Развитие методов исследований несимметричных режимов электроэнергетических систем и их практическое применение тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, доктор технических наук Попов, Владимир Анатольевич

• Попов, Владимир Анатольевич
• доктор технических наук
• 2003

Оглавление диссертации доктор технических наук Попов, Владимир Анатольевич

Введение.

Глава1. Анализ методов расчета переходных и установившихся несимметричных режимов электрических систем.

Глава 2. Рационализация формы записи уравнений ЭЭС при расчетах несимметричны режимов.

2.1. Общие положения

2.2. Модели элементов электроэнергетической системы в фазных координатах

2.3. Моделирование воздушных линий электропередачи

2.4. Модели трансформаторов в фазных координатах

2.4.1. Трансформаторы с заземленной и изолированной нейтралью

2.4.2. Модели трансформаторов с явно выделенной нейтралью

2.4.3. Трехобмоточные трансформаторы

2.5. Два подхода к решению уравнений несимметричных режимов

2.6. Уравнения узловых напряжений ЭЭС при расширении схемы включением внутренних сопротивлений прямой последовательности генераторов и нагрузок

2.7. Уравнения узловых напряжений при использовании метода преобразования многофазных узлов ЭЭС к трехфазному виду

2.8. Уравнения узловых напряжений при задании нагрузочных узлов ЭЭС в фазных координатах.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Методика расчета установившегося несимметричного режима с применением метода Ньютона.

3.1. Общие положения.

3.2. Структура матрицы Якоби при моделировании нагрузок в симметричных составляющих.

3.3. Структура матрицы Якоби при моделировании нагрузок в фазных координатах

3.4. Алгоритмы решения системы уравнений узловых напряжений при различных способах моделирования нагрузок

Выводы по главе 3.

Глава 4. Неполнофазные режимы оборудования и их симметрирование.

4.1. Неполнофазные режимы работы оборудования.

4.2. Оценка возможностей известных схем симметрирования 116 неполнофазных режимов.

4.3. Симметрирование неполнофазного режима BJI 500 кВ путем пофазного рассогласования коэффициентов трансформации ОАТ.

4.4. Симметрирование неполнофазного режима включения шунтовых реакторов на ПС 500 кВ при наличии автотрансформаторов связи с напряжением 220 кВ.

4.5. Оценка эффективности пятифазной схемы включения однофазных автотрансформаторов.

4.6. Исследование воздействия различных средств симметрирования на увеличение пропускной способности пятифазной схемы включения AT.

4.7. Поведение релейной защиты и модернизация ее отдельных элементов при неполнофазных включениях линии.

4.8. Определение токов и напряжений прямой й обратной последовательностей при несимметричных режимах работы оборудования.

4.9. Измерение мощности в условиях неполнофазных режимов работы оборудования.

Выводы по главе 4.

Глава 5. Методика расчета максимальных наведенных напряжений на отключенных BJ1 для обеспечения безопасности ремонтных работ.

5.1. Общие положения.

5.2. Расчет наведенных напряжений с применением фазных координат.

5.3. Сопоставление результатов расчетов с натурными измерениями.

5.4. Результаты расчетов дополнительных потерь мощности в грозозащитном тросе при его заземлении на каждой опоре

5.5. Способы снижения наведенных напряжений на линиях, выведенных в ремонт. Выводы к главе 5.

Глава 6. Уточнение определения мест повреждения на BJ1 при использовании фазных координат

6.1. Общие положения

6.2. Методы определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи

6.3. Определение методической погрешности ОМП от неучета пофазного различия параметров ВJ

6.4. Определение места повреждения на BJ1 с изолирующими распорками между проводами в расщепленных фазах

6.5. Определение места КЗ при одновременном разрыве фазы на

В Л 110 - 220 кВ

Выводы по главе 6:

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие методов исследований несимметричных режимов электроэнергетических систем и их практическое применение»

Как было отмечено выше, анализ условий функционирования ЭЭС при несимметричных, неполнофазных режимах работы, определение их допустимости в тех или иных конкретных случаях проявления несимметрии в сети является одной из центральных проблем исследований в электроэнергетике. Актуальность данного вопроса особенно возросла в последние годы в связи с участившимися случаями выхода из строя сетевого оборудования (в большинстве своем исчерпавшего свой ресурс). Причем нередко повреждается и выходит из строя одна фаза трехфазного элемента (например шунтирующего реактора, трехфазной группы однофазных автотрансформаторов и т.д.).

Важную роль при решении указанной проблемы играет разработка таких методов моделирования ЭЭС, которые отличались бы универсальностью, адекватностью математического описания ЭЭС при любых проявлениях несимметрии в сети. От того, насколько удачен используемый для моделирования математический аппарат формализации, как в смысле его конструктивности, так и в смысле его адекватности, зависит точность решения задач, объективность оценки допустимости функционирования ЭЭС при той или иной несимметрии. Чрезвычайно высокий уровень развития вычислительной техники и языков программирования позволили существенно расширить область приложения этого аппарата исследования. В то же время, ощущается отсутствие единой методологии как в вопросах построения моделей ЭЭС, так и в выборе метода решения.

Решение большого числа практических задач (как будет показано дальше), связанных с несимметрией, требует учета многих факторов. Наиболее значимыми из них являются возможность моделирования многофазных элементов ЭЭС (воздушные линии ) с тросами, трансформаторы с явно выделенной нейтралью, BJI с изолирующими распорками в расщепленных фазах), возможность задания пофазно различных параметров элементов ЭЭС (BJI, трансформаторы с пофазно различными коэффициентами трансформации, любые элементы ЭЭС, работающие неполным числом фаз - BJI, реакторы и т.д.), а также внесение в модель ЭЭС узлов, замещающих контуры заземления подстанций (ПС) и опор BJI. Существующее программное обеспечение не удовлетворяет исследователей в силу невозможности адекватного представления в модели ЭЭС всех вышеперечисленных факторов.

Прежде чем приступить к непосредственному рассмотрению используемого в работе подхода, остановимся на основных теоретических положениях, относящихся к вопросу формализованного описания ЭЭС при исследовании несимметричных режимов.

В общем виде любая электрическая система может быть представлена моделью, состоящей из узлов и связей между узлами (ветвей). Математически эта модель описывается многополюсником, у которого количество входов (полюсов) равно количеству узлов системы, а ветви являются связями между полюсами многополюсника.

Связь между напряжениями в узлах и входными токами n-полюсника в форме Y описывается системой уравнений узловых потенциалов:

Уп У 12 Уи Ухп А

У22 У* У2П J2

Уя У,2 У„ У,п и, J,

Уп 2 Уп, Упп ип Jn или в виде матричного выражения:

Y и =J , (2.1,6) у —у —у где п - количество узлов в системе;

Yy - матрица собственных и взаимных узловых проводимостей; Uу - столбец-вектор напряжений в узлах;

Jу - столбец-вектор задающих токов (входных токов п - полюсника).

Напряжения в узлах измеряются относительно некоторого узла (базисного), потенциал которого условно принят равным нулю, таким образом, всего в системе имеется (п+1), но базисный узел учитывается неявно и из (2.1) исключен. Поэтому порядок системы уравнений (2.1) равен п.

Элементы матрицы Уу определяются следующим образом, сумма проводимостей всех ветвей, присоединенных к г'-му узлу записывается на главной диагонали на пересечении z'-й строки и г'-го столбца (элемент Y, ,). Эта величина называется собственной проводимостью /'-го узла. Проводимость между г'-м и j-м узлами с обратным знаком записывается в недиагональных элементах и Yj Описанное выше можно выразить так:

Y. =£у.: и ^ j и > н И где YH, Y,j - элемент матрицы Уу ; ytj - проводимость ветви между узлами i и j.

Известно, что матрица Y^ в большинстве случаев характеризуется слабой заполненностью, то есть большим количеством нулевых элементов. В современных сложных электрических системах число ветвей приблизительно в 1.5 раза больше числа узлов. Поэтому количество ненулевых элементов в матрице порядка п составит

7+2-1.5-П=4 -П

Отношение числа ненулевых элементов к общему числу элементов равно п1 п и снижается с ростом п.

При решении системы уравнений узловых потенциалов (2.1) методом обращения не удается воспользоваться преимуществом слабой заполненности, так как матрица 1 будет полностью заполненной.

Столбец-вектор содержит задающие токи, входящие в узлы схемы (входы многополюсника) и обеспечивающие заданный режим работы электрической системы, т. е. протекание токов по ветвям и поддержание напряжений в узлах. Задающие токи моделируют действие генераторов в системе. Генератор моделируется ветвью с заданным источником ЭДС Е и сопротивлением Z (см. рис. 2.1), которая подключается к г-му узлу и поддерживает в данном узле напряжение

Рис 2.1. Генераторная ветвь с ЭДС

Такая схема может быть преобразована к виду с источником тока и включенным параллельно ему сопротивлением Z (см. рис. .2.2). J

Рис. 2.2. Схема с источником задающего тока, эквивалентная схеме рис. 2.1

Величина источника тока J определяется по следующему выражению: Е

J =

2.2)

Таким образом, величина источника тока J равна току КЗ на шинах генератора.

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Попов, Владимир Анатольевич

Выводы по главе 6:

1. Разработана методика ОМП, основанная на предварительном расчете отношений токов нулевой последовательности по концам BJ1. Расстояние до места повреждения находится путем сравнения измеренных отношений токов с расчетными.

2. Выявлено, что учет в модели BJ1 таких факторов, как пофазное различие параметров, транспозиция фаз, взаимовлияние с другими линиями, характер заземления грозозащитного троса, позволяет существенно повысить точность ОМП.

3. Выявлено, что на BJ1 с изолирующими распорками в расщепленных фазах использование двустороннего замера позволяет точно определить место повреждения как при однофазном КЗ, так и при КЗ одного провода расщепленной фазы; учет возможности появления обрыва одного из проводов с одновременным КЗ приводит к неоднозначности ОМП, которую можно разрешить только с помощью дополнительной информации о виде повреждения.

4. Показано, что использование разработанной методики ОМП для BJ1 110, 220 кВ при появлениях таких сложных несимметричных режимов, как одновременное КЗ с разрывом фазы дает возможность правильно распознать вид и точно определить место повреждения.

5. При одностороннем и двустороннем методах ОМП всегда существуют методические погрешности, которые определяются неадекватностью используемой расчетной математической модели реальному объекту из-за неточности задания погонных параметров и длин участков BJ1, неучета распределенности параметров BJ1, несимметрии параметров по фазам, взаимовлияния данной линии с параллельными BJ1, характера заземления грозозащитных тросов по длине линии, протекания токов по контурам заземления опор линий и др.

6. При двустороннем методе ОМП транспозиция фаз приводит к увеличению методической погрешности от неучета пофазного различия. Причем погрешность достигает максимального значения в местах установки транспозиционных опор.

7. При использовании одностороннего метода ОМП максимальное значение погрешности больше, чем при двустороннем способе. Причем погрешность из-за поперечных параметров BJ1 возрастает к концу линии. Наличие транспозиции приводит к уменьшению методической погрешности от неучета пофазного различия.

8. Разработанный и внедренный в производство метод и программный комплекс по определению мест повреждения на BJ1 110-750 кВ, позволяет существенно снизить методическую погрешность ОМП и ускорить поиск места повреждения ВЛ.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Попов, Владимир Анатольевич, 2003 год

1. Тер-Газарян Т.Н., Биджанов Я.Г., Ананянц С.С., Белобородое В.А. Пофазный ремонт блочных трансформаторов электростанций. Электрические станции, 1991, № 7.

2. Попов В.А., Кушкова Е.И., Соловьев С.Л., Вылегжанин В.А., Ефимов В.Н., Соболев В.А., Александров В.Ф. Результаты эксперимента пятифазного включения однофазных автотрансформаторов 220 и 500 кВ. Электрические станции, 1990, № 9. - С. 89-91.

3. Жанаев Д.Т. О целесообразности применения неполнофазных режимов для повышения пропускной способности электропередачи при плановых и аварийных отключениях// Сибирский вестник сельскохозяйственной науки СО ВАСХНИИЛ, 1984. № 1.

4. Дудниченко А.И., Заславская Т.Б., Китушин В.Г. Исследование несимметричных режимов линий электропередачи для повышения надежности электроснабжения// Тр. СибНИИЭ. М.: Энергия, 1974. Вып. 23.

5. Казанцев В.Н. Определение предела передаваемой мощности линии электропередачи в неполнофазном режиме// Науч. тр. Уральск, политехи, ин-та, 1973. Т. 217.

6. Тараншин С.И. К вопросу об использовании неполнофазных режимов при электроснабжении сельскохозяйственных районов// Науч. тр. «Электроснабжение сельскохозяйственных комплексов». М.: МИИСП, 1980.

7. Беляков Н.Н., Лоханина Н.И., Рашкес B.C. Эксплуатация линий 750 кВ с уменьшенным числом шунтирующих реакторов. Электрические станции, 1982, № 8.

8. Антонова Н.П. Применение неполнофазного включения реакторов в линиях электропередачи 750 кВ. Тр. Моск. Энерг. Ин-т, 1980, вып. 442.

9. И. О переходе в аварийных режимах на работу двумя фазами на линиях электропередачи напряжением 35-220 кВ. Сб. директивных материалов. Электрическая часть. М.: Энергия, 1971.12.