Разработка параметров оценки провалов напряжения и требований к динамическому компенсатору искажения напряжения

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Разработка параметров оценки провалов напряжения и требований к ДКИН

Выполнил

студент кафедры ЭПП Марков Ю.В.

Реферат

Отчет 11 с., 1 ч. 1 табл., 7 источников

Разработка параметров оценки провалов напряжения и требований к ДКИН.

Объектом исследования является устройство ДКИН.

Цель работы -- дать определение провалам напряжения, разработать параметры и методы оценки провалов напряжения и выделить основные требования к ДКИН.

Введение

Качество электрической энергии оказывает большое влияние на технологические процессы предприятий. Работа электродвигателей различных механизмов, микропроцессорной техники, АСУ производственным процессом и систем телекоммуникаций, блоков цифровых технологий и интернета часто прерывается очень короткими по продолжительности провалами и перенапряжениями питающего напряжения. Например, для экономики США ущерб от плохого качества электроэнергии оценивается более чем в 150 млрд. долл. в год.

Основными причинами нарушения надежности электроснабжения потребителей являются короткие замыкания в схемах внешнего и внутреннего электроснабжения. Провалы напряжения у потребителей настолько же неизбежны, насколько неизбежны короткие замыкания в сетях, число которых растет по мере старения и изношенности электрооборудования и следует ожидать увеличения частоты возникновения провалов напряжения.

Из-за значительной протяженности воздушные линии электропередачи подвержены всем видам атмосферных воздействий (ветер, грозы, гололед), которые являются причинами различных видов нарушений электроснабжения (вплоть до полного прекращения подачи электроэнергии). Длительность и характер возмущений зависят от структуры энергосистемы и времени работы РЗА. Статистика свидетельствует, что провалы напряжения глубиной более 50 % составляют лишь 10 % от общего числа; более 80 % провалов длятся десятые доли секунды.

Провалы напряжения -- случайные события. Ожидаемое число ПН может быть от нескольких единиц до нескольких сотен в год. Эти события возникают в любой сети и происходят из-за таких случайных факторов, как атмосферные явления (грозовая деятельность), состояние сети, работа ее средств автоматики и защиты, а также могут быть обусловлены ошибками оперативного персонала. Проявление перечисленных факторов неопределенно по месту и времени и относится к случайным событиям, вероятность которых должна рассматриваться как прогноз.

Провалы напряжения влияют на подключенные к сети электроприемники, которые могут иметь различные уровни устойчивости к ПН. Превышение уровня устойчивости электроприемника к ПН, как правило, приводит к нарушению условий его нормального функционирования или отказу. Поэтому ПН характеризуют надежность электроснабжения, оценивая его бесперебойность. Поскольку практически все виды современных электроприемников (ЭП) восприимчивы к ПН, необходимо уделять внимание способам предотвращения ПН на зажимах ЭП. Таким образом, ПН представляют собой объективный фактор, а защита от них для предотвращения последствий является необходимым условием, учитываемым как при проектировании СЭС, так и при ее эксплуатации. Это могут быть как конструктивные, так и схемные решения.

Основные определения и источники провалов напряжения

В соответствии с ГОСТ 23875-88 «Качество электрической энергии. Термины и определения» провал напряжения (ПН) - это «внезапное значительное снижение напряжения в системе электроснабжения с последующим его восстановлением»; а по ГОСТ 13109-97 «провал напряжения - внезапное понижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9 Uном, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд». Таким образом, ПН - это понижение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от нескольких периодов до нескольких десятков секунд. Провал напряжения характеризуется тремя параметрами: глубиной , длительностью и частостью.

Глубина провала - это «величина, равная разности между номинальным или базовым значением напряжения и наименьшим действующим значением во время его провала» (ГОСТ 23875-88).

Длительность провала - это «интервал времени между начальным моментом провала напряжения и моментом восстановления напряжения до первоначального или близкого к нему уровня» (ГОСТ 13109-97).

«Частость появления провалов напряжения - число провалов напряжения определенной глубины и длительности за определенный промежуток времени, по отношению к общему числу провалов за этот же промежуток времени» (ГОСТ 23875-88).

Из этих показателей ГОСТ нормирует только длительность провала напряжения, предельно допустимое значение которой в электрических сетях напряжением до 20 кВ не должно превышать 30 с. Остальные показатели провалов напряжения не нормируются.

Экономический ущерб от снижения качества электрической энергии -это «выраженные в стоимостном исчислении убытки от снижения производительности или повреждения электротехнических устройств и электрооборудования, а также другие затраты, возникающие в связи с ухудшением качества электрической энергии» (ГОСТ 23875-88).

Источники провалов напряжения. Источниками ПН могут являться сети как энергоснабжающих организаций, так и потребителей электроэнергии. В электрических сетях энергоснабжающих организаций ПН возникают при КЗ и при аварийных и оперативных переключениях. На предприятии наибольшие колебания напряжения вызывают дуговые печи (ДСП), электросварочные установки (ЭСУ), прокатные станы, прессы, асинхронные и синхронные двигатели при пусках и самозапусках.

Причинами провалов напряжения являются короткие замыкания, которые обуславливаются рядом объективных и субъективных причин: удары молнии, загрязнение изоляции, механические повреждения опор, касание проводов посторонними предметами, ошибочные действия оперативного и ремонтного персонала и т.п. Согласно статистике, 70% повреждений в воздушных сетях 110 кВ приходится на однофазные короткие замыкания(ОКЗ), 20% - на двухфазные или двухфазные на землю и 10% - трехфазные.

Глубина ПН зависит от удаленности от места КЗ и находится в пределах от 100 до 10 % номинального напряжения, а их длительность, зависящая от типа релейной защиты и быстродействия выключателей, - в пределах от 0,1 до 1,5 с. Провалы напряжения, возникающие при аварийных (иногда оперативных переключениях), достигают 100 % при длительности до 1 с.

В силу конструктивных и схемных особенностей чувствительные электроприемники реагируют на самые незначительные, но, к сожалению, довольно частые в повседневной зарубежной и отечественной практике нарушения электроснабжения. Это относится к процессам, зачастую имеющим длительность всего сотые доли секунды, в то время как продолжительность срабатывания устройств автоматического включения резерва (АВР) и автоматического повторного включения (АПВ) существенно больше (в лучшем случае -- десятые доли секунды, а обычно -- 1 с и более). В результате минимальная длительность бестоковой паузы при АВР и АПВ во много раз превышает предельно допустимое время перерыва в электроснабжении чувствительной к нарушениям нагрузки.

При кратковременных нарушениях электроснабжении, а также в период срабатывания существующих устройств АВР или АПВ могут происходить сбои в работе электродвигательной нагрузки, компьютеров, управляющих и других электронных систем, в том числе работающих в режиме реального времени. В результате этого возникают нарушения технологического процесса, возможны сбои в системах управления, потеря информации, сопровождаемые экономическими потерями, многократно превышающими стоимость нарушения электроснабжения.

Методика оценки параметров провалов напряжения

Для разработки защиты от ПН и предотвращению их последствий необходимо располагать прогнозом ПН для конкретной СЭС. Прогнозы можно делать по имеющейся статистике, получаемой на основе многолетних регистрируемых наблюдений или расчетов для конкретной сети. Для регистрации глубины и длительности ПН необходимо организовать длительные измерения специальными приборами, которые дадут тем более достоверные прогнозы, чем шире масштаб охваченной измерениями сети.

В России нет опубликованных данных об измерениях такого рода, но в определенные статистические данные о фактах возможных ПН можно получить по записям в оперативных журналах. Некоторые представления о характеристиках ПН в электрических сетях высокого напряжения приведены в табл. 1. Как видно из табл. 1, наиболее вероятной причиной ПН является грозовая деятельность. Молния, представляя собой электрический разряд в атмосфере, -- наиболее мощный естественный источник электромагнитных возмущений. В силу ряда очевидных причин, таких как конструктивные особенности и др., наиболее часто подвержены ударам молнии воздушные линии электропередачи, которые испытывают десятки ударов молнии и могут в ряде случаев привести к возникновению устойчивого КЗ на линии и отключению линии. Зная вероятное число ударов молнии в линии, которые приводят к КЗ, можно прогнозировать и ПН.

Таблица 1

Для расчета характеристик ПН необходимо учитывать реальную структуру и конфигурацию СЭС и ее режим работы электрооборудования, подключенных вплоть до шин 0,4 кВ. Модель исследуемой СЭС должна отражать ее так подробно, чтобы выполненные расчеты дали возможность определять не только напряжения, токи, мощности в интересующих узлах, но и отклонения этих параметров от нормальных установившихся значений.

Для создания расчетной модели должен использоваться программный комплекс расчетов установившихся и переходных электромагнитных и электромеханических процессов в системах электроснабжения промышленных предприятий. Математическая модель энергосистемы и СЭС предприятия должна содержать все источники питания (задаваемые своими параметрами), линии, трансформаторы, реакторы, нагрузки каждой ГПП, РП, ПС 110, 10, 6 и 0,4 кВ, параметры средств защиты и автоматики, учитывать перетоки мощностей. Программное обеспечение должно моделировать место КЗ на расчетной схеме, любой вид короткого замыкания и сопротивление в месте КЗ.

Для моделирования процесса ПН необходимо достоверно учитывать состояние коммутационных аппаратов и работу средств РЗА. Кроме того, необходимо учитывать топологические изменения в промышленной сети в соответствии с логикой работы РЗА. Решение данной задачи состоит из трех этапов.

На первом этапе рассчитывается глубина и длительность провала напряжения от момента возникновения КЗ в выбранной точке сети до момента срабатывания выключателя, отключающего это КЗ. По условиям обеспечения бесперебойной работы неповрежденной части системы время отключения КЗ должно быть по возможности малым (не более десятых, а иногда и сотых долей секунды). Поэтому учет быстродействия РЗ является важным условием. Время отключения повреждения складывается из времен срабатывания зашиты tз и выключателя . В сетях 110ч220 кВ обычно с. Поскольку в среднем с, то время срабатывания релейной защиты должно составлять с. Таким образом, длительность таких провалов не будет превышать 0,08 с для потребителей, питание которых сохраняется после отключения КЗ.

На втором этапе учитывается работа АПВ. Напряжение потребителей, у которых после отключения КЗ уровень напряжения ниже номинального, может восстановиться до первоначального уровня или близкого к нему в результате работы АПВ (одно- или двухкратного). Как правило, время срабатывания АПВ принимают равным 2-3 с., но оно может достигать и 10с, что, как показывает опыт эксплуатации, повышает устойчивость АПВ.

На третьем этапе, после срабатывания АПВ, часть трансформаторных ПС может отключиться, что приведет в действие средства АВР, предназначенные для восстановления питания. Как правило, в сети устанавливается несколько устройств АВР, каждое из которых работает независимо от других, но работа всех АВР в совокупности может быть скоординирована заданием временных уставок. Время срабатывания АВР определяется как , где - максимальная выдержка времени защит на линиях, связанных с рабочим источником питания, КЗ на которых сопровождается снижением напряжения на резервируемых шинах ниже напряжения срабатывания пускового органа АВР; -- ступень селективности. В зависимости от установленных средств защиты и автоматики, а также от ступени селективности время срабатывания АВР может находиться в пределах от 1,5 до 5 с.

Для расчета характеристик ПН в модели используется контроль параметров режима в выбранных узлах, в частности - напряжение в заданных узлах, время начала провала и восстановления напряжения в узле.

Известно, что вероятность однофазных КЗ на землю в сетях выше, чем трехфазных: , и =20%, и . В расчетах ПН будем учитывать именно это распределение видов КЗ. В расчетной схеме вид КЗ учитывается сопротивлением шунта, подключаемого в точке КЗ. При выборе сопротивления шунта следует учитывать, что дуговое КЗ более вероятно, чем металлическое.

Глубина провала снижается по мере удаления от точки КЗ и приближения к источникам питания. На тупиковых ВЛ в точках, расположенных за точкой КЗ, глубина провала остается постоянной и равной ее значению в точке КЗ. Однако нельзя сказать, что по мере удаления от точки КЗ глубина провала распространяется пропорционально этой удаленности из-за сложно-замкнутого характера сети. Для смежных сетей, выделенных в указанных границах, характеристики провалов следует рассчитывать независимо друг от друга.

При расчете характеристик ПН возникает задача выбора точек вероятных КЗ и контрольных точек, для которых необходимо рассчитать величины посадок напряжения, изменения активной, реактивной мощностей. Это необходимо проводить и при организации измерений, исходя из требований минимума средств измерений, с помощью которых может быть получена наиболее достоверная картина распространения ПН.

При выборе точек КЗ можно воспользоваться одним из двух подходов:

- по записям в оперативных журналах;

- по данным расчетов вероятности ударов молнии в BJI, приводящих к КЗ.

В первом случае, когда регистрируются аварийные ситуации, вызванные КЗ, можно получить более достоверную, чем больше период, охваченный записями, информацию. Можно сказать, что минимальный интервал наблюдения должен составлять не менее года. При этом будут учтены все события, которые связаны с КЗ, в том числе грозовая деятельность, ошибки персонала, механические повреждения ВЛ.

Анализ многолетних наблюдений позволяет построить статистические ряды и на их основе -- прогнозы. По этим данным и проводят расчеты характеристик ПН в интересующих точках контроля.

Во втором случае рассчитывается число отключений ВЛ, произошедших по причине грозовой активности. Здесь для всех типов линий с учетом материала опор, числа цепей, числа грозозащитных тросов и других параметров можно определить число грозовых отключений nоткл на 100 км линии в районе со 100 грозовыми часами в году по формуле:

,

где - вероятность поражения провода молнией (вероятность прорыва молнии через тросовую защиту); - вероятность перекрытия изоляции на опоре при ударе молнии в провод; - число ударов в опору; - вероятность перекрытия изоляции при ударе молнии в опору; - число ударов в трос; - вероятность пробоя промежутка трос-провод при ударе в трос в середине пролета: - коэффициент перехода импульсного перекрытия в устойчивую дугу для длинных воздушных промежутков; - коэффициент перехода импульсного перекрытия в устойчивую дугу для линий па металлических и железобетонных опорах.

Таким образом, в этой формуле учтены все случаи, при которых может произойти грозовое перекрытие изоляции ВЛ (удар молнии в вершину металлической или железобетонной опоры или в трос вблизи опоры; в трос в пролете между опорами; в провод с последующим перекрытием с провода на ближайшую опору или между фазами), а также вероятности перехода импульсного перекрытия в устойчивую дугу КЗ.

Число грозовых отключений па полную длину ВЛ за 1 год для каждой линии 110 и 220 кВ определяется по формуле:

где -- среднее число грозовых часов в году; - длина линии.

Расчет характеристик ПН выполняется для предупреждения отрицательных последствий, вызванных воздействием ПН на чувствительные электроприемники. Большая их часть установлена в сетях 0,4 кВ, получающих питание от ПС 110/6(10) кВ (центры питания). В сетях промышленных предприятий характеристики ПН зависят от подпитки токов КЗ со стороны асинхронных и синхронных двигателей. Из ЦП и ТП следует выбирать те, от которых и получают питание чувствительные электроприемники.

Требования к ДКИН

Динамический компенсатор (ДКИН) искажения напряжения должен обеспечивать:

Полное восстановление трехфазных провалов до номинального уровня исправлений, не менее 30 секунд.

Исправление симметричных трехфазных падений напряжения вплоть до 50% и однофазных провалов до 30 %, не менее 30 секунд.

Непрерывное регулирование трехфазного понижения напряжения и провалов вплоть до 90% от номинального.

Непрерывное регулирование трехфазных перенапряжений и скачков вплоть до 110% от номинального (расширенное.

Исправление несимметрии напряжения (со стороны сети от трансформатора).

Ослабление дозы фликера в напряжении.

Автоматическую компенсацию линейных падений напряжения.

Таким образом, ДКИН должен обеспечивать потребителю высокое качество напряжения, защищать нагрузку от большинства обычных искажений напряжения.

Динамический компенсатор (ДКИН) искажения напряжения контролирует поступающее напряжение и, когда оно отклоняется от номинального напряжения, ДКИН вставляет соответствующее напряжение компенсации, используя IGBT-инвертор и последовательные реакторы. ДКИН предназначен для того, чтобы смягчить провалы напряжения на линиях, питающих чувствительное оборудование. Таким образом, электроснабжение осуществляется все время.

Заключение

Был предложен метод оценки провалов напряжения. Было выделено три основных этапа оценки. Был предложен статистический метод оценки провалов напряжения, основывающийся на данных об авариях на предприятии и вероятностных методов определения попаданий молний в ЛЭП. Также были выделены основные требования к ДКИН. Основной задачей ДКИН является устранение провалов напряжения и перенапряжений.

компенсатор напряжение провал

Список использованных источников

Гуревич Ю.Е. Об упорядочении взаимоотношений энергоснабжающих организаций и промышленных потребителей в области надёжности электроснабжения// Электрические станции. 1998. № 9.

Ивкин О.Н., Киреева Э.А., Пупин В.М., Маркитанов Д.В. Применение динамических компенсаторов искажений напряжения с целью обеспечения надежности электроснабжения потребителей // Главный энергетик, 2006, № 1. - С. 28-38 с.

Новости энергетики// Главный энергетик. 2005. № 11.

Куро Ж. Современные технологии повышения качества электроэнергии при ее передачи и распределении // Новости электротехники. 2005. № 1, № 2.

Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества энергии в электрических сетях. Киев: Наукова думка, 1985.

Железко Ю.С. Влияние потребителя на качество электроэнергии в сети и технические условия на его присоединение // Промышленная энергетика. 1991. № 6.

ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». Издательство стандартов, 1998.

Размещено на Allbest.ru