Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1 ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ 11
1.1 Значимость повышения эффективности электроснабжения узлов нагрузки с высоковольтными двигателями 11
1.2 Схема электроснабжения на напряжении 6 кВ узла нагрузки с высоковольтными двигателями как подсистема системы электроснабжения общего назначения 16
1.3 Электромагнитные помехи, возникающие в узле сети 6 кВ с высоковольтными двигателями 22
1.4 Минимальные кратности внутренних перенапряжений на РУ 6 кВ с высоковольтными двигателями 28
1.5 Электромагнитная обстановка в узле сети 6 кВ с высоковольтными двигателями 33
ГЛАВА 2 СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ ПРИСОЕДИНЕНИЙ РУ 6 кВ
ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ, РАБОТАЮЩИХ НА ТВЕРДЫХ КАМЕННЫХ УГЛЯХ 36
2.1 Информационное обеспечение 36
2.2 Свойства потока отказов изоляции присоединений РУ
6 кВ с высоковольтными двигателями 38
2.3 Методика отбора и первичная обработка статистических данных 41
2.4 Проверка однородности статистического материала 44
2.5 Закон распределения времени безотказной работы изоляции присоединений РУ 6 кВ 48
2.6 Влияние технологии переработки твердых каменных углей на изоляцию присоединений РУ 6 кВ тепловой электростанции 56
2.7 Математическое ожидание времени восстановления изоляции присоединений РУ 6 кВ с высоковольтными двигателями 59
2.8 Выводы 60
ГЛАВА 3 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТА ВРЕМЕННОГО КОММУТАЦИОННОГО ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ КАК СЛУЧАЙНОЙ ВЕЛИЧИНЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНУЮ ОБСТАНОВКУ НА РУ 6 кВ С ВЫСОКОВОЛЬТНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ 62
3.1 Характеристика электромагнитной обстановки 62
Анализ основных факторов, влияющих на
электромагнитную обстановку 68
Экспериментальное исследование электромагнитной обстановки на РУ 6 кВ с высоковольтными двигателями 75 Метрологическое обеспечение и результаты измерений напряжений и расчетов коэффициентов временных
коммутационных перенапряжений 75
Определение закона распределения коэффициента
временного коммутационного перенапряжения 79
Выводы 86
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВРЕМЕННОГО КОММУТАЦИОННОГО ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ 88
Требования к статистическим данным 88
Выбор метода получения статистических данных 88
Ретроспективный анализ статистических данных, полученных методом планирования эксперимента 93
Доказательство пригодности значений коэффициента временного коммутационного перенапряжения, полученных различными методами, для оценки электромагнитной обстановки 101
Математическое описание электромагнитной обстановки на РУ 6 кВ с высоковольтными двигателями 108
Условия решения задачи
Математическая модель коэффициента временного коммутационного перенапряжения на присоединениях РУ 6 кВ при отключении малообъемным масляным выключателем высоковольтного асинхронного двигателя с заторможенным ротором ПО
Математическая модель коэффициента временного коммутационного перенапряжения на присоединениях РУ 6 кВ при отключении вакуумным выключателем высоковольтного асинхронного двигателя с заторможенным ротором 117
Выводы 125
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УЗЛА НАГРУЗКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 6 кВ С ВЫСОКОВОЛЬТНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ 128
Алгоритм определения кондуктивных коммутационных электромагнитных помех 128
Параметры распределения кондуктивной коммутационной электромагнитной помехи на РУ 6 кВ собственных нужд тепловой электростанции, работающей на твердых экибастузских каменных углях 132
5.3 Метод расчета экономического эффекта работ по повышению помехозащищенности узла нагрузки электрической сети 6 кВ с высоковольтными двигателями как рецептора тепловой электростанции, работающей на твердых экибастузских каменных углях 135
5.4 Концепция повышения помехозащищенности узла нагрузки электрической сети 6 кВ как рецептора 140
5.5 Выводы 147
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 150
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 152
ПРИЛОЖЕНИЯ 165
Введение к работе
Насосные станции различного технологического назначения, дробильные и размольные отделения в значительной мере определяют экономическую эффективность промышленных предприятий (горно-металлургические, химические и т.д.) и тепловых электростанций (ТЭС), работающих на твердых (экибастузские, канско-ачинские и др.) каменных углях. Эти технологические переделы имеют значительный (более 30%) парк изношенного оборудования и мощные (до 50 МВт) электрические узлы нагрузок в виде РУ 6 кВ с высоковольтными двигателями. Технологические нарушения параметров сырья (влажность, твердость), попадания гранитных камней, металлического лома и пр. вызывают забивание Песковых насосов, дробилок и мельниц, что приводит к их остановкам. Не всегда успешные повторные запуски агрегатов происходят практически с заторможенными роторами двигателей. Из-за этого появляются опасные коммутационные перенапряжения, которые ухудшают электромагнитную обстановку (ЭМО) в электрических сетях и снижают надежность РУ 6 кВ.
Эта проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) технических средств в местной электрической сети является частью глобальной проблемы ЭМС в электроэнергетике, которую министры энергетики восьми ведущих промышленно развитых стран (страны «Группы восьми») на встрече 3.05.2002 г. в США (г.Детройт, штат Мичиган) рекомендовали решать объединенными усилиями. Для этого существует в Международной электротехнической комиссии (МЭК) Технический комитет № 77 «Электромагнитная совместимость электрооборудования, присоединенного к общей электрической сети», а в Международной конференции по большим энергетическим системам (СИГРЭ) созданы специальные рабочие группы. В связи с интеграцией Европейских стран имеется еще Европейский (региональный) комитет GENELEC, внутри которого вопросами ЭМС занимается технический комитет №110.
Исследования отечественных и зарубежных ученых М.Ф.Костенко, П.К.Кадомский, В.П.Ларионова, Ф.Х.Халилова, Ю.Ф.Васюра, М.П.Бадер (Россия), Н.Майер, К.Меллер, А.Шваб (Германия), Рене Пелесье (Франция) и др. охватывают различные аспекты обеспечения ЭМС в узлах нагрузок с высоковольтными двигателями. Однако рассматриваемая проблема достаточно многогранна и одна из научных задач, обусловленная особенностями эксплуатации технических средств обострившимися в последнее время, не решена. В частности, нет методов определения параметров ЭМО в узле нагрузки электрической сети 6 кВ с высоковольтными двигателями как рецептора, влияющих на повышение помехозащищенности технических средств. Решение этой задачи должно обеспечить получение новых знаний в области ЭМС в электроэнергетике, применение которых повысит эффективность систем электроснабжения.
В связи с изложенным тема диссертации является актуальной.
Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и планом работы академии.
Работа выполнялась в соответствии с научными направлениями технического комитета № 77 МЭК и рабочих групп СИГРЭ с рекомендациями министров энергетики восьми ведущих промышленно развитых стран (страны «Группы восьми»), с научной целевой комплексной темой «Разработка мероприятий по повышению надежности работы оборудования в условиях пониженных температур» Новосибирской государственной академии водного транспорта (гос. Регистр. № 0188.0004137).
Целью работы является установление математических моделей алгоритма расчета кондуктивной коммутационной ЭМП и коэффициента временного коммутационного перенапряжения, применение которых обеспечит ЭМС технических средств в узле нагрузки электрической сети 6 кВ с высоковольтными двигателями за счет повышения помехозащищенности этого узла как рецептора. Это повысит эффективность электроснабжения узлов нагрузок насосных станций различного технологического назначения, дробильных и размольных отделений ТЭС и горно-металлургических предприятий.
Идея работы заключается в выражении воздействия коммутационного перенапряжении в узле нагрузки 6 кВ с высоковольтными двигателями на ЭМО через кондуктивную коммутационную ЭМП, в установлении ее связей с ЭМС технических средств, воздействуя на которые можно повысить эффективность системы электроснабжения.
Методы исследования. При решении актуальной научной задачи использовались методы: теории надежности, теории коммутационных перенапряжений, теории интегрального исчисления, теории ошибок, теоретических основ электротехники, математической статистики и теории вероятностей.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: отбором значимых для проведения научных исследований процессов; принятыми уровнями допущений при математическом описании явлений; исследованиями погрешностей разработанных математических моделей; обоснованностью исходных посылок, вытекающих из фундаментальных законов естественных наук; удовлетворительным совпадением результатов теоретических исследований с результатами экспериментов, выполненных в реальных сетях.
Научная новизна работы заключается в развитии теоретических основ ЭМС технических средств. В рамках решаемой автором научной задачи она характеризуется следующими новыми научными положениями:
- установлены для оценки ЭМО в электрических сетях 6 кВ математические модели зависимости коэффициента временного коммутационного перенапряжения от вида выключателя (масляный, вакуумный), интегрального показателя питающей сети (емкостной ток замыкания фазы на землю), уровня напряжения в узле нагрузки и технических данных коммутирующего высоковольтного асинхронного двигателя с заторможенным ротором;
- разработан алгоритм определения кондуктивной коммутационной ЭМП на РУ 6 кВ с высоковольтными двигателями, представленные математические модели позволяют рассчитать параметры распределения этой помехи и вероятность ее появления;
- установлены на основе измерений на РУ 6 кВ ТЭС, работающей на твердых экибастузских каменных углях, закон, параметры распределения потока отказов изоляции и вероятность безотказной ее работы, а также закон, параметры распределения кондуктивной коммутационной ЭМП и вероятность ее появления;
- предложена концепция повышения помехозащищенности узла нагрузки электрической сети 6 кВ с высоковольтными двигателями как рецептора.
Практическая ценность работы заключается в том, что внедрение следующих научных результатов в проектную и эксплуатационную практику обеспечивает повышение помехозащищенности узла нагрузки электрической сети 6 кВ с высоковольтными двигателями как рецептора, повышает ЭМС и эффективность систем электроснабжения:
- основные показатели надежности РУ 6 кВ с высоковольтными двигателями ТЭС, работающей на твердых каменных углях;
- математические модели для определения коэффициента временного коммутационного перенапряжения, возникающего при отключении высоковольтного асинхронного двигателя с заторможенным ротором при коммутации масляным и вакуумным выключателями; - алгоритм определения кондуктивной ЭМП;
концепция повышения помехозащищенности узла нагрузки электрической сети 6 кВ с высоковольтными двигателями как рецептора.
Реализация работы. Разработанные в диссертации научные положения (показатели надежности РУ 6 кВ, алгоритм определения кондуктивной коммутационной ЭМП, концепция повышения помехозащищенности узла нагрузки электрической сети 6 кВ с высоковольтными двигателями как рецептора) используются в ОАО «Новосибирсктеплопроект» РАО «ЕЭС
России». Годовой экономический эффект, учтенный в технико-экономическом обосновании расширения Астанинской ТЭЦ-2 (г.Астана, Казахстан) составляет 267 тыс. рублей.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены:
- на международной научно-технической конференции «Проблемы комплексного развития регионов Казахстана» (5-7 дек., 1996, Павлодар, Казахстан);
- на международной научно-технической конференции «Передача энергии переменным током на дальние и сверхдальние расстояния» (15-19 сент., 2003, Новосибирск, Россия);
на второй международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (8-11 сент., 2004, Тобольск, Россия);
- на научно-технических семинарах в Новосибирской государственной академии водного транспорта (2002-2005 гг.).
На защиту выносятся:
- математические модели коэффициента временного коммутационного перенапряжения на РУ 6 кВ, обусловленного коммутацией высоковольтного асинхронного двигателя с заторможенным ротором масляным и вакуумным выключателями;
- алгоритм определения кондуктивной коммутационной ЭМП в узле нагрузки электрической сети 6 кВ с высоковольтными двигателями; концепция повышения помехозащищенности узла нагрузки электрической сети 6 кВ с высоковольтными двигателями как рецептора;
- статистическая оценка надежности присоединений РУ 6 кВ с высоковольтными двигателями, имеющими постоянный и вентиляторный моменты сопротивления, ТЭС, работающей на твердых экибастузских каменных углях (закон и параметры распределения, вероятность безотказной работы изоляции);
- закон и параметры распределения кондуктивной коммутационной ЭМП на этих РУ 6 кВ, а также вероятность ее появления.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 12 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Изложена на 167 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок, 21 таблицу, список использованной литературы из 116 наименований.
