автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка секционированной конденсаторной установки повышенной надежности для сети горного предприятия с вентильной нагрузкой

На правах рукописи

АСАФОВ ВАГИФ НАЗИР-оглы

РАЗРАБОТКА СЕКЦИОНИРОВАННОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ УСТАНОВКИ ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТИ ДЛЯ СЕТИ ГОРНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ С ВЕНТИЛЬНОЙ НАГРУЗКОЙ

Специальность 05.09.03 - "Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-П етербург 1995

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте им.Г.В.Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель - доктор технический наук, профессор АБРАМОВИЧ Борис Николаевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ОРЛОВ A.B. кандидат технических наук, старший научный сотрудник ЖДАНОВ Е.В.

; \ ' 1 \

Ведущее предприятие: НПЦ "Ленгормет"

Защита состоится " ^ " 1995 года

в ■/.5' час мин. на заседании специализированного

Совета К.063.15.04 в Санкт-Петербургском государственном горном институте им.Г.В.Плеханова по адресу: 199026, г.Санкт-Петербург,21 линия, д.2, ауд.К <£Л /у .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института им.Г.В.Плеханова. .

Автореферат разослан " ««■£ " 1995 г.

Ученый секретарь специализированного JC овет^ доцент

Б.Г.Анискин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

На современном этапе развитая предприятия горной промышленности (ПГП) являются значительными потребителями реактивной мощности (РМ). Потребляемая ПГП РМ в часы максимума нагрузки энергосистемы может превышать суммарную активную мощность. Величина на шинах главных

понизительных электроподстанций (ГПП) при отключенных средствах компенсации реактивной мощности (КРМ) составляет 0,8 - 1,2 и обусловлена потреблением РМ в первую очередь асинхронными двигателями и силовыми трансформаторами.

Задача КРМ на ПГП усложняется широким внедрением на основных машинах и механизмах вентильного электропривода. Вследствие этого в сетях ПГП появились высшие гармонические тока и напряжения, что снизило качество электроэнергии и надежность электроснабжения.

Для КРМ на ГПП и распределительных пунктах ПГП преимущественно применяются секционированные

конденсаторные установки (СКУ), число ступеней которых определяется ступенчатостью суточных графиков потребления РМ и заданной точностью КРМ. Снижение искажений кривой тока и напряжения, вызванных наличием в сети высших гармонических составляющих достигается применением многофункциональных фильтро-компенсирующих установок (ФКУ), которые также генерируют РМ промышленной частоты. ФКУ могут выполняться одно-, двух- и многочастотными.

Вследствие общеизвестных достоинств СКУ являются одними из самых предпочтительных средств КРМ на ПГП. Отдельные конденсаторные батареи (КБ), входящие в состав СКУ, по данным изготовителей являются высоконадежными элементами со сроком службы от 15 до 30 лет. Однако фактический срок службы КБ в составе СКУ на ПГП не превышает 3-5 лет, а в отдельных случаях 1-1,5 года.

Преждевременный выход из строя КБ и коммутирующей их аппаратуры вызван перегрузками по току и напряжению, обусловленными низким качеством электроэнергии на шинах ГПП, резонансными явлениями на частотах гармоник, генерируемых вентильными электроприводами и сверхтоками, возникающими при включении параллельных секций СКУ.

Актуальность исследований, связанных с работой КБ в сети, содержащей вентильную нагрузку, а также в условиях большого числа переключений отдельных секций КУ подчеркивается в работах ведущих ученых в данной области, в том числе в

публикациях И.В.Жежеленко, Ю.С.Крайчика, Л.А.Кучумова, Я.Ю.Солодухо, А.М.Берковского, Г.С.Кучинского,

В. Г1. Ермуратского, В.П.Ильяшова, Д.Бредли, П.Боджера, Дж.Ариллаги, З.Цока и др.

Исходя из изложенного, разработка СКУ повышенной надежности для сетей горных предприятий с вентильной нагрузкой является актуальной научно-технической задачей. При решении этой задачи должен быть рассмотрен ряд вопросов, включающий ограничение перегрузок КБ по току и напряжению до допустимых уровней, рациональное распределение подлежащей компенсации РМ между СКУ, синхронными двигателями и ФКУ, рациональное размещение ФКУ и конденсаторных установок в сети горного предприятия.

Целью диссертационной работы является разработка секционированной конденсаторной установки повышенной надежности для сетей горных предприятий с вентильной нагрузкой и фильтро-компенсирующими установками.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- анализ параметров системы электроснабжения (СЭС) и режимов потребления реактивной мощности ПГП;

- разработка обобщенной математической модели СЭС с учетом параметров вентильной нагрузки, СКУ и ФКУ;

- исследование амплитудно-частотных характеристик входного сопротивления СЭС ПГП с целью выявления диапазонов частот, в пределах которых имеют место последовательные и параллельные резонансы;

- выявление уровней перегрузок СКУ током и напряжением высших гармонических;

- исследование переходных процессов при включении секции СКУ и разработка рекомендаций по ограничению сверхтоков;

- разработка методики определения основных схемно-техни-ческих решений при проектировании СКУ повышенной надежности.

Идея работы заключается в выявлении и учете влияния определяющих параметров системы электроснабжения и потребителей электроэнергии на перегрузки СКУ по току и напряжению и ограничении их схемн о-техническими методами на допустимом уровне.

Методы исследования. В работе использованы следующие методы исследования: методы эквивалентирования сложных электрических систем; частотный анализ параметров и режимов СЭС; численные методы решения систем алгебраических и дифференциальных уравнений с автоматическим изменением шага

интегрирования; математическое моделирование режимов в СЭС; экспериментальное определение параметров и показателей режимов электрооборудования и систем электроснабжения приборами непосредственной оценки и осциллографирую-щими приборами.

Научная новизна работы представлена следующими положениями:

- разработана обобщенная математическая модель для оценки показателей несинусоидального режима работы СЭС горного предприятия с включением частичных емкостей высоковольтных кабельных линий, также активных сопротивлений элементов распределительной сети;

- выявлены параметры и характеристики суточных графиков нагрузки, как объекта регулирования РМ с заданной точностью;

- установлены диапазоны частот последовательных и параллельных резонансов между емкостью подключенной части СКУ и индуктивностью предвключенной сета;

- определены кратности токовых перегрузок секционированных КУ высшими гармоническими составляющими;

- установлены закономерности смещения резонансных частот при изменении таких независимых параметров, как опротивление питающей сети, мощность СКУ, подключенная мощность инейной нагрузки предприятия, а также длины участковых линий электропередачи, топология распределительной сети, частоты настроек и мощность ФКУ;

- предложен метод расчета переходного процесса включения параллельной секции конденсаторной установки путем разделения всего процесса на три составляющие: высокой, средней и промышленной частоты;

- разработана концепция выбора на стадии проектирования основных параметров секционированной конденсаторной установки повышенной надежности, достигаемой путем ограничения перегрузок батарей конденсаторов в установившемся и переходном режимах на допустимом уровне.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, близкой сходимостью расчетных и опытных данных.

Практическая ценность работы состоит в том, что:

- определены число и мощности ступеней СКУ горных предприятий;

- разработана программа, позволяющая проводить расчеты несшгусоидальньгх режимов, определить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) входного сопротивления сети и выявить

кратности токовых перегрузок СКУ в условиях сети ПГП, содержащей вентильную нагрузку;

- обоснованы способы смещения резонансных частот посредством изменения независимых параметров сети;

- разработана методика определения индуктивности реакторов, ограничивающих ток включения СКУ до допустимого уровня;

- обоснована и практически реализована схема и приборное обеспечение для регистрации высокочастотного процесса включения секций СКУ.

Положения, выносимые на защиту.

1. Обобщенная математическая модель системы электроснабжения горного предприятия с вентильной нагрузкой, СКУ и ФКУ, позволяющая адекватно установить показатели несинусоидального режима работы сети. Точность отображения объекта моделью достигается тем, что учитываются активные сопротивления всех элементов сети и емкости линий электропередачи на землю и между отдельными фазами. Универсальность модели базируется на результатах анализа топологии и параметров СЭС горных предприятий, что дало возможность представить линейную нагрузку в виде совокупности четырех групп электроприемников, питающихся от шин ГПП 6-10 кВ, нелинейную нагрузку - источниками токов высших гармонических, СКУ - в виде базовой и трех регулируемых секций, соотношение мощностей которых составляет (0,4 - 0,6): 0,1:0,1:0,1 относительно максимальной РМ, потребляемой в часы наибольших нагрузок энергосистемы.

2. Установленные закономерности изменения кратности перегрузок секций СКУ в установившемся режиме в зависимости от вариации сопротивления питающей сети, числа и мощности включенной части СКУ, мощности нагрузки, емкостей линий электропередач на землю и между фазами, топологии распределительной сети, частот настроек и мощностей звеньев ФКУ, а также закономерности смещения резонансных частот в область, несовпадающую с диапазоном частот кононических высших гарнонических, генерируемых вентильными

преобразователями.

3. Выявленные закономерности изменения величины тока коммутации отдельных секции СКУ от вариации параметров конденсаторов, ошиновки, предвключенной сети и индуктивности токоограничивающего реактора.

Метод определения токов включения параллельных секций конденсаторной установки, путем представления переходного тока в виде совокупности трех независимых составляющих высокой, средней и промышленной частот.

4. Концепция выбора на стадии проектирования основных параметров секционированных конденсаторных установок повышенной надежности и размещения их в сети горного предприятия, базирующаяся на анализе АЧХ входного сопротивления сети, оценке параметров токов коммутации отдельных секций и выборе технических средств, ограничивающих перегрузки конденсаторных батарей на допустимом уровне.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на Ш и XI международных конференциях "Автоматизация в горном деле" 1САМС (Острава, 1990т.; Екатеринбург, 1992 г.), VI научно-технической конференции "Технико-экономические проблемы оптимизации режимов электропотребления промышленных предприятай"(Челябинск, 1991 г.), в I и П международных симпозиумах "Автоматическое управление энергообъектами ограниченной мощности" (Ленинград, 1991 г., Санкт-Петербург, 1992 г.), на конференции молодых ученых "Автоматизация и механизация горных работ" (Санкт-Петербург, СПГГИ, 1994 г.), а также на семинарах кафедры электротехники и электроснабжения горных предприятий Санкт-Петербургского горного института.

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть статей.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 109 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка, 14 таблиц, список литературы из 108 наименований и 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Неравномерность графиков реактивной нагрузки горных предприятий обуславливает применение в целях КРМ секционированных конденсаторных установок. Однако, широкое внедрение в электросетях горных предприятий вентильных преобразователей - генератороввысших гармонических вставляющих, а также сверхтоки включения параллельных секций КУ, затрудняют надежную работу КБ. Учет вышеизложенных факторов обуславливает необходимость принятия дополнительных мер для повышения надежности СКУ, используемых в :етях ПГП с вентильной нагрузкой.

В работе дана краткая характеристика научно-технических фоблем создания и проектирования КУ для сетей ПГП, юдержащих тиристорные электроприводы. Представлен обзор ювременных исследований гармонического состава токов и спряжений в СЭС горных предприятий и переходных процессов в ЗКУ.

В частности показано, что правильный выбор и размещение средств КРМ в условиях ПГП с вентильной нагрузкой и ФКУ требует предварительного рассмотрения круга вопросов, учитывающих особенности электросетей горных предприятии, а именно:

- значительные пределы варьирования параметров систем электроснабжения ПГП (мощность к.з. питающей системы, число и мощность понижающих трансформаторов, подключенные мощности линейных и нелинейных нагрузок, длины отходящих линии и т.д.) обуславливают необходимость определения границ изменения независимых параметров;

-для установления числа и мощности ступеней С КУ должен быть произведен анализ суточных графиков потребления РМ горными предприятиями;

- должны быть созданы методики: определения диапазонов резонансных частот, входящих в интервал наиболее опасных порядков гармоник, генерируемых вентильными реобразователями; определения и выбора параметров устройств защиты секции КУ от бросков тока включения; принятия основных схемно-технических решений при проектировании СКУ для сети ПГП, содержащей вентильную нагрузку.

Обобщенная математическая модель системы электроснабжения горного предприятия с вентильной нагрузкой, СКУ и ФКУ

Выявление закономерностей изменения перегрузок секции конденсаторной установки в установившемся режиме в зависимости от вариации основных параметров СЭС и нагрузки производилась методов математического моделирования с уровня обобщенной однолинейной схемы электроснабжения горного предприятия, которая создавалась на основе анализа схем распределительных сетей ряда ПГП.

В состав обобщенной схемы в качестве пассивных элементов входят: 4 совокупности линейных электроприемников, в том числе присоединенные: непосредственно к шине ГПП; к шине ГПП через понижающий трансформатор; непосредственно к шине распределительной подстанции (РП) и к шине РП через понижающий трансформатор, а также ФКУ и секционированная КУ. Активные элементы схемы состоят из источника синусоидального напряжения основной частоты и источников токов высших гармоник. Соотношение между мощностями вышеуказанных 4-х совокупностей приблизительно

составляет 0,10:0,17:0,34:1,0.

Составлена обобщенная схема замещения распределительной

сети горного предприятия для частоты г-i'i гармоники, где учтены активные сопротивления всех элементов, а также продольные активные и индуктивные и поперечные емкостные сопротивления высоковольтных и низковольтных отходящих линий исходя из максимальной длины высоковольтных линий на территории ПГП до 12 км. низковольтных - до 1,5 км. Источник высших гармоник представлен в виде источников токов 5-, 7-, 11-, 13-, 17-, 19-, 23-, 25-, 29- и 31-ой гармоник. Действующие значения токов отдельных гармоник, генерируемых вентальными преобразователями предприятия, т.е. токи источников токов по схеме, приняты максимально возможными, в соответствии со схемой преобразования.

На основе анализа параметров СЭС горных предприятий определены пределы варьирования элементов, входящих в обобщенную схему электроснабжения. В частности показано, что мощность трехфазного короткого замыкания на шинах ГПП предприятия 6 кВ может меняться в пределах (50 - 300) МВА; мощность таристорных приводов крупных машин - (1,6 - 10) МВА: мощность ФКУ - (1,4 - 8,7) Мвар; мощность секционированных КУ - (до 12) Мвар.

Выполнен анализ параметров суточных графиков потребления PV1 и получен обобщенный график потребления ПГП реактивной мощности.

Установлено, что независимо от потребляемой РМ при отключенных средствах КРМ в часы максимума энергосистемы с точностью до 10% суточный график потребления РМ может быть представлен четырехступенчатым: первая ступень, Qf - базисная, остальные три AQ2, AQi,- ступени регулирования. Значения мощностей ступеней составляют

Qf = С0,5- 0,7)2 0,lQM<AQi<02QM,

где ()ч -максимальная величина РМ. потребляемой предприятием в часы максимума нагрузки энергосистемы при отключении ИРМ.

Показано, что заданная точность КРМ может быть обеспечена путем ступенчатого регулирования батарей конденсаторов и главного регулирования тока возбуждения синхронных двигателей (СД) предприятия.

Мощности регулирования СКУ приняты AQ, =0,1, относительно величины QM, где i = 3 - число ступеней регулирования. Плавно регулируемая часть РМ составляет8 Qt <0,1 o.e. Определено,что располагаемой РМ СД горного предприятия достаточно для обеспечения требуемой точности КРМ.

Выполненные оценки позволили рассматривать в качестве обобщенной математической модели зависимость входного сопротивления СЭС относительно шин 6 кВ ГПП от вариации параметров СЭС, топологаи и степени обобщенности структуры сети, нагрузки и частоты соответствующей гармонической.

Модуль входного сопротивления СЭС относительно шин 6 кВ ГПП, на основе предложенной схемы замещения рассчитывается по выражению

ZBX = f (Г1, Г2, ГЗ, Г4, Ха, Хь.фку,

Хс.фку7 Рфку/ Хс.ску 1 §кт/ Риг/ ^ ) /

где Г1,Г2, ГЗ, Г4 -операторы преобразования схем совокупностей электроприемников;

Xs - индуктивное сопротивление фазы питающей сети при промышленной частоте; Xl. фку / Хс. фку I Яфку - фазные индуктивное, емкостное и активное сопротивление при промышленной частоте;

SKr, Риг -число фаз выпрямления и мощность вентильного преобрзователя;

V - порядок расчетной гармоники.

Закономерности изменения кратности перегрузок секций СКУ в установившемся режиме и смещения резонансных частот

Для выявления закономерностей изменения кратности перегрузок секций СКУ в установившемся режиме и смещения резонансных частот в область, несовпадающую с каноническими высшими гармоническими вентильных преобразователей разработаны алгоритм и программа моделирования < использованием обобщенной модели СЭС горного предприятия Программа моделирования позволяет определить АЧХ входногс сопротивления и выявить нагрузки секций конденсаторньн установок во всем диапазоне вериации независимых параметра СЭС, и содержит подпрограммы, осуществляющие:

- эквивалентирование схем присоединения каждой из четырех

совокупностей линейных нагрузок в учетом параметров участковых трансформаторов и линий электропередач;

- расчет эквивалентного сопротивления последовательно и параллельно соединенных нагрузок, линий и трансформаторов, в комплексной форме;

- определение параметров схемы замещения линейных нагрузок, ФКУ и СКУ на основе данных об их мощностях;

- преобразование обобщенной структуры системы электроснабжения к структуре, минимизированной для определения АЧХ.

Выполнено исследование несинусоидальных режимов СЭС в принятом диапазоне вариации независимых параметров и определены амплитудно-частотные характеристики входного сопротивления сети относительно шины ГПП. Выявлены АЧХ при отключенных и включенных СКУ и ФКУ. Установлено влияние на форму АЧХ параметров сети, нагрузки, СКУ и ФКУ. Показано, что:

- в диапазоне 5 < V < 31, характеризующемся наибольшими значениями токов источников токов высших гармонических всегда имеет место полюс, вызванный в основном емкостью СКУ и индуктивностью сети;

- при значительных длинах участковых линий электропередачи, а также большой разветвленноста распределительной сети, АЧХ входного сопротивления имеет два полюса, попадающие в диапазон 5< V < 31. Второй полюс обусловлен в наибольшей степени эквивалентной емкостью утечки участковых ЛЭП на землю;

- рост мощности СКУ приводит к смещению положения первого полюса в сторону низших частот (кривые 1 и 2 на рис. 1);

- увеличение расчетной нагрузки способствует снижению 7лх на частотах полюсов и не меняет положения частот параллельных и последовательных резонансов;

- уменьшение сопротивления питающей сети Хв обуславливает смещение положения полюса в сторону более высоких частот, что позволяет рассматривать снижение Хэ - как путь ограничения резонансных перегрузок СКУ (кривые 1 и 3 на рис.1), однако при этом должна быть проверена устойчивость работы СЭС;

- включение ФКУ способствует снижению модуля входного сопротивления только вблизи частоты его настройки;

- нули АЧХ входного сопротивления сети находятся вне диапазона V < 25, что свидетельствует о том, что при работе наиболее распространенных в сетях горных предприятий 6- и 12- пульс-ных мостовых преобразователей СКУ не могут существенно перегружаться по напряжению последовательного резонанса;

Рис.1. АЧХ вводного сопротивления сети

1 - при QcKy = 225 квар, Xs = 1,0 Ом,

2 - при QcKy = 2250 квар, Xs = 1,0 Ом,

3 - при QcKy = 225 квар, Xs = 0,5 Ом.

- учет параметров ЛЭП позволяет установить дополнительные полюса и нули АЧХ. Пренебрежение данными параметрами при определенных режимах и конфигурации сети может вносить погрешность в расчет перегрузок СКУ до 70%.

Величина погрешности, вызванной неучетом активных сопротивлений элементов СЭС в нерезонансных режимах в диапазоне варьирования параметров сети горного предприятия может составлять 1,5 - 5,0%.

Определены уровни перегрузок СКУ токами высших гармонических в диапазоне изменения независимых параметров. Получены кривые зависимости полных токовых перегрузок СКУ от ее мощности и независимых параметров. Показано, что:

- в режиме холостого хода линейной нагрузки СКУ в большей степени перегружается по току высших гармонических;

- при проектировании СКУ необходимо производить проверку секций по допустимой токовой нагрузке в режиме, близком к холостому ходу, в том числе и при отключении отдельных определяющих электроприемников;

- перегрузки СКУ по току при определенных режимах могут превышать в 20 и более раз номинальные значения. Их эффективное ограничение может быть осуществлено схемно-

техническими решениями, в том числе изменением мощности СКУ, сопротивления питающей системы и применением защитных реакторов.

Параметры токов включения параллельных секций конденсаторных установок

Для выявления закономерностей изменения величины тока коммутации отдельных секций СКУ от вариации параметров конденсаторов, ошиновки, предвюпоченной сети и токоогра-ничивающего реактора разработан метод представления переходного тока в виде совокупности трех независимых составляющих: высокой П = (30-50)кГц, средней П = (3-40) кГц и промышленной частоты. Высокочастотная составляющая определяется параметрами включаемой секции и емкостью подключенной части СКУ, составляющая средней частоты -параметрами питающей сети и емкостями включенной и включаемой секций СКУ. Выполнена проверка адекватности предложенного метода определения тока включения с использованием программы, разработанной и апробированной во Всероссийском электротехническом институте.

При выполнении проверки адекватности производилось числен ное решение системы жестких дифференциальных уравнений, описывающих работу СКУ при коммутации, с шагом интегрирования 1,5-20 мкс, обеспечивающим графическое воспроизведение высокочастотной составляющей. Установлено, что погрешность определения тока включения параллельных секций СКУ методом разделения его на три составляющие не превышает 10%.

Показано, что максимальное значение высокочастотной соста-ляющей соответствует наибольшим емкостям секций и для принятого диапазона мощностей СКУ может превышать более, чем в 500 раз номинальный ток включаемой секции.

Активное сопротивление секций СКУ (Яску) обуславливает затухание указанной составляющей не более, чем за пять периодов собственной частоты, или за интервал времени, не более, чем полупериод составляющей средней частоты. Вышеназванные две свободные составляющие переходного процесса отличаются друг от друга по частоте более, чем в 15-20 раз. Амплитуда высокочастотной составляющей значительно превышает

амплитуду низкочастотной составляющей.

Установлено, что вариация параметров питающей СКУ сети приводят к изменению максимального тока включения лишь на 7%.

Активное сопротивление секций СКУ практически не оказывает влияния на величину всплеска тока включения и частоты Г1. Так, при изменении активного сопротивления секции в 10000 раз, максимальное значение тока включения меняется лишь на 12%. Однако активные сопротивления сети секции СКУ должны быть учтены при определении времени затухания высокочастотной составляющей. При увеличении Иску в 10000 раз, время затухания составляющей с частотой П сократилась в 10 раз.

Выявлена зависимость максимального тока включения параллельной секции СКУ от величины индуктивности, последовательно включенной с коммутируемой секцией. Разработана методика расчета индуктивности ограничивающих реакторов (ОР) для защиты регулируемых секций СКУ с учетом изменения мощности ее ступеней.

Показано, что величину индуктивности ОР можно определить из выражения:

_2п2-АгагяЬ1,кщС„ь,{п +1)2 " А2а>\Сс(кчп(п + \)

где п - отношение емкостей ранее работающей и

подключаемой секций;

А - допустимая кратность тока включения;

й)п - круговая промышленная частота ЬС1кц. и Сс!кц. - эквивалентная индуктивность и емкость включаемой секции.

Получены зависимости индуктивности ОР от мощностей базовой и включаемой секции.

Концепция выбора основных параметров секционированной конденсаторной установки повышенной надежности

Разработана концепция проектирования СКУ повышенной надежности. Концепция базируется на выявлении и учете влияния всех определяющих параметров СЭС и электроприемников на перегрузки СКУ по току и напряжению, и ограничении их схемно-техническими методами на допустимом уровне. В соответствии в вышеназванной концепцией рекомендуемая схема ГПП с СКУ и ФКУ имеет вид, показанный на рис.2.

Ограничение токов в установившемся режиме на допустимом уровне производится путем корректного выбора числа и параметров ФКУ, обеспечивающих снижение перегрузок, и изменение параметров питающей и распределительной сети, при

которых достигается несовпадение резонансных частот СЭС с каноническими высшими гармоническими вентильных преобразователей. Снижение токов включения параллельных секций достигается соединением последовательно с каждой секцией токоограничивающих реакторов с индуктивностью 0,02 - 0,08 мГн.

Рис.2. Рекомендуемая схема узла главной понизительной подстанции с СКУ и ФКУ (ЛН - эквивалентная линейная нагрузка; ИГ - источник гармоник; ОР - ограничительный реактор).

лгоритм выбора основных параметров СКУ повышенной адежности предусматривает:

- анализ исходных данных (величина РМ, подлежащая эмпенсации, показатели суточного графика реактивной нрузки предприятия, суммарной располагаемой РМ синхронных $игателей, мощности и типов тиристорных преобразователей);

- составление схемы замещения СЭС предприятия для неси-/соидального режима;

- определение мощностей и частот настроек ФКУ, по критериям допустимости их перегрузок по току и напряжению и )фективного погашения высших гармонических;

- выбор мощностей базовой ступени и ступеней регулирования СУ;

- определение РМ синхронных двигателей, необходимой для плавного регулирования потребления реактивной мощности;

- размещение средств КРМ в сети предприятия.

Дана оценка целесообразности переключения фильтров отечественного производства Ф5, Ф7, Ф11 и Ф13 (номинально напряжение фильтров - 10 кВ) со схемы звезда в схему треугольник

Показано, что такое преобразование схемы соединения фильтра может быть осуществлено при условии использовани данного оборудования в сети с номинальным напряжением н выше 6,3 кВ и при уровне напряжения на питающей шине не выш 110% от номинального.

С целью подтверждения теоретических положений были прове дены экспериментальные исследования с использование приборов непосредственной оценки, запоминающег

осциллографа и безындукционного шунта. Регистрацк осциллограмм несинусоидального режима работы и режиме коммутации секций СКУ произведены в производстве № 1 АО "Гранит-Кузнечное", АО "Татнефть" и лаборатории кафедры _ ЭЭГП Санкт-Петербургского горного институт Полученные осциллограммы для КБ различных мощностей различных режимов работы источников гармоник сопоставляли) с результатами расчетов по предложенным в работе методика! Наибольшая погрешность расчета составила 9 - 15%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты диссертационной работы заключаются следующих теоретических и методологических положениях:

- на основе анализа систем электроснабжения ряда горных предприятий составлена обобщенная однолинейн принципиальная схема электроснабжения предприятия горн промышленности и соответствующая ей схема замещения с учете практически всех элементов сети, влияющих на ее режим работ Разработанная схема замещения отличается от ран используемых тем, что является универсальной для гори предприятий с точки зрения топологии. Кроме того, при составлении были учтены емкости относительно земли междуфазные участковых ЛЭП и активное сопротивление всех элементов сети. Получен обобщенный график потреблен реактивной мощности и определены рациональные мощное ступеней регулирования секционированной конденсаторн установки;

- разработана обобщенная математическая модель СЭС ПГ1

/четом параметров вентильной нагрузки, СКУ и ФКУ, на основе <оторои моделируются несинусоидальные режимы работы СЭС;

- выявлены закономерности изменения диапазонов резонансных гастот от мощности СКУ, сопротивления питающей сети, мощности линейной нагрузки, параметров ФКУ, числа и длин участковых линий и топологии схемы электроснабжения. Показано, что рост мощности СКУ обуславливает смещение толюса АЧХ входного сопротивления сети в сторону низших гастот. Снижение сопротивления питающей сети также может 5ыть рассмотрено одним из возможных путей расстройки толюсов. При этом должна быть проверена устойчивость работы СЭС. В условиях значительной разветвленности распределительной сети и протяженности участковых ЛЭП, учет емкостей этносительно земли и междуфазных емкостей линий при расчете несинусо-идальных режимов обязателен, так как пренебрежение указанными емкостями может привести к погрешности до 70%;

- установлено влияние независимых параметров сети на уровни перегрузок СКУ токами высших гармонических; показано, что перегрузки СКУ токами высших гармонических составляющих максимальны в режиме холостого хода линейной нагрузки и в условиях ПГП могут достигать 20-кратных номинальных значений;

- предложен метод определения тока включения параллельной КБ разделением всего переходного процесса на три составляющие - высокой, средней и промышленной частоты. Свободные составляющие тока включения по частоте отличаются друг от друга в 15-20 раз. Пиковое значение броска тока может превышать номинальный ток включаемой секции в 500 и более раз.

Практические результаты работы заключаются в том, что:

- разработана методика расчета АЧХ входного сопротивления сети и перегрузок СКУ в несинусоидальном установившемся режиме работы.Предложены пути смещения частот полюсов АЧХ входного сопротивления сети, в том числе изменение мощности СКУ и сопротивления питающей системы;

- разработана методика определения индуктивности ограничивающих реакторов, предназначенных для защиты секций СКУ от бросков тока включения. Приведены зависимости индуктивности ограничивающего реактора от соотношения мощностей секций и суммарной мощности СКУ;

- разработана концепция выбора на стадии проектирования основных параметров СКУ повышенной надежности, достигаемой путем ограничения перегрузок батарей конденсаторов в установившемся и переходном режимах на допустимом уровне;

- доказана принципиальная возможность переключения филь-

тров Ф5, Ф7, ФП, Ф13 с номинальным напряжением 10 кВ от схемы соединения в "звезду" в схему "треугольник". Показано, что такое переключение технически оправдано при использовании указанных фильтров в сета с номинальным напряжением не выше 6,3 кВ.

Разработанная методическая и техническая основа выбора параметров СКУ для ПГП позволяет повысить надежность КБ путем уменьшения перегрузок их токами высших гармонических и защиты от коммутационных бросков тока.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов работы при проектировании шахты "Северная Глубокая" объединения "Печенганикель" составил 42,5 млн.рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Шклярский Я.Э., АсафовВ.Н. Проблемы, возникающие при использовании вакуумных выключателей в шахтной сети. Сборник докладов на Ш международной конференции ICAMC, Острава, 1990 г., с.461-465.

2. Абрамович Б.Н., Шклярский ЯЗ., Асафов В.Н. Оценка перенапряжений и ударов тока при коммутации поперечных конденсаторов для компенсации реактивной мощности. - Тезисы докладов на VI научно-технической конференции "Технико-экономические проблемы оптимизации режимов электропотребления промышленных предприятий", Челябинск, 1991 г., с.45.

3. Асафов В.Н., Шклярский ЯЗ. Анализ переходных процессов при коммутации конденсаторных батарей. - Тезисы докладов на I международном симпозиуме "Автоматическое управление энергообъектами ограничивающей мощности", Ленинград, 1991 г., с.30-31.

4. Асафов В.Н., Шклярский ЯЗ. К вопросу о коммутации в сети среднего напряжения. - Сборник докладов XI международной конференции ICAMC, Екатеринбург, 1992 г., с. 148-149.

5. Асафов В.Н. Перегрузки по току в элементах конденсаторных установок, возникающие при коммутации отдельных секций. - Тезисы докладов на П международном симпозиуме "Автоматическое управление энергообъектами ограниченной мощности", Санкт-Петербург, 1992 г., с.54-55.

6. Асафов В.Н. Частотные и энергетические характеристики системы электроснабжения с секционированной конденсаторной установкой. - Тезисы докладов на конференции молодых ученых "Автоматизация и механизация горных работ", Санкт-Петербург, СПГИ, 1994 г., с.З.