Содержание к диссертации
Стр.
Введение б
Глава 1. Анализ эффективности функционирования РЗА предприятий непрерывного производства по критерию устойчивости
технологических установок 13
Анализ предприятий непрерывного производства 13
Показатели качества электроэнергии 17
Причины провалов напряжения 21
1.3.1. Провалы, вызванные большими нагрузками 22
1.3.2.Провалы сетевого происхождения 22
Влияние провалов на устойчивость технологического процесса.... 24
Оценка полноты действующих критериев эффективности функционирования РЗА 35
Обоснование дополнительного критерия эффективности РЗА, обеспечивающего совместимость систем электроснабжения и электроприемников предприятий непрерывного производстства... 42
Выводы 43
Глава 2. Исследование границ зон устойчивости технологической
установки при различных временных уставках РЗА 44
Общие положения о надежности системы электроснабжения технологической установки 44
Анализ технологических установок НПЗ 45
Перечень мероприятий по повышению надежности электроснабжения и обеспечению устойчивости работы технологических установок 46
Основные положения методики аудита надежности электроснабжения технологических установок 48
Состояние схемы внешнего электроснабжения и ее РЗА 50
Построение математической модели системы электроснабжения... 52
Характеристика расчетной схемы 52
Построение структурной схемы математической модели 53
Параметры элементов структурной схемы 56
2.7. Расчет токов короткого замыкания 56
Расчет периодических токов при трехфазных КЗ в ЗРУ-бкВ ГПП-2 57
Расчет периодических токов при трехфазных КЗ в РУ-бкВ
ТП ГПП-2 59
2-.8. Определение зон нарушения функционирования потребителей
в электрической сети СЭС НПЗ 60
2.8.1. Характер провалов напряжения у потребителей при
коротких замыканиях во внешних сетях ПО кВ 60
2.8.2. Расчет и анализ режимов двигателей при КЗ в сети ВН
НПЗ 67
2.8.3. Оценка динамической устойчивости СД при КЗ во
внутризаводской сети 69
2.9. Определение границы устойчивости технологической установки
к провалам напряжения 74
2.10. Выводы 75
Глава 3. Исследование и разработка методики прогнозирования
параметров потока провалов в системе электроснабжения,
обусловленных действием РЗА 77
Методика статистического прогнозирования потока провалов напряжения в системе электроснабжения 77
Основные проектные решения и состояние РЗА внутренней
системы электроснабжения НПЗ 78
3.3. Моделирование аварийных переключений и действие устройств
релейной защиты и автоматики 82
Общие положения 82
Математическое моделирование электросети 110/220 кВ... 88
Расчет остаточных напряжений на шинах подстанций НПЗ 92
Определение параметров провалов питания на секции ТП-83 95
Данные по провалам питания на секции ТП-83 95
Прогнозируемые провалы напряжения на секции ТП-83 98
Определение параметров потока нарушений технологии из-за провалов питающего напряжения 101
Выводы 102
Глава 4. Разработка мероприятий по повышению эффективности
функционирования РЗА 103
Общие рекомендации ЮЗ
Планирование и организация работ 109
4.3.ТЭЦНПЗ 109
Программа и оценка требуемого объема ТПР НО
Техническая политика по замене средств РЗА 115
Организационно-техническое мероприятие по режиму работы секционных выключателей во внешней сети 110 кВ электроснабжения НПЗ 116
Средства ОМП во внешней сети 110 кВ электроснабжения НПЗ 118
Мероприятия по повышению эффективности функционирования
РЗА во внешней сети 110 кВ электроснабжения НПЗ 119
4.9. Оценка эффективности работы РЗ при неполнофазных режимах.... 119
Цифровое осциллографирование в СЭС НПЗ 120
Мероприятия по обеспечению непрерывного электроснабжения потребителей особой группы 122
Совершенствование методики проектирования РЗА и расчетов 125 токов короткого замыкания 127
Совершенствование методики эксплуатационных проверок РЗА... 128
Оценка эффективности БАВР
Анализ статистики параметров провалов напряжения 129
по состоянию СЭС НПЗ на 2006 г
Прогноз статистики параметров провалов напряжения при работе 130 ТЭЦ НПЗ
Мероприятия для повышения устойчивости основного и рабочего 131 вспомогательного технологического оборудования
Мероприятия для повышения устойчивости функционирования 132 системы управления технологической установки
Мероприятия для повышения устойчивости функционирования 134 вспомогательного оборудования
Дополнительные источники питания потребителей особой группы 135 технических установок
Дополнительные источники питания потребителей особой группы 136 для обеспечения безопасности
4.22. Определение параметров провалов питания на секции ТП-83 137
с учетом мероприятий ТПР РЗА
4.23 .Прогноз статистики параметров провалов напряжения 141
по результатам ТПР 141
4.24. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 145'
Список использованных источников 156
Приложение 1. Краткое описание технологического процесса НПЗ
Приложение 2. Режимы синхронных двигателей при коротких 163
замыканиях
Приложение 3. Режимы синхронных двигателей при перерывах 170
питания 178
Приложение 4. Режимы электродвигателей при КЗ в сети ВН 182
Приложение 5. Параметры элементов схемы
Введение к работе
Обеспечение устойчивости работы отдельных и объединенных энергосистем, а также ЕЭС России в целом в определяющей мере связано с функционированием релейной защиты и автоматики (РЗА), предназначенными осуществлять быструю и селективную автоматическую ликвидацию повреждений и аварийных режимов в электрической части энергосистем.
Актуальность темы исследования обусловлена значительным уровнем технико-экономических и экологических ущербов на предприятиях непрерывного производства из-за провалов напряжения. К таким предприятиям относятся нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ), газодобывающие и перерабатывающие комбинаты, сталеплавильные и металлообрабатывающие производства и другие предприятия и организации, относящиеся к особой группе по требованиям безопасности при нарушениях электроснабжения.
Основной причиной нарушения устойчивости технологических установок (ТУ) являются провалы напряжения при действии РЗА после КЗ во внутренней и внешней частях системы электроснабжения (СЭС), поэтому на многих предприятиях разворачиваются работы по техперевооружению (ТПР). Обоснованные рекомендации должны повысить технико-экономическую эффективность принимаемых решений.
Существует много способов повышения устойчивости работы ТУ. Возникает актуальный вопрос - как выбрать необходимую и достаточную комбинацию мероприятий по изменению структуры и параметров РЗА, которая обеспечит устойчивость ТУ и минимизирует затраты?
Критерием необходимости и достаточности является совместимость свойств и характеристик СЭС и ТУ. Совместимость может проверяться по многим показателям качества электрической энергии, однако применительно к устойчивости ТУ предприятий непрерывного производства определяющую роль играют провалы питающего напряжения.
Целью работы является разработка мероприятий по обеспечению устойчивости нагрузки предприятий непрерывного производства на основе повышения эффективности функционирования релейной защиты и автоматики.
Для достижения поставленной цели решен следующий комплекс задач: 1). Анализ эффективности функционирования РЗА предприятий непрерывного производства по критерию устойчивости ТУ и обоснование дополнительного отраслевого признака эффективности РЗА.
2). Исследование и разработка методики определения границ зон
устойчивости технологической установки предприятий непрерывного
производства при различных временных уставках РЗА.
3). Исследование и разработка методики прогнозирования параметров потока провалов в системе электроснабжения предприятий непрерывного производства.
4). Разработка мероприятий по повышению эффективности функционирования РЗА с целью обеспечения устойчивости ТУ предприятий непрерывного производства.
Объектом исследования является устойчивость функционирования технологических установок предприятий непрерывного производства при провалах напряжения электропитания в результате коротких замыканий и последующего действия РЗА.
Предметом исследования является повышение эффективности функционирования устройств РЗА с целью обеспечения устойчивости технологических установок предприятий непрерывного производства в условиях потока провалов питающего напряжения.
Для решения поставленных в работе задач использовались: теория электромагнитных переходных процессов в электрических цепях, теория электромеханических переходных процессов в электроэнергетических системах, методы математического и физического моделирования, экспериментальные исследования на физических и цифровых моделях и в условиях реальных энергообъектов. Для решения задачи с помощью обработки
8 результатов математического моделирования рассмотрены события и явления в системе электроснабжения. С использованием критериев электромагнитной совместимости разработан комплекс технических мероприятий по техническому перевооружению и реконструкции внешней и внутренней системы электроснабжения, ее системы релейной защиты и автоматики и электропривода ТУ предприятий непрерывного производства.
Общая идея исследования базируется на обеспечении электромагнитной и электромеханической совместимости динамических характеристик системы электроснабжения и характеристик электроприводов ТУ предприятий непрерывного производства при провалах напряжения, обусловленных потоком КЗ и последующим действием РЗА.
Совместимость характеристик должна быть обеспечена в условиях переходных процессов при коротких замыканиях в системе электроснабжения с подключенными электроприемниками.
Одним из показателей качества электроэнергии является провал
напряжения — внезапное и значительное снижение напряжения (менее 90 %
ин0м) длительностью от нескольких периодов до нескольких десятков секунд с
последующим восстановлением напряжения. {
Причин провалов напряжения несколько. В данной работе рассматривается поток провалов питающего напряжения, обусловленный потоком коротких замыканий с последующим действием РЗА.
В результате появляется возможность разработать мероприятия программы техперевооружения по изменению параметров и структуры РЗА с наибольшим технико-экономическим эффектом, что является реализацией удовлетворения потребностей при экономических обоснованиях решений по РЗА.
Научная новизна и значимость полученных результатов:
1. Установлено, что дополнительным отраслевым критерием эффективности РЗА предприятий непрерывного производства является требование обеспечения совместимости характеристик СЭС и ее РЗА с
9 характеристиками ТУ по признаку устойчивости технологических процессов при потоке провалов напряжения.
2. Разработана методика определения границ зон устойчивости по каждой группе электроприемников ТУ применительно к предприятию непрерывного производства при различных временных уставках РЗА, сущность которой заключается в том, что:
а) Характеристикой ТУ является граница зоны ее устойчивости при провалах напряжения
-для основного электропривода, ответственной вспомогательной нагрузки и системы управления по границе между зонами В и С (восстановление нормальной работы без участия персонала),
-для остальной нагрузки ТУ- между зонами С и D (восстановление при участии персонала без ремонта) .
б) Искомые границы зоны устойчивости находятся:
для основного электропривода и ответственной вспомогательной двигательной нагрузки путем обработки результатов мониторинга, а также путем обработки результатов математического моделирования.
для системы управления ТУ методом лабораторных экспериментов, мониторинга и расчетов.
в) Результирующая граница зоны устойчивости ТУ находится по правилу
«ИЛИ» зон устойчивости частей ТУ.
3. Разработана методика прогнозирования параметров потока провалов питающего напряжения применительно к предприятию непрерывного производства. Методика учитывает данные о потоке КЗ во внешней и внутренней частях СЭС и динамические свойства электроприемников ТУ, а также структуру и параметры системы РЗА.
а) Установлено, что характеристикой СЭС для проверки ее совместимости с характеристиками ТУ является статистический прогноз параметров потока провалов напряжения.
10 б) При проверке совместимости характеристик ТУ и прогнозе параметров потока провалов удается выявить неблагоприятные сочетания, при которых возможны нарушения устойчивости ТУ. Практическая ценность работы.
1. Разработанные методики позволяют количественно оценивать
эффективность мероприятий по изменению структуры и параметров РЗА СЭС
предприятий непрерывного производства путем сопоставления границ зон
устойчивости нагрузок ТУ и значений параметров потока провалов питающего
напряжения.
2. С помощью разработанных методик возможно ранжировать
очередность мероприятий по ТПР структуры и параметров РЗА, которые
позволяют обеспечить устойчивость ТУ и минимизировать затраты.
3. Установлено, что доминирующей причиной неустойчивости ТУ является
неустойчивость ее системы управления.
Для обеспечения устойчивости ТУ следует обеспечить координацию границы зоны удержания магнитных пускателей (МП). Для достижения практической цели значительного повышения устойчивости МП к провалам напряжения следует обеспечить расположение их границы между зонами удержания-отпадания на уровне С/ост = 0; tnp = 3...10 секунд с возможностью регулировки.
Рекомендуется применить опережающее деление сети на п/ст 220/110 кВ во внешней части СЭС.
Снижена глубина и длительность провалов напряжения на предприятиях нефтепереработки за счет повышения эффективности функционирования РЗ, что позволило обеспечить устойчивость ТУ.
Предлагается секционные выключатели оборудовать дополнительной РЗА опережающего деления I и II СШ без выдержки времени на срабатывание. Последующее повторное включение осуществляется автоматически с выдержкой времени около 5 с с контролем условий синхронизма. Уставки этой
РЗА определяются при проектировании. Повторное включение может осуществляться вручную.
РЗА опережающего деления I и II СШ ПО кВ может выводиться из действия в ремонтных и аварийных режимах.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Результаты исследований эффективности функционирования РЗА по
критерию устойчивости ТУ и обоснование дополнительного признака
эффективности функционирования РЗА предприятий непрерывного
производства при провалах напряжения.
2. Предложенная методика определения границ зон устойчивости
технологических установок при различных временных уставках РЗА при
провалах напряжения во внешней и внутренней частях СЭС.
Предложенная методика прогнозирования параметров потока провалов в системе электроснабжения предприятий непрерывного производства.
Методы и средства решения задачи повышения эффективности РЗА с целью обеспечения устойчивости технологических установок предприятий непрерывного производства при действии РЗА в следствии потока КЗ.
В первой главе производится анализ известных публикаций, нормативно-технической документации (ПУЭ, ПУ, отраслевые инструкции), проектных решений и опыта эксплуатации СЭС НПЗ и обосновывается дополнительный отраслевой критерий эффективности РЗА применительно к предприятиям непрерывного производства с позиции требования обеспечения совместимости характеристик СЭС и ее РЗА с характеристиками ТУ.
Во второй главе разрабатывается методика определения
количественных значений характеристик ТУ и ее электропривода в форме границ зон устойчивости ТУ при различных временных уставках РЗА. Методика предусматривает логическую обработку зон неустойчивости каждой из частей ТУ по правилу дизъюнкции, при этом граница зоны неустойчивости находится путем обработки результатов математического моделирования.
В третьей главе производится разработка методики прогнозирования параметра потока провалов напряжения, порождаемого свойствами СЭС и ее РЗА. Особенностью методики, разрабатываемой в диссертации, является учет возможного изменения длительности и глубины провала при выбеге и запуске мощной двигательной нагрузки для различных сечений СЭС.
В четвертой главе рассматривается разработка технических предложений и рекомендаций по изменению структуры и параметров РЗА для повышения эффективности функционирования РЗА и замене электрооборудования подстанций с целью расширения зоны устойчивости ТУ.
В заключении приведены основные научные и практические результаты, представляющие законченную работу, решающие актуальную научно-техническую задачу повышения эффективности функционирования РЗА с целью обеспечения устойчивости нагрузки предприятий непрерывного производства.
