Содержание к диссертации
Список основных сокращений 4
Введение 5
Глава 1. Характеристика объекта исследования. Постановка задач
исследования ^
Основные сведения об электротехнических комплексах газотурбинных компрессорных станций Ю
Аспекты проблемы ЭМС для электротехнических комплексов газотурбинных компрессорных станций 22
Влияние высших гармоник на электрооборудование газотурбинных компрессорных станций 30
Постановка задач исследования 38
Выводы по главе 1 40
Глава 2. Резонансные явления в системах электроснабжения
газотурбинных компрессорных станций 41
Условия возникновения резонансных явлений 41
Эквивалентные схемы и амплитудно-частотные характеристики комплектной трансформаторной подстанции
с конденсаторными компенсирующими устройствами 46
2.3. Частотная характеристика эквивалентного активного
52
сопротивления КШ АВО газа типовой конструкции
Выводы по главе 2 57
Глава 3. Взаимное влияние электротехнических комплексов
газотурбинных КС МГ 58
Математическая модель группы электротехнических комплексов газотурбинной компрессорной станции 58
Математическая модель комплектной трансформаторной подстанции, оснащенной преобразователями частоты 65
Применение интерактивного программного комплекса MATLAB+Simulink для решения задач ЭМС в системе электроснабжения газотурбинной компрессорной станции 71
3.4. Результаты исследования ЭМС комплектных
трансформаторных подстанций АВО газа различной конструкции 76
Выводы по главе 3 84
Глава 4. Экспериментальное исследование ЭМС электротехнических
комплексов газотурбинной компрессорной станции 85
Техника, приборы и программа эксперимента 85
Результаты экспериментального исследования ЭМС
КТП АВО газа типовой конструкции 92
4.3. Результаты экспериментального исследования ЭМС
КТП АВО газа с преобразователями частоты 100
4.4. Результаты экспериментального исследования совместной
работы КТП АВО газа различного типа 107
Выводы по главе 4 109
Глава 5. Способы и технические средства обеспечения ЭМС
электротехнических комплексов газотурбинных компрессорных станций 110
5.1. Уменьшение искажающего влияния ЭТК
с преобразовательными устройствами на питающую сеть ПО
5.2. Обеспечение требуемого качества напряжения на шинах
питания электрооборудования газотурбинной компрессорной
станции 122
Выводы по главе 5 128
Заключение 129
Список использованной литературы 131
Приложения 148
Список основных сокращений
АВО - аппарат воздушного охлаждения
АД - асинхронный двигатель
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика
ВГ - высшие гармоники
ВЛ - воздушная линия
ГПА - газоперекачивающий агрегат
КС - компрессорная станция
МГ - магистральный газопровод
ККУ - конденсаторная компенсирующая установка
КРМ - компенсация реактивной мощности
КТП - комплектная трансформаторная подстанция
ЛПУ - линейно-производственное управление
ЛЭП - линия электропередачи
ПКЭ - показатель качества электроэнергии
ПЧ - преобразователь частоты
ПЭБ - производственно-эксплуатационный блок
СЭС - система электроснабжения
ЭМС - электромагнитная совместимость
ЭСН - электростанция собственных нужд
ЭСО - энергоснабжающая организация
ЭТК - электротехнический комплекс
Введение к работе
Функционирование производственных объектов магистрального транспорта газа обеспечивается рядом систем, в том числе системами электроснабжения, управления и связи. Для этих систем особую значимость имеет проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) как способности технических средств нормально функционировать в условиях внутренних и внешних электромагнитных воздействий, не создавая при этом недопустимых помех других техническим средствам. При этом система электроснабжения (СЭС) должна обеспечивать потребителей электроэнергией, соответствующей требованиям нормативных документов.
В настоящее время идет интенсивный процесс оснащения производственных объектов магистрального транспорта и хранения газа новым поколением технических средств как для управления технологическими процессами, так и для преобразования параметров электрической энергии. Системы управления технологическими процессами весьма чувствительны к электромагнитным помехам, качеству питающего напряжения и другим возмущающим факторам. Современные устройства для преобразования параметров электрической энергии являются источниками искажающего воздействия на форму питающего напряжения. Зачастую процесс внедрения новой техники происходит без должного внимания к проблеме ЭМС. Вопросами взаимного влияния ранее установленного и вводимого в эксплуатацию электрооборудования начинают заниматься только после, аварий. Ситуация усугубляется тем, что при определенных сочетаниях параметров системы электроснабжения и нелинейных потребителей возможно усиление искажения формы кривых напряжений, обусловленных резонансными явлениями, что приводит к нарушению работоспособности электрооборудования. В этой связи тематика исследований, направленных на обеспечение ЭМС электрооборудования на объектах магистрального транспорта газа, является актуальной.
Центробежные нагнетатели газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций (КС) магистральных газопроводов (МГ) могут быть оснащены электрическими двигателями, газовыми турбинами и поршневыми двигателями. В настоящее время наибольшее применение нашли ГПА с газотурбинным приводом. Они составляют 77 % общего числа и 85 % по общей мощности всех ГПА с центробежными нагнетателями, установленных на КС МГ. Электротехнические комплексы (ЭТК) именно таких КС МГ являются объектом исследования, а электромагнитные процессы, определяющие показатели качества электрической энергии (ПКЭ) в системах электроснабжения указанных комплексов, - предметом исследования диссертационной работы.
Целью диссертационной работы является обеспечение ЭМС электротехнических комплексов газотурбинных КС МГ в условиях возрастания доли электрооборудования, являющегося потребителем несинусоидального тока, снижения надежности и качества внешнего электроснабжения.
Реализация поставленной цели достигается решением следующих задач:
Анализ электрооборудования и СЭС газотурбинных КС МГ для выявления факторов, вызывающих отклонение ПКЭ от нормируемых значений, и определения набора этих показателей, которые могут претерпевать существенные отклонения от действующих норм.
Определение условий возникновения и особенностей проявления режимов работы СЭС газотурбинных КС МГ, в которых за счет усиления высших гармоник происходит нарушение условий безопасной эксплуатации электрооборудования.
Разработка математической модели взаимного влияния ЭТК газотурбинных КС МГ и проведение на ее основе исследований для установления зависимостей ПКЭ от параметров электрооборудования и режимов его работы.
Проведение экспериментальных исследований в СЭС газотурбинной КС МГ для различных конструкций ЭТК и вариантов источников питания.
Разработка рекомендаций, реализация которых обеспечивает безопасную эксплуатацию электрооборудования газотурбинных КС МГ в заданной электромагнитной обстановке, обусловленной несинусоидальностью питающего напряжения и токов электроприемников.
Поставленные задачи решались путем проведения теоретических и экспериментальных исследований. В работе использованы основные положения теоретических основ электротехники и электрических машин, методы современного компьютерного моделирования (MATLAB 6.5 с пакетом расширения Simulink 5.0), математических вычислений и обработки результатов (Mathcad 2001). Для проведения экспериментальных исследований использовались современные приборы для визуального контроля и записи электрических величин.
Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается корректным применением положений теоретических основ электротехники, электрических машин и электропривода, апробированных методов компьютерного моделирования, а также использованием аттестованных средств измерения при проведении экспериментальных исследований в СЭС действующих объектов.
На защиту выносятся:
Математические модели для анализа ПКЭ в СЭС газотурбинных КС МГ при изменении их структуры и параметров электрооборудования.
Результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований процессов в СЭС газотурбинных КС МГ, обусловленных искажением формы питающего напряжения и несинусоидальностью токов, потребляемых электрооборудованием.
Полученные экспериментальным путем характеристики взаимного влияния ЭТК газотурбинной КС МГ и величины эквивалентных сопротивлений комплектных трансформаторных подстанций (КТП) с питающими кабелями для наиболее значимых гармоник в кривой питающего напряжения.
Организационно-технические мероприятия и технические решения, применение которых обеспечивает ЭМС электрооборудования в СЭС газотурбинных КС МГ.
Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в следующем:
Выявлены факторы, вызывающие отклонение ПКЭ в СЭС газотурбинных КС МГ от нормируемых значений, и определен набор показателей, которые могут претерпевать существенные отклонения от действующих норм.
Разработана математическая модель, позволяющая производить анализ ПКЭ в СЭС газотурбинной КС МГ при различных сочетаниях топологии СЭС и параметров электроприемников.
Получены зависимости, характеризующие изменение высших гармоник в кривой напряжения на шинах КТП, при различных режимах работы установки охлаждения газа, а также значения эквивалентных сопротивлений КТП АВО газа для 5-й и 7-й гармоник питающего напряжения.
Предложена схема построения ЭТК компрессорного цеха газотурбинной КС МГ с уменьшенным влиянием на источник питания.
Практическая ценность работы определяется следующим: 1. Показана возможность и обоснованы условия возникновения в существующих СЭС газотурбинных КС МГ режимов, при которых снижаются надежность и долговечность работы электрооборудования.
\
Экспериментально определена кратность увеличения наиболее значимых гармоник в кривой напряжения на шинах КТП при возникновении резонансных режимов.
Предложены рекомендации, применение которых при модернизации и реконструкции СЭС существующих и проектировании новых объектов магистрального транспорта газа позволяет обеспечить безопасную эксплуатацию электрооборудования.
Результаты диссертационной работы использованы предприятием ООО МПП «Энерготехника» при разработке, проектировании и внедрении электроэнергетического оборудования при модернизации и реконструкции СЭС объектов магистрального транспорта газа, в частности, КС №22 Толь-яттинского ЛПУ 000 «Самаратрансгаз», КС № 20 Комсомольского ЛПУ 000 «Тюментрансгаз». Кроме того, результаты диссертационной работы используются при чтении курса лекций по дисциплине «Электромагнитная совместимость в электроэнергетике» для студентов специальности «Электроснабжение» дисциплины, а также при выполнении дипломных проектов по указанной специальности.
Основные результаты работы докладывались на Международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2002), «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» (Екатеринбург, 2003), «Проблемы современной электротехники» (Киев, 2004), Международных деловых встречах по диагностике, Всероссийской конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2005), Научно-технических советах ОАО «Газпром» и других региональных конференциях и семинарах.
По теме диссертационной работы опубликовано 20 работ, в том числе 6 статей в реферируемых журналах.
!>
