Разработка методики обеспечения качества электроэнергии от напряжения 0,4 Кв до 220 кв в условиях реформирования энергетики

На правах рукописи

ЗЕЛЕНКОВА ЛАРИСА ИЛЬИНИЧНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ОТ НАПРЯЖЕНИЯ 0,4 КВ ДО 220 КВ

В УСЛОВИЯХ РЕФОРМИРОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИКИ

Специальность 05.09.03 – электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва -2009

Работа выполнена на кафедре «Электроснабжение промышленных предприятий» Московского энергетического института (технического университета).

Научный руководитель Гамазин доктор технических наук, профессор Станислав Иванович

Официальные оппоненты д.т.н., профессор

Егоров Андрей Валентинович

к.т.н. ст. науч. сотрудник

 Суднова Валентина Викторовна

Ведущая организация ОАО «Объединенная

 энергетическая компания»

г.Москва

Защита диссертации состоится «22» мая 2009 года в 16-00 в аудитории

М-611 на заседании диссертационного совета Д 212.157.2 при Московском энергетическом институте (технический университет) по адресу:

111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д.13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета)

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направить по адресу 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д.14, Ученый Совет МЭИ (ТУ)

Автореферат разослан «____» апреля 2009 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 212.157.02

к.т.н., доцент С.А.Цырук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

При реформировании ОАО РАО «ЕЭС России» произошло дробление на региональном уровне АО-энерго на части. Разделились электросетевые организации (ЭСО) по уровням напряжения: Федеральная сетевая компания, Территориальная сетевая компания, Муниципальные электрические сети. Организовалась биржа оптового рынка электроэнергии – Администратор торговой сети. Отошли от АО-энерго диспетчерские, сбытовые и ремонтные услуги. После реформирования ответственность за КЭ перешла к многочисленным субъектам рынка, с потерей единства контроля и управления.

Субъекты оптового рынка поставляют достаточно качественную электроэнергию. И сетевые организации вносят незначительные искажения в ПКЭ. Однако, они вместе с электроустановками промышленных и прочих потребителей являются взаимозависимыми элементами энергосистемы.

По результатам периодических (единичных, сертификационных, инспекционных) измерений в ограниченных контрольных точках за ограниченное время, невозможно обеспечить стабильность качества электроэнергии и достоверность о соответствии качества в системах электроснабжения.

Контроль КЭ счетчиками в АИИС КУЭ, не позволяет сопоставить результаты измерений с требованиями ГОСТ 13109-97. Наблюдение за КЭ в непрерывном режиме специальными приборами показалось полезным только единичным ЭСО и небольшим промышленным потребителям (ПП). При этом автоматизированные системы на приборах КЭ, выполняются на одном типе прибора с определенными функциями, без обмена информацией по ПКЭ с сопредельными электросетями.

 Результаты измерений КЭ в отдельно взятом субъекте часто показывают нарушение установленных требований. Но помехи не имеют локального характера, и полученная измерительная информация остается бесполезной. Эти методы контроля, не достигают цели контроля, не гарантируют стабильности КЭ ни у самого объекта контроля, и тем более, в сопредельных электросетях. И эта проблема усугубляется обострением технологических взаимоотношений по регулированию режимов, при отсутствии разграничений прав, обязанностей и ответственности.

Контроль и управление ПКЭ в сопредельных электросетях, определение источников искажений в режиме реального времени, является актуальной и вместе с тем отстающей от потребностей рынка электроэнергии. Кроме того, актуален контроль товарной ценности энергии, при обращении ее на оптовом и розничном рынке, а особенно в точке поставки осуществлять в постоянном режиме, так как ПКЭ влияют на достоверность количественного учета.

Цель диссертационной работы. Основной целью диссертации является разработка методики и модели единой автоматизированной системы контроля качества электроэнергии (АСККЭ) в регионе на напряжение от 0,4 кВ до 220 кВ с одновременным и непрерывным контролем и управлением показателей качества электроэнергии (ПКЭ).

Достижение конечной цели диссертации осуществляется путем последовательного решения следующих задач:

1.      Проведение исследования КЭ на объектах энергетики и в электросетях промышленных предприятий в разных регионах страны.

2.      Разработка методики и модели единой АСККЭ в регионе с одновременным, непрерывным контролем и управлением ПКЭ на напряжение от 0,4 кВ до 220 кВ.

3.      Определение сечений контроля КЭ, объединенных общими требованиями, перечня ПКЭ и их значений в контролируемых сечениях.

4.      Выбор и расстановка технических средств, при одновременном мониторинге КЭ в сопредельных электросетях, исходя из необходимых метрологических требований и уровня достаточности контроля.

5.      Определение области возможного применения разработанной методики, разработка четких инструктивных материалов по ее использованию при проектировании и организации мониторинга КЭ в сопредельных электросетях.

Положения, выносимые на защиту

1.      Методика определения сечений контроля КЭ в сопредельных электросетях, объединенных общими требованиями.

2.      Модель единой АСККЭ в регионе на напряжение от 0,4 кВ до 220 кВ с одновременным и непрерывным контролем и управлением ПКЭ, с расстановкой технических средств контроля КЭ.

3.      Методика определения перечня ПКЭ и их значений в контролируемых сечениях в сопредельных электросетях.

Научная новизна

1.      Разработана методика определения сечений контроля КЭ в регионе, объединенных общими требованиями.

2.      Разработана модель единой автоматизированной системы контроля качества электроэнергии (АСККЭ) в регионе на напряжение от 0,4 кВ до 220 кВ с одновременным и непрерывным контролем и управлением ПКЭ, с расстановкой технических средств контроля КЭ.

3.      Разработана методика определения минимально достаточного перечня ПКЭ и их значений в контролируемых сечениях при автоматизированном контроле КЭ в сопредельных электросетях.

Практическая ценность работы и ее реализация

1.      Достаточно широко проведены натурные исследования на разных напряжениях и проанализированы результаты измерений качества электрической энергии в сопредельных электрических сетях и на шинах подстанций, питающих крупные, средние и мелкие промышленные потребители.

2.      Проведен анализ взаимосвязанных электромагнитных процессов в энергосистеме по нарушению уровней напряжения, несинусоидальности, несимметрии, возникновению и распространению провалов, обоснован вывод о необходимости применения непрерывного наблюдения за ними.

3.      Впервые введено 7 сечений контроля КЭ, обобщенных общими требованиями.

4.      Произведено дифференцирование норм ПКЭ по сечениям при автоматизированном контроле на разных напряжениях.

5.      Разработанная методика может быть рекомендована для пилотного регионального проекта мониторинга КЭ одновременно в электросетях энергопредприятий и промышленных электросетях либо бытовых потребителей от напряжения от 0,4 кВ до 220 кВ.

Достоверность результатов

Достоверность результатов базируется на фундаментальных положениях общей теории электротехники, с учетом практического опыта эксплуатации объектов электроэнергетики, Достоверность результатов подтверждается корректностью исходного материала, корректным использованием апробированных методик. В процессе исследований использовались: методы расчета и анализа установившегося режима электросетей; теории электрических цепей, Обработка и анализ статистических данных проводились с использованием программ: ResourceUF2Plus, Monitor UF2, Codam Plus, ProryvKE, Энергия 3.

Публикации и апробация работы

Научные и практические результаты и основное содержание работы отражены в 6 публикациях в научно-технических журналах и материалах конференций, а также докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры электроснабжения промышленных предприятий МЭИ (ТУ)

 Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем 117 страниц основного текста, 42 иллюстраций, 22 таблицы. Список использованной литературы включает в себя 93 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформированы цели и задачи диссертации, охарактеризована ее структура, показана научная новизна работы и ее практическая ценность, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведены общие положения и обзор технической литературы по теме диссертации. Проведен анализ существующих методов, контроля КЭ и обзор технических средств, рассмотрены системы автоматизированного мониторинга КЭ в РФ и в зарубежных странах. Проведена характеристика нормативной базы ПКЭ, установлено недостаточность ее для непрерывного контроля.

Во второй главе определены оценки технологических, математических, экономических аспектов КЭ. Оценка КЭ должна осуществляться для всей системы, но она сводится оценке влияния нагрузки потребителя на электросеть и влияние электросети на нагрузку потребителя. Целым рядом авторов технологические аспекты оценки КЭ представляются ухудшением эксплуатационного состояния отдельного взятого оборудования в результате накопления разрушающих факторов при некачественной энергии по каждому ПКЭ отдельно. Например:

Технологическая оценка. При снижении напряжения происходит перегрев асинхронных двигателей (АД), температура обмоток повышается.

 (1)

где τуст t - начальная температура перегрева АД над температурой окружающей среды; τ 0 -установившаяся температура; Т0 - постоянная времени нагрева, равная времени перегрева АД на величину τуст t при отсутствии теплопередачи в окружающую среду.

 Математическая оценка влияния от несимметричной и несинусоидальной нагрузки.

Полная и искажающая мощность в трехфазной трехпроводной системе:

 (2)

 (3)

Экономическая оценка

Значение потребляемой мощности при отклонении напряжения:

 (4)

где Э и Э0 — потребляемая мощность при напряжении и оптимальная потребляемая мощность электрической энергии при U = U0; dU = U–U0, частные производные определяются при U = U0 .

Представленные аспекты оценки КЭ отражает только часть оценки КЭ и не дают полной картины ЭМС в электросети.

В третьей главе Проанализированы результаты измерений КЭ, в сопредельных электрических сетях разных субъектов энергетики по ходу передачи напряжения от 220 кВ до 0,4 кВ, установлены уровни и диапазоны изменений напряжений. Установлено влияние на электромагнитную обстановку подключение крупных, средних и мелких примышленных потребителей в электросетях ВН, СН и НН.

Объектом исследования являются электросети: ФСК ЕЭС, Тулэнерго, Калугаэнерго, Татэнерго, Амурские КомС, Красногорские ЭС, Тульские ГЭС, Обнинское ПКЭС, МУП: Черкесская КЭС, Кохомские сети, промпотребители.

Для целей диссертации исследованы два уровня:

1-й – электросети высокого напряжения (ВН) - это уровень системной надежности, динамической и статической устойчивости энергосистемы.

2-й – электросети среднего (СН) и низкого напряжения НН) - большой диапазон изменения нагрузок.

Проводились одновременные измерения КЭ по ходу передачи ЭЭ сопредельных электросетях на разных субъектах в Тульском регионе: на ш. 220 и 110 кВ п/с Металлургическая - ФСК ЕЭС; на ш. 6 кВ п/с Щегловская - Тулэнерго; на ш. 0,4 кВ - МУП.

На шинах 220 кВ 110 кВ (рис.1 и рис. 2) напряжение сети изменяется в диапазоне не более 2-3% - это свидетельствует о весьма жестком поддержании стабильности напряжения в электросети ВН.

Значительные отклонения напряжения происходят уже на СН (рис.3) и НН (рис. 4), так как основной отбор мощности ЭП происходит именно на этих уровнях.

На рис.5 представлена диаграмма установившегося отклонения напряжения δUу на разных субъектах. От ВН к СН и НН в электросетях увеличивается ширина диапазона изменения U и верхних значений δUу.

Рис.5. Диаграмма отклонения напряжений при одновременном контроле на шинах 220 кВ, 110 кВ, 6 кВ и 0,4 кВ

Современная промышленная энергетика характеризуется тем, что наряду, с существованием крупных заводов находят место большое число малоэнергоемких промышленных организаций. Представлены измерения на подстанциях, питающих промышленных потребителей.

На рис. 6 представлены испытания мощности активной и реактивной, а на рис. 7 представлен график фазовых углов между током и напряжением на шинах 220 кВ п/с «Металлургическая» 220/110 кВ.

На шинах 220 кВ нагрузка в течение дня увеличивается в 5 раз, в ночные часы активная мощность уменьшается до «0», и реактивная мощность становится больше активной. Угол между U и I изменяется от 10º до 95º.

На Рис. 8 - измерения на шинах. 6 кВ п/с «Компрессорной». Одновременность включения двигателей компрессоров вызывает частые провалы до 30% глубиной. На рис 8 представлена диаграмма установшегося отклонения напряжения на шинах 0,4 кВ ТП-1923 ближайшей к п/с Компрессорной. Все измеренные значения δUу лежат вне зоны НДЗ, как в режиме наименьших, так и наибольших нагрузок.

От шин 0,4 кВ РТП-11 питается предприятие по обработке деревянных изделий, имеющей резкопеременную нагрузку от включения и отключения АД (рис,9) про этом сos φ снижается до 0,4 (рис.10).

В ТОП на шинах 0,4 кВ получают питание, как мелкие промышленные потребители, так и бытовые потребители.

На рис.11 и табл. 1 представлены измерения на шинах 0,4 кВ ТП-1536, потребитель производство пластиковых окон. Явно выражена несимметрия нагрузки по фазам, как по величине значений, так и по количеству отсчетов попадающих в эти значения.

На рис. 12 измерения на шинах. 0,4 кВ ТП-17020 - предприятия связи, Зафиксировано превышение n-гармонической составляющей по гармоникам: №3,9,15. Наибольшее превышение происходит по гармонике №9, измеренное значения достигает 1,2% (фаза С) при нормально допустимом значении 0,75%, предельно допустимом значении 1,13. Время выхода за нормируемое значение Т1 достигает 100%.

Таблица 1. Результаты испытаний электрической энергии по коэффициенту нулевой последовательности на шинах 0,4 кВ ТП-1536

Взаимосвязь процессов происходящих в электросети СН и влияние их на сети НН

На примере возникновения провалов напряжения можно проследить распространение процессов в сети СН и НН. В таблице 2 занесены провалы напряжения за сутки на шинах. 110 кВ п/с Мирная (Калуга), на шинах 10 кВ п/с Белкино и 0,4 кВ РП-32 по ходу передачи электроэнергии. Например, при возникновении провала в 22:27 на шинах 110 кВ на фазе «А» и «С», вызвал провал на шинах 10 кВ только на фазе «А», а на шинах 0,4 кВ на фазе «С». Провал в 22:34 на трех фазах спровоцировал провалы на трех фазах как на шинах 10 кВ Белкино, так и на шинах 0,4 кВ РП-32.

Таблица 2. Влияние провалов напряжения на сопредельные электросети

Страницы: 1, 2