3 Построение модели коммутационных перенапряжений для системы электроснабжения электросталеплавильного производства

3.1 Расчет параметров исследуемой цепи и построение модели в программе Electronics Workbench

Для своих приёмников электросталеплавильные производства получают электроэнергию от энергосистемы. На их территории расположены от одной до нескольких ГПП и распределительных пунктов. Основными приемниками данного производства являются электродуговые сталеплавильные печи (ДСП). Питание печей производится переменным током от печных трансформаторных подстанций, на которых установлены печные трансформаторы типа ЭТЦПК. В основном применяются печные трехфазные трансформаторы с принудительным масляным охлаждением. От трансформаторов энергия подается в печи через короткую сеть. Она состоит из пакетов медных шин, водоохлаждаемых медных кабелей и медных труб, подводящих напряжение к электрододержателям. Питание печных подстанций осуществляется от шин 35 кВ ГПП по кабельным линиям. Исследуемая схема системы электроснабжения электросталеплавильного производства показана на рисунке 2. Ее исследуемая часть представлена на рисунке 3, а схема замещения – на рисунке 4. Определим параметры исследуемой цепи. Сначала найдем напряжение короткого замыкания каждой из обмоток трансформатора ТДТН-80000/110:

где U_кВ-Н, - напряжения короткого замыкания для обмоток В-Н,%; U_кВ-С - напряжения короткого замыкания для обмоток В-С,%; U_кС-Н – напряжения короткого замыкания для обмоток СН.,%.

Сопротивления трансформатора ТДТН 80000/110 приведенные к напряжению 37 кВ:

Ом;

Ом;

Ом.

Сопротивление трансформатора в схеме замещения, вследствие того, что x_трс=0, будет равно x_трв.

Индуктивность трансформатора ТДТН 80000/110:

Гн.

Максимальное индуктивное сопротивление печного контура составляет X_к=0,00751, Ом [44]. При этом индуктивность печного контура будет равна:

Гн.

Активное сопротивление печного контура соответствующее максимальному индуктивному сопротивлению составляет R_к=0,000151, Ом [44].

Сопротивление системы приведенное к 35 кВ:

, (3)

где k - коэффициент трансформации.

Индуктивность системы:

. (4)

Активное и индуктивное сопротивление для кабельной линии и токопровода:

; (5)

, (6)

где R_п.л, погонное активное сопротивление кабельной линии или токопровода, Ом/км; X_п.л. - погонное реактивное сопротивление кабельной линии или токопровода, Ом/км.

Индуктивность для кабельной линии и токопровода:

. (7)

Емкость кабельной линии и токопровода для прямой и обратной последовательности:

; (8)

,

где - погонная емкость линии для прямой последовательности; - погонная емкость линии для нулевой последовательности.

Рисунок 2. Исследуемая часть схемы электроснабжения для

электросталеплавильного производства

Рисунок 3. Схема замещения исследуемой цепи

Емкость в нейтрали С_N четырехлучевой схемы замещения кабельной линии и токопровода:

. (9)

Кабели и токопровод представляются Т-образной схемой замещения. Параметры элементов расчетной схемы замещения для электросталеплавильного производства определяются из следующих соотношений:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

,

где - индуктивность трансформатора до выключателя, Гн; - индуктивность линии до выключателя, Гн; - активное сопротивление линии до выключателя, Ом; - емкость линии до выключателя, мкФ; - индуктивность трансформатора после выключателя, Гн; - индуктивность линии после выключателя, Гн; - активное сопротивление линии после выключателя, Ом; - емкость линии после выключателя, мкФ; R_к,– активное сопротивление печного контура, , Ом; L_к –индуктивность печного контура. Гн.

При составлении математической модели переходного процесса возникающего в цепи при коммутации ее выключателем в качестве расчетного подхода предпочтительно использовать операторный метод, так как он является наиболее рациональным и удобен для данной схемы. Расчет схемы осуществим согласно алгоритму:

- определим значения напряжения на конденсаторах и токов через индуктивности в момент срабатывания ключей;

- составим операторную схему замещения цепи, для после коммутационного режима используя таблицы соответствия;

- рассчитаем операторную схему и определим изображение искомой величины;

- используя формулы разложения или обратное преобразование Лапласа, находится оригинал искомой величины.

Расчет операторной схемы проводится с помощью метода узловых потенциалов, так как он более удобен для вычисления на ЭВМ. Сначала их нумеруем узлы схемы, которые могут иметь отличные друг от друга значения потенциалов. В качестве нулевого потенциала принимается потенциал земли. Далее задаются условно положительными направлениями тока в ветвях схемы. Сопротивление ключа для удобства обозначается R_K. Оно может принимать значения 0 (контакт замкнут) или ∞ (контакт разомкнут).

Для составления системы уравнений, из которой можно определить значения потенциалов в узлах схемы, необходимо найти взаимные и обратные проводимости узлов, а также узловые токи.

Заключение

В работе было проведено исследование коммутационных перенапряжений, возникающих в системе электроснабжения электросталеплавильного производства. Составлена схема замещения для исследуемого участка, приведена математическая модель и графические характеристики переходного процесса, возникающего в исследуемой цепи при срабатывании выключателя. Также в работе предложена математическая модель и алгоритм программы для расчета коммутационных перенапряжений с учетом среза тока и повторных зажиганий дуги (для последовательной RLC-цепи). В качестве мер защиты от перенапряжений в работе рассматривались ОПН и RC-цепочки. Однако применение RC-цепочек должно сопровождаться проверкой на модели, т.к. в некоторых случаях неудачный выбор параметров RC-цепи, как отмечается в литературных источниках, может привести к ухудшению режима коммутации цепи. В работе была проведена такая проверка, как видно из графиков подключение выбранных RC-цепочек позволило снизить как кратность перенапряжений, так и их частоту. Подключение RC-цепи и ОПН следует производить как можно ближе к защищаемому оборудованию.

Список источников

1. Техника высоких напряжений / Д.В. Разевиг [и др.]; под. общ. ред. Д.В. Разевига. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1976. 488 с.

2. Степанчук К.Ф., Тиняков Н.А. Техника высоких напряжений: учеб. пособие для электроэнерг. специальностей втузов. 2-е изд., перераб. и доп. Минск: Высшая школа, 1982. 367 с.

3. Герасимов В.Г. Электротехнический справочник / под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова [и др.]. 9-е изд., стереот. М.: Издательство МЭИ, 2004. Т. 3: Производство, передача и распределение электрической энергии. 964 с.

4. Правила устройства электроустановок: утв. М–вом энергетики Рос. Федерации 08.07.02: ввод в действие с 01.01.03. 7-е изд. СПб: ДЕАН, 2008. 703 с.

5. Базуткин В.В., Ларионов В.П., Пинталь Ю.С. Техника высоких напряжений: Изоляция и перенапряжения в электрических системах: учебник для вузов / под. общ. ред. В.П. Ларионова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1986. 464 с.

6. Электрофизические основы техники высоких напряжений: учебник для вузов / И.М. Бортник [и др.]; под. ред. И.П. Верещагина, В.П. Ларионова. М.: Энергоатомиздат, 1993. 543 с.

7. Ryan H.M. High voltage engineering and testing / Editor Н.M. Ryan. 2-nd edition. London: The Institution of Electrical Engineers, 2001. 759 P.

8. Шпиганович А.Н., Захаров К.Д. Внутризаводское электроснабжение и режимы: учебник. Липецк: ЛГТУ, 2007. 742 с.

9. ГОСТ 12450-82. Выключатели переменного тока на номинальные напряжения от 110 до 750 кВ. Технические требования к отключению ненагруженных воздушных линий и методы испытания: взамен ГОСТ 12450-73: введ. 22.03.1982. М.: Изд-во стандартов, 1982. 15 с.

10. Руководство по защите электрических сетей 6-1150 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений. 2-е изд.: РД 153-34.3-35.125-99: утв. РАО ЕЭС России 12.07.1999. СПб.: ПЭИПК Минтопэнерго РФ, 1999. 353 с.

11. ГОСТ 721-77. Системы электроснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения свыше 1000 В: взамен ГОСТ 721-74: введ. 01.07.1978. М.: Изд-во стандартов, 1977. III, 8 с.

12. Виноградова А.Д., Зилес В.С., Рашкес В.С. Высокочастотные перенапряжения при коммутировании ошиновки подстанций СВН разъединителями // Электрические станции. 1993. №12. С. 42–48.

13. Глубокое ограничение перенапряжений при замыканиях на землю в сети 6 кВ собственных нужд ТЭС / В.Н. Подъячев [и др.] // Энергетик. 1999. №2. С. 20–21.

14. Евдокунин Г.А., Титенков С.С. Перенапряжения в сетях 6(10) кВ создаются при коммутациях как вакуумными, так и элегазовыми выключателями [Электронный ресурс] // Новости электротехники: информационно справочное издание. 2002. №5(17). URL: http://www.news.elteh.ru/arh/2002/ 17/06.php (дата обращения: 10.2.10)

15. Иванов А.В., Кадомская К.П. Анализ коммутационной способности элегазовых и вакуумных выключателей, устанавливаемых в сетях генераторного напряжения и собственных нужд блоков электрических станций // Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6-35 кВ: Труды Третей Всероссийской науч.-техн. конф. Новосибирск, 2004. С.81 – 90.

16. Комбинированный трехфазный резистивно-емкостной ограничитель перенапряжений: пат. 2394326 Рос. Федерация. № 2009114298/09; заявл. 14.04.2009; опубл. 10.07.2010, Бюл. №19. 8 с.

17. ОРЕЛЭЛЕКТРОРЕМОНТ [Электронный ресурс]: Цены на ремонт электрооборудования // ЗАО "Орелэлектроремонт": [сайт]. Орел, 2011. URL: http://www.elrem-orel.ru/price10.php (дата обращения: 21.05.11)

Приложение 1

Технические данные выключателей

Приложение 2

Технические данные разъединителей

3