Подавление кондуктивных электромагнитных помех в электрических сетях предприятий водного транспорта

Электромагнитная совместимость (ЭМС) линий электропередачи различного напряжения с техническими средствами, в том числе и между собой, представляет глобальную проблему в электроэнергетике, которую министры энергетики восьми ведущих промышленно развитых стран (страны «Группы восьми») на встрече 03.05.2002 г. в США (г. Детройт, штат Мичиган) рекомендовали решать объединенными усилиями. Для этого в Международной электротехнической комиссии (МЭК) существует Технический кабинет № 77 «Электромагнитная совместимость электрооборудования, присоединенного к общей электрической сети», а в Международной конференции по большим энергетическим системам (СИГРЭ) созданы специальные рабочие группы. В связи с интеграцией Европейских стран имеется еще Европейский (региональный) комитет GENELEC.

Проблема ЭМС технических средств в отдельных регионах Сибири с мощным водным транспортом в настоящее время обострилась по объективным причинам из-за спада производства военно-промышленного комплекса и наоборот подъема производства в отдельных районах, где ощущается дефицит электрической энергии. В этих регионах изменился баланс электрической мощности и, как следствие, произошло изменение интегрального показателя региональных электроэнергетических систем (ЭЭС) мощности трехфазного короткого замыкания (КЗ). Это вызвало усиление влияния нелинейной (искажающей) нагрузки в основном предприятий тяжелой промышленности и электрифицированного железнодорожного транспорта, работающего в предельных режимах, на электрические сети различного напряжения.

Наиболее подверженным гармоническому воздействию на водном транспорте являются электрические сети и электрооборудование транспортных терминалов (речные порты) по переработке грузов совместно с электрифицированным железнодорожным транспортом. Искажение формы кривой напряжения в питающей сети вызывает:

— нарушение нормальной работы устройств релейной защиты, автоматики и связи;

— интенсивное старение изоляции электроустановок и кабельных сетей;

— уменьшение коэффициента мощности и увеличение потерь электрической энергии из-за отказов конденсаторов, применяемых для компенсации реактивной мощности на портальных кранах;

— увеличения тока замыкания на землю и снижения надежности работы сетей 10 кВ, обусловленное увеличением случаев однофазных замыканий на землю и переходом их в двух и трехфазные КЗ.

Исследования отечественных и зарубежных ученых С. Р. Глинтерника, М. П. Бадера, Г. Я. Вагина, Н. Н. Лизалека, В. Г. Сальникова, В. В. Шевченко (Россия), Г. Г. Трофимова (Казахстан), И. В. Жежеленко (Украина), Н. Майер, К. Меллер, А. Шваб (Германия), Рене Пелисье (Франция) и др. охватывают различные аспекты обеспечения ЭМС технических средств в электрических сетях. Однако рассматриваемая проблема достаточно многогранна и одна из научных задач — подавление кондуктивных электромагнитных помех (ЭМП) по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения не решена. В частности, нет алгоритма подавления этой помехи в сети, подверженной гармоническому воздействиюкритерия её распределения в ЭЭСметодики построения эффективной системы электроснабжения новых транспортных терминалов, строящихся в Сибири.

В связи с изложенным тема диссертации является актуальной.

Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и планом работы академии. Работа выполнялась в соответствии с научными направлениями технического комитета № 77 МЭК и рабочих групп СИГРЭ, с рекомендациями министров энергетики восьми ведущих промыш-ленно развитых стран (страны «Группы восьми»), с научной целевой комплексной программой «Разработка мероприятий по повышению надежности работы оборудования в условиях пониженных температур» ФГОУ ВПО Новосибирская государственная академия водного транспорта (гос. регистр № 0188.4 137).

Целью работы является разработка критерия распространения кондук-тивной ЭМС по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения, алгоритма подавления кондуктивной электромагнитной помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в распределительных сетях ЭЭС, методики выбора параметров и схемы эффективной системы электроснабжения береговых объектов водного транспорта, подверженных гармоническому воздействию.

Идея работы заключается в выражении гармонического воздействия на электрические сети береговых объектов водного транспорта через кондуктив-ную ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения, в установлении её связей с ЭМС технических средств и параметрами ЭЭС, воздействуя на которые можно повысить эффективность системы электроснабжения.

Методы исследования. В процессе выполнения исследования применялись: научно-техническое обобщение литературных источников по исходным предпосылкам исследований, методы теоретических основ электротехники и теории электрических сетей, методы математической статистики и теории вероятностей, метод аналитических исследований (гармонический анализ), рекомендованные Госстандартом России методы и средства измерения показателей качества электроэнергии (КЭ), методы математической обработки экспериментальных исследований и теории ошибок.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: отбором значимых для проведения научных исследований процессовпринятыми уровнями допущений при математическом описании явленийисследованиями погрешностей разработанных математических моделейобоснованностью исходных посылок, вытекающих из фундаментальных законов естественных наукудовлетворительным совпадением результатов теоретических исследований с результатами экспериментов, выполненных в реальных сетяхдостаточным объемом экспериментальных исследований.

Научная новизна работы заключается в развитии методов подавления кондуктивных ЭМП в ЭЭС, распространяющихся по сетям, теории ЭМС технических средств. Характеризуется следующими новыми научными положениями:

— установлены на основе измерений в сетях от 10 до 110 кВ береговых объектов водного транспорта Омского Прииртышья законы и параметры распределения кондуктивных ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения, необходимые для оценки ЭМО и уровней ЭМС технических средств;

— определён критерий распределения в ЭЭС кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения;

— разработан алгоритм подавления кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в распределительных сетях ЭЭС;

— предложена методика выбора параметров и схемы эффективной системы электроснабжения береговых объектов водного транспорта, подверженных гармоническому воздействию.

Реализация работы. Разработанные в диссертации научные положения (алгоритм подавления кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения, методика выбора параметров и схемы эффективной системы электроснабжения береговых объектов водного транспорта, подверженных гармоническому воздействию) внедрены в ОАО «Омский речной порт». Годовой экономический эффект составляет 123 тыс. рублей. Социальный эффект обусловливается за счет повышения качества электроэнергии в части городской сети 10 кВ, которая подключена к ТП ОАО «Омский речной порт». Результаты диссертационной работы внедрены также в учебный процесс Омского филиала ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» по дисциплине «Энергосберегающие технологии» для студентов специальностей 180 404 и 180 104.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены:

— на международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (18−19 дек., 2002, Новосибирск, Россия);

— на отраслевой научно-технической конференции «Конференция научно-технических работников ВУЗов и предприятий по энергетике и транспорту» (12−14 март., 2003, Новосибирск);

— на республиканском научно-техническом семинаре «Электромагнитная совместимость технических средств в электрических сетях» (23−24 окт., 2003, Павлодар, Казахстан);

— на второй международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (8−11 сент., 2004, Тобольск, Россия).

На защиту выносятся следующие научные положения и результаты.

1. Результаты экспериментальных исследований кондуктивных ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения 5Кц в сетях от 10 до 110 кВ береговых объектов водного транспорта Омского Прииртышья:

— закон и параметры распределения кондуктивной ЭМП 8Ку в сети 110 кВ общего назначения Омского Прииртышья, вероятность её появления;

— закон и параметры распределения кондуктивной ЭМП 8Ку в сети 10 кВ Омского речного порта, вероятность её появления;

— закон и параметры распределения этой кондуктивной ЭМП бКув сети 35 кВ Омского судоремонтного завода, вероятность её появления.

2. Критерий распределения кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в ЭЭС.

3. Алгоритм подавления кондуктивной ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в сетях ЭЭС.

4. Методика выбора параметров и схемы эффективной системы электроснабжения предприятий водного транспорта.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 17 научных работ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков, 9 таблиц, список использованной литературы из 85 наименований и 3 приложения.

4.6. Выводы.

Получены новые научнообоснованные результаты, которые обеспечивают решение задачи гармонического воздействия на сети береговых объектов водного транспорта, состоящее в разработках алгоритма подавления кондуктивной электромагнитной помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения и синтеза эффективной системы электроснабжения, что имеет существенное значение для электроэнергетики, так как повышает помехоустойчивость сетей ЭЭС. Основные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующих положениях.

1. Разработан алгоритм подавления кондуктивной электромагнитной помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в распределительных сетях электроэнергетических систем.

2. Рассчитаны параметры возможного режима работы сети 110 кВ общего назначения Омского Прииртышья, позволяющего разработать реальные организационно-технические мероприятия по улучшению электромагнитной обстановки и повышению уровня электромагнитной совместимости технических средств.

3. Рассчитаны параметры возможных режимов работы сети 10 кВ Омского речного порта, при которых подавляется кондуктивная ЭМП по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения. Определен выполнимый и эффективный режим, позволяющий улучшить электромагнитную обстановку и повысить уровень электромагнитной совместимости технических средств в этой сети (акт внедрения прилагается).

4. Предложены параметры возможного режима работы сети 35 кВ Омского судоремонтного завода, при котором подавляется кондуктивная электромагнитной помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения.

5. Сформулирована и решена оптимизационная задача по выбору параметров и структуры системы электроснабжения береговых объектов водного транспорта, подверженных гармоническому воздействию. Эта задача является корректно поставленной, имеет единственное решение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации дано новое решение актуальной научной задачи, состоящее в статистической оценке внешнего гармонического воздействия на сети от 10 до 110 кВ предприятий водного транспорта, путем экспериментальных исследований и расчетов кондуктивных электромагнитных помех по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряженияв разработке алгоритма подавления кондуктивных электромагнитных помех по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряженияв установлении критерия распределения этих кондуктивных электромагнитных помех в сетях различных классов напряжения электроэнергетической системыв постановке и решении задачи по выбору эффективной системы электроснабжения предприятия водного транспорта, подверженной гармоническому воздействию. Это имеет существенное значение для электроэнергетики, так как позволяет обеспечить электромагнитную совместимость в электроэнергетической системе за счет повышения помехоустойчивости сетей.

Основные научные выводы и практические рекомендации диссертационной работы.

1. Определены источники гармонического воздействия на сети от 10 до 110 кВ предприятий водного транспорта, установлены причины обострения проблемы электромагнитной совместимости технических средств.

2. Произведено экспериментальное исследование электромагнитной обстановки в сети 10 кВ Омского речного порта, в сети 35 кВ Омского судоремонтного завода и в сети 110 кВ общего назначения Омского Прииртышья, обусловленной гармоническим воздействием. Доказано с помощью % - критерия согласия, что распределение кондуктивных электромагнитных помех соответствует нормальному закону теории вероятностей. Определены параметры этого закона. Показано, что требования ГОСТ 13 109– — 97 не выполняются, кон-дуктивные электромагнитные помехи необходимо подавить.

3. Определен критерий распределения в электроэнергетической системе кондуктивной электромагнитной помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения. Рассчитаны его численные значения.

4. Разработан алгоритм подавления кондуктивной электромагнитной помехи по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения в распределительных сетях электроэнергетической системы.

5. Сформулирована и решена оптимизационная задача по выбору параметров и структуры системы электроснабжения береговых объектов водного транспорта, подверженной гармоническому воздействию. Эта задача является корректно поставленной и имеет единственное решение.