Внутрішні перенапруги в електричних мережах з ізольованою нейтраллю, їх обмеження та основи моделювання - Автореферат

Причиною значної долі відмов в таких мережах є внутрішні перенапруги, які виникають під час дугових замикань на землю, ферорезонансних процесах, а також комутаціях. Проблемі дослідження дугових замикань на землю в мережах 6 - 35 КВ присвячено велику кількість публікацій як вітчизняних так і закордонних наукових шкіл, зокрема Беляков Н.Н., Джуварли Ч.М., Сіротінській Л.І., Бургсдорф В.В., Ліхачов Ф.А., Євдокунін Г.А., Petersen W., Peters J.F., Slepian J., Bickford J.P. та ін. Досягнення поставленої мети вимагало розвязання таких задач: - удосконалення математичної моделі для дослідження електромагнітних процесів в електричних мережах; - моделювання коливних процесів в електричних мережах, які виникають під час внутрішніх перенапруг; - удосконалення нових підходів щодо моделювання несиметричних режимів; - опрацювання схемних вирішень проблеми обмеження внутрішніх перенапруг під час дугових замикань на землю та ферорезонансних перенапруг в електричних мережах з ізольованою нейтраллю. Удосконалено математичну модель аналізу електромагнітних процесів в електричних мережах методом контурних координат у частині моделювання несиметричних режимів, що дозволило моделювати різні види поперечної несиметрії в електричних мережах. Запропоновано оптимізаційну процедуру визначення місця встановлення комбінованої схеми обмеження перенапруг в електричних мережах з ізольованою нейтраллю на відміну від існуючих схем в мережах, що дозволило забезпечити захист обладнання від внутрішніх перенапруг.У другому розділі розроблено математичну модель аналізу електромагнітних процесів в електричних мережах, яка базується на методі контурних координат і дозволяє враховувати всі види поперечних несиметрії. Параметричне моделювання поперечних несиметрій ємнісними елементами здійснюється з врахуванням другого закону комутації, стосовно вузлів для моменту виникнення несиметрії у вигляді 2, а наведено приклад моделювання замикання фази 3 на землю чи між фазами 1 і 2 . До моменту виникнення короткого замикання значення цих ємностей приймаються на декілька порядків меншими від значення . (10) де - діагональна матриця резистивних опорів електричного кола; - квадратна матриця індуктивностей і взаємоіндуктивностей електричного кола; - квазідіагональна матриця індуктивностей і взаємоіндуктивностей електромагнітних апаратів (ЕМА); - діагональна матриця диференційних магнітних опорів віток магнітних кіл ЕМА, що зведені до квадрата витків їх первинних обвиток; - вектор-стовпець магнітних потоків віток кола; - вектор-стовпець спадів магнітних напруг віток кола; - квазідіагональна матриця їх витків (містить прямокутні блоки з квадратними підматрицями окремих обвиток); - аналогічна матриця витків первинної обвитки ЕМА; - матриця ємностей електричних кіл; - вектор-стовпець джерел струму; - вектори-стовпці струмів, напруг на ємностях, напруг на нелінійних резистивних елементах (передовсім, вентильних елементах) і ЕРС віток; - вектор-стовпець потокозчеплень первинних обвиток ЕМА; - стала часу регулятора; - вектори-стовпці вихідних і вхідних сигналів регулятора; - коефіцієнт підсилення регулятора; - топологічні матриці електричних кіл мережі, в які входять електричні кола пристроїв керування та захисту; - топологічні матриці магнітних кіл ЕМА; - зведена до полюсної ділянки статора кутова швидкість обертання ротора; - кількість пар полюсів; - момент інерції ротора з приводним механізмом; - електромагнітний момент АД; - механічний момент приводного механізму. В ці проміжки осцилятор заспокоюється, оскільки протягом них і повна динамічна енергія осцилятора мінімізується Динаміка ЕО осцилятора із середовищем опору його коливного рухові визначається проявом процесів інтерференції коливних станів осцилятора і синусоїдного джерела, втрати енергії осцилятором в середовищі опору внаслідок його вимушених коливань, та відповідним процесом дисипації енергії як вільного лінійного електромагнітного осцилятора.Застосування запропонованих рішень дозволяє підвищити ефективність та надійність функціонування електричних мереж з ізольованою нейтраллю. На підставі існуючих підходів розрахунку внутрішніх перенапруг в електричних мережах з ізольованою нейтраллю та їх обмеження, здійснено їх аналіз за структурними та функційними ознаками. Удосконалено математичну модель електричної мережі в координатах контурних струмів для дослідження електромагнітних процесів в електричних мережах в частині дослідження внутрішніх перенапруг. Запропоновано погашення ферорезонансних явищ в електричних мережах вмиканням активного опору в розімкнутий трикутник трансформатора напруги, а також використанням трансформаторів напруги, які мають повітряний зазор в магнітній системі чи збільшенням величини магнітної системи.

Основний зміст роботи

В дисертаційній роботі розвязана задача вдосконалення методів розрахунку внутрішніх перенапруг в електричних мережах з ізольованою нейтраллю, розроблення засобів обмеження внутрішніх перенапруг та фізичних основ моделювання коливних процесів.

Застосування запропонованих рішень дозволяє підвищити ефективність та надійність функціонування електричних мереж з ізольованою нейтраллю.

В роботі отримано такі основні результати: 1. На підставі існуючих підходів розрахунку внутрішніх перенапруг в електричних мережах з ізольованою нейтраллю та їх обмеження, здійснено їх аналіз за структурними та функційними ознаками.

2. Удосконалено математичну модель електричної мережі в координатах контурних струмів для дослідження електромагнітних процесів в електричних мережах в частині дослідження внутрішніх перенапруг.

3. Розроблено фізичні основи коливних станів в процесах енергообміну, які дозволили враховувати дисипативний фактор під час аналізу перехідних процесів в електричних мережах.

4. Запропоновано погашення ферорезонансних явищ в електричних мережах вмиканням активного опору в розімкнутий трикутник трансформатора напруги, а також використанням трансформаторів напруги, які мають повітряний зазор в магнітній системі чи збільшенням величини магнітної системи.

5. Доцільним є глибоке обмеження перенапруг за допомогою ОПН-ів, але рівень обмеження повинен визначатися для кожної конкретної мережі на підставі детального вивчення стану перенапруг в ній та з врахуванням комплексу заходів щодо обмеження перенапруг в мережі.

6. Під час замикання фази на землю через нестійку дугу в кабельних мережах 10 КВ виникають як фазні, так і лінійні перенапруги, які можуть перевищувати в 4 рази амплітуду фазної напруги доаварійного режиму мережі. Кратності фазних та лінійних перенапруг є спів вимірними, тому доцільно обмежувати як одні, так і інші.

7. На рівень обмеження перенапруг у мережі впливає схема підєднання ОПН-ів до мережі. Для ефективного обмеження фазних та лінійних перенапруг у мережі доцільно використовувати комбіновану схему ОПН-ів.

1. Сегеда М.С. Внутрішні перенапруги в електричних мережах 6…10 КВ та захист від перенапруг / З.М. Бахор, Н.О. Равлик, Г.Ш. Бакало // Праці Інституту електродинаміки Національної академії наук України: Зб. наук. пр. К.: - 2006. - № 1 (13). - С. 23 - 30.

2. Кособуцький П.С. Моделювання динамічного енергообміну електромагнітного осцилятора з середовищем омічного опору та силовим джерелом синусоїдної дії і кореляція його із спектром коливання / М.С. Сегеда, Г.Ш. Бакало // Технічна електродинаміка. - К.: - 2007. - №. 1. - С. 24 26.

3. Kosobutskyy P. Simulation of nterference process of vibration charge in the electromagnetic contour / M. Seheda, G. Bakalo, T. Mazur // Вісник НУ “Львівська політехніка”, “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. 2007. - Вип. 596. - С. 52 - 57.

4. Кособуцький П.С. До питання про усереднену потужність енергообміну між електричним джерелом синусоїдної дії і електромагнітним - контуром / М.С. Сегеда, Г.Ш. Бакало // Науково-технічний журнал "Енергетика та автоматизація виробничих процесів". - Дніпропетровськ. - 2008. - № 2. - С. 81 - 82.

5. Сегеда М.С. Покращення пуску асинхронних двигунів власних потреб електричних станцій / Н.О. Равлик, Г.Ш. Бакало // Вісник НУ “Львівська політехніка”, “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. - 2009. - Вип. 654. - С. 199 - 202.

6. Сегеда М.С. Оптимізація роботи генераторів когенераційної установки під час паралельної роботи з електричною мережею / Н.О. Равлик, Бакало Г.Ш., Дудурич О.Б. // Праці інституту електродинаміки. - 2010. Спеціальний випуск.- С. 57 - 59.