Совершенствование систем технологического управления сетями сверхвысокого напряжения энергообъединений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Жуков, Андрей Васильевич

• Жуков, Андрей Васильевич
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Жуков, Андрей Васильевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I

ИССЛЕДОВАНИЕ АНОМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ СВН

1.1 Исследование условий возникновения резонансных режимов в цикле ОАПВ на линии СВН с шунтирующими реакторами и способов их устранения.

1.1.1 Характеристика объекта исследования и математическая основа методики.

1.1.2 Определение условий возникновения резонансных перенапряжений в цикле ОАПВ на линиях СВН с ШР.

1.1.3 Оценка эффективности применения КР для ликвидации резонансных перенапряжений на линиях СВН.

1.1.4 Оценка влияния КР на снижение тока подпитки электрической дуги короткого замыкания в цикле ОАПВ

1.2 Исследование условий возникновения феррорезонанса и способов его предотвращения в блочных схемах «автотрансформатор -линия СВН».

1.2.1 Характеристика объекта исследования и методика решения задачи.

1.2.2 Количественный анализ переходного феррорезонанса.

1.2.3 Способы предотвращения переходного феррорезонанса

1.3 Выводы.

ГЛАВА II

НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АНОМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ НА ВЛ 750 KB КАЛИНИНСКАЯ АЭС - ВЛАДИМИРСКАЯ

2.1 Цель и задачи исследования.

2.2 Анализ результатов экспериментальных исследований.

2.2.1 Опыты измерения токов и напряжений на поврежденной фазе в цикле ОАПВ BJI 750 кВ.

2.2.2 Эксперименты с имитацией коротких замыканий.

2.2.3 Натурные испытания цифровых защит линии электропередачи СВН.

2.2.4 Определение мест повреждения на BJI 750 кВ средствами ОМП и регистраторов аварийных событий.

2.3 Выводы.

ГЛАВА III

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ РЗА НА ОБЪЕКТАХ СВН

3.1 Источники электромагнитных воздействий и каналы передачи электромагнитных помех на энергообъектах

3.1.1 Электромагнитная обстановка и источники электромагнитных воздействий.

3.1.2 Влияние электромагнитных помех на функционирование микропроцессорных устройств защиты и управления.

3.2 Методика исследования ЭМС микропроцессорных устройств защиты и управления

3.3 Исследование уровней электромагнитных помех и мероприятий по их снижению на Костромской ГРЭС.

3.3.1 Программа исследований, характеристика энергообъекта

3.3.2 Результаты исследований электромагнитной совместимости

3.3.3 Рекомендации по обеспечению помехоустойчивости микропроцессорных устройств защиты и управления.

3.4 Общие рекомендации по обеспечению помехоустойчивости микропроцессорных систем защиты и управления.

3.5 Выводы.

ГЛАВА IV

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СЕТЕЙ СВН ЭНЕРГООБЪЕДИНЕНИЙ

4.1 Состояние вопроса и направление совершенствования систем технологического управления.

4.2 Совершенствование систем управления подстанций СВН

4.2.1 Основные требования к интегрируемым системам управления вновь сооружаемых и модернизируемых подстанций СВН.

4.2.2 Разработка принципов построения ИСУ подстанций СВН

4.2.3 Принципы построения информационно-экспертной системы аварийных режимов (ИЭС АР).

4.3 Разработка основных направлений совершенствования АСТУ энергообъединений на примере ОЭС Центра.

4.3.1 Предпосылки реконструкции систем технологического управления ОЭС Центра.

4.3.2 Основные направления модернизации АСТУ ОЭС Центра

4.4 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование систем технологического управления сетями сверхвысокого напряжения энергообъединений»

Актуальность темы. Эффективное функционирование энергосистем в значительной мере определяется развитием системообразующих сетей сверхвысокого напряжения (СВН) и уровнем технического совершенства систем технологического управления сетей СВН. Обеспечение надежного функционирования энергосистем требует непрерывного анализа режимов работы сетей, решения возникающих в эксплуатации технических проблем, разработки перспективных вопросов развития энергосистем и их систем управления.

Снижение уровня электропотребления в стране в период 1990-2000 гг. и соответственно ослабление тяжести электрических режимов в сетях СВН ЕЭС России привело к проблеме повышенных напряжений в сетях СВН. Компенсация избыточной реактивной мощности в сетях СВН с помощью установки шунтирующих реакторов (ШР) выявило проблему резонансных перенапряжений в сети. Исследование аномальных режимов и анализ возможных технических решений по их предотвращению явилось необходимым условием обеспечения надежности функционирования сетей СВН и энергообъединений.

Широкомасштабное внедрение микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики (МП РЗА) в электрических сетях потребовало проведения исследований по адаптации зарубежных МП РЗА в российские с.сти, выявило необходимость разработки вопросов обеспечения на энергообъектах электромагнитной совместимости (ЭМС) МП РЗА, создания интегрированных систем управления (ИСУ) объектов СВН.

Достигнутые успехи в области информационных технологий и цифровых систем управления определили необходимость решения вопросов совершенствования и развития современных автоматических и автоматизированных систем технологического управления (АСТУ) сетями СВН энергообъединений.

Модернизация систем технологического управления потребовала разработки нормативно-технических документов, определяющих возможность широкомасштабного внедрения цифровых систем и аппаратуры управления на действующих и вновь сооружаемых энергообъектах.

Результаты анализа состояния сетей СВН и систем технологического управления позволили сформулировать цель и задачи диссертационной работы.

Основанием для выполнения настоящей работы явились приказы ОАО РАО «ЕЭС России»: от 17.11.1995 г. №520 «О мерах по повышению уровня эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики и подготовки персонала по их обслуживанию»; от 06.05.1999 г. №178 «Об утверждении технико-экономического обоснования «Система технологического управления ОЭС Центра в нормальных и аварийных режимах. Реконструкция».

Цель работы. Совершенствование систем технологического управления сетями СВН энергообъединений на основе исследований аномальных режимов в сетях СВН, разработки мероприятий по предотвращению и минимизации последствий аномальных режимов, решения технических проблем внедрения цифровых систем управления на объектах СВН, разработки принципов построения и совершенствования современных систем технологического управления сетями СВН энергообъединений.

Основные задачи исследования.

1. Исследование условий возникновения резонансных режимов в цикле ОАПВ на линии СВН с ШР; исследование условий возникновения феррорезонанса в блочных схемах «автотрансформатор-линия СВН»; разработка способов их предотвращения.

2. Экспериментальное исследование условий возникновения перенапряжений в неполнофазных режимах на BJI 750 кВ Калининская АЭС - Владимирская.

3. Экспериментальное исследование функционирования МП РЗА линий электропередачи СВН; разработка рекомендаций по обеспечению помехоустойчивости МП РЗА на основе расчетно-экспериментальных исследований электромагнитной совместимости на действующем энергообъекте.

4. Разработка принципов построения и совершенствования современных автоматических и автоматизированных систем технологического управления сетями СВН энергообъединений.

Объектом исследования являются электрические сети СВН энергообъединений, МП РЗА и АСТУ сетей СВН энергообъединений.

Методы научных исследований базируются на теории электрических цепей, теории электромагнитных и электромеханических переходных процессов в ЭЭС, теоретических основах релейной защиты и автоматики, на расчетных и экспериментальных методах исследования процессов в ЭЭС.

Научная новизна работы.

1. Разработана методика и получены результаты оценки уровней перенапряжений и токов подпитки дуги КЗ в бестоковой паузе ОАПВ на линиях СВН, оборудованных ШР и КР.

2. По результатам натурных исследований на BJI 750 кВ с ШР и КР выявлены зависимости, позволяющие обоснованно моделировать переходные процессы при исследованиях функционирования и настройке устройств РЗА сетей СВН.

3. Экспериментально выявлены виды и уровни электромагнитных помех (ЭМП) в цепях РЗА на Костромской ГРЭС. Разработаны мероприятия по обеспечению ЭМС МП РЗА.

4. Сформулированы принципы построения и совершенствования АСТУ сетями СВН энергообъединений, базирующиеся на современных информационных технологиях, принципах функциональной и аппаратной интеграции систем управления.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждена совпадением результатов расчетных и экспериментальных исследований аномальных режимов в сетях СВН, положительным опытом эксплуатации МП РЗА на объектах СВН, в том числе, в части обеспечения электромагнитной совместимости.

Практическая ценность работы.

1. Предложены мероприятия по предотвращению резонансных и феррорезонансных перенапряжений в цикле ОАПВ на линиях СВН.

2. Во время натурных исследований на BJI 750 кВ получена значительная база данных, позволяющая проводить необходимые исследования цифровых систем РЗА, внедряемых в электрических сетях СВН ЕЭС России.

3. Результаты натурных экспериментов подтвердили возможность применения цифровых защит фирмы ABB в системе РЗА линий электропередачи СВН ЕЭС России, в том числе, для линий с ШР и КР.

4. Разработаны «Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях. Стандарт организации (СО-34.35.311-2004)» и «Требования по выполнению условий электромагнитной совместимости на объектах электроэнергетики / Методические указания» (2005 г.).

5. Принципы построения и совершенствования АСТУ сетей СВН энергообъединений использованы в разработках ОАО «Институт «Энергосетьпроект»: ТЭО «Система технологического управления ОЭС Центра в нормальных и аварийных режимах. Реконструкция» (1997 г), утвержденного приказом РАО «ЕЭС России» от 06.05.99 г № 178 (на основании Заключения Главгосэкспертизы России от 24 декабря 1998 г., №2-1/17-688) и «Концепция технического перевооружения объектов автоматических и автоматизированных систем технологического управления (АСТУ), а также объектов электросвязи ЕЭС России и АОэнерго на период до 2015 года» (2002 г), утвержденной НТС РАО «ЕЭС России».

Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации основные научные и практические результаты использованы при проектировании АСТУ ОЭС Центра, регионального комплекса АСТУ Северо-Восточной зоны ОЭС Центра, комплекса противоаварийной автоматики узла Костромской ГРЭС, сетевых объектов СВН, в том числе, реконструируемых ПС 500 кВ Московского кольца.

Результаты натурных экспериментов обеспечили внедрение современных МП РЗА в сетях СВН.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика и результаты расчетных и натурных исследований перенапряжений в цикле ОАПВ на линиях СВН и блочных схемах «автотрансформатор-линия СВН» и мероприятия по их предотвращению.

2. Результаты натурных исследований аномальных режимов на ВЛ 750 кВ и оценка работоспособности МП РЗА в этих режимах.

3. Экспериментально выявленные уровни электромагнитных помех в цепях РЗА сетей ВН и СВН Костромской ГРЭС и мероприятия по обеспечению электромагнитной совместимости МП РЗА.

4. Основные принципы построения и совершенствования АСТУ сетей СВН энергообъединений.

Личный вклад соискателя. Постановка и формализация задач, разработка теоретических и методических положений, математических моделей и методов, участие в экспериментах, обобщение и анализ результатов и рекомендации по их применению.

Автор выражает благодарность научному руководителю чл.-корр. РАН А.Ф.Дьякову; коллегам ОАО «СО - ЦДУ ЕЭС», МЭС Центра, ОАО «Институт «Энергосетьпроект», МЭИ (ТУ), ООО «НТФ ЭЛНАП»,

Костромской ГРЭС, участвовавшим в проведении сложных натурных и расчетных экспериментов.

Апробация работы. Доклады на научно - технических конференциях: «ВЭЛК - 99» (г Москва 1999 г.), «Релейная защита и автоматика энергосистем» (ВВЦ, г. Москва 1998, 2000, 2002, 2004 гг.), IV симпозиум «Электротехника 2010 год» (г. Москва 2001 г.), «CIGRE - 2000» (г. Париж, 2000 г.), II НТК «Безопасность, эффективность и экономичность атомной энергетики» (г Москва, 2003 г.); на заседании секций «Проблем надежности и эффективности РЗ и средств автоматического системного управления в ЕЭС России» и «Управление режимами энергосистем, РЗ и А» НТС ОАО РАО «ЕЭС России» (г. Москва 2006 г.).

Опубликованные работы. По теме диссертации опубликовано основных 35 работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 103 наименований и четырех приложений. Работа изложена на 183 страницах основного текста и 55 страницах приложений, иллюстрирована 36 рисунками и 20 таблицами.

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Жуков, Андрей Васильевич

4.4 Выводы.

1. Сформулированы принципы совершенствования и развития систем технологического управления энергообъединений, базирующиеся на современных информационных технологиях, принципах функциональной и аппаратной интеграции систем управления, позволяющих реализовывать комплексное адаптивное управление в нормальных и аварийных режимах энергообъединений.

2. Обоснована необходимость четырехуровневой иерархической структуры системы противоаварийного управления крупными энергообъединениями. Классифицированы основные функциональные задачи и взаимные связи каждого уровня.

3. Сформулированы принципы построения интегрированных систем управления подстанций СВН.

4. Разработанные принципы совершенствования и развития систем технологического управления энергообъединений были использованы при разработке проекта модернизации АСТУ ОЭС Центра.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты, представляющие законченную работу, решают актуальную научно-техническую задачу совершенствования систем технологического управления сетями СВН энергообъединений на основе разработки и внедрения мероприятий по предотвращению и минимизации последствий проявления аномальных режимов сетей СВН, решения технических проблем внедрения современных цифровых систем технологического управления на объектах СВН, разработки принципов построения и развития современных систем технологического управления сетями СВН энергообъединений. Получены следующие основные результаты.

1. Разработана методика комплексной оценки уровней перенапряжений и токов подпитки дуги КЗ в бестоковой паузе ОАПВ на линиях СВН, оборудованных ШР и КР, для принятия обоснованных решений по настройке и функционированию системы РЗА ВЛ СВН.

2. По результатам целевых натурных исследований на ВЛ 750 кВ с ШР и КР выявлен ряд зависимостей: условия возникновения и уровни перенапряжений на отключенной в цикле ОАПВ фазе линии, токи подпитки дуги КЗ, частоты колебаний напряжения на отключенной фазе и времена их затухания, позволяющих обоснованно моделировать переходные процессы на линиях СВН при исследованиях и настройке устройств РЗА.

3. Экспериментально выявлены уровни и виды электромагнитных- помех в цепях РЗА на примере Костромской ГРЭС. Разработаны научно обоснованные мероприятия по обеспечению условий электромагнитной совместимости систем РЗА Костромской ГРЭС на этапе технического перевооружения.

4. Сформулированы принципы совершенствования и развития АСТУ сетей СВН энергообъединений, а также пути их интеграции с использованием современных информационных технологий, принципов функциональной интеграции систем управления, позволяющих реализовать комплексное адаптивное управление энергообъединениями в нормальных и аварийных режимах.

5. Во время натурных исследований на BJI 750 кВ получена значительная база данных, позволяющая проводить необходимые исследования цифровых систем РЗА, внедряемых в электрические сети СВН ЕЭС России;

6. Результаты натурных экспериментов подтвердили возможность применения цифровых защит фирмы ABB в системе РЗА линий электропередач СВН ЕЭС России, в том числе, для линий с ШР и КР;

7. Разработаны «Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях. Стандарт организации (СО-34.35.311-2004)» и «Требования по выполнению условий электромагнитной совместимости на объектах электроэнергетики / Методические указания» (2005 г.);

8. Принципы совершенствования и развития АСТУ энергообъединений использованы в разработках ОАО «Институт «Энергосетьпроект», в том числе: ТЭО «Система технологического управления ОЭС Центра в нормальных и аварийных режимах. Реконструкция» (1997 г.), утвержденного приказом РАО «ЕЭС России» от 06.05.99 г. № 178 (на основании Заключения Главгосэкспертизы России от 24 декабря 1998 г., №2-1/17-688) и «Концепция технического перевооружения объектов автоматических и автоматизированных систем технологического управления (АСТУ), а также объектов электросвязи ЕЭС России и АО-энерго на период до 2015 года» (2002 г.), утвержденной НТС РАО «ЕЭС России», реконструкции комплекса АПНУ Костромской ГРЭС.

1. 2

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16,

17,

18,

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Жуков, Андрей Васильевич, 2008 год

1. Электрические системы. Электрические сети. / В.А. Веников, А.А. Глазунов, JLA. Жуков и др.: Под ред. В.А. Веникова, В.А. Строева 2-е изд. - М. Высш.шк., 1998. - 511 с.

2. Электротехнический справочник: ТЗ. Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ, В Г. Герасимова и др. 8 изд., испр. и доп - М.: Издательство МЭИ, 2002. - 964 с.

3. Веников В.А., Идельчик В.И., Лисеев М.С. Регулирование напряжения в электроэнергетических системах М.: Энергоатомиздат, 1985. - 216 с.

4. МакаровскиП С.Н., Поздняков А.Ю., Хвощинская З.Г., Жуков А.В., Зимин JI.A., Маркун

5. А.И. Регулирование напряжения в системообразующих сетях ЕЭС России XIV НТК «Релейная защита и автоматика энергосистем 2000». Тезисы докладов, 2000, с. 183-185.

6. Ильиничнин В.В., Жуков А.В., Максимов Б.К., Аношин О.А., Юркии П.Л. Методика определения условий возникновения резонансных перенапряжений на линиях сверхвысокого напряжения в цикле ОАПВ. М., Изд-во МЭИ, Вестник МЭИ №5, 1998.

7. Техника высоких напряжений: Учебник для вузов / И.М. Богатенков, Ю.Н. Бочаров, Н.И. Гушерова, Г.М. Иманов и др.; Под ред. Г.С. Кучинского. СПб. Энергоатомиздат, 2003. - 608 с.

8. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. М.: Энергия, 1966.

9. Костенко М.В. Распределение электромагнитных волн вдоль многопроводной линии. // Электричество, 1960,№ 10.

10. Костенко М.В., Перельман Л.С., Шкарин Ю.П. Волновые процессы и электрические помехи в многопроводных линиях высокого напряжения. М.: Энергия, 1973.

11. Ильиничнин В.В., Коробков Н.М., Куликов Ю.А., Дикой В.П. Исследование резонансных перенапряжений в неполнофазных режимах работы электропередач СВН. Труды симпозиума «Электротехника-2010», сборник тезисов. М.: 1997, с. 51.

12. Фотин В.П. Компенсированные (гибкие) электропередачи переменного тока. Труды симпозиума «Электротехника-2010», сборник тезисов. М.: 1997, с. 45.

13. Базуткин В.В., Дмоховская Л.Ф. Расчеты переходных процессов и перенапряжений / М : Энергоатомиздат, 1983.

14. Долгннов А.И. Перенапряжения в электрических системах. М.-Л, Госэнергоиздат, 1962.

15. Дьяков А.Ф., Жуков А.В., Максимов Б.К. Юркин П.Л. Переходный феррорезонанс и его предотвращение в блочных схемах сверхвысокого напряжения «автотрансформатор линия». М., Изд-во МЭИ, Вестник МЭИ № 3, 2002 г.

16. Alternative Transients Program. Rule Book // EEUG (European EMTP-ATP User Groop), 19871992.

17. H.W. Dommel The EMTP Theory book, Second Edition. The University of British Columbia, 1994.

18. Дальние электропередачи 750 кВ. В 2-х ч. Под редакцией A.M. Некрасова и С.С. Рокотяна. М., «Энергия», 1974. 1975.19.20,21.24.