ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ПИТАЮЩИХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛИНИЙ КРУПНОГО ПРОМЫШЛЕННОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО УЗЛА

Развитие промышленных объектов распределенной генерации в наши дни приводит к усложнению возможных эксплуатационных режимов промышленных систем электроснабжения и необходимости анализа устойчивости машин переменного тока. Вопросам устойчивости систем электроснабжения промышленных предприятий посвящено большое число работ, в том числе научного коллектива кафедры ЭПП Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. Так, исследованию статической устойчивости синхронных генераторов и двигательной нагрузки посвящены работы [3], [5]. Анализ динамической устойчивости в симметричных и несимметричных режимах осуществляется в трудах [4], [7], [8], [10], [12]. Исследованиям режимов симметричных коротких замыканий в промышленных сетях посвящена работа [14]. Анализ надежной работы двигателей собственных нужд промышленных электростанций представлен в [9], [11], [13], [15]. Подробно рассматриваются режимы выхода промышленной электростанции на раздельную с энергосистемой работу [6].

В таких условиях интерес представляет анализ статической устойчивости питающих линий промышленного энергоузла. Как известно, питающие сети 110 и 220 кВ имеют преимущественно замкнутую конфигурацию и для анализа установившихся режимов необходимо использовать метода расчета, одновременно позволяющие рассчитывать режимы сложнозамкнутых сетей и учитывать распределенность параметров схемы замещения ЛЭП. В данной работе была исследована статическая устойчивость ЛЭП с помощью различных методов с целью анализа их применимости.

Статическая устойчивость оценивается коэффициентом запаса устойчивости по активной мощности, и вычисляется по формуле:

где Рпр - придельная передавая мощность, Рфакт - фактическая мощность.

В зависимости от конкретных условий в качестве контролируемых параметров могут быть приняты значения углов между напряжениями по концам ЛЭП. Устойчивость нормируется минимальными коэффициентами запаса по активной мощности. Должно быть обеспечено отсутствие самораскачивания, а если оно проявляется, то должны приниматься меры по его устранению. Устойчивость сохраняется :при kЗ ≥ 20% в нормальном режиме и при kЗ ≥ 10% в аварийном режиме работы. При исследовании пропускной способности протяженных высоковольтных линий появляется необходимость учета распределенности параметров схемы замещения. Одновременно встает вопрос о длинах и напряжениях линий, которые могут быть исследованы упрощено, без учета распределенности. С целью учета распределенности параметров протяженные высоковольтные ЛЭП представляются в виде четырехполюсника, у которого входными и  выходными параметрами являются ток и напряжение вначале и конце линии. Связь между параметрами начала и конца линии четырехполюсника описывается уравнениями согласно [1].

Произведем расчет статической устойчивости с помощью известных методов расчета протяженных линий.

Рассмотрим воздушную линия напряжение 500 кВ, с проводом 3хАС-330, с параметрами

Рассчитаем параметры режима линии при помощи теории четырехполюсников. Сначала определяем характеристическое сопротивление:


Коэффициент запаса статической устойчивости составит 494 %. Данная линия обладает достаточным запасом статической устойчивости.

Для сравнения был проведен еще один расчет согласно [2]. В данном случае нахождение параметров линии возможно путем нахождения обобщенных коэффициентов пропорциональности между токами и напряжениями по обоим концам линии. При исследовании линии обобщенные параметры выразим через проводимости, для этого представим четырехполюсник в матричной форме, согласно [2]:

Расчеты произведем для рассмотренной ранее ЛЭП. Из выше приведенного расчета известны напряжения U1 = 506 кВ и U2 = 500 кВ. Величины собственных и взаимных проводимостей определяется:

По графику определяем предельные активные мощности, которые может передать линия из начала в конец и наоборот. Фактическая мощность линии определена в предыдущем расчете. Коэффициент запаса статической устойчивости составил 438 %. Как видим, по данному расчету коэффициент запаса статической устойчивости мало отличается от полученного ранее.

При расчете режимов при помощи схемы замещения с сосредоточенными параметрами с П – образной схемой замещения если принять напряжение в конце линии 500 кВ, то напряжение в начале составит 565 кВ, что не соответствует действительности. Как видим, при таком подходе появляется большая погрешность и расчет вести далее не имеет смысла.

Как показали расчеты, распределенность необходимо учитывать даже при длине ЛЭП в несколько десятков километров.

Таким образом, изложенные методы расчета режимов, учитывающие распределенность параметров схемы замещения протяженной ЛЭП, в равной степени подходят для определения статической устойчивости питающих протяженных ЛЭП высоких напряжений. Однако, при исследовании протяженных ЛЭП, входящих в состав сетей сложной конфигурации возникает ряд сложностей при определении параметров режима, поскольку входящими данными являются напряжения, поддерживаемые по концам линии. Поэтому необходима разработка методов расчета установившихся режимов сложнозамкнутых энергосистем, одновременно учитывающих распределенность параметров элементов сети. Это позволит исследовать протяженные сложнозамкнутые сети на промышленной частоте тока, а также сложнозамкнутые сети меньшей протяженности, но более высоких частот, что актуально для развитых систем электроснабжения промышленных предприятий, нагруженных высшими гармониками. Полученное потокораспределение позволит оценивать эффективность использования оборудования и устойчивость работы сетей.

 

Список литературы

1.     Ананичева, С.С. Передача электроэнергии на дальние расстояния [Текст]: учебное пособие / С.С. Ананичева, П.И. Бартоломей, А.Л. Мызин. – Екатеринбург: УГТУ – УПИ. – 1993. – 80с.

2.     Беляков, Ю.С. Распределенные параметры в расчетах режимов электрических систем [Текст]/ Беляков Ю.С. – М.: НТФ "Энергопрогресс". – 2011. – 96 с.

3.     Буланова, О.В. Исследование сходимости метода расчета установившихся режимов систем электроснабжения при работе раздельно с энергосистемой/ О.В. Буланова, В.А. Игуменщев, А.В. Малафеев, Ю.Н. Ротанова // Электротехнические системы и комплексы. – 2005. – № 10. – С. 129.

4.     Буланова, О.В. Определение асинхронной мощности синхронных генераторов в расчетах электромеханических переходных процессов при несимметричных режимах  [Текст] / Буланова, О.В., Малафеев А.В., Николаев Н.А., Ротанова Ю.Н., Панова, Е.А. // Электрика. – 2010. – № 8. – С. 24-26.

5.     Буланова, О.В. Управление режимами промышленных электростанций при выходе на раздельную работу/ О.В. Буланова: дис. на соиск. ст. канд. техн.наук: 05.09.03. // МГТУ – Магнитогорск: 2007. – 175 с.

6.     Газизова, О.В. Исследование эффективности работы делительной автоматики в системе электроснабжения промышленного предприятия черной металлургии [Текст] / Газизова О.В., Малафеев А.В., Тарасов В.М., Извольский М.А. // Промышленная энергетика. – 2012. – № 10. – С. 12-17.

7.     Заславец, Б.И. Анализ переходных процессов в системах электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями в режимах выхода на раздельную работу после короткого замыкания [Текст] /Заславец Б.И., Игуменщев В.А., Николаев Н.А., Малафеев А.В., Буланова О.В., Ротанова Ю.Н. // Изв. вузов Электромеханика. – 2009. – №1. – С. 60 - 65.

8.     Игуменщев, В.А. Расчет динамических характеристик синхронных и асинхронных двигателей промышленных предприятий с целью анализа устойчивости систем электроснабжения [Текст] / Игуменщев В.А., Малафеев А.В., Буланова О.В., Ротанова Ю.Н. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2006. – № 2. – С. 71-75.

9.     Карандаев, А.С. Анализ надежности оборудования тепловой электростанции при внедрении преобразователей частоты [Текст] / Карандаев А.С., Корнилов Г.П., Карандаева О.И., Ротанова Ю.Н., Ровнейко В.В., Галлямов Р.Р. // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. – 2009. – № 34 (167). – С. 16-22.

10. Малафеев, А.В. Анализ режимов несимметричных коротких замыканий в сложных системах электроснабжения с собственными электростанциями [Текст] / Малафеев А.В., Буланова О.В., Панова Е.А., Григорьева М.В. // Промышленная энергетика. – 2010. – № 3. – С. 26-31.

11. Малафеев, А.В. Влияние высоковольтных двигателей собственных нужд на надежность системы электроснабжения собственных нужд ТЭЦ ОАО «ММК»  [Текст] / Малафеев А.В., Карандаева О.И., Ротанова Ю.Н., Буланова О.В. // Электротехнические системы и комплексы. – 2009. – № 17. – С. 96-104.

12. Малафеев, А.В. Исследование динамической устойчивости систем электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями при отделении от энергосистемы в результате короткого замыкания [Текст] / А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Ротанова // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. – 2008.– № 17 (117). – С. 72-74.

13. Одинцов, К.Э. Методика прогнозирования остаточного ресурса электрооборудования при эксплуатации [Текст] / Одинцов К.Э., Ротанова Ю.Н., Карандаева О.И., Мостовой С.Е., Шиляев П.В. // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2010. – № 3-1. – С. 192-198.

14. Ротанова, Ю.Н. Повышение устойчивости системы электроснабжения промышленного предприятия с собственными электростанциями при коротких замыканиях / Ю.Н. Ротанова: дис. на соиск. ст. канд. техн.наук: 05.09.03. // МГТУ – Магнитогорск: 2008. – 174 с.

15. Храмшин, В.Р. Анализ интенсивности отказов частотно-регулируемых электроприводов районных тепловых станций при нарушениях электроснабжения [Текст] / Храмшин В.Р., Одинцов К.Э., Губайдуллин А.Р., Карандаева О.И., Кондрашова Ю.Н. // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. – 2014. – Т. 14. № 2. – С. 68-79.