Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электрические станции, сети и системы

Диссертационная работа:

Мозгалев Константин Валерьевич. Оценка эффективности ограничения токов короткого замыкания в сетях 110-500 кВ энергосистемы : Дис. ... канд. техн. наук : 05.14.02 Москва, 2005 123 с. РГБ ОД, 61:06-5/371

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава первая. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОГРАНИЧЕНИЯ

ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 12

Постановка задачи 12

Анализ эффективности методов ограничения токов короткого замы
кания 14

Анализ эффективности средств ограничения токов короткого замы
кания 18

Выводы 19

Глава вторая. ВЫБОР МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНО
СТИ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 22

Постановка задачи 22

Модель электрической сети при расчетах токов короткого замыка
ния 24

Модель электрической сети при расчетах установившегося режима.. 30

Методика обработки статистических данных 32

Технико-экономические критерии принятия решений 35

Выводы 50

Глава третья. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА

СТРУКТУРУ И ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 52

Постановка задачи 52

Опыт использования методов ограничения токов короткого замыка
ния 53

Уровни токов короткого замыкания в электрических сетях 58

Интегральные параметры электрических сетей и максимально до
пустимый уровень тока короткого замыкания 67

Согласование параметров коммутационного оборудования 76

Токи короткого замыкания и потери мощности и электроэнергии в

электрических сетях 79

Выводы 82

Глава четвертая. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОГРАНИЧЕНИЯ

ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ 85

Постановка задачи 85

Соотношения токов однофазных и трехфазных коротких замыканий 86
Ограничение токов короткого замыкания на землю включением в

нейтрали автотрансформаторов сопротивлений 89

Изменение параметров электрических сетей при установке сопро
тивлений в нейтралях автотрансформаторов 95

Ограничения токов короткого замыкания на землю частичным раз-

землением нейтралей трансформаторов 101

Выводы 108

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 115

ПРИЛОЖЕНИЕ 122

Введение к работе:

В сетях различного напряжения электроэнергетических систем (сокращенно - энергосистем, систем) уровень токов короткого замыкания (КЗ) в той или иной степени непрерывно возрастает. При этом требования к электрическим аппаратам, проводникам, силовым (авто)трансформаторам и конструкциям распределительных устройств (РУ) становятся все более жесткими. Возникает проблема согласования или координации параметров электрооборудования с существующими или ожидаемыми уровнями токов КЗ [В.1]. Она обострилась сравнительно недавно - в 60-70-е годы - в связи с бурным развитием электроэнергетики, выражающимся ростом единичных мощностей генерирующих агрегатов, электростанций, подстанций и энергосистем, развитием сетей среднего, высокого, сверхвысокого и ультравысокого напряжений.

Максимально допустимый уровень токов КЗ в сетях различного напряжения - важная технико-экономическая характеристика энергосистем. Требования к коммутационному оборудованию должны учитывать стратегию развития энергосистем, электростанций и сетей, возможности промышленности разработать и поставить в установленные сроки оборудование с нужными параметрами, надежность работы электростанций, подстанций, узлов нагрузки и систем в целом, затраты на создание сети с тем или иным максимальным уровнем токов КЗ.

Координация уровней токов КЗ имеет определенную организационную иерархию и решается в рамках более общей задачи оптимизации структуры, параметров и режимов работы энергосистем и их элементов на всех стадиях их управления: от прогнозирования и планирования до проектирования и эксплуатации. Так, согласование уровней токов КЗ с параметрами оборудования рассматривается в схемах развития отрасли, а затем объединенных и региональных

энергосистем раз в 5 лет на перспективу 10-15 лет [В.2] и, кроме того, в технико-экономических обоснованиях к сооружению объектов электроэнергетики (электростанций, подстанций и электрических сетей) [В.З]. Следовательно, здесь необходим учет значительной неопределенности исходной информации, большого количества трудноформализуемых и противоречивых функциональных связей.

При решении подобного класса задач наиболее оправдано использовать общие положения изучения больших систем энергетики, именуемые системным подходом [В.4]. Как известно, системный подход исходит из рассмотрения последних целостным множеством элементов, обладающим свойствами, несводимым к сумме свойств, входящих в него элементов. При этом во главу ставится постулат, что развитие объектов определяется причинно-следственными связями, выражающимися совокупностью объективных тенденций и закономерностей.

Анализ фактического материала показывает, что проблема токов КЗ в энергосистемах была и остается актуальной. Токи существенно возросли, что вынуждает менять установленное электрооборудование или принимать срочные меры по их ограничению. Известны [В.1] следующие методы или способы (далее везде используется термин метод, как нашедший более широкое распространение в литературе по данной проблематике) ограничения уровней токов КЗ:

схемные решения на стадии проектирования;

стационарное и автоматическое деление существующей сети при эксплуатации;

применение токоограничивающих устройств различного типа;

изменение схем соединения обмоток генераторов и силовых (автотрансформаторов, также режима заземления их нейтралей.

Теоретические основы указанных методов отражены в многочисленных отечественных и зарубежных публикациях. Так, в работах [В.1, В.5-В.11 и др.] исследовались различные средства ограничения токов КЗ: реакторы простые и

сдвоенные, трансформаторы с расщепленными обмотками, резонансные токоо-граничивающие устройства различных видов, ограничители ударного тока, вставки постоянного тока, также устройства, использующие высокотемпературную сверхпроводимость. В работе [В. 12] описаны схемные решения, принимаемые на стадии проектирования.

Однако в приведенных работах имеется определенный пробел. Так, до сих пор недостаточно исследована эффективность методов ограничения уровней токов КЗ с общесистемных позиций в условиях различной структуры и параметров реальных энергосистем.

Под эффективностью ограничения токов КЗ понимаем действенность того или иного метода или средства их ограничения, т.е. способность, воздействуя на электрическую сеть, дать наилучший результат по снижению тока до необходимого предела. В свою очередь он (предел) определяется возможностью промышленности разработать и поставить в установленные сроки оборудование с нужными параметрами, надежностью работы электростанций, подстанций, узлов нагрузки и энергосистем в целом, затратами на создание сети с тем или иным максимальным уровнем токов КЗ.

Таким образом, существо научно-технической проблемы, которой была посвящена диссертационная работа, состояла в разработке научно обоснованных рекомендаций по ограничению токов КЗ, позволяющих согласовывать их уровни с параметрами электрооборудования с учетом различной структуры и параметров реальных энергосистем. Указанные рекомендации предназначены для принятия решений, как при текущей эксплуатации, так и на перспективу.

Цель работы и задачи исследований.

Цель работы заключается в разработке теоретических и практических положений, связанных с оценкой эффективности ограничения уровней токов КЗ в условиях различной структуры и параметров электрических сетей реальной энергосистемы, совокупность которых представляет решение научно-технической задачи, имеющей существенное значение для электроэнергетической отрасли.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

выявлены статистические закономерности, дающие оценку эффективности ограничения уровней токов КЗ, путем обобщения обширного фактического материала и исследования их динамики в совокупности с состоянием и развитием электрических сетей 110-500 кВ одной из крупнейших региональных энергосистем страны;

определена эффективность основных методов ограничения токов КЗ (схемных решений, деления электрической сети, включения токоограничиваю-щих сопротивлений в нейтрали и частичного разземления нейтралей силовых трансформаторов и автотрансформаторов) в условиях различной структуры и параметров электрических сетей 110-500 кВ энергосистемы;

сформулированы и доведены до практического использования научно обоснованные рекомендации по выбору методов ограничения уровней токов КЗ в электрических сетях 110-500 кВ энергосистем.

Достоверность основных теоретических положений определяется тем, что полученные результаты подтверждены значительными объемами вычислительного эксперимента на математических моделях, детальным анализом основных влияющих факторов, расчетных условий и причинно-следственных связей, а так же опытом проектирования и эксплуатации объектов электроэнергетики (электростанций, подстанций, электрических сетей, энергосистем) на современном этапе.

Научная новизна работы и личный вклад автора состоит в решении научно-технической задачи, имеющей существенное значение для электроэнергетической отрасли и заключающейся в разработке научно обоснованных рекомендаций, связанных с оценкой эффективности методов ограничения токов КЗ в условиях различной структуры и параметров реальных энергосистем.

Новое решение этой задачи заключается в исследовании причинно-следственных связей, проявляющихся при использовании различных методов ограничения уровней токов КЗ, в совокупности с состоянием и развитием электрических сетей 110-500 кВ одной из крупнейших региональных энергосистем

страны. Такая концепция реализована впервые и потребовала привлечения обширных статистических данных. В результате автором диссертационной работы впервые получены следующие новые научные результаты:

  1. Реализован комплексный подход к оценке эффективности ограничения уровней токов КЗ в сетях 110-500 кВ, заключающийся в исследовании причинно-следственных связей основных влияющих факторов, а также поиске и учете новых свойств этих методов. Это позволило предложить в рассматриваемой предметной области новые взгляды на традиционно принимаемые решения, влияющие на надежность и экономичность энергосистем.

  1. Доказано, что основным и наиболее эффективным методом ограничения уровней токов КЗ является стационарное деление электрической сети и, в ряде случаев, схемные решения. Стационарное деление ограниченного числа наиболее крупных коммутационных узлов энергосистемы ограничивает токи в 2-4 и более раз и поддерживает их на допустимом уровне во всех узлах электрической сети на протяжении десятилетий.

  2. Обосновано, что методы, касающиеся ограничения уровней токов КЗ на землю, не позволяют в полной мере обеспечить их требуемую стабилизацию. Эти методы следует рассматривать в качестве локальных мероприятий, не оказывающих заметного влияния на структуру и параметры электрических сетей, и их не следует широко использовать без достаточных на то оснований.

  3. Выполнен анализ предельных токов КЗ в совокупности с интегральными параметрами реальных электрических сетей 110-500 кВ. Выявлено наличие между ними явных функциональных зависимостей, позволяющих планировать структуру и параметры электрических сетей на длительную перспективу с учетом уровней токов КЗ.

Практическое значение и внедрение.

1. Примененный подход и полученные на его основе рекомендации по оценке эффективности ограничения токов КЗ позволяют на практике повысить достоверность и устойчивость решений, принимаемых на перспективу, а также надежность и экономичность электроустановок.

2. Разработанные практические рекомендации по оценке эффективности ограничения токов КЗ используются Информационно-вычислительным центром - филиалом ОАО «Мосэнерго» и Региональным диспетчерским управлением энергосистемы Москвы и Московской области - филиалом ОАО «СО-ЦДУ ЕЭС» при подготовке нормальной схемы электрических сетей 35-500 кВ на максимум нагрузки и при формировании технических условий для разработки схемы развития электрических сетей 110-500 кВ рассматриваемого региона электроснабжения.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Применение комплексного подхода для оценки эффективности ограничения токов КЗ в условиях различной структуры и параметров электрических сетей 110-500 кВ региональной энергосистемы.

  2. Оценка эффективности стационарного деления электрической сети для ограничения уровней токов КЗ.

  3. Оценка эффективности включения токоограничивающих сопротивлений в нейтрали и частичного разземления нейтралей силовых трансформаторов и автотрансформаторов для ограничения уровней токов КЗ на землю.

Апробация работы.

По результатам исследований сделаны доклады на следующих конференциях: VII симпозиум «Электротехника 2010 год. Перспективные виды электротехнического оборудования для передачи и распределения электроэнергии» (Минск, 2003); 9-я и 11-я международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов (Москва, 2003, 2005), а также на заседании кафедры электрических станций Московского энергетического института (Технического университета).

Публикации по проведенным исследованиям имелись в журналах «Известия РАН. Энергетика» (2001), «Электричество» (2004), «Электрические станции» (2001, 2004, 2005), «Power technology and engineering» (2002) в трудах трех конференций. Количество публикаций по теме диссертации составляет десять печатных работ, из них шесть в центральных изданиях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложения (актов внедрения результатов работы).

В первой главе анализу подвергнуты методы и средства ограничения уровней токов КЗ. Проведен сравнительный анализ и критический обзор публикаций по проблеме. Выполнена общая постановка задачи. Сформулирована методологическая направленность исследований. Показано, что применение методов ограничения уровней токов КЗ следует выполнять с учетом их эффективности не столько в плоскости данной электроустановки и снабжаемых ею потребителей, сколько с позиции энергосистемы в целом.

Во второй главе произведен выбор моделей для оценки эффективности ограничения токов КЗ. Представлена модель электрической сети при расчетах токов короткого замыкания и установившихся режимов, а также расчетных условий вычислительного эксперимента. Предложена и обоснована методическая база технико-экономических сравнений вариантов электроустановок для обоснования эффективности рассматриваемых методов.

В третьей главе выполнена оценка эффективности ограничения токов КЗ воздействием на структуру и параметры электрической сети: схемные решения, деление электрической сети. Обобщен опыт использования методов ограничения токов КЗ. Выполнена обработка значений токов КЗ в электрических сетях 110-500 кВ, выявлены статистические закономерности. Установлены взаимосвязи между максимально допустимым уровнем токов КЗ и интегральными параметрами электрических сетей. Показано согласование параметров коммутационного оборудования. Исследовано влияние стационарного деления электрической сети на потери мощности и электроэнергии в них. Даны рекомендации по обоснованию эффективности рассматриваемых методов.

В четвертой главе выполнена оценка эффективность ограничения токов КЗ на землю: включением в нейтрали (авто)трансформаторов реакторов и резисторов и частичным разземлением в сетях 110 кВ. Даны соотношения токов однофазных и трехфазных КЗ. Обосновано общее и нормированно-необходимое

токоограничение. Доказано, что методы, касающиеся снижения токов однофазных КЗ, недостаточно эффективны и не позволяют в полной мере обеспечить их требуемую стабилизацию. Поэтому данные методы не рекомендованы для широкого применения без надлежащего на то обоснования.

Автор полагал, что проведенные исследования по оценке эффективности ограничения токов КЗ в энергосистемах окажутся полезными для инженерно-технических работников проектных организаций, энергосистем, а также студентов вузов.

Подобные работы
Лоскутов Александр Викторович
Исследование ограничения токов короткого замыкания в электроэнергетических системах с помощью высокотемпературных сверхпроводящих токоограничителей индуктивного типа
Воробъев Владимир Алексеевич
Исследование и разработка систем электроснабжения с глубоким ограничением токов короткого замыкания на основе тиристорных выключателей с искусственной коммутацией
Куликов Сергей Геннадьевич
Подавление кондуктивных электромагнитных помех по току замыкания на землю в сетях от 6 до 35 кВ с изолированной нейтралью
Тимофеева (Гречухина) Ирина Владимировна
Исследование и разработка преобразователей тока нулевой последовательности для защит от замыканий на землю электрических сетей 6-10 кВ
Баланцев Григорий Андреевич
Определение мест повреждений воздушных линий электропередачи напряжением 110-220 кВ и рациональное размещение фиксирующих приборов на подстанциях энергосистемы
Кокин Сергей Евгеньевич
Оценка опасных состояний энергосистем и выбор мест приложения управляющих воздействий на основе теории распознавания образов
Маркевич Надежда Викторовна
Повышение эффективности оценки технического состояния электроустановок до 1000 В электростанций
Мотиэ Бирдженди Алиакбар
Анализ режимных характеристик управляемых линий электропередач переменного тока с учетом технических ограничений
Масленников Вячеслав Алексеевич
Разработка методики расчета токов короткого замыкания во времени и их исследование в электроэнергетических системах с высокой концентрацией генерирующего оборудования
Поляков Александр Михайлович
Разработка методики и технических средств расчетного и экспериментального определения токов короткого замыкания от аккумуляторных батарей с учетом изменения их параметров в процессе эксплуатации

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net