Диссертация (Разработка способов координации уровней токов коротких замыканий в электроэнергетической системе Кыргызстана)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшегообразования«Национальный Исследовательский Университет «МЭИ»На правах рукописиНасыр уулу КанатРАЗРАБОТКА СПОСОБОВ КООРДИНАЦИИ УРОВНЕЙ ТОКОВКОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕКЫРГЫЗСТАНАСпециальность 05.14.02 – Электрические станции и электроэнергетическиесистемыДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководительк.т.н., доцентГусев Ю.П.Москва – 20172ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………...51.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ И АНАЛИЗ ЗАДАЧ КООРДИНАЦИИ УРОВНЕЙ ТОКОВКОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕКЫРГЫЗСТАНА……………………………………………………………………..141.1. Краткий исторический обзор развития энергосистемы Кыргызстана……….141.2. Современное состояние энергосистемы Кыргызстана………………………..151.3. Среднесрочная перспектива развития энергосистемы Кыргызстана.………..201.4. Координация уровней токов коротких замыканий в энергосистемах………..21Выводы по главе 1…………………………………………………………………....302. РАЗРАБОТКАСИСТЕМЫРАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙКЫРГЫЗСТАНАДЛЯОЦЕНКИУРОВНЕЙТОКОВКОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ………………………………………………………..

322.1. Постановка задачи……………………………………………………………….322.2. Компьютерные программы, используемые при расчетах и созданиирасчетных моделей…………………………………………………………………...2.3. Основныетехнические характеристикидействующих33электрическихстанций энергосистемы Кыргызстана………………………………………………422.4. Параметры основного электрооборудования на ТЭЦ г. Бишкек……………..502.5.

Основные технические характеристики действующих электрических сетейэнергосистемы Кыргызстана………………………………………...........................512.6. Параметры базисных узлов и нагрузок потребителей………………………..582.7. Общие характеристики расчетной модели действующей энергосистемыКыргызстана…………………………………………………………………………2.8. ВерификациярасчетноймоделидействующейэнергосистемыКыргызстана………………………………………………………………………….2.9. Основныехарактеристикиперспективных60воздушныхлиний63иэлектростанций энергосистемы Кыргызстана……………………………………..66Выводы по главе 2…………………………………………………………………...6733.

ОЦЕНКАУРОВНЕЙТОКОВКОРОТКИХЗАМЫКАНИЙВЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ КЫРГЫЗСТАНА…………………..693.1. Постановка задачи………………………………………………………………693.2. Расчеты начальных значений периодической составляющей тока короткихзамыканий в действующей энергосистеме Кыргызстана…………………………693.3. Расчеты начальных значений периодической составляющей тока короткихзамыканий в энергосистеме Кыргызстана на среднесрочную перспективу……...3.4. Сопоставлениеуровнейтоковкороткихзамыканий73действующейэнергосистемы Кыргызстана и на среднесрочную перспективу………………….77Выводы по главе 3……………………………………………………………………824. КООРДИНАЦИЯ УРОВНЕЙ ТОКОВ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ ВЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙСИСТЕМЕКЫРГЫЗСТАНАСТАЦИОНАРНЫМ ДЕЛЕНИЕМ В СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ 110-220 кВ……...844.1.

Постановка задачи……………………………………………………………….844.2. Об ограничении токов коротких замыканий стационарным делением сети вэнергосистеме Кыргызстана…………………………………………………………844.3. Расчеты начальных значений периодической составляющей тока короткихзамыканий в действующей энергосистеме Кыргызстана при применениистационарного деления сети………………………………………………………...864.4. Расчеты начальных значений периодической составляющей тока короткихзамыканий в энергосистеме Кыргызстана на среднесрочную перспективу приприменении стационарного деления сети…………………………………………..924.5. Влияние стационарного деления сети на потери активной мощности иэлектроэнергии……………………………………………………………………….984.6. Оценка электродинамической стойкости трансформаторов…………………. 103Выводы по главе 4…………………………………………………………………… 1045.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АПЕРИОДИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙТОКА КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ НА ОТКЛЮЧАЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬЭЛЕГАЗОВЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ………………………………………...……... 1065.1. Постановка задачи………………………………………………………………. 10645.2. Определениепостояннойвременизатуханияапериодическойсоставляющей тока коротких замыканиях в сложно-разветвленных цепях……... 1065.3.

Разработка и верификация математической модели процесса отключениякоротких замыканий в воздушной линии 500 кВ…………………………………. 1115.4. Расчеты электромагнитных переходных процессов при отключении КЗ ввоздушной линии 500 кВ…………………………………………………………… 122Выводы по главе 5…………………………………………………………………... 128ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………… 129СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………….... 131СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ…………………...

142ПРИЛОЖЕНИЕ I. Максимальные значения периодической составляющей иударного тока коротких замыканий на шинах подстанций и электростанций110-500 кВ в действующий энергосистеме Кыргызстана………………………... 143ПРИЛОЖЕНИЕ II. Максимальные значения периодической составляющей иударного тока коротких замыканий на шинах подстанций и электростанций110-500 кВ в энергосистеме Кыргызстана на среднесрочную перспективу…….. 152ПРИЛОЖЕНИЕ III. Максимальные значения периодической составляющей иударного тока коротких замыканий на шинах ПС и ЭС 110-500 кВ вэнергосистеме Кыргызстана на среднесрочную перспективу c применениемСДС…………………………………………………………………………………… 161ПРИЛОЖЕНИЕ IV.

Напряжения в узлах сети 110 кВ, отклонения расчетныхнапряжений от номинальных значений, падение напряжений в узлах сетиЭнергосистеме Кыргызстана на среднесрочную без применения СДС и с СДС... 170ПРИЛОЖЕНИЕ V. Данные уровней токов КЗ в сетях 500 кВ энергосистемыКыргызстана. Официальное письмо от сетевой компании……………………….. 1795ВВЕДЕНИЕАктуальностьтемыисследования.Развитиеэкономикиипромышленности в современном мире ведет к увеличению потребленияэлектроэнергии.

Снижение энергопотребления в сельских регионах КыргызскойРеспублики (КР) и рост энергопотребления в крупных городах вследствиеперераспределения мест производства и потребления продукции после распадаСССР вызвали острый дефицит мощности на севере страны.

Указанные причиныпривеликреконструкцииэнергетическогосектораКР:вводуновыхэлектростанций (ЭС) преимущественно на юге и строительству новых подстанций(ПС) на севере страны.Рост единичных мощностей генераторов на ЭС, увеличение мощности ПС,изменение структуры электрических сетей различного номинального напряженияи как следствие рост токов коротких замыканий (КЗ), приводят к необходимостисогласованияилитрансформаторовкоординациипараметров(автотрансформаторов)свыключателей,текущимиисиловыхожидаемымивперспективе уровнями токов КЗ. Данная проблема имеет системный характер,предполагающий учет не только требований к параметрам выключателей, но иучетизмененияуровнейнапряженийипотерьэлектроэнергиивэлектроэнергетической системе (ЭЭС), перспектив изменения уровня ожидаемыхзначений токов КЗ.В настоящее время предъявляются всё более высокие требования кточности расчетов токов КЗ с целью снижения неоправданных запасов,закладываемых в выбираемое электрооборудование.

В энергокомпаниях России иКыргызстана для расчета токов КЗ используют компьютерные программы АРМСРЗА и ТКЗ–3000, не обеспечивающие требуемую точность расчетов. Этипрограммы используются для выполнения расчетов токов КЗ, соответствующимдвум сезонным состояниям, максимальному и минимальному режимам нагрузок,и не позволяют более точно и быстро отслеживать изменения коммутационногосостояния ЭЭС.

Принципиальное отличие АРМ СРЗА и ТКЗ-3000 от более6современных компьютерных программ заключается в том, что при выполнениирасчетов используется не расчетная схема ЭЭС, а схема замещения, котораяготовитсясучастиемрасчетчиков.Тоестьрасчетчикунеобходимопредварительно сформировать схему замещения прямой, обратной и нулевойпоследовательностей, задать параметры всех ее элементов, ввести данные вматематическую модель, и только затем выполнять расчеты токов КЗ.Соответственно при такой последовательности действий, расчеты сложных игромоздких схем ЭЭС с числом элементов, исчисляемыми сотнями и тысячамиединиц, являются весьма трудоемкими и увеличивают вероятность совершенияошибок. В этой связи актуальной является проблема уточненных расчетов токовКЗ, разработка расчетной модели токов КЗ для условий ЭЭС КР сиспользованием современных компьютерных программ, которые позволяютавтоматизировать расчеты и избавиться от вышеописанных недостатков.Для ограничения возрастающих токов КЗ в мощных узлах ЭЭС,обусловленных ростом генерирующих мощностей и развитием сетей [1, 2, 3, 6, 7,9, 11-15, 17] находят применение следующие способы: стационарное (СДС) иавтоматическое (АДС) деление сети, оптимизация транзита и схем выдачимощности, токоограничивающие устройства различного типа, оптимизациярежима заземления нейтралей трансформаторов и средство воздействия наапериодическую составляющую тока КЗ.

Теоретические основы указанныхметодов отражены в российских и зарубежных публикациях [18, 19, 22-29, 38, 39,75, 76, 109 и др.]. Выбор оптимального способа ограничения токов КЗ являетсясложной научно-технической задачей и необходимость применения специальныхтокоограничивающих средств обычно рассматривается в тех случаях, когдаисчерпаны возможности малозатратных методов ограничения токов КЗ таких какСДС и АДС.КоординацияуровнейтоковКЗ,вданнойработе,предполагаетсогласование параметров установленных выключателей ЭЭС КР по отключающейспособности с токами КЗ на этапах при эксплуатации ЭЭС и при перспективномпланировании развития ЭЭС. Решение проблем недостаточной отключающей7способностивыключателей,выявленныхнаэтихэтапах,вусловияхограниченности капиталовложений выполняется использованием вышеописанныхмалозатратных способов координации.

Координацию уровней токов КЗ на этапепри перспективном планировании развития ЭЭС КР предполагается выполнить насреднесрочную перспективу (10 лет) в связи с располагаемыми данными.Необходимость исследования влияния апериодической составляющей токаКЗ на отключающую способность выключателя обусловлена использованиембыстродействующих элегазовых и вакуумных выключателей. Использованиеэлегазовых выключателей (ЭВ) и увеличение единичных мощностей генераторовЭС привели к обострению проблемы обеспечения соответствия отключающейспособности ЭВ по содержанию апериодической составляющей в отключаемомтоке КЗ. ЭВ могут не справиться не только с отключением токов аварийныхрежимов с повышенным содержанием апериодической составляющей, но иотключением токов нормальных режимов. Так в последние годы в электрическихсетях России и Казахстана (ОАО «ФСК ЕЭС» и АО «KEGOC») зафиксирован рядсерьёзных аварийных разрушений ЭВ на ПС 500-750 кВ при инициализацииотключения этих выключателей [54, 55, 56, 57, 64, 65, 78].Степень разработанности.

В настоящее время исследования проблемкоординации уровней токов КЗ интенсивно проводятся как в России (МосковскийЭнергетический Институт – НИУ «МЭИ», АО «НТЦ» {г. Санкт-Петербург},Санкт-Петербургский политехнический университет – НИУ «СППУ» и др.), так иза рубежом (США, Великобритания, Германия, Япония и др.) [18-29, 31, 38-42,54-57, 61, 64, 71, 75, 76, 91]. Следует отметить работы советских и российскихавторов (И.А. Сыромятников, В. В. Ершевич, Б. Н. Неклепаев, И. П. Крючков,В.