Отчет по практике: Разработка параметров оценки провалов напряжения и требований к динамическому компенсатору искажения напряжения

Разработка параметров оценки провалов напряжения и требований к ДКИН

Выполнил

студент кафедры ЭПП Марков Ю.В.

Реферат

Отчет 11 с., 1 ч. 1 табл., 7 источников

Разработка параметров оценки провалов напряжения и требований к ДКИН.

Объектом исследования является устройство ДКИН.

Цель работы -- дать определение провалам напряжения, разработать параметры и методы оценки провалов напряжения и выделить основные требования к ДКИН.

Введение

Качество электрической энергии оказывает большое влияние на технологические процессы предприятий. Работа электродвигателей различных механизмов, микропроцессорной техники, АСУ производственным процессом и систем телекоммуникаций, блоков цифровых технологий и интернета часто прерывается очень короткими по продолжительности провалами и перенапряжениями питающего напряжения. Например, для экономики США ущерб от плохого качества электроэнергии оценивается более чем в 150 млрд. долл. в год.

Основными причинами нарушения надежности электроснабжения потребителей являются короткие замыкания в схемах внешнего и внутреннего электроснабжения. Провалы напряжения у потребителей настолько же неизбежны, насколько неизбежны короткие замыкания в сетях, число которых растет по мере старения и изношенности электрооборудования и следует ожидать увеличения частоты возникновения провалов напряжения.

Из-за значительной протяженности воздушные линии электропередачи подвержены всем видам атмосферных воздействий (ветер, грозы, гололед), которые являются причинами различных видов нарушений электроснабжения (вплоть до полного прекращения подачи электроэнергии). Длительность и характер возмущений зависят от структуры энергосистемы и времени работы РЗА. Статистика свидетельствует, что провалы напряжения глубиной более 50 % составляют лишь 10 % от общего числа; более 80 % провалов длятся десятые доли секунды.

Провалы напряжения -- случайные события. Ожидаемое число ПН может быть от нескольких единиц до нескольких сотен в год. Эти события возникают в любой сети и происходят из-за таких случайных факторов, как атмосферные явления (грозовая деятельность), состояние сети, работа ее средств автоматики и защиты, а также могут быть обусловлены ошибками оперативного персонала. Проявление перечисленных факторов неопределенно по месту и времени и относится к случайным событиям, вероятность которых должна рассматриваться как прогноз.

Провалы напряжения влияют на подключенные к сети электроприемники, которые могут иметь различные уровни устойчивости к ПН. Превышение уровня устойчивости электроприемника к ПН, как правило, приводит к нарушению условий его нормального функционирования или отказу. Поэтому ПН характеризуют надежность электроснабжения, оценивая его бесперебойность. Поскольку практически все виды современных электроприемников (ЭП) восприимчивы к ПН, необходимо уделять внимание способам предотвращения ПН на зажимах ЭП. Таким образом, ПН представляют собой объективный фактор, а защита от них для предотвращения последствий является необходимым условием, учитываемым как при проектировании СЭС, так и при ее эксплуатации. Это могут быть как конструктивные, так и схемные решения.

Основные определения и источники провалов напряжения

В соответствии с ГОСТ 23875-88 «Качество электрической энергии. Термины и определения» провал напряжения (ПН) - это «внезапное значительное снижение напряжения в системе электроснабжения с последующим его восстановлением»; а по ГОСТ 13109-97 «провал напряжения - внезапное понижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9 Uном, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд». Таким образом, ПН - это понижение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от нескольких периодов до нескольких десятков секунд. Провал напряжения характеризуется тремя параметрами: глубиной , длительностью и частостью.

Глубина провала - это «величина, равная разности между номинальным или базовым значением напряжения и наименьшим действующим значением во время его провала» (ГОСТ 23875-88).

Длительность провала - это «интервал времени между начальным моментом провала напряжения и моментом восстановления напряжения до первоначального или близкого к нему уровня» (ГОСТ 13109-97).

«Частость появления провалов напряжения - число провалов напряжения определенной глубины и длительности за определенный промежуток времени, по отношению к общему числу провалов за этот же промежуток времени» (ГОСТ 23875-88).

Из этих показателей ГОСТ нормирует только длительность провала напряжения, предельно допустимое значение которой в электрических сетях напряжением до 20 кВ не должно превышать 30 с. Остальные показатели провалов напряжения не нормируются.

Экономический ущерб от снижения качества электрической энергии -это «выраженные в стоимостном исчислении убытки от снижения производительности или повреждения электротехнических устройств и электрооборудования, а также другие затраты, возникающие в связи с ухудшением качества электрической энергии» (ГОСТ 23875-88).

Источники провалов напряжения. Источниками ПН могут являться сети как энергоснабжающих организаций, так и потребителей электроэнергии. В электрических сетях энергоснабжающих организаций ПН возникают при КЗ и при аварийных и оперативных переключениях. На предприятии наибольшие колебания напряжения вызывают дуговые печи (ДСП), электросварочные установки (ЭСУ), прокатные станы, прессы, асинхронные и синхронные двигатели при пусках и самозапусках.

Причинами провалов напряжения являются короткие замыкания, которые обуславливаются рядом объективных и субъективных причин: удары молнии, загрязнение изоляции, механические повреждения опор, касание проводов посторонними предметами, ошибочные действия оперативного и ремонтного персонала и т.п. Согласно статистике, 70% повреждений в воздушных сетях 110 кВ приходится на однофазные короткие замыкания(ОКЗ), 20% - на двухфазные или двухфазные на землю и 10% - трехфазные.

Глубина ПН зависит от удаленности от места КЗ и находится в пределах от 100 до 10 % номинального напряжения, а их длительность, зависящая от типа релейной защиты и быстродействия выключателей, - в пределах от 0,1 до 1,5 с. Провалы напряжения, возникающие при аварийных (иногда оперативных переключениях), достигают 100 % при длительности до 1 с.

В силу конструктивных и схемных особенностей чувствительные электроприемники реагируют на самые незначительные, но, к сожалению, довольно частые в повседневной зарубежной и отечественной практике нарушения электроснабжения. Это относится к процессам, зачастую имеющим длительность всего сотые доли секунды, в то время как продолжительность срабатывания устройств автоматического включения резерва (АВР) и автоматического повторного включения (АПВ) существенно больше (в лучшем случае -- десятые доли секунды, а обычно -- 1 с и более). В результате минимальная длительность бестоковой паузы при АВР и АПВ во много раз превышает предельно допустимое время перерыва в электроснабжении чувствительной к нарушениям нагрузки.

При кратковременных нарушениях электроснабжении, а также в период срабатывания существующих устройств АВР или АПВ могут происходить сбои в работе электродвигательной нагрузки, компьютеров, управляющих и других электронных систем, в том числе работающих в режиме реального времени. В результате этого возникают нарушения технологического процесса, возможны сбои в системах управления, потеря информации, сопровождаемые экономическими потерями, многократно превышающими стоимость нарушения электроснабжения.

Методика оценки параметров провалов напряжения

Для разработки защиты от ПН и предотвращению их последствий необходимо располагать прогнозом ПН для конкретной СЭС. Прогнозы можно делать по имеющейся статистике, получаемой на основе многолетних регистрируемых наблюдений или расчетов для конкретной сети. Для регистрации глубины и длительности ПН необходимо организовать длительные измерения специальными приборами, которые дадут тем более достоверные прогнозы, чем шире масштаб охваченной измерениями сети.

В России нет опубликованных данных об измерениях такого рода, но в определенные статистические данные о фактах возможных ПН можно получить по записям в оперативных журналах. Некоторые представления о характеристиках ПН в электрических сетях высокого напряжения приведены в табл. 1. Как видно из табл. 1, наиболее вероятной причиной ПН является грозовая деятельность. Молния, представляя собой электрический разряд в атмосфере, -- наиболее мощный естественный источник электромагнитных возмущений. В силу ряда очевидных причин, таких как конструктивные особенности и др., наиболее часто подвержены ударам молнии воздушные линии электропередачи, которые испытывают десятки ударов молнии и могут в ряде случаев привести к возникновению устойчивого КЗ на линии и отключению линии. Зная вероятное число ударов молнии в линии, которые приводят к КЗ, можно прогнозировать и ПН.

Таблица 1

Для расчета характеристик ПН необходимо учитывать реальную структуру и конфигурацию СЭС и ее режим работы электрооборудования, подключенных вплоть до шин 0,4 кВ. Модель исследуемой СЭС должна отражать ее так подробно, чтобы выполненные расчеты дали возможность определять не только напряжения, токи, мощности в интересующих узлах, но и отклонения этих параметров от нормальных установившихся значений.

Для создания расчетной модели должен использоваться программный комплекс расчетов установившихся и переходных электромагнитных и электромеханических процессов в системах электроснабжения промышленных предприятий. Математическая модель энергосистемы и СЭС предприятия должна содержать все источники питания (задаваемые своими параметрами), линии, трансформаторы, реакторы, нагрузки каждой ГПП, РП, ПС 110, 10, 6 и 0,4 кВ, параметры средств защиты и автоматики, учитывать перетоки мощностей. Программное обеспечение должно моделировать место КЗ на расчетной схеме, любой вид короткого замыкания и сопротивление в месте КЗ.

Для моделирования процесса ПН необходимо достоверно учитывать состояние коммутационных аппаратов и работу средств РЗА. Кроме того, необходимо учитывать топологические изменения в промышленной сети в соответствии с логикой работы РЗА. Решение данной задачи состоит из трех этапов.

На первом этапе рассчитывается глубина и длительность провала напряжения от момента возникновения КЗ в выбранной точке сети до момента срабатывания выключателя, отключающего это КЗ. По условиям обеспечения бесперебойной работы неповрежденной части системы время отключения КЗ должно быть по возможности малым (не более десятых, а иногда и сотых долей секунды). Поэтому учет быстродействия РЗ является важным условием. Время отключения повреждения складывается из времен срабатывания зашиты tз и выключателя . В сетях 110ч220 кВ обычно с. Поскольку в среднем с, то время срабатывания релейной защиты должно составлять с. Таким образом, длительность таких провалов не будет превышать 0,08 с для потребителей, питание которых сохраняется после отключения КЗ.

На втором этапе учитывается работа АПВ. Напряжение потребителей, у которых после отключения КЗ уровень напряжения ниже номинального, может восстановиться до первоначального уровня или близкого к нему в результате работы АПВ (одно- или двухкратного). Как правило, время срабатывания АПВ принимают равным 2-3 с., но оно может достигать и 10с, что, как показывает опыт эксплуатации, повышает устойчивость АПВ.

На третьем этапе, после срабатывания АПВ, часть трансформаторных ПС может отключиться, что приведет в действие средства АВР, предназначенные для восстановления питания. Как правило, в сети устанавливается несколько устройств АВР, каждое из которых работает независимо от других, но работа всех АВР в совокупности может быть скоординирована заданием временных уставок. Время срабатывания АВР определяется как , где - максимальная выдержка времени защит на линиях, связанных с рабочим источником питания, КЗ на которых сопровождается снижением напряжения на резервируемых шинах ниже напряжения срабатывания пускового органа АВР; -- ступень селективности. В зависимости от установленных средств защиты и автоматики, а также от ступени селективности время срабатывания АВР может находиться в пределах от 1,5 до 5 с.

Для расчета характеристик ПН в модели используется контроль параметров режима в выбранных узлах, в частности - напряжение в заданных узлах, время начала провала и восстановления напряжения в узле.