автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Устойчивость промышленных электротехнических систем при несимметричных возмущениях в электрических сетях

На правах рукописи

ВАЛОВ Николай Викторович

УСТОЙЧИВОСТЬ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ НЕСИММЕТРИЧНЫХ ВОЗМУЩЕНИЯХ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 6 МАЙ 2011

Москва-2011

4847505

4847505

Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Ершов Михаил Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Белоусенко Игорь Владимирович

кандидат технических наук, доцент Пупин Валерий Михайлович

Ведущая организация ОАО «ГАЗПРОМ ПРОМТ АЗ»

Защита состоится « 11 » ос 2011 г. в 16 часов 10 минут на заседании диссертационного совета Д212.200.14 при Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина по адресу: Ленинский проспект, 65, Москва, ГСП-1, 119991, Россия, ауд. 308.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина.

Автореферат разослан « » QLJ_2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор ■ A.B. Егоров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Промышленные комплексы с непрерывными технологическими процессами по требованиям к надежности электроснабжения электроприемников относятся к первой категории. Для таких потребителей электроэнергии предусмотрено наличие нескольких независимых источников питания. Одновременные длительные отключения источников маловероятны. Практика эксплуатации подтверждает, что недостаточная надежность электроснабжения промышленных комплексов с непрерывными производствами обусловлена не столько длительными, сколько кратковременными нарушениями электроснабжения, проявляющимися в узлах нагрузки в виде провалов напряжения длительностью доли секунды. Такие провалы напряжения, обусловленные КЗ в протяженных внутренних и особенно внешних электрических сетях предприятия, могут приводить к потере устойчивости узлов с электродвигательной нагрузкой, сопровождаются массовыми отключениями электрооборудования. Особенно остро проблема устойчивости узлов нагрузки стоит для систем электроснабжения крупных нефтегазовых комплексов (нефте- и газоперерабатывающие заводы, нефтеперекачивающие станции магистральных нефтепроводов, электроприводные компрессорные станции магистральных газопроводов), которые характеризуются большой установленной мощностью электроприводов и непрерывными технологическими процессами, что обусловливает их чувствительность к кратковременным нарушениям электроснабжения. Массовые отключения электрооборудования нефтегазовых комплексов приводят к большим экономическим потерям.

Ранее выполненные исследования в большей степени ориентированы на математическое моделирование, выявление закономерностей и разработку решений при симметричных возмущениях в электроэнергетических и электротехнических системах (ЭТС). Исследованию устойчивости при несимметричных возмущениях посвящено значительно меньше работ, в то время как большинство провалов напряжения являются несимметричными ввиду того, что вызывающие их несимметричные возмущения (однофазные и двухфазные КЗ) возникают значительно чаще симметричных трехфазных КЗ. На долю несимметричных КЗ в распределительных и питающих сетях высокого напряжения (6 - 220 кВ) промышленных комплексов приходится до 90 % от общего числа КЗ, причем большая их часть приходится на сети внешнего электроснабжения. Исследованию устойчивости промышленных ЭТС при несимметричных возмущениях и посвящена данная работа.

Большой вклад в решение проблемы устойчивости электроэнергетических систем внесли В.А. Веников, A.A. Горев, Ю.Е. Гуревич, П.С. Жданов, К.П. Ковач, В. Лайон, Р. Парк, C.B. Страхов, Ю.Г. Шакорян и другие отечественные и зарубежные ученые.

Решению проблем устойчивости промышленных ЭТС посвящены работы С.И. Гамазина, В.Ф. Сивокобыленко, И.А. Сыромятникова и дру-

гих. Диссертационная работа основывается на результатах, полученных в трудах указанных ученых, а также результатах исследований, выполненных в рамках научной школы «Надежность, устойчивость и безопасность ЭТС нефтяной и газовой промышленности», основанной профессором Б.Г. Меньшовым в Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина.

Цель работы заключается в установлении закономерностей влияния несимметрии напряжения при характерных возмущениях в электрических сетях на показатели устойчивости промышленных ЭТС для повышения надежности работы непрерывных производств.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Разработать модели систем электроснабжения, позволяющие моделировать характерные несимметричные возмущения в сетях внешнего электроснабжения.

2. Выполнить численное моделирование несимметричных аварий в питающей сети для установления диапазона параметров несимметрии напряжения в основных узлах нагрузки ЭТС.

3. Выполнить анализ соответствия значений расчетных и экспериментальных параметров несимметрии напряжения при авариях в электрических сетях.

4. Разработать математические модели и алгоритмы расчета переходных процессов в разомкнутой ЭТС с асинхронными приводами при несимметричных возмущениях в электрических сетях.

5. Выполнить численное моделирование устойчивости ЭТС с асинхронными приводами при характерных несимметричных возмущениях и установить закономерности влияния несимметрии напряжения на показатели устойчивости.

6. Предложить рекомендации по выбору защит минимального напряжения и их параметров, обеспечивающих наиболее полное использование запаса устойчивости ЭТС при несимметричных возмущениях в электрических сетях.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования явились промышленные ЭТС непрерывных производств нефтегазовой отрасли. В работе использовались положения и методы теории электрических цепей, теории электрических машин и электропривода, математическое и компьютерное моделирование ЭТС.

Научная новизна результатов исследований:

1. Разработанные схемные и математические модели систем электроснабжения позволяют моделировать характерные несимметричные возмущения в сетях внешнего электроснабжения с учетом влияния

электромагнитных процессов трансформаторов. Математические модели трансформаторов модифицированы с учетом магнитного насыщения стали сердечников.

2. С учетом влияния типов головных трансформаторов и удаленности места аварий впервые установлен и подтвержден по данным аварийных осциллограмм характерный диапазон коэффициента несимметрии напряжения в основных узлах нагрузки, позволяющий обосновано формировать возмущения при моделировании устойчивости ЭТС и учитывать реальный характер возмущений при решении вопросов выбора защит минимального напряжения.

3. Доказано, что в реальном диапазоне несимметрии питающего напряжения, границы устойчивости ЭТС определяются составляющей прямой последовательности и практически не зависят от составляющей обратной последовательности напряжения на основании чего уточнена формула для определения границы устойчивости ЭТС при несимметричных возмущениях.

Практическое значение работы:

1. Математические модели для моделирования несимметричных возмущений при авариях в сетях внешнего электроснабжения реализованы в программах ЭВМ и используются на практике для анализа аварийных режимов.

2. Для расчета параметров устойчивости ЭТС при несимметричных возмущениях разработаны расчетные процедуры, вошедшие в инженерную методику для газовой промышленности.

3. Рекомендации по выбору защит минимального напряжения и их параметров обеспечивают более полное использование запаса устойчивости, сокращают число массовых отключений электрооборудования многомашинных ЭТС, обеспечивая непрерывность технологических процессов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Модифицированные схемные и математические модели для моделирования несимметричных возмущений в сетях внешнего электроснабжения с учетом влияния электромагнитных процессов трансформаторов.

2. Результаты численного моделирования и обработки экспериментальных данных, позволившие установить диапазон параметров несимметрии питающего напряжения при несимметричных возмущениях в сетях внешнего электроснабжения.

3. Результаты моделирования переходных процессов в ЭТС при несимметричных возмущениях в электрических сетях, позволившие доказать, что границы устойчивости ЭТС определяются составляющей прямой последовательности и практически не зависят от составляющей напряжения обратной последовательности.

4. Рекомендации, обеспечивающие более полное использование запаса устойчивости ЭТС и сокращение числа массовых отключений и самоотключений электрооборудования при несимметричных возмущениях в электрических сетях.

Обоснованность и достоверность результатов обеспечивается применением апробированных методов и средств исследования устойчивости промышленных ЭТС, корректностью выбора и применения математического аппарата, а также достаточным информационным обеспечением математического моделирования и подтверждается результатами численных экспериментов и данными, полученными в ходе эксплуатации Астраханского ГПЗ.

Апробация работы. Основные результаты и положения работы докладывались и обсуждались на 62-й студенческой научной конференции «Нефть и газ - 2008», 1Х-й международной конференции «Новые идеи в науках о Земле», Н-й Всероссийской научно-технической конференции «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (2009 г.), Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы нефтегазового комплекса России - 2010», на научных семинарах кафедры теоретической электротехники и электрификации нефтяной и газовой промышленности РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина (2008-2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 1 в издании, рекомендованном ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы. Общий объем работы составляет 146 печатных страниц. Работа включает 50 рисунков, 27 таблиц и библиографию из 51 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования, сформулированы цели и задачи исследования, а также показаны научная новизна полученных результатов и их практическое значение.

В первой главе рассмотрены характер кратковременных нарушений электроснабжения при провалах напряжения, обусловленных авариями в электрических сетях, основные принципы построения релейных защит минимального напряжения, характеристики границ устойчивости ЭТС при симметричных и несимметричных возмущениях, сформулированы задачи исследования.

Вопросы определения параметров и оценки устойчивости при симметричных возмущениях исследованы во многих работах. Однако среди аварийных режимов, обусловливающих провалы напряжения в электрических сетях, как показано в таблице 1, наиболее частыми являются несимметричные КЗ, вызывающие несимметричные провалы напряжения.

Таблица 1 - Относительная вероятность КЗ в электрических сетях

Относительная вероятность КЗ (%) в сетях

Вид КЗ указанных напряжений, кВ

до 1 кВ 6(10) 35 110 220

Однофазное 63 61 67 83 88

Двухфазное 19 17 18 5 3

Двухфазное на землю 9 11 7 8 7

Трехфазное 8 11 8 4 2

Применительно к системам промышленного электроснабжения математические модели расчета электромеханических переходных процессов наиболее подробно исследованы в работах ученых Московского энергетического института (технического университета) и Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. Однако ряд вопросов, связанных с устойчивостью ЭТС при несимметричных возмущениях, нуждаются в дальнейшем исследовании. Среди них можно выделить вопросы определения диапазонов параметров несимметрии напряжения, определения параметров и оценки устойчивости, вопросы выбора вида и параметров защит минимального напряжения при несимметричных аварийных режимах в электрических сетях.

В методике определения границ устойчивости узлов электрической нагрузки систем электроснабжения газовых комплексов границы устойчивости предложено определять следующим образом.

Граница устойчивости ЭТС при симметричных возмущениях определяется как зависимость t(u) - максимально допустимого времени t (с) возмущения от величины остаточного напряжения и (o.e.). Зависимость

t(u) может быть выражена с помощью двухпараметрической формулы, аппроксимирующей результаты расчетов устойчивости узла.

Двухпараметрическая формула имеет вид

/(и) = /0(1 -и)/(1 -и/ису), (1)

где io - время динамической устойчивости; ису - напряжение статической устойчивости (граница статической устойчивости).

Величина to определяется как максимально допустимое время возмущения не вызывающего нарушения динамической устойчивости ЭТС при остаточном напряжении узла равном нулю, то есть f0 ='(" = 0).

Область статической устойчивости ЭТС при симметричных возмущениях определяется условием и > нсу. Область динамической устойчивости ЭТС при симметричных возмущениях определяется условием Т\и) < t(u), означающем, что при данном значении остаточного напряжения и (при этом u < ucv) длительность Т произошедшего возмущения не превышает допустимого времени t, определяемого границей динамической устойчивости данной ЭТС.

Граница статической устойчивости ЭТС при несимметричных возмущениях определяется в координатах прямой щ (o.e.) и обратной щ (o.e.) последовательностей напряжения трехпараметрической функциональной зависимостью, аппроксимирующей результаты расчетов устойчивости ЭТС

G(u,,u2) = bl-u,+b2u2+b3- (u2f = 0, (2)

где bi, b2, ¿>з - коэффициенты аппроксимации, при этом bt = ису.

Граница устойчивости ЭТС при несимметричных возмущениях t{u\, и2) определяется как зависимость максимально допустимого времени t (с) возмущения от величины остаточного напряжения, в координатах прямой u\ (o.e.) и обратной щ (o.e.) последовательностей с учетом параметров устойчивости при симметричных возмущениях (ису, t0) следующим образом

i(W|,M2) = Г0«су(1 + G(U,,H2) - ису) / G(U,,M2) (3)

Область статической устойчивости ЭТС при несимметричных возмущениях определяется условием G(u\,u2) < 0. Область динамической устойчивости ЭТС при несимметричных возмущениях определяется условием Цц\, и2) < t(uit u2), где ЦMi, и2) - длительность рассматриваемого возмущения с данными значениями иi и щ остаточного напряжения.

Анализ защит минимального напряжения (ЗМН) показал, что используются две основных схемы срабатывания защит по факту снижения всех трех линейных напряжений (Uab < + Ubc < + Uca <) ниже заданной уставки и по факту снижения одного из линейных напряжений и возникновению напряжения обратной последовательности (Uah < + U2 >). Сущест-

вуют также новые разработки ЗМН, срабатывающие по факту снижения напряжения прямой последовательности и возникновению напряжения обратной последовательности, реализуемые на цифровой технике. Такие разработки позволяют приблизить характеристику защиты к границе устойчивости ЭТС и в результате уменьшить число необоснованных отключений узлов нагрузки. Однако реализация цифровых фильтров с необходимостью частого контроля мгновенных значений линейных напряжений сложна и такие устройства недостаточно надежны, что сдерживает их применение в промышленности.

На основании анализа этих вопросов и были сформулированы перечисленные выше задачи исследования, направленные на повышение устойчивости и надежности работы промышленных ЭТС при несимметричных возмущениях в электрических сетях.

Во второй главе рассмотрены схемные и математические модели, позволяющие моделировать несимметричные возмущения (КЗ и обрывы фаз) в электрических сетях внешнего электроснабжения, с учетом влияния электромагнитных процессов трансформаторов на входе систем электроснабжения на значения напряжений в узлах и токов в ветвях ЭТС. Рассматриваемые несимметричные переходные процессы ограничены условием сохранения связи с питающей энергосистемой.

При расчете несимметричных режимов в ЭТС возникает задача учета влияния трехфазных трансформаторов на распределение токов и напряжений в электрических сетях. Для этого целесообразно использовать модели трансформаторов, учитывающие электромагнитные процессы. Рассмотрим эти модели на примере двухобмоточного трансформатора.

Переходные процессы электрических цепей первичных и вторичных обмоток трехфазного двухобмоточного трансформатора описываются системой из шести уравнений

' ' 1 л 1 л

л,

¿Ф,. Л

(4)

где индексы / = А, В, С - соответствуют обозначениям фаз первичных обмоток (/ = АВ, ВС, СА, если обмотка соединена по схеме «треугольник»); _/ = а, Ь, с - индексы, соответствующие обозначениям фаз вторичных обмоток (/' = аЬ, Ьс, са , если обмотка соединена по схеме «треугольник»); и„ ц / /,, I) - фазные первичные и вторичные напряжения / токи трансформатора; IV, , 1У2 - число витков на одну фазу первичной и вторичной обмоток трансформатора; Ф, - магнитные потоки в стержнях магнитопровода; Ль

Лг - сопротивления первичной и вторичной обмоток; Ь„\, Ьл - индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток.

Переходя к эквивалентным синусоидам токов, напряжений и магнитных потоков в стали, на основании (4), с учетом схемы замещения магнитной цепи трансформатора, представленной на рисунке 1, получим сис-

1

Рисунок 1 - Схема замещения магнитной цепи двухобмоточного трансформатора

тему уравнений, связывающих электромагнитные комплексные величины трансформатора

Ф. = у..

ЕО^+Г™)

(5)

где Х\=К\+](оЬа\,22=К2+](оЬл - сопротивления первичных и вторичных обмоток трансформатора; - МДС для фаз / = А, В,С; У„„, У^ - магнитные проводимости стержней магнитной цепи, определяемые через соответствующие магнитные сопротивления

V =1/7 ■■ У = 1/7

1 пи 1' ' тп 1'

Магнитные сопротивления стержней магнитопровода могут быть определены через реактивную мощность намагничивания 2и потери в магнитопроводе Рт,

7 _ (а„+урм

где Вт,■ - максимальное значение магнитной индукции; / - частота; у -плотность материала магнитопровода; П„ /, - площадь сечения и длина /-го участка магнитопровода. Мощность намагничивания и потери на участке магнитопровода определяются конструктивными параметрами и удельными значениями потерь рт и намагничивающей мощности «ум в стали и в зоне шихтованных стыков -р» д3 трансформатора.

В общем случае, с учетом возможного изменения магнитной индукции в стержнях, значения магнитных сопротивлений не являются постоянными. Для оценки 7„и в различных режимах трансформатора (отличных от номинального) целесообразно использовать аналитические зависимости рт(В), дт(В), рг(В), д/В), которые могут быть получены аппроксимацией экспериментальных данных, приведенных в справочной литературе. В частности, для холоднокатаной стали марки 3404 при толщине листа 0,3 мм зависимость удельных значений потерь и намагничивающей мощности от индукции (в диапазоне В = 0,4 - 1,8 Тл) достаточно точно аппроксимируются степенной у=а-хь или экспоненциальной у=а ехр(Ь-х) функциями.

Сопротивление 2„„, называемое сопротивлением от ярма к ярму, представляет собой сопротивление магнитному потоку, замыкающемуся между точками 1 и 2 магнитопровода (рисунок 1) через масло, воздух, крепежные детали и бак трансформатора.

На рисунке 2 представлена схемная модель, отражающая работу двухобмоточного трехфазного трансформатора совместно с нагрузкой и питающей электрической системой. Питающая система представлена источником ЭДС с параметрами ^ц, 211\, 2С\ и Ец, Еви ЕС\, линией электропередачи (ЛЭП) с параметрами Ха и поперечными ветвями 2'А, и, 2'с, Варьируя параметры источника ЭДС, ЛЭП и поперечных ветвей, можно моделировать рабочий и различные аварийные режимы питающей системы. В рассматриваемом примере обмотки трансформатора включены по схеме Ун/Д, к выходу трансформатора подключена статическая нагрузка, включенная по схеме звезда с сопротивлениями в фазах 2нга Ъжь. 2ШС. Стационарные (или квазипереходные на шаге интегрирования) режимы рассматриваемой схемы определяются системой из 27 уравнений с комплексными переменными, коэффициентами и свободными членами, составленной на основе законов Кирхгофа для электрических цепей и с учетом электромагнитной модели (5) трансформатора.

Рисунок 2 - Схема замещения системы «питающая электрическая сеть -двухобмоточный трансформатор - нагрузка».

Аналогичным образом были смоделированы системы с трехобмо-точным трансформатором и с трансформатором с расщепленной обмоткой низшего напряжения. Полученные в результате моделирования системы уравнений состоят из 36 и 51 уравнений соответственно. Также были смоделированы системы с трансформаторами двойного питания. Решение данных систем на ЭВМ реализовано по методу Гаусса в программном комплексе TRANS.

В третьей главе приведены результаты моделирования различных возмущений в системах с различными типами трансформаторов. Рассмотрены системы с двухобмоточным, трехобмоточным и двухобмоточным с расщепленной обмоткой низшего напряжения трансформаторами, а также с трансформаторами двойного питания. Рассмотрены различные удаленности места возмущения от питающей системы. В качестве возмущений были рассмотрены:

• Однофазное КЗ

• Двухфазное КЗ

• Двухфазное КЗ на землю

• Обрыв одной фазы

• Обрыв двух фаз

Моделирование осуществлялось в реальных фазовых координатах для квазиустановившегося режима. Изменение сопротивлений Z4\, ZB\, Zc\,

Z4i, 2ei Z.ci позволяло моделировать различную удаленность места возмущения от питающей системы, а изменение сопротивлений Z'A, Z'B, Z'c, Z у - различные виды возмущений (см. рисунок 2).

Расчеты проведены при помощи программы TRANS, использующей модели систем, описанные во второй главе. В качестве показателя несимметрии напряжения в соответствии с ГОСТ 13109-97 выбран коэффициент несимметрии по обратной последовательности (далее коэффициент несимметрии), определяемый отношением напряжений обратной Uj и прямой U\ последовательностей на выходе трансформатора

£,„ = ^--100%.

Для определения коэффициента несимметрии использовались действующие значения напряжений прямой и обратной последовательностей:

и, =A/Re(t/,)2+Im([/,)2;

U2 = jRe(U2)! +lm(U!)2.

Действительные и мнимые составляющие напряжений прямой и обратной последовательностей рассчитывались по формулам, в которых исходными данными являются выходные линейные напряжения и соответствующие им начальные фазы

Re((/,) = -j | tf ■ cos <рф + U■ cos(?v + у) + Uс ■ cos(</>„ - у) j; Im(i/,) = ^i/uA -sin^ + £/„,. -s\n(<pu. + - sin(f»lu Re(t/,) = • cos <рл + UK ■ cos(^ - у) + i/„ • cos(tpcll + у) j; 'm(f/,) = -sin<pilh +Uhc -sin^ -y)+I/„ -sm(<pw +y)j-

Результаты численного моделирования показали, что коэффициент несимметрии значительно зависит от типа возмущения, возникшего на участке от источника питания до трансформатора, и в меньшей мере от типа трансформатора. Поэтому представляется целесообразным сгруппировать полученные данные по типам возмущений. Кроме того, влияние оказывает место возмущения - чем ближе место возмущения к источнику питания, тем меньше коэффициент несимметрии. В качестве примера в таблице 2 представлены значения коэффициента несимметрии при однофазных КЗ для систем с различными типами трансформаторов. Графически эти результаты представлены на рисунке 3.

Таблица 2 - Показатели несимметрии при однофазных КЗ

Расстояние от источника питания L, o.e. Значение коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности Кги, % для указанных типов трансформаторов

двухобмо-точный с расщепленной обмоткой трехобмо-точный двойного питания

0,00 13,72 13,26 13,09 17,08

0,25 16,76 16,05 15,79 20,85

0,50 19,66 18,66 18,29 24,41

0,75 22,44 21,11 20,59 27,78

1,00 25,11 23,43 22,74 30,99

35

30

25

ь-

N

* 20

15

10

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

L, o.e.

Рисунок 3 - Зависимости коэффициента несимметрии напряжений от удаленности точки однофазного КЗ от источника питания для систем с различными трансформаторами: двухобмоточным (двух), трехобмоточным (трех), с расщепленной обмоткой низшего напряжения (расщ), двойного питания (двойн)

Коэффициент несимметрии напряжения при однофазном КЗ колеблется в пределах 13-32 %. Аналогичные исследования для других видов КЗ показали, что при двухфазном КЗ среднее значение коэффициента несимметрии составляет 52 %, а при двухфазном КЗ на землю - 44 %. Во всех случаях несимметричных КЗ коэффициент несимметрии напряжения для системы с двухобмоточным трансформатором на 2 - 3 % выше, чем

для систем с трехобмоточным трансформатором или трансформатором с расщепленной обмоткой НН, а для систем с трансформатором двойного питания - выше на 15 — 18 %.

Поскольку коэффициент несимметрии напряжений в случае двухфазных КЗ значительно выше, чем при однофазном КЗ, представляется возможным по коэффициенту несимметрии вторичного напряжения трансформатора диагностировать наличие в системе однофазного КЗ. Воспользовавшись тем, что зависимость этого коэффициента от расстояния до места возмущения имеет линейный характер, можно приблизительно определить место КЗ.

Результаты моделирования возмущений в рассмотренных моделях были подтверждены аналитическими выводами, полученными в предположении, что ни одно из линейных напряжений при КЗ не может превышать линейное напряжение до возмущения.

Сравнение результатов моделирования с результатами обработки аварийных осциллограмм, полученных с помощью цифровых осциллографов «.ТОМБОШ, подключенных к шинам распределительных устройств РУ-6 кВ главной понизительной подстанции (ГПП) первой очереди Астраханского газоперерабатывающего завода (АГПЗ-1), показало, что, как и в большинстве расчетных случаев, на практике значение коэффициента несимметрии при провалах напряжений лежит в диапазоне от 10 до 50 %. Кроме того, в 80 % случаев значение коэффициента несимметрии находится в интервале 10-30 %, что соответствует однофазному КЗ, которое в системах электроснабжения возникает наиболее часто. Результаты обработки экспериментальных данных представлены в виде гистограмм на рисунках 4 и 5. Данный факт еще раз подтверждает адекватность используемых моделей и правильность проведенных расчетов.

В результате исследований, отраженных в третьей главе, можно сделать вывод о том, что установлен реальный диапазон коэффициента несимметрии остаточных напряжений, который может использоваться для формирования исходных возмущений при моделировании устойчивости ЭТС. Выявлены определенные закономерности зависимости коэффициента несимметрии вторичного напряжения трансформатора от вида возмущения в системе энергоснабжения, типа трансформатора, установленного в ЭТС, и расстояния между источником питания и местом возмущения.

В заключении данной главы выполнено исследование режимов остаточных напряжений на стороне ниже 1000 В при однофазных КЗ в сетях 110 кВ с двойной трансформацией энергии.

Подтверждено, что для уменьшения числа самопроизвольного отключения низковольтных электроприводов из-за отпадания магнитных пускателей, в сетях после трансформаторов со схемой соединения обмоток У/У-12 рекомендуется использовать магнитные пускатели катушки которых рассчитаны на номинальное напряжение 220 В, а в сетях после трансформаторов Д/У-11 - пускатели с катушками на номинальное напряжение 380 В.

Рисунок 4 - Гистограмма коэффициентов несимметрии при провалах напряжения по вводу «А» системы электроснабжения АГПЗ-1

0,5

П я ИЗ

а

41 (я я

03 Я Я Я Я П Я Я

о я

я

1©

я 3*

0,4

0,3

0,2

0,1

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Кги, %

Рисунок 5 - Гистограмма коэффициентов несимметрии при провалах напряжения по вводу «Б» системы электроснабжения АГПЗ-1

В четвертой главе рассмотрены математические модели и выполнен анализ электромеханических переходных процессов в ЭТС при несимметричных возмущениях.

В основу расчета электрического состояния несимметричных трехфазных систем положен метод свертки схем и метод симметричных составляющих. Для начала некоторого шага счета известны расчетные сопротивления двигателей и сопротивления элементов электрической сети для токов прямой и обратной последовательностей. Если несимметричный режим обусловливается нарушением симметрии трехфазной системы ЭДС источника, то алгоритм счета включает два параллельных процесса аналогичных процессу счета симметричных режимов. При этом определяются проводимости прямой г''' и обратной к'ч2> последовательностей всех узлов схемы относительно нулевой точки и проводимости прямой У^1 и обратной К?,' последовательностей начал ветвей относительно этой же точки. Затем рассчитываются напряжения и токи прямой и^,!]" и обратной Ц**1,!',1' последовательностей по формулам:

Г0) г(1)7(1)

и0> = р -1)4%,если/и,7 = -1 ити = 1 иЬ: = 1; 10, если = 1 и тк! = 1 и =0.

т = 1-1™£\*жтл=-1«ти =1и6,- =1; 10, если т^ = -1 и тк1 = 1 и 6(. =0.

^(1) _ [^¿у1 И/" >если тр = 1 и 6, =1; [0, если ш/7 = 1 и Ь, = 0.

0, если /и .. = 1 и 6, = 0.

где Шу - элементы матрицы инциденций, а - элементы вектора включений.

Далее, после определения новых значений скольжений двигателей и углов нагрузки СД определяются расчетные сопротивления прямой г"' и обратной г"1 последовательностей электрических машин, и счет повторяется на новом шаге интегрирования. Если несимметричная система ЭДС источника не задана, то она может быть определена путем моделирования возмущения во внешней части системы электроснабжения - до трансфор-

матора ГПП. При этом используется программа расчета трехфазного трансформатора.

Алгоритмы расчета электромеханических переходных процессов при несимметричных возмущениях реализованы в программном комплексе SAD. В работе алгоритмы расчета дополнены возможностью учета продольной несимметрии в ветвях внутренней части схемы, что позволяет дополнительно к КЗ моделировать и обрывы фаз в линиях сетей внутреннего электроснабжения.

Для исследования устойчивости ЭТС при несимметричных возмущениях со стороны источника питания, с помощью программного комплекса SAD было выполнено численное моделирование этих возмущений. В качестве расчетной схемы использовалась тестовая схема, приведенная на рисунке 6. Источник питания, линия электропередачи, а также трансформатор ГПП представлены эквивалентным источником питания, ЭДС которого равняется выходному напряжению трансформатора.

Рисунок 6 - Расчетная тестовая схема ЭТС

В примере были определены ЭДС статической устойчивости Е]су и время динамической устойчивости /о при различных значениях ЭДС обратной последовательности Е2. Влияние составляющей обратной последовательности на параметр статической устойчивости представлено в таблице 3.

Таблица 3 - Влияние ЭДС обратной последовательности _на ЭДС статической устойчивости ЭТС_

Ej, o.e. £|CV, o.e.

0,0 0,875

0,1 0,875

0,2 0,877

0,3 0,879

0,4 0,884

0,5 0,889

0,6 0,895

0,7 0,903

0,8 0,911

0,9 0,920

По результатам исследований видно, что с ростом ЭДС обратной последовательности, увеличивается ЭДС статической устойчивости прямой последовательности, и, следовательно, уменьшается запас устойчивости ЭТС. Однако изменение £|Су, обусловленное возникновением несимметрии (появлением ЭДС обратной последовательности), в худшем случае незначительно превышает 5 % от Е)Су в симметричном режиме работы (Е2 = 0).

В реальном диапазоне несимметрии (до 50 %) отклонение в оценке ЭДС статической устойчивости не превысит 2 %. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что при определении параметров статической устойчивости системы при несимметричных возмущениях учет обратной составляющей ЭДС источника дает незначительное повышение точности расчетов.

Изменение времени динамической устойчивости при различных сочетаниях остаточной ЭДС прямой и обратной последовательностей отражено в таблице 4 и на рисунке 7. Из приведенных данных видно, что зависимость времени динамической устойчивости от величины остаточной ЭДС обратной последовательности проявляется только при больших (0,7 -0,8 o.e.) значениях остаточной ЭДС прямой последовательности и больших значениях ЭДС обратной последовательности. Ошибка в определении времени динамической устойчивости без учета ЭДС обратной последовательности может приближаться к 30 %.

Таким образом, при определении времени динамической устойчивости системы при высоком уровне остаточной ЭДС прямой последовательности пренебрежение обратной составляющей ЭДС источника может дать значительную погрешность, поэтому данный факт должен быть дополнительно исследован. Была проверена возможность реальных сочетаний больших значений составляющих ЭДС прямой и обратной последовательностей.

Таблица 4 - Значения времени динамической устойчивости /0 (мс) для различных значений ЭДС прямой и обратной последовательностей

Elt o.e. Ег, o.e.

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

0,4 100 100 99 98 97 - - - -

0,5 115 115 114 113 112 110 - - -

0,6 142 142 141 139 137 135 131 - -

0,7 197 196 195 192 188 183 177 171 -

0,8 366 364 358 347 334 318 301 282 264

Незаполненные ячейки таблицы 4 обусловлены тем, что ЭДС обратной последовательности не превышает ЭДС прямой последовательности.

400 350 300 250

и

S„ 200 о

150

100

50 0

0 0.1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Ei, o.e.

Рисунок 7 - Зависимость времени динамической устойчивости от ЭДС обратной последовательности

Ввиду того, что ни одно из линейных напряжений после возмущения не может превышать линейное напряжение до возмущения, на значения ЭДС прямой и обратной последовательностей накладывается ограничение

Е2<\-Е1.

Этот вывод подтверждается и экспериментальными данными, приведенными в третьей главе. Наиболее тяжелый из возможных несимметрич-

ных режимов - когда напряжение обратной последовательности максимально и определяется соотношением

Е2 - тт (£|, 1 - £1).

При Е\ = Е 1Су = 0,8 ^ 0,9, величина Ег не может превысить 0,2 о.е.. Выполненные с учетом этого результаты моделирования представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Зависимость времени динамической устойчивости от

ЭДС обратной последовательности _в реальном диапазоне несимметрии питающей ЭДС_

£1, о.е. /о , мс Погрешность А, %

при £2=0 при Ег~тах

0 81 81 0

0,1 82 81 1,22

0,2 85 84 1,18

0,3 90 89 1,11

0,4 100 97 3,00

0,5 115 110 4,35

0,6 142 137 3,52

0,7 197 192 2,54

0,8 366 358 2,19

Отсюда следует, что реальная разница между значениями времени динамической устойчивости в симметричном и наихудшем из возможных несимметричных режимов не превышает 5 %. При помощи метода имитационного моделирования установлено, что в область между границами устойчивости симметричного и наихудшего из возможных несимметричных режимов, попало менее 1 % всех возможных возмущений.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что при определении границ устойчивости в реальном диапазоне несимметрии питающего напряжения составляющую обратной последовательности можно не учитывать, что позволяет упростить формулу для определения границы устойчивости при несимметричных возмущениях. Этот вывод позволяет существенно упростить реализацию защит минимального напряжения, ограничившись выделением и контролем напряжения прямой последовательности. При этом в схемах защит вместо двух реле можно использовать только одно фильтр-реле прямой последовательности. Уменьшение числа реле, используемых в защитах, увеличивает их надежность и, следовательно, повышает надежность ЭТС в целом.

Заключение

1. Разработаны схемные и математические модели, позволяющие моделировать характерные несимметричные возмущения в сетях внешнего электроснабжения с учетом электромагнитных режимов трансформаторов. Математические модели трансформаторов дополнены возможностью учета магнитного насыщения стали сердечников.

2. В результате компьютерного моделирования с учетом типов трансформаторов, видов и удаленности аварий определен диапазон значений коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности, позволяющий обосновано формировать возмущения при моделировании устойчивости ЭТС.

3. Выполнен анализ соответствия значений расчетных и экспериментальных, определенных в результате обработки аварийных осциллограмм, показателей несимметрии напряжения питания, подтвердивший диапазон реальных значений коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности.

4. Алгоритмы расчета электромеханических переходных процессов дополнены возможностью учета продольной несимметрии в ветвях внутренней части схемы, что позволяет дополнительно к КЗ моделировать и обрывы фаз в линиях сетей внутреннего электроснабжения.

5. В результате компьютерного моделирования электромеханических переходных процессов при возмущениях со стороны источника питания доказано, что границы устойчивости ЭТС с асинхронными приводами определяются составляющей питающего напряжения прямой последовательности и практически (с точностью до 5 %) не зависят от составляющей обратной последовательности напряжения.

6. На основании предыдущего вывода предложено упростить формулу границы устойчивости при несимметричных возмущениях, ограничившись зависимостью времени динамической устойчивости только от напряжения прямой последовательности.

7. Предложены рекомендации: по выбору защит минимального напряжения на базе фильтр-реле напряжения обратной последовательности с выбором уставки по напряжению прямой последовательности; по координации выбора номинальных напряжений и схем подключения катушек управления магнитных пускателей и контакторов со схемами и группами соединения обмоток питающих трансформаторов, направленные на сокращение числа массовых отключений электрооборудования при несимметричных возмущениях в электрических сетях.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях

1. Валов Н.В., Кротов Д.И. Исследование зависимости запаса устойчивости асинхронных ЭТС от параметров питающей системы. - Сборник тезисов докладов 62-й Студенческой научной конференции «Нефть и газ -2008» - Москва, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2008.

2. Ершов М.С., Валов Н.В. Математическое моделирование аварийных несимметричных режимов систем электроснабжения. - Сборник научных трудов II Всероссийской научно-технической конференции «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» Том I - Уфа, Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2009.

3. Валов Н.В. Анализ несимметрии напряжения в узлах нагрузки потребителей при авариях в сетях внешнего электроснабжения. - Доклады IX международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» - Москва, РГГРУ имени С. Орджоникидзе, 2009.

4. Ершов М.С., Егоров A.B., Валов Н.В., Мукани Э.Б. О некоторых закономерностях областей устойчивости асинхронных электротехнических систем. - Промышленная энергетика, 2010, №7.

5. Ершов М.С., Валов Н.В. Характеристики провалов напряжения при авариях в сетях систем электроснабжения нефтегазовых комплексов - Тезисы докладов научной конференции «Актуальные проблемы нефтегазового комплекса России» - М., РГУ нефти и газа, 2010.

6. Ершов М.С., Валов Н.В. Исследование влияния несимметрии питания на устойчивость асинхронных электротехнических систем - межвузовский сборник научных трудов «Повышение надежности и энергоэффективности электротехнических систем и комплексов» - Уфа, УГНТУ, 2010.

Подписано в печать 11.04.2011. Формат 60x90/16.

Бумага офсетная Усл. п.л.

Тираж 100 экз. Заказ № 126

Издательский центр РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина 119991, Москва, Ленинский проспект, 65 Тел.: 8(499)233-95-44

Введение.

Глава 1. Анализ характера кратковременных нарушений электроснабжения промышленных потребителей и мероприятий по защите узлов нагрузки.

1.1.Характер кратковременных нарушений электроснабжения.

1.2.Характеристика защит минимального напряжения.

1.3.Методы определения параметров границ устойчивости электротехнических систем.

1.4.3адачи исследования.

Глава 2. Математические модели элементов электротехнических систем для расчета электромеханических переходных процессов при несимметричных возмущениях.

2.1 .Задачи моделирования.

2.2.Модель переходных процессов асинхронных двигателей при несимметрии питающей системы напряжений.

2.3.Математические модели трехфазных трансформаторов.

2.3.1. Модель двухобмоточного трансформатора.

2.3.2. Модели многообмоточных трансформаторов.

2.4.Модели трансформаторов двойного питания.

2.5.Итоги исследований и выводы.

Глава 3. Анализ провалов напряжения при несимметричных аварийных режимах в электрических сетях.

3.1 .Причины возникновения и характер несимметричных провалов | напряжения.

3.2.Исходные положения моделирования провалов напряжения при несимметричных коротких замыканиях в электрических сетях.

3.3.Результаты расчетов несимметричных аварийных режимов.

3.4.Экспериментальные данные по аварийным несимметричным режимам в промышленных системах электроснабжения.

3.5.Режимы остаточных напряжений на стороне ниже 1000 В при однофазных коротких замыканиях в сетях 110 кВ.

3.6.Итоги исследований и выводы.

Глава 4. Математическое моделирование и анализ электромеханических переходных процессов в электротехнических системах при несимметричных возмущениях.

4.1 .Моделирование электромеханических процессов при несимметричных1 возмущениях в распределительных сетях промышленных электротехнических систем.

4.2.Основные алгоритмы расчета переходных.процессов в разомкнутой электротехнической системе предприятия при несимметричных возмущениях в системе электроснабжения.

4.3.Определение показателей устойчивости электротехнических систем при несимметричной системе ЭДС источника питания.

4.4.Влияние параметров источника питания и состава нагрузки на показатели устойчивости.

4.5.Уточнение влияния несимметрии провалов напряжения на параметры устойчивости электротехнических систем.

4.6.Учет обратной составляющей напряжения при выборе параметров защит минимального напряжения.

4.7.Итоги исследования и выводы.

Актуальность темы. Промышленные комплексы с непрерывными I технологическими процессами по требованиям к надежности электроснабжения электроприемников относятся к первой категории. Для таких потребителей электроэнергии предусмотрено наличие нескольких независимых источников питания. Одновременные длительные отключения источников маловероятны. Практика эксплуатации подтверждает, что недостаточная надежность электроснабжения промышленных комплексов с непрерывными производствами обусловлена не столько длительными, сколько кратковременными нарушениями электроснабжения, проявляющимися в узлах нагрузки в виде провалов напряжения I длительностью доли секунды. Такие провалы напряжения, обусловленные короткими замыканиями (КЗ) в протяженных внутренних и особенно внешних электрических сетях предприятия, могут приводить к потере устойчивости узлов с электродвигательной нагрузкой, сопровождаются массовыми отключениями электрооборудования. Особенно остро проблема устойчивости узлов нагрузки стоит для систем электроснабжения крупных нефтегазовых комплексов (нефте- и газоперерабатывающие заводы, нефтеперекачивающие станции магистральных нефтепроводов, электроприводные компрессорные станции магистральных газопроводов), I которые характеризуются большой установленной мощностью электроприводов и непрерывными технологическими процессами, что обусловливает их чувствительность к кратковременным нарушениям электроснабжения. Массовые отключения электрооборудования нефтегазовых комплексов приводят к большим экономическим потерям.

Ранее выполненные исследования в большей степени ориентированы на математическое моделирование, выявление закономерностей и разработку решений при симметричных возмущениях в электроэнергетических и электротехнических системах (ЭТС). Исследованию устойчивости при I несимметричных возмущениях посвящено значительно меньше работ, в то время как большинство провалов напряжения являются несимметричными ввиду того, что вызывающие их несимметричные возмущения (однофазные и двухфазные КЗ) возникают значительно чаще симметричных трехфазных КЗ. На долю несимметричных КЗ в распределительных и питающих сетях высокого напряжения (6 — 220 кВ) промышленных комплексов приходится до 90 % от общего числа КЗ, причем большая их часть приходится на сети внешнего электроснабжения. Исследованию устойчивости промышленных ЭТС при несимметричных возмущениях и посвящена данная работа.

Большой вклад в решение проблемы устойчивости электроэнергетических систем внесли В.А. Веников, A.A. Горев, Ю.Е. Гуревич, П.С. Жданов, К.П. Ковач, В. Лайон, Р. Парк, C.B. Страхов, Ю.Г. Шакорян и другие отечественные и зарубежные ученые.

Решению проблем устойчивости промышленных ЭТС посвящены работы С.И. Гамазина, В.Ф. Сивокобыленко, И.А. Сыромятникова и других. Диссертационная работа основывается на результатах, полученных в трудах указанных ученых, а также результатах исследований, выполненных в рамках научной школы «Надежность, устойчивость и безопасность ЭТС нефтяной и газовой промышленности», основанной профессором Б.Г. Меньшовым в Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина.

Цель работы заключается в установлении закономерностей влияния несимметрии напряжения при характерных возмущениях в электрических сетях на показатели устойчивости промышленных ЭТС для повышения надежности работы непрерывных производств.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Разработать модели систем электроснабжения, позволяющие моделировать характерные несимметричные возмущения в сетях внешнего электроснабжения.

2. Выполнить численное моделирование несимметричных аварий в питающей сети для установления диапазона параметров несимметрии напряжения в основных узлах нагрузки ЭТС.

3. Выполнить анализ соответствия значений расчетных и экспериментальных параметров несимметрии напряжения при авариях в электрических сетях.

4. Разработать математические модели и алгоритмы расчета переходных процессов в разомкнутой ЭТС с асинхронными приводами при несимметричных возмущениях в электрических сетях.

5. Выполнить численное моделирование устойчивости ЭТС с асинхронными приводами при характерных несимметричных возмущениях и установить закономерности влияния несимметрии напряжения на показатели устойчивости.

6. Предложить рекомендации по выбору защит минимального напряжения (ЗМН) и их параметров, обеспечивающих наиболее полное использование запаса устойчивости ЭТС при несимметричных I возмущениях в электрических сетях.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования явились промышленные ЭТС непрерывных производств нефтегазовой отрасли. В работе использовались положения и методы теории электрических цепей, теории электрических машин и электропривода, математическое и компьютерное моделирование ЭТС.

Научная новизна результатов исследований: 1. Разработанные схемные и математические модели систем электроснабжения позволяют моделировать характерные I несимметричные возмущения в сетях внешнего электроснабжения с учетом влияния электромагнитных процессов трансформаторов. Математические модели трансформаторов модифицированы с учетом магнитного насыщения стали сердечников.

2. С учетом влияния типов головных трансформаторов и удаленности места аварий впервые установлен и подтвержден по данным аварийных осциллограмм характерный диапазон коэффициента несимметрии напряжения в основных узлах нагрузки, позволяющий обосновано формировать возмущения при моделировании устойчивости ЭТС и учитывать реальный характер возмущений при решении вопросов выбора ЗМН.

3. Доказано, что в реальном диапазоне несимметрии питающего напряжения, границы устойчивости ЭТС определяются составляющей прямой последовательности и практически не зависят от составляющей обратной последовательности напряжения на основании чего уточнена формула для определения границы устойчивости ЭТС при несимметричных возмущениях.

Практическое значение работы:

1. Математические модели для моделирования несимметричных возмущений при авариях в сетях внешнего электроснабжения реализованы в программах ЭВМ и используются на практике для анализа аварийных режимов.

2. Для расчета параметров устойчивости ЭТС при несимметричных возмущениях разработаны расчетные процедуры, вошедшие в инженерную методику для газовой промышленности.

3. Рекомендации по выбору ЗМН и их параметров обеспечивают более полное использование запаса устойчивости, сокращают число массовых отключений электрооборудования многомашинных ЭТС, обеспечивая непрерывность технологических процессов. Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Модифицированные схемные и математические модели для моделирования несимметричных возмущений в сетях внешнего электроснабжения с учетом влияния электромагнитных процессов трансформаторов.

2. Результаты численного моделирования и обработки экспериментальных данных, позволившие установить диапазон параметров несимметрии питающего напряжения при несимметричных I возмущениях в сетях внешнего электроснабжения.

3. Результаты моделирования переходных процессов в ЭТС при несимметричных возмущениях в электрических сетях, позволившие доказать, что границы устойчивости ЭТС определяются составляющей прямой последовательности и практически не зависят от составляющей напряжения обратной последовательности.

4. Рекомендации, обеспечивающие более полное. использование запаса устойчивости ЭТС и сокращение числа массовых отключений и самоотключений электрооборудования при несимметричных I возмущениях в электрических сетях.

Обоснованность и достоверность результатов обеспечивается применением апробированных методов и средств исследования устойчивости промышленных ЭТС, корректностью выбора и применения математического аппарата, а также достаточным информационным обеспечением математического моделирования и подтверждается результатами численных экспериментов и данными, полученными в ходе эксплуатации Астраханского газоперерабатывающего завода (АГПЗ).

Апробация работы. Основные результаты и положения работы I докладывались и обсуждались на 62-й студенческой научной конференции «Нефть и газ - 2008», 9-й международной конференции «Новые идеи в науках о Земле», П-й Всероссийской научно-технической конференции «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (2009 г.), Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы нефтегазового комплекса России — 2010», на научных семинарах кафедры теоретической электротехники и электрификации нефтяной и газовой промышленности РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина (2008-2011 гг.).

I 8

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 1 в издании, рекомендованном ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы. Общий объем работы составляет 146 печатных страниц. Работа включает 50 рисунков, 27 таблиц и библиографию из 51 наименования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработаны схемные и математические модели, позволяющие моделировать характерные несимметричные возмущения в сетях внешнего электроснабжения с учетом электромагнитных режимов трансформаторов. Математические модели трансформаторов дополнены возможностью учета магнитного насыщения стали сердечников.

2. В результате компьютерного моделирования с учетом типов трансформаторов, видов и удаленности аварий определен диапазон значений коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности, позволяющий обосновано формировать возмущения при моделировании устойчивости ЭТС.

3. Выполнен анализ соответствия значений расчетных и экспериментальных, определенных в результате обработки аварийных осциллограмм, показателей несимметрии напряжения питания, подтвердивший диапазон реальных значений коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности. I

4. Алгоритмы расчета электромеханических переходных процессов дополнены возможностью учета продольной несимметрии в ветвях внутренней части схемы, что позволяет дополнительно к КЗ моделировать и обрывы фаз в линиях сетей внутреннего электроснабжения.

5. В результате компьютерного моделирования электромеханических переходных процессов при возмущениях со стороны источника питания доказано, что границы устойчивости ЭТС с асинхронными приводами определяются составляющей питающего напряжения прямой последовательности и практически (с точностью до 5%) не зависят от составляющей обратной последовательности напряжения.

6. На основании предыдущего вывода предложено упростить формулу границы устойчивости при несимметричных возмущениях, ограничившись зависимостью времени динамической устойчивости I только от напряжения прямой последовательности.

7. Предложены рекомендации: по выбору ЗМН на базе фильтр-реле напряжения обратной последовательности с выбором уставки по напряжению прямой последовательности; по координации выбора номинальных напряжений и схем подключения катушек управления магнитных пускателей и контакторов со схемами и группами соединения обмоток питающих трансформаторов, направленные на сокращение числа массовых отключений электрооборудования при несимметричных возмущениях в электрических сетях.

1. Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности: Учебник для ВУЗов. М.: Недра, 2000

2. Гамазин С.И., Ставцев В.А., Цырук С.А. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения, обусловленные электродивгательной нагрузкой. М.: Издательство МЭИ, 1997

3. Гуревич Ю.Е., Либова Л.Е., Окин A.A. Расчеты устойчивости и противоаварийной автоматики в энергосистемах. М.: Энергоатомиздат, 1990.

4. Ершов М.С., Егоров A.B., Федоров В.А. Некоторые вопросы повышения устойчивости электроприводов многомашинных комплексов сIнепрерывными технологическими процессами при возмущениях в системе электроснабжения. Промышленная энергетика, 1992, №7.

5. Меньшов Б.Г., Шкута А.Ф., Федоров В.А., Ершов М.С., Егоров A.B. Астраханский ГПЗ: анализ надежности электроснабжения. Газовая промышленность, 1990, №4

6. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах. — Новосибирск, М.: Мир: ООО «Издательство ACT», 2003. 284 с.

7. Корогодский В.И. и др. Релейная защита электродвигателей напряжением свыше 1 кВ. -М.: Энергоатомиздат, 1987I

8. Барзам А.Б. Системная автоматика. 4-е изд., перераб. И доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989

9. Блок микропроцессорной релейной защиты БМРЗ. Каталог. - М.: Schneider Electric, 2000.

10. Защита, контроль и управление. Серия SEP AM. Каталог. - М.: Schneider Electric, 2000.

11. Способ защиты узла электрической нагрузки при нарушениях питания и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2072603. Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Егоров A.B., Алексеев В.В.I

12. Правила устройства электроустановок. Издание 7-е переработанное и дополненное с изменениями. Главгосэнегронадзор России, 2005

13. Основы теории цепей: Учебник для вузов/ Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, A.B. Нетушил, C.B. Страхов. 5-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

14. Вольдек А.И. Электрические машины. Москва, Энергоатомиздат, 1978

15. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей/ Под ред. Л.Г. Мамиконянца. М.: Энергоиздат, 1985. - 216 с.

16. Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины: Учебник для вузов, -г М.: Энергия, 1980

17. Ершов М.С. Электромагнитные модели трехфазных трансформаторов для расчета несимметричных режимов систем электроснабжения// Электричество. 1995, № 6. с. 42-48.

18. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1986.

19. Лейтес Л.В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. -М.: Энергия, 1981.

20. Дружинин В.В. Магнитные свойства электротехнической стали. М.: Энергия, 1974. i

21. Васютинский С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов. М.: Энергия, 1970.

22. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. Москва, Издательство «Высшая школа», 1996

23. Рено Н. Численные методы. М.: КДУ, 2007.

24. Федоров A.A. Основы электроснабжения промышленных предприятий. -М.: Энергия, 1972.

25. Плащанский JI.A. Основы электроснабжения горных предприятий. М.: Издательство Московского горного университета, 2005.

26. Патент RJF 1769161 А2. Устройство питания и распределения электрической энергии в системах электроснабжения// Б.Г. Меньшов, М.С. Ершов, A.B. Егоров, A.A. Назаретова. Бюлл.-1994, №38.

27. Управление качеством электроэнергии/И.И. Карташов, В.Н. Тульский, Р.Г. Шамонов и др.; под ред. Ю.В. Шарова. М.: Издательский дом МЭИ, 2006.-320 с.

28. Фишман B.C. Провалы напряжения в сетях промпредприятий. Причины и влияние на электрооборудование/ Новости электротехники, №3(57), 2009, с. 1-8.

29. Крючков И.П., Неклепаев Б.Н. и др. Расчет коротких замыканий и выбор электрооборудования. -М.: Издательский центр «Академия», 2005. — 416 с.

30. ГОСТ Р 50030.4.1-2002 (МЭК 60947-4-1-2000) Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 4-1. Контакторы и пускатели. Электромеханические контакторы и пускатели

31. Качество энергии в электрических сетях/ Куско А., Томпсон М.: пер. с англ. Рабодзея А.Н. М.: Додэка-ХХ1, 2008. - 336 с.

32. Ершов М.С., Валов Н.В. Математическое моделирование аварийныхIнесимметричных режимов систем электроснабжения. Сборник научных трудов II Всероссийской научно-технической конференции «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий»

33. Том I Уфа, Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2009 1

34. Валов Н.В. Анализ несимметрии напряжения в узлах нагрузки потребителей при авариях в сетях внешнего электроснабжения. Доклады IX международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» - Москва, РГГРУ имени С. Орджоникидзе, 2009

35. Ершов М.С., Валов Н.В. Характеристики провалов напряжения при авариях в сетях систем электроснабжения нефтегазовых комплексов — Тезисы докладов научной конференции «Актуальные проблемы нефтегазового комплекса России» М., РГУ нефти и газа, 2010

36. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технический средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения

37. ГОСТ 11677-85 Трансформаторы силовые. Общие технические условия

38. Федоровская А.И., Фишман B.C. Силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кв. Области применения разных схем соединения обмоток — «Новости электротехники», № 5(41), 2006

39. Переходные процессы в электроэнергетических системах: учебник для вузов/ И.П. Крючков, В.А. Старшинов, Ю.П. Гусев, М.В. Пираторов; под ред. И.П. Крючкова. М.: Издательский дом МЭИ, 2008 - 416 с. 1

40. Егоров A.B. Устойчивость промышленных электротехнических систем при возмущениях в системах электроснабжения/ Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2004.

41. Валов Н.В., Кротов.Д.И. Исследование зависимости запаса устойчивости асинхронных ЭТС от параметров питающей системы. Сборник тезисов докладов 62-й Студенческой научной конференции «Нефть и газ - 2008» -Москва, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2008

42. Ершов М.С., Егоров A.B., Валов Н.В., Мукани Э.Б. О некоторых закономерностях областей устойчивости асинхронных электротехнических систем. Промышленная энергетика, 2010, №7.

43. Беляев A.B. Противоаварийная автоматика в узлах нагрузки с синхронными электродвигателями большой мощности. 4-е изд., перераб. и доп. - СПб.: ПЭИПК, 2007 - 4.1. - 64 с.

44. Коковин В.Е. Фильтры симметричных составляющих в релейной защите. -М., Энергия, 1968

45. Кельтон В., Jloy А. Имитационное моделирование. Питер, 2004

46. Рупчев И.О. Адаптация параметров релейных защит от потери устойчивости узлов нагрузки систем промышленного электроснабжения -М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2004.

47. Ершов М.С., Егоров A.B., Федоров В.А. Некоторые вопросы повышения устойчивости электроприемников многомашинного комплекса с непрерывным технологическим процессом при возмущениях в системе электроснабжения/ Промышленная энергетика, 1992, №7.