ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВВОДА В РАБОТУ ПЕРСПЕКТИВНОЙ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ НА РЕЖИМЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО УЗЛА

Кондрашова Ю.Н. ¹, Газизова О.В. ², Гладышева М.М. ³, Галлиулин И.М. ⁴

¹Кандидат технических наук, доцент, ²Кандидат технических наук, доцент, ³Кандидат педагогических наук, доцент, ⁴Студент 1 курса магистратуры института энергетики и автоматизированных систем, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВВОДА В РАБОТУ ПЕРСПЕКТИВНОЙ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ НА РЕЖИМЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО УЗЛА

Аннотация

В данной работе исследовано влияние ввода в работу перспективной воздушной линии на режимы работы промышленного энергетического узла для комплексной оценки той или иной конфигурации схемы с учетом режимов работы коммутационных аппаратов и токоведущих частей, а также выполнен расчет и анализ значений токов короткого замыкания и величин остаточных напряжений в сети 110 кВ.

Ключевые слова: перспективная воздушная линия, режим работы энергетического узла, конфигурация электрической сети, динамическая устойчивость, энергоэффективность.

Kondrashova Y.N. ¹, Gazizova O. V. ², Gladyshev M. M. ³, Galliulin I.M. ⁴

¹Candidate of technical science, the associate professor, ²Candidate of technical science, the associate professor, ³Candidate of pedagogical sciences, the associate professor, ⁴Student of 1 course of a magistracy of institute of power engineering and automated systems, Magnitogorsk state technical university of G. I. Nosov

RESEARCH OF INFLUENCE OF IMPLEMENTATION OF THE PERSPECTIVE AIR-LINE ON MODES OF THE INDUSTRIAL ENERGETIC HUB

Abstract

In this operation influence of implementation of a perspective air-line on operation modes of an industrial energetic hub for a complex assessment of this or that circuit configuration taking into account operation modes of switching devices and current carrying parts is probed, and also calculation and the analysis of values of short-circuit currents and values of residual stresses on a network of 110 kV is executed.

Keywords: perspective air-line, operation mode of an energetic node, configuration of an electrical network, dynamic stability, energy efficiency.

Для комплексной оценки той или иной конфигурации схемы с учетом режимов работы коммутационных аппаратов и токоведущих частей в работе проведен расчет и анализ значений токов короткого замыкания и величин остаточных напряжений в сети 110 кВ энергетического узла металлургического предприятия.

Система электроснабжения Магнитогорского энергетического узла (МЭУ) имеет связь с энергосистемой на напряжениях 220 кВ и 500 кВ. Основными собственными источниками электроэнергии являются три электростанции – ТЭЦ, ЦЭС и ПВЭС, выдающие электроэнергию в сети на генераторных напряжениях 10 кВ (все электростанции), 6 кВ (ПВЭС) и повышенном напряжении 110 кВ. При этом общее количество генераторов СЭС ОАО «ММК» равно 23. Распределительная сеть МЭУ образована четырьмя крупными узловыми подстанциями с высшим напряжением 220 кВ №30, №90, №60, №77. На шины 220 кВ узловых подстанций питание подается по двухцепной линии от ПС «Смеловская» на ПС 30; по двум одноцепным линиям с ТрГРЭС – на ПС 90; на ПС 60, 77 и 90 приходит по одной цепи от ПС «Магнитогорская» и «Смеловская» (ввод на ПС 60 – с заходом на ПС 86 кислородной станции №5). Кроме того, на ПС 60 приходит двухцепная линия 110 кВ с ПС «Смеловская». В настоящий момент кольцевая сеть 110 кВ разомкнута в двух точках: отключена ВЛ ТЭЦ-ЦЭС со стороны ЦЭС (ПС 64 питается от ТЭЦ) и отключена ВЛ ПС 90-ПС 60 со стороны ПС 90 (ПС 88 питается с шин ПС 60). Система электроснабжения включает в себя собственные электрические станции, которые имеют связи с энергосистемой, соизмерима по нагрузке с рядом небольших энергосистем, но ее удельная мощность на единицу площади превосходит любую из энергосистем, что является ее существенным отличием [1].

Для  проведения исследований трехфазных коротких замыканий при подключении перспективной линии ПС-60-ЦЭС и сравнения результатов  были выбраны сборные шины узловой подстанции - ПС 60 и собственной электростанции - ЦЭС. В результате с помощью алгоритма расчета и программного обеспечения [1] были получены следующие значения токов короткого замыкания (ТКЗ) [2] в начальный момент времени при различных конфигурациях существующей схемы МЭУ (вариант-1 разомкнутое кольцо, вариант-2 замкнутое кольцо, вариант-4 два параллельных кольца, вариант-4 разделенные четыре полукольца), которые сведены в таблицу 1.

 

Таблица 1 - Токи периодической составляющей в начальный момент времени при трехфазных коротких замыканиях на секциях шин при различных  конфигурациях

Из полученных результатов видно, что подключение перспективной линии ПС 60-ЦЭС не оказывает большого влияния на значения токов периодической составляющей, значения которых увеличились не более, чем на 1 кА, что не приведет к замене коммутационного высоковольтного электрооборудования и не потребует вложения дополнительных средств.

В таблице 2 приведены результаты расчета динамической устойчивости [3] генераторов ЦЭС при различных конфигурациях сети.

Таблица 2 - Критерии оценки конфигурации схемы сети 110 кВ при коротком замыкании на шинах РУ‑110 кВ ПС 60 с подключением перспективной линии ПС 60-ЦЭС

Вариант конфигурации сети 110 кВ	Максимальный угол ротора турбогенератора в эл. град., наименования генераторов	Предельное время отключения ТКЗ, в сек.
Вариант 1	ЦЭС ТГ-5 - 135° процесс затухает ЦЭС ТГ-6 - 132° процесс затухает ЦЭС ТГ-7 - 141° процесс затухает	0,5
Вариант 2 I с. ш.	ЦЭС ТГ-5 - 135° процесс затухает ЦЭС ТГ-7 - 152° процесс затухает	0,6
Вариант 2 II с. ш.	Нет генераторов превышающих угол ротора более 90°, процесс затухает	0,6
Вариант 3 I с. ш.	ЦЭС ТГ-5 - 81° процесс затухает ЦЭС ТГ-7 - 88° процесс затухает	0,6
Вариант 3 II с. ш.	ЦЭС ТГ-5 - 130° процесс затухает ЦЭС ТГ-6 - 128° процесс затухает ЦЭС ТГ-7 - 140° процесс затухает ПВЭС-2 ТГ-4 - 85° процесс затухает	0,7
Вариант 4	Нет генераторов превышающих угол ротора более 90°, процесс затухает	0,6

Как видно из таблицы 2 при подключении перспективной линии ПС 60-ЦЭС наибольшей динамической устойчивостью будет обладать вариант 3, так как имеет наибольшее предельное время отключения ТКЗ. Равноценными будут являться варианты 2 и 4. Наихудшим вариантом будет вариант 1,так как имеет наименьшее предельное время отключения ТКЗ  и наибольший заброс углов роторов генераторов ЦЭС [4] рисунок 1 соответственно ТГ-5,ТГ-6, ТГ-7 .

Рис. 1. Собственные углы  роторов генераторов при  коротком замыкании на шинах РУ‑110 кВ ПС 60  для t_{предел.откл}=0,5 (вариант 1)

Как видно по результатам расчета при подключении перспективной линии ПС 60-ЦЭС наибольшей динамической устойчивостью будет обладать вариант 3, так как имеет наибольшее предельное время отключения ТКЗ. Равноценными будут являться варианты 2 и 4. Наихудшим вариантом будет вариант 1,так как имеет наименьшее предельное время отключения ТКЗ  и наибольший заброс углов роторов генераторов [5]. Данные рекомендации позволят выбрать оптимальную конфигурацию электрической сети, что даст возможность повысить объемы производства и обеспечить энергоэффективность использования вторичных энергоресурсов. Увеличение генерирующей мощности собственных электростанций снизит зависимость Магнитогорского энергетического узла от энергосистемы, что приведет к снижению себестоимости электроэнергии.

Литература

1. Ротанова Ю.Н. (Кондрашова Ю.Н.) Повышение устойчивости системы электроснабжения промышленного предприятия с собственными электростанциями при коротких замыканиях [Текст] / Ю.Н. Ротанова: дис. … канд. техн.наук: 05.09.03. // МГТУ им. Носова – Магнитогорск: 2008. – 144 с.
2. Ротанова Ю.Н. Представление машин переменного тока в расчетах динамической устойчивости систем электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями / Б.И. Заславец, В.А. Игуменщев, А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Ротанова // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика – 2008. - № 11 (111). – С. 3-8.
3. Игуменщев В.А. Расчет динамических характеристик синхронных и асинхронных двигателей промышленных предприятий с целью анализа устойчивости систем электроснабжения / В.А. Игуменщев, А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Ротанова // Вестник магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2006. - № 2. – С. 71-75.
4. Заславец Б.И. Анализ переходных процессов в системах электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями в режимах выхода на раздельную работу после короткого замыкания / Б.И. Заславец, В.А. Игуменщев, Н.А. Николаев, А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Ротанова // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2009. - № 1. – С. 60-65.
5. Буланова О.В. Управление режимами промышленных электростанций при выходе на раздельную работу [Текст] / О.В. Буланова: дис. … канд. техн.наук: 05.09.03. // МГТУ им. Носова – Магнитогорск: 2007. – 150 с.