрических сетей и СЭС промышленных предприятий позволяет при координации токов КЗ увеличивать надёжность за счёт возможности совместной работы секций в нормальном режиме работы, обеспечивая качество электрической энергии в соответствии с ГОСТ 13109-97.

6. Использование СОТ в ЭС с ГРУ позволяет при координации токов КЗ снижать капитальные вложения за счёт устранения необходимости закольцовывать секции ГРУ.

7. Установка СОТ в нейтраль электрической сети 6-35 кВ позволяет достичь:

• для СОТ резистивного типа многократного действия - снижение вероятности эскалации напряжения при длинах линий от 71% до 100% от их критической длины;

• для СОТ резистивного типа однократного действия параллельно ДГР -снижение смещения нейтрали, вызванного несимметрией емкостей линий в нормальном режиме работы, для СОТ резистивного типа много-

кратного действия параллельно ДГР - снижение вероятности эскалации напряжения при длинах линий свыше 100% от критической;

• для СОТ индуктивного типа однократного действия - снижение смещения нейтрали, вызванного несимметрией емкостей линий в нормальном режиме работы, для СОТ индуктивного типа многократного действия -снижение вероятности эскалации напряжения при длинах линий свыше 100% от критической при одновременном ограничении тока ОЗНЗ устройством.

8. Использование СОТ в нейтралях сетей 110 кВ не позволяет получать принципиально новых эффектов по сравнению с эксплуатацией традиционных резисторов и реакторов с точки зрения электрических режимов, однако может быть целесообразным для ограничения токов КЗ. Применение СОТ в нейтралях сетей 220 кВ и выше не представляется возможным с точки зрения работы сетей данных классов напряжения.

9. В общем случае экономически целесообразная стоимость СОТ, прежде всего, зависит от уровня потерь электрической энергии и мощности в нормальном режиме работы и может составлять при нормативном сроке окупаемости инвестиций до 1 000 % и более от стоимости токоограничивающего реактора с аналогичными номинальными параметрами (номинальный ток, сопротивление в режиме токоограничения).

Приложение содержит акты внедрения, подтверждающие возможность использования результатов диссертационной работы в учебном процессе ГОУ ВПО «Новосибирский государственный технический университет», а также при анализе возможных режимов потребления электрической энергии и мощности потребителей, обслуживаемых ОАО «СибирьЭнерго».

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ДИССЕРТАЦИИ

Научные работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Михеев П. А. К вопросу о применимости сверхпроводниковых токоо-граничителей в нейтралях электрических сетей 6 - 35 кВ / В. 3. Манусов, П. А. Михеев // Электро. - 2007. - № 5. - С. 23-26. - ISSN 1995-5685

2. Михеев П. А. Влияние сверхпроводниковых токоограничителей на электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах / В. 3. Манусов, П. А. Михеев // Науч. вестн. НГТУ. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. -№ 4 (29). - С. 143-156. - ISSN 1814-1196

3. Михеев П. А. Сверхпроводниковые ограничители токов: области применения и требования к параметрам / В. 3. Манусов, П. А. Михеев // Промышленная энергетика. - 2008. - № 2. - С. 29-33. - ISSN 0033-1155

4. Михеев П. А. Математическая модель электромагнитного переходного процесса в электрической сети содержащей сверхпроводниковый токоограни-читель индуктивного типа / В. 3. Манусов, П. А. Михеев // Электротехника. -2008. - № 7. - С. 50 - 56. - ISSN 0013-5860

Научные работы, опубликованные в других изданиях:

5. Михеев П. А. Оценка возможности применения высокотемпературных сверхпроводящих токоограничителей в нейтралях электроэнергетических систем / П. А. Михеев ; науч. рук. В. 3. Манусов // Наука. Технологии. Инновации : материалы всерос. науч. конф. молодых учёных, Новосибирск, 2-5 дек. 2004 г.: в 6 ч. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2004. - Ч. 3. - С. 98-99.

6. Михеев П. А. Применение высокотемпературных сверхпроводников для оптимизации режимов электроэнергетических систем / В. 3. Манусов, П. А. Михеев // «Fizika-2005» Proc. intern, conf., devoted to 60 anniversary of Institute of physics of Nat. Acad, of Sci. of Azerbaijan, Baku, Azerbaijan, 7-9 june. -Baku, 2005. P. 460-464.

7. Mikheyev P. A. The features of application of superconductors in neutrals of power systems / P. A. Mikheyev, V. Z. Manusov // 9th Korea - Russia International Symposium on Science and Technology. Proceedings KORUS 2005 = Материалы девятой корейско-российской международной конференции по науке и технологиям «КОРУС 2005», Новосибирск, 26 июн. - 2 июл. 2005 г. section 2 "Electric Power Engineering", art. № 16. - ISBN 0-7803-8944-1

8. Михеев П. А. Разработка математической модели электромагнитного переходного процесса при трёхфазном коротком замыкании в линии, содержащей сверхпроводящий ограничитель токов / П. А. Михеев ; науч. рук.

B. 3. Манусов // Наука. Технологии. Инновации : материалы всерос. науч. конф. молодых учёных, Новосибирск, 8-11 дек. 2005 г.: в 7 ч. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2006. -Ч. 3. - С. 123-124.

9. Михеев П. А. Влияние сверхпроводящих токоограничителей индуктивного типа на электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах / П. А. Михеев ; науч. рук. В. 3. Манусов // Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования: материалы всерос. науч.-техн. конф., - Томск, 17-19 мая 2006 г. - Томск : Изд-во ПТУ, 2006. - С. 90-92.

10. Mikheyev P. A. Mathematical model of electromagnetic transient of three-phase power short circuit comprising superconducting fault current limiter / V. Z. Manusov, P. A. Mikheyev // Technical and Physical Problems in Power Engineering. (TPE-2006) [Electronic resource]: [progr.] 3 intern, conf. on, Ankara, Tourkey, 29-31 May 2006. - Mode of access: http://www.ictpe.com/TPE-2006/DetailedProgram.pdf. - Title from screen.

11. Михеев П. А. Выработка комплексного критерия к параметрам сверхпроводниковых токоограничителей / В. 3. Манусов, П. А. Михеев // Материалы двенадцатой Всерос. науч.-техн. конф. «Энергетика: экология, надёжность, безопасность», Томск, 6-8 дек. 2006 г. - Томск: Изд-во ТПУ, 2006. - С. 42^5.

12. Михеев П. А. Моделирование сверхпроводниковых токоограничителей в среде Matlab/Simulink / П. А. Михеев ; науч. рук. В. 3. Манусов // Наука. Технологии. Инновации : материалы всерос. науч. конф. молодых учёных, Новосибирск, 7-10 дек. 2006 г. : в 7 ч. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2006. - Ч. 3. -

C. 206-207.

13. Михеев П. А. Исследование возможности применения сверхпроводниковых токоограничителей в нейтралях электрических сетей 6 — 35 кВ / П. А. Михеев ; науч. рук. В. 3. Манусов // Информационные технологии, энергетика и экономика : сб. трудов IV межрег. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов, Смоленск, 12-13 апр. 2007 г.: в 3 т. - Смоленск: Изд-во «Универсум», 2007. - Т 1.-С. 111-114.- 18ВЫ 5-88984-312-5

14. Михеев П. А. Оценка экономически целесообразной стоимости сверхпроводникового ограничителя токов / П. А. Михеев ; науч. рук. В. 3. Манусов // Наука. Технологии. Инновации : материалы всерос. науч. конф. молодых учёных, Новосибирск, 6-9 дек. 2007 г.: в 7 ч. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. -Ч. З.-С. 240-242.

15. Михеев П. А. Обоснование экономической эффективности сверхпроводниковых токоограничителей в условиях оптового рынка / П. А. Михеев ; науч. рук. В. 3. Манусов // Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования: материалы всерос. науч.-техн. конф., - Томск, 12 -14 мая 2008 г. - Томск : Изд-во ТПУ, 2008. - С. 39^40.

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, тел./факс (383) 346-08-57 формат 60 X 84/16 объем 1.25 п.л., тираж 100 экз.. заказ №1368 подписано в печать 07.10.08г.

Введение.

1. Современное состояние проблемы продольного и поперечного токоограничения.

1.1. Развитие исследований в области сверхпроводимости и применение явления в электроэнергетике.

1.2. Сверхпроводниковые токоограничители. Их типы и параметры.

1.2.1. Сверхпроводниковые токоограничители резистивного типа.

1.2.2. Сверхпроводниковые токоограничители трансформаторного типа.

1.2.3. Сверхпроводниковые токоограничители выпрямительного типа.

1.2.4. Сверхпроводниковые токоограничители индуктивного типа.

1.2.5. Основные параметры сверхпроводниковых токоограничителей.

1.3. Методы продольного токоограничения в электрических сетях.

1.4. Методы поперечного токоограничения в электрических сетях.

1.4.1. Мировая практика заземления нейтрали сетей среднего напряжения.

1.4.2. Принятые режимы заземления нейтрали в сетях 110 кВ и выше.

1.5. Экономическая целесообразность использования сверхпроводниковых токоограничителей в условиях оптового рынка электроэнергии (мощности) переходного периода.

1.6. Выводы.

2. Особенности продольного токоограничения в электрических системах с помощью сверхпроводниковых токоограничителей.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Математическая модель электромагнитного переходного процесса при токоограничении удалённых коротких замыканий с помощью сверхпроводниковых токоограничителей.

2.2.1. Обоснование математической модели.

2.2.2. Решение дифференциального уравнения электромагнитного переходного процесса.

2.2.3. Решение тестового примера по удалённому короткому замыканию.

2.3. Тепловое воздействие тока короткого замыкания в сети со сверхпроводниковым токоограничителем.

2.3.1. Определение действующего значения и теплового импульса тока короткого замыкания в сети со сверхпроводниковым токоограничителем.

2.3.2. Тестовый пример по тепловому воздействию тока короткого замыкания в сети со сверхпроводниковым токоограничителем.

2.4. Математическая модель электромагнитного переходного процесса при токоограничении неудалённых коротких замыканий с помощью сверхпроводниковых токоограничителей.

2.4.1. Решение дифференциального уравнения ЭДС синхронного генератора при токоограничении с помощью сверхпроводниковых токоограничителей.

2.4.2. Решение тестового примера по неудалённому короткому замыканию.

2.5. Влияние сверхпроводниковых токоограничителей на электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах.

2.5.1. Статическая устойчивость системы со сверхпроводниковым токоограничителем.

2.5.2. Динамическая устойчивость системы со сверхпроводниковым токоограничителем.

2.5.3. Тестовый пример по электромеханическим переходным процессам системы со сверхпроводниковым токоограничителем.

2.6. Выводы.

3. Применение сверхпроводниковых токоограничителей в продольном токоограничении и формирование требований к ним.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Формирование требований к сверхпроводниковым токоограничителям.

3.2.1. Требования с точки зрения коммутационной способности высоковольтного выключателя.

3.2.2. Требования с точки зрения устойчивости нагрузки.

3.2.3. Требования с точки зрения потери напряжения в нормальном режиме работы сети.

3.2.4. Формирование комплексного критерия к параметрам сверхпроводниковых токоограничителей.

3.3. Расчёт коротких замыканий в сетях со сверхпроводниковыми токоограничителями.

3.3.1. Моделирование сверхпроводниковых токоограничителей в среде Matlab / Simulink.

3.3.2. Расчёт сети собственных нужд электростанции.

3.3.3. Расчёт сети мощной узловой подстанции.

3.3.4. Расчёт сети электроснабжения промышленного предприятия.

3.4. Выводы.

4. Применение сверхпроводниковых токоограничителей в поперечном токоограничении электрических сетей.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Рекомендуемые режимы нейтрали с использованием сверхпроводниковых токоограничителей в сетях среднего напряжения.

4.3. Рекомендуемые режимы нейтрали с использованием сверхпроводниковых токоограничителей в сетях 110 кВ и выше.

4.4. Выводы.

5. Технико-экономическое обоснование применения сверхпроводниковых токоограничителей в электрических системах.

5.1. Постановка задачи.

5.2. Обоснование экономической целесообразности применения сверхпроводниковых токоограничителей в электрических системах.

5.3. Оценка стоимости сверхпроводникового токоограничителя.

5.4. Выводы.

Актуальность темы. Уровень развития энергетической отрасли в большей степени отражает ситуацию в любой развитой стране. В свете поставленных руководством страны задач по удвоению валового внутреннего продукта к 2010 году [1] вопрос о развитии энергетической отрасли занимает одно из ведущих мест в стратегии Российской Федерации. Для достижения энергетической отраслью качественных и количественных показателей, соответствующих возложенным на неё требованиям, необходимо постоянно совершенствовать техническую и теоретическую базы, применять новые технологии.

Проблема координации токов короткого замыкания (КЗ) является чрезвычайно важной в любой электроэнергетической системе (ЭЭС), так как уровень КЗ определяет требование при выборе оборудования, а, следовательно, определяет экономичность и надёжность ЭЭС. Координация токов КЗ осуществляется как путём применения различных токоограничивающих устройств (ТОУ) в фазах электрических сетей — продольное токоограничение, так и изменением связи нейтральной точки электрической сети с заземляющим устройством (режима нейтрали электрической сети) — поперечное токоограничение. Имеется необходимость использования в ЭЭС современных устройств, выполняющих не только возложенную на них функцию, но и органично сочетающиеся с другими элементами ЭЭС, а также позволяющими при их использовании получать положительный эффект, не связанный с основным назначением устройства. В настоящей работе рассматриваются возможности применения устройств, способных быстро изменять своё сопротивление, - сверхпроводниковых ограничителей токов (СОТ) в процессах продольного и поперечного токоограничения в ЭЭС.

Основной целью настоящего исследования является рассмотрение последствий применения СОТ в различных областях ЭЭС с технической и экономической точек зрения.

Для достижения основной цели исследования поставлены и решены следующие задачи:

• разработка математической модели электромагнитного переходного процесса при наличии в сети СОТ;

• определение влияния СОТ на электромеханические переходные процессы в ЭЭС;

• выявление мест и областей целесообразного применения СОТ в фазах и нейтралях ЭЭС;

• формирование требований к параметрам СОТ с учётом различных факторов;

• оценка экономической эффективности и целесообразности применения СОТ в ЭЭС.

Объектом исследования являются сверхпроводниковые ограничители токов различных типов и их параметры (быстродействие, сопротивления в различных режимах работы).

Предметом исследования являются стационарные режимы, а также электромагнитные и электромеханические переходные процессы в ЭЭС при использовании в них СОТ.

Методика исследований предусматривает применение комплексного анализа существующей практики применения различных мер токоограничения в ЭЭС, а также режимов нейтрали электрических сетей различных классов напряжения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• построена математическая модель, позволяющая описывать электромагнитные процессы при токоограничении с помощью СОТ в произвольный момент времени при учёте инерционности устройства;

• оценено влияние применения СОТ на электромеханические переходные процессы в ЭЭС, показывающее воздействие установленного СОТ на статическую и динамическую устойчивость электрической системы;

• предложен комплексный критерий к параметрам СОТ, отражающий влияние устройства на различные аспекты процесса электроснабжения;

• показаны эффекты, получаемые при применении СОТ в нейтралях электрических систем среднего напряжения;

• оценены экономически эффективная и экономически целесообразная стоимости СОТ заданных параметров в ценах 2007 года. Практическая значимость результатов работы. Проведённый комплексный анализ позволил:

• выявить влияние СОТ на электромагнитные и электромеханические переходные процессы;

• сформировать комплексное требование к параметрам СОТ с выделением исключительных случаев использования данных устройств;

• рассмотреть применение СОТ в электрических сетях различного назначения, таких как собственные нужды (СН) электрических станций (ЭС), генераторные распределительные устройства (ГРУ) электрических станций, мощные узловые подстанции, системы электроснабжения (СЭС) промышленных предприятий;

• оценить возможность применения СОТ в нейтралях электрических сетей различных классов напряжения;

• провести технико-экономическое обоснование применения СОТ в ээс.

Достоверность результатов работы основывается на:

• достаточно полном анализе отечественной и зарубежной практики разработки СОТ различных типов и параметров;

• математически корректном решении дифференциальных уравнений электромагнитного переходного процесса при удалённых и неудалённых КЗ в условиях предложенной модели СОТ;

• сопоставлении результатов вычислительных экспериментов, полученных при применении предложенной модели СОТ мгновенных значений токов, а также теплового действия тока при токоограничении с осциллограммами, полученными с использованием полупромышленных образцов СОТ;

• подробном рассмотрении применяемых в настоящее время методов токоограничения в ЭЭС, а также режимов нейтрали электрических сетей различных классов напряжения;

• применении существующих нормативных документов, устанавливающих порядок покупки потерь электроэнергии и мощности генерирующими, энергосбытовыми и сетевыми компаниями на оптовом рынке электроэнергии и мощности (ОРЭМ) переходного периода;

• фактических ценах на электрическую энергию, мощность и электрическое оборудование по состоянию на 2007 год.

Апробация результатов работы. Отдельные результаты исследования обсуждались на:

• всероссийской научной конференции молодых учёных "Наука. Технологии. Инновации" в г. Новосибирске (НГТУ) 2 — 5 декабря 2004 года;

• международной научной конференции "Fizika-2005" в г. Баку 7-9 июня 2005 года;

• международной корейско-российской научной конференции "Korus-2005" в г. Новосибирске (НГТУ) 26 июня - 2 июля 2005 года;

• всероссийской научной конференции молодых учёных "Наука. Технологии. Инновации" в г. Новосибирске 8-11 декабря 2005 года;

• международной научной конференции "ТРЕ-2006" в г. Анкара 29-31 мая 2006 года;

• всероссийской научно-технической конференции "Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования" в г. Томске (ТПУ) 17 - 19 мая 2006 года;

• всероссийской научной конференции молодых учёных "Наука. Технологии. Инновации" в г. Новосибирске (НГТУ) 7—10 декабря 2006 года;

• всероссийской научно-технической конференции "Энергетика: экология, надёжность, безопасность" в г. Томске (ТПУ) 6-8 декабря

2006 года;

• межрегиональной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Информационные технологии, энергетика и экономика" в г. Смоленске 12-13 апреля 2007 года;

• всероссийской научной конференции молодых учёных "Наука. Технологии. Инновации" в г. Новосибирске (НГТУ) 6 — 9 декабря

2007 года;

• всероссийской научно-технической конференции "Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования" в г. Томске (ТПУ) 12 - 14 мая 2008 года;

• третьем международном научном форуме по стратегическим технологиям "IFOST-2008" в г. Новосибирске (НГТУ) и г. Томске (ТПУ) 23 - 29 июня 2008 года;

• 80-м заседании международного научного семинара им. Ю.Н. Руденко "Методические вопросы исследования надёжности больших систем энергетики" в г. Иркутске (ИСЭМ СО РАН) 6-11 июля 2008 года.

Публикации. Всего опубликованных по теме диссертации 15 работ, из них 4 научных статьи, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ; 11 публикаций в материалах международных и всероссийских конференций.

Личный вклад соискателя. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит формализация поставленных задач, разработка математических моделей и методов, реализация алгоритмов в программно-вычислительных комплексах, обобщение и анализ результатов. Основные положения, выносимые на защиту:

• Математическая модель СОТ, позволяющая моделировать инерционность изменения сопротивления устройства при электромагнитном переходном процессе;

• Анализ влияния использования СОТ на электромеханические переходные процессы при различных параметрах устройств и структуре сети;

• Комплексный критерий к параметрам СОТ и местам их установки в целях одновременного удовлетворения условиям успешного токоограничения, устойчивости питаемой нагрузки и уровня потерь напряжения в нормальном режиме работы;

• Изменение схем нормального режима сетей СН ЭС и ЭС с ГРУ, подстанций и промышленных предприятий в результате применения СОТ;

• Анализ нормальных и аварийных режимов работы при различных схемах включения СОТ в нейтраль электрической сети;

• Обоснование экономически эффективной и экономически целесообразной стоимости СОТ в актуальных ценах.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников, включающего 118 наименований и приложения. Объём работы составляет 198 страниц основного текста, включая 94 рисунка и 11 таблиц.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

Построенная математическая модель СОТ позволяет: моделировать инерционность изменения сопротивления устройства, аналитически описывать электромагнитный переходный процесс с СОТ, оценить электродинамическое и тепловое воздействия тока КЗ при наличии СОТ.

Для статической устойчивости электрических систем установка СОТ благоприятна во всех случаях по сравнению с традиционными реакторами (при условии равенства сопротивлений данных устройств в режиме токоограничения) с точки зрения значений пределов передаваемой мощности, синхронизирующей мощности.

СОТ однократного действия улучшает динамическую устойчивость электрических систем при низкой загрузке СГ в доаварийном режиме и, напротив, ухудшает при высокой загрузке СГ; установка СОТ многократного действия приводит к улучшению динамической устойчивости при любых параметрах режима по сравнению с традиционными реакторами (при условии равенства сопротивлений данных устройств в режиме токоограничения).

Установка СОТ в электрических системах с низкими значениями сопротивлений связи системы относительно сопротивления СОТ в режиме токоограничения при одновременной защите соединений высоковольтными выключателями с номинальными токами отключения минимально отличающимися от номинальных токов данных выключателей позволяет комплексно удовлетворять условиям успешного отключения токов КЗ, сохранению устойчивости нагрузки и допустимой потери напряжения.

Использование СОТ в схемах крупных узловых подстанций электрических сетей и СЭС промышленных предприятий позволяет при координации токов КЗ увеличивать надёжность за счёт возможности совместной работы секций в нормальном режиме работы, обеспечивая качество электрической энергии в соответствии с ГОСТ 13109-97 [101].

Использование СОТ в ЭС с ГРУ позволяет при координации токов КЗ снижать капитальные вложения за счёт устранения необходимости закольцовывать секции ГРУ.

Установка СОТ в нейтраль электрической сети 6—35 кВ позволяет достичь:

• для СОТ резистивного типа многократного действия - снижение вероятности эскалации напряжения при длинах линий от 71% до 100% от их критической длины;

• для СОТ резистивного типа однократного действия параллельно ДГР -снижение смещения нейтрали, вызванного несимметрией емкостей линий в нормальном режиме работы, для СОТ резистивного типа многократного действия параллельно ДГР — снижение вероятности эскалации напряжения при длинах линий свыше 100% от критической;

• для СОТ индуктивного типа однократного действия — снижение смещения нейтрали, вызванного несимметрией емкостей линий в нормальном режиме работы, для СОТ индуктивного типа многократного действия — снижение вероятности эскалации напряжения при длинах линий свыше 100% от критической при одновременном ограничении тока ОЗНЗ устройством.

Использование СОТ в нейтралях сетей 110 кВ не позволяет получать принципиально новых эффектов по сравнению с эксплуатацией традиционных резисторов и реакторов с точки зрения электрических режимов, однако может быть целесообразным для ограничения токов КЗ. Применение СОТ в нейтралях сетей 220 кВ и выше не представляется возможным с точки зрения работы сетей данных классов напряжения.

В общем случае экономически целесообразная стоимость СОТ, прежде всего, зависит от уровня потерь электрической энергии и мощности в нормальном режиме работы и может составлять при нормативном сроке окупаемости инвестиций до 1000 % и более от стоимости токоограничивающего реактора с аналогичными номинальными параметрами (номинальный ток, сопротивление в режиме токоограничения).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Послание Президента Российской Федерации к Федеральному собранию 16 мая 2003 года // Российская газета. — 2003. — 17 мая.

2. Бородянский М. В. От твёрдой воды до жидкого гелия (история холода) / М. В. Бородянский. — М.: Энергоатомиздат, 1995. — 336 с. : ил. — 2500 экз. ISBN 5-283-00176-8.

3. Имамутдинов И. Н. Главное — придумать эффектик / И. Н. Имамутдинов, Д. С. Медовников // Эксперт Электронный ресурс. — 2003. 13 окт. - №38 (391). - Режим доступа: http://www.expert.ru/printissues/ expert/2003/38/38ex-nobell. - Загл. с экрана.

4. Bednorz J.G. Perovskite-type oxides — The new approach to high-Tc superconductivity / J.G. Bednorz, K.A. Miiller // Revs. Mod. Phys. 1988. - Vol. 60, iss. 3.-P. 585.

5. Черноплеков H. А. Сверхпроводниковые технологии: современное состояние и перспективы практического применения / Н. А. Черноплеков // Вестн. российской акад. наук. 2001. - Т. 71, № 4. - С. 303-319.

6. Фишер Л. М. Успехи применения высокотемпературных сверхпроводников в электроэнергетике / Л. М. Фишер, И. Ф. Волошин // Электричество. 2006. - № 9. - С. 32-39. - ISSN 0013-5380

7. Концепция технической политики ОАО РАО «ЕЭС России» на период до 2009 года : утв. ОАО РАО «ЕЭС России» 12.11.04 Электронный источник. —

8. Метод доступа : http://www.rao-ees.ru/ru/investinov/show.cgi?concep.htm. — Загл. с экрана.

9. Елагин П. Сверхпроводниковые кабели — реальные очертания будущей энергетики / П. Елагин // Новости электротехники Электронный ресурс. 2005. - № 4 (34). - Режим доступа: http://www.news.elteh.ru /arh/2005/34/14.php. - Загл. с экрана.

10. Илюшин К. В. Синхронные генераторы с возбуждением от высокотемпературных сверхпроводниковых криомагнитов / К. В. Илюшин, Л.К.Ковалёв, С.М. Конев // Электричество. 2005. - № 1. - С. 19-25. -ISSN 0013-5380

11. Чубраева JI. И. Генераторы нетрадиционного исполнения (исследования и методы расчёта) / JI. И. Чубраева; отв. ред. и вступ. ст. Я. Б. Данилевич. JI. : Наука. Ленингр. отд-ние, 1991. - 246 с. : ил. — 870 экз.

12. Глускин И. 3. Сверхпроводниковые токоограничивающие устройства и индуктивные накопители энергии для электроэнергетических систем / И. 3. Глускин, Г. А. Дмитриева, М. Ш. Мисриханов, В. Г. Наровлянский,

13. И. В. Якимец. М.: Энергоатомиздат, 2002. — 373 е.: ил. — 600 экз. — ISBN 5-283-02581-0

14. Рубинраут A.M. Сверхпроводниковый индуктивный накопитель энергии для повышения динамической устойчивости энергосистемы с синхронной нагрузкой / А. М. Рубинраут, Н. В. Бурбаева // Электричество. — 1996. № 10. - С. 2-11. - ISSN 0013-5380

15. Якимец И. В. Сверхпроводниковые индуктивные накопители как средство управления перетоками активной мощности по межсистемным связям ЭЭС / И. В. Якимец, Г. А. Дмитриева // Электричество. 2003. - № 2. - С. 8-17. -ISSN 0013-5380

16. Елагин П. Сверхпроводниковый токоограничитель. Коммутационный аппарат будущего / П. Елагин // Новости электротехники Электронный ресурс. 2005. — № 3 (33) — Режим доступа: http://www.news.elteh.ru /arh/2005/33/05.php. - Заглав. с экрана.

17. Paul W. Test of 1,2 MVA higt-Tc superconducting fault current limiter / W. Paul, M. Launker, J. Rhyner et al. // Supercond. Sci. Technol. 1997. - Vol. 10. P. 914-918.-ISSN 0953-2048

18. Noudem J. G. High pulsed current and voltage measurements on sintered BiPbSrCaCuO ceramics superconductors / J. G. Noudem, L. Porcar, O. Belmont et al. // Physica C: Superconductivity. 1997. - Vol. 282-287, P. 2625-2626. -ISSN 0921-4534

19. Leung E. Design & Development of a 15 kV, 20 kA HTS Fault Current Limiter / E. Leung, B. Burley, N. Chitwood et al. // IEEE Transaction on Applied Superconductivity.-2000. Vol. 10, № 1. - P. 832-835. - ISSN 1051-8223

20. Манусов В. 3. Сверхпроводящий ограничитель аварийных токов с составным экраном. Результаты экспериментов / А. Р. Буев, А. В. Лоскутов, В. 3. Манусов // Электро. 2003. - № 3. - С. 6-10. - ISSN 1995-5685

21. Keilin V. Model of HTS three-phase saturated core fault current limiter / V. Keilin, I. Kovalev, S. Kruglov et al. // IEEE Transaction on Applied Superconductivity. 2000. - Vol. Ю.-No l.-P. 836-839. - ISSN 1051-8223

22. ГОСТ 14794-79. Реакторы токоограничивающие бетонные. Технические условия. Взамен ГОСТ 14794-69 ; - введ. 1981-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1986. - 36 с. : ил.

23. ГОСТ 2.723-68. ЕСКД. Обозначения условные в графических схемах. Катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, автотрансформаторы и магнитные усилители. Введ. 1971-01-01. — М. : Стандартинформ, 2002. — 14 с. : ил.

24. Неклепаев Б. Н. Координация и оптимизация уровней токов короткого замыкания в электрических системах / Б. Н. Неклепаев — М. : Энергия, 1978. 152 с. : ил.

25. Брон О. Б. Контактные и бесконтактные электрические аппараты / О. Б. Брон // Электричество. 1973. - № 7. - С. 55-60. - ISSN 0013-5380

26. Балаков Ю. Н. О достигнутых параметрах выключателей / Ю. Н. Балаков, Б. Н. Неклепаев, А. В. Шунтов // Электрические станции. — 1996.-№ 10.-С. 56-60.-ISSN 0201-4564

27. Вершинин Ю. Н. Токоограничивающие выключатели трансформаторного типа с управляемыми сверхпроводниковыми экранами / Ю. Н. Вершинин, И. В. Якимец // Электричество. 1985. - № 3. — С. 1—5. -ISSN 0013-5380

28. Куликов Ю. А. Переходные процессы в электрических системах: учеб. пособие / Ю. А. Куликов. — Изд. 2-е, испр. и доп. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. 284 с.

29. Рубашев Г. М. Тиристорное токоограничивающее устройство для сетей 6, 10 кВ переменного напряжения / Г. М. Рубашев, Д. И. Аптекарь, Д. В. Чиканков, В. К. Федосеев, И. К. Гончаров // Электротехника. — 2002. — № 1. С. 10-13.-ISSN 0013-5860

30. Елагин П. Коммутационные ограничители тока. Новые устройства для защиты электрооборудования / П. Елагин // Новости электротехники Электронный ресурс. 2004. - № 4 (28). - Режим доступа : http://www.news. elteh.ru/arh/2004/28/06.php. - Загл. с экрана.

31. Вильгейм Р. Заземление нейтрали в высоковольтных системах / Р. Вильгейм, М. Уотерс ; пер. с англ. под ред. Д. В. Разевига. — М. — JI. : Госэнергоиздат, 1959. — 415 с. : ил.

32. Лихачёв Ф. А. Замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и компенсацией емкостных токов / Ф. А. Лихачёв. — М. : Энергия,1971.- 152 с. : ил.

33. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей : утв. Минэнерго 13.01.03 : ввод, в действие с 01.07.03. — М. : НЦ ЭНАС. 2007. - 304 с. - ISBN 5-93196-724-0

34. Неклепаев Б. Н. Вопросы терминологии в области заземления нейтралей электроустановок и электрических сетей / Б. Н. Неклепаев // Электрические станции. 2003. - № 3. - С. 68-69. - ISSN 0201-4564

35. Рюденберг Р. Эксплуатационные режимы электроэнергетических систем и установок / Р. Рюденберг ; пер. с нем. ; под ред. К. С. Демирчана — 3-е изд., перераб. Л. : Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. — 578 с. : ил.

36. ГОСТ 721—77., Системы электроснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения свыше 1000 В. Введ. 1978-07-01. - М. : ИПК Издательство стандартов, 2002. - 8 с.

37. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. М. : НЦЭНАС, 2006 г. 552 с. - ISBN 5-93196-646-3

38. Целебровский Ю. В. Области применения различных систем заземления нейтрали / Ю. В. Целебровский // Новости электротехники Электронный ресурс. 2004. - № 5 (29). - Режим доступа : http://www.news. elteh.ru/arh/2004/29/04.php. - Загл. с экрана.

39. Сирота И. М. Режимы нейтрали электрических сетей. / И. М. Сирота, С. Н. Кисленко, А. М. Михайлов. Киев : Наук, думка, 1985. - 264 с.

40. Евдокунин Г. А. Выбор способа заземления нейтрали 6 — 10 кВ / Г. А. Евдокунин, С. В. Гудилин, А. А. Корепанов // Электричество. — 1998. — № 2. С. 9 - 22. - ISSN 0013-5380

41. ГОСТ 1516.1—96. Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 кВ до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции. Введ. 1999-01—01. - М. : ИПК Издательство стандартов, 1998. — 54 с.

42. Васильев А. А. Электрическая часть станций и подстанций: учеб. для вузов / А, А. Васильев, И. П. Крючков, Е. Ф. Наяшкова и др. ; под ред.

43. A. А. Васильева. 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергоатомиздат, 1990. — 576 с. : ил.

44. Неклепаев Б. Н. Удельная частота различных видов коротких замыканий / Б. Н. Неклепаев, А. А. Востросаблин // Электрические станции. — 1992, № 4. С. 50-57. - ISSN 0201-4564

45. Будовский В. П. Оперативное обслуживание сетей 110 кВ /

46. B. П. Будовский, В. М. Пасторов // Оперативное управление в электроэнергетике Электронный ресурс. — 2005. — № 1. — С. 30 — 38. —http://oue.promtransizdat.ru/content/img/nomer/2006/l l/img/OUE200501 .pdf. — Загл. с экрана.

47. Мозгалев К. В. Об эффективности заземления нейтралей автотрансформаторов через реактор или резистор / К. В. Мозгалев, Б. Н. Неклепаев, А. В. Шунтов // Электричество. 2004. — № 1. — С. 32-39. — ISSN 0013-5380

48. Фельдман М. Л. Заземление нейтралей групп однофазных автотрансформаторов и шунтирующих реакторов 500 кВ и выше / М. Л. Фельдман // Электрические станции. 1998. - № 12. - С. 46-47. -ISSN 0201-4564

49. Правила оптового рынка электрической энергии (мощности) переходного периода : утв. Правительством РФ 24.10.03 : ввод, в действие с 01.11.03. -М. : ДЕАН, 2007.-127 с.-ISBN 978-5-93630-573-3

50. Антнпов К. М. О проблеме координации уровней токов короткого замыкания в энергосистемах / К. М. Антипов, А. А. Востросаблин, В. В. Жуков,

51. E. П. Кудрявцев, И. П. Крючков, Ю. П. Кузнецов, К. В. Мозгалев, Б. Н. Неклепаев, М. В. Пиратов, А. И. Пойдо, А. В. Шунтов // Электрические станции. 2005. -№ 4. - С. 19-32. - ISSN 0201-4564

52. ГОСТ 26522—85. Короткие замыкания в электроустановках. Термины и определения. — Введ. 1986-07-01. — М. : Изд-во стандартов, 1987. — 19 с. : ил.

53. Михеев П. А. Математическая модель электромагнитного переходного процесса в электрической сети содержащей сверхпроводниковый токоограничитель индуктивного типа / В. 3. Манусов, П. А. Михеев // Электротехника. -2008. -№ 7. С. 50 - 56. - ISSN 0013-5860

54. Kalsi S. Resistive High Temperature Superconductor Fault Current Limiter / S. Kalsi. Electronic resource.: — Mode of access: http://www.ictpe.com/TPE-2006/DetailedProgram.pdf. — Title from screen

55. Stemmle M. Transient studies of Fault Current Limiters in ship power systems with PSCAD / M. Stemmle, M. Steurer, P. G. Mclaren, D. Muthumuni,

56. F. Foucher // Flux Magazine. 2005. - sept. - № 49. - P. 12 - 14.

57. Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн. — М. : «Наука». Главная редакция физико-математической литературы, 1984. 832 с. : ил. — 100000 экз.

58. Двайт Г. Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы / Г. Б. Двайт ; под ред. К. А. Семендяева ; пер. с англ. Н. В. Леви — 5-е изд. М. : Наука, 1978. - 228 с. : ил. - 75000 экз.

59. Бронштейн И. Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И. Н Бронштейн, К. А. Семендяев. — М. : «Наука». Главная редакция физико-математической литературы, 1981. — 720 е.: ил.

60. Дьяконов В. П. MathCAD 11/12/13 в математике. Справочник / В. П. Дьяконов. М. : Горячая линия - Телеком, 2007. - 952 с. - ISBN: 5-93517332-8

61. Noe М. R&D Status of Fault Current Limiters for Utility Applications / M.Noe, M. Steurer // IEEE PES General Meeting, Montreal, 19june 2006.

62. Electronic resource.: — Mode of access: http://ieeexplore.ieee.org/iel5/11204/36065 /01709166.pdf. Title from screen

63. Demonstration of a Superconducting Fault Current Limiter. — Electronic resource.: Mode of access: http://www.epri.com/attacliments/2928811009035.pdf. — Title from screen.

64. ГОСТ P 50254—92. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта электродинамического и термического действия тока короткого замыкания. Введ. 1994-01-01. — М. : Изд-во стандартов, 1993. — 58 с. : ил.

65. Usabiaga E. O. Superconducting Hybrid Fault Current Limiter: Manufacturing, Modelling and Simulations / E. O. Usabiaga, F. G. Garcia et. al. — [Electronic resource]: — Mode of access: www.ipst.org/TechPapers/2001 /lPST01Paper046.pdf. Title from screen.

66. Sokolovsky V. Transient stability of a power system with superconducting fault current limiters / V. Sokolovsky, V. Meerovich, I. Vaida. Electronic resource.: - Mode of access: http:Warxiv.org/pdfcond-mat/0701308.pdf — Title from screen.

67. Sjostrom M. Enhancement of power system transient stability using superconducting fault current limiters / M. Sjostrom, R. Cherkaoui, B. Dutoit // IEEE Transactions on Applied Superconductivity 1999. - Vol. 9 — num. 2 - P. 1328 -1358-ISSN 1051-8223

68. Жданов П. С. Вопросы устойчивости электрических систем / П. С. Жданов ; под ред. и вступ. ст. JL А. Жукова. М.: «Энергия», 1979. -456 с. : ил. - 8000 экз.

69. ГОСТ Р 52565—2006. Выключатели переменного тока на напряжения от 3 до 750 кВ. Общие технические условия. Введ. 2007-04-01. — М. : Стандартинформ, 2007. -91 с.: ил.

70. Гуревич Ю. Ф. Особенности электроснабжения предприятий с непрерывными технологическими процессами / Ю. Ф. Гуревич, JI. И. Файбисович, 3. Г. Хвощинский // Электричество. — 1990. — № 1. — С. 16-23.-ISSN 0013-5380

71. Бршов М. С. Вопросы повышения устойчивости электрической нагрузки промышленных систем электроснабжения / М. С. Ершов, А. В. Егоров // Промышленная энергетика. 1994. - № 2. - С. 20-22. - ISSN 0033-1155

72. Ершов М. С. Анализ некоторых методов повышения устойчивости электротехнических систем при внешних возмущениях / М. С. Ершов, А. В. Егоров, Ю. В. Быстрицкая // Промышленная энергетика. 2003. - № 10. — С. 25-29. - ISSN 0033-1155

73. Рожкова JI. Д. Электрооборудование станций и подстанций: учебник для техникумов 3-е изд., перераб. и доп. / JI. Д. Рожкова, В. С. Козулин. — М. : Энергоатомиздат, 1987. — 646 с. : ил.

74. Михеев П. А. Сверхпроводниковые ограничители токов: области применения и требования к параметрам / В. 3. Манусов, П. А. Михеев // Промышленная энергетика. 2008. - № 2. - С. 29-33. - ISSN 0033-1155

75. Дьяконов В. П. Simulink 4. Специальный справочник / В. П. Дьяконов. СПб: Питер, 2002. - 528 с. : ил.

76. Анохин В. В. Переменное сопротивление в MATLAB/Simulink /

77. B. В. Анохин // Exponenta Pro. Математика в приложениях. — 2003. — № 1 (1). —1. C. 91-92.

78. ГОСТ Р 52735-2007. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ. -Введ. 2008-07-01. -М. : Стандартинформ, 2007.-39 с. : ил.

79. Руководящие указания по расчёту токов короткого замыкания и выбору электрооборудования : РД 153-34.0-20.527-98 : утв. РАО «ЕЭС России» 23.03.98. М. : НЦ ЭНАС, 2006 - 152 с. - ISBN: 5-93196-081-3

80. Fault Current Limiters. Report on the Activities of CIGRE WG A3.10 / CIGRE Working Group 13.10. — Electronic resource.: — Mode of access: http://www.ewh.ieee.org/soc/pes/switchgear/Presentations/CigreWGA310 paper.pdf. Title from the screen.

81. Larbalestier D. Power Applications of Superconductivity in Japan and Germany / D. Larbalestier et. al. [Electronic resource]: - Mode of access: http://www.wtec.org/loyola/pdf /scpa.pdf. — Title from the screen.

82. Kalsi S. HTS Fault Current Limiter Concept / S. Kalsi, A. Malozemoff. -Electronic resource.: Mode of access: www.amsc.com/products/htswire/documents/ FCLConcept0604.pdf. Title from the screen.

83. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. — Введ. 1999-01-01. М. : Стандартинформ, 2006. — 35 с.: ил.

84. Алиев И. И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию: учеб. пособие для вузов / И. И. Алиев. — 2-е изд., доп. — М. : Высш. шк., 2000. 255 е., ил.

85. Михеев П. А. К вопросу о применимости сверхпроводниковых токоограничителей в нейтралях электрических сетей 6 — 35 кВ / В. 3. Манусов, П. А. Михеев // Электро. 2007. - № 5. - С. 23-26. - ISSN 1995-5685

86. Ульянов С. А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. Учеб. для электротехнических и энергетических вузов и фак. / С. А. Ульянов. М. : «Энергия», 1970. — 520 с. : ил.

87. Басова Т. Ф. Экономика и управление энергетическими предприятиями: учеб. для студ. высш. учеб. заведений / Т. Ф. Басова,

88. E. И. Борисов, В. В. Болотова и др. ; под ред. Н. Н. Кожевникова. — М. : Издательский центр «Академия», 2004. 432 с.

89. Самсонов В. С. Экономика предприятий энергетического комплекса: учеб. для вузов / В. С. Самсонов, М. А. Вяткин — М. : Высш. шк., 2001.-416 с. : ил.

90. Колтынюк Б. А. Инвестиционные проекты: учеб. / Б. А. Колтынюк ; изд. 2-е СПб. : Изд-во Михайлова В. А., 2002. - 622 с.

91. Сценарные условия развития электроэнергетики на 2008 — 2011 гг. с перспективой до 2015 года / Агентство по прогнозированию балансов в электроэнергетике : утв. РАО «ЕЭС России» 02.04.07.

92. Прайс-лист на токоограничивающие реакторы компании ЧП «ЭЛТИЗ» Электронный ресурс. — Режим доступа : www.eltiz.ulcrbiz.net. — Загл. с экрана.

93. Прайс-лист на вакуумные выключатели компании ООО «БЭСТЭР» Электронный ресурс. Режим доступа : www.bester54.ru. - Загл. с экрана.

94. Прайс-лист на кабельно-проводниковую продукцию компании ООО «Мицар» Электронный ресурс. Режим доступа : www.mitsar.ru. — Загл. с экрана.