8. Анализ энергосистемы

8.1 Введение За последние два десятилетия было проведено большое количество работ, посвященных моделированию потоков ГИТ в электрической сети. Однако моделирование влияния ГИТ на работу силового аппарата и системы во время события ЭМВ не столь хорошо разработано. Поскольку наиболее вероятным результатом большого события ЭМВ является нестабильность напряжения, усугубляющая отказы защиты и управления, эта область требует дополнительной работы со стороны промышленности для разработки стратегий смягчения последствий.

С точки зрения инженера энергетической системы, моделирование зависит от предполагаемого использования моделирования. В этой главе рекомендации по моделированию организованы на основе того, как инженеры по энергосистемам завершат свой анализ, чтобы обеспечить надлежащую работу основной энергосистемы и защиту основных активов во время события ЭМВ.

На приведенной ниже диаграмме обобщено влияние ГИТ на энергосистему, возникающее в результате включения трансформаторов в полупериод насыщения (см. Главу 5). Насыщение порождает гармоники (включая даже гармоники). Как насыщение полупериода трансформатора, так и гармоники могут оказывать отрицательное воздействие на трансформаторы, вызывая нагрев и высокий уровень реактивного поглощения, в то время как гармоники в высоковольтной сети (HV) могут вызывать проблемы в работе защитных реле (см. Главу 6).

Гармоники могут вызвать перегрузку по току и отключение конденсаторных батарей, а также перегрев и отключение генератора (см. Главу 7). Чтобы оценить уровень насыщения и, следовательно, гармоник, необходимо знать распределение потоков ГИТ в объемной энергосистеме. Насыщение трансформатора также влияет на энергосистему, потому что токи намагничивания трансформатора становятся настолько большими (хотя и очень искаженными), что эффективное сопротивление намагничивания становится очень маленьким в течение доли цикла. В терминах потока мощности эффективное шунтирующее реактивное сопротивление трансформатора теперь становится «стоком» для реактивной мощности, и его потребление реактивной мощности увеличивается, или, альтернативно, в системе происходят эффективные потери реактивной мощности. Баланс реактивной мощности в системе напрямую влияет на напряжение в системе. Существуют ограничения на максимальные и минимальные напряжения для надежной и безопасной работы энергосистемы, а также ограничения на нагрузку линии и работу в чрезвычайных ситуациях (т.е. система должна иметь возможность работать должным образом после принятых непредвиденных обстоятельств, таких как сбой и последующая потеря цепи). Эти проблемы обычно изучаются с помощью моделирования потока мощности. Для проведения этих оценок необходимо знать распределение потоков ГИТ в каждой линии и трансформаторе системы при ряде различных условий.

8.2 Расчет гит в высоковольтной сети

Существует ряд сложных явлений, которые вызывают изменения в магнитном поле Земли и, в свою очередь, вызывают напряжения в высоковольтных цепях передачи. Эти индуцированные напряжения являются электродвижущей силой, которая заставляет ГИТ течь, если существует замкнутый путь для циркуляции токов.

Эти токи имеют низкую частоту (ниже 1 Гц). Следовательно, вся сеть электропитания может быть описана с использованием сопротивлений.

Общие правила моделирования:

• Потенциал, индуцированный изменяющимся во времени магнитным полем, моделируется как источник напряжения;

• Последовательно с линией передачи. Величина источника напряжения зависит от взаимной ориентации геоэлектрического поля и географической ориентации цепи передачи. Если можно считать, что геоэлектрическое поле является постоянным в географической области цепи передачи, то важны только координаты конечных точек линии независимо от поворотов и поворотов маршрута. Конечные точки цепи определяются как шины, к которым подключены трансформаторы и / или другие цепи.

• Линия передачи смоделирована как резистор. Необходимо использовать сопротивление постоянному току при рабочей температуре. Таблицы проводников обычно предоставляют эту информацию.

• Сеть может быть смоделирована как однофазная сеть, поскольку пространственные расстояния между проводниками цепи передачи незначительны по сравнению с расстоянием цепи передачи до электроджета. Вот почему ГИТ часто называют токами нулевой последовательности (они одинаковы во всех фазах).

• Трансформаторы могут быть смоделированы их сопротивлением обмотки к земле. В случае автотрансформатора сопротивление общей и последовательной обмоток должно моделироваться отдельно.

• • Должно быть смоделировано эквивалентное сопротивление заземления станции Rg, если оно известно. Это эквивалентное сопротивление заземляющего мата станции и провода заземления всех цепей передачи, подключенных к заземляющему мату станции.

• Шунтирующие реакторы и шунтирующие конденсаторы не должны моделироваться. Шунтирующие конденсаторы представляют собой бесконечное сопротивление почти токам постоянного тока, а шунтирующие реакторы обычно подключаются к обмоткам третичного трансформатора и в значительной степени отсоединены от сети постоянного тока. В сеть могут быть включены реакторы высоковольтной линии, но их сопротивление обычно больше, чем сопротивление обмотки трансформатора, и их влияние не так важно.

• • Моделировать должны только трансформаторы с гальванической развязкой между нейтралью и землей.

• • Линии электропередачи ниже 230 кВ обычно не моделируются, поскольку сопротивления проводников, используемых в линиях 115 кВ и ниже, обычно намного выше, чем сопротивления, используемые в цепях 230 кВ и выше.

• • Соединения с другими коммуникациями могут быть смоделированы как линия передачи, заканчивающаяся в трансформаторе. Обычно приблизительная географическая ориентация и длина цепей до соседней коммунальной передающей станции известны, и общие значения сопротивления могут использоваться на основе уровня напряжения и пропускной способности соединения.

Как только сеть постоянного тока и напряжения, индуцированные в передающих цепях, известны, расчет распределения постоянных токов в каждой ветви сети обеспечит потоки ГИТ по всей исследуемой системе. Они могут быть использованы для дальнейшего детального изучения уязвимости оборудования.