Оценка влияния состава технологического оборудования нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии на синусоидальность питающих напряжений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Третьяков, Евгений Александрович

• Третьяков, Евгений Александрович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Третьяков, Евгений Александрович

Введение.

1 Состояние вопроса качества электрической энергии и постановка задачи исследования.

1.1 Проблема качества электрической энергии.■.

1.2 Влияние потребителей электрической энергии на показатели ее качества.

1.3 Выводы и постановка задачи.

2 Анализ состава электрооборудования и графиков нагрузки нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии.

2.1 Агрегирование оборудования с точки зрения влияния на качество электроэнергии.

2.2 Состав установленного оборудования предприятий.

2.3 Ценологический подход к анализу состава электрооборудования предприятий.

2.4 Анализ графиков нагрузки.

2.5 Выводы.

3 Влияние состава технологического оборудования нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии на синусоидальность питающего напряжения.

3.1 Введение в сущность проблемы совокупного влияния.

3.2 Информационное обеспечение имитационной модели.

3.3 Синтез имитационной модели.

3.4 Эксперименты на имитационной модели.

3.4.1 Определение количества итераций для получения устойчивых результатов.:.

3.4.2 Влияние мощности короткого замыкания питающей системы на гармонический спектр напряжения.

3.4.3 Влияние величины расчетной нагрузки при сохранении долей участия различных групп оборудования на гармонический спектр напряжения.

3.4.4 Оценка вклада в несинусоидальность напряжения отдельных групп оборудования, представленных своими долями

3.5 Адекватность имитационной модели.

3.6 Выводы.

4 Методика оценки влияния состава технологического оборудования нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии на синусоидальность питающего напряжения.

5 Экономическая эффективность мероприятий по улучшению синусоидальности напряжения.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка влияния состава технологического оборудования нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии на синусоидальность питающих напряжений»

Актуальность проблемы.

Экономическая эффективность производства в значительной степени зависит от качества электроснабжения. Наряду с надежностью электроснабжения качество электроэнергии (КЭ) является одной из важнейших характеристик электрических систем. Качество электроэнергии связано с балансом активной и реактивной мощности, с пропускной способностью электрических сетей, с режимами работы и структурой установленного на предприятии электрооборудования. Ухудшение КЭ в электрических сетях наряду с оказыванием электрического и магнитного влияния на смежные устройства приводит к дополнительным потерям активной мощности в электрических аппаратах, к снижению срока их службы, установленной мощности и даже к браку продукции.

Проблемы энергосбережения, обеспечение качества электроэнергии в пределах установленных стандартом норм и электромагнитной совместимости стали в настоящее время наиболее актуальными в области электроснабжения железнодорожного транспорта. Это подтверждается принятием постановления правительства РФ [88] и закона «Об энергосбережении» [58], решениями ряда отраслевых научно-технических конференций: «Ресурсосберегающие технологии на обособленных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 15 мая 2003 г.), «Энергетическое обследование структурных подразделений филиалов ОАО «РЖД» (Омск, 2 ноября 2004 г.) и др.

Повышением качества электроэнергии можно достичь снижения затрат на электрическую энергию. Поэтому обеспечение КЭ в электрических сетях общего назначения, питающих тяговую нагрузку, а также на шинах питания нетяговых железнодорожных потребителей представляет собой важную технико-экономическую задачу.

Термином «электромагнитная совместимость» (ЭМС) определяют оценку взаимного влияния электротехнологического оборудования и КЭ. Это понятие характеризует степень взаимного влияния электрооборудования, при которой отсутствуют нарушения нормальной работы и снижения эффективности ниже некоторого экономически обоснованного предела. ЭМС обусловлена генерацией электрооборудованием низкочастотных помех, передаваемых по сети к другим электротехническим устройствам, чувствительным к этим помехам. С увеличением в производстве мощной нелинейной нагрузки остро встает проблема электромагнитного воздействия, обусловленного таким показателем КЭ, как несинусоидальность. Наличие несинусоидальности в большинстве случаев является предпосылкой отказов в работе и нарушений функционирования различных электроприемников.

Причинами искажения кривой напряжения в питающей сети являются несинусоидальность потребляемых токов, усиление гармоник тока и напряжения, обусловленными волновыми процессами, сопровождающимися резонансными явлениями, а также наличие гармонических составляющих в напряжении, поступающим от энергосистемы.

Значительный теоретический и практический интерес представляет анализ несинусоидальных режимов систем электроснабжения (СЭ) нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии. Производство, преобразование, передача и потребление электрической энергии в современных условиях неразрывно связаны с применением преобразовательных устройств. Наличие в электрических системах нетяговых железнодорожных потребителей значительной по величине выпрямительной нагрузки, установок дуговой и контактной электросварки, трансформаторов, газоразрядных ламп, электродуговых установок связано с существенным искажением форм кривых тока и напряжения. Нагрузки с нелинейной вольт-амперной характеристикой потребляют из сети ток, кривая которого оказывается несинусоидальной, в результате в электрической сети формируется несинусоидальное напряжение.

Успешное решение комплекса сложных вопросов по результатам анализа несинусоидальных режимов во многом стало возможным благодаря работам ученых Жежеленко И.В., Железко Ю.С, Круга К.А., Шидловского А.К., Авва-кумова В.Г., Мамошина P.P., Германа JI.A., Лурье JI.C., Бадера М.П., уАриллага Дж. и др7[Т72~24, 36-47, 64, 71, 74, 112-120].

Экспериментальные исследования качества электроэнергии в электрических сетях нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии выявили существенное искажение формы кривых тока и напряжения на шинах районных сетевых подстанций распределительных сетей энергосистем. Результаты измерений [60] в рамках энергетических обследований свидетельствуют о том, что и в питающих сетях большинства предприятий значения отдельных показателей качества электроэнергии, в первую очередь коэффициенты искажения синусоидальности напряжения и несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательности значительно превосходят нормы ГОСТ 13109-97 [29].

В последние годы в рамках программы энергосбережения, как следует из решения научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на обособленных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 15 мая 2003 г.), значительное внимание уделяется вопросам рационального использования технологического оборудования нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии с точки зрения соответствия его установленной мощности номинальным нагрузкам рабочих режимов и условий функционирования по технико-экономическим показателям работы. Кроме того, для разрешения комплекса вопросов, связанных с энергосбережением на железнодорожном транспорте, в том числе, необходимо осуществлять — в ходе энергетического обследования объектов нетяговой энергетики - анализ структуры электрооборудования для определения соответствия его установленной мощности номинальным нагрузкам рабочих режимов, эффективности его использования, а также его влияния на качество электроэнергии в узле питания с оценкой оптимального соотношения групп электроприемников при обеспечении технологий производства работ. Для реализации принятых решений необходимо иметь качественно новые методологические подходы.

Исследования по теме диссертации посвящены актуальной проблеме оценки факторов совокупного влияния состава технологического оборудования на искажение синусоидальности кривой питающего напряжения. Для разработки комплекса мероприятий по улучшению КЭ необходимо учитывать основные влияющие факторы и степень их воздействия. Только с учетом этого можно добиться оправданных результатов посредством внедрения обоснованных решений.

Целью диссертационной работы является разработка методики оценки совокупного влияния состава технологического оборудования нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии на синусоидальность питающих напряжений.

Для достижения этой цели в диссертационной работе сформулированы и решены следующие задачи:

- выполнено агрегирование электрооборудования нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии различного направления хозяйствования по условию влияния на искажение синусоидальности питающих напряжений;

- установлено процентное соотношение групп электроприемников в суммарной нагрузке в результате анализа состава электрооборудования рассматриваемых предприятий, а также дана оценка энергоэффективности его использования при помощи ценологической теории;

- проведены исследования показателей качества электрической энергии и графиков нагрузки на шинах питания нетяговых железнодорожных потребителей с целью определения расчетного тока;

- разработана имитационная модель влияния состава технологического оборудования на синусоидальность питающих напряжений;

- в результате имитационного моделирования определена степень воздействия влияющих факторов на искажение синусоидальности питающих напряжений;

- разработана методика оценки совокупного влияния состава технологического оборудования нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии на синусоидальность питающих напряжений;

- на основе результатов исследований нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии сформулировано направление работ, связанных с улучшением качества электрической энергии по синусоидальности питающих напряжений.

Методы исследований.

В ходе проводимых исследований использовались:

- фундаментальные уравнения теоретических основ электротехники;

- методы анализа электрических сетей в условиях несинусоидальности токов и напряжений;

- методы имитационного моделирования;

- метод статистических испытаний (Монте-Карло);

- метод непосредственного натурного эксперимента;

- методы теории вероятностей и математической статистики.

Большинство выводов и результатов работы получено с использованием средств вычислительной техники в среде MathCAD 2001, Power Vision v 1.3а и др.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1) предложено оценивать влияние на искажение синусоидальности напряжения не только характерных типов электроприемников, а совокупности электрооборудования. Для этого, с учетом специфики технологических процессов производства на стационарных железнодорожных предприятиях, было выполнено агрегирование электрооборудования по условию его влияния на искажение синусоидальности питающего напряжения;

2) разработана имитационная модель влияния состава технологического оборудования предприятия на синусоидальность кривой питающего напряжения, позволяющая:

- прогнозировать гармонический состав напряжения в узле питания при вариации состава технологического оборудования;

- оценивать влияние мощности короткого замыкания питающей системы на гармонический спектр напряжения в узле питания;

- определять вклад в несинусоидальность питающих напряжений отдельных групп оборудования, представленных своими долями;

- исследовать влияние величины расчетной нагрузки при сохранении долей участия различных групп оборудования на гармонический спектр питающих напряжений.

Достоверность научных положений и выводов подтверждена экспериментальными исследованиями, доказывающими адекватность имитационной ' модели. Расхождение между результатами теоретического моделирования и натурных измерений в реальных условиях не превышает 15 %.

Практическая ценность исследований состоит в том, что

1) выполнен анализ состава технологического оборудования по установленной и расчетной мощности нетяговых железнодорожных потребителей

-электрической энергии различного направления хозяйствования, в результате чего представлено процентное соотношение типов электроприемников в суммарной нагрузке предприятий, а также распределение их количества по установленной мощности в соответствии с ценологической теорией;

2) разработана имитационная модель, результаты расчетов на которой позволяют на этапе проектирования или изменения состава электрооборудования предприятия прогнозировать гармонический спектр напряжения при вариации состава электроприемников и других влияющих факторов;

3) результаты имитационного моделирования влияния состава технологического оборудования на синусоидальность кривой питающих напряжений позволяют выработать рекомендации по улучшению КЭ, по возможности подключения или отключения того или иного оборудования (график работы, мощность и тип подключаемого устройства и др.) при условии соблюдения нормативных требований.

4) предложена методика оценки совокупного влияния состава технологического оборудования нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии на синусоидальность кривой питающих напряжений.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены, докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Ресурсосберегающие технологии на обособленных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги» (Омск, 2003), на восьмой всероссийской научно-технической конференции «Современные тенденции в развитии и конструировании коллекторных и других электромеханических преобразователей энергии» (Омск, 2003), на международной научно-технической конференции «Электроэнергия и будущее цивилизации» (Томск, 2004), на международной научно-технической конференции «Компьютерные и вычислительные технологии в задачах естествознания и образования» (Пенза, 2005), на международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии СТТ 2005» (Томск, 2005), на международной научно-практической конференции „«Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике» (Новочеркасск, 2005), на межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Молодежь, наука, творчество-2005» (Омск, 2005), на научно-техническом семинаре ОмГУПС «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта, объектов промышленной теплоэнергетики, телекоммуникационно-информационных систем, автоматики и телемеханики» (Омск, 2005).

Реализация результатов работы.

Разработанная методика оценки совокупного влияния состава технологического оборудования нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии на синусоидальность кривой питающих напряжений использовалась при энергообследовании в вагонном депо Московка и передана к использованию в структурное подразделение «Энергосбыт» Западно-Сибирской, Красноярской и Южно-Уральской железных дорог.

Структура и объем работы.

В первой главе рассматриваются содержание проблемы КЭ, влияние потребителей электрической энергии на показатели ее качества. На основании обобщения результатов исследований опубликованных научных материалов представлены основные научные направления по проблеме КЭ. Акцентировано внимание на уровень научных разработок и исследований крупных ученых по оценке влияния электроприемников на искажение синусоидальности питающих напряжений и другие показатели качества электрической энергии (ПКЭ).

Во второй главе производится анализ состава технологического оборудования и графиков нагрузки нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии различного направления хозяйствования.

Третья глава посвящена разработке имитационной модели влияния технологического оборудования нетяговых железнодорожных потребителей электрической энергии на синусоидальность питающих напряжений.

В четвертой главе сформулированы основные положения методики ^оценки влияния состава технологического оборудования нетяговых потребителей на синусоидальность питающих напряжений.

Пятая глава посвящена расчету экономической эффективности мероприятий, связанных с улучшением КЭ по синусоидальности кривой напряжения.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения с выводами, списка использованных источников из 120 наименований, 3-х приложений; изложена на 157 страницах текста, содержит 30 рисунков и 25 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», Третьяков, Евгений Александрович

3.6 Выводы.

1. Предложено для решения поставленных задач использовать аппарат имитационного моделирования.

При случайном характере изменения нагрузок с помощью детерминистических методов расчета можно получить лишь приближенное решение. Имитационное моделирование позволяет учитывать стохастичность влияющих факторов.

2. Синтезирована имитационная модель совокупного влияния состава технологического оборудования нетяговых потребителей на синусоидальность питающих напряжений.

В общем виде ее основными частями являются: блок входной информации, блок генерации случайных величин, вычислительный блок и блок выходной информации. В блоке входной информации осуществляется ввод данных для моделирования: мощность короткого замыкания в узле питания; расчетные мощности по вводу на основной частоте (по графику нагрузки); линейное напряжение; наименование групп ЭП, матрица их задающих токов искажений; вероятностные оценки долей участия групп ЭП в расчетной нагрузке. Выходной величиной модели является вероятностно-статистическая оценка коэффициента искажения синусоидальности напряжения.

3. При экспериментировании на модели показано, что удовлетворительная статистическая устойчивость результатов достигается при количестве итераций N > 10000.

4. Анализ данных, полученных в результате имитационного моделирования, позволяет сделать о том, что мощность короткого замыкания SK3 оказывает сильное влияние на синусоидальность напряжений. В практических расчетах этот фактор следует особенно тщательно учитывать при малых SK3 (автономные системы).

5. В рамках имитационного моделирования установлен вклад в несинусоидальность режима отдельных групп оборудования, представленных своими долями.

Удельный вес групп ЭП в несинусоидальность параметров режима оценивался по плану однофакторного машинного эксперимента и на основании математических соотношений в соответствии с принятой схемой замещения. В первом случае удельный вес определялся отдельно для каждой группы ЭП, доля участия в расчетной нагрузке которой изменялась в определенных пределах, при фиксированных прочих условиях. Сила проявления варьированного фактора оценивалась по скорости нарастания коэффициента искажения. В соответствии со вторым планом все доли участия групп ЭП в расчетной нагрузке задавались равными, на основании математических соотношений рассматривался вклад отдельных групп в коэффициент искажения синусоидальности напряжения в узле питания.

Наиболее существенное влияние на изменение несинусоидальности параметров режима оказывают такие группы ЭП, как преобразователи и сварочное оборудование. Это подтверждается и первым и вторым планом экспериментов.

6. Было также показано, что величина расчетной нагрузки оказывает существенное влияние на гармонический спектр питающего напряжения, определяющим критерием степени влияния при всех прочих равных условиях является соотношение расчетной нагрузки и мощности короткого замыкания питающей сети в заданной точке электрической сети.

4 МЕТОДИКА ОЦЕНКИ СОВОКУПНОГО ВЛИЯНИЯ СОСТАВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ НЕТЯГОВЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА СИНУСОИДАЛЬНОСТЬ ПИТАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ

Результаты проведенных исследований, позволили разработать методику оценки совокупного влияния состава технологического оборудования нетяговых потребителей железнодорожных транспорта на синусоидальность питающих напряжений.

Основные положения методики можно представить в следующем виде:

1. Оценка состава технологического оборудования. а) Осуществляется агрегирование всего оборудования в группы по условию влияния на искажение синусоидальности напряжения с последующим определением долей участия групп ЭП в суммарной нагрузке по расчетной установленной мощности. Результаты данного анализа позволяют оценить состав, долю каждого типа технологического оборудования по установленной и расчетной мощностям.

К примеру, параметры групп ЭП по расчетной мощности ввода № 1 ТП 3406 ремонтного вагонного депо ВЧД-3 приведены в таблице 12, из которой следует, что доля электропривода от общей нагрузки составляет 68 % (0,8-асинхронный, 0,2-синхронный), сварочного оборудования - 23 % (0,7-мостовой выпрямитель, 0,3-однофазная плавящимся электродом), освещение - 3,5 % (0,8-люминесцентные, 0,1-дугоразрядные, 0,1-накаливания), электротермия - 4 %, преобразователи-1,5 % (0,5-двухпульсовые, 0,5-шестипульсовые).

Указанные значения долей групп ЭП в суммарной нагрузке будем считать математическими ожиданиями реальных долей участия, распределенных по нормальному закону. б) Выполняется построение гиперболических ранговых распределений технологического оборудования по установленной мощности для проверки соответствия распределения номенклатуры видов идеализированной кривой в соответствии с ценологический теорией. Речь идет о ранжировании всего обору-: дования по величине установленной мощности и последующем построении ранговых распределений. Пики и провалы в полученных аппроксимированных зависимостях относительно идеализированной кривой для реального предприятия свидетельствуют о недостаточном (завышенном) количестве ЭП в указанных диапазонах мощностей. Положение аппроксимированной кривой характеризует энергоэффективность использования совокупности оборудования в целом. Результаты рангового анализа технологического оборудования, питаемого от ввода № 1 ТП 3406, ремонтного вагонного депо ВЧД-3 (рисунок 12) свидетельствуют о том, что аппроксимирующая кривая 2 реального распределения 1 лежит выше идеализированной кривой 3 во всем диапазоне установленной мощности технологического оборудования. То есть согласно ценологической теории установленная мощность рассматриваемого технологического оборудования завышена практически во всем диапазоне мощностей, особенно в интервале 5-20 кВт.

2. Исследование графиков нагрузки предприятия (цеха, участка).

Анализ графиков нагрузки предприятия (цеха, участка) по результатам натурных измерений позволяет определить вероятностно-статистическими методами величину расчетного тока. Именно величина реального расчетного тока нагрузки, наряду с ее типом, при всех прочих равных условиях, является определяющей при оценке искажения синусоидальности напряжения. В случае, если окажется, что график нагрузки предприятия будет являться квазистационарным, неэргодическим с экспоненциально-косинусными корреляционными функциями, то вероятностно-статистическая оценка тока может осуществляться также по графикам нагрузки активной и реактивной мощности. На рисунке 29 представлен график нагрузки по току, на рисунке 33 и 34 — по реактивной и активной мощностям ремонтного вагонного депо на вводе № 1 ТП. квар

60

20 0

10.00 11.30 13.00 14.30 16.00 час.мин 17.30 t

Рисунок 33 - График нагрузки реактивной мощности по вводу № 1 ТП 3406

Расчетный ток представляется математическим ожиданием с доверительным интервалом согласно требуемой доверительной вероятности по (25) или (26); для ввода № 1 ТП3406 / = (363,1;590,2) Ас р = 0,95. 150 кВт 90 Р

60 30 о

10.00 11.30 • 13.00 14.30 16.00 час.мин 17.30 t -—

Рисунок 34 - График нагрузки реактивной мощности по вводу № 1 ТП 3406

L i/Y ч П N/U^Aia J 1

Л т у yvw yyw г1

J V т\ /1 Л и Ml

1 N

3. Имитационного моделирование степени влияния учитываемых факторов на искажение синусоидальности напряжения. Имитационная модель на базе метода статистических испытаний позволяет определять гармонический спектр напряжения. на шинах питания рассматриваемых электроприемников при вариации их состава, доли участия в суммарной нагрузке, вклад группы ЭП в коэффициент искажения синусоидальности напряжения, влияние внешней электрической сети в силу ее проводимости на режимы синусоидальности токов и напряжений в рассматриваемой точке; другие случайные влияющие факторы, заданные определенными законами распределения.

Имитационное моделирование осуществляется по разработанному алгоритму в среде MathCAD.

Принимаемые при моделировании допущения, учитываемые входные факторы модели рассмотрены в разделе 3.2.

С использованием аппарата имитационного моделирования решаются задачи: а) Определение коэффициента искажения синусоидальности напряжения в узле питания при любых значениях учитываемых переменных. Рассматриваемая величина представляется в виде функции плотности распределения (рисунок 31) с вероятностными оценками. Для тестовой задачи (ввод № 1 ТП 3406) результат прогнозирования коэффициента искажения синусоидальности выглядит в следующем виде: Ки = (1,60;6,20) %, М[Ки] = 3,9 % с р = 0,95. б) Определение вклада отдельных групп ЭП в искажение синусоидальности напряжения. Решение такой задачи позволяет в относительных значениях определить степень влияния рассматриваемых групп ЭП на искажение синусоидальности напряжения, а следовательно, косвенно выделить наиболее искажающие нагрузки, в том числе при вариации их состава. Практическая реализация рассматриваемого вопроса осуществляется двумя способами. В первом случае, степень влияния групп ЭП явно выражена аналитическими соотношениями (41)-(44) (рисунок 28). Во втором случае, степень влияния групп ЭП определяется по скорости нарастания коэффициента искажения синусоидальности напряжения при увеличении доли участия рассматриваемой группы в процессе прогонов программы (рисунок 27). Моделирование последним способом показало, что возможна ситуация, когда при увеличении доли участия некоторых групп ЭП в суммарной нагрузке grad(Ku)<0, то есть в силу увеличения собственной проводимости влияние на искажение синусоидальности напряжения снижается. в) Исследование влияния мощности к.з. SK 3, величины расчетной нагрузки на гармонический спектр питающего напряжения. Выполняется согласно разделам 3.4.2 и 3.4.3. Имитационное моделирование указанных вопросов позволяет оценить гармонический спектр напряжения при изменении параметров внешних электрических сетей (конфигурации сетей, дополнительные присоединения и т.п), а также при изменении величины нагрузки самого предприятия.

Результаты имитационного моделирования позволяют выделить наиболее существенные факторы, влияющие на искажение синусоидальности напряжения, обосновать решения по улучшению КЭ, а также возможность подключения дополнительных ЭП.

4. Анализ результатов исследований и разработка мероприятий, связанных с улучшением качества электрической энергии по синусоидальности напряжения.

В результате анализа предприятия по предложенной методике последовательно по каждому пункту обозначаются проблемные места и пути их решения, которые на примере тестовой задачи можно свести к следующему:

- снижение установленной мощности технологического оборудования (особенно асинхронного электропривода). Результаты рангового анализа, сопоставление значений установленной мощности оборудования и графика нагрузки по активной мощности свидетельствуют о том, что установленная мощность не соответствует реальным нагрузкам. Для обоснованного снижения установленной мощности оборудования необходимо исследовать графики нагрузок непосредственно у самих ЭП;

- увеличение коэффициента мощности в электрических сетях. Наличие мощного асинхронного электропривода бандажных станков, сварочного оборудования наплавки, других устройств и механизмов вызывает резкое снижение коэффициента мощности в режиме холостого хода. Как показывают экспериментальные исследования с участием автора снижение коэффициента мощности в электрических сетях, как правило, совпадает с увеличением коэффициента искажения синусоидальности напряжения. На рисунке 35 представлено изменение коэффициента мощности по вводу № 1 ТП 3406 в течение рабочей смены. Кратковременные пики в почти получасовых провалах коэффициента мощности объясняются включением в это время мощных синхронных двигателей компрессоров с опережающим током.

1.0 f0,91— Hi л/м ПР

0,8-----------*---

С0*Ф П 7 1 Jtl

0,6----L-|JL

0,5 |

10.00 11.30 13.00 14.30 16.00 час.мин 17.30 t

Рисунок 35 - Коэффициент мощности по вводу № 1 ТП 3406

Лк \ А А 1Л

I г у V д

1 А Д 1 1 г

V и а г ч J

Для улучшения показателей качества электрической энергии, связанных с искажением синусоидальности напряжения, необходимо выполнить:

- снижение мощности искажающих нагрузок. Имитационное моделирование позволяет определять вклад отдельных групп ЭП в искажение синусоидальности напряжения, то есть указать, какое электрооборудование в сложившейся ситуации оказывает наибольшее влияние. Снижение.мощности нагрузок возможно, если не будет нарушена технология производства работ;

- при сохранении общего электропотребления осуществить исключение одновременной работы искажающих нагрузок (разнести во времени);

- обоснованное увеличение доли неискажающих нагрузок;

- в крайнем случае, рассмотреть возможность изменения конфигурации внешней электрической сети.

Выше представлены наиболее общие формулировки мероприятий, направленных на повышение эффективности использования технологического оборудования стационарных предприятий железнодорожных транспорта. Несомненно, что при использовании рассмотренного методологического подхода к анализу оборудования предприятий, в каждом конкретном случае будут свои нюансы.

Экономическая эффективность производства в значительной степени зависит от качества электроснабжения.

Обычное электрическое оборудование, используемое в электрических сетях, предназначено для работы в условиях симметрии напряжений, их синусоидальной формы кривых и уровня, равного или близкого к номинальному значению. При отклонениях показателей КЭ, превышающих нормируемые стандартом значения, нормальная работа электрооборудования либо вообще невозможна, либо может быть обеспечена только при значительном снижении нагрузки. Следует, однако, заметить, что снижение эффективности работы электроприемников имеет место и при изменении показателей КЭ в технически допустимых диапазонах.

Многие аспекты проблемы экономического ущерба недостаточно исследованы, что отражается на содержании и качестве методик.

Для определения экономически целесообразных границ изменения ПКЭ необходима количественная оценка ущерба, обусловленного снижением КЭ. Согласно (41) он проявляется в увеличении потерь активной мощности и электроэнергии; в сокращении срока службы ЭО; в увеличении капитальных вложений в систему электроснабжения; в увеличении потребления реактивной мощности; в нарушении нормального хода технологических процессов.

Первые три вида последствий имеют место, в основном, в электротехническом оборудовании систем электроснабжения, к которому относятся: асинхронные двигатели, синхронные машины, силовые трансформаторы, силовые конденсаторы, осветительные приборы, линии электропередачи и др.

Увеличение капитальных вложений в систему электроснабжения обусловлено необходимостью установки в ней более мощного электрооборудования по сравнению с тем, которое требуется по условиям симметричного и синусоидального режима.

Нарушение нормального хода -технологического процесса, вызванное ухудшением КЭ, сопровождается снижением качества и количества выпускаемой продукции.

Четвертый вид последствий обусловлен увеличением потребления реактивной мощности нелинейными нагрузками.

В настоящее время наиболее достоверную информацию можно получить о первых трех составляющих. В своих расчетах ограничимся оценкой ущерба от несинусоидальности токов и напряжений.

Согласно методическим рекомендациям [61] при установлении экономического ущерба от снижения КЭ примем следующие исходные условия: а) экономический ущерб, обусловленный снижением КЭ, является результатом воздействия несинусоидальности токов и напряжений на работу электрооборудования; б) определение экономического ущерба основано на количественной оценке отрицательного последствия: увеличения потерь активной мощности; в) установление экономического ущерба носит приближенный характер и предназначено для предварительных расчетов экономической целесообразности применения мероприятий по повышению КЭ.

Ущерб от несинусоидальности напряжений может быть представлен тремя составляющими.

1. Составляющая, обусловленная дополнительными потерями активной мощности, руб.:

У, (45) ы где зэ-стоимость 1 кВт-ч потерь электроэнергии, ./(кВгч);

Д^- дополнительные потери активной мощности в 1-й группе однородных элементов, кВт; Тг число часов работы в году i-ой группы однородных элементов, ч/год; где 3,- приведенные затраты на i-ю группу однородных элементов, руб.; у,- краткость снижения срока службы для i-й группы однородных элементов, отн. ед.;

Е„- нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, 0,1; Тп,- номинальный срок службы для i-ой группы однородных элементов, год.

3. Составляющая, обусловленная снижением эффективности использования передающих элементов электрической сети, руб.: где ДЗ, - дополнительные приведенные затраты на усиление j-ro передающего

Составляющую, обусловленную снижением срока службы электрооборудования, учесть достаточно трудно, поэтому остановимся более подробно на других составляющих.

Дополнительные потери активной мощности, обусловленные несинусои-дальностыо напряжений, вычисляются для различных групп однородных элементов по следующим выражениям.

Асинхронные двигатели и синхронные машины:

46) m

Уз = (руб.),

47) элемента, руб.; » -ц г N кВт),

48) где £/,,- относительное значение модуля напряжения v-й гармоники на зажимах потребителя, отн. ед.;

V- номер гармоники; к , к - постоянные коэффициенты /2к,табл. 29,с.243/.

Для силовых трансформаторов

ДР= к >e[,+k —4=—U; -SH кВт,

49) где SH - номинальная полная мощность ЭО, кВ-А; к , к"- коэффициенты, определяемые для силовых трансформаторов по. Дополнительные потери активной мощности, обусловленные протеканием в электрических сетях несинусоидальных токов, определяются как разность потерь активной мощности в несинусоидальном режиме и потерь активной мощности при протекании по линии симметричных, синусоидальных токов: где v- порядковый номер гармоники;

Iv - действующее значение тока v-й гармоники, А; г - активное сопротивление фазы линии на основной гармонике, кОм;

АР(. - потери активной мощности в линии при протекании симметричных синусоидальных токов, кВт.

Экономический эффект от реализации мероприятий по улучшению качества электроэнергии будет заключаться в том, что в результате произойдет значительное снижение экономического ущерба от низкого КЭ. В качестве экономического эффекта мы рассатриваем только экономию электрической энергии за счет снижения потерь активной мощности. Потребление активной и реактивной энергии ВЧД-3 по вводам ТП 3406 за 2003 .г. представлены в таблице 14.

50)

Полный перечень технологического оборудования по вводу № 1 ТП 3406 ВЧД-3 представлено в приложении 2.

В результате расчета потери активной мощности по вводу № 1 ТП 3406 составили 6,7 кВт.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Третьяков, Евгений Александрович, 2005 год

1. Аввакумов В. Г. Симметрирование и компенсация реактивной мощности несимметричных промышленных нагрузок. // Промышленная энергетика. 1967. № 7 , 1.

2. Андерсон Г. Статистический анализ временных рядов. М., 1976. 288 с.

3. Арриллага Дл .^, Брэдли Д., Бождер П. Гармоники в электрических системах. М., 1990. 320 с.

4. Багиев Г. Л. Основы экономики и управления качеством энергии. Л., 1983.236 с. te|> 7 Бардушко В.Д. Анализ и параметрический синтез систем тягового электроснабжения: Дис. д-ра техн. наук. Иркутск, 2001. ^v,

5. Беркович Е. И. К определению понятия мощности в нелинейных цепях // Электричество. № 1. 1989. 61.

6. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. М., 1996. 342 с.

7. Борисов Р. К., Смирнов М. П., Петров Р. и др. Методы и средства решения практических проблем электромагнитной совместимости на электрических станциях и подстанциях // Электро. 2002. № 2. 45.

8. Бочков К. А., Рязанцева Н. В. Вероятностные методы определения уровней электромагнитной совместимости //Электрика. 2002. № 5. 5 ж, 12 Бурков А. Т. Электронная техника и преобразователи: Учебник для вузов. М., 1999.464 с.

9. Вагин Г. Я. Определение статистических характеристик реализаций случайных процессов изменения параметров электрической энергии // Электричество. 1989. № 5 58.

10. Вазан М. Стохастическая аппроксимация. М., 1972. 221 с. Ш ^ 15 Веников В. А. Основы теории подобия и моделирования. М., 1973. 372 с.

11. Веников В. А. Теория подобия и моделирования. М., 1976. 256 с.

12. Веников В.А. Электрические системы: электрический расчет, программирование и оптимизация режимов. М., 1973. 372 с.

13. Веников Г. В., Строев В. А. Применение математических методов и средств вычислительной техники в проектировании и эксплуатации энергети-' ' ческих систем. М., 1965. 421 с.

14. Вентцель Е. Исследование операций. М., 1972. 172 с.

15. Вентцель Е. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М., 2000. 210 с.

16. Висящев А. Н., Тигунцев Г. Влияние потребителей на искажение напряжения // Электрические станции. 2002. № 7. 26.

17. Гамазин И., Петрович В. А. К вопросу об определении фактическо- ^ го вклада потребителя в искажение параметров // Электрика. 2002. № 7. 21.

18. Герасименко А. А. Оптимизация режимов электрических на основе метода приведенного градиента // Электричество. 1989. № 9.

19. Герман Л. А., Бородулин Б. М., Николаев Г. А. Конденсаторные установки электрифицированных железных дорог. М., 1983. 183 с.

20. Гнеденко Б. В. Курс теории вероятностей М., 1965. 245 с.

21. Горбунова Л. П., Поржной М. Г., Рабинович Р. и др. Экспериментальные исследования режимов энергосистем. М., 1985. 325 с.

22. ГорштеГ|н Р. Методы оптимизации режимов энергосистем. М., 1981. 325 с. Ш 28 Горюнов И. Т., Мозгалев В. С , Богданов В. А. Проблемы обеспечения качества электрической энергии // Электрические станции. 2001. № 1. 160.

23. ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах ., электроснабжения общего назначения,

24. Грибанов Ю. И. Спектральный анализ случайных процессов. М., 1974. # 138 с.

25. Григорьев О.А., Петухов B.C. Влияние электронного оборудования на условия работы электроустановок зданий//Электро. 2003. № 3. -• ..

26. Гусейнов А. М. Расчет в фазных координатах несимметричных установившихся режимов в сложных системах // Электричество. 1989. № 3. З.

27. Добрусин Л.А. Методология и библиотека моделей для анализа влияния преобразователей на качество электроэнергии. М., 1997. W 34 Дрехслер Р. Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке. М., 1985. 234 с.

28. Жаков В. А. и др. Синтез моделей вычислительного эксперимента. Спб., 1992.

29. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М., 1984. 160 с.

30. Жежеленко И. В. Методы вероятностного моделирования в расчетах ^ характеристик электрических нагрузок потребителей. М., 1990. 234 с.

31. Жежеленко И. В. Показатели качества электроэнергии на промышленных предприятиях. М., Энергия. 1977. 128 с.

32. Жежеленко И. В. Учет вероятностного характера графиков нагрузки при пересчете коэффициентов максимума на различных интервалах времени // Электричество. 1987. № 12.

33. Жежеленко И. В., Саенко Ю. Л. Оценка интенсивности фликера в се- W тях прокатных станов // Электрика. 2002. № 7. 12.

34. Жежеленко И.-В., Саенко Ю. Л. Централизованная компенсация несинусоидальности напряжения // Электрика. 2002 № 5. 15.

35. Жежеленко И. В., Шидловский О. Б. Электромагнитные помехи в системах электроснабжения промышленных предприятий. М., 1986. 120 с.

36. Железко Ю. Электрическая энергия - высокое качество. // Стандарты и качества. 1979. № 10. 21.

37. Закон РФ «Об энергосбережении» от 3.04.96 г.

38. Инструкция о порядке расчетов за электрическую и тепловую энергию. М., 1996. 9 с.

39. Карманов В. Г. Математическое программирование. М., 1986. 345 с.

40. Карпов В. В. Многофакторная модель суммарной нагрузки энергосис- • темы // Энергетика. Сб. тр. ЛПИ № 357 /Л., 1977 .

41. Карпов Ф. Ф., Солдаткина А. А. Регулирование напряжения в электросетях промышленных предприятий. М., 1970. 223 с.

42. Картшлеи М. И., Пономаренко И. Способ инструментального выявления источников искажения напряжения и определения их влияния на качество электроэнергии / Электричество. 2001. № 3.

43. Качество электроэнергии в электрических сетях при наличии выпря- Щ мительной нагрузки большой мош,ности / Кордюков Е. И.; ОмИИТ. Омск, 1986, - Деп. в ЦНИИТЭИ МПС №2456-Д84.

44. Койков Н. Анализ взаимодействия между источником и потребителем электроэнергии//Электричество. 1987. № 1.

45. Кордюков Е. И. Многоцелевая оптимизация качества электроэнергии и средств его улучшения в системах электроснабжения электрических железных дорог и промышленных предприятий: В 2 т., т. 1: Дис. докт. техн. наук. Омск, 1993. 256 с.

46. Краснов Б, Д., Недачин В. В., Павловский А. Н. Стационарная электроэнергетика ж.д. узла. М., 1986.

47. Кремер Н. Ш. Теория вероятностей и математической статистики. М., 2001,543 с. |||> 64 Круг К. А. Теория переменных токов. М., 1946. 134 с,

48. Курбацкий В. Г. Качество электрической энергии и электромагнитная совместимость технических средств в электрических сетях. Братск, 1999. 220 с.

49. Курбацкий в . Г. О совершенствовании нормирования качества элек-. Ж трической энергии//Элегсгричество. 1988. №3.

50. Кучумов В. А., Ермоленко Д. В. и др. Показатели качества электроэнергии на токоприемнике и взаимодействие электроподвижного состава с системой тягового электроснабжения // Вестник ВНИИЖТА. 1997. № 2.

51. Лопатников Л. И. Экономико-математический словарь. М., 1987.

52. Лурье Л. Коэффициент мощности несимметричной нагрузки трехфазной сети // Электричество. 1952. № 3. 52.

53. Майер В. Я. Методика определения долевых вкладов потребителя и энергоснабжающей организации в ухудшение качество электроэнергии // Элек-' # тричество. 1994. № 9. 19.

54. Мамошин Р. Р. Повышение качества энергии на тяговых подстанциях дорог переменного тока. М., 1979. 356 с.

55. Мамошин Р. Р., Никифорова В. Н. О совершенствовании нормирования качества электроэнергии // Электричество. 1987. № 7. 20.

56. Марченко Е. А. Качество частоты в ЕЭС России в свете западноевропейских требований // Электрические станции. 2001, № 2. 47.

57. Математическая теория планирования эксперимента / Под редакцией Ермакова К. Н.. М., 1983. 324 с.

58. Мелентьев Л. А. Системные исследования в энергетике. М., 1983. ^> 78 Мелешкин В. Н. Восстановление электрической резисторной цепи по ее входным и взаимной проводимостям // Электричество. 1989. № 6.

59. Мельников Н. А. Электрические сети и системы. М., 1975.

60. Методика проведения энергетических обследований и паспортизации ^^ предприятий ж.д. транспорта / Под ред. В. Д. Авилова // Омский гос. Ун-т путей сообщения. Омск, 2001. 197 с.

61. Моисеев Н. Н. Математические задачи системного анализа. М., 1981. 488.

62. Павлов Л. Н. Об определении степени усиления высших гармоник тока в тяговых сетях // Электричество. 1972. № 9.

63. Павловский А. Н., Краснов Б. Д., Недачин В. В. Стационарная электроэнергетика ж.д. узла. М., 1986. 279. # 86 Полляк Ю. Г. Вероятностное моделирование на ЭВМ. М., 1971.

64. Постановление правительства РФ от 2.10.95 г. за № 1087 «О неотложных мерах по энергосбережению».

65. Правила зашиты устройств проводной связи от влияния тяговой сети эл. ж. д. М., 1969. 43 с.

66. Правила применения скидок и надбавок к тарифам за качество электроэнергии //Промышленная энергетика. 1991. № 8. 49.

67. Правила устройств системы тягового электроснабжения ж. дорог РФ Ф УЭ-462. М., 1997. 78 с.

68. Рахманов Н. Р. Применение методов идентификации для оперативного определения электрических режимов в энергообъединении // Электричество, 1989. №10.

69. Сб. технических указаний, информ. материалов и руководящих документов по хозяйству электроснабжения. М., 2002.

70. Себелева Т. Г. Методы автоматизированного поиска управляющих решений качества электроэнергии при несимметричных и несинусоидальных \0 режимах. Омск, ОмИИТ, 1987,

71. Смирнов С, Коверникова Л. И. Вклад потребителя в уровни напряжения высших гармоник в узлах электрической сети // Электричество. 1992. № 11. С, 56

72. Соболь И, М, Численные методы Монте-Карло. М.,1973.

73. Соколов В. С, Ермилов М. А. и др. Проблемы установления размера ответственности за ухудшение качества электроэнергии и пути их решения // Промышленная энергетика. 2000. № 8.

74. Турский Е. И. Теория вероятностей. М., 1971.

75. Ферро А. Измерения при несинусоидальных сигналах: новые подходу) ды к старой проблеме науки и технике измерений // Приборы и системы управления. 1999. № 10.

76. Хабигер Э. Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике. М., 1995. 405 с.

77. Хинчин А. Я. Элементарное введение в теорию вероятности. М., 1976.

78. Церазов А. Л. Влияние несимметрии и несинусоидальности напря- \Щ жения на асинхронные двигатели // Промышленная энергетика. 1963. № 12. 16..

79. Шаракшанэ А.С. Сложные системы. М., 1977.

80. Шевцов М.В. Определение эквивалентного сопротивления электроэнергетической системы для устройств дистанционной защиты и определения места повреждения // Электро. 2003. № 2.

81. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем. Искусство и наука. lA М., 1978.

82. Шидловский А. К. О совершенствовании нормирования качества электроэнергии//Электричество. 1987. № 10. 65.

83. Шидловский А. К., Борисов Б. П. Симметрирование однофазных и двухплечевых электротехнологических установок. Киев, 1977. 160 с.

84. Шидловский А. К., Кузнецов В. Г. Повышение качества энергии в электрических сетях. Киев, 1985. 268 с.

85. Шидловский А. К., Кузнецов В. Г. Схемы симметрирования однофазных нагрузок в трехфазных цепях. Киев, 1973. 219 с.

86. Шрейдер К. Метод статистических испытаний (метод Монте-Карло). Ц М., 1962.

87. Шумилов В. Ф. Корреляционные функции и спектральные плотности случайных нагрузок промышленных установок // Электричество. 1988. № 3.

88. Buchholz F. Die Drehstrom - Scheinleistug bei ungleichmajSiger Belas- Щ tung der drei Zweige. // Licht und Kraft. Org. Elektrotech. Ver. Miinchen, 1972, № 2.

89. Czarnecki L.S. Current and power equations at bidirectional flow of harmonic active power in circuits with rotating machines. // ETEP, 1993, Vol.3, №1.

90. Fauri M. Harmonic Modeling of Non-Linear Load by Means of Grossed Frequency Admittance Matrix // IEEE Trans, on Power Systems. 1997. vol. 12. № 4.

91. Heumann K. Grundlagen der Leistungselektronik. Stuttgart: Teubner, Ш> 1989.