ОЦЕНКА НЕСИНХРОННОЙ РАБОТЫ АПВ ПРИ ТРЕХФАЗНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНЯХ В УСЛОВИЯХ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

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

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

ОЦЕНКА НЕСИНХРОННОЙ РАБОТЫ АПВ ПРИ ТРЕХФАЗНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНЯХ В УСЛОВИЯХ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Аннотация.

При работе несинхронного автоматического повторного включения АПВ (НАПВ) имеют место режимы ресинхронизации генераторов собственных электростанций, которые могут сопровождаться значительными изменениями токов и напряжений в различных точках электрической сети. В режиме раздельной работы при значительных расхождениях углов, которые могут возникнуть в режиме раздельной работы, процесс ресинхронизации возможен и зависит от конфигурации электрической схемы.

Ключевые слова: несинхронное автоматическое повторное включение резерва, ресинхронизация генераторов, конфигурация электрической сети, раздельная работа.

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

ASSESSMENT OF NONSYNCHRONOUS OPERATION OF APV IN CASE OF THREE-PHASE SHORT ZAMYKANYAKH IN THE CONDITIONS OF SYSTEM OF ELECTRICAL POWER SUPPLY OF THE ENTERPRISE OF FERROUS METALLURGY

Abstract

By operation of nonsynchronous automatic repeated switching on of APV (NAPV) modes of resynchronization of generators of own power stations which can be accompanied by the considerable changes of currents and tension in different points of an electrical network take place. In a mode of separate operation in case of the considerable discrepancies of angles which can arise in a mode of separate operation, process of resynchronization is possible and depends on a configuration of an electric circuit.

Keywords: nonsynchronous automatic repeated switching on of a reserve, resynchronization of generators, configuration of an electrical network, separate operation.

Ввиду того, что количество изменений, связанных с ростом и изменением нагрузки предприятия черной металлургии большое и их значимость существенна, можно заключить, что образуется практически новая схема электроснабжения. Так возникает необходимость рассмотрения различных конфигураций существующей схемы Магнитогорского энергетического узла (МЭУ) с последующим сравнением по таким критериям как: анализ загруженности линий электропередач и автотрансформаторов  в нормальных эксплуатационных и ремонтных режимах, анализ токов короткого замыкания, остаточных напряжений, оценка динамической устойчивости генераторов собственных электростанций [1], анализ последствий выхода на раздельную работу собственных электростанций после короткого замыкания, а также анализ выхода на раздельную работу при несинхронной работе АПВ после короткого замыкания и последующее восстановление параллельной работы генераторов собственных электростанций.

Данные исследования в настоящее время являются достаточно актуальными и позволяют спрогнозировать оптимальный вариант конфигурации МЭУ для дальнейшей реализации в системе электроснабжения. Это позволит предотвратить возможные аварии и сократить нарушения сложных технологических процессов на металлургическом предприятии и сократить время простоев электрооборудования, при этом снизив незапланированных расходы материальных средств.

Расчёты для данного исследования позволяет произвести программное обеспечение разработанное на кафедре ЭПП "Расчет установившихся и переходных режимов и режимов замыкания на землю систем электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями" [1]. Результаты исследования позволят дать рекомендации, которые позволят повысить динамическую устойчивость [2] тем самым обеспечат нормальное функционирование схемы МЭУ при дальнейшем развитии.

В качестве объекта выбрана система электроснабжения МЭУ, которая имеет сложную многоуровневую иерархию, объединяющую энергетические объекты различного функционального назначения: подстанции связи с энергосистемой, собственные электрические станции, питающие и распределительные сети 110-220 кВ, электрические сети и электроустановки внутризаводского и внутрицехового электроснабжения, в связи с чем он является весьма подходящим объектом самых разнообразных исследований, в том числе и оперативно-диспетчерского управления системами электроснабжения и собственными электростанциями.

В настоящее время 80-85% всего объема электроэнергии, расходуемой на нужды структурных подразделений комбината, вырабатывают три электростанции. Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой этими станциями, существенно ниже, чем покупаемой на розничном рынке. Электростанции наряду с природным используют попутные (утилизированные) доменный и коксовый газы. Все электростанции имеют не блочные тепловые схемы и предназначены для выработки как тепловой, так и электрической энергии. Оборудование станций характеризуется существенной разнородностью. Установленная мощность турбин колеблется от 4 до 60 МВт. Основную долю составляют теплофикационные паровые турбины, часть из которых работает в конденсационном режиме (ПВЭС-2). Имеются, кроме того, турбины с противодавлением (ЦЭС, ПВЭС-2). Выдача электроэнергии осуществляется на напряжении от 3 до 110 кВ.

При работе несинхронного АПВ (НАПВ) имеют место режимы ресинхронизации генераторов собственных электростанций, которые могут сопровождаться значительными изменениями токов и напряжений в различных точках электрической сети. В режиме раздельной работы [3] при значительных расхождениях углов, которые могут возникнуть в режиме раздельной работы, процесс ресинхронизации возможен и зависит от конфигурации электрической схемы.

В таблице 1 представлены результаты расчетов режимов  выхода на раздельную работу и последующее восстановление [4]  параллельной при симметричных коротких замыканиях на примере отделения узла электростанций ТЭЦ и ЦЭС-ПВЭС СЭС МЭУ для параллельной конфигурации колец.

Таблица 1

Примечание: U₁, U₂-минимальное и максимальное значение напряжения при раздельной работе, U₃-напряжение в первой момент ресинхронизации, U₄-напряжение в установившемся режиме после восстановления.

При выходе на раздельную работу узла [5] ТЭЦ при различных конфигурациях было выявлено, что успешное восстановление параллельной работы характерно для варианта параллельных колец (рисунок 1), при этом время отключения составляет 0,7 с, увеличение частоты 50,1 Гц и напряжение в установившемся режиме после восстановления  114,13 кВ. Результаты аналогичных параметров для других вариантов составляют время отключения 0,4-0,6 с, частота 50,8-51,154 Гц и напряжение в установившемся режиме после восстановления  103,78-118,59 кВ, это говорит о том, что узел ТЭЦ является избыточным узлом по активной мощности. А также в работе был рассмотрен режим выхода на раздельную работу узла ЦЭС-ПВЭС, однозначных рекомендаций при выборе конфигурации электрической сети не представляется возможным, так как параметры, влияющие на восстановление параллельной работы отличаются не существенно (время отключения составляет 0,1 с.), при дальнейшем увеличении времени отключения восстановление параллельной работы невозможно[1].

Рис. 1 - Режим 1. Взаимные углы генераторов относительно ТГ-3 ТЭЦ при раздельной работе ТЭЦ в режиме короткого замыкания  на РУ-110 кВ при t_{пред.откл}=0,7 и t_восст=1,8 с.

Восстановление параллельной работы осуществляется за счет действия АПВ. Противоаварийная  автоматика должна осуществлять повторное включение выделившегося узла сети при таких значениях  углов роторов, при которых обеспечивается наиболее быстрая синхронизация генераторов и отсутствуют значительные броски токов статоров (рисунок 1). Существенное влияние при этом оказывает момент включения генераторов на параллельную работу: либо это  происходит при нулевом значении угла генератора, либо при угле равном  установившемуся  значению. Как показывают расчеты, искомый момент времени соответствует переходу угла через ноль. Это связано с тем, что значение тока статора при этом тоже близко к нулю[1].

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. 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.
3. 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.
4. Ротанова Ю.Н. (Кондрашова 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.
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.