Электроэнергетика. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Статья научная
Целью данной работы является исследование и анализ взаимного влияния источника электроэнергии и главного электропривода буровой установки при ступенчатом и частотном регулировании угловой скорости. Приведены результаты исследования взаимного влияния источника и потребителей электроэнергии буровой установки в различных режимах работы главного электропривода при сооружении геологоразведочной скважины. Исследования проводились методом математического моделирования в программной среде MATLAB/ Simulink. Модели были составлены для двух систем электроснабжения - дизель-генератора и трансформатора и для двух систем электропривода - нерегулируемого и частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя. Данные модели позволяют исследовать качество электроэнергии при различных режимах работы электропривода. Выполненные исследования позволили получить зависимости от времени, параметров сети, нерегулируемого и частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя при его пуске. Сравнение полученных зависимостей показало, что применение частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя позволяет уменьшить в среднем пусковой ток электродвигателя на 80 % и отклонение напряжения сети на 60 %. Сравнение максимальных значений активных и полных мощностей при пуске нерегулируемого и частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя показало, что применение преобразователя частоты позволяет выбрать дизель-генератор по мощности в 1,5 раза меньше, чем в случае нерегулируемого электропривода. Это позволяет более полно использовать дизель по мощности и тем самым сократить расход топлива при сооружении скважины. Показано, что применение частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя позволяет улучшить электромагнитную совместимость источника электроэнергии и главного привода буровой установки при их совместной работе и уменьшить затраты на энергообеспечение.
Бесплатно
Исследования перенапряжений по длине неоднородной распределительной кабельной сети
Статья научная
Перенапряжения в кабельных линиях 6 (10) кВ являются одним из наиболее существенных факторов, влияющих на показатели надёжности городских сетей. В работе представлены результаты исследований распределения величин максимальных перенапряжений по длине типового участка городской распределительной кабельной сети 10 кВ при однофазном замыкании на землю и методика минимизации этих перенапряжений. Исследования проведены с применением виртуального моделирования в программном комплексе ATPDraw. Основу ATP-модели кабельной сети составили элементы с распределёнными реактивными и активными параметрами. Установлено, что величины перенапряжений вдоль кабельных линий значимо изменяются в зависимости от конфигурации и принятых проектных решений по применяемым типам и сечениям кабелей. В случае тупиковых линий максимальные перенапряжения наблюдаются в самом конце кабельной линии, при этом имеет место как монотонное увеличение перенапряжений вдоль кабельной линии от её начала к концу, так и появление локальных максимумов. В случаях, когда рассматриваемая линия не являлась тупиковой, максимальные перенапряжения наблюдались ближе к её концу, но не в самом конце. Также определено, что величина максимального перенапряжения в кабельной сети меняется при изменении сечения её линий. Практическим результатом исследований явились изложенная в работе методика и результаты поиска оптимального варианта развития кабельной сети по критерию минимума кратности вероятных перенапряжений. Результаты для наглядности предложено представлять в виде диаграмм, отображающих изменения максимальных величин перенапряжения вдоль кабельных линий. Построение данных диаграмм на этапе проектирования, эксплуатации и модернизации сети позволяет прогнозировать наиболее уязвимые точки в кабельных линиях с риском пробоя изоляции при перенапряжениях. Показано, что разница в перенапряжениях между наилучшим и наихудшим вариантами сети может составлять более 12 %.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены особенности определения энергетических характеристик машины двойного питания, работающей в режиме периодического движения за счет фазовой модуляции питающих напряжений. Получены аналитические выражения для расчета энергетических характеристик и дана сравнительная оценка последних для асинхронного и квазисинхронного режимов работы. Проведена оценка обобщенного коэффициента полезного действия от параметров нагрузки.
Бесплатно
К вопросу оптимизации схемы электроснабжения промышленного предприятия
Краткое сообщение
Предложена методика оценки необходимости установки трансформаторной подстанции в цехе с малой мощностью потребителей, проведено сравнение с используемой методикой.
Бесплатно
К проблеме идентификации неизмеряемых параметров распределительной сети по данным АСКУЭ
Статья научная
Рассматривается распределительная электрическая сеть (РЭС) напряжением 0,4 кВ, функционирующая в несимметричном режиме. Сформулирована задача идентификации неизмеряемых параметров (токов и напряжений) межабонентских участков РЭС по данным автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ). Для решения сформулированной задачи предлагается метод, основанный на расчленении исходной структуры сети на три виртуальные подсистемы, представленные ее фазами. На основе принципа наложения получены математические соотношения, анализ которых позволил идентифицировать искомые параметры сети в явной форме. Отличительная особенность метода состоит в том, что при реализации процедуры идентификации не требуется описание ее переменных состояния в комплексной форме, что упрощает его вычислительную схему. Полученные результаты ориентированы для идентификации и мониторинга потерь электроэнергии в распределительной сети в составе АСКУЭ.
Бесплатно
К проблеме локализации утечек тока в распределительной сети по данным АСКУЭ
Статья научная
Рассматривается четырехпроводная распределительная электрическая сеть (РЭС) напряжением 0,4 кВ. Формулируется задача идентификации мест утечек тока в РЭС. Известные методы ее решения основаны на предварительном построении модели трехфазной сети в комплексной форме, что в определенной степени усложняет процедуру идентификации. Предлагается алгоритм идентификации, в котором используется идея упрощения исходной структуры трехфазной сети путем ее декомпозиции на относительно простые электрические цепи. На основе анализа уравнений электрических контуров последних выводится новый критерий идентификации, позволяющий локализацию мест утечек тока в сети. Формирование математических соотношений (условий), на которых базируется указанный критерий, осуществляется без вычисления токов и напряжений в сети. При этом используются только значения комплексных сопротивлений нагрузок и межабонентских участков магистральной линии, что значительно упрощает реализацию вычислительного алгоритма предложенного метода. Полученные результаты ориентированы для разработки специального программного обеспечения подсистемы идентификации и мониторинга потерь электроэнергии в составе АСКУЭ.
Бесплатно
К проблеме моделирования несимметричных распределительных электрических сетей в составе АСКУЭ
Статья научная
Рассматривается трехфазная распределительная электрическая сеть (РЭС) напряжением 0,4 кВ в условиях несимметрии электрических переменных и внедрения автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ). При этом главной задачей АСКУЭ является коммерческий учет электроэнергии. В то же время в целях повышения эффективности системы наиболее актуальной является включение в ее состав таких функциональных задач, как оперативный мониторинг и диагностика состояний РЭС, а также оптимизация режимов ее работы. Основу решения указанных задач составляют математические модели и методы, обеспечивающие в режиме реального времени идентификацию неизмеряемых и неконтролируемых переменных (токов, напряжений) трехфазной сети, что дает возможность оценить такие ее показатели качества как фактические потери электроэнергии, а также определить текущие значения параметров (сопротивлений) магистральной линии с использованием измерительных данных. Применение известных моделей и методов для этой цели представляет определенные трудности, которые связаны с несимметричностью режимов работы РЭС, неполнотой и неопределенностью исходных данных для математического описания процессов в сети. Предлагается методология построения модели несимметричной трехфазной сети и идентификации недоступных для измерения ее электрических переменных в режиме реального времени. Полученные результаты ориентированы для применения в составе АСКУЭ в целях оперативного мониторинга электрического состояния РЭС и оценки потерь электроэнергии в сети.
Бесплатно
К проблеме определения векторов тока и напряжения в распределительной сети по данным АИИС КУЭ
Статья научная
Рассматривается вопрос определения векторов тока и напряжения в трехфазной распределительной электрической сети (РЭС) напряжением 0,4 кВ. Считается, что сопротивления межабонентских участков РЭС являются неизвестными вследствие того, что они могут существенным образом зависеть от внешних факторов (температура, влажность и др.). В распределительной сети функционирует автоматизированная информационно-измерительная система контроля и учета электроэнергии (АИИС КУЭ), средствами которой производятся одновременные измерения для одного и того же интервала наблюдения действующих значений тока и напряжения, а также активной и реактивной мощностей в начале РЭС и у каждого ее абонента. Проведен анализ предложенного ранее «метода идентификации недоступных для измерения и контроля токов и напряжений», который базируется на определении векторов тока и напряжения путем синтеза идентификатора динамики нагрузки с использованием относительных величин и констант для их формирования. Показаны его недостатки, и представлен новый метод решения указанной задачи. Полученные результаты могут быть полезны при разработке специального программного обеспечения подсистем мониторинга электрического состояния, реализуемых в составе АИИС КУЭ.
Бесплатно
К проблеме определения параметров распределительной сети по данным АИИС КУЭ
Статья научная
Рассматривается вопрос идентификации параметров четырехпроводной трехфазной распределительной электрической сети (РЭС) напряжением 0,4 кВ по данным векторов тока и напряжения, измеренных автоматизированной информационно-измерительной системой контроля и учета электроэнергии (АИИС КУЭ) в начале РЭС и у каждого ее абонента. Проведен анализ предложенного ранее метода идентификации параметров (сопротивлений) межабонентских участков РЭС, который базируется на модели физических процессов в электрических контурах сети и эквивалентных преобразованиях ее схемы замещения. Показано, что предлагаемые указанные преобразования не являются эквивалентными. При этом найденные сопротивления соответствуют фазным сопротивлениям межабонентских участков при условии равенства нулю сопротивлений нейтрального провода в РЭС и не равны фактическим сопротивлениям четырехпроводной сети. Представлен новый метод решения указанной задачи, основанный на оперативном измерении векторов тока и напряжения в двух разных режимах работы РЭС. Если текущий режим в сети не меняется, то для создания второго (отличающегося от текущего) может применяться однократное временное отключение одного из абонентов РЭС по команде от головного устройства АИИС КУЭ. Полученные результаты могут быть полезны при разработке подсистем АИИС КУЭ, выполняющих функции диагностики и контроля электрического состояния участков магистральной линии распределительной сети, а также оперативного мониторинга в ней коммерческих и технических потерь электроэнергии.
Бесплатно
Качество тока: аспекты оценки и нормирования
Статья научная
Проблемы качества электроэнергии касаются абсолютно всех сфер человеческой деятельности - от экономики и науки до медицины и искусства, ведь невозможно представить жизнь современного человека без использования электрической энергии. Стандартизация, мониторинг, управление и координация качества электрической энергии крайне важны для обеспечения электромагнитной совместимости в системе электроснабжения и поэтому являются предметом постоянных, непрекращающихся исследований в большинстве стран мира. Для привлечения внимания к проблемам качества тока в различных точках системы электроснабжения проведено исследование степени искажения гармонического состава кривых тока у городских потребителей жилищно-коммунального хозяйства. В статье рассматриваются актуальные аспекты консолидации терминологии и структуры показателей качества электроэнергии. Систематизированы и представлены в виде единой блок-схемы принятые в мировой практике показатели качества электроэнергии. Детально рассмотрены принципы расчёта и оценки степени искажения формы тока и напряжения в соответствии с существующими отечественными и зарубежными нормативными документами. На основе измерений показателей качества электрической энергии, проведенных на существующих объектах городской инфраструктуры, был проведен сравнительный анализ с требованиями стандарта IEEE 519-2014. В результате анализа натурных измерений отмечено неудовлетворительное положение дел в области гармонических искажений кривых тока, выявлены наиболее вероятные причины и описаны последствия низкого качества электрической энергии.
Бесплатно
Квазидинамическое моделирование старения емкости Li-ion накопителей
Статья научная
На сегодняшний день Li-Ion накопители электроэнергии представляются все более интересными с точки зрения применения их в электроэнергетике. Появляется новый спектр задач, которые могут быть решены с использованием данного типа устройств, а именно: сокращение затрат на электропотребление, снижение максимумов нагрузок в пиковые часы для выполнения требований к пропускной способности сети, применение в системах возобновляемой генерации. При этом пренебрежение сравнительно быстрым и необратимым старением таких систем приводит к чрезмерно оптимистичным экономическим и техническим оценкам их внедрения, что обуславливает необходимость учета старения систем накопления. В данной статье предложена методика квазидинамического моделирования деградации Li-Ion накопителей, которая позволяет в отличие от прочих на стадии предварительного анализа оценивать степень старения систем с неравномерным графиком заряда и разряда, и приведены результаты ее апробации.
Бесплатно
Комбинированная система позиционного управления с задающей моделью третьего порядка
Статья научная
Показано, что в целях экономии электроэнергии важную роль играют микропроцессорные системы управления, в основе которых - задающие модели с выходными сигналами, изменяющимися пропорционально диаграммам перемещения, скорости, ускорения (тока), а также производной ускорения во времени (рывка). Автором разработана общая задающая модель второго порядка с тремя выходными сигналами, пропорциональными заданным значениям скорости, ускорения и рывка или положению, скорости и ускорению. Задающая модель построена на базе интегрирующих звеньев и релейных устройств с учетом внутренней обратной связи двигателя, позволяющей формировать оптимальные законы изменения управляемых координат, что облегчит реализацию ограничения производной тока якоря без специального регулятора производной тока, применение которого усложняет настройку системы и повышает ее чувствительность к параметрическим возмущениям.
Бесплатно
Статья научная
Оценка защит проводится на основании обеспечения селективности, быстродействия и чувствительности по результатам расчета электромеханического переходного процесса с учетом сохранения или нарушения устойчивости синхронных машин. Проведены расчеты для сетей Магнитогорского энергетического узла и даны практические рекомендации.
Бесплатно
Компьютерная модель релейной защиты и автоматики комплектной трансформаторной подстанции
Краткое сообщение
Создана математическая модель микропроцессорной защиты и автоматики комплектной двухтрансформаторной понижающей подстанции 35/6 кВ. Модель реализована в среде пакета LabView.
Бесплатно
Контроль технического состояния РПН трансформатора сверхмощной дуговой сталеплавильной печи
Статья научная
Представлены технические характеристики трансформаторов FTOHBR-150200/35 фирмы TAMINI, установленных на дуговых сталеплавильных печах 180 т (ДСП-180) электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Рассмотрены устройство и расположение регуляторов изменения числа витков обмотки под нагрузкой (РПН) трансформатора и реактора, с помощью которых осуществляется регулирование вторичного напряжения. Отмечены особенности режимов РПН: большое количество переключений (до 1000 раз в сутки), ударные изменения тока и напряжения, возникающие при коммутациях. Обоснована необходимость разработки и внедрения систем непрерывного контроля (мониторинга) технического состояния РПН печных трансформаторов. Представлены функциональная схема и описание диагностической системы TDMS, внедренной на ДСП № 1 и № 2ЭСПЦ. Даны краткие характеристики комплексного датчика диагностических параметров РПН и регистрационного прибора TAP-Monitor, установленных в разработанных системах мониторинга. Рассмотрены основные оnline-методы контроля технического состояния РПН, реализованные в системе TDMS: контроль количества коммутаций, контроль технического состояния движущихся частей, метод вибрационного контроля технического состояния. Представлены временные диаграммы изменения регистрируемых параметров и усредненные параметры коммутации. Сделан вывод о необходимости рационального выбора значимых диагностических признаков и, соответственно, оптимального количества входных сигналов системы контроля технического состояния.
Бесплатно
Контроль технического состояния силовых трансформаторов методом акустического диагностирования
Статья научная
Дана краткая характеристика частичных разрядов (ЧР) и причин их возникновения в силовых маслонаполненных трансформаторах. Показаны характерные неисправности силовых трансформаторов 110 кВ центральной электростанции (ЦЭС) ОАО «ММК». Представлены результаты локации ЧР акустическим методом с помощью портативного прибора «АР-700». Сделан вывод о целесообразности проведения дальнейших диагностических обследований трансформаторов ЦЭС с применением стационарных приборов анализа ЧР. Целью является сбор статистической информации и создание базы данных о техническом состоянии, характере и местах возникновения дефектов.
Бесплатно
Концепция построения защиты электрических сетей напряжением 380 В от однофазных коротких замыканий
Статья научная
Предметом исследования данной работы является повышение уровня электробезопасности в электрических сетях напряжением 380 В с глухозаземленной нейтралью типа TN-C при однофазных коротких замыканиях на нулевой проводник и связанные с ним металлические конструкции. Согласно анализу аварийной статистики воздушные линии с неизолированными проводами являются наименее надежным элементом электрической сети - в 62 % случаев повреждения на них являются опасными для жизни людей и животных. В статье приведен краткий обзор литературы и обоснована актуальность разработки методики расчета, выбора и расстановки плавких предохранителей и автоматических выключателей по длине защищаемой линии, которые обеспечили бы 100%-ную зону ее защиты. Рассматриваемая в статье концепция построения защиты электрических сетей напряжением 380 В с глухозаземленной нейтралью заключается в секционировании по длине воздушной линии плавкими предохранителями и автоматическими выключателями. Концепция построения показана на примере защиты ВЛ-0,38 кВ длиной 500 м и сечением проводов 35 мм2, которая питается от трансформатора номинальной мощностью 160 кВА со схемой соединения обмоток Y/YH и защищается плавкими предохранителями с разными номинальными токами. Приведены графические зависимости, такие как изменение величины коэффициента чувствительности по длине линии, изменение зоны защиты в зависимости от тока плавкой вставки предохранителя для различных параметров электрической сети и др. Эти зависимости позволяют определить место установки плавких предохранителей или автоматических выключателей, обеспечивая отсутствие зон несрабатывания защит при времени срабатывания не более 5 с. Результаты исследований предполагается использовать для построения защиты как простых магистральных, так и разветвленных с отпайками широко применяемых воздушных линий напряжением 380 В.
Бесплатно
Локализация развивающейся системной аварии в крупном промышленном энергоузле
Статья научная
Приведены примеры нескольких системных аварий и их последствий. Одним из путей локализации развивающейся системной аварии является предупреждающее выделение ограниченного энергоузла с местными электростанциями на автономную работу с контролем баланса активных и реактивных мощностей как в предаварийном режиме, так и во время развития аварии и после отделения от внешней электрической сети. Определены организационно-технические и технологические мероприятия по координации баланса мощностей, позволяющие обеспечить в выделившемся энергорайоне устойчивую работу электростанций на сбалансированную нагрузку.
Бесплатно
Локальная диагностика электрических цепей
Статья научная
Рассматривается локальная диагностика электрической цепи с помощью метода главных величин, а именно метода напряжений главных сечений и метода главных контурных токов. Проводится анализ электрической цепи и определяются параметры ветвей подверженных износу, на основании чего делается вывод о повреждении данного участка.
Бесплатно
Масштаб и динамика аварий из-за непогоды на энергообъектах регионов России
Статья научная
Энергетика России является не только агентом, но и важным реципиентом последствий изменения климата, при этом неготовность энергосистемы реагировать на экстремальные погодные условия по-разному проявляется в регионах, расположенных в разных природно-климатических условиях и обладающих неоднородной энергообеспеченностью. Цель статьи - выявить наиболее уязвимые кластеры регионов и оценить промышленный и социальный ущерб от аварий из-за непогоды. На основе сбора уникального массива данных и кластерного анализа 5380 записей первичных данных Ситуационно-аналитического центра Минэнерго РФ об авариях на энергообъектах за 2014-2019 гг. сформированы шесть кластеров, отличающихся по масштабам, частоте и cезонности аварий. Регрессионная модель экономического ущерба показала, что в целом негативный эффект от аварий растет, при этом более долгосрочное влияние на экономическое развитие регионов России оказывают отключения электроснабжения населения, нежели промпредприятий.
Бесплатно
