Диссертация (Оценка соответствия отключающей способности выключателей токам коротких замыканий и переходным восстанавливающимся напряжениям в энергосистеме Республики Таджикистан)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»На правах рукописиРахимов Джамшед БобомуродовичОценка соответствия отключающей способности выключателей токамкоротких замыканий и переходным восстанавливающимся напряжениям вэнергосистеме Республики ТаджикистанСпециальность 05.14.02 – Электрические станции и электроэнергетическиесистемыДиссертация на соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководитель:кандидат технических наук, доцентГусев Ю. П.Москва – 20182ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................... 5Глава1.ОБЗОРЭНЕРГОСИСТЕМЫПАРАМЕТРОВРЕСПУБЛИКИЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯТАДЖИКИСТАНИМЕТОДОВРАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕХОДНЫХ ВОССТАНАВЛИВАЮЩИХСЯНАПРЯЖЕНИЙ...........................................................................................................

141.1. Обзор параметров основного электрооборудования и электрической схемыэнергосистемы Республики Таджикистан .................................................................. 141.2. Обзор и анализ методов расчета переходных восстанавливающихсянапряжений на контактах выключателя при отключении токов короткихзамыканий ...................................................................................................................... 211.3. Уточнениеграницпримененияметодоврасчетапереходныхвосстанавливающихся напряжений на контактах высоковольтного выключателяпри отключении тока короткого замыкания ..............................................................

39Выводы по главе ............................................................................................................ 47Глава2.РАЗРАБОТКАЭНЕРГОСИСТЕМЫРАСЧЕТНОЙМОДЕЛИ ЮЖНОЙЧАСТИРЕСПУБЛИКИТАДЖИКИСТАНДЛЯОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИЙ ТОКОВ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ ............ 492.1. Выбор программного обеспечения для разработки расчетной модели южнойчасти энергосистемы Республики Таджикистан ........................................................

492.2. Параметры электрооборудования южной части энергосистемы РеспубликиТаджикистан .................................................................................................................. 532.3. Верификация расчетной модели ........................................................................ 67Выводы по главе ............................................................................................................ 683Глава 3. ОЦЕНКА СООТВЕТСТВИЯ ОТКЛЮЧАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ ЮЖНОЙ ЧАСТИ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ РЕСПУБЛИКИТАДЖИКИСТАН ТОКАМ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ ..................................

703.1. Оценка соответствия отключающей способности выключателей южной частиэнергосистемы Республики Таджикистан начальным действующим значениямпериодической составляющей токов короткого замыкания ..................................... 703.2. Оценка достаточности применения стационарного деления сети дляснижения уровней токов коротких замыканий в южной части энергосистемыРеспублики Таджикистан .............................................................................................

74Выводы по главе ............................................................................................................ 84Глава 4. ОЦЕНКА СООТВЕТСТВИЯ ОТКЛЮЧАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ ЮЖНОЙ ЧАСТИ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ РЕСПУБЛИКИТАДЖИКИСТАНПЕРЕХОДНЫМВОССТАНАВЛИВАЮЩИМСЯНАПРЯЖЕНИЯМ ПРИ НЕУДАЛЕННОМ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ ..... 854.1. Постановка задачи ............................................................................................... 854.2.

Определение интегральных параметров узлов электрических сетей дляоценки соответствия отключающей способности выключателей южной частиэнергосистемыРеспубликиТаджикистанпараметрампереходныхвосстанавливающихся напряжений.............................................................................

874.3. Разработкарасчетнойматематическоймоделиэлектромагнитныхпереходных процессов для исследования переходного восстанавливающегосянапряжения и определения критических удаленности мест КЗ на воздушныхлиниях электропередачи ............................................................................................... 994.4. Верификация расчетных методов определения параметров переходныхвосстанавливающихся напряжений на контактах выключателя ............................ 1064.5.

Разработка рекомендаций по уменьшению скорости нарастания переходныхвосстанавливающихся напряжений на контактах элегазового выключателя....... 1084Выводы по главе .......................................................................................................... 115ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 117СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ .....................................................................................

120ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................... 121ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Результаты расчетов токов трехфазных и однофазныхкоротких замыканий в узлах 110, 220 и 500 кВ южной части энергосистемыРеспублики Таджикистан без применения и с применением стационарной делениисети................................................................................................................................ 129ПРИЛОЖЕНИЕ2.Начальныедействующиезначенияпериодическойсоставляющей токов трехфазных и однофазных коротких замыканий, по даннымотдела релейной защиты и автоматики эксплуатирующей энергетическойкомпании ОАХК «Барки Точик» ...............................................................................

147ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Зависимости отношения расчетных скоростей нарастанияпереходных восстанавливающихся напряжений к нормированным значениям(SПВН/Sнорм) от отношения токов трехфазных коротких замыканий к номинальнымтокам отключения выключателей (Iкз(3)/Iоткл.ном) с номинальными напряжениями110, 220 и 500 кВ ......................................................................................................... 151ПРИЛОЖЕНИЕ 4.

Акт внедрение .......................................................................... 1595ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования. В Республике Таджикистан (РТ), вцелях повышения уровня благосостояния населения осуществляется ростэкономики, сопровождающийся увеличением генерирующих мощностей за счетстроительства новых крупных электростанций и развития электрических сетей.При этом уровни токов коротких замыканий (КЗ) в сетях различного напряженияэлектроэнергетическойсистемы(ЭЭС)РТвозрастают.Параметрыэлектротехнического оборудования, ранее установленного на электростанциях иподстанциях ЭЭС РТ, в том числе высоковольтных выключателей (ВВ), могутоказаться не соответствующими уровню токов КЗ и параметрам переходныхвосстанавливающихся напряжений (ПВН), что может привести к ростуаварийности и к недоотпуску электроэнергии потребителям.В связи с этим актуальной является проблема оценки соответствияотключающей способности выключателей с номинальными напряжениями 110,220 и 500 кВ, установленных на ПС и электрических станциях ЭЭС РТ, токам КЗ ипараметрам ПВН.Степень разработанности темы.

Значительный вклад в развитие теории иисследование электромагнитных переходных процессов при КЗ внесли коллективыВНИИЭ, ВЭИ, НИУ «МЭИ», НГТУ, ИГЭУ, АО «Институт «Энергосетьпроект» иряд других организаций. Отдельные вопросы оценки соответствия отключающихспособностей выключателей токам КЗ и параметрам ПВН рассмотрены в работахАкодиса М.М., Скляревского Ю.И. Неклепаева Б.Н., Жукова В.В., Шунтова А.В.,Крючкова И.П., Усова С.В., Челазнова А.А., Любарского Д.Р., Кадомской К.П.,Воронина В.А., Волкова М.С., Омокеевой А.А. и других. Однако, в работах этихавторов не было уделено должного внимания уточнению границ примененияметодов расчета параметров ПВН, оценке влияния интегральных параметров узловэлектрических сетей, параметров дугогасящих камер на определение критическихзначений удаленности КЗ на ЛЭП от ВВ, при которых возникают максимальные6значения скорости нарастания ПВН и выбору средств уменьшения скоростинарастания ПВН на контактах выключателя при неудаленных КЗ.

Данная работапосвящена исследованию именно этих вопросов.Объект исследования диссертационной работы является действующаяюжная часть энергосистемы Республики Таджикистан, состоящая из 9электростанций суммарной мощностью 6018 МВА, 109 подстанций, 266 линийэлектропередачи напряжением 110, 220 и 500 кВ.Предметами исследования являются короткие замыкания и переходныевосстанавливающиеся напряжения на контактах высоковольтных выключателей.Цельюдиссертационнойработыявляетсяоценкасоответствияотключающей способности высоковольтных выключателей, установленных вюжной части энергосистемы Республики Таджикистан токам коротких замыканийи параметрам переходных восстанавливающихся напряжений.Задачи работы:1.Уточнение границ применения методов расчета скорости нарастания ипиковых значений ПВН на контактах ВВ.2.Разработка расчетной модели южной части ЭЭС РТ, позволяющейвыполнять расчет токов КЗ и оптимизировать стационарное деление сети (СДС).3.Оценка соответствия отключающей способности выключателейноминальным напряжением 110, 220 и 500 кВ южной части ЭЭС РТ начальнымдействующим значениям периодической составляющей токов трехфазных иоднофазных КЗ.4.Анализиоценкасоответствияотключающейспособностивыключателей номинальным напряжением 110, 220 и 500 кВ южной части ЭЭС РТпараметрам ПВН при неудаленных КЗ.5.Разработка расчетной математической модели электромагнитныхпереходных процессов для исследования ПВН и определения критическихудаленности мест КЗ на воздушных ЛЭП.76.Разработка рекомендаций по уменьшению скорости нарастания ПВНна контактах элегазовых ВВ при отключении неудаленных КЗ на воздушных ЛЭП.Научная новизна работы.1.Впервые на базе программного комплекса NEPLAN разработанарасчетная модель южной части ЭЭС РТ, которая позволяет определить значениятоков КЗ в узлах напряжением 110, 220 и 500 кВ и оценить применение СДС дляограничения токов КЗ по принципам минимизирования потерь активной мощностии недопущения выхода напряжений за допустимые пределы.2.Определены интегральные параметры узлов электрических сетей дляоценки соответствия отключающей способности выключателей параметрам ПВН,которые используются для выбора ВВ при проектировании и реконструкцииэлектрических станций и ПС.3.Разработана расчетная математическая модель электромагнитныхпереходных процессов для исследования скоростей нарастания и пиковыхзначений ПВН на контактах элегазовых выключателей и определения критическихудаленности мест КЗ на воздушных ЛЭП.4.Разработаны рекомендации по уменьшению скорости нарастания ПВНна контактах элегазовых ВВ при отключении неудаленных КЗ на воздушных ЛЭПс учетом параметров дугогасящей камеры.Практическая значимость и реализация результатов.1.Разработанная расчетная модель южной части ЭЭС РТ в программномкомплексе NEPLAN используется в эксплуатирующей энергетической компанииОАХК «Барки Точик» для определения значений токов КЗ и оптимизированияСДС.2.Результаты оценки достаточности применения СДС для сниженияуровней токов КЗ по принципу минимизирования потерь активной мощности инедопущения выхода напряжений за допустимые пределы в узлах высокогонапряженияюжнойчастиЭЭСРТиспользуютсявэксплуатирующейэнергетической компании ОАХК «Барки Точик» при обосновании и выборе ВВ.83.Результаты уточнения границ применения методов расчета скоростинарастания и пикового значения ПВН на контактах ВВ при отключении токов КЗ иразработанная расчетная математическая модель электромагнитных переходныхпроцессов в программном комплексе EMTP – RV для исследования ПВН иопределения критических удаленности мест КЗ на воздушных ЛЭП внедрены вучебный процесс на кафедрах «Электрические станции» Национальногоисследовательского Университета «Московский энергетический институт» и«Электрические станции» Таджикского технического Университета имени М.С.Осими, а также используются в эксплуатирующей энергетической компанииОАХК «Барки Точик».4.Определены интегральные параметры узлов электрических сетей дляоценки соответствия отключающей способности ВВ параметрам кривых ПВН,которые используются для выбора ВВ при проектировании и реконструкцииэлектрических станций и ПС.5.Разработанные рекомендации по уменьшению скорости нарастанияПВН на контактах элегазовых выключателей при отключении неудаленных КЗ навоздушныхЛЭПиспользуютсяприпроектированиииреконструкцииэлектрических станций и ПС.Методы исследования базируются на теории электрических цепей, теорииэлектромагнитных переходных процессов в электроэнергетических системах(ЭЭС), на расчетных методах исследования процессов в ЭЭС.