Імовірнісна оцінка термічної та динамічної стійкості елементів електропостачальних систем до струмів короткого замикання - Автореферат

У вирішенні цих проблем важливу роль відіграють теорія і методи вибору параметрів і режимів конструкційних елементів ЕПС, як найважливішого першочергового процесу ухвалення оптимальних рішень при спорудженні нових і реконструкції діючих ЕПС. При цьому особлива увага має бути приділена термічній і динамічній стійкості елементів ЕПС до струмів короткого замикання (СКЗ). При імовірнісно-визначеній початковій інформації перспективним є застосування стохастичних моделей і методів, що базуються на використанні функцій і параметрів розподілу випадкових параметрів режимів, як характеристик процесу функціонування елементів ЕПС. Такі характеристики інтенсивно досліджують, їх параметри розподілу класифікують за окремими ознаками, формують банки потрібної початкової інформації для вирішення різноманітних задач, що дозволяє ширше використовувати стохастичний підхід для вибирання елементів ЕПС. Вказаний аспект проблеми надійного електропостачання буде завжди важливим, постійно вимагатиме доповнення і удосконалення , зокрема в питаннях знаходження величин СКЗ і забезпечення стійкості елементів ЕПС до них в аварійних режимах.При імовірнісній початковій інформації відзначено перспективність застосування стохастичних моделей і методів, що дозволяють точніше описувати випадкові процеси, які відбуваються в елементах ЕПС за нормального, аварійного і післяаварійного режимів, вибирати параметри цих елементів і параметри їхніх режимів без надмірних запасів. На підставі перевіркового аналізу застосування стохастичних моделей в інженерній практиці, виявлення недоліків існуючих імовірнісних моделей процесу КЗ, врахування описання параметрів впливу при оціненні розрахункових СКЗ, недосконалості наявних моделей визначення температури елементів ЕПС за аварійних режимів було сформовано мету і задачі наступних досліджень. Згідно з загальною стохастичною моделлю вибирання елементів ЕПС за технічними критеріями (1), вибирання елементів ЕПС за критеріями СКЗ може бути представлено мінімізацією або обмеженням ймовірності появи небажаної події, коли навантаження Нк(t) більше чи дорівнює міцності Пк(t) елементів ЕПС, тобто р[Нк(t) ? Пк(t)] = min,(2) або р[Нк(t) ? Пк(t)] ? a .(3) Порівняння результатів вибирання елементів ЕПС щодо термічної та динамічної стійкості до СКЗ, отриманих на основі нової моделі процесу КЗ і стохастичного підходу до їх вибору, з результатами, отриманими на основі існуючих детермінованих моделей, показує, що детермінований підхід до вибору елементів ЕПС призводить до завищення їх параметрів на 1-2 ступені, а також, що при імовірнісному підході величини СКЗ у розрахункових точках зменшуються на 13 та 22% відповідно. Щоб описати процес нагрівання кабелю в режимі КЗ скористаємося диференційним рівнянням нагрівання провідника - рівнянням енергетичного балансу для спрощеної моделі визначення температури кабелю: ,(24) де І(t) = І?(t) = І? - ефективний СКЗ; Ro(Qo) - погонний електричний опір при температурі Qo; mo - маса одиниці довжини провідника; c - питома його теплопровідність; КТП - коефіцієнт теплопередачі, що враховує сумарну віддачу тепла довкіллю через конвекцію і теплопровідність; So - одиниця площі поверхні провідника; Qдов.На основі уточненої моделі КЗ отримано вирази для визначення параметрів функцій розподілу і квантілей характерних СКЗ, що дозволяє більш адекватно знаходити розрахункові значення цих квантілей: до 20% порівняно з детермінованою моделлю розрахунку СКЗ і до 13% порівняно з імовірнісною моделлю СКЗ без урахування змінення параметрів схем заміщення електричної мережі при переході одного виду КЗ в іншій. На відміну від існуючих моделей враховано змінення коефіцієнта теплопередачі і динаміку теплових процесів при протіканні СКЗ, що дозволяє виявити істотні резерви кабелю щодо зношення його ізоляції, і призводить до зменшення мінімальних перерізів кабелів при перевірці їхньої термічної стійкості до СКЗ. Розроблено нову модель визначення температури силових трансформаторів при КЗ, що дозволяє для різних потужностей трансформатора визначати температуру ННТ обмотки і температуру оливи в різних шарах бака. Розрахунки з використанням розробленої моделі показують, що при протіканні СКЗ протягом вимкнення, температури ННТ обмоток та оливи трансформаторів не перевищують максимально-допустимих значень і, як наслідок, не відбувається прискореного старіння ізоляції обмоток і параметрів оливи. Обґрунтованість та достовірність наукових положень, висновків, методик, алгоритмів та рекомендацій підтверджується близькою збіжністю результатів теоретичних та експериментальних досліджень, коректністю використання апарату теорії ймовірності та математичної статистики, достатністю обєму початкової статистичної інформації та експериментальних даних, доведенням основних результатів роботи до практичних методик.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Основні висновки, що відбивають результати вирішення поставлених у дисертаційній роботі задач, можна сформулювати так: 1. Уточнено і доповнено імовірнісну модель процесу КЗ з урахуванням восьми параметрів впливу на СКЗ, в тому числі динаміку можливого переходу одного виду КЗ в іншій. При цьому враховано змінення параметрів схем заміщення електричної мережі при різних видах КЗ, що дозволяє точніше визначати характерні СКЗ.

2. На основі уточненої моделі КЗ отримано вирази для визначення параметрів функцій розподілу і квантілей характерних СКЗ, що дозволяє більш адекватно знаходити розрахункові значення цих квантілей: до 20% порівняно з детермінованою моделлю розрахунку СКЗ і до 13% порівняно з імовірнісною моделлю СКЗ без урахування змінення параметрів схем заміщення електричної мережі при переході одного виду КЗ в іншій.

3. Розроблено нову модель визначення температури силових кабелів при КЗ. На відміну від існуючих моделей враховано змінення коефіцієнта теплопередачі і динаміку теплових процесів при протіканні СКЗ, що дозволяє виявити істотні резерви кабелю щодо зношення його ізоляції, і призводить до зменшення мінімальних перерізів кабелів при перевірці їхньої термічної стійкості до СКЗ.

4. Розроблено нову модель визначення температури силових трансформаторів при КЗ, що дозволяє для різних потужностей трансформатора визначати температуру ННТ обмотки і температуру оливи в різних шарах бака. На відміну від існуючих моделей розроблена модель враховує динаміку змінення теплового поля при протіканні СКЗ. Це дозволяє точніше оцінити можливість експлуатації силових трансформаторів після аварії з погляду старіння ізоляції їх обмоток і діелектричної стійкості оливи. Розрахунки з використанням розробленої моделі показують, що при протіканні СКЗ протягом вимкнення, температури ННТ обмоток та оливи трансформаторів не перевищують максимально-допустимих значень і, як наслідок, не відбувається прискореного старіння ізоляції обмоток і параметрів оливи.

5. Розроблено рекомендації для застосування отриманих результатів в інженерній практиці, які дозволяють: - точніше визначати характерні СКЗ;

- при відносно невеликому обсязі початкової інформації підвищити вірогідність визначення температури елементів ЕПС при КЗ і можливості їхньої експлуатації після аварії.

Обґрунтованість та достовірність наукових положень, висновків, методик, алгоритмів та рекомендацій підтверджується близькою збіжністю результатів теоретичних та експериментальних досліджень, коректністю використання апарату теорії ймовірності та математичної статистики, достатністю обєму початкової статистичної інформації та експериментальних даних, доведенням основних результатів роботи до практичних методик.

ПУБЛІКАЦІЇ. ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО 7 НАУКОВИХ ПРАЦЬ, СЕРЕД ЯКИХ 5 У ФАХОВИХ ВИДАННЯХ

1.Денисенко Н.А., Голованев М.Ю. “Оценка термической стойкости кабелей стареющих систем электроснабжения к токам короткого замыкания”.// Методические вопросы надежности больших систем электроснабжения. - Выпуск № 47. - Киев , 1995. - с. 193-197. - запропоновано аналітичні залежності, алгоритми і програмне забезпечення для оцінення термічної і динамічної стійкості цих елементів до СКЗ.

2. Голованев М.Ю. “Оценка термической стойкости силовых трансформаторов к токам короткого замыкания при случайном их характере и вероятностной исходной информации”. // Электромашиностроение и электрооборудование. Одесса - 2001. - № 56. - с. 81-86. - розроблена модель визначення температури силових трансформаторів з урахуванням динаміки процесу короткого замикання, що дає можливість оцінювати можливість подальшої експлуатації трансформаторів після аварії.

3. Іншеков Є.М., Голованьов М.Ю.“Оцінка термічної стійкості кабелів до струмів короткого замикання при випадковому їхньому характері”. // Методи та прилади контролю якості. Івано-Франківськ, 2002. - № 8 - с.100-102. - отримане рівняння температури нагрівання кабелю при короткому замиканні, що дозволяє робити їхній вибір по термічній стійкості до струмів короткого замикання.

4. Голованьов М.Ю.“Уточнення моделі процесу короткого замикання та її застосування при імовірнісному підході до вибору елементів електропостачальних систем”. //Вісник Львівської політехніки: Електроенергетичні та електромеханічні системи. - Львів - 2001. - №421. - с. 33-39. - запропонована більш точна модель процесу короткого замикання, що враховує метод симетричних складових, при імовірнісно-визначеній вихідній інформації. Модель дає можливість отримати квантілі характерних струмів короткого замикання з урахуванням можливості переходу одного виду короткого замикання в інший.

5. Денисенко М.А., Голованьов М.Ю.“Термічні моделі елементів електропостачальних систем”.// Промелектро. Київ - 2004. - № 2. - с. 10-15. - запропоновано моделі термічної та динамічної стійкості елементів електропостачальних систем у аварійних режимах для виявлення прихованих резервів навантажувальної здібності електроустановок.

6. Денисенко Н.А., Иншеков Е.Н., Голованев М.Ю.“ Выявление и использование нагрузочной способности трансформаторов как один из путей экономии электроэнергии”. // Материалы 1-й международной конференции по управлению и использованию энергии. - Киев, 12-15 декабря 1995г. - с. 78-79. - запропонований імовірнісний підхід до вибору трансформаторів по термічній та динамічній стійкості до струмів короткого замикання, що дає можливість виявити приховані резерви навантажувальної здібності обраних трансформаторів у аварійних режимах.

7. Иншеков Е.Н., Голованев М.Ю. “Определение вероятности выполнения критериев стохастической многокритериальной оптимизации электроустановок”. // Метериалы 2-й международной конференции по управлению использованием энергии. - Львов, 3-6 июля 1997г. - с. 1-27 - 1-28. - запропонована модель стохастичної багатокритеріальної оптимізації для вибору електроустановок у аварійних режимах.