Исследование функционирования автоматики повторного включения с улавливанием синхронизма и ее адекватная настройка
|
Введение 10
1 Анализ причин неудовлетворительной настройки автоматики
повторного включения с улавливанием синхронизма и обоснование требований к ее математической модели 12
2 Синтез математической модели, обеспечивающей учет значимых
погрешностей, формируемых элементами автоматического повторного включения с улавливанием синхронизма 21
3 Программа исследований автоматического повторного включения с
улавливанием синхронизма, обоснование и выбор средств ее выполнения 28
4 Экспериментальные исследования автоматического повторного
включения с улавливанием синхронизма в энергосистеме 32
5 Анализ результатов экспериментальных исследований и
формирование методики адекватной настройки автоматического повторного включения с улавливанием синхронизма 46
6 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 49
6.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности
проведения научно-технического исследования с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 49
6.2 Планирование комплекса работ на создание научно-технического
исследования 52
6.3 Планирование бюджета научно-технического исследования 56
6.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей) эффективности
научно-технического исследования 60
7 Социальная ответственность 64
7.1 Анализ выявленных вредных факторов проектируемой
производственной среды 64
7.2 Анализ выявленных опасных факторов проектируемой
производственной среды 70
7.3 Охрана окружающей среды 71
7.4 Защита в чрезвычайных ситуациях 72
7.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности 73
Заключение 78
Литература 79
Приложение А 82
Приложение Б 84
1 Анализ причин неудовлетворительной настройки автоматики
повторного включения с улавливанием синхронизма и обоснование требований к ее математической модели 12
2 Синтез математической модели, обеспечивающей учет значимых
погрешностей, формируемых элементами автоматического повторного включения с улавливанием синхронизма 21
3 Программа исследований автоматического повторного включения с
улавливанием синхронизма, обоснование и выбор средств ее выполнения 28
4 Экспериментальные исследования автоматического повторного
включения с улавливанием синхронизма в энергосистеме 32
5 Анализ результатов экспериментальных исследований и
формирование методики адекватной настройки автоматического повторного включения с улавливанием синхронизма 46
6 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 49
6.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности
проведения научно-технического исследования с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 49
6.2 Планирование комплекса работ на создание научно-технического
исследования 52
6.3 Планирование бюджета научно-технического исследования 56
6.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей) эффективности
научно-технического исследования 60
7 Социальная ответственность 64
7.1 Анализ выявленных вредных факторов проектируемой
производственной среды 64
7.2 Анализ выявленных опасных факторов проектируемой
производственной среды 70
7.3 Охрана окружающей среды 71
7.4 Защита в чрезвычайных ситуациях 72
7.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности 73
Заключение 78
Литература 79
Приложение А 82
Приложение Б 84
Объектом научно-технического исследования (НТИ) является устройство, выполняющее функцию контроля момента синхронизма, входящее в состав автоматического повторного включения с улавливанием синхронизма (АПВУС).
Цель работы: выполнить расчет погрешностей, формируемых устройством АПВУС, и оценить значимость их влияния на работу устройства.
В процессе исследования при выполнении расчетов был использован метод направленных графов, расчеты произведены в программном комплексе Mathcad.
В результате исследования было произведено сравнение результатов расчетов согласно существующей методике с расчетами, выполненными с учетом погрешностей, вносимых элементами устройства, выявлено влияние данных погрешностей на адекватность настройки АПВУС, а также представлены экономическая эффективность НТИ и его экологическая безопасность.
Область применения: результаты исследования могут быть использованы в энергосистемах для адекватной настройки АПВУС.
Введение
В настоящее время приблизительно четверть тяжелых аварий в энергосистемах связана с неправильной настройкой устройств противоаварийной автоматики и релейной защиты, в том числе автоматического повторного включения с улавливанием синхронизма (АПВУС), применяемого на одиночных транзитных линиях электропередач (ЛЭП) или параллельных ЛЭП недостаточной пропускной способности.
При авариях на таких ЛЭП разъединённые части электроэнергетической системы (ЭЭС) работают с различающимися частотами и векторы напряжений в разъединенных узлах ЛЭП проворачиваются относительно друг друга с частотой скольжения. Поэтому АПВУС должно обеспечивать приемлемые уровень уравнительного тока и процесс синхронных качаний, и исключение асинхронного режима, определяемые уравнительным напряжением, зависящим от значений напряжений в указанных узлах и угла между ними в момент завершения цикла АПВУС.
Существующая методика настройки ориентирована на минимизацию уравнительного напряжения и, соответственно, определяемого им уравнительного тока. Данная методика основана на задании угла между указанными напряжениями и определяемого ими уровня напряжения скольжения, исходя из допустимого скольжения. В действительности данные факторы формируются с погрешностями, определяемыми элементами, с помощью которых реализуется АПВУС, и поэтому реальные параметры срабатывания оказываются отличными от расчетных значений.
Оценка погрешностей, формируемых средствами реализации АПВУС, и их влияния может быть осуществлена только с помощью математического моделирования, так как производить эксперименты в реальной энергосистеме недопустимо, а физическое моделирование невозможно ввиду чрезвычайной сложности.
Причем для проверки адекватности настройки АПВУС необходимо достоверное моделирование процессов не только в АПВУС, но и ЭЭС в целом. Поскольку уравнительное напряжение и определяемый им уравнительный ток вызывают синхронные качания различной амплитуды и длительности, не исключающие возможность возникновения асинхронного режима. А характер качаний зависит от многих факторов, оказывающих различное влияние на электрооборудование ЭЭС.
Для решения этой задачи в данной работе поставлены и решены следующие вопросы:
1. Анализ причин неудовлетворительной настройки АПВУС и обоснование требований к математической модели, обеспечивающей адекватную настройку АПВУС;
2. Синтез математической модели, обеспечивающей учет значимых погрешностей, формируемых элементами АПВУС;
3. Разработка программы исследований, обоснование и выбор средств ее выполнения;
4. Выполнение экспериментальных исследований;
5. Анализ результатов проведенных экспериментов.
3. Программа исследований автоматического повторного включения с улавливанием синхронизма, обоснование и выбор средств ее выполнения
Экспериментальные исследования проведены на примере применения АПВУС на транзитной линии в Томской энергосистеме. По территории Томской области проходит транзит 220 кВ Томская - Володино - Парабель - Советско-Соснинская - Нижневартовская ГРЭС, но по режимным условиям параллельная работа двух объединений по связи Парабель - Советско- Соснинская - Нижневартовская ГРЭС не осуществляется [11]. В связи с планированием объединения частей ЭЭС на синхронную работу необходимо применение АПВУС, поскольку ЛЭП является транзитной без параллельных шунтирующих линий. Схема моделирования Томской ЭЭС на ВМК РВ ЭЭС приведена на рисунке 4.1.
Для проведения экспериментальных исследований разработана программа их проведения:
1. Вычисление максимально возможной погрешности, формируемой элементами устройства контроля напряжения скольжения, по выражениям, полученным в п.2.;
2. Выполнение исследования процессов функционирования АПВУС в Томской энергосистеме при различных углах включения частей ЭЭС на синхронную работу, позволяющих оценить влияние погрешности на работу устройства и процессы в ЭЭС.
3. Анализ значимости влияния погрешности на функционирование АПВУС и процессы в ЭЭС.
Для того чтобы оценить влияние погрешностей на определение момента срабатывания АПВУС, надо рассматривать наихудший случай, при котором может произойти включение, т.е. случай, когда напряжение скольжения согласно существующей методике расчёта [1] будет иметь максимально допустимое значение.
Напряжение скольжения, определяется уравнительным напряжением, зависящим от значений и частот напряжений по концам ЛЭП, следовательно, максимально допустимое значение напряжения us будет иметь место при максимальном скольжении, при котором работает АПВУС, согласно [1] равном 2 Гц, и при максимально различных значениях напряжений несинхронно работающих частей ЭЭС. Напряжения по концам линии могут быть различными по амплитуде в пределах допуска согласно [11] ±10 % от UHOM кратковременно в послеаварийном режиме.
Расчет параметров схемы замещения и определение передаточных функций выполнены с использованием программного комплекса Mathcad, позволяющего произвести расчеты в полной мере с приемлемым уровнем точности.
Моделирование процессов объединения Юга и Севера Томской ЭЭС на параллельную работу при различных углах включения производится на Всережимном моделирующем комплексе реального времени электроэнергетических систем (ВМК РВ ЭЭС), позволяющем производить исследования процессов в энергосистемах в режиме реального времени.
Цель работы: выполнить расчет погрешностей, формируемых устройством АПВУС, и оценить значимость их влияния на работу устройства.
В процессе исследования при выполнении расчетов был использован метод направленных графов, расчеты произведены в программном комплексе Mathcad.
В результате исследования было произведено сравнение результатов расчетов согласно существующей методике с расчетами, выполненными с учетом погрешностей, вносимых элементами устройства, выявлено влияние данных погрешностей на адекватность настройки АПВУС, а также представлены экономическая эффективность НТИ и его экологическая безопасность.
Область применения: результаты исследования могут быть использованы в энергосистемах для адекватной настройки АПВУС.
Введение
В настоящее время приблизительно четверть тяжелых аварий в энергосистемах связана с неправильной настройкой устройств противоаварийной автоматики и релейной защиты, в том числе автоматического повторного включения с улавливанием синхронизма (АПВУС), применяемого на одиночных транзитных линиях электропередач (ЛЭП) или параллельных ЛЭП недостаточной пропускной способности.
При авариях на таких ЛЭП разъединённые части электроэнергетической системы (ЭЭС) работают с различающимися частотами и векторы напряжений в разъединенных узлах ЛЭП проворачиваются относительно друг друга с частотой скольжения. Поэтому АПВУС должно обеспечивать приемлемые уровень уравнительного тока и процесс синхронных качаний, и исключение асинхронного режима, определяемые уравнительным напряжением, зависящим от значений напряжений в указанных узлах и угла между ними в момент завершения цикла АПВУС.
Существующая методика настройки ориентирована на минимизацию уравнительного напряжения и, соответственно, определяемого им уравнительного тока. Данная методика основана на задании угла между указанными напряжениями и определяемого ими уровня напряжения скольжения, исходя из допустимого скольжения. В действительности данные факторы формируются с погрешностями, определяемыми элементами, с помощью которых реализуется АПВУС, и поэтому реальные параметры срабатывания оказываются отличными от расчетных значений.
Оценка погрешностей, формируемых средствами реализации АПВУС, и их влияния может быть осуществлена только с помощью математического моделирования, так как производить эксперименты в реальной энергосистеме недопустимо, а физическое моделирование невозможно ввиду чрезвычайной сложности.
Причем для проверки адекватности настройки АПВУС необходимо достоверное моделирование процессов не только в АПВУС, но и ЭЭС в целом. Поскольку уравнительное напряжение и определяемый им уравнительный ток вызывают синхронные качания различной амплитуды и длительности, не исключающие возможность возникновения асинхронного режима. А характер качаний зависит от многих факторов, оказывающих различное влияние на электрооборудование ЭЭС.
Для решения этой задачи в данной работе поставлены и решены следующие вопросы:
1. Анализ причин неудовлетворительной настройки АПВУС и обоснование требований к математической модели, обеспечивающей адекватную настройку АПВУС;
2. Синтез математической модели, обеспечивающей учет значимых погрешностей, формируемых элементами АПВУС;
3. Разработка программы исследований, обоснование и выбор средств ее выполнения;
4. Выполнение экспериментальных исследований;
5. Анализ результатов проведенных экспериментов.
3. Программа исследований автоматического повторного включения с улавливанием синхронизма, обоснование и выбор средств ее выполнения
Экспериментальные исследования проведены на примере применения АПВУС на транзитной линии в Томской энергосистеме. По территории Томской области проходит транзит 220 кВ Томская - Володино - Парабель - Советско-Соснинская - Нижневартовская ГРЭС, но по режимным условиям параллельная работа двух объединений по связи Парабель - Советско- Соснинская - Нижневартовская ГРЭС не осуществляется [11]. В связи с планированием объединения частей ЭЭС на синхронную работу необходимо применение АПВУС, поскольку ЛЭП является транзитной без параллельных шунтирующих линий. Схема моделирования Томской ЭЭС на ВМК РВ ЭЭС приведена на рисунке 4.1.
Для проведения экспериментальных исследований разработана программа их проведения:
1. Вычисление максимально возможной погрешности, формируемой элементами устройства контроля напряжения скольжения, по выражениям, полученным в п.2.;
2. Выполнение исследования процессов функционирования АПВУС в Томской энергосистеме при различных углах включения частей ЭЭС на синхронную работу, позволяющих оценить влияние погрешности на работу устройства и процессы в ЭЭС.
3. Анализ значимости влияния погрешности на функционирование АПВУС и процессы в ЭЭС.
Для того чтобы оценить влияние погрешностей на определение момента срабатывания АПВУС, надо рассматривать наихудший случай, при котором может произойти включение, т.е. случай, когда напряжение скольжения согласно существующей методике расчёта [1] будет иметь максимально допустимое значение.
Напряжение скольжения, определяется уравнительным напряжением, зависящим от значений и частот напряжений по концам ЛЭП, следовательно, максимально допустимое значение напряжения us будет иметь место при максимальном скольжении, при котором работает АПВУС, согласно [1] равном 2 Гц, и при максимально различных значениях напряжений несинхронно работающих частей ЭЭС. Напряжения по концам линии могут быть различными по амплитуде в пределах допуска согласно [11] ±10 % от UHOM кратковременно в послеаварийном режиме.
Расчет параметров схемы замещения и определение передаточных функций выполнены с использованием программного комплекса Mathcad, позволяющего произвести расчеты в полной мере с приемлемым уровнем точности.
Моделирование процессов объединения Юга и Севера Томской ЭЭС на параллельную работу при различных углах включения производится на Всережимном моделирующем комплексе реального времени электроэнергетических систем (ВМК РВ ЭЭС), позволяющем производить исследования процессов в энергосистемах в режиме реального времени.