Введение к работе
Актуальность темы. В связи с широким внедрением в промышленности
и на транспорте нелинейных электроприемников и разнообразия режимов их
работы увеличилась озабоченность ученых и инженеров промышленно
развитых стран нарушениями качества электроэнергии в
электроэнергетических системах. В связи с этим Международная
электротехническая комиссия (МЭК) специально организовала технический комитет "Электромагнитная совместимость электрооборудования, включая электрические сети (ТК-77)", а Международная конференция по большим электрическим системам (СИГРЭ) создала рабочую группу "Искажающие нагрузки".
Среди всех проблем по качеству электрической энергии особое место занимает проблема координации токов однофазных замыканий на землю в сетях с искаженной формой кривой напряжения. В частности, применение нестационарного (прерывистого) тока для электроосаждения цветных металлов изменило режим работы системы электроснабжения преобразовательных подстанций из-за увеличения несинусоидальности напряжения.
Коэффициент несинусоидалытости напряжения на шинах 10 кВ переменного тока преобразовательной подстанции с вероятностью 0,95 составляет более 4 %. Это обуславливает превышение токов однофазных замыканий в сетях с изолированной нейтралью и остаточных токов в компенсированных сетях допустимых значений. Поэтому однофазные замыкания на землю с вероятностью от 0,7 до 0,9 переходят в двух- и трехфазные КЗ. Надежность электроснабжения снижается. Вероятность безотказной работы системы электроснабжения на напряжении 10 кВ преобразовательных подстанций составляет 0,86-0,92 и не удовлетворяет требованиям технологического процесса.
Таким образом, проблема повышения надежности электроснабжения нелинейных электроприемников делает актуальной задачу по координации токов однофазных замыканий на землю. Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских, проектных и внедренческих работ по региональной проблеме "Комплексная программа научно-технического обеспечения предприятий Павлодарской области на 1996-1998 г.г. (блок II. Комплекс работ по проблемам энергетики и промышленности)", утвержденным постановлением Президиума национальной академии наук Республики Казахстан № 39 от 29.11.95 г. и госбюджетной темой "Разработка мероприятий по повышению надежности работы оборудования в условиях пониженных температур" Новосибирской государственной академии водного транспорта (Госрегистр.№ 0188.0004137).
Целью работы является разработка научных положений и рекомендаций, позволяющих совместно с известными методами создать эффективную систему электроснабжения преобразовательных подстанций.
Для достижения цели в работе ставились и решались следующие задачи:
исследование зависимости величины напряжения на шинах переменного тока преобразовательной подстанции от параметров системы электроснабжения с магистральными токопроводами 10 кВ и режимов электропотребления;
экспериментальные исследования качества элекгроэнергии на шинах 10 кВ переменного тока преобразовательной подстанции;
- разработка математической модели влияния искажения формы кривой
«
напряжения 10 кВ на шинах переменного тока преобразовательной подстанции на ток замыкания фазы на землю;
- разработка методики расчета высших гармонических составляющих
тока замыкания фазы на землю при искаженной форме кривой напряжения
10 кВ и применении для компенсации емкостных токов замыкания фазы на землю дугогасящих реакторов;
выбор эффективной схемы системы электроснабжения электролизного производства, применяющего для осаждения металлов нестационарные токи.
Методы исследований. Для решения поставленных задач применялись методы анализа и синтеза схем, метод аналитических исследований (гармонический анализ), метод планирования эксперимента, в основу которого положена концепция системного подхода. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались с помощью статистических методов обработки и оценки результатов измерений.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Предложена математическая модель зависимости величины
напряжения на шинах переменного тока преобразовательной подстанции от
параметров системы электроснабжения с магистральными токопроводами 10 кВ
и режимов электропотребления.
-
Разработана математическая модель влияния искажения формы кривой напряжения 10 кВ на шинах переменного тока преобразовательной подстанции на ток замыкания фазы на землю.
-
Сформулирована и решена оптимизационная задача по выбору схемы эффективной системы электроснабжения электролизного производства, применяющего для электроосаждения металлов нестационарные токи. Доказано, что эта задача является корректно поставленной, имеет единственное решение.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечиваются представленным объемом исследований, а также математическими описаниями исследуемых явлений и подтверждаются совпадением результатов расчетов с данными экспериментальных
исследований. Относительные погрешности расчетов с вероятностью 0,95 не превышают ± 5 %.
Практическая ценность работы. Применение полученных теоретических положений позволяет: оптимизировать величину напряжения на шинах переменного тока преобразовательной подстанции, которая обеспечивает наилучшие технико-экономические показатели электролизеров цветных металлов; определить ток замыкания фазы на землю при искаженной форме кривой напряжения в сети.и в случае необходимости ограничить его в соответствии с предложенной концепцией; произвести выбор эффективной системы электроснабжения электролизного производства, применяющего для электроосаждения металлов нестационарные токи.
Реализация работы. Научные положения диссертационной работы реализованы в Павлодарском государственном региональном центре "Энергосбережение". Ожидаемый годовой экономический эффект от повышения эффективности использования электроэнергии и надежности систем электроснабжения преобразовательных подстанций составляет 123 тыс.долларов США при сроке окупаемости капиталовложений 2,7 года.
Апробация работы. Результаты проведенных в диссертационной работе
исследований докладывались и обсуждались на Международной научной
конференции "Проблемы энергетики Казахстана" (г.Павлодар, 1994 г.), на
региональной научно-технической конференции "Проблемы
энергосбереженеия" (г.Павлодар, 1995 г.) и на научно-технических семинарах в Новосибирской государственной академии водного транспорта (1997-1999 г.).
На защиту выносятся:
- результаты математической обработки экспериментальных исследований качества электроэнергии на шинах переменного тока преобразовательной подстанции, подключенной к магистральному токопроводу 10 кВ;
- математическая модель зависимости величины напряжения на шинах
переменного тока преобразовательной подстанции от параметров системы
электроснабжения с магистральными токопроводами 10 кВ и режимов
электропотребления;
- математическая модель влияния искажения формы кривой
напряжения 10 кВ на шинах переменного тока преобразовательной подстанции
на ток замыкания фазы на землю;
- методика выбора схемы эффективной системы электроснабжения
электролизного производства, применяющего для электроосаждения металла
нестационарные токи.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов диссертационной работы. Изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 23 рисунка, 11 таблиц, список использованной литературы из 96 наименований и приложение. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
