Диссертация (1172958), страница 2
Текст из файла (страница 2)
283Приложение А. Результаты режимов работы ЭТС с собственной генерацией ....................... 299Приложение Б. Акты внедрения и отзывы.............................................................................. 3026ВВЕДЕНИЕВ последние 20 лет в связи с широким использованием принципиально новыхэлектроприемников повышаются требования к воздействию провалов напряженияна работу электропотребителей электротехнических систем (ЭТС) [2, 11, 17, 34, 36,71, 139]. Бесперебойная работа таких электропотребителей возможна принезависимости источников питающей сети и достаточном уровнем остаточныхнапряжений на шинах, как правило, низковольтных потребителей.
Для неотключения потребителей необходимо сначала достоверное определение уровнейостаточныхнапряженийвузлахэлектрическойсети(гдеподключенычувствительные к искажениям напряжения потребители), а затем комплексныйобоснованныйвыборивнедрениетехническихрешенийдлязащитыпотребителей.Кратковременные нарушениями электроснабжения (КНЭ) в виде провалов иисчезновений напряжения, которые являются следствиями коротких замыканий(КЗ), грозовых повреждений линий часто имеют место в воздушных линияхнапряжением 750, 500, 330, 220 и 110 кВ.СтатистиканарушенийэлектроснабженияиостанововпроизводствОскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК) [19, 97] подтвердиласнижение надежности энергосистем ФСК ЕЭС, а также то, что остановы напредприятии были связаны с переключениями на подстанциях 750 и 500 кВ.Освоение новых районов нефтедобычи, рост тарифов на электроэнергиюпривеликиспользованиювЭТСвнутризаводскогоэлектроснабженияпредприятий собственной генерации типа дизель-генераторные установки (ДГУ).ЭТС с комбинированными источниками питания нефтедобывающих предприятийвключают ДГУ мощностью до 40 МВт, которые состоят из двух до десятигенераторов собственных нужд, подключенных к сетям среднего (6, 10 кВ) илинизкого (380 В) напряжения [14, 20, 42, 74, 124].Для ЭТС с собственной генерацией важны расчеты напряжений на секцияхподстанций, статической и динамической устойчивости приводов, выбор типа и7параметров выключателей, релейной защиты и автоматики (РЗА) как припроектировании, так и при эксплуатации систем электроснабжения.
Ввидузначительного ущерба от остановов производств, необходимость в методеопределения результирующей устойчивости ЭТС с собственной генерацией привозможных режимах работы электрооборудования является основой для построенияи проектирования комплекса [14, 15, 42, 89]. При проектировании и эксплуатацииЭТС с собственной генерацией на шинах секций генераторного (ГРУ) и закрытого(ЗРУ) распределительного устройства необходимо обеспечить параметры качестваэлектрической энергии в соответствии с требованиями ГОСТ 32144-2013, т.е.исключитьотключенияпотребителей.СовместнаяэксплуатацияЭТСссобственной генерацией и питающей энергосистемы требует разработки новыхметодов расчета динамической устойчивости электродвигателей ЭТС, а такжегенераторов станций [14, 20, 42, 74, 89, 124].В ЭТС с собственной генерацией появляются замкнутые контура, поэтому дляЭТС необходимо разработать методы и математические модели для проведениямногочисленных расчетно-экспериментальных исследований с учетом сложностей,обозначенныхвыше,возможныхсочетанийвключенногооборудованияипотребителей внутризаводской сети как при раздельной, так и при параллельнойработесобственнойгенерацииисистемы.РасчетыустойчивостиЭТСпредназначены для обеспечения непрерывности технологических процессов,повышения уровней остаточных напряжений на шинах распределительныхустройств 6, 10 кВ предприятий при КНЭ в энергосистеме, отключениях ипереключениях на подстанциях с напряжением 750, 500, 330 кВ.При эксплуатации мощных компрессорных станций (КС) с синхроннымдвигателями (СД) для привода газоперекачивающих агрегатов (ГПА) наблюдаетсянарушение непрерывности технологических режимов работы станции принесимметричных нарушениях нормального электроснабжения.
Такие нарушенияприводят к отключению электродвигателей (ЭД) приводов ГПА, вспомогательныхмеханизмов и, как следствие, к нарушению технологического процесса перекачки8газа [9, 11, 16, 25, 37, 55, 75]. При повторном запуске мощных ЭД возникаютбольшиепусковыетоки,чтоприводитксокращениюсрокаслужбыэлектрооборудования, возможным ремонтам агрегатов и нежелательно дляпитающей энергосистемы.Для обеспечения надежного электроснабжения ответственных потребителей,получающих электропитание от двух независимых источников, используют средстваавтоматического включения резервного питания (АВР) [3, 7, 8, 18, 25, 27, 36].ИспользуемыеустройстваАВРнараспределительныхустройствах(РУ)напряжением 6, 10 кВ предприятий имеют следующие недостатки: работают толькопри трехфазных коротких замыканиях; ложно срабатывают для ЭТС снесколькими подстанциями (ПС), РУ напряжением 6, 10 кВ [3, 7, 8, 10, 13], ккоторым подключены высоковольтные СД и АД; имеют время восстановленияпосле срабатывания около 5 минут; не способны отработать при частых КНЭ втечение 2 минут.
Из-за этого устройства АВР на РУ напряжением 6, 10 кВ частовыводят из работы, т.к. при времени АВР более 1,5 секунды происходят разрывытрубопроводов. Поэтому предлагаем внедрять устройства быстродействующего АВР(БАВР),работакоторыхисключаетповторныезапускиЭД,сохраняетнепрерывность технологических процессов, позволят изменить электрическуюсхему ЭТС КС (исключить реакторы [93, 94] при использовании тиристорныхпусковых устройств), обеспечивает сокращение эксплуатационных расходов КС.Для ЭТС с собственной генерацией возможны такие режимы работы:- параллельная работа с энергосистемой и выдача части мощности в систему;- параллельная работы с энергосистемой без выдачи мощности в систему,при этом нагрузка предприятия получает электроснабжение как от собственнойгенерации, так и от системы;- автономный режим.Для обеспечения устойчивости генераторов мини-ТЭС в настоящее времяпредложено использовать быстродействующие дифференциальные или логическиезащиты [3, 10, 40, 53], специальную делительную автоматику, которая способна9отключать генераторы мини-ТЭС от системы в режимах избытка мощности, КЗ всистеме и отключении трансформатора [14, 15, 42, 113, 118, 119, 138, 144, 149, 50].При использовании собственной генерации на предприятиях необходимо:- разработать методы исследования и анализа режимов работы ЭТС присовместной и раздельной работе источников в установившихся (для исходной иремонтных схем), аварийных и послеаварийных режимах, включая работу министанции в автономном режиме;- обеспечить расчеты и анализ ЭТС с учетом внешней и внутризаводской сетипредприятия, главной электрической схемы питающей энергосистемы, собственныхнужд ТЭС и собственной генерации;- выполнить анализ статической и динамической устойчивости ЭТС;- выдать технически обоснованные решения по схемам работы собственнойгенерации и централизованных источников, при которых обеспечиваетсяустойчивость СД, АД и генераторов ЭТС;- рассчитать параметры уставок РЗА для возможных режимов работы ЭТС исобственной генерации с учётом схем внешнего и внутриплощадочногоэлектроснабжения, связей подстанций ЭТС и ГРУ;- оценить перетоки мощности по ветвям ЭТС при работе существующейавтоматики, длительности работы устройства БАВР; работы РЗА с цельюисключения очередей самозапуска электродвигателей, остановов производства.Для систем с собственной генерацией, как отмечено в работах [14, 15, 124,133], предлагались решения, которые приводили к ошибкам в работе ЭТС, ввидуотсутствия расчета и анализа режимов работы энергосистемы и проектируемойстанции, выбора электрооборудования.
Так, «собственная генерация на базе ДГУс двигателями внутреннего сгорания и стандартной автоматикой поддержаниярежима,частоработалаошибочноэнергосистемой» [14, 15, рис. В.1].припараллельнойработеДГУс10Рисунок В.1 – Схемные решения зарубежной автоматики в режимах параллельнойработы собственной генерации и энергосистемы«При параллельной работе ДГУ с энергосистемой первичные регуляторычастоты вращения генератора обычно выводятся из действия (так как в РФсчитается, что частоту поддерживает энергосистема), а автоматика режимногоуправления поддерживает заданное значение обменной мощности, воздействуя наподачу топлива в агрегаты ДГУ» [14, 15].
При таком регулировании работой ЭТСвозможны «нарушения динамической устойчивости при близких КЗ (рис. В.1, а); акогда регулятор частоты вращения введен в работу (рис. В.1, б), а генератор миниТЭС остается в синхронизме с энергосистемой, совершая один асинхронныйпроворот, что ухудшает устойчивость параллельной работы собственной генерациии энергосистемы» [14, 15].Для ЭТС с собственной генерацией существующие методы расчетапереходных процессов и устойчивости [2, 14-16, 21, 22, 24, 26, 51, 54] требуютдоработки в части описания СД и АД своей системой уравнений; учета замкнутыхконтуров во внутризаводской сети; оценки влияния параметров режима генераторовна совместную работу с ЭТС; расчета параметров напряжений на каждойподстанции при КНЭ в распределительной сети для оценки оппрокидывания АД11напряжением 380 В, возможных отключений АД с преобразователями напряжения ичастоты в цепях питания [65, 80, 91, 96, 116, 130].Проектирование ЭТС предприятий требует расчета всех возможных режимовработы ЭТС, т.к.
предлагаемые западные однолинейные схемы (см. рис. В.2) частоне соответствуют требованиям ПУЭ в части возможных нарушений в сетях [14-15,40, 60, 89, 113]. При этом анализ их проектов электроснабжения показалупрощенный подход к расчету релейных защит, противоаварийной автоматики ивыбора уставок РЗА [14-15, 40, 41, 51, 52, 66].Рисунок В.2 – Однолинейная схема электроснабжения станции аэрации согласноавстрийского проектаНесогласованное действие РЗА, внедрение зарубежных схем ЭТС (см. рис.В2) может приводить к останову технологического оборудования при посадкахнапряжения в питающей энергосистеме, аварийным выбросам продуктов,повторнымперезапускамэлектродвивгателей(ЭД).Поэтомуразработка12однолинейных схем подстанций, выбор устройств РЗА важны для предотвращенияотключений технологических процессов при КННЭ.Существующие методы расчета переходных процессов ЭТС для режимоввыбега на КЗ и свободного выбега [3, 12, 17-18, 25, 26, 40, 54, 66] не позволяютрассчитать временные зависимости мощностей, токов, напряжений для каждойподстанцииЭТСнапряжениемдо1кВ,6,10,20,35кВ,таккакэлектродвигательную нагрузку эквивалентируют, что сказывается на точностирасчетов параметров режима [30, 95].По статистическим данным аварийных режимов ЭТС предприятий [1, 9, 24,25, 54, 55, 63] известно, что 40-80% аварийных отключений оборудования вызваныКНЭ в системе внешнего электроснабжения.
Переходные процессы, происходящиев энергосистемах при разных видах КЗ, по разному влияют на устойчивостьэлектродвигательных агрегатов [2, 9, 49-51, 54, 68, 86, 123, 130, 136, 142], а поэтомуточность расчетов токов КЗ в возможны режимах работы ЭТС (от генераторов и/илиот энергосистемы) являются важными для обоснованного выбора уставок РЗА.Известно, что высоковольтная нагрузка ЭТС очистных сооружений составляетпорядка 70% общей нагрузки, а потребители особой категории включаюттурбовоздуходувные агрегаты мощностью до 1600 кВт, которые обеспечиваютжизнедеятельность анаэробных бактерий, используемых в процессе очисткисточных вод.
Состав электроприводов включает: «насосы смазки и охлаждениятурбовоздуходувных агрегатов; насосы перекачки сточных вод; вентиляторы;компрессоры, установки механической очистки, обезвоживания и обеззараживанияосадка» [61]. Для привода вспомогательных механизмов (насосы, нагнетатели)используются АД напряжением 380 В и мощностью от 5 до 160 кВт.При выполнении работы я 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 др.13Неоценимый вклад при разработке устройств АВР и их использовании в системахэлектроснабжения с двигательной нагрузкой внесли ученые и видные специалисты:В.А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
