автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Совершенствование систем электроснабжения электрических станций при их реконструкции и продлении ресурса

На правах рукописи

ЛАПИДУС Александр Анатольевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ ПРИ ИХ РЕКОНСТРУКЦИИ И ПРОДЛЕНИИ РЕСУРСА

Специальность 05.14.02 - Электростанции и электроэнергетические

системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2004

Работа выполнена на кафедре «Электрические станции и автоматизация энергетических систем» в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Черновец Александр Кузьмич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Гук Юрий Борисович кандидат технических наук Мельничников Сергей Александрович

Ведущая организация: ФГУП Санкт-Петербургский институт

Атомэнергопроект (СПбАЭП)

Защита состоится 26 ноября_2004 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета К 212.229.02 в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, в ауд. 325 главного здания.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Автореферат разослан

$- 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета К 212.229.02 кандидат технических наук

Терешкин А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. На сегодняшний день целый ряд энергоблоков отечественных электростанций выработал свой временный ресурс эксплуатации, заложенный при проектировании. В связи с этим остро встает вопрос о возможности продолжения работы этих энергоблоков, возникает необходимость мероприятий, направленных на их реконструкцию и продление ресурса. Особенно это актуально для атомных элекгростанций, предъявляющих повышенные требования по надежности и безопасности эксплуатации.

Одной из составляющих реконструкции электростанции является совершенствование системы ее электроснабжения, т.е. системы собственных нужд (СН). Основные электрические процессы, протекающие в системах электроснабжения электростанций, — короткие замыкания, самозапуск и пуск электродвигателей, совместный выбег турбогенератора с нагрузкой СН — существенно влияют на надежность, безопасность и экономичность функционирования всей электростанции в целом. Поэтому вопросы, связанные с процессами в системах собственных нужд электростанций, весьма актуальны.

Целью диссертационной работы являются определение, разработка и исследование направлений совершенствования систем СН электростанций различного типа, обеспечивающих продление ресурса электростанций, а также создание методик расчета основных процессов в сетях СН применительно к современным директивным материалам и современному оборудованию систем СН.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:

В области теоретических исследований:

-разработка математической модели нагрева жил кабелей СН при протекании по ним токов КЗ;

- исследование на данной математической модели теплового спада тока в

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

цепях, содержащих кабельные линии;

- исследование математической модели самозапуска асинхронных электродвигателей механизмов СН.

В области методической:

-создание методики учета теплового спада тока при расчете температур нагрева жил кабелей после КЗ;

- создание методики выбора кабелей и автоматических выключателей в сетях недвигательной нагрузки 0,4 кВ;

- создание методики определения фазы остаточного напряжения асинхронных электродвигателей относительно напряжения резервного источника при самозапуске.

В области практической реализации:

- расчет токов короткого замыкания в сетях СН АЭС, ТЭС и ГЭС, температур нагрева жил кабелей СН, процесса самозапуска электродвигателей СН, процесса совместного выбега электродвигателей с турбогенератором;

-разработка перечня мероприятий, направленных на совершенствование системы СН и обеспечивающих продление ресурса электростанций различного типа;

- анализ схем собственных нужд АЭС, ТЭС и ГЭС и выдача рекомендаций по их изменению для повышения надежности работы электростанции в целом;

-создание программного комплекса по автоматизированному выбору оборудования в сетях недвигательной нагрузки 0,4 кВ.

Для решения перечисленных задач используются следующие методы:

- метод эквивалентных преобразований для расчета электрической цепи в комплексной форме;

- математические методы решения дифференциальных уравнений первого порядка;

- математическое моделирование переходных процессов на основе системы уравнений Парка-Горева;

- численное интегрирование методом последовательных интервалов системы дифференциальных уравнений движения асинхронных электродвигателей;

- объектно-ориентированное программирование в среде Microsoft Access на языке Visual Basic for Applications.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем.

Проведено исследование систем электроснабжения АЭС, ТЭС и ГЭС с позиции реконструкции электростанций и продления их ресурса.

Исследован вопрос учета теплового спада тока при КЗ за отрезком кабельной линии.

Создана методика расчета разности фаз остаточного напряжения асинхронного электродвигателя и питающего напряжения резервного источника при самозапуске в зависимости от длительности перерыва питания.

Даны теоретические и расчетные обоснования техническим мероприятиям по совершенствованию систем электроснабжения электрических станций.

Разработана и реализована на ЭВМ новая методика выбора кабелей и автоматических выключателей при проектировании сетей 0,4 кВ для электрификации зданий и сооружений электростанций.

Практическая ценность и внедрение результатов работы. Научные результаты работы используются на следующих электростанциях и предприятиях:

- на Кольской АЭС при замене ОДГ на тиристорные преобразователи с целью обеспечения установившейся работы на нагрузку СН и удовлетворения требований СУЗ;

-на Петрозаводской ТЭЦ при совершенствовании системы резервного электроснабжения энергоблоков;

- на Северной ТЭЦ Ленэнерго при проверке кабельных линий на невозгорание и исследовании процесса самозапуска;

-на Каскаде Нивских ГЭС (ГЭС-1,2,3,9,10,11) при проверке кабельных линий на невозгорание и обеспечении селективности работы защит присоединений 0,4 кВ;

-на предприятиях Росэнергоатом, ФГУП СПбАЭП при проектировании АЭС с реакторами ВВЭР-1000, ВВЭР-640, а также ОАО СевЗапВНИПИЭнер-гопром при выборе вариантов резервного электроснабжения Петрозаводской ТЭЦ.

Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались на:

-научно-практической конференции СПбГПУ «Формирование технической политики инновационных наукоемких технологий». Санкт-Петербург, 2002;

- VII Всероссийской конференции СПбГПУ по проблемам науки и высшей школы. Санкт-Петербург, 2003;

- межвузовских научных конференциях СПбГПУ. Санкт-Петербург, 2002 -2003;

-международной научно-практической конференции СПбГПУ «Теоретические и практические проблемы развития электроэнергетики России». Санкт-Петербург, 2002;

-четвертой Международной научно-технической конференции концерна "Росэнергоатом" ВНИИАЭС «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики», Москва, 2004.

По результатам выполненных исследований опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, приложения и списка литературы из 65 наименований. Общий объем работы 228 страниц, включая 72 рисунка, 59 таблиц и 67 страниц списка литературы и приложений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматриваются основные подходы к совершенствованию систем электроснабжения электрических станций.

В первой главе диссертации произведен обзор основных направлений совершенствования систем электроснабжения АЭС, ТЭС и ГЭС в связи с необходимостью реконструкции и продления ресурса действующих электростанций. Показано, что рассмотренные направления совершенствования систем СН позволяют существенно повысить надежность, безопасность и экономичность работы всей электростанции в целом.

Во второй главе даны методики расчета основных процессов, протекающих в системах СН электростанций, которые позволяют рассчитывать значения токов короткого замыкания, тепловых импульсов токов КЗ, температур нагрева жил кабелей во время КЗ. Также имеется возможность рассчитывать основные параметры процесса самозапуска (начальное напряжение при восстановлении питания, минимальное напряжение при самозапуске, длительность самозапуска, времена отключения электродвигателей ступенями защиты минимального напряжения), вычислять фазу остаточного напряжения асинхронных электродвигателей относительно напряжения резервного источника.

В третьей главе приводятся расчеты перечисленных процессов для Кольской АЭС, Петрозаводской ТЭЦ, Каскада Нивских ГЭС.

Для Кольской АЭС (рис.1) проведены расчеты, связанные с реконструкцией первой очереди. Предусматривается замена резервного трансформатора собственных нужд (РТСН) 1ТР мощностью 32 МВА на РТСН мощностью 40 МВА. Кроме того, изменяется схема питания резервного трансформатора СН в связи с введением автотрансформатора ^^ 330/110 кВ мощностью 125 МВА. Реализация указанных технических решений позволяет:

-повысить надежность электроснабжения СН станции в аварийных ситуациях за счет использования для этих целей сети 330 кВ;

- выдавать в энергосистему генерирующую мощность КАЭС на напряжении ПО кВ;

-исключить использование покупной электроэнергии для обеспечения СН, выведенных из работы энергоблоков.

Рис. 1. Предлагаемая главная электрических соединений Кольской АЭС

После рассмотренной реконструкции возможны различные схемы резервного питания СН: от сети ПО кВ по линии Л148 при отключенном AT связи, или только от сети 330 кВ через AT связи при отключенной линии Л148. Возможен также режим при включенных Л148 и AT связи, если устанавливаемый автотрансформатор по системным соображениям будет задействован для связи сетей 330 и ПО кВ.

При этом возникают задачи расчета процессов самозапуска, определения уровней токов КЗ в сети СН 6 кВ, проверки кабельных линий 6 кВ на термическую стойкость и невозгораемость согласно измененной схеме.

Определяющее влияние на уровень токов КЗ и на исход самозапуска оказывает мощность РТСН (самозапуск при повышении 40 MBА улучшается, а стойкость кабелей становится ниже, чем при 32 MBA). Включе-

ние AT связи практически не влияет на термическую стойкость кабелей и отключающую способность выключателей.

При замене РТСН выключатели ячеек КРУ 6 кВ проходят по отключающей способности, термической и электродинамической стойкости. Требуемое минимальное сечение кабелей по условию термической стойкости, увеличивается на одну ступень (от 95 мм2 до 120 мм2), по условию невозгораемости — на 2 ступени (от 95 мм2 до 150 мм2).

Результаты расчета самозапуска показали, что наиболее тяжелыми являются режимы самозапуска от предварительно загруженного РТСН. В этих режимах вторая ступень защиты минимального напряжения (ЗМН-2) на секциях, испытавших перерыв питания, не успевает отключить предусмотренные к отключению двигатели.

Режимы самозапуска одновременно двух блоков от одного РТСН завершаются быстрее, чем режимы самозапуска от предварительно загруженного РТСН, благодаря отключению части двигателей второй ступенью ЗМН.

При установке AT связи 330/110 кВ с точки зрения облегчения режимов самозапуска резервное питание СН первой очереди Кольской АЭС следует осуществлять от сети 330 кВ, что значительно сократит время самозапуска за счет увеличения мощности питающей сети.

При коротких перерывах питания ~0,Зт-0,5 с, электродинамическое воздействие на двигатели может превысить нормированное воздействие, поскольку остаточное напряжение на секциях в момент несинхронного переключения на резервный трансформатор превышает 50% иноы. Поэтому необходимо либо увеличить перерыв питания до ~0,6 с, либо осуществлять включение резервных вводов питания с контролем синхронизма.

Для Петрозаводской ТЭЦ (рис.2) были проведены расчеты, связанные с нарушением в работе 24.02.02, когда произошел полный сброс электрической и тепловой нагрузки после короткого замыкания на системе шин ОРУ-110 кВ.

Приведены расчеты по двум вариантам самозапуска:

7

Рис.2. Схема электрических соединений Петрозаводской ТЭЦ

1. Одновременное обесточивание двух (из четырех) секций главного корпуса 1С и 2С при участии в составе нагрузки секций водогрейной котельной.

2. Одновременное обесточивание двух (из четырех) секций главного корпуса ЗС и 4С.

Самозапуск электродвигателей механизмов СН Петрозаводской ТЭЦ в нормальном режиме работы и при перерывах питания до 2,5 с для рассмотренных вариантов является успешным и в значительной мере зависящим от напряжения, поддерживаемого на МРИ Проведены расчеты для двух значений напряжения на МРП - 6,3 и 6,7 кВ. Поддержание на МРП рабочего напряжения 6,7 кВ вместо 6,3 кВ позволяет заметно повысить начальное напряжение при самозапуске и сократить его продолжительность, в особенности при длительных перерывах питания в 2,5 с.

Наиболее тяжелым является расчетный вариант 1 из-за высокой и неравномерной загрузки обмоток сдвоенного токоограничивающего реактора и включением на секции 1С и 2С двух питательных электронасосов. Самозапуск оказался затяжным также вследствие неудовлетворительных каталожных характеристик дутьевых вентиляторов. Благодаря действию ЗМН первой ступени самозапуск оказался успешным.

Во втором варианте самозапуск проходит в более легких условиях (выше начальные напряжения и меньше время разгона двигателей после восстановления питания).

На Петрозаводской ТЭЦ предусмотрен режим совместного выбега турбогенератора с нагрузкой СН в течение 4 минут со срабатыванием стопорно-регулирующего клапана и последующим отключением генераторного выключателя. В связи с этим проведен расчет совместного выбега. Результаты расчета оказались близки к показаниям станционных регистрирующих приборов.

Результаты расчета самозапуска от РТСН-1 после совместного выбега Г1 или ГЗ со своей нагрузкой СН подтверждают успешность этого процесса. Наибольшее время самозапуска не превышает

Недостатком существующей схемы с включением РТСН-1 на генераторный токопровод Г2 в нормальном режиме является отсутствие тормозной нагрузки СН для Г2 и последующая невозможность автоматического ввода резерва (АВР). Если же выбег генератора Г2 осуществлять на нагрузку секций 1С, 2С, то тормозная нагрузка для Г2 существует, но источник АВР отсутствует.

В еще большей степени недостаток питания СН ПТЭЦ проявляется в ремонтном состоянии схемы. Например, при ремонте блока с генератором Г2 и отсутствии резервного трансформатора РТСН-1 длительность самозапуска возрастает, для предвключенной нагрузки требуется работа ступеней ЗМН-1 и даже ЗМН-2. По завершении процесса самозапуска требуется восстановление в работе как потребителей, отключенных в процессе выбега, так и потребителей предвключенной нагрузки, отключенных в процессе самозапуска ЗМН-1 и ЗМН-2.

Время срабатывания АВР после окончания совместного выбега турбогенератора с нагрузкой СН даже для самого неблагоприятного ремонтного режима не превышает 120 с, из чего видно, что уставка времени отключения генераторного выключателя и срабатывания автомата гашения поля может быть снижена от 240 с (это значение рекомендовано Ленинградским механическим заводом) до 150 с.

Режим совместного выбега генератора с последующим действием АВР можно признать успешным. Основную задачу режим совместного выбега выполняет — предотвращает разгон турбогенератора выше уставки автомата безопасности, при внезапном отключении турбогенератора от сети и отказах в системе регулирования частоты его вращения.

Повысить эффективность использования режима совместного выбега можно за счет модернизации системы электроснабжения СН:

- РТСН-1 следует подключить к ОРУ-110 кВ;

- заменить сдвоенный токоограничивающий реактор на одинарный реактор или разделительный трансформатор;

- применить электроснабжение СН генератора Г2 по схеме, аналогичной генератору ГЗ.

Для гидроэлектростанции «Нива-3» Каскада Нивских ГЭС выполнен расчет токов КЗ на секциях 0,4 кВ и 6(10) кВ и проведена проверка кабельных линий на невозгорание при протекании тока КЗ согласно циркуляру №Ц-02-98(Э). По результатам расчета составлен перечень необходимых мероприятий по улучшению пожарной безопасности кабельных коммуникаций, состоящих в увеличении сечений кабелей и снижении времен срабатывания защит присоединений 0,4 кВ.

В четвертой главе дается обоснование перехода систем СН электростанций с напряжений 6/0,4 кВ на напряжения 10,5/0,69/0,4 кВ. Приведен пример такого перехода для проектируемого энергоблока с реакторами ВВЭР-640, подтверждающий теоретические положения.

Основной эффект от перехода с системы напряжений 6,3/0,4 кВ на напряжения 10,5/0,69/0,4 кВ с сохранением прежних значений напряжения короткого замыкания рабочих и резервных трансформаторов СН получается за счет снижения токов нормального режима и короткого замыкания в ^3 раз. Это приводит к существенному влиянию на систему электроснабжения. Снижается требуемое сечение кабелей на напряжениях 10,5 и 0,69 кВ в сравнении с напряжениями 6,3 и 0,4 кВ по термической стойкости и по невозгораемости. Уменьшается требуемое сечение токопроводов, кабелей по условиям длительно допустимой нагрузки. Снижаются требования к величине номинального тока отключения ячеек КРУ на напряжении 10,5 кВ и автоматических выключателей на напряжении 0,69 кВ.

В тоже время параметры самозапуска при переходе с системы напряжений 6,3/0,4 кВ на систему 10,5/0,69/0,4 кВ практически не меняются.

Таким образом, переход на систему 10,5/0,69/0,4 кВ в сетях СН электрических станций весьма желателен и перспективен. При переходе на новую ступень напряжений в сети бесперебойного питания сохраняются переменные на-

11

пряжения 0,38 и 0,22 кВ с электроснабжением через трансформаторы агрегатов бесперебойного питания (АБП) с напряжением 10,5/0,4 кВ. Дизель-генераторы системы аварийного электроснабжения предлагается перевести на напряжение 10,5 кВ с использованием трансформаторов надежного питания 10,5/0,69 кВ и разделительных трансформаторов АБП 10,5/0,4 кВ.

Также следует учитывать удорожание двигателей напряжением 10 кВ по сравнению с двигателями на 6 кВ.

В пятой главе рассматриваются вопросы, связанные с кабельными коммуникациями в сетях СН. Приводится обзор, характеристика и классификация отечественных кабелей. Рассмотрена проблема обеспечения невозгораемости кабелей в сетях СН электростанций. Анализируются кабели нового поколения с улучшенными показателями пожарной безопасности. Дан анализ циркуляра №Ц-02-98(Э) «О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания». Выводятся формулы циркуляра для расчета температуры нагрева жил кабелей при КЗ. Обосновывается необходимость учета теплового спада тока вследствие увеличения активного сопротивления жил кабелей при их нагреве током КЗ, при выборе расчетной точки КЗ на расстоянии 20 м (кабели 0,4 кВ) и 50 м (кабели 6 кВ) от начала кабельной линии. Производится сравнение кабелей с алюминиевыми и медными жилами с точки зрения их термической стойкости и невозгораемости.

В шестой главе описывается программный комплекс по автоматизированному выбору электротехнического оборудования в сетях 0,4 кВ недвигательной нагрузки.

Во многих отечественных проектных организациях проектирование сетей электрификации производится вручную, что осложнено не только возникающими погрешностями, но и большими трудозатратами.

Для повышения точности расчетов и для автоматизации процесса выбора кабелей и автоматических выключателей при проектировании сетей 0,4 кВ для электрификации зданий электростанций разработан новый программный ком-

плекс "Сети электрификации зданий".

Программный комплекс предназначен для автоматизированного выбора оборудования сетей освещения и электрификации (кабелей и автоматических выключателей) по условиям обеспечения требуемого качества электроэнергии в рабочих режимах, по нагрузочной способности и по условиям термической стойкости при коротких замыканиях.

При создании программного комплекса учтены общие требования международных стандартов, национальных стандартов России, Германии и Франции, что обеспечивает возможность выбора и заказа оборудования не только российских, но и ведущих иностранных фирм. Учитываются условия прокладки кабелей и параметры окружающей среды.

Выбранные выключатели, тип и сечение жил кабелей обеспечивают:

- селективное отключение тока короткого замыкания в любой точке сети раньше, чем произойдет нагрев кабеля до предельно допустимой температуры;

- защиту от перегрузок;

- нормированную чувствительность выключателей при однофазных замыканиях в конце защищаемых кабельных линий;

- обеспечение требуемого уровня напряжения на щитках и конечных потребителях.

Алгоритм автоматизированного выбора оборудования основан на расчетной схеме (рис.3), которая содержит следующие поименованные элементы (объекты) - сборки, щитки, групповые кабели от сборок до щитков, кабельные шлейфы, кабельные присоединения к щиткам, отпайки. Шлейф представляет собой последовательно соединенные щитки.

Каждая сборка питает несколько щитков или шлейфов со щитками. Часть шлейфов может иметь резервное питание от другой сборки. Каждому щитку принадлежат несколько присоединений. Нагрузка может подключать питание или по индивидуальному кабелю или отпайкой от группового кабеля.

т

у

а

Секция 6кВ

V а

ТИ-в """Т. РЕ

к

Секция 0,4 кВ

V

Стабилизатор

V а

ь-

»Г? V \

V ^ V V

Сборка

Сборки

V

Кщитамили шлейфем

т4т

X

ТтТ

К щипсам ит шмйфш Шлейф с резервным питанием

Л А

у V у

ттт ттт ттт

\ V \

мм V а а

Приссащимит

^ \ ^

Щетки

т4т

V М м

а а а Прюоадтммн

Шлейф без резервного литания

ыг

ттт

V V V а а а

К К *

\Г \7 \7 А Ь

Прюсдоюния

Рис.3. Расчетная схема сети освещения и электрификации

14

Программный комплекс реализован в среде Microsoft Access 97, программирование выполнено на языке Visual Basic for Applications. Разработан пользовательский интерфейс для диалогового ввода исходной информации с запросом параметров электрооборудования из таблиц базы данных и с клавиатуры, предусматривается контроль ввода данных и обработка ошибок с выдачей диагностических сообщений и рекомендаций. Результаты автоматизированного выбора оборудования заносятся в таблицы и хранятся в базе данных сети.

Отлажен механизм переноса щитков и присоединений на другие сборки и щитки схемы. Таким образом, пользователь имеет возможность оптимизировать распределение потребителей по секциям.

Алгоритм выбора оборудования носит итеративный характер, т.е. при выборе отдельного элемента проверяются все остальные элементы и вносятся необходимые корректировки.

Сформированы и заполнены таблицы реально существующих кабелей (110 записей) и автоматических выключателей (серии Compact NS и МиШ 9) (320 записей).

Создана справочная система, система подсказок и диагностических сообщений. Если выбор оборудования является неуспешным, то выдается подробное диагностическое сообщение с указанием, какое именно оборудование и по какой причине не прошло выбор, и с рекомендациями, на какие величины можно повлиять, чтобы выбор оказался успешным.

После проведения любого вида расчета, на экране отображаются результаты в виде отчетов, которые можно либо просмотреть, либо вывести на печать.

В приложение сведены основные исходные данные для расчета процессов в сетях СН Кольской АЭС, Петрозаводской ТЭЦ, Каскада Нивских ГЭС и результаты расчетов по указанным электростанциям в виде таблиц и графиков переходных процессов. Также в приложении приведена структура базы данных программного комплекса и инструкция по его применению.

выводы

В рамках поставленной цели диссертационной работы определены, разработаны и исследованы направления совершенствования систем СН электростанций различного типа, обеспечивающие продление ресурса электростанций, а также созданы методики расчета основных процессов в сетях СН применительно к современным директивным материалам и современному оборудованию систем СН.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решены следующие задачи:

1. Разработана математическая модель нагрева жил кабелей 0,4-10 кВ при протекании по ним токов КЗ. На данной модели проведено исследование теплового спада тока в цепях, содержащих кабельные линии. Определены области сечений кабелей, для которых учет теплового спада тока обязателен, что позволяет предотвратить неоправданное увеличение сечения кабелей.

2. Исследована математическая модель самозапуска асинхронных электродвигателей механизмов собственных нужд, позволяющая оценить успешность самозапуска в зависимости от длительности перерыва питания, мощности питающей сети, характеристик электродвигателей, параметров защиты минимального напряжения.

3. Создана методика определения фазы остаточного напряжения асинхронного электродвигателя относительно фазы напряжения резервного источника в зависимости от перерыва питания, что позволяет оценить вероятность включения электродвигателей в прстивофазу с питающим напряжением и обеспечить электродинамическую стойкость двигателей при самозапуске.

4. Создана методика выбора кабелей и автоматических выключателей в сетях недвигательной нагрузки 0,4 кВ, что может применяться при проектировании сетей со следующими потребителями: освещение, обогрев, компьютерная техника и т.д.

5. Создан программный комплекс по автоматизированному выбору оборудования в сетях недвигательной нагрузки 0,4 кВ, что позволяет снизить погрешность и трудоемкость проектирования таких сетей.

6. Рассчитаны основные процессы в сетях СН Кольской АЭС, Петрозаводской ТЭЦ и ГЭС-3 Каскада Нивских ГЭС. Разработан перечень мероприятий, направленных на совершенствование системы СН указанных электростанций и обеспечивающих продление ресурса электростанций различного типа.

7. Произведены анализ схем собственных нужд действующих АЭС, ТЭС и ГЭС и выдача рекомендаций по их изменению для повышения надежности работы электростанции в целом.

Результаты данного исследования позволяют решать практические задачи совершенствования систем СН при реконструкции и продлении ресурса действующих электростанций, повысить точность расчета процессов в сетях СН, снизить трудоемкость расчетов при выборе электротехнического оборудования.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1) Лапидус А. А. О необходимости учета теплового спада тока вследствие увеличения активного сопротивления жил кабелей при их нагреве током короткого замыкания / А. К. Черновец, Ю. М. Шаргин, К. Н. Семенов, А А. Лапидус // Формирование технической политики инновационных наукоемких технологий: Материалы науч.-практ. конф. Т.1. - СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002. - С. 7884.

2) Лапидус А. А. Особенности расчета нагрева кабелей собственных нужд гидравлических электростанций / Черновец А. К., Шаргин Ю. М., Семенов К. Н., Лапидус А. А. // Труды СПбГПУ. Материалы VII Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы. - СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. - С. 196-197.

3) Лапидус А. А. Увеличение активного сопротивления проводников от их нагрева током короткого замыкания / Лапидус А. А. // XXXI неделя науки СПбГПУ. Материалы межвузовской научной конференции. - СПб. : Изд-во СПбГПУ,2003.-С.5-7.

4) Лапидус А. А. Пуск и самозапуск электродвигателей механизмов собственных нужд электростанций : учеб. пособие / А. К. Черновец, К. Н. Семенов, А. А. Лапидус / Изд. 2-е, перераб. - СПб.: Изд-во ПЭИПК, 2004. - 72 с.

5) Лапидус А. А. Электрификация зданий и сооружений блочных ТЭС и АЭС / Черновец А. К, Шаргин Ю. М., Семенов К. Н., Чижков К. Г., Лапидус А. А. // Теоретические и практические проблемы развития электроэнергетики России. Труды международной научно-практической конференции. — СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002. - С. 219л-220.

I)

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Подписано в печать 18.10.2004 . Формат 60x84/16. Печать офсетная. Уч. печ. л 1,25 Тираж 100 . Заказ 480 •

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая, 29.

РНБ Русский фонд

2005-4 22511

Перечень условных обозначений

Введение

Глава 1. Направления совершенствования систем электроснабжения 13 электрических станций различных типов

1.1. Совершенствование систем электроснабжения АЭС

1.1.1. Выработка энергоблоками АЭС своего ресурса

1.1.2. Формирование самостоятельных сетей надежного электроснабжения 15 нормальной эксплуатации и систем аварийного электроснабжения

1.1.3. Увеличение числа резервных трансформаторов СН

1.1.4. Увеличение числа магистралей резервного питания 6 кВ с двух или 16 четырех до восьми без секционирования

1.1.5. Замена обратимых двигателей-генераторов на агрегаты бесперебойного 19 питания

1.1.6. Электрификация зданий и сооружений АЭС

1.2. Совершенствование систем электроснабжения ТЭС 21 1.2.1. Внедрение в сетях СН ТЭС агрегатов бесперебойного питания

1.3. Совершенствование систем электроснабжения АЭС и ТЭС

1.3.1. Проблема термической стойкости и невозгораемости кабельных 22 коммуникаций

1.3.2. Установка генераторных выключателей в одинарных блоках

1.3.3. Замена электромагнитных и маломасляных выключателей в ячейках 24 комплектных распределительных устройств на вакуумные, элегазовые и усовершенствованные электромагнитные выключатели

1.3.4. Переход на систему электроснабжения напряжением 10,5/0,69/0,4 кВ

1.4. Совершенствование систем электроснабжения ГЭС

1.4.1. Проблема стойкости и невозгораемости кабельных коммуникаций

1.4.2. Повышение надежности систем электроснабжения за счет 28 совершенствования структуры схем

1.4.3. Обеспечение селективности в работе коммутационной аппаратуры в схеме 28 собственных нужд 0,4 кВ

1.5. Выводы

Глава 2. Методика расчета процессов, протекающих в системах 31 электроснабжения электрических станций

2.1. Расчет токов КЗ и тепловых импульсов от протекания токов КЗ

2.1.1. Методика аналитического определения тока КЗ на секциях СН 6,3 (10,5) кВ 32 и 0,4 (0,69) кВ с учетом подпитки от асинхронных двигателей

2.1.2. Методика определения тепловых импульсов токов КЗ на секциях 40 собственных нужд 6,3 и 10,5 кВ

2.1.3. Методика графоаналитического определения тепловых импульсов токов КЗ 42 на секциях СН 6,3 и 10,5 кВ по источнику [7]

2.2. Расчет температуры нагрева жил кабелей после протекания тока КЗ

2.3. Расчет процесса самозапуска двигателей механизмов СН при перерыве их 47 электропитания

2.4. Расчет процесса совместного выбега механизмов СН с генераторами с 67 различными системами возбуждения

2.5. Выводы

Глава 3. Расчет процессов, протекающих в системах электроснабжения 75 «Д, различных электростанций - АЭС, ТЭС, ГЭС

3.1. Расчет токов КЗ, температур нагрева жил кабелей при КЗ, процесса 75 самозапуска электродвигателей Кольской АЭС

3.1.1. Расчет токов КЗ, тепловых импульсов и температур нагрева жил кабелей 76 при КЗ

3.1.2. Расчет процесса самозапуска электродвигателей механизмов СН

3.2. Расчет переходных процессов в сети СН Петрозаводской ТЭЦ

3.2.1. Расчет самозапуска для нормальной схемы

3.2.2. Расчет переходных процессов в цепи генератор-шины СН 6 кВ 92 Петрозаводской ТЭЦ при выбеге генератора без отключения его выключателем при обособленной работе на шины СН 6 кВ

3.2.3. Расчет самозапуска после достижения третьей ступени ЗМН при 96 совместном выбеге генератора с электродвигателями СН 6 кВ

3.3. Расчет токов КЗ и проверка кабелей на невозгораемость в сетях СН ГЭС-3 104 Каскада Нивских ГЭС

3.4. Выводы

3.4.1. Выводы по Кольской АЭС

3.4.2. Выводы по Петрозаводской ТЭЦ

3.4.3. Выводы по ГЭС-3 Каскада Нивских ГЭС

Глава 4. Переход систем СН электростанций с напряжений 6,3/0,4 кВ на 111 напряжения 10,5/0,69/0,4 кВ

4.1. Предпосылки перехода систем СН с напряжений 6,3/0,4 кВ на напряжения 111 10,5/0,69/0,4 кВ

4.2. Расчет процессов в системе СН энергоблока АЭС с реактором ВВЭР-640 с 111 учетом перехода на систему напряжений 10,5/0,69/0,4 кВ

4.2.1. Расчеты параметров токов КЗ

4.2.2. Расчеты и анализ термической стойкости и невозгораемости кабелей 6 и 10 116 кВ

4.2.3. Расчеты и анализ токов КЗ и термической стойкости и невозгораемости 117 кабелей 0,4 и 0,69 кВ

4.3. Результаты расчета самозапуска электродвигателей

4.4. Выводы

Глава 5. Кабельные коммуникации систем СН электростанций

5.1. Обзор, характеристика и классификация кабелей, используемых на 120 отечественных электростанциях

5.1.1. Классификация кабелей

5.2. Проблема обеспечения невозгораемости кабелей в сетях СН электростанций

5.3. Кабели нового поколения с улучшенными показателями пожарной 122 безопасности

5.3.1. Кабели повышенной негорючести с индексом "нг" - не распространяющие горение

5.3.2. Состояние и перспективы производства кабелей с повышенными 123 показателями пожарной безопасности

5.3.3. Кабели с пониженным дымо- и газовыделением - LS (low-smoke)

5.3.4. Кабели, не распространяющие горение, с изоляцией и оболочкой из 126 полимерных композиций, не содержащих галогенов — HF (halogen free)

5.3.5. Огнестойкие кабели с минеральной изоляцией - FR (fire resistance)

5.4. Анализ циркуляра №Ц-02-98(Э) «О проверке кабелей на невозгорание При 128 воздействии тока короткого замыкания»

5.5. О необходимости учета теплового спада тока вследствие увеличения 130 активного сопротивления жил кабелей при их нагреве током КЗ, при выборе расчетной точки КЗ на расстоянии 20 м (кабели 0,4 кВ) и 50 м (кабели 6 кВ) от начала кабельной линии

5.6. Сравнение кабелей с алюминиевыми и медными жилами с точки зрения их 137 термической стойкости и невозгораемости

5.7. Обеспечение защиты кабельных трасс от повреждений при пожаре

5.8. Выводы

Глава 6. Создание программного комплекса для расчета сетей освещения и 142 электрификации АЭС при модернизации действующих и проектировании новых энергоблоков

6.1. Общая характеристика программного комплекса

6.2. Методы и алгоритмы выбора оборудования

6.2.1. Общие положения и допущения

6.2.2. Структура алгоритма выбора кабелей и автоматов щитка, питающегося 146 непосредственно от сборки по индивидуальной линии

6.2.3. Структура алгоритма выбора кабелей и автоматов щитков, включенных в 147 шлейф

6.2.4. Расчет токов и напряжений нормального режима

6.2.5. Выбор сечения кабелей по нагрузочной способности

6.2.6. Выбор автоматических выключателей

6.2.7. Расчет токов короткого замыкания

6.3. Выводы

Рост потребления электроэнергии приводит к необходимости увеличения генерируемых мощностей электростанций. В отечественной электроэнергетике существует несколько путей решения этой задачи, которые приведены ниже в порядке возрастания их финансовой стоимости.

1. Повышение коэффициента использования установленной мощности (КИУМ) существующих энергоблоков. Целесообразно довести уровень использованйя номинальной мощности электростанций до зарубежных показателей.

2. Продление ресурса действующих электростанций. После выработки электростанцией своего временного ресурса, или срока эксплуатации, имеется возможность осуществления ряда технических мероприятий (в том числе замена оборудования), приводящих к продлению ресурса еще на несколько лет.

3. Достройка электрической части энергоблоков, строительство которых было начато, но приостановилось в советский период. Прежде всего, это относится к Балаковской, Волгодонской, Калининской, Курской, Татарской АЭС.

4. Пуск новых энергоблоков. Реализация данного направления повышения генерируемых мощностей - самая дорогостоящая.

В данной работе рассматривается второе направление повышения (или хотя бы сохранения) генерируемых мощностей в объединенной энергосистеме - продление ресурса действующих электростанций.

На сегодняшний день целый ряд энергоблоков отечественных электростанций выработал свой временный ресурс эксплуатации, заложенный при проектировании. В связи с этим остро встает вопрос о возможности продолжения работы этих энергоблоков, возникает необходимость мероприятий, направленных на продление их ресурса. Особенно это актуально для атомных'электростанций.

Работы по продлению срока службы действующих АЭС развернуты во исполнение Программы развития атомной энергетики РФ на 1998-2005 годы и на период до 2010 года, утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 21.07.98 №815.

Одной из составляющих продления ресурса электростанции в целом является совершенствование системы ее электроснабжения, т.е. системы собственных нужд (СН). Поэтому вопросы, связанные с процессами в системах собственных нужд электростанций, весьма актуальны.

Основные электрические процессы, протекающие в системах электроснабжения электростанций, - короткие замыкания, самозапуск и пуск электродвигателей, автомати-Щ ческий ступенчатый пуск нагрузки от дизель-генераторов, совместный выбег турбогенератора с нагрузкой СН - рассмотрены в работах [7; 11; 12; 13; 16; 22; 32; 38; 40]. Перечисленные исследования дают общее представление об указанных процессах, отражают методику расчета основных величин - токов, напряжений, частот вращения электродвигателей, скольжений, тепловых импульсов, температур нагрева проводников; дают рекомендации по проведению расчетов на ЭВМ. Недостатком ранее проведенных исследований является затруднение их практического использования применительно к действующим директивным материалам [1, 2], недостаточное освещение особенностей расчетов для современного оборудования, применяемого в системах СН, рассмотрение перечисленных вопросов вне контекста продления ресурса действующих электростанций.

Цель данной работы - определение, разработка и исследование направлений совершенствования систем СН электростанций различного типа, обеспечивающих продление ресурса электростанций, а также создание методик расчета основных процессов в сетях ** СН применительно к современным директивным материалам и современному оборудованию систем СН.

Средствами достижения поставленной цели являются физическая теория, математический аппарат и применение ЭВМ.

В качестве объекта исследования выступают системы собственных нужд электростанций различных типов - АЭС, ТЭС, ГЭС. Предметом исследования являются процессы, протекающие в данных системах, в рамках их влияния на ресурс электростанций.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:

1. В области теоретических исследований:

• разработка математической модели нагрева жил кабелей.СН при протекании по ним токов КЗ;

• исследование на данной математической модели теплового спада тока в цепях, содержащих кабельные линии;

• исследование математической модели самозапуска асинхронных электродвигателей механизмов СН для проверки включения электродвигателей в противофазу с напрящ жением резервного источника.

2. В области методической:

• создание методики учета теплового спада тока при расчете температур нагрева жил кабелей после КЗ;

• создание методики выбора кабелей и автоматических выключателей в сетях недвигательной нагрузки 0,4 кВ;

• создание методики определения вероятности включения асинхронных электродвигателей в противофазу с питающим напряжением при самозапуске.

3. В области практической реализации:

• расчет токов короткого замыкания в сетях СН АЭС, ТЭС и ГЭС, .температур нагрева жил кабелей СН, процесса самозапуска электродвигателей СН, процесса совместного выбега электродвигателей с турбогенератором;

• разработка перечня мероприятий, направленных на совершенствование системы СН и обеспечивающих продление ресурса электростанций различного типа;

• анализ схем собственных нужд АЭС, ТЭС и ГЭС и выдача рекомендаций по их изменению для повышения надежности работы электростанции в целом;

• создание программного комплекса по автоматизированному выбору оборудования в сетях недвигательной нагрузки 0,4 кВ.

Для решения перечисленных задач используются следующие методы:

• метод эквивалентных преобразований для расчета электрической цепи в комплексной форме;

• математические методы решения дифференциальных уравнений первого порядка;

• математическое моделирование переходных процессов на основе системы уравнений Парка-Горева;

• численное интегрирование методом последовательных интервалов системы дифференциальных уравнений движения асинхронных электродвигателей;

• объектно-ориентированное программирование в среде Microsoft Access на языке Visual Basic for Applications.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Исследован вопрос учета теплового спада тока при КЗ за отрезком кабельной линии. Приведено теоретическое обоснование основных формул и констант, рекомендованных циркуляром №Ц-02-98(Э) «О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания» для расчета температуры нагрева жил кабелей. Доказана справедливость этих формул с точки зрения корректного учета теплового спада тока я указаны границы их применения.

2. Создана методика определения фазы остаточного напряжения асинхронного электродвигателя относительно фазы напряжения резервного источника в зависимости от длиц тельности перерыва питания при самозапуске. Предложен способ оценки вероятности включения электродвигателей в противофазу с питающим напряжением при автоматических переключениях.

3. Разработана и реализована на ЭВМ новая методика автоматизированного выбора кабелей и автоматических выключателей при проектировании сетей недвигательной нагрузки 0,4 кВ.

4. Проведено исследование систем электроснабжения АЭС, ТЭС и ГЭС с позиции продления их срока эксплуатации, а также даны теоретические и расчетные обоснования техническим мероприятиям по совершенствованию систем электроснабжения электрических: станций.

Научные результаты работы используются на следующих электростанциях:

• на Кольской АЭС при замене РТСН мощностью 32 МВА на трансформатор мощт ностью 40 МВА и введении автотрансформатора связи; при замене обратимых двигатеfc лей-генераторов на агрегаты бесперебойного питания с целью обеспечения устойчивой работы на нагрузку СН и удовлетворения требований СУЗ;

• на Петрозаводской ТЭЦ при совершенствовании системы резервного электроснабжения блоков и котельных с установкой РТСН с питанием от ОРУ-ВН;

• на Северной ТЭЦ Ленэнерго при проверке кабельных линий на невозгорание и исследовании процесса самозапуска;

• на Каскаде Нивских ГЭС (ГЭС-1,2,3,9Д0,11) при расчете токов КЗ, проверке кабелей СН на невозгораемость, повышении надежности схем СН (ГЭС-3) и обеспечении селективной работы защит присоединений 0,4 кВ (ГЭС-11);

• на предприятиях Росэнергоатом, ФГУП СПбАЭП при проектировании АЭС с реакторами ВВЭР-1000, -ВВЭР-640, а также ОАО СевЗапВНИПИЭнергопром при выборе вариантов резервного электроснабжения Петрозаводской ТЭЦ.

В первой главе диссертации произведен обзор основных направлений совершенствования систем электроснабжения АЭС, ТЭС и ГЭС.

Во второй главе даны методики расчета основных процессов, протекающих в системах СН электростанций - короткие замыкания, нагрев кабелей во время КЗ, самозапуск

Щ асинхронных электродвигателей и их выбег совместно с турбогенератором.

В третьей главе приводятся расчеты перечисленных процессов для Кольской АЭС, Петрозаводской АЭС, ГЭС-3 Каскада Нивских ГЭС. Даны рекомендации по замене части оборудования систем СН при реконструкции электростанций. Проведен анализ существующих схем собственных нужд в части их надежности и безаварийной работы.

В четвертой главе дается обоснование перехода систем СН электростанций с напряжений 6,3/0,4 кВ на напряжения 10,5/0,69/0,4 кВ. Приведен пример такого перехода для проектируемого энергоблока с реакторами ВВЭР-640, подтверждающий основные теоретические положения.

В пятой главе рассматриваются вопросы, связанные с кабельными коммуникациями в сетях СН. Приводится обзор, характеристика и классификация отечественных кабелей. Рассмотрена проблема обеспечения невозгораемости кабелей в сетях СН электростанций. Анализируются кабели нового поколения с улучшенными показателями пожарной безопасности. Дан анализ циркуляра №Ц-02-98(Э) «О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания». Выводятся формулы циркуляра для расчета нагрева жил кабелей при протекании тока КЗ. Обосновывается необходимость учета теплового спада тока вследствие увеличения активного сопротивления жил кабелей при их нагреве током КЗ, при выборе расчетной точки КЗ на расстоянии 20 м (кабели 0,4 кВ) и 50 м (кабели 6 кВ) от начала кабельной линии. Производится сравнение кабелей с алюминиевыми и медными жилами с точки зрения их термической стойкости и невозгораемости.

В шестой главе описывается программный комплекс по автоматизированному выбору электротехнического оборудования в сетях 0,4 кВ недвигательной нагрузки. Приводятся методы и алгоритмы выбора кабелей и автоматических выключателей.

В приложение сведены основные исходные данные для расчета процессов в сетях СН Кольской АЭС, энергоблока АЭС с реактором ВВЭР-640, Петрозаводской ТЭЦ, ГЭС-3 Каскада Нивских ГЭС и результаты расчетов по указанным электростанциям в виде таблиц и графиков переходных процессов. Приведена структура базы данных программного комплекса и инструкция по его применению. Также в приложении имеются акты внедрения результатов диссертационной работы.

На формирование концепции исследования большое влияние оказали научные труды А.К. Черновца, Ю.М. Шаргина, К.Н. Семенова, В.Х. Георгиади.

Автор выражает благодарность А.К. Черновцу, Ю.М. Шаргину, К.Н. Семенову, В.К Ванину, О.Н. Алексеевой, В.Н. Литвинову, Г.М. Павлову и другим сотрудникам кафедры «Электрические станции и автоматизация энергосистем» СПбГПУ за помощь, оказанную при работе над диссертацией. Также выражается признательность Ю.Б. Гуку и С.А. Мель-ничникову за рекомендации и замечания, сделанные при рецензировании рукописи.

6.3. Выводы

1. Программный комплекс реализован в среде СУБД Microsoft Access, программирование выполнено на языке Visual Basic. Разработан пользовательский интерфейс для диалогового ввода исходной информации с запросом параметров электрооборудования из таблиц базы данных и с клавиатуры, предусматривается контроль ввода данных и обработка ошибок с выдачей диагностических сообщений и рекомендаций. Результаты автоматизированного выбора оборудования заносятся в таблицы и хранятся в базе данных.

2. Программой предусмотрена возможность запитывать часть щитков освещения как от сборок рабочего питания, так и от сборок резервного питания.

3. Имеется программный механизм переноса щитков и присоединений на другие сборки и щитки схемы. Щитки можно переносить со сборки на сборку, в пределах шлейфа, со шлейфа на шлейф, со шлейфа на сборку, со сборки на шлейф. Присоединения можно переносить с щитка на щиток. Таким образом, пользователь имеет возможность оптимизировать распределение потребителей по .секциям.

4. Для расчета электрической схемы во всех режимах и выбора всего оборудования, пользователь может воспользоваться кнопкой "Глобальный расчет". Для гибкости программы сохранена возможность задавать команды на определенный тип расчета также и вручную - если проектировщику нужно просчитать только часть режимов или выбрать часть оборудования, он может самостоятельно задать сценарий расчета, нажимая последовательно кнопки, отвечающие определенным видам расчета.

5. Алгоритм выбора оборудования носит итеративный характер, т.е. при выборе отдельного элемента проверяются все остальные элементы и вносятся необходимые корректировки.

6. Сформированы и заполнены таблицы реально существующих кабелей (110 записей) и автоматических выключателей (серии Compact NS и Multi 9) (320 записей).

7. Создана справочная, система, система подсказок и диагностических сообщений. Программа отслеживает ввод пользователем информации и при неверно введенных данных выдает сообщение об ошибке и предлагает ввести другие (допустимые) данные. Если выбор оборудования является неуспешным, то выдается подробное диагностическое сообщение с указанием, какое именно оборудование и по какой причине не прошло выбор, и с рекомендациями, на какие величины можно повлиять, чтобы выбор оказался успешным.

8. После проведения любого вида расчета, на экране отображаются результаты в виде отчетов, которые можно либо просмотреть, либо вывести на печать.

Заключение

В рамках поставленной цели диссертационной работы определены, разработаны и исследованы направления совершенствования систем СН электростанций различного типа, обеспечивающие продление ресурса электростанций, а также созданы методики расчета основных процессов в сетях СН применительно к современным директивным материалам и современному оборудованию систем СН.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решены следующие задачи:

1. Разработана математическая модель нагрева жил кабелей 0,4 - 10 кВ при протекании по ним токов КЗ. На данной математической модели проведено исследование теплового спада тока в цепях, содержащих кабельные линии. Определены области сечений кабелей, для которых учет теплового спада тока обязателен, что позволяет предотвратить неоправданное увеличение сечений кабелей.

2. Исследована математическая модель самозапуска асинхронных электродвигателей механизмов собственных нужд. Создана методика определения фазы остаточного напряжения асинхронного электродвигателя относительно фазы напряжения резервного источника в зависимости от перерыва питания, что позволяет оценить вероятность включения электродвигателей в противофазу с питающим напряжением и обеспечить электродинамическую стойкость двигателей при самозапуске.

3. Предложена методика выбора кабелей и автоматических выключателей в сетях недвигательной нагрузки 0,4 кВ, что может применяться при проектировании сетей со следующими потребителями: освещение, обогрев, компьютерная техника и т.д.

4. Создан программный комплекс по автоматизированному выбору оборудования в сетях недвигательной нагрузки 0,4 кВ, что позволяет снизить погрешность и трудоемкость проектирования таких сетей.

5. Обоснована необходимость перехода систем собственных нужд электростанций с напряжений 6,3/0,4 кВ на напряжения 10,5/0,69/0,4 кВ, что позволяет снизить токи нормального и аварийного режимов примерно в л/з раз и снизить соответствующие требования по параметрам кабелей, токопроводов, выключателей ячеек КРУ, автоматических выключателей.

6. Проведен анализ циркуляра №Ц-02-98(Э) «О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания». Доказана правомочность основных формул циркуляра для расчета температуры нагрева жил кабелей и указаны ограничения их применения. Приведены достоинства и недостатки циркуляра.

7. Рассчитаны токи короткого замыкания, температуры нагрева жил кабелей СН, процессы самозапуска электродвигателей СН, процессы совместного выбега электродвигателей с турбогенератором в сетях собственных нужд Кольской АЭС, Петрозаводской ТЭЦ и ГЭС-3 Каскада Нивских ГЭС. Разработан перечень мероприятий, направленных на совершенствование системы электроснабжения указанных электростанций и обеспечивающих продление ресурса электростанций различного типа. Произведены анализ схем собственных нужд указанных АЭС, ТЭС и ГЭС и выдача рекомендаций по их изменению для повышения надежности работы электростанции в целом.

Результаты данного исследования позволяют снизить погрешность при расчете процессов в сетях СН электростанций, решать практические задачи совершенствования систем СН при реконструкции и продлении ресурса действующих электростанций, снизить трудоемкость расчетов при выборе электротехнического оборудования.

Основные положения диссертационной работы докладывались на:

- научно-практической конференции СПбГПУ «Формирование технической политики инновационных наукоемких технологий». Санкт-Петербург, 2002;

- VII Всероссийской конференции СПбГПУ по проблемам науки и высшей школы. Санкт-Петербург, 2003;

- межвузовских научных конференциях СПбГПУ. Санкт-Петербург, 2002 - 2003;

-международной научно-практической конференции СПбГПУ «Теоретические и практические проблемы развития электроэнергетики России». Санкт-Петербург, 2002;

- четвертой Международной научно-технической конференции концерна "Росэнергоатом" ВНИИАЭС «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики», Москва, 2004.

По теме диссертационной работы имеются следующие публикации:

1) А. К. Черновец, Ю.М. Шаргин, К.Н. Семенов, А.А. Лапидус, О необходимости учета теплового спада тока вследствие увеличения активного сопротивления жил кабелей при их нагреве током короткого замыкания. Формирование технической политики инновационных наукоемких технологий: Материалы науч.-практ. конф. Т.1. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002.

2) Черновец А.К., Шаргин Ю.М., Семенов К.Н., Лапидус А.А. Особенности расчета нагрева кабелей собственных нужд гидравлических электростанций. Труды СПбГПУ. Материалы VII Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы. - СПб.:

СПбГПУ, 2003.

3) А.А. Лапидус. Увеличение активного сопротивления проводников от их нагрева током короткого замыкания. XXXI неделя науки СПбГПУ. Материалы межвузовской научной конференции. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003.

4) А. К. Черновец, К.Н. Семенов, А.А. Лапидус. Пуск и самозапуск электродвигателей механизмов собственных нужд электростанций. Учебное пособие. Издание второе переработанное. Издательство ПЭИПК, 2004.

5) Черновец А.К., Шаргин Ю.М., Семенов К.Н., Чижков К.Г., Лапидус А.А. Электрификация зданий и сооружений блочных ТЭС и АЭС. Теоретические и практические проблемы развития электроэнергетики России. Труды международной научно-практической конференции, — СПб.: изд-во СПбГТУ, 27-28 июня 2002 г.

Научные результаты работы используются на следующих электростанциях и предприятиях:

- на Кольской АЭС при замене ОДГ на тиристорные преобразователи с целью обеспечения установившейся работы на нагрузку СН и удовлетворения требований СУЗ;

- на Петрозаводской ТЭЦ при совершенствовании системы резервного электроснабжения энергоблоков;

- на Северной ТЭЦ Ленэнерго при проверке кабельных линий на невозгорание и исследовании процесса самозапуска;

- на Каскаде Нивских ГЭС (ГЭС-1,2,3,9,10,11) при проверке кабельных линий на невозгорание и обеспечении селективности работы защит присоединений 0,4 кВ;

- на предприятиях Росэнергоатом, ФГУП СПбАЭП при проектировании АЭС с реакторами ВВЭР-1000, ВВЭР-640, а также ОАО СевЗапВНИПИЭнергопром при выборе вариантов резервного электроснабжения Петрозаводской ТЭЦ.

В качестве перспектив дальнейших исследований и нерешенных вопросов можно отметить следующие:

• учет теплового спада тока, обусловленного не только активным сопротивлением кабеля, но и других элементов в цепи (например, трансформаторов 6/0,4 кВ);

• согласование нормативно-технической документации и выявление четкой иерархии различных документов по обязательности исполнения (ПУЭ [1], циркуляра [2]);

• усовершенствование программного комплекса по автоматизированному выбору оборудования в сетях 0,4 кВ - автоматизированная оптимизация распределения нагрузки между различными сборками и щитками, а также учет двигательной нагрузки 0,4 кВ.

1. Правила устройства электроустановок. 6-ое изд., перераб. и доп., с изм. — М. : Главгосэнергонадзор России, 1998. - 607 с. - ISBN 5-900835-12.

2. Циркуляр №Ц-02-98 (Э). О проверке кабелей на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания. — М. : Изд-во Департамента стратегии развития РАО "ЕЭС России", СПО ОРГРЭС, 1998. 12с. - 600 экз.

3. Циркуляр №Ц-03-95 (Э). О проверке кабелей на невозгорание при действии тока короткого замыкания в сетях собственных нужд электростанций. М. : Изд-во РАО "ЕЭС России", 1995. - 10 с.

4. Противоаварийный циркуляр №Ц-11-84 Главтехуправления Минэнерго СССР от 11.11.84 г. О повышении надежности собственных нужд 6 и 0,4 кВ энергоблоков. М.: б. и., 1984. - 12 с.

5. Противоаварийный циркуляр №Ц-02-84 (Э). О предотвращении возгорания кабелей 6 кВ ААШв(ож) в цепях электродвигателей собственных нужд электростанций. — М.: Изд-во Минэнерго СССР, 1984. 11 с.

6. Эксплуатационный циркуляр №Э-6/73. О самозапуске электродвигателей собственных нужд тепловых электростанций. — М. : Изд-во СЦНТИОРГРЭС, 1973. 15 с.

7. Неклепаев, Б. Н. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. РД 153-34.0-20.527-98 / Под ред. Б. Н. Неклепаева. М. : Изд-во НЦЭНАС, 2002. - 152 с. -5000 экз. -ISBN 5931960813.

8. Неклепаев, Б. Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования / Б. Н. Неклепаев, И. П. Крючков. -М. : Энергоатомиздат, 1989. 608 с. - 64000 экз. - ISBN 5-283-01086-4.

9. Герасимов, В. Г. Электротехнический справочник: В 3 т. / Под ред. В. Г. Герасимова, П. Г. Грудинского, JI. А. Жукова и др. 6-е изд., испр. и доп. - М.: Энергия, 1982.

10. Решение Главтехуправления Минэнерго СССР от 27.09.85 "О блокировании действия автоматического включения резервного питания собственных нужд 6 и 0,4 кВ тепловых и атомных электростанций". — М.: СПО Союзтехэнерго, 1985. — 9 с.

11. Черновец, А. К. Проектирование электрической части атомных электростанций : учеб. пособие / А. К. Черновец, Ю. М. Шаргин. Л. : Изд-во ЛПИ, 1984. - 80 с. - 1000 экз.

12. Черновец, А. К. Обоснование технических решений по схемам электроснабжения атомных станций / А. К. Черновец, Ю. М. Шаргин. J3. : Изд-во ЛПИ, 1985. - 80 с. — 1000 экз.

13. Черновец, А. К. Пуск и самозапуск электродвигателей механизмов собственных нужд электростанций / А. К. Черновец, К. Н. Семенов. СПб. : Изд-во ПЭИПК Минтопэнерго РФ, 1996. - 40 с. - 200 экз.

14. Черновец, А. К. Пуск и самозаяуск электродвигателей механизмов собственных нужд электростанций : учеб. пособие / А. К. Черновец, К. Н. Семенов, А. А. Лапидус. 2-е изд., перераб. - СПб.: Изд. ПЭИПК Минтопэнерго РФ, 2004. - 72 с. - 300 экз.

15. Мокеев, С. Ф. О проверке кабелей на термическую стойкость / С. Ф. Мокеев, С. А. Вицинский, А. С. Мокеев // Электрические станции : Ежемес. производ.-техн. журн. : Орган М-ва электростанций СССР. М. - 2003. - №9. - С. 49-52. - ISSN 0201-4564.

16. Алексеева, О. Н. Электрическая часть атомных и гидравлических станций : учеб. пособие / О. Н. Алексеева, А. К. Черновец, Ю. М. Шаргин. СПб. : Изд-во СПбГТУ, 1998. - 108 с. - 300 экз.

17. Гук, Ю. Б. Устройство, проектирование и эксплуатация схем электроснабжения собственных нужд АЭС / Ю. Б. Гук, В. М. Кобжув, А. К. Черновец. М. : Энергоатомиз-дат, 1991.-295 с.

18. Щавелев, Д. С. Гидроэнергетические установки : учебник для вузов / Д. С. Ща-велев, Ю. С. Васильев, Г. А. Претро я др.; Под. ред. Д. С. Щавелева. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоиздат : Ленингр. отд-ние, 1981. - 517 с.

19. Мотыгина, С. А. Эксплуатация электрической части тепловых электростанций / С. А. Мотыгина. М.: Энергия, 1968. - 568 с.

20. Апольцев, Ю. А- Испытания КРУ на коммутационную способность / Ю- А. Апольцев // Электрические станции : Ежемес. произвол.-техн. журн. : Орган М-ва электростанций СССР. М. - 1984. -№3. - ISSN 0201-4564.

21. Голодное, Ю. М. Собственные нужды тепловых электростанций / Аббасова Э. М., Голоднов Ю. М., Зильберман В. А., Мурзаков А. Г. ; Под ред. Ю. М. Голоднова. М.: Энергоатомиздат, 1991.-270 с. -ISBN 5-283-01059-7.

22. Правила технологического проектирования атомных станций (с реакторами ВВЭР). РД 210.006-90. -М.: б. и., 1990.

23. Кабалян, Ю. К. Кабели повышенной негорючести / Ю. К. Кабалян, С. С. Эла-зян, Е. JI. Лянзберг, К. О. Минасян // Электрические станции : Ежемес. производ.-техн. журн. : Орган М-ва электростанций СССР. М. - 1988. - №4. - С. 68-71. - ISSN 02014564.

24. Зильберман, В. А. Релейная защита сети собственных нужд атомных электростанций / В. А. Зильберман. М. : Энергоатомиздат, 1992. - 122 с. - 800 экз. - ISBN 5283-01145-3.

25. Ульянов, С. А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах ; учебник для вузов / С. А. Ульянов. М. : Энергия, 1970. - 520 с.

26. Сборник руководящих материалов Главтехуправления Минэнерго СССР. Электротехническая часть. М.: Изд-во ОРГРЭС, 1992.

27. Кухлинг, X. Справочник по физике / X. Кухлинг ; пер. с нем. 2-е изд. М. : Мир, 1985. - 520 с. - 75000 экз.

28. Каменский, М. К. Состояние и перспективы производства электрических кабелей с повышенными показателями пожарной безопасности / М. К Каменский, И. Б. Пешков // Кабели и провода : Журн. для производителей и потребителей. М.: б. и.. - 2002.- №6. — С. 3-8.

29. Каменский, М. К. Новое поколение электрических кабелей с улучшенными показателями пожарной безопасности / М. К. Каменский, Ю. В. Образцов, А. А. Фрик // Кабели и провода : Журн. для производителей и потребителей. — М. : б. и.. 2002. — №6. -С. 19-20.

30. Беляев, А. В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ / А. В. Беляев. -Л.: Энергоатомиздат : Ленингр. отд-ние, 1988. 171 с. - 60000 экз. - ISBN 5-283-044033.

31. Ойрех, Я. А. Режимы самозапуска асинхронных электродвигателей / Я. А. Ойрех, В. Ф. Сивокобыленко. М.: Энергия, 1974.

32. Пак, П. Н. Насосы АЭС : Справочное пособие / П. Н. Пак, А. Я. Белоусов, А. И. Тимшин. -М. : Энергоатомиздат, 1989. 328 с. - ISBN 5-283-03816-5.

33. Георгиади, В. X. Методика расчета режимов перерыва питания и самозапуска электродвигателей 3-10 кВ собственных нужд электростанций упрощенными методами / В. X. Георгиади. М.: Изд-во СПО ОРГРЭС, 1993. - 140 с. - 700 экз.

34. Кухгикон, В. А. Результаты испытания кабеля марки ААШв (ож) 3x95-6 / В. А. Кухтиков, В. К. Тимонин, Л. Е. Трост // Электрические станции : Ежемес. производ.-техн. журн. : Орган М-ва электростанций СССР. М. - 1985. - №3. - С. 57-61. - ISSN 02014564.

35. Рокотян, С. С. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / В. В. Ершевич и др.; Под ред. С. С. Рокотяна, И. М. Шапиро. 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1985. — 352 с. - 30000 экз.

36. Циркуляр №Ц-01-97 (Э). О повышении надежности сетей 6 кВ собственных нужд энергоблоков АЭС (частичное заземление нейтрали). М.: б. и., 1997.

37. Каталог продукции ОАО "Севкабель". СПб.: б. и., 2003. -250 с.

38. Образцов, Ю. В. Применение алюминия для силовых кабелей с пропитанной бумажной изоляцией / Ю. В. Образцов и др. // Кабели и провода : Журн. для производителей и потребителей. -М.: б. и.. 2002. - №4. - С. 26-27.

39. Единые технические указания по выбору и применению электрических кабелей // Электрические станции : Ежемес. производ.-техн. журн. : Орган М-ва электростанций СССР. М. - 1977. - №Ю. - С. 83-86. - ISSN 0201-4564.

40. Пешков, И. Б. Научно-технический центр кабельной промышленности России: прошлое, настоящее, задачи на будущее / И. Б. Пешков // Кабели и провода : Журн. для производителей и потребителей. М.: б. и.. - 2002. — №6. - С. 3-8.

41. Каменский, М. К. Состояние и перспективы производства электрических кабелей с повышенными показателями пожарной безопасности / М. К. Каменский, И. Б. Пешков // Кабели и провода : Журн. для производителей и потребителей. — М.: б. и.. 2003. -№6.-С. 3-8.

42. Балашов, А. И. Нормативная документация для изготовления и поставки кабельной продукции / А. И. Балашов // Кабели и провода : Журн. для производителей и потребителей. М.: б. и.. - 2003. - №6. - С. 40-42.

43. Пешков, И. Б. Перспективы промышленного производства в России пожаробезопасных безгалогенных кабелей для АЭС / И. Б. Пешков // Кабели и провода : Журн. для производителей и потребителей. М.: б. и.. -1998. - - С. 4-8.

44. Каменский, М. К. Новое поколение электрических кабелей с улучшенными показателями пожарной безопасности / М. К. Каменский, Ю. В. Образцов, А. А. Фрик // Кабели и провода : Журн. для производителей и потребителей. — М. : б. и.. 2002. - №6. -С. 19-20.

45. Грудинский, П. Г. Электротехнический справочник: В 3 т. Т.1 / Под ред. П. Г. Грудинского. 5-е изд., испр. - М.: Энергия, 1975. — 776 с.

46. Шайнога, И. С. Минеральная изоляция — решение проблем пожаробезопасное™ / И. С. Шайнога // Кабели и провода : Журн. для производителей и потребителей. М. : б. и.. -2003. -№3. - С. 18-19.

47. Лапидус, А. А. Увеличение активного сопротивления проводников от их нагрева током короткого замыкания / А. А. Лапидус // XXXI неделя науки СПбГПУ : Материалы межвузовской научной конференции. — СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. С. 5-7.

48. Семенов, К. Н. Применение ПЭВМ для расчета переходных процессов в системах рабочего, резервного и автономного электроснабжения АЭС / К. Н. Семенов, А. К. Черновец, Ю. М. Шаргин. -Л.: Изд-во ЛЛГТУ, 1991. -100 с. 400 экз.

49. Росэнергоатом. Вестник концерна «Росэнергоатом» / М-во РФ по атомной энергии. М.: б. и.. - 2002. -№3.

50. International standard ВЕС 364-5-523. Electrical installations of buildings. Part 5: Selection and erection of electrical equipment, 1997.-288 p.

51. International standard IEC 287. Electric cables Calculation of the current rating, 1997.-189 p;

52. Стандарт Франции NFC 15-100. Installations electriques a basse tension. Partie5: Choix et mise en oeuvre des materiels, 1997. 253 p.

53. Craig, J. C. Visual basic 5.0. Developer's Workshop / J. C. Craig, J. Webb ; Microsoft Corporation. Fourth Edition, 1998. - 477 p.

54. O'Brien, Т. M. Microsoft Access 97 : Developer's Handbook / Т. M. O'Brien, S. J. Pogge, G. E. White ; Microsoft Corporation, 1998. 526 p.