Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общие положения. Обзор публикаций по теме диссертации 13
1.1. Возникновение несимметрии напряжений и её характеристики 13
1.2. Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования 17
1.3. Меры борьбы с несимметрией напряжений 21
1.4. Договорные отношения между энергоснабжающей организацией и потребителями 32
1.5. Обзор методов определения фактического вклада несимметричных потребителей 33
1.5.1. Метод включения/отключения потребителя 33
1.5.2. Метод построения зависимости nK3=f(SHazp) 34
1.5.3. Метод баланса мощностей (токов) в узле СЭС 35
1.5.4. Определение ФВ по знаку активной мощности, соответствующей данному ПКЭ 36
1.6. Выводы по главе 1 39
Глава 2. Моделирование установившихся режимов СЭС 40
2.1. Основные положения теории несимметричных режимов. Схемы замещения и уравнения режимов отдельных симметричных составляющих 40
2.2. Схема замещения и уравнения режима прямой последовательности.. 42
2.2.1. Моделирование системы промышленного электроснабжения ... 42
2.2.2. Обобщенные параметры режима для разных иерархических уровней СЭС 49
2.3. Схема замещения и уравнения режима обратной последовательности 55
2.4. Программная реализация расчетов установившихся несимметричных режимов в произвольной СЭС до 1 кВ 60
2.4.1. Характеристика комплекса расчетных программ UNSRFV... 60
2.4.2. Описание комплекса расчетных программ для исследований установившихся несимметричных режимов в произвольной СЭСдо1кВ 61
2.4.3. Описание комплекса сервисных подпрограмм для подготовки исходных данных 67
2.5. Выводы по главе 2 69
Глава 3. Расчетно-экспериментальное определение фактического вклада несимметричного потребителя в общий уровень несиммегрии в точке общего присоединения 70
3.1. Теоретические положения разработанной методики определения фактического вклада несимметричных потребителей в общий уровень несимметрии в точке общего присоединения 70
3.2. Экспериментальное определение фактического вклада потребителя и фактического вклада системы
3.2.1. При номинальной нагрузке сварочных трансформаторов 82
3.2.2. При максимальной нагрузке сварочных трансформаторов 83
3.3. Расчетное определение фактического вклада потребителя и чстемы 84
3.3.1. При номинальной нагрузке сварочных трансформаторов 87
3.3.2. При максимальной нагрузке сварочных трансформаторов 88
3.4. Оценка погрешности методов определения фактического вклада 89
3.5. Выводы по главе 3 90
Глава 4. Методика определения фактического вклада несимметричного потребителя в общий уровень несимметрии в точке общего при соединения 91
4.1. Методика определения фактического вклада потребителя в уровень несимметрии по обратной последовательности в ТОП экспериментальным путем 91
4.1. 1. Необходимое оборудование 91
4.1.2. Техника безопасности при выполнении измерений 93
4.1.3. Последовательность действий при выполнении измерений и расчетов 93
4.1.4. Преимущества и недостатки метода 96
4.2. Методика определения ФВП в общий уровень несимметрии по обратной последовательности в ТОП расчетным путем 97
4.2.1. Необходимое оборудование 97
4.2.2. Последовательность действий при выполнении расчетного эксперимента 97
4.2.3. Преимущества и недостатки метода .100
4.3. Выводы по главе 4 100
Заключение 102
Список использованной литературы 104
Приложения 110
- Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования
- Моделирование системы промышленного электроснабжения
- Теоретические положения разработанной методики определения фактического вклада несимметричных потребителей в общий уровень несимметрии в точке общего присоединения
- Последовательность действий при выполнении измерений и расчетов
Введение к работе
Невозможно представить современную жизнь без такого товара народного потребления как электрическая энергия. Электрическая энергия широко используется во всех сферах жизнедеятельности человека, обладает совокупностью специфических свойств и непосредственно участвует при создании других видов продукции, влияя на их качество. Как и к любому виду продукции к электрической энергии применимо понятие "качество". Несоответствие электрической энергии требованиям к ее качеству приводит к тому, что потребление (использование) в обычных условиях электрической энергии может представлять опасность для жизни, здоровья людей, окружающей среды и причинить вред имуществу потребителей.
Понятие качества электрической энергии (КЭ) отличается г понятия качества других видов продукции. Каждый электроприемник предназначен для работы при определенных параметрах электрической энергии: номинальных частоте, напряжении, токе и т.п., поэтому для нормальной его работы должно быть обеспечено требуемое КЭ. Таким образом, качество электрической энергии определяется совокупностью ее характеристик, при которых электроприемники (ЭП) могут нормально работать и выполнять заложенные в них функции. -
Проблема КЭ развивалась одновременно с развитием индустрии, усложнением технологических процессов, ростом энергосистемы в це,, -м. В начальный период развития энергетики страны КЭ оценивалось лишь количественно, что приводило к ситуациям, когда ло приборным показателям оценочные параметры электрической энергии находились в пределах норм, однако имели место сГчш и аварии в технологических циклах производства. Возникла необходимость оценивать электрическую энергию не только количественно, но и качественно.
В последние годы в различных областях народного хозяйства увеличилось число предприятий, применяющих технологическое оборудование, г ос-
приимчивое к качеству электрической энергии, поставляемой энергоснабжаю-щей организацией. Результаты анкетирования в 1993 г. 150 крупных промышленных потребителей в различных регионах России показали, что 30% опрошенных связывают с ухудшением КЭ выход из строя электрооборудования (двигателей, конденсаторных батарей, радиопередатчиков и др.), Л% отмечают снижение производительности механизмов, а 25% приводят данные по снижению качества выпускаемой продукции. При этом 35% опрошенных промышленных потребителей связывают с ухудшением качества поставляемой электрической энергии ошибки и сбои систем автоматического управления технологическими процессами.
Ввиду того, что надежность, экономичность и эффективность работы электрооборудования промышленных потребителей, производительность и качество выпускаемой продукции теснейшим образом связано с КЭ, то важнейшее значение приобретают вопросы законодательного, нормативного и метрологического обеспечения проблемы КЭ.
Сейчас вся совокупность параметров, характеризующая пригодность электрической энергии к процессам передачи и потребления, сведена в ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». Данным ГОСТом нормируются следующие показатели качества электроэнергии (ПКЭ):
отклонение напряжения;
колебания напряжения;
несинусоидальность напряжения;
несимметрия напряжений;
отклонение частоты;
провал напряжения;
импульс напряжения;
временное перенапряжение.
7 Несимметрия напряжений является важнейшим свойством электрической
энергии, так как оказывает влияние на работу практически всех видов электроприемников (см. Главу 1). Она характеризуется наличием токов и напряжений не только прямой, но обратной и нулевой последовательностей.
КЭ зависит не только от процессов производства электроэнергии, но и от процессов ее транспортировки к месту продажи, а также от процессов ее потребления электроустановками потребителей электроэнергии, т.е. виновником возникновения несимметрии напряжений может быть как энергоснабжающая организация, так и потребитель с несимметричной по фазам нагрузкой.
Актуальной проблемой, связанной с несимметрией напряжений, является необходимость определения фактического вклада (ФВ) того или иного несимметричного потребителя в уровень общей несимметрии в точке общего присоединения (ТОП). Выявление виновного в искажении симметрии напряжений представляет также экономический интерес.
Решение этой проблемы видится в создании достоверной методики, которая позволяла бы определять ФВ несимметричного потребителя в общий уровень несимметрии. Это позволило ^ы принять меры по ограничению уровня несимметрии напряжений от конкретных несимметричных потребителей, что, в свою очередь, привело бы к улучшению КЭ в ТОП, от которой получают питание эти потребители.
Актуальность темы
Несимметричные режимы характеризуются наличием составляющих токов и напряжений обратной и нулевой последовательностей, кот; рые приводят к следующим неблагоприятным последствиям:
1. Появляется опасность пер сгрузки трехфазных электрических двигателей токами обратной последовательности.
Появляются дополнительные потери активной мощности и электрической энергии, обусловленные протеканием токов обратной и нулевой последовательностей в элементах системы электроснабжения (СЭС).
За счет потерь напряжения от токов обратной и нулевой последовательностей появляются дополнительные отклонения напряжения в отдельных фазах СЭС, которые не устраняются обычными (трехфазными) средствами регулирования напряжения.
Теоретически, при любой несимметрии нагрузок в СЭС до 1 кВ, можно синтезировать симметрирующее устройство, состоящее из индуктивных и емкостных элементов, которое полностью устранит несимметрию напряжения. Однако симметрирующие устройства не нашли широкого применения, поскольку несймметрия в СЭС как правило нестационарна, а регулируемые симметрирующие устройства сложны, дороги и являются источником несинусоидальных токов.
Со стороны энергоснабжающей организации (ЭСО) в ТОП должны выполняться требования [1] к ПКЭ, характеризующим несимметрию напряжений. В то же время потребитель сам может вызвать нарушение требований ГОСТ, если использует несимметричные ЭП. При возникновении ухудшений КЭ в ТОП встает вопрос определения виновника этих ухудшений. Для выявления виновника, необходимо определить ФВ каждого несимметричного потребителя, получающего питание от данной ТОП, и системы.
Обзор научных публикаций по выбранной тематике показал, что эти вопросы либо не решены, либо разработаны недостаточно. Поэтому разработку методики определения ФВ несимметричных потребителей следует признать актуальной.
Цели и задачи диссертации Основной целью диссертации является разработка методики определения фактического вклада каждого из несимметричных потребителей в точке их об-
9 щего присоединения при вступлении в договорные отношения с энергоснаб-
жающей организацией.
Достижение конечной цели диссертации осуществляется путем последовательного решения следующих задач:
Разработка методики, математических описаний и программных средств для моделирования несимметричных установившихся режимов в системах электроснабжения до 1 кВ произвольной структурыи конфигурации электрической сети.
Разработка методики определения фактического вклада несимметричных потребителей в ТОП на основе приборного обследования системы электроснабжения реального предприятия
Выполнение расчетных и натурных экспериментов по определению ФВ в ТОП отдельных несимметричных потребителей и выявление методических погрешностей, ухудшающих достоверность разработанных методик.
Определение области возможного применения разработанной методики.
Разработка четких инструктивных материалов по использованию методики определения ФВ несимметричных потребителей, с целью : дальнейшего использования при заключении договоров энергоснабжения.
Положения, выносимые на защиту
Программный комплекс «UNSRFV», адаптированный к расчетно-экспериментальным исследованиям уровней ФВ несимметричных потребителей электроэнергии в ТОП.
Методика измерений ФВ несимметричных потребителей в общий уровень несимметрии напряжений в ТОП.
Анализ методических погрешностей расчетного и натужного измерений ФВ несимметричных потребителей и границы использования методов рас-
10 четного и натурного экспериментов при вступлении в договорные отношения с
энергоснабжающей организацией.
Научная новизна
Разработаны методики и программный комплекс «UNSRFV» для моделирования несимметричных установившихся режимов разомкнутой СЭС произвольной структуры и конфигурации.
Разработана методика определения ФВ несимметричных потребителей в общий уровень несимметрии в ТОП.
Выявлены методические погрешности методов расчетного и натурного определений ФВ несимметричных потребителей и определены области их использования с точки зрения необходимой точности и достоверности полученных результатов.
Практическая ценность работы и ее реализация
Разработанный комплекс может быть рекомендован для автоматизированных расчетно-экспериментальных исследований несимметричных установившихся режимов СЭС.
Результаты исследований несимметричных режимов могут быть использованы для определения допустимых уровней несимметрии отдельных потребителей электроэнергии.
Разработанную методику целесообразно использовать для разрешения спорных ситуаций, возникающих во взаимоотношениях между субъектами рынка электроэнергии.
Достоверность результатов Достоверность полученных результатов базируется на фундаментальных положениях общей теории электротехники, с учетом практического опыта эксплуатации объектов электроэнергетики, и подтверждается следующим: кор-
ректностью исходных посылок, корректным использованием апробированных математических моделей элементов СЭС до 1 кВ, хорошим совпадением результатов экспериментальных и расчетных исследований.
В процессе исследований активно использовались: методы расчета и анализа установившихся режимов в СЭС; теория электрических цепей; теория математического моделирования; теория функций комплексных переменных.
Публикации и апробация работы Научные и практические результаты и основное содержание работы отражены в 5 публикациях в научно-техническом журнале и материалах конференций, а также докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры электроснабжения промышленных предприятий МЭИ (ТУ).
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем 113 страниц основного текста, 30 иллюстраций, 3 таблицы. Список использованной литературы включает в себя 58 наименований.
Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели и задачи диссертации, охарактеризована ее структура, показана научная новизна работы и ее практическая ценность, представлены основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе приведены общие положения и обзор технической литературы по теме диссертации и существующих методик определения фактического вклада несимметричных потребителей.
Во второй главе приведены основные положения теории расчетов несимметричных режимов, особенности моделирования несимметричных рабочих режимов в СЭС до 1 кВ и основные характеристики комплекса расчетных
программ «UNSRFV», предназначенного для расчета несимметричных режимов в произвольной разомкнутой СЭС до 1 кВ.
В третьей главе проводятся расчетное и экспериментальное определения фактических вкладов несимметричного потребителя и системы в общий уровень несимметрии в ТОП.
В четвертой главе приведены разработанные расчетная и экспериментальная методики определения фактического вклада несимметричного потребителя в общий уровень несимметрии в ТОП.
В заюіюченгш сформулированы основные выводы и результаты.
Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования
При наличии несимметричных нагрузок большой мощности, которые питаются от трехфазной системы, в статорах генераторов протекают токи прямой, обратной и нулевой последовательностей. Токи прямой последовательности создают магнитное поле, вращающееся синхронно с ротором, а обратной - магнитное поле, вращающееся с двойной синхронной скоростью в направлении, обратном направлению вращения ротора, и наводит в последнем ЭДС с частотой 100 Гц. Эта ЭДС обусловливает в обмотке возбуждения ток, пульсирующее поле которого можно разложить на две составляющие: поле, вращающееся в направлении вращения ротора и наводящее в статоре ЭДС тройной частоты, и поле, вращающееся в направлении, обратном направлению вращения ротора, и наводящее в статоре ЭДС с частотой основного поля обратной последовательности, частично компенсируя его. ЭДС тройной частоты вызывает в статоре токи прямой и обратной последовательностей такой же частоты. Магнитное поле токов обратной последовательности вызывает в обмотке ротора ЭДС с частотой 200 Гц и т.д.
Таким образом, в статоре создается нечетный, а в обмотке возбуждения -четный спектр гармоник прямой и обратной последовательностей. Эти токи обусловливают дополнительный нагрев, как статора, так и ротора синхронной машины, достигающий часто угрожающих величин, особенно для ротора [2].
В турбогенераторах влияние поля обратной последовательности проявляется в основном в дополнительном нагреве ротора. В гидрогенераторах наряду с тепловым учитывается и механическое воздействие поля. [8]
Длительная работа генераторов и синхронных компенсаторов при неравных величинах токов фаз допускается, если разница токов не п; вышает 1номинального тока статора для турбогенераторов и 20% - для гидрогенераторов. При этом токи в фазах не должны быть больше номинальных величин [2].
Асинхронные двигатели (АД). Несимметричные токи, вызванные в системе несимметричной нагрузкой, вследствие конечности сопротивлений линий электропередач вызывают несимметрию напряжений. В АД эта несимметрия обусловливает дополнительный нагрев, а также противодействующий вращающий момент, который уменьшает полезный момент, причем уменьшение вращающего момента равняется квадрату коэффициента несимметрии напряжений.
Поскольку сопротивление обратной последовательности АД в 5-7 раз меньше сопротивления прямой последовательности, то при наличии даже небольшой по величине составляющей напряжений обратной последовательности возникает ток значительной величины. Этот ток накладывается на ток прямой последовательности и обусловливает дополнительный нагрев ротора и статора, в результате чего быстро стареет изоляция и уменьшается располагаемая мощность двигателя. Установлено, что срок службы полностью нагруженного АД, работающего при несимметрии напряжений в 4%, сокращается в два раза.
Особенно опасна несимметрия напряжений для АД при повышенном напряжении сети. В результате действия несимметрии и повышенного напряжения допустимая мощность двигателей значительно снижается [2, }.
Линии электропередач и трансформаторы. Несимметрия токов в линиях электропередач и трансформаторах приводит к тому, что одна из фаз работает с перегрузкой, тогда как другие фазы недогружены. В линии электропередач в результате этого значительно уменьшается пропускная способность и увеличиваются потери энергии. В симметричном режиме потери энергии составляют 312 г, где г - активное сопротивление фазы линии. Если же в одной из фаз ток увеличить, а в другой уменьшить на величину AI, то потери увеличатся [10, 11]:
Явления несимметрии в трансформаторах вызываются как несимметрией подведенных напряжений, так и несимметрией нагрузки. При нес;мметрии под «полезной» мощностью трансформатора понимается мощность, соответствующая току прямой последовательного!. Мощность, соответствующую току прямой последовательности при нагрузке, когда в одной из обмоток полный ток достигает номинального значения, принято называть располагаемой мощностью трансформатора. [12, 13, 14]. Отношение располагаемой мощности к номинальной характеризует степень использования трансформатора.
Увеличение перегрева обмоток сверх расчетного на 8% сокращает срок службы трансформаторов вдвое.
При несимметрии токов в трансформаторах, обладающих большим сопротивлением нулевой последовательности (например, в случае соединения обмоток по схеме звезда-звезда-нуль), добавочные потери от магнитных потоков нулевой последовательности могут достигать 25-35% потерь холостого хода [14], потери напряжения при этом составляют 15-20% вместо 4% при симметричном режиме. Поэтому в распределительных сетях целесообразнее применять трансформаторы, обладающие малым сопротивлением нулевой последовательности и, вследствие этого, являются менее чувствительными к несимметрии токов [2, 3, 10].
Многофазные выпрямители. Несимметрия напряжений значительно ухудшает режим работы многофазных выпрямителей. Если при симметричном напряжении токи (например, в мостовой схеме) одинаковы во всех выпрямителях и имеют одинаковую продолжительность протекания, то при несимметричном напряжении они могут значительно отличаться. В результате этого допустимая мощность мостовой схемы может снижаться, поскольку часть выпрямителей окажется недогруженной.
Несимметрия напряжений снижает также эффективность работы 3-, 6-, 12-фазных и других схем выпрямления, применяемых для уменьшения пульсаций выпрямленного тока. При несимметрии напряжений появляются гармоники двойной частоты выпрямленного с помощью таких схем тока, амплитуда которых пропорциональна коэффициенту несимметрии напряжений. Эти гармоники, резонируя в сглаживающих фильтрах, перегружают конденсаторы и выводят их из строя. Наличие этих пульсаций в напряжении тяговой сети даже при работе сглаживающих фильтров также отрицательно влияет на работу линий связи [2, 3].
Конденсаторные установки. Конденсаторные установки при несимметрии напряжений неравномерно загружаются по фазам, их общая реактивная мощность изменяется. Мощность потерь при этом также распределяется неравномерно.
Нормальная длительная эксплуатация конденсаторной установки возможна при условии, если ни в одной фазе, в том числе и в наиболее загруженной, мощность потерь не превышает номинальной величины. Это условие делает невозможным полное использование установленной реактивной мощности. Её можно использовать только до уровня располагаемой мощности - такой реактивной мощности, при которой мощность потерь в наиболее загруженной фазе достигает номинальной величины.
Моделирование системы промышленного электроснабжения
Одним из эффективных современных методов анализа слс s\Hbix процессов и явлений являются расчетно-экспериментальные исследования на ЭВМ на базе математического моделирования. Этот метод и был использован для анализа несимметричных режимов в СЭС [43 - 47].
Для расчета и исследования установившихся несимметричных режимов в произвольной системе электроснабжения (СЭС) до 1 кВ разработан комплекс расчетных программ UNSRFV. Комплекс расчетных программ позволяет: по каталожным /анным определять параметры схемы замещения и расчетные параметры СД и АД; по каталожным данным и данным о структуре и конфигурации СЭС определять параметры схем замещения отдельных элементов; определять величины токов в ветвях и напряжений в узлах в исходном установившимся режиме. Комплекс расчетных программ UNSRFV составлен на алгоритмическом языке FORTRAN применительно к персональным ЭВМ и предназначен для расчетов несимметричных режимов разомкнутых систем электроснабжения произвольной структуры, конфигурации и состояния [27, 48 - 50]. Предельные размеры для моделирования СЭС следующие: - число элементов электрической сети СЭС NB- 350; - число узлов нагрузки (секций РУ) NC- 100; - число выключателей NBK- 200; - число асинхронных двигателей NAD- 150; - число синхронных двигателей NCD- 150. В случае необходимости и при наличии персональных ЭВМ большой мощности предельные размеры задачи могут быть без особых затруднений уве-личены. Описание комплекса расчетных программ для исследований установившихся несимметричных режимов в произвольной СЭС до 1 кВ По своему назначению каждую из расчетных программ комплекса можно разбить на 2 составные части, соответствующие логическому разделению выполняемой работы: 1. Головная программа. Предназначена для организации вычислительного процесса, вызова и передачи управления другим модулям программы, хранения текущих результатов и результатов, используемых для повторных расчетов и частичном изменении исходных данных, остановки вычислительного процесса; 2. Подпрограммы ввода и обработки исходных данных и расчета режима СЭС. К числу подпрограмм этой функциональной части расчетных программ относятся подпрограммы, выполняемые вычисления: - для СЭС в целом - параметров схемы замещения СЭС г каталожным данным элементов; матриц обобщенных пассивных параметров СЭС; - для ЭД - параметры схемы замещения СД и АД по каталожным данным; - для заданного режима - параметров исходного режима отдельных ЭД и узлов нагрузки; значения ЭДС электрической системы в режиме СЭС. На рис.2.11 представлены структурные схемы программ исследования установившихся несимметричных режимов в произвольной сети до 1 кВ. Приняты следующие обозначения: URR - головная программа расчета нормального режима; WSK - подпрограмма ввода исходных данных по структуре, конфигурации и состоянию электрической сети и вызова подпрограмм SY, TD, TR, TTR, РО, PC, KL, ТР, BL, ТТОК, АВТ, KONT, MAG, PRED, RUB, РАК, расчета параметров схем замещения соответственно эл.системы, 2х обмоточного, с расщепленными обмотками и трехобмоточного трансформато-ров, одинарного и сдвоенного реакторов, кабельной линии, токопровода, воздушной линии, трансформаторов тока, автоматических выключателей, контакторов, магнитных пускателей, предохранителей, рубильников, пакетных выключателей; ERROR - подпрограмма выхода из программы в связи с ошибочными исходными данными; PY - подпрограмма расчета матрицы путей от узлов промышленной нагрузки и выводов двигателей до источника питания и идентификации подклю-чения секций; YZ - подпрограмма расчета матрицы узловых сопротивлений электрической сети; ZDB - подпрограмма расчета сопротивлений, определяющих электрическую удаленность двигателей от шин РУ, к которым они присоединены; СТТ - подпрограмма разбиения узлов нагрузки и ветвей сети по ступеням трансформации; СТТ1 - подпрограмма ввода номера рабочей отпайки устройства ПБВ и текущего изменения коэффициента трансформации; CTDT - подпрограмма разбиения по ступеням трансформации при наличии двухобмоточного трансформатора; СТРТ - подпрограмма разбиения по ступеням трансформации при наличии трансформатора с расщепленной обмоткой; СТТТ - подпрограмма разбиения по ступеням трансформации при наличии трехобмоточного трансформатора; CTDV1 - подпрограмма первого пересчета к базисным условиям; CTDV2 - подпрограмма второго пересчета к базисным условиям; ADPER, CDPER - подпрограммы пересчета параметров АД и СД; RUSTAN - подпрограмма расчета исходного установившегося режима двигателей и подстанции в целом; PITER - подпрограмма расчета последующих приближений величин при итерационном расчете значений узловых напряжений; UJZ - подпрограмма расчета узловых напряжений и токов в установившемся режиме;
Теоретические положения разработанной методики определения фактического вклада несимметричных потребителей в общий уровень несимметрии в точке общего присоединения
Для того чтобы применить данную методику необходимо располагать следующим оборудованием и возможностями: электродвигатель, питающийся от ТОП, в которой проводятся измерения, или возможность подключения его к данной ТОП.
В ходе выполнения описываемой методики необходимо измерять токи в цепи питания несимметричного потребителя и двигателя. Все приборы для контроля КЭ имеют токовые каналы на 1 или 5 А, т.е. подключаются через трансформаторы тока. Причем трансформаторы тока в обеих цепях должны быть одинаковыми, так как они соединяются параллельно.
Метрологические характеристики трансформаторов тока обеспечиваются при значениях тока первичной стороны в пределах 5-120 % номинального, поэтому мощность двигателя должна лежать в пределах от 10 до 100% мощности рассматриваемого потребителя. \ - прибор для измерения и анализа КЭ с токовыми каналами («Ресурс UF2», «Pecypc-UF2M», «Эрис-КЭ-01», «Эрис-КЭ-02» «Энергомонитор 3.3», ИВК «Омск», «Memobox» и т.п.), либо любой другой прибор, способный вычислять напряжение и ток обратной последовательности и угол между ними. - возможность подключения прибора к сети 220 В переме .чого тока. - стационарные измерительные трансформаторы тока в цепях питания интересуемого нас потребителя и электродвигателя с одинаковыми параметрами: классом точности, токами первичной и вторичной стороны. Класс точности трансформаторов тока должен быть выше или равен 0,5. Ток первичной стороны трансформаторов тока выбирается, исходя из мощности потребителя (см. пояснения выше; стационарные измерительные трансформаторы напряжения в ТОП, в случаях, если измерения производятся в сетях выше 1 кВ или нет возможности подключения прибора непосредственно к сети низкого напряжения. Класс точности трансформаторов напряжения также должен быть выше или равен 0,5. При проведении работ в сетях с номинальным напряжением выше 1000 В нагрузка вторичных цепей трансформаторов напряжения, с учетом входных сопротивлений используемых средств измерений КЭ, должна находиться в пределах 25-100 % номинальной нагрузки, установленной для указанного класса точности. При остальных видах испытаний могут использоваться трансформаторы напряжения, нагрузка вторичных измерительных цепей которых находится в пределах от 0,4 до 0,8 номинальной нагрузки. - переносной компьютер с установленным программным обеспечением для соответствующего прибора. Вышеназванные приборы, как правило, хранят в памяти не мгновенные значения напряжений и токов, а усредненные (ток - за 3 секунды, напряжение - за 1 минуту), поэтому если нет возможности прово дить измерение в течение минуты, то необходимо иметь переносной компьютер для фиксации мгновенных значений. Кроме того, визуальный контроль изме ряемых параметров позволит оценить правильность действий. соединительные провода для подключения трансформаторов тока к прибору и включения их в параллель с трансформаторами в цепи питания электродвигателя. Зажимы для измерения напряжений на шинах 0,4 кВ (как правило, они входят в комплект прибора), либо соединительные провода для подключения к трансформаторам напряжения. В качестве соединительных проводов между прибором и исследуемой сетью следует использовать стандартные соединительные кабели, входящие в комплект прибора, или в случае их отсутствия многожильные кабели. Длина и сечение соединительных проводов для подключения трансформаторов напряжения должны быть выбраны из условия, что потеря напряжения в них не превышает 0,05 %, а для подключения трансформаторов тока из условия, что сопротивление нагрузки вторичных цепей, включая входные сопротивления прибора, не должно превышать значения, требуемого для данных трансформаторов (0,2-0,4 Ом). При проведении измерений ка подстанции должно находиться минимум 3 человека (двое задействованы в измерениях, один наблюдающий), имеющих группу допуска по электробезопасности не ниже III до или до и выше 1000 В. Работники должны быть проинструктированы по технике безопасности; на проведение данных работ оформляется наряд-допуск. К выполнению измерений могут быть допущены лица, аттестованные на право работы с данным прибором. 1) Определение ТОП. ГОСТ 13109-97 нормирует коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности применительно к ТОП. Точкой общего присоединения (ТОП) называется точка, электрически ближайшая к рассматриваемому потребителю, к которой могут быть подключены другие потребители. Чаще всего, в качестве ТОП выступают шины подстанций и распределительных пунктов, от которых питается рассматриваемый потребитель; 2) Выбор времени суток для проведения измерений. При определении виновника ухудшения КЭ измерения ФЪП целесообразно проводить в часы, когда значение коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности (Кги) принимает наибольшие значения. Для определения этого периода времени необходимо установить средство измерений КЭ сроком на 7 суток с соблюдением всех требований, предъявляемых к условиям его работы (см. ниже). С целью определения допустимого вклада потребителя, для внесения в договор энергоснабжения, измерения также можно проводить в часы, когда значение K.2U принимает наибольшие значения. Если нет возможности установки прибора на длительный срок измерения необходимо провести, как минимум, два раза в сутки: в часы наибольших и наименьших нагрузок энергосистемы применительно к данной ТОП. Кроме того, если график нагрузки рассматриваемого потребителя резко отличен от графика энергосистемы, то измерения проводят еще и в часы максимума и минимума потребителя. Для определения допустимого вклада несимметричного потребителя при его вступлении в договорные отношения с ЭСО выбирается наихудший из полученных результатов. 3) Проведение измерений А) Перед началом измерений следует: - проверить климатические условия, а также напряжение и частоту питания с тем, чтобы используемые средства измерений были размещены в таких климатических условиях и были обеспечены такие характеристики напряжения их питания, для которых в соответствии с технической документацией указанных средств измерений обеспечиваются нормы точности измерений; установить средство измерений, заземлить его и подготовить к работе в соответствии с инструкцией по эксплуатации, включая прогрев прибора, корректировку, при необходимости, текущего времени и даты; - подключить контролируемые напряжение и ток. Определить соответствие маркировки фаз измеряемой трехфазной сети правильному чередованию фаз с помощью фазоуказателя или средства измерений КЭ. С"лювание фаз входных сигналов должно совпадать с маркировкой соответствующих измерительных каналов напряжения прибора; - убедиться в работоспособности собранной схемы, проконтролировав текущие значения напряжения; - подключить переносной компьютер к прибору, настроить программное обеспечение на вывод измеряемых значений на экран и визуально оценить правильность его работы. Б) На экране компьютера значения измеряемых параметров обновляются каждые 3 секунды (период усреднения). Необходимо зафиксир. ать (удобнее всего записать в отдельный файл) 3 или больше значений напряжения и тока по обратной последовательности и фазового угла сдвига между ними. По этим значениям определяются средние арифметические U2(i), Ьо) и фш В) Следующим шагом является измерение U2(2 І2(2) и фил с подключением электродвигателя по схеме рис.3.3,а. Схема подключения прибора остается прежней. После окончания процесса запуска двигателя (1-7 сек, в зависимости от его мощности) фиксируем 3 или более значений напряжения и тока обратной последовательности и фазового утла сдвига между ними и определяем средние арифметические значения.
Последовательность действий при выполнении измерений и расчетов
Для расчета параметров обратной последовательности необходимо запустить программу URR.exe. После того, как программа закончит расчеты, автоматически будут созданы следующие файлы: URRF.dat, URRLINE.dat, URRIM.dat и RUR.dat.
Значения U2(i), І2(і) и фш прописываются в файле URRIM.dat. После каждого запуска программы рассчитанные значения необходимо сохранить в отдельном файле, так как при введении новых данных и запуске программы эти значения будут удалены. Б) Для определения U2(2), І2(2) и фцп в файл D.dat задаются параметры математической модели схемы электроснабжения с подключением двигателя по схеме рис.3.3,а и параметры выбранного электродвигателя. Для расчета параметров обратной последовательности необходимо запустить программу URR.exe. B) Для определения U2(3), І2(3) и фцп в файл D.dat задаются параметры ма тематической модели схемы электроснабжения с подключением двигателя по схеме рис.3.3,6. Для расчета параметров обратной последовательности необходимо запустить программу URR.exe. 5) расчет ФВП и ФВС. По формулам (3.5) и (3.6) рассчитываются сопротивления по обратной последовательности системы и потребителя. По формулам (3.1) и (3.2) определяются ФВП и ФВС в несимметрию напряжений по обратной последовательности в ТОП 100 4.2.3. Преимущества и недостатки Преимущества метода: п. не требует проведения натурного эксперимента с соблюдением всех условий измерений; - невысокие минимальные требования к аппаратному и программному обеспечению; - простота обработки результатов расчета для определения ФВ потребителей; Недостатки: при определении фактического вклада потребителя предложенным расчетным методом нет возможности учитывать реальное влияние электрической системы; метод не применим для определения виновника ухудшения КЭ в \ ОП или при разрешении спорных ситуаций. 4.3. Выводы по главе 4. 1. Разработана и описана методика определения ФВП и ФВС экспериментальным путем, в которой изложена последовательность операций, необходимых при выполнении измерений; предложен для выбора парк измерительных приборов, выпускаемых в настоящее время в России и за рубежом и внесенных в Госреестр РФ; указан перечень вспомогательного оборудования и его характеристики для получения результатов измерений, удовлетворяющих требуемой степени точности; сформулирован алгоритм обработки искомых показателей для каждого потребителя электроэнергии. 2. Разработана и описана методика определения ФВП и ФВС расчетным путем, в которой перечислены минимальные аппаратные и программные ресурсы ЭВМ для получения результата исследований; указан необходимый набор данных, методика их подготовки и последовательность ввода, а также способы оценки достоверности используемых величин исходных данных. 101 3. Определены преимущества и недостатки названных методик, к кото рым следует отнести: - .. для натурных исследований: - высокую достоверность; - прямое измерение величин; - простота вычисления ФВ по результатам измерений; и в то же время: - невозможность одновременного измерений показателей для всех потребителей, подключенных к ТОП; - трудность в обеспечении всех условий и допущений при выполнении измерений; для расчетных экспериментов: - простота получения исходных данных для выполнения расчетов; - невысокие минимальные требования к аппаратному и программному обеспечению; - простота обработки результатов расчета для определения ФВ по требителей; и в то же время: - невозможность получения достоверных данных о режимах работы электроэнергетической системы; - необходимость предварительных длительных измерений с целью получения исходных данных. 1. Выполнен обзор методов определения фактического вклада несимметричных потребителей в общий уровень несимметрии в точке общего присоединения (ТОП) и проведен анализ возможности их практического применения. 2. Разработан метод определения фактического вклада несимметричных потребителей в общий уровень несимметрии в ТОП, основанный на принудительном изменении параметров системы и потребителя по обратной последовательности путем подключения/отключения электродвигателя. 3. Согласно предложенному методу Выполнены натурные эксперименты по определению фактического вклада несимметричных потребителей. 4. Разработана универсальная программа «UNSRFV» для персональных ЭВМ, предназначенная для расчетно-экспериментальных исследований режимов несимметричных нагрузок в произвольной системе электроснабжения на-пряжением до 1 кВ. 5. По разработанной программе «UNSRFV» выполнены расчетно-экспериментальные исследования несимметричных режимов системы электроснабжения и произведено определение фактического вклада несимметричных потребителей. 6. Произведено сравнение результатов натурного и расчетного экспериментов и определены погрешности методов исследования. 7. Установлено, что для ориентировочных исследований фактического вклада достаточно выполнение расчетов по предложенному {/шограммному комплексу. Однако, данный метод исследований обладает существенными погрешностями в части точного учега вклада электроэнергетической системы в уровень несимметрии, ввиду отсутствия данных о режимах функционирования электрической системы. 8. Для определения фактического вклада несимметричных потребителей при их вступлении в договорные отношения с энергоснабжающей органи 103 зацией наиболее предпочтительным, с точки зрения получения достоверных данных, является предложенная методика измерений уровней несимметрии в ТОП на основе кратковременного подключения/отключения электродвигателя. 9. На основе предложенного метода разработана методика экспериментального определения фактического вклада потребителя и системы, в которой изложена последовательность операций, необходимых при выполнении измерений; предложен парк измерительных приборов; указан перечень вспомогательного оборудования и его характеристики; сформулирован алгоритм обработки искомых показателей для каждого потребителя электроэнергии. 10. Разработана и описана методика расчетного определения фактического вклада потребителя и системы, в которой перечислены минимальные аппаратные и программные ресурсы ЭВМ для получения результата исследований; указан необходимый набор исходных данных, подготовка и последовательность ввода их, а также способы оценки достоверности используемых величин исходных данных.
