Повышение грозоупорности линий электропередач электроснабжения металлургического комплекса

Введение 5
1.1 Основные требования, предъявляемые к системам электроснабжения промышленных предприятий 12
1.2 Статистические показатели надежности электроснабжения промышленных предприятий 15
1.3 Влияние качества электроэнергии на надежность систем электроснабжения промышленных предприятий 18
1.4 Влияние реактивной мощности на качество электроснабжения электроэнергетических комплексов и её компенсация с помощью статических тиристорных компенсаторов 23
1.5 Структурная схема электроснабжения промышленного района с электрометаллургическим комплексом и мероприятия по повышению надежности и качества электроснабжения 32
1.6 Выводы 33
2.1. Характеристики молнии 34
2.2. Грозоупорность линий электропередач 39
2.2.1. Грозоупорность Удар молнии в опору 39
2.2.2. Грозоупорность линий электропередач с молниезащитными тросами 44
2.3. Изменение вероятности прорыва молнии через тросовую защиту 48
вследствие уменьшения защитного угла 48
2.4. Изменение вероятности прорыва молнии через тросовую защиту вследствие перемещения гирлянды изоляторов вдоль траверсы 52
2.5 РАСЧЁТЫ УДЕЛЬНОЙ ГРОЗОУПОРНОСТИ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ 35-220 кВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УГЛА ТРОСОВОЙ
ЗАЩИТЫ 54
2.5.1. Результаты расчётов вероятности поражения фазного провода при изменении высоты подвески троса 55
2.5.2. Результаты расчётов вероятности поражения фазного провода при изменении положения гирлянды изоляторов на траверсе 57
2.5.3. Результаты расчётов вероятности обратного перекрытия линейной изоляции 60
2.6. Выводы 62
3. ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА ЗА СЧЁТ ПРИМЕНЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ КОМПЕНСАТОРОВ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ НА ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ КОМПЛЕКСЕ 64
3.1. Усовершенствование существующей методики выбора параметров статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности 64
3.2. Использование статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности на электрометаллургическом комплексе 68
3.2.1. Установка статических тиристорных компенсаторов на шинах сетевой подстанции 70
3.2.2. Установка статических тиристорных компенсаторов на шинах подстанции потребителя 71
3.3. Оценка экономической эффективности при вводе в работу статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности 72
3.4. Выводы 73
Заключение 75
Литература
Купить

Развитие промышленности Российской Федерации идет опережающими темпами по сравнению с объемами производства и выплавки стали. В связи с этим в настоящий момент во многих регионах страны происходит наращивание темпов производства выплавки и обработки стали на существующих металлургических предприятиях и строительство новых. Одним из таких регионов является Республика Татарстан, где активно развивается промышленное производство, в том числе металлургическое.
Особенностью электроснабжения современного металлургического комплекса с дуговыми печами заключается в том, что предприятие имеет резкопеременный характер нагрузки, при котором за несколько минут подключается нагрузка, создающая режим, близкий к режиму короткого замыкания, а затем через некоторое время так же быстро отключается. Такие резкие колебания нагрузки, которая к тому же имеет большую индуктивную составляющую, негативно сказываются на качестве электроэнергии не только у потребителей, подключённых к шинам подстанции металлургического комбината, но и захватывают целый промышленный район, включающий центральную системообразующую подстанцию и связанные с ней распределительные подстанции более низких классов напряжения. Изменения нагрузки металлургического комплекса вызывает такие глубокие провалы напряжения и мерцания освещённости, которые не удовлетворяют требованиям ГОСТ по качеству электроэнергии, делая подключение невозможным без ряда специальных устройств, сглаживающих колебания питающего напряжения.
Себестоимость продукции и сроки окупаемости металлургического комплекса тесно связаны с надёжностью его электроснабжения. Удары молний в линии электропередачи (ЛЭП) вызывают отключения ЛЭП и перерывы электроснабжения. Чтобы повысить надежность работы электроприемников при нормальном и послеаварийном режимах необходимо:
-свести к минимуму число и продолжительность перерывов их электроснабжения, связанных, в частности, с ударами молний в ЛЭП;
-обеспечить нормы ГОСТ по качеству электроэнергии для создания устойчивой работы ответственных технологических аппаратов при нарушениях режима электроснабжения.
Одним из способов повышения такой внешней составляющей надежности является снижение ущерба от грозовых отключений ЛЭП, т.е. повышение грозоупорности линий электропередач. Основным показателем, характеризующим грозоупорность ВЛ, является число ее грозовых отключений, отнесенное к 100 км. длины линии и 100 грозовым часам.
Исследования в области совершенствования зон защиты ЛЭП от грозовых отключений ведутся и, в том числе, в нашей стране [2], постоянно совершенствуются методики молниезащиты ЛЭП, создаются новые более надёжные защитные аппараты и ограничители. На основании статистических, расчётных и экспериментальных данных даются рекомендации по повышению уровня защищённости энергообъектов от грозовых перенапряжений. Например, в последней редакции Правил устройства электроустановок (ПУЭ) [3] рекомендовано на защищённых подходах воздушных линий электропередач в опасной зоне подстанций уменьшать угол тросовой защиты до 23°. Уменьшение этого угла приводит к снижению вероятности поражения молнией фазных проводов и повышает показатели грозозащиты подстанций.
На ряду с молниезащитой, важную роль играет также потребление реактивной мощности крупными электрометаллургическими комплексами, которые резко снижают надежность энергосистемы вследствие нерациональной загрузки электросетевого оборудования (ВЛ, КЛ, трансформаторов), что приводит к образованию «узких мест» в энергосистеме и может привести к каскадному развитию системной аварии. Данная проблема может быть решена с помощью использования современных статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности.
Исходя из вышесказанного, проблема повышения надёжности и качества электроснабжения предприятий промышленного района с электрометаллургическим комплексом имеет, по крайней мере, две составляющие: внутреннюю - поддержание требуемого по ГОСТ качества электроэнергии и внешнюю - надежную работу питающих ЛЭП.
Таким образом, задача по повышению надёжности электроснабжения и качества электроэнергии в промышленном районе с металлургическим комплексом является актуальной.
Учитывая отмеченную актуальность, целью диссертационного исследования является разработка рекомендаций по повышению надежности электроснабжения и качества электроэнергии в промышленном районе с электрометаллургическим комплексом.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-разработать рекомендации по повышению грозоупорности питающих воздушных линий электропередач (ВЛЭП) предприятий промышленного района за счёт использования на них оптимальных значений углов тросовой защиты;
-модернизировать методику расчёта удельной грозоупорности ЛЭП;
-разработать методику определения оптимального угла тросовой защиты для достижения минимального числа грозовых отключений ЛЭП;
-усовершенствовать общую методику выбора компенсаторов реактивной мощности с одновременным снижением доли фликера до допустимого по ГОСТ значения и выбором места установки.
Положения, выносимые на защиту:
-при расчёте потока отказов ВЛЭП из-за ударов молний необходимо учитывать не только путь замыкания провода высокого напряжения на землю (обратного перекрытия) с траверсы на провод, но и непосредственно с опоры на провод;
-повысить надёжность электроснабжения электротехнических комплексов по ВЛЭП за счёт снижения числа перерывов электроснабжения, вызванных грозовой активностью атмосферы, можно такими двумя способами: изменять точку подвеса гирлянды изоляторов на более близкую к опоре и/или изменять высоту подвеса грозозащитного троса. Значения параметров (расстояния опора - провод и трос-провод), при которых достигается минимальное число грозовых перерывов электроснабжения, отличаются для опор различного типа и класса напряжения ВЛЭП;
-методика выбора параметров статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности крупных потребителей с резкопеременным характером нагрузки должна учитывать требования ГОСТ к качеству электроэнергии (дозы фликера) и расчёты мощности короткого замыкания в узлах возможных присоединений компенсаторов.
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что в работе:
-усовершенствована методика расчета грозоупорности ЛЭП за счёт учёта устойчивой силовой дуги между опорой и проводом высокого напряжения и изменения общего числа ударов молний в ВЛЭП при изменении угла тросовой защиты;
- установлены оптимальные величины углов тросовой защиты, при которых число отключений линий вследствие ударов молний в ВЛЭП минимально;
- усовершенствована общая методика выбора статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности для электрометаллургического комплекса с резкопеременным характером нагрузки.
Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что использование усовершенствованной методики расчёта грозоупорности ВЛЭП позволяет подбором оптимального угла тросовой защиты повысить надежность электроснабжения за счёт снижения числа аварийных отключений и сокращения времени вынужденного ремонта ВЛЭП. Использование модернизированной методики выбора статических компенсаторов реактивной мощности позволяет подобрать значения мощности компенсаторов, необходимые для выполнения требований ГОСТ к качеству электроэнергии, что приведет к снижению негативного воздействия на электроснабжение в промышленном районе и повысит надежность работы электротехнических комплексов. Данная методика может быть применена для различного рода электрометаллургических, нефтеперерабатывающих, машиностроительных и других заводов.
Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертации, ставятся цели и задачи работы, приводится научная новизна и практическая ценность работы, апробация работы, приводятся положения, выносимые на защиту и достоверность полученных результатов, личный вклад автора, публикации по теме диссертации.
Первая глава диссертации носит обзорный характер. Она посвящена рассмотрению существующих методик защит линий электропередач от грозовых перенапряжений по стандартам МЭК и ГОСТ РФ и связи грозоупорности ЛЭП с надёжностью электроснабжения. Рассмотрено влияние работы крупных потребителей энергии с резкопеременным характером нагрузки с высокой долей реактивной составляющей на качество всего промышленного района с таким потребителем. Показывается возможность повышения качества электроэнергии применением статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности и проблемы расчёта параметров таких устройств. Обосновывается актуальность целей диссертации и задачи исследования.
Во второй главе диссертации рассматриваются методы расчёта грозоупорности ЛЭП (потока отказов из-за грозовой активности атмосферы). Указывается на некоторую недосказанность по мерам повышения грозоупорности ЛЭП, приведённым в ПУЭ. Предлагается способ повышения грозоупорности ЛЭП за счёт уменьшения угла тросовой защиты с помощью увеличения высоты тросостойки и сдвига гирлянды изоляторов по траверсе в сторону опоры. Предлагается усовершенствованная методика расчёта грозоупорности.
Приводятся результаты расчётов грозоупорности ЛЭП по усовершенствованной методике. Для ЛЭП с различным типом стандартных опор приведены зависимости грозоупорности от величины сдвига гирлянды по траверсе к опоре и от высоты подъёма грозозащитного троса при изменении высоты тросостойки.
В третьей главе диссертации предложена усовершенствованная методика выбора статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности для электрометаллургического комплекса с резкопеременным характером нагрузки. Приводятся оценки изменения качества электроэнергии на основе изменения кратковременной дозы фликера в рассматриваемом промышленном районе до и после установки компенсирующих устройств.
В заключение диссертационной работы подводится итог проведенным исследованиям и приводятся основные результаты и выводы.

Купить