Электроэнергетика. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Статья научная
Практическая реализация методов определения места повреждения высоковольтных линий электропередачи на базе синхронизированных векторных измерений сопряжена с рядом трудностей, среди которых можно выделить существенное влияние апериодической составляющей тока короткого замыкания, остаточной намагниченности измерительных преобразователей тока, а также первоначальную ориентированность технологии синхронизированных векторных измерений на фиксацию, в первую очередь, установившихся режимов и медленно протекающих электромеханических переходных режимов. Вышесказанное свидетельствует о необходимости существенных изменений в организации измерительных каналов для использования данных векторных измерений для локализации места повреждения. В работе анализируется эффективность использования различных способов организации каналов измерений первичных токов для целей определения места повреждения на воздушной линии электропередачи сверхвысокого напряжения с использованием устройств синхронизированных векторных измерений. Цель работы заключается в определении оптимальной структуры измерительных каналов для расчета расстояния до места повреждения на основе векторных измерений, а также в исследовании возможности применения цифровых преобразователей тока, выполненных на основе катушки Роговского, для исключения влияния насыщения трансформаторов тока на точность локализации повреждения. Методология проведения исследований предполагает широкое использование программно-аппаратного комплекса моделирования в реальном времени RTDS, реальных устройств синхронизированных векторных измерений различных производителей и усилителя сигнала. Предметом исследования являются методы повышения точности определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи. В качестве тестовых методов используются хорошо известные двусторонние методы определения места повреждения, оперирующие различными составляющими синхронизированных векторов токов и напряжений. В результате проведенного исследования сделаны выводы о необходимости перехода к новой парадигме организации измерительных каналов, используемых устройствами синхронизированных векторных измерений, на основе нетрадиционных измерительных трансформаторов. Показано преимущество использования для целей определения места повреждения цифровых фильтров класса Р с обязательным условием их подключения к релейным обмоткам трансформаторов тока. Проанализированы конкретные варианты организации измерительных каналов для рассматриваемой задачи.
Бесплатно
Освещение пунктов диспетчерского управления в энергетике
Статья научная
Использование современных автоматизированных систем технологического управления на основе дисплейных терминалов заставляет уделять особое внимание созданию оптимальных условий для зрительной работы персонала. При проектировании освещения таких рабочих мест обязательно должны учитываться специфические требования (недопустимость избыточного освещения и ограничение пульсации). Системы управления световым потоком светодиодных источников света используют ШИМ-регулирование, при этом изменяется скважность сигнала в широком диапазоне. Создана математическая модель, учитывающая особенности восприятия непостоянного освещения органами зрения. Аналитические исследования показали, что при значениях коэффициента заполнения, равных 0,5, значительно возрастает вероятность зрительного утомления, а увеличение частоты ШИМ-регулирования оправдано с точки зрения гигиенического воздействия освещения на органы зрения.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены особенности включения математической модели длительных режимов ППТН в разработанную в среде Labview на кафедре ЭССиС программу расчета электрической сети. Программа позволяет задавать конфигурацию сети, сопротивления ЛЭП, мощности нагрузок и генерации, напряжение балансирующего узла и точность расчета. Проанализированы потери в сети в зависимости от загрузки ППТН, на примере послеаварийных режимов сети показаны положительные свойства ППТН в сравнении с передачей переменного тока. Показано, что применение ППТН расширяет возможности оптимизации режимов сети и позволяет повысить ее надежность в аварийных и послеаварийных режимах. Особенность модели длительных режимов ППТН состоит в том, что векторы напряжений в узлах выпрямительной и инверторной подстанций не связаны жестко, а активная мощность линии регулируется независимо. В модели узлы связаны через потребление мощности в одном узле и генерацию во втором, причем характерно, что в длительных режимах контур постоянного тока ППТН описывается теми же уравнениями, что и ППТ на преобразователях тока с фазовым регулированием. Потери в преобразовательных трансформаторах и реакторах и преобразователях учтены в виде нагрузок в узлах соответствующих подстанций. Векторная разность между напряжением выпрямительной подстанции и сетевым напряжением определяет величину и направление полной мощности передачи. То же справедливо и для инверторной подстанции по отношению к ее прилегающей энергосистеме. Предельно допустимая мощность передачи ограничивается наибольшим действующим значением тока преобразователя, который ограничен нормируемой токовой нагрузкой силовых полупроводниковых приборов. Разработанная программа рассчитана на применение в учебных целях, а модель ППТН - для интеграции в промышленные программы расчета и оптимизации режимов энергосистем.
Бесплатно
Статья научная
Тензорно-топологический метод Крона, развиваемый многими отечественными и зарубежными исследователями, открывает широкие возможности для решения прикладных задач в сложных электроэнергетических системах с помощью тензорного анализа и диакоптики. Его применение к анализу и расчету несимметричных и сложных видов повреждений, возникающих в системах электроснабжения (СЭС), имеет свои особенности, обусловленные необходимостью преобразований переменных (систем координат). Помимо задач определения матриц преобразования и уравнений связи появляются проблемы объединения отдельных частей системы, которые представлены в различных координатах. Затруднения возникают вследствие необходимости преобразования этих матриц при построении схем замещения. В предлагаемой статье на простейших примерах рассмотрены некоторые особенности совместного применения матриц преобразования координат, матриц соединения и уравнений связи, а также их различения при моделировании и анализе несимметричных повреждений в СЭС.
Бесплатно
Статья научная
Одним из основных этапов при проектировании источников распределенной генерации, а также в процессе их эксплуатации является обеспечение достаточного запаса статической устойчивости в различных эксплуатационных режимах. К таким режимам относятся прежде всего нормальные и утяжеленные при параллельной работе с энергосистемой. В точках связи с энергосистемой у заводских электростанций обычно предусматривается противоаварийная автоматика, обеспечивающая в аварийных режимах выход генераторов с нагрузкой на раздельную с энергосистемой работу. В таких послеаварийных режимах должен быть обеспечен нормируемый запас статической устойчивости. С целью анализа статической устойчивости синхронных генераторов и двигательной нагрузки предлагается использование сочетания методов последовательного эквивалентирования и последовательного утяжеления. Однако использование метода последовательного утяжеления имеет особенности при анализе статической устойчивости при параллельной и раздельной работе генераторов с энергосистемой. Кроме того, при его применении возникает необходимость использования ряда ограничений, связанных в том числе с особенностями функционирования заводских электростанций. Разработан единый алгоритм анализа статической устойчивости генераторов и нагрузки при параллельной и раздельной работе применительно к заводским электростанциям, учитывающий ограничения по работе систем возбуждения. Алгоритм реализован в программном комплексе «КАТРАН». Проведен вычислительный эксперимент применительно к системе электроснабжения, имеющей источники распределенной генерации и разнородную двигательную нагрузку. Сформулированы особенности подобных исследований.
Бесплатно
Статья научная
Пакет MATLAB/Simulink находит широкое применение при расчете и анализе установившихся и переходных режимов электроэнергетических систем. Для этого в пакете реализован ряд математических моделей, необходимых в решении задач имитационного моделирования. Модели имеют свои особенности и отличаются от описанных в отечественной литературе, что усложняет применение и создает дополнительные трудности при их параметризации и сопоставлении результатов моделирования. Поэтому сохраняют свою актуальность вопросы изучения особенностей применения пакета MATLAB/Simulink, в частности, при анализе статической устойчивости синхронных генераторов, работающих параллельно с энергосистемой. В работе рассмотрен ряд моделей наиболее распространенных элементов электроэнергетической системы, отмечены некоторые особенности схем замещения, на которых они построены, показан пример задания параметров и сформулированы рекомендации по их вводу в программе. Выполнено моделирование установившегося режима и проведено сравнение режимных параметров. Полученные результаты будут полезны при изучении особенностей применения пакета MATLAB/Simulink для решения задач электроэнергетики, а приведенные в работе рекомендации могут быть использованы при моделировании установившихся и переходных режимов электроэнергетических систем.
Бесплатно
Статья научная
При управлении режимами электроэнергетических систем наряду с традиционными задачами снижения потерь и поддержания напряжений в узлах в допустимых пределах сегодня, благодаря применению элементов на базе силовой электроники, решаются и другие актуальные проблемы: повышение пропускной способности линий электропередач (ЛЭП), обеспечение устойчивости синхронных генераторов, перераспределение электроэнергии в неоднородных сетях. Одним из эффективных средств управления может быть применение в энергосистемах электропередач (ППТ) и вставок (ВПТ) постоянного тока на базе как преобразователей тока (ППТТ), так и преобразователей напряжения (ППТН). При этом информации о разнице ППТТ и ППТН как элементов регулирования режимов энергосистемы недостаточно. Исследование проводилось для электросетевого района горнозаводской зоны Южно-Уральской энергосистемы. Для расчетов режимов электрической сети в программный комплекс RASTR.WIN введены модели ППТТ и ППТН. При перспективных нагрузках возникает недопустимая перегрузка некоторых ЛЭП, а также существенно увеличиваются потери электроэнергии в сети. Перегруженной оказалась одна из двухцепных ЛЭП. Принято решение о переводе этой ЛЭП на постоянный ток с последующим исследованием разницы в регулировании режимов сети при выполнении электропередачи по схеме как ППТТ, так и ППТН. Перевод двухцепной электропередачи на постоянный ток позволяет увеличить ее пропускную способность, а также управлять потоками электроэнергии для оптимальной загрузки ЛЭП электросетевого района. Применение ППТН без дополнительных источников реактивной мощности позволяет управлять перетоками в сети не только активной, но и реактивной мощности, т. е. имеет более широкие функциональные возможности для регулирования режимов электросетевого района, чем применение ППТТ.
Бесплатно
Статья научная
Основным способом регулирования напряжения и реактивной мощности электростанций является изменение тока возбуждения их синхронных генераторов (СГ). При этом требуются сложные системы возбуждения, способные обеспечить необходимую глубину регулирования. Кроме того, быстродействие такого регулирования сдерживается большой постоянной времени контура возбуждения. Одним из альтернативных способов регулирования является применение энергоблоков, включающих синхронные генераторы с нерегулируемой системой возбуждения и объединенные регуляторы потоков мощности (ОРПМ). В программном комплексе MATLAB Simulink создана имитационная модель, с помощью которой проведен анализ быстродействия регулирования режимных параметров таких энергоблоков, проведено сравнение с регулированием тиристорными системами возбуждения. Также проведен опыт для реальных изменений величин напряжения при коротком замыкании в схеме соответствующей реальной. Показано, что энергоблоки «Синхронный генератор - ОРПМ» позволяют реализовать регулирование величины напряжения с высоким быстродействием, что позволяет существенно увеличить гибкость и адаптивность управления режимными параметрами в схемах выдачи мощности электростанций.
Бесплатно
Статья научная
В связи с ужесточением требований к качеству электрической энергии актуальным становится оценка влияния различных факторов на основные показатели качества: отклонения напряжения и частоты сети. Одним из таких факторов являются статические характеристики различных нагрузок, которые при определенных режимах могут оказывать существенное влияние на параметры энергосистемы. В данной статье предлагается оценить влияние статических характеристик на уровень частоты сети при выходе ее на раздельную работу с энергосистемой и при различных изменениях установившегося режима, а также исследовать зависимость между коэффициентами регулирующего эффекта нагрузки и значением мощности короткого замыкания или длины питающего кабеля. Раздельная работа была взята в силу того, что в данном режиме влияние регулирующего эффекта мощной нагрузки на параметры режима становится более выраженным. Научная новизна работы состоит в составлении алгоритма, позволяющего производить уточнение отклонения частоты изолированной электроэнергетической системы с учетом и без учета СХН при изменении длины питающего кабеля в программном комплексе «КАТРАН». Основным результатом работы является выявленная практически прямая зависимость между влиянием статических характеристик нагрузки на частоту сети и удаленностью нагрузки с большой долей синхронных двигателей от источника питания при автономно работающей электроэнергетической системе. Также была оценена целесообразность учета регулирующего эффекта нагрузки при расчете электрических режимов в зависимости от рода нагрузки и расчетного значения мощности короткого замыкания.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются особенности источников электромагнитных полей, нормируемые показатели предельно допустимых уровней напряженностей, воздействие которых создает риск вредного воздействия на организм человека. Оцениваются результаты измерения параметров напряженностей электромагнитных полей на рабочих местах электротехнического персонала. Показаны существенные особенности распространения электромагнитных полей. На основе анализа экспериментальных данных предлагаются пути совершенствования нормирования электромагнитных полей для электротехнического персонала тягового электроснабжения.
Бесплатно
Оценка потерь электроэнергии на корону по данным телеметрии
Статья научная
Рассмотрены вопросы определения потерь электроэнергии с учетом короны в темпе процесса, проведена оценка погрешностей, для ЛЭП-500 определены зависимости потерь мощности от напряжения для разных нагрузок и погодных условий.
Бесплатно
Оценка профессионального риска по фактору «электрическое поле промышленной частоты»
Статья научная
В статье приведены результаты расчета величины профессионального риска по фактору «электрическое поле промышленной частоты» для персонала Центрального (ранее Ханты-Мансийского) предприятия магистральных электрических сетей. Расчет выполнен на основе логико-вероятностной модели вероятности повреждения здоровья работников. Вероятности некоторых событий логико-вероятностной модели были определены на основе данных, полученных в результате экспериментального исследования распределения напряженности электрического поля на открытых распределительных устройствах подстанций напряжением 500 кВ, указанного предприятия. Для учета вреда, наносимого пребыванием в зонах различной напряженности электрического поля, были использованы специальные коэффициенты, определенные на основе кривой предельно допустимого времени нахождения в электрическом поле промышленной частоты. Сделаны выводы о факторах, определяющих величину профессионального риска для персонала, обслуживающего электроустановки сверхвысокого напряжения.
Бесплатно
Статья научная
В статье на примере действующих городских кабельных линий 6(10) кВ и опытных образцов определены подвижки грунта и кабеля в течение годового цикла эксплуатации. Экспериментальные исследования проводились путем замеров глубины залегания в выбранных точках кабельных линий, проложенных в разных условиях с использованием прибора RIDGID SeekTech SR-20. Анализ результатов показал, что подвижки кабельных линий в течение годового цикла значимы и могут приводить к образованию опасных механических напряжений и образованию пустот. Для оценки теплового режима изоляции кабелей с учетом вероятных размеров, образующихся при подвижках кабеля и грунта пустот, были разработаны 2D-модели звена «кабель 6(10) кВ - грунт» в ANSYS. Тепловой режим работы изоляции анализировался в рабочих и аварийных режимах работы кабеля с учетом принятых уставок устройств релейной защиты и автоматики. По результатам моделирования были определены вероятные зоны перегрева изоляции кабеля и скорректирована тепловая схема замещения, применяемая для расчета длительно допустимых токов.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается целесообразность совершенствования методов экономической плотности тока и развития экономических токовых интервалов на основе применения эффективного тока. Показано, что в современных условиях использование экономической плотности тока и экономических токовых интервалов при выборе сечений проводов воздушных линий приводит к смещению результатов в неоптимальную область и завышению сечений. Это связано с использованием устаревших данных по стоимости воздушных линий, стоимости потерь электроэнергии. Определено, что существенное влияние на точность выбора сечений воздушных линий оказывает достоверность следующих исходных данных: ставки на оплату потерь электроэнергии, графиков токовых нагрузок линии. Выявлены недостатки рассматриваемых методов выбора сечений проводов воздушных линий. Сделан вывод о необходимости разработки нового метода определения сечений воздушных линий, основанного на иных методологических подходах, исключающих недостатки существующих методов экономической плотности тока и экономических токовых интервалов.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены различные способы повышения качества электроэнергии в сетях с полупроводниковыми преобразователями. Среди них выделены вопросы применения сетевых реакторов, переход к многопульсным схемам, использование фильтрокомпенсирующих устройств со ступенчатым и косвенным регулированием. При проведении оценки современных средств улучшения качества электроэнергии выделяются преобразователи частоты с активным выпрямителем и полупроводниковые источники реактивной мощности на полностью управляемых силовых ключах. Технико-экономические аспекты применения фильтрокомпенсирующих устройств рассмотрены для двух случаев: питание от линии электропередачи и от системы автономного электроснабжения. Приведены результаты инструментальных исследований на одном из нефтепромыслов при широком использовании центробежных электронасосов с частотно-регулируемым приводом, представленные в виде осциллограмм напряжения и тока на вводе распределительного устройства 6 кВ их спектральный состав. Из графиков видно, что форма напряжений и токов существенно искажена. При выполнении технико-экономических расчетов различных вариантов выделяются основные экономические составляющие показателей, такие как капитальные и текущие эксплуатационные затраты. При отличии рассматриваемых систем по уровню качества электроэнергии к приведенным затратам прибавляется величина убытка от снижения её качества. При невозможности вычисления убытка учитываются затраты на приобретение регуляторов качества электроэнергии. При питании от системы автономного электроснабжения рассмотрен широко применяемый на практике вариант, когда в качестве автономного источника энергии применяются дизель-генераторы. В этом случае в состав приведенных затрат, в отличие от предыдущего, входят годовые затраты на производство электрической энергии дизель-генераторами. Приведены методы расчета затрат на техническую реализацию средств повышающих качество электроэнергии в питающих сетях, реализованных в системах питания от линии электропередачи и в системах при автономном питании. Показан пример расчета, в котором реализована методика определения области эффективного применения регуляторов качества электроэнергии.
Бесплатно
Статья научная
Приведена оценка эффективности внедрения полуволновых электропередач с промежуточным отбором мощности. Транспорт электрической энергии на переменном токе на дальние и сверхдальние расстояния возможен двумя различными способами - с помощью компенсированной, а также полуволновой электропередач. Первый предусматривает компенсацию реактивных параметров электропередачи с применением источников дополнительной реактивной мощности, устанавливаемых на подстанциях в промежуточных пунктах электропередачи. Второй предполагает использование полуволновой технологии передачи электрической энергии. Задача отбора мощности из полуволновой электропередачи осуществляется с помощью тиристорного стабилизатора параметров. Для сравнительной оценки эффективности были сопоставлены капитальные затраты на строительство воздушных линий и подстанций при прочих равных условиях для обоих вариантов электропередачи. Расчет производился по методике расчета показателей стоимости электропередач, утвержденных и рекомендованных ПАО «ФСК ЕЭС». Приведенные расчеты показали, что затраты на строительство воздушных линий и подстанций для полуволновых электропередач с тиристорным стабилизатором параметров дешевле на 11 % по сравнению со строительством компенсированной электропередачи.
Бесплатно
Оценка эффективности средств защиты от перенапряжений в кабельной распределительной сети 10 кВ
Статья научная
Статья посвящена определению области эффективного применения защитных устройств (ЗУ) на основе металлооксидных варисторов (МОВ) для ограничения перенапряжений в кабельных распределительных сетях 10 кВ. Представлен оригинальный метод математического моделирования распространения волн перенапряжения в кабельной сети с учетом наличия ЗУ. Метод основан на составлении системы разностных уравнений, связывающих прямые и обратные волны в узлах сети. Данный подход позволяет получить временные зависимости напряжения в любой точке сети, построить карты максимальных перенапряжений и оценить риски возникновения перенапряжений с высокими кратностями. Проведено имитационное моделирование участка кабельной сети, которое позволило оценить эффективность установки ЗУ в узлах сети. Результаты моделирования показали, что наибольший эффект достигается при установке ЗУ в узлах с большим количеством отходящих кабельных линий (КЛ). Также проведено сравнение эффективности ЗУ с различными вольт-амперными характеристиками (ВАХ) и уровнями возникновения частичных разрядов (ЧР). Установлено, что устройства с изменяемой ВАХ демонстрируют значительно большую эффективность в ограничении перенапряжений. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации защиты кабельных сетей 10 кВ от перенапряжений и повышения надежности электроснабжения.
Бесплатно
Статья научная
Для действующего крупного промышленного предприятия особого внимания заслуживает проблема выравнивания графиков электрических нагрузок, которые изменяются в течение суток, месяца и года в целом. Как показывает процесс эксплуатации электрооборудования и оборудования, задействованного в сложном технологическом процессе, на равномерность графиков оказывает влияние большое разнообразие факторов. В рамках данной работы представлена оценка возможности возведения гидроаккумулирующей электростанции для покрытия пиков потребления в дневные часы на примере металлургического предприятия. При этом исходной информацией является суммарная мощность источников собственной генерации, анализ графиков потребления электроэнергии, карты местности и выбор местности для размещения установки, выполнены расчёт требуемой ёмкости ГАЭС и проверка технической реализуемости проекта. Выбрано оптимальное расположение объекта, что позволит сократить затраты на реализацию, а также снизить риски нарушения текущего баланса мощностей в энергоузле. В целом, проведённая работа по предварительной оценке возможности и целесообразности применения гидроаккумулирующей электростанции для покрытия дневных пиковых нагрузок в сети Магнитогорского промышленного энергоузла дала положительные результаты. Для приведения однозначного заключения по данному вопросу требуется проведение дальнейшего подробного технико-экономического обоснования с учётом связанных с технологическим процессом потерь энергии и затрат на строительные работы.
Бесплатно
Параметрическая идентификация распределительной сети в составе АСКУЭ
Статья научная
Основными функциями современных автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) являются измерение данных с группы электронных счетчиков, установленных у абонентов распределительной электрической сети (РЭС), и коммерческий учет электроэнергии. В то же время для значительного повышения технико-экономических показателей этих систем и распределительных компаний целесообразным является дополнительное включение в состав АСКУЭ новых функциональных подсистем, предназначенных для решения задач оперативного мониторинга, диагностики состояния трехфазной сети и оптимизации режимов их работы. В целях разработки методологических и алгоритмических основ их построения в большинстве случаев необходимо знание о параметрах РЭС, определяемых сопротивлениями межабонентских участков магистральной линии. В связи с этим в статье рассматривается задача их идентификации в режиме реального времени. Предполагается, что сеть функционирует в условиях несимметрии токов и напряжений, а сечения фазных и нейтрального проводов являются разными. Предлагается метод идентификации параметров (сопротивлений) на основе модели физических процессов в электрических контурах сети и оценки недоступных для измерения и контроля переменных, описывающих текущее электрическое состояние межабонентских участков трёхфазной сети. Для решения задачи идентификации получены системы линейных алгебраических уравнений. Описаны вычислительные процедуры их аналитического и численного решения. Предложенный метод идентификации параметров РЭС можно использовать для создания специального программного обеспечения функциональных подсистем АСКУЭ, ориентированных на диагностику текущего состояния функциональных частей РЭС, а также идентификацию и мониторинг потерь электроэнергии в сети в режиме реального времени.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается краткая характеристика горнодобывающих предприятий Республики Таджикистан, уровень изоляции карьерных распределительных сетей напряжением 6 кВ. Указаны параметры изоляции сети относительно земли, которые были определены расчетным путем на основании методик, разработанных на кафедре «Безопасность жизнедеятельности» Южно-Уральского государственного университета. Выполненные расчеты изоляции относительно земли в карьерных распределительных электрических сетях горнодобывающих предприятий Республики Таджикистан показали, что величина емкостных токов однофазного замыкания на землю лежит в пределах от 0,1 до 0,37 А и зависит от уровня развития предприятия. Активные сопротивления изоляции фаз сети относительно земли находятся в пределах от 18 до 112 кОм с учетом изменения коэффициента успокоения сети. Емкость сети относительно земли лежит в диапазоне от 0,09 до 0,34 мкФ. Полученные данные необходимы для выбора средства обеспечения безопасности и оценки уровня безопасности.
Бесплатно
