Автореферат (Методы, модели и средства обеспечения динамической устойчивости электротехнических систем непрерывных производств)

На правах рукописиПУПИН ВАЛЕРИЙ МИХАЙЛОВИЧМЕТОДЫ, МОДЕЛИ И СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙУСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМНЕПРЕРЫВНЫХ ПРОИЗВОДСТВСпециальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системыАВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИна соискание ученой степени доктора технических наукМосква 20192Работа выполнена на кафедре Теоретической электротехники иэлектрификации нефтяной и газовой промышленности федеральногогосударственного автономного образовательного учреждениявысшегообразования «Российский государственный университет нефти и газа(национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина»Научныйконсультантдоктор технических наук, профессор кафедры«Электроснабжение промышленных предприятий иэлектротехнологий» ФГБОУ ВО«Национальныйисследовательский университет «МЭИ» СтаниславИванович ГамазинОфициальныеоппоненты:доктор технических наук, профессор кафедры«Электроэнергетика и электромеханика», ФГБОУ ВО«Санкт-Петербургскийгорныйуниверситет»,специальность 05.09.03 Борис Николаевич Абрамовичдоктор технических наук, профессор кафедры «Энергетикаи энергоэффективность горных предприятий» ФГАОУВО «Национальный исследовательский технологическийуниверситет «МИСиС», специальность 05.09.03 ГеннадийИванович Бабокиндоктортехническихнаук,профессоркафедры«Управление инновационной деятельностью» ФГБОУВО «Нижегородский государственный техническийуниверситет имени Р.Е.

Алексеева», специальность05.09.03 Олег Васильевич ФёдоровВедущеепредприятиеООО «Релематика»Защита диссертации состоится «___» __________ 2019 г. в аудитории 308в ___ ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.200.14 при ФГАОУВО «РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина» по адресу: г. Москва,Ленинский пр., д. 65, корпус 1.Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатьюорганизации) просим направлять по адресу: 119991, г.

Москва, Ленинскийпроспект, 65, корпус 1, Ученый Совет ФГАОУ ВО «РГУ нефти и газа (НИУ)имени И.М. Губкина».С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВО «РГУнефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина».Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.200.14доктор технических наук, доцентН.Н.

Портнягин3Актуальность проблемы.В последние 20 лет в связи с широким использованием принципиальноновых силовых, регулирующих и управляющих устройств ужесточаютсятребования к допустимым снижениям провалов напряжения, отрицательновоздействующих на режимы работы электропотребителей электротехническихсистем (ЭТС). В условиях эксплуатации для сохранения бесперебойной работыэлектроприемников, чувствительных к отклонению и искажению формыпитающего напряжения, важно прогнозировать и определять достоверныезначения уровней остаточных напряжений на шинах узлов нагрузки, а такжепредусматривать обоснованный выбор независимых источников питания ивнедрение комплексных технических решений для защиты такихэлектропотребителей на уровнях всех классов напряжения, включая инизковольтные сети.Кратковременные нарушения электроснабжения (КНЭ) в виде провалов иисчезновений напряжения, которые являются следствиями коротких замыканий(КЗ), грозовых повреждений линий чаще всего имеют место в воздушныхлиниях напряжением 750, 500, 330, 220 и 110 кВ.

Например, анализ нарушенийэлектроснабжения, которые привели к остановам основных производствОскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК), выявил, что онисвязаны с возмущениями в питающей энергосистеме. Он показал снижениенадежности в энергосистемах ФСК ЕЭС. Вопросы повышения уровнейостаточных напряжений на шинах распределительных устройств 6;10 кВ как приКНЭ в энергосистеме, а также переключениях на подстанциях с высшимнапряжением 750, 500, 330 кВ в новых экономических условиях очень актуальны.Схемы внутризаводского электроснабжения ЭТС в связи с ростомтарифов на электроэнергию, освоением труднодоступных районов нефте- игазодобычи видоизменились, в их состав вошла собственная генерация (на базеразличных генераторных установок).

Известно, что автономные системыэлектроснабжения могут содержать несколько (от двух до двадцати)генераторов собственных нужд (суммарной мощностью до 40 МВт), имеющихсвязи как по сетям среднего (6;10 кВ), так и даже низшего (0,4 кВ) напряжения.Поэтому выбор напряжения, расчет статической и динамическойустойчивости ЭТС, типов и параметров выключателей, релейной защиты иавтоматики является одной из основных задач проектирования системэлектроснабжения с собственной генерацией. Для систем электроснабжения ссобственной генерацией необходимо обеспечить соответствие параметровкачества электрической энергии на шинах секций генераторного и закрытогораспределительных устройств (ГРУ и ЗРУ) требованиям ГОСТ 32144-2013, атакже выполнить расчетные исследования возможных режимов работы с цельюобеспечения устойчивости работы потребителей ЭТС и генераторов.В настоящее время проблемным вопросом эксплуатации компрессорныхстанций (КС) с электроприводными газоперекачивающими агрегатами (ГПА)является нарушение непрерывности технологического режима работы КС после4несимметричных коротких замыканиях (КЗ) в питающих сетях.

Такие нарушенияприводят к отключению электродвигателей (ЭД) привода ГПА устройствамирелейной защиты и автоматики (РЗА) и нарушению технологического процессаперекачки газа. Повторный пуск ЭД сопровождается значительными пусковымитоками, что негативно сказывается на сроке службы электрооборудования иэксплуатационных характеристиках станций.

Одним из способов повышениянадежности электроснабжения ответственных потребителей, получающихэлектропитание от двух независимых источников, является использование средствавтоматического включения резервного питания (АВР). Применениебыстродействующего АВР (БАВР) в системах электроснабжения КС позволит нетолько избежать повторных пусков ЭД, но и при совместном использовании стиристорными пусковыми устройствами кардинально изменить главнуюэлектрическую схему (отпадает необходимость в реакторах), что в итогеприведет к значительному сокращению эксплуатационных расходов при работеКС и реализации новых проектных решений.Существующие устройства БАВР в распределительных устройствах (РУ)напряжением 6, 10 кВ ЭТС транспорта нефти и газа с изменяющимся составомнагрузок подстанций имеют следующие особенности: работают только притрехфазных КЗ; имеют ложные срабатывания для ЭТС с несколькимиподстанциями (ПС), РУ напряжением 6(10) кВ, которые могут содержатьвысоковольтные привода, и большое полное время переключения на резервныйисточник питания.

Из-за этого существующие устройства БАВР на РУнапряжением 6; 10 кВ являются причиной разрыва трубопроводов и разливовнефтепродуктов при КНЭ в питающих линиях 110 и 220 кВ и при потерепитания.Целью работы является разработка новых методов и средствограничения кратковременных нарушений электроснабжения для электротехнических систем непрерывных производств при совместной/автономнойработе источников (включая собственную генерацию), наличия замкнутыхконтуров и большого числа подстанций напряжением 110 кВ на основаниидостоверного определения параметров провалов напряжения, критическихдлительностей нарушения электроснабжения.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующиетеоретические и прикладные задачи:1. Разработать метод и программу определения остаточных уровнейнапряжений в узлах комплексной нагрузки напряжением 35, 10, 6 и 0,4 кВ,которая учитывает изменения структуры и конфигурации ЭТС, режимы работыэлектродвигательной нагрузки; описывает каждый синхронный и асинхронныйдвигатель своей системой дифференциальных уравнений и учитывает измененияпараметров двигателей и генераторов в функции угловой частоты вращения.2.

Установить характер и параметры узлов комплексной нагрузки привоздействии кратковременных нарушений электроснабжения, как со стороныпитающей энергосистемы, так и внутризаводской электрической сети.53. Разработать обобщенный метод и математические модели по расчетуустановившихся и переходных режимов работы ЭТС с несколькимиисточниками питания (часть из которых собственная генерация) и сложнозамкнутой схемой внутризаводских сетей.4. Проанализировать влияние схем, состава и типа электродвигательнойнагрузки, параметров и режимов электрических сетей, энергосистемы нахарактеристики КНЭ в узлах нагрузки и разработать требования к устройствамобеспечения устойчивости нагрузки.5. Разработать математическую модель и программный комплекс расчетапараметров режима узлов нагрузки, СД (включая учет систем возбуждения) и АДдля исследований различных видов коротких замыканий, удаленности их отГПП предприятий, длительности КЗ, на работу устройства БАВР (напряжением0,4; 6; 10; 20; 35 кВ) с органом угла максимальной чувствительности.6.

Разработать и реализовать способы и средства уменьшения глубины идлительности провалов напряжения во внутризаводских электрических сетях счувствительным к провалам напряжения электрооборудованием.7. Разработать методы, провести исследования и анализ возможныхрежимов работы питающей энергосистемы с мини-ТЭС (совместно ираздельно) как в установившихся (для исходной и ремонтной схем), так иаварийных/послеаварийных режимах, включая возможный случай работымини-станции в автономном режиме.8. Разработать системный подход к выбору способов и средств повышенияустойчивости электрической нагрузки и обеспечению непрерывноститехнологического процесса при кратковременных нарушениях в питающей сети.9. Осуществить промышленное внедрение результатов исследований,технических решений и дать их технико-экономическую оценку.При выполнении работы автор опирался на результаты исследованийотечественных и зарубежных ученых, внесших вклад в вопросы повышенияустойчивости работы систем промышленного электроснабжения (СПЭ) с СД иАД Б.Н.

Абрамовича, В.А. Веникова, С.И. Гамазина, Ю.Е. Гуревича,М.С.Ершова , А.В. Егорова, Л.С. Линдорфа, Г.В. Меркурьева, М.И. Слодаржа,Э.П. Слизского, И.А. Сыромятникова, А.К. Черновца, R.E. Brown, B. Kroposki,A. Vaughn и других.Большой вклад в разработку устройств АВР и исследованиям их работы всистемах электроснабжения внесли ученые: В.А. Андреев, А.Б. Барзам,А.В. Беляев, А.А.

Галицын, С.И. Гамазин, Б.А. Коробейников, Ю.Я. Лямец,В.И. Нагай, И.Л. Небрат, Н.И. Овчаренко, В.Ф. Сивокобыленко, М.А. Шабад и др.Объектом исследования являются электротехнические комплексыпредприятий с комбинированным составом источников питания, повышеннымитребованиями к бесперебойности электроснабжения при провалах иотключениях напряжения в питающих и распределительных сетях.Предметом исследования являются устойчивость электрической нагрузкинапряжением до 1 кВ, 6, 10 кВ, способы и средства ее повышения для6предприятий с непрерывными технологическими процессами в условиях наличиясобственной генерации и большого числа подстанций напряжением 110, 35, 10 и 6кВ с различным составом электрической нагрузки в узлах.Методы исследования. Для решения поставленных задач использовалисьтеория электрических машин и электропривода, математического и численногомоделирования режимов работы электротехнических комплексов предприятий.Реализация результатов работы.