Введение к работе
Проблема обеспечения нормального режима электроснабжения северных городов имеет важное значение. Это связано не только с необходимостью бесперебойного и экономичного питания важных городских объектов (тепловые пункты, объекты здравоохранения, канализации и др.), но и с обеспечением потребителей электроэнергией заданного качества с учетом требования энергосистемы по коэффициенту реактивной мощности tg
Распределение энергии для разных групп потребителей северных городов имеет свою специфику в части обеспечения уровня надёжности, и как показала практика, периодически возникающие аварийные отключения в электроснабжении городских объектов приводят к значительному ущербу и нарушению нормальной деятельности значительного числа городских жителей. Поэтому надежность системы электроснабжения города (СЭСГ) в тяжелых климатических условиях в значительной степени определяет жизнеспособность города, особенно в зимний период, что подчеркивают важность поставленной в данной диссертационной работе задачи повышения надежности СЭСГ.
Качество электроэнергии является одним из основных требований обеспечивающих нормальную работу СЭСГ в сложных климатических условиях. Одной из причин несоответствия качества электрической энергии у потребителей требованиям стандарта является невысокий уровень организационно-технической подготовленности по управлению качеством электрической энергии, что в ряде случаев приводит к существенному изменению установившегося отклонения напряжения, несинусоидальности, а также к тому, что суммарная нагрузка городских объектов (промышленные и жилой фонд) может содержать 85...90 % несимметричной нагрузки
Учитывая сложившийся высокий уровень загруженности городских электрических сетей реактивной мощностью (60 Мвар при 208 МВт активной мощности в г. Нижневартовске) необходимы технические решения по снижению коэффициента реактивной мощности igip до заданной величины. Поэтому актуальной является задача комплексного подхода к повышению надежности северных городов, учитывающего вышеперечисленные соображения.
Проблеме повышения и оптимизации надежности посвящены работы Г.А. Волкова, Н.И. Воропая, СИ. Гамазина, П.Г. Грудинского, Ю.Б. Гука, М.С. Ершова, Н.А. Казака, В.Г. Китушина, Г.Ф. Ковалева, Б.И. Кудрина, Э.А. Лосева, Н.А. Манова, А.В. Мясникова, В.А. Непомнящего, М.И. Розанова, Ю.Н. Руденко, И.А. Рябинина, Ф.И. Синьчугова, В.И. Старостина, Ю.А. Фокина, Д.В. Холмского, Е.М. Червонного представителей научных школ Московского энергетического института, Санкт-Петербургского государственного горного института, Московского государственного горного университета, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения РАН, Сибирского энергетического института им. Л.А. Мелентьева, научно-педагогической школы элекгротехники, основанной заслуженным деятелем науки и техники РФ профессором ЮЛ. Ковалевым.
Их работы затрагивают в основном вопросы расчета надежности электрических сетей и не учитывают особенности эксплуатации СЭСГ в сложных климатических условиях.
Анализ вышеприведенных работ и надежности СЭСГ позволил определить подход к обеспечению надежности городских потребителей, который включил в себя три момента: обеспечение бесперебойности электроснабжения, заданных показателей качества электроэнергии (ПКЭ) и удовлетворение требований системного оператора по значению tg
Цель работы - оптимизация надежности с учетом стратегии ремонта, сложных климатических условий, параметров режима работы сети при условии обеспечения требуемого уровня качества электроэнергии.
Основными задачами, решаемыми в работе, являются:
- разработка методики расчета надежности СЭСГ с учетом стратегии
ремонта;
- разработка методики расчета надежности ВЛ 35 и 6(10) кВ при грозовых
отключениях;
- проведение анализа уровней напряжения в узлах нагрузки СЭСГ и оптимального распределения реактивных мощностей между существующими источниками реактивной мощности, а также выбор мест установки и мощностей устройств компенсации реактивной мощности (УКРМ) в СЭСГ напряжением 35 и6(10)кВ;
разработка синтезированного критерия и методики оптимизации надежности электроснабжения города в зависимости от времени года для северных городов;
разработка математических моделей, алгоритмов и программного обеспечения ЭВМ, позволяющих реализовать комплексный подход к решению задачи по оптимизации надежности СЭСГ для сложных климатических условий.
Объект исследований - система электроснабжения северного города, ее надежность, параметры и режимы работы.
Предмет исследования - способность СЭСГ, ее отдельных элементов обеспечить бесперебойное питание городских потребителей, методики расчета и оптимизации надежности электроснабжения в зависимости от времени года.
Методы исследования. Дня решения поставленных задач в работе использовались принципы системного анализа, аналитические и экспериментальные методы: математического моделирования электрических сетей, теории надежности, экспериментальных исследований функционирования СЭСГ.
Научная новизна состоит в разработке методик расчета надежности с учетом вида отказов, стратегии ремонта, оптимизации схемных решений в зависимости от времени года.
Основными результатами, определяющими научную новизну диссертации являются:
1. Методика расчета эксплуатационной надежности в СЭСГ на основе моделирования изменения параметра потока отказов элементов сети с восстановлением ресурса, зависящим от стратегии ремонта.
Методика расчета надежности ВЛ 35 и 6(10) кВ при грозовых отключениях, которая основана на суперпозиции законов распределения наработок на отказ элементов сети.
Методика оптимизации структурной надежности электроснабжения северных городов в зависимости от времени года, основанная на синтезированном критерии, который включает в себя два критерия выбора точки токораздела (точки разрыва) для летнего и зимнего времени года.
Достоверность основных теоретических положений подтверждается корректным применением соответствующего математического аппарата; достаточным объемом статистических данных; положительными результатами внедрения разработанных методик оптимизации надежности и рекомендации в практику эксплуатации СЭСГ.
Положения, выносимые на защиту:
1. Методика расчета надежности для различных стратегий и полученные на
их основе результаты расчетов надежности схем питания городских
потребителей.
Методика расчета надежности ВЛ 35 и 6(10) кВ при грозовых отключениях и результаты расчетов, выполненные для них.
Синтезированный критерий и методика оптимизации надежности электроснабжения городов в зависимости от времени года для северных городов.
Рекомендации по обеспечению требуемых ПКЭ и коэффициента реактивной мощности в СЭСГ.
Теоретическая и практическая значимость исследования заключается в разработке методик расчета и оптимизации надежности СЭСГ в сложных климатических условиях.
Основные методические положения и технические решения, изложенные в диссертационной работе, могут быть использованы для обеспечения требуемых ПКЭ СЭСГ и разработки Программы компенсации реактивной мощности по г. Нижневартовску на 2008-2015 годы, системы управления качеством электроэнергии для г. Нижневартовска.
Апробация работы. Основные положения и выводы, представляемые в работе, докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
Семинар «Система телемеханики «Омь» - 7 лет работы в энергетике», Омск, 1997.
Семинар «Автоматизация учВта электроэнергии», Нижневартовск, 1999.
Научно-технический семинар «Новые решения в экономии энергоресурсов России», Омск, 2000.
Заседание Энергоклуба Тюменской области, «Электроснабжение города Нижневартовска и вопросы повышения надёжности», Нижневартовск, 2001.
Международный семинар «Современные методы диагностики и обнаружения повреждения силовых кабелей», Баунах, Германия, 2007.
II Всероссийская научно-техническая конференции с международным участием "Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии", г. Тольятти, 2007.
VI Международная научно-техническая конференция «Динамика систем, механизмов и машин», Омск, 2007.
Научные семинары кафедры электрическая техника ОмГТУ, Омск, 2005-2008 годы.
Личный вклад автора. Поставлены задачи исследования. Разработана методология их исследования, произведен сбор исходных данных по качеству электроэнергии и отказам электрооборудования и авариям в городских электрических сетях. Разработана методика расчета эксплуатационной надежности в СЭСГ на основе моделирования изменения параметра потока отказов элементов сети с учетом стратегии ремонта. Разработана методика оптимизации структурной надежности электроснабжения северных городов в зависимости от времени года на основе синтезированного критерия.
Публикации. По теме диссертации опубликовано девять печатных работ, в том числе одна в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура н объем диссертации: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 179 стр. Содержит 60 рисунков, таблиц и список литературы из 164 наименований.
