Электроэнергетика. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
О двух методах вычисления трапециевидной характеристики устройства АЛАР на основе равномерных данных
Статья научная
В работе представлены два метода вычисления характеристики устройства АЛАР в форме трапеции. В качестве исходных данных используются годографы асинхронного режима, представляющие собой массивы значений активного и реактивного сопротивлений, вычисленные с фиксированным шагом по времени. Первый метод основан на постепенном увеличении размеров характеристики с сохранением пропорций чувствительного и грубого органов характеристики. Основания трапеции вытягиваются до тех пор, пока автоматикой не будут зафиксированы все исходные годографы. Второй метод основан на сужении грубого органа характеристики с сохранением начального размера чувствительного органа. Оба метода являются итеративными, выполняющими совокупность однотипных операций, ориентированных на вычисление характеристики минимального размера с соблюдением требований, предъявляемых к устройствам АЛАР. Основной упор в процессе вычисления характеристики делается на соблюдение условий фиксации асинхронных режимов и чувствительности устройства АЛАР. Методы реализованы в виде программы, с помощью которой проведен вычислительный эксперимент на реальных данных. Эксперимент показал эффективность представленных методов при расчете уставок автоматики. Эти методы могут быть использованы специалистами по электрическим режимам при настройке устройств АЛАР с трапециевидной характеристикой.
Бесплатно
О методах оптимизации режимов работы электроэнергетических систем и сетей
Статья научная
Работа посвящена обзору методов оптимизации, применяемых для повышения эффективности режимов электроэнергетических систем и систем электроснабжения с собственными источниками электрической и тепловой энергии. Рассмотрены работы В.А. Веникова, В.С. Хачатряна, П.И. Бартоломея, Д.А. Арзамасцева, В.М. Горнштейна и др., посвященные расчету оптимальных режимов электроэнергетических систем. Приведены основные оптимизационные задачи, возникающие в условиях электроэнергетических систем, такие как определение оптимального распределения активных и реактивных мощностей между генераторами электростанций; оптимизация режимов систем по потерям активной мощности, напряжению, по реактивной мощности; определение оптимального состава рабочего оборудования. Рассмотрены способы решения поставленных задач с использованием существующих математических методов оптимизации, адаптированных к условиям объектов электроэнергетики. Дан вывод о том, что подходы к решению оптимизационных задач ориентированы на управление режимами электроэнергетических систем и сравнительно немного исследований проведено в условиях промышленных систем электроснабжения.
Бесплатно
О несовершенстве терминологии в области развития объектов электроэнергетики
Статья научная
В нормативной документации в области электроэнергетики встречаются такие термины, как «техническое перевооружение», «реконструкция», «расширение», «модернизация», «ремонт» и «эксплуатация». Часть из них можно легко детерминировать, однако специфические отличия некоторых требуют более глубокого изучения регулирующих документов как технической, так и юридической, бухгалтерской и налоговой направленности. При этом неправильное употребление этих терминов может приводить к проблемам как при отраслевой деятельности, так и в смежных областях, и быть прецедентами в судебной практике. Для установления различий между обозначенными терминами в статье приведен разбор нормативных документов, проанализированы используемые в них понятия, раскрывающие смысл и область применения терминов, установлены семантические связи между ними, разобраны случаи практического применения. Даны рекомендации по использованию каждого из названных терминов, сделан вывод о необходимости совершенствования существующей нормативной и методологической базы, касающейся развития объектов электроэнергетики.
Бесплатно
О риске вредного воздействия на человека электромагнитных полей электрических установок
Статья научная
Рассматриваются основные проблемы оценки риска воздействия электромагнитных полей специальных электроустановок электрической тяги железнодорожного транспорта на персонал. Предлагается совместное воздействие электромагнитных полей разного рода тока и частоты рассматривать в виде особого вредного фактора «миксЭМП». Рассматриваются пути эффективного нормирования и защиты персонала от воздействия вредного производственного фактора.
Бесплатно
Обеспечение бесперебойного электроснабжения высокотехнологичных предприятий
Статья научная
В статье рассмотрена необходимость обеспечения надежного электроснабжения высокотехнологичных предприятий для двух вариантов их расположения: вблизи города или ЛЭП и на отдаленной от нее территории. Показана проблема использования только одного источника питания для таких предприятий в случае нестабильности тока по частоте и при изменении напряжения, а также планового или внепланового отключения питания в сети ЛЭП. В качестве резервного источника предлагается вариант автоматизированной системы электроснабжения (АСЭ), включающей в себя питание переменным током от внешней сети и питание от комбинированной ветро-солнечной установки (ВСУ). Предложены схемы совместного использования ВСУ и внешних источников для предприятий, расположенных вблизи ЛЭП и схема совместного использования ВСУ с рекуператорами и термоэлектрическими генераторами для варианта, когда предприятия расположены вне зоны досягаемости ЛЭП. Результатом данного предложения является достижение постоянного, высококачественного и бесперебойного электроснабжения высокотехнологичных энергоустановок в любое время года и при любых погодных условиях.
Бесплатно
Статья научная
Объектом исследования в работе является высокочастотный силовой трансформатор с разделяющимися первичной и вторичной частями, который входит в состав системы бесконтактной передачи электроэнергии на автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА) для зарядки его аккумуляторных батарей. В качестве задачи исследования поставлено обоснование и разработка методики расчета конструктивных параметров трансформатора, отвечающих поставленным требованиям по передаваемой мощности при заданных условиях эксплуатации. В основу исследований положено математическое моделирование электромагнитных процессов в трансформаторе в программном пакете ANSYS Maxwell в сочетании с натурным экспериментом. Выделены характеризующие параметры в виде коэффициента магнитной связи и удельной индуктивности витка обмотки и обосновано их применение для полной идентификации свойств объекта. Предложена система относительных единиц, в которой характеризующие параметры имеют постоянное значение для любых сердечников одного типоразмера, что позволяет легко выполнять масштабирование результатов полученных технических решений при изменении требований по передаваемой мощности. Предложена методика определения аппроксимирующих полиномов, связывающих массивы значений коэффициента связи и удельной индуктивности с относительными значениями зазоров между контактными поверхностями частей трансформатора и межосевыми смещениями, появление которых возможно при выполнении автоматического причаливания подводного аппарата к базе. Выполненные исследования позволили предложить методику расчета основных конструктивных параметров трансформаторов при исходных данных в виде сочетания заданных электрических характеристик и предъявляемых ограничений по точности стыковки контактных поверхностей частей трансформатора. Экспериментальные натурные исследования выбранных конструктивов трансформаторов, аналогичных принятым при моделировании, убедительно подтверждают достоверность приведенных результатов. Полученные результаты относятся к ферритовым сердечникам чашечного типа, однако, принятые в исследованиях подходы дают возможность расширения методики расчета к другим конструктивным обликам трансформаторов, которые могут найти применение в системе бесконтактной зарядки аккумуляторных батарей АНПА.
Бесплатно
Обеспечение условий работы очистных сооружений при наличии мини-ТЭС
Статья научная
Рассмотрены комбинированные системы электроснабжения на примере очистных сооружений большой мощности. Ввиду того, что основными потребителями таких систем являются турбовоздуходувки, насосы, смесители, задвижки, часть из которых относятся к потребителям первой и особой категории, то для них требуется собственный третий источник типа мини-станции. При проектировании и внедрении мини-станций на очистных сооружениях актуальны задачи выбора напряжения, расчета статической и динамической устойчивости ЭТС, а также обеспечения надежных режимов параллельной и автономной работы энергосистемы и собственной генерации, особенно когда западные решения приняты с рядом допущений. Выполнены расчеты устойчивости таких систем, определены критические длительности нарушения внешнего электроснабжения и предложены решения по повышению надежной работы станций.
Бесплатно
Статья научная
Проанализировано техническое состояние электрооборудования, установленного на электрических станциях и подстанциях в электроэнергетической системе Республики Таджикистан (ЭЭС РТ) в настоящее время и с учетом перспектив ее развития. Рассмотрен каждый из элементов ЭЭС РТ по отдельности и оценен срок их службы, а также оценено их техническое состояние. Показано, что из всех ЛЭП 0,4-500 кВ находятся в хорошем состоянии 18 115 км (28,7 %), в удовлетворительном состоянии 32 887 км (52,1 %), в неудовлетворительным состоянии 12 263 км (19,8 %). Выявлено электрооборудование, работающее дольше нормативных сроков, установленных заводами-изготовителями: силовых трансформаторов 2320 МВА (78 %), высоковольтных выключателей (ВВ) 232 ед. (56 %), синхронных генераторов 700 МВт (80 %). Также проанализированы структура изменения системы и ввод основных элементов напряжением 110-500 кВ по ЭЭС РТ на период 2015-2039 гг. При присоединении энергосистем соседних стран к ЭЭС РТ увеличиваются уровни токов короткого замыкания (КЗ). Эксплуатация изношенного оборудования может приводить к многочисленным авариям, поэтому рекомендовано заменить его на новые типы, а также продолжить работы по координации токов КЗ, проверке электродинамической стойкости силовых трансформаторов, соответствия отключающей способности ВВ.
Бесплатно
Статья научная
На основе анализа статистических данных о повреждаемости изоляции кабельной сети и метеорологических данных показана взаимосвязь грунтово-климатических параметров с текущим состоянием изоляции силовых кабелей.
Бесплатно
Статья научная
На основе генетического алгоритма произведён расчёт различных вариантов электроснабжения студгородка ЮУрГУ на базе распределённой генерации. Дан краткий анализ эффективности каждого варианта, и выработаны рекомендации по ведению режима работы станций в принятых условиях.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследуется метод определения места повреждения в распределительных электрических сетях 35-10-6 кВ на основе эмпирических критериев в координатах трех симметричных составляющих индивидуальных для каждого вида аварийного режима. То есть в формулах критериев использованы напряжения и токи прямой, обратной и нулевой последовательности. Сами формулы определялись по следующему принципу: если напряжения или токи увеличиваются при перемещении точки аварии вдоль длины линии, то они помещаются в числитель, а если наоборот, то в знаменатель. Для каждого критерия получен график интерполирующей функции, который хранится в памяти компьютера. При возникновении повреждения рассчитывается значение критерия и по графику находится место возникновения аварийного режима. Выявлена расчетная математическая погрешность разработанного метода при малой погрешности измерения ±0,2 %. Показано, что все погрешности составляют менее 1 %, кроме режимов однофазных замыканий на землю, когда погрешность достигает 2,6 %. Как показывают расчеты, погрешность ОМП прямо пропорциональна результирующей погрешности измерений и точности задания исходных данных. Так, при результирующей точности ±2,5 % максимальная погрешность ОМП близка к 3 %, а при точности ±5 % близка к 6 %. Существующие приборы ОМП работают с погрешностью 3-20 %, кроме того, они неспособны определить повреждения с замыканиями на землю и обрывами. Эффективность рассмотренного метода подтверждена технико-экономическими расчетами. Так, в расчете на один фидер 35, 10 и 6 кВ экономический эффект соответственно составляет 200, 150 и 110 тыс. руб. в год при сроке окупаемости около года. При применении метода на 1000 фидерах эффект составит порядка 200, 150 и 110 млн руб. в год. Таким образом, полученные критерии для определения места аварии эффективны как с технической, так и с экономической точек зрения.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты измерений картины магнитного поля в распределительных устройствах на 11 подстанциях 110/10(6) кВ г. Кургана (более 2000 замеров). Сделаны выводы о наличии опасных зон в распределительных устройствах 10(6) кВ по условиям воздействия магнитного поля на обслуживающий персонал. Предложены дополнительные рекомендации в существующие стандарты.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены результаты исследований, направленные на обеспечение уровней токов и электромагнитных моментов синхронных и асинхронных двигателей в режимах самозапуска после работы устройств быстродействующего автоматического включения резерва, которые меньше уровня пусковых значений. В зависимости от величины угла между остаточным напряжением основного источника питания и напряжением резервного источника питания с помощью математической модели были определены диапазоны допустимых углов подачи резервного питания на асинхронные и синхронные электродвигатели при кратковременных нарушениях нормального режима электроснабжения. Предложены способы переключения на резервный источник питания, позволяющие ограничить уровни токов и электромагнитных моментов в режимах самозапуска двигательной нагрузки ниже уровня пусковых значений, которые могут быть использованы в микропроцессорных устройствах быстродействующего автоматического включения резерва. Эффективность предложенных методов подачи резервного питания подтверждена результатами математического моделирования и исследованиями на лабораторном стенде.
Бесплатно
Определение параметров схемы замещения асинхронного двигателя с кольцевыми обмотками
Статья научная
Асинхронный двигатель с кольцевыми обмотками (АДКО) предназначен для переработки ядерных отходов в условиях повышенной радиации и температуры. Для увеличения срока службы машины в тяжелых рабочих условиях катушки обмотки статора АДКО покрываются керамической изоляцией, обладающей повышенной устойчивостью к радиации, но при этом данный тип изоляции обладает высокой хрупкостью, что приводит к необходимости выполнять катушки обмотки статора концентрической формы, чтобы минимизировать угол сгиба катушки при изготовлении обмотки, в то время как обмотки статора классических машин выполняются в форме «лодочки». Статор АДКО также имеет специфическую конструкцию, отличную от конструкции статора классического асинхронного двигателя, состоящую из зубцовых наконечников, расположенных вокруг оси вращения, и зубцовых сердечников, размещенных поверх зубцовых наконечников по спирали. Первый опытный образец АДКО, изготовленный УрФУ совместно с ЗАО «Уралэлектромаш», выполнен на тех же диаметрах, что и асинхронный двигатель классической конструкции мощностью Р = 2,2 кВт, с синхронной скоростью вращения n = 1000 об/мин. Одной из задач на данном этапе разработки АДКО является проверка возможности изготовления нового двигателя в тех же габаритах и с теми же параметрами, которые присущи серийному асинхронному двигателю серии АО2. Одним из способов оценки характеристик АДКО является определение параметров схемы замещения и электромагнитных моментов двигателя и сравнение полученных параметров с данными двигателя серии АО2. Принципиально новая конструкция якоря предполагает поиск новых решений для определения параметров машины: индуктивных сопротивлений, электромагнитных моментов. В статье рассматривается метод расчета параметров схемы замещения АДКО с помощью прикладного программного пакета ANSYS Maxwell в 3D-режиме. Для определения индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора используется статический анализ модели с вынутым ротором; взаимное индуктивное сопротивление определяется как разность между полным индуктивным сопротивлением фазы обмотки статора и индуктивным сопротивлением рассеяния. В работе проводится анализ параметров схемы замещения с помощью характеристик холостого хода и короткого замыкания АДКО, полученных в ANSYS Maxwell. Расчет механической характеристики двигателя типа АДКО проводится двумя способами: с помощью аналитического метода (АМ), предполагающего использование расчетных параметров схемы замещения, и методом конечных элементов (МКЭ). Использование МКЭ для расчета механической характеристики подразумевает анализ АДКО в динамическом режиме, что позволяет при заданной пользователем скорости вращения ротора определить электромагнитный момент. В заключение приводится сравнительный анализ параметров двигателя классического исполнения серии АО2 и АДКО, выполненных в одном габарите, проводится оценка возможности выполнения двигателя АДКО мощностью Р = 2,2 кВт в тех же габаритах, что и серийный двигатель АО2, даются рекомендации по дальнейшему улучшению конструкции двигателя типа АДКО.
Бесплатно
Статья научная
На основе матрицы коэффициентов распределения получены математические модели определения потерь мощности и энергии с учетом гибкого регулирования параметров режима. Представлены результаты экспериментальных исследований.
Бесплатно
Статья научная
Развитие объектов распределенной генерации и усложнение конфигурации электрической сети приводит к повышению числа возможных аварийных режимов промышленных систем электроснабжения. При коротком замыкании в связи с энергосистемой или снижении частоты в питающей сети электростанция с частью электроприемников выходит на раздельную работу. После отключения поврежденных линий должна быть выполнена автоматическая ресинхронизация узла с сетью. С целью исследования подобных аварийных режимов разработан алгоритм расчета переходных электромеханических процессов в промышленных системах электроснабжения. На основе созданного алгоритма разработан программный комплекс, позволяющий исследовать подобные электромеханические режимы. В связи с тем, что выход на раздельную работу может осуществляться при различном составе источников электроэнергии и нагрузки, была получена методика определения предельных небалансов мощностей при заданном времени работы автоматического повторного включения. Исследования производились на примере промышленной электростанции, имеющей в своем составе генераторы разной мощности и питающей энергоемкую промышленную нагрузку. Разработаны мероприятия по повышению результирующей устойчивости в условиях заданной промышленной системы электроснабжения. Созданный программный комплекс может быть использован в качестве советчика диспетчера для повышения эффективности управления режимами собственных электростанций промышленного предприятия.
Бесплатно
Определение токов утечки при отсутствии контакта человека с грунтом
Статья научная
В статье получены аналитические зависимости емкости цилиндрической фигуры относительно земли и заземленной проводящей поверхности. На основании полученных зависимостей показан характер распределения полного тока утечки при емкостной связи цилиндрической поверхности с землей и заземленной металлоконструкцией.
Бесплатно
Статья научная
Компенсация реактивной мощности в сетях высокого напряжения применяется и должна применяться в качестве инструмента повышения надежности и энергоэффективности электроснабжения, которые подразумевают обеспечение целого ряда показателей работы сетей: от поддержания требуемых уровней напряжения и допустимых токовых загрузок элементов до обеспечения нормируемого значения коэффициента мощности и снижения потерь электроэнергии. Из-за необходимости учета инвестиционной привлекательности проекта проблема выбора оптимальных мощностей и мест установки средств компенсации становится многофакторной задачей, требующей комплексного моделирования сетей электроснабжения в комбинации с применением специальных математических методов поиска оптимальных решений. В данной работе представлена методика оптимального размещения компенсирующих устройств по критерию максимума чистого дисконтированного дохода с учетом потерь электроэнергии за расчетный период и требований к уровням напряжения на шинах подстанций сети на основе метаэвристического метода дифференциальной эволюции. При этом в качестве базы для моделирования и выполнения расчетов используется программный комплекс DIgSILENT PowerFactory 2020. Предлагаемый подход позволяет осуществить выбор наилучших мест установки устройств компенсации реактивной мощности и их параметров из предопределенного расчетчиком модельного ряда и одновременно принять во внимание сетевые ограничения и приведенные затраты для произвольного периода планирования, что продемонстрировано на примере 14-узловой модели IEEE.
Бесплатно
Оптимизация «естественного» переходного процесса
Статья научная
Обсуждаются возможности уменьшения величины учитываемой энергии потерь при переходном процессе в электрической цепи путем дополнения цепи звеном из реактивных элементов. Метод предварительной оценки возможностей оптимизации построен на анализе параметров искусственной добавки к переходным параметрам состояния цепи, способной уменьшить потери вне связи с ее реализуемостью. Приведен пример реализации такой добавки, подключение которой к исходной действительно оставляет неизменными параметры состояния на концах интервала учета, снижая вместе с тем величину энергии потерь за весь интервал учета.
Бесплатно
Оптимизация работы электрической сети с применением элементов гибких передач
Статья научная
Статья посвящена вопросу оптимизации, сокращению потерь и увеличению устойчивости сети за счет внедрения устройств, позволяющих влиять на режим и перетоки мощности электрической сети. Основную роль в развитии ЭС играют современные технические средства и технологии, обеспечивающие управляемость электрической сети и реализацию управления. Одной из наиболее перспективных в этой области являются FACTS-технологии или гибкие управляемые элементы электрической сети, суть которых состоит в том, что электрическая сеть из пассивного устройства транспорта электроэнергии превращается в устройство, активно участвующее в управлении режимами работы электрических сетей. В статье проведен анализ развития сети 500/220/110 кВ с применением устройств, позволяющих влиять на работу сети: СТК, БСК, УПК. Рассчитаны установившиеся режимы, потери активной мощности, потери электроэнергии за год до и после применения устройств. Произведен анализ эффективности применения каждого устройства. Выполнен расчет электрической сети 500/220/110 кВ в аварийном режиме при отключении линии 500 кВ с применением СТК. Проанализирована эффективность использования устройства СТК в аварийном режиме.
Бесплатно
