него дисками. Внешняя поверхность дисков закруглена и касается поверхности внутреннего диаметра оболочки в точке. Это дает возможность делать изгибы готового кабеля радиусом равным внешнему диаметру оболочки. Расстояние между дисками выполняется равным 0,5D – 1D, где D – внутренний диаметр оболочки. Установление расстояния между дисками менее 0,5D приводит к ухудшению гибкости кабеля, что чрезвычайно нецелесообразно при использовании кабеля в рабочей камере вакуумной установки, а превышение расстояния более D приводит к деформации формы оболочки и изменению расстояния между токопроводником кабеля и внутренней поверхностью оболочки. Для устранения смыкания дисков между ними помещают фторопластовые трубочки длиной от 0,5D до D и внешним диаметром равным 0,3 D. Такое соотношение размеров внешнего диаметра трубочки и D позволяет вакуумному маслу легко проникать в область трубочки и надежно изолировать провод электропитания от окружающей среды.

Создание такой конструкции значительно ухудшает возможность его пробоя при работе в условиях вакуума. Однако она не устраняет возможности накопления заряда на внешней поверхности оболочки и возникновения одной из разновидностей тлеющего разряда в газе, что как и в предыдущих случаях способно привести к необратимой порче кабеля. Для устранения этого явления во внутреннюю полость оболочки заливают вакуумное масло ВМ-1. Это с одной стороны позволило значительно повысить диэлектрические свойства кабеля, а с другой при пробое необходимо просто выключить установку и кабель восстанавливает свои диэлектрические свойства.

Все элементы конструкции выполняются из фторопласта, отличающегося высокими вакуумными и диэлектрическими свойствами. В качестве токопроводника используется медный провод.

Сборка кабеля осуществляется следующим образом. На медный провод последовательности нанизывают по легкоскользящей посадке стабилизирующие диски и разделительные элементы. Необходимость разделительных элементов обусловлена тем, что смыкание стабилизирующих дисков приводит к значительному ухудшению гибкости кабеля. Формирование внешней образующей поверхности стабилизирующего диска в форме острого угла улучшает гибкость кабеля, причем величина угла изменяется в диапазоне 600 > α >300. Выполнение угла α менее 300 приводит к смятию угла и необратимому изменению геометрических размеров стабилизирующего диска, что приводит к изменению

внутренних размеров оболочки и ухудшению диэлектрических свойств кабеля за счет изменения характера распределения электрического поля. Увеличение α более 600 значительно ухудшает гибкость кабеля, т.к. при крутом его изгибе внутренняя поверхность оболочки придет в соприкосновение с внешней поверхность стабилизирующего диска и при дальнейшем изгибе материал оболочки начнет растягиваться, необратимо деформируя диэлектрические свойства материала оболочки.

Внешний диаметр стабилизирующих дисков выполняется на 10% меньше внутреннего диаметра оболочки. Это позволяет: легко передвигать токопроводник с элементами вдоль оболочки; формироваться пленке масла между поверхностью стабилизирующего диска и внутренней поверхностью оболочки; обеспечивать жесткий контроль деформаций окружности оболочки при изгибе кабеля.

Внешний диаметр разделительного элемента выполняется на 20% меньше внутреннего диаметра оболочки. Это дает возможность формирования между вешней поверхностью разделительного элемента и внутренней поверхностью оболочки слоя вакуумного масла и значительно повысить диэлектрические свойства кабеля.

Внутренний диаметр разделительного элемента выполняется по легкоскользящей посадке с токопроводником, что позволяет осуществить жесткую фиксацию его по центру оболочки, делая равномерным распределение электрического поля по всей длине кабеля. Собранную конструкцию помещают во внутреннюю полость оболочки и подсоединяют к газоразрядному устройству. Перед подключением высоковольтного ввода во внутреннюю полость оболочки наливают вакуумное масло ВМ-1, обладающего хорошими диэлектрическими свойствами и высоким давлением пара, что позволяет без всяких затруднений использовать его в вакуумных системах.

После заливки масла кабель подсоединяют к высоковольтному вводу и осуществляют монтаж конструкции в рабочей камере вакуумной установки.

Благодарности

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ, Администрации Самарской области и Американского фонда гражданских исследований и развития

(CRDF Project SA-014-02) в рамках российско-

американской программы “Фундаментальные исследования и высшее образование”

(BRHE).

87

Синхронные генераторы (СГ), оснащённые системами тиристорного самовозбуждения, создают предпосылки для возникновения лавины напряжения в большей части энергосистемы (ЭС) [1–3]. При коротком замыкании (КЗ) в прилегающей сети снижается напряжение на выводах СГ, а следовательно и напряжение преобразователя системы возбуждения (СВ), так как он получает питание с выводов СГ (рис.1). Уменьшается напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения, и как следствие снижаются ЭДС и напряжение генератора. При близких к генератору трехфазных КЗ это уменьшение столь значительно, что нарушается условие самовозбуждения СГ и развивается процесс лавинообразного затухания токов ротора и статора до нуля или до малого остаточного значения. Это в свою очередь может привести к лавине напряжения у нагрузки и развитию крупной аварии в ЭС.

Рис. 1. Схема системы тиристорной самовозбуждения

Для сохранения устойчивости СГ при КЗ в системе напряжение на его выводах стремятся вернуть к исходному и производят форсировку возбуждения, увеличивая ток возбуждения. Первоначально, чтобы снизить время нарастания тока возбуждения до двойного значения, повышают напряжение возбуждения до предельного, которое больше двойного. Предельное значение кратности форсировки по напряжению Kп ограничивается уровнем изоляции обмотки возбуждения, а его минимально допустимое значение нормируется ГОСТом [4] и для турбогенераторов не должно быть меньше Кп = 2,5. Из-за увеличения тока ротора по сравнению с номинальным обмотка возбуждения нагревается. Поэтому в режиме форсировки ограничивается величина тока ротора обычно двукратным номинальным и его длительность – временем нагрева обмотки возбуждения до предельных температур. Для турбогенераторов с непосредственным охлаждением это время составляет 15 – 20 с [5].

Самые тяжелые условия для самовозбуждения СГ создаются при трехфазном КЗ в начале линии передачи. Более близкие КЗ находятся в зоне действия дифференциальных защит блока генератора, приводят к отключению СГ и не требуют форсировки.

Обеспечить самовозбуждение при близких КЗ можно увеличением фактической кратности форсировки. В дальнейшем под фактической кратностью форсировки по напряжению будем считать произведение потолочной кратности форсировки на напряжение прямой последовательности СГ в относительных единицах. Так как напряжение СГ во время КЗ уменьшается, то величина потолочной кратности форсировки должна обеспечить самовозбуждение при наиболее тяжелых КЗ.

Ограничение тока возбуждения двойным номинальным значением может нарушить условия самовозбуждения, даже если значение предельной кратности форсировки по напряжению обеспечивает самовозбуждение при близких трехфазных КЗ. Если же развивается лавина напряжения, то уже не удаётся проводить форсировку в течении времени, нормированного ГОСТ, так как СГ отключается из-за снижения напряжения раньше. Поэтому есть смысл увеличить кратность форсировки по току выше нормированного двойного номинального значения. При этом придется уменьшать длительность форсировки, чтобы избежать перегрева СГ и преобразователя СВ.

Рассмотрим случай ограничения тока возбуждения тройным значением. При этом длительность форсировки по сравнению с двухкратной уменьшается с 15-20 секунд до 5-7.. По истечении времени форсировки ток ротора понижается до номинального и повторное его увеличение возможно только после остывания СГ. Так как граница ограничения тока возбуждения установлена постоянной, то форсировка с повышенной кратностью по току будет проводится не только при близких трёхфазных КЗ, но и в других, не столь тяжелых, режимах. Например, в случае продолжительного дефицита реактивной мощности, возникающего, при выделении части ЭС с несбалансированной нагрузкой, резкое понижение уровня возбуждения после окончания форсировки может усугубить аварийную ситуацию [5].

При этом форсировка с повышенной кратностью по току приведёт к насыщению магнитной системы СГ и не вызовет должного приращения его внутренней ЭДС, а следовательно, и напряжения в сети. Уменьшение длительности форсировки приведет к нерациональному использованию перегрузочной способности ротора. Увеличения длительности форсировки возбуждения можно достичь за счет понижения ее кратности.

Для эффективного форсирования возбуждения СГ автоматика должна уметь для каждой аварийной ситуации определять параметры форсировки. Такая форсировка явля-

ется регулируемой. Регулируемая форсировка позволит при близких КЗ избежать лавины напряжения, а во время аварий, сопровождающихся дефицитом реактивной мощности увеличить время форсирования, может быть даже больше нормируемого ГОСТом.

Для этого нужно моделирование системы при различных напряжениях СГ (удаленности места КЗ, величины внешнего сопротивления КЗ) и экспериментальное определение кратности форсировки по напряжению и тока возбуждения, при которых не происходит лавина. Это условие нужно ввести в алгоритм работы защиты обмотки возбуждения от перегрева, которая будет, накладывать ограничение на ток возбуждения таким образом, чтобы не создать условий для происхождения лавины.

При решении поставленной задачи модель СГ с системой самовозбуждения описывалась уравнениями Парка–Горева в форме токов с известными допущениями [6]. Уравнение для контура обмотки возбуждения дополнилось внешней характеристикой тиристорного преобразователя.

На рис. 2 приведены зависимости кратности форсировки по напряжению и минимального тока возбуждения, обеспечивающие предотвращение лавины от длины участка ЛЭП (220 кВ) между повышающим трансформатором генератора и местом КЗ. Особый интерес представляет область 0…40 км, в которой «старый» алгоритм ограничения будет приводить к лавине напряжения, даже если СВ будет способна обеспечить требуемую величину кратности форсировки по напряжению.

Рис. 2. Зависимость требуемой кратности по напряжению и ограничения тока возбуждения от расстояния в км до места КЗ

Следует заметить, что большое значение кратности форсировки по напряжению (от 2,5 до 8) не означает такое же увеличение напряжения возбуждения. Фактическое напряжение возбуждения при КЗ уменьшается изза снижения напряжения на выводах СГ.

89

В настоящее время имеется тенденция к пересмотру режимов заземления нейтрали в электрических сетях среднего напряжения (35 кВ и ниже). В частности, в ряде работ [1,2] предложено использовать заземление нейтрали через параллельно соединенные дугогасящий реактор и высоковольтный резистор. Такой режим заземления нейтрали называют комбинирован-ным. При комбинированном заземлении нейтрали в ряде случаев достигается положительный эффект заключающийся в следующем:

1. Ограничение дуговых перенапряжений при максимально возможных в эксплуатации расстройках компенсации.

2. Ограничение напряжения смещения нейтрали при точной настройке компенсации из-за возможной емкостной несимметрии фаз сети.

Полноценное ограничение дуговых перенапряжений достигается, если дополнительный резистор выбирается таким, чтобы суммарная относительная активная проводимость сети по отношению к земле была примерно равна ожидае-мой максимальной расстройке компенсации.

Вряде случаев, в сетях, ранее работавших в классическом режиме компенсации емкостного тока, осуществлен переход к комбинированному заземлению. В связи с появлением нового, ранее не используемого режима заземления нейтрали, возникает необходимость анализа существующих принципов выполнения защит от замыкания на землю с точки зрения их работоспособности при комбинированном заземлении нейтрали.

Одним из вариантов выполнения защиты от замыканий на землю в сетях с компенсацией емкостного тока, является защита, основанная на использовании низкочастотных гармоник токов нулевой последовательности, появляющихся при дуговых перемежающихся замыканиях. При устойчивых замыканиях действие защиты обеспечивается за счет наложения на сеть контрольного тока с частотой

25 Гц.

Вданной статье анализируется влияние перехода к комбинированному заземлению нейт-рали на электрические величины, используемые в этой защите как при дуговых перемежающихся замыканиях, так и при устойчивых замыканиях.

При перемежающемся дуговом замыкании защита работает за счет низкочастотных гар- мо-ник, порождаемых замыканием, которые ответвля-ются в цепь дугогасящего реактора, а в неповрежденной линии, сильно ограничиваются низкими в этой области частот емкостными проводимостями.

Поэтому важно оценить влияние шунтирования дугогасящего реактора резистором на гармонический состав токов нулевой после- дова-тельности.

Основная частота в спектре токов нулевой последовательности может быть определена по периоду следования пробоев изоляции, который в свою очередь, равен времени восстановления напряжения на поврежденной фазе до пробивного после гашения дуги.

Согласно [3] это время определяется из уравнения

еUпр - пробивное напряжение места повреж-

дения;

Eфт - амплитуда фазной Э.Д.С источника

питания сети;

d - относительная суммарная активная проводимость сети по отношению к земле (коэффициент демпфирования);

ν – расстройка компенсации; ω – промышленная частота.

На рис.1 приведены зависимости времени восстановления напряжения до значения, равного 0,9 Eфт .

Рис.1. Зависимости расчетного времени вос-становления напряжения до 0,9 Eфт

1 – при d = 0,05

2 – при d = 0,1

3 – при d = 0,2

Значение d определяется естественными проводимостями фаз сети, потерями в дугогасящем реакторе (около 5 %) и активным

сопротивлением, подключенным к дугогасящему реактору.

При Uпр = 0,9 Eфт , ν = 0 и d = 0,05 период

следования пробоев Тпр составляет около 0,3 с, а при увеличении d до 0,1 уменьшается до 0,15 с.

При ν ≠ 0 относительное влияние d на Тпр ослабляется. Например при ν = 0,1 Тпр ≈ 0,07 с и при увеличении d от 0,05 до 0,1 практически не уменьшается. Приведенные данные позволяют сделать вывод о том, что в среднем спектр токов нулевой последовательности в сети с комбини-рованным заземлением нейтрали смещается в сторону более высоких частот. Это может вызвать необходимость некоторого изменения частотных характеристик измерительных органов защиты. Однако, в любом случае, условия селективности ухудшаются, так как большая доля токов от- вет-вляется в емкости неповрежденных линий. При совпадении больших значений d и ν, когда частота пробоев достигает 20÷25 Гц обеспечение селективной работы защиты может оказаться затруднительным. Поэтому целесообразно рассмо-треть возможность других принципов выполнения защиты, например, с использованием активной составляющей тока в широкой полосе частот.

Влияние дополнительного резистора при устойчивом замыкании рассмотрено по схеме замещения нулевой последовательности с источником контрольного тока с частотой 25 Гц. Схема замещения приведена на рис.2.

Рис.2. Схема замещения сети с источником контрольного тока используемая при расчетах.

Ток с частотой 25 Гц протекающий по поврежденной линии равен:

где GL* и GП* - соответственно активные

проводимости дугогасящего реактора и в месте замыкания, отнесенные к емкостной

91

проводи-мости сети на промышленной частоте;

С1* - емкость поврежденной линии по от-

ношению к суммарной емкости сети;

ωK = 0,5 ω - частота источника контроль-

ного тока.

Так как GL* даже при комбинированном

зазем-лении нейтрали величина небольшая (не более 0,2), то можно ожидать, что влияние будет неболь-шим. Например при металлическом замыкании ( GП* = ∞ ), модуль тока

I пов будет равен:

При GL* = 0,2 ток I пов увеличится примерно

на 10%.

Следует заметить, что полученная оценка влияния добавочного резистора на ток с частотой 25 Гц соответствует схеме, когда по отношению к источнику контрольного тока дугогасящий реактор и резистор соединены параллельно. С точки зрения основной функции добавочного резистора, он может быть присоединен также к контуру заземления независимо. Очевидно, что в этом случае, влияние перехода на комбинирован-ное заземление на токи при устойчивом замыкании будет еще меньше.

Выводы:

1.Переход на комбинированное заземление нейтрали приводит при перемежающихся за- мыка-ниях к увеличению частоты гармонических соста-вляющих, что ухудшает условия селективности защиты, использующей низкочастотные гармони-ки и, возможно, вызовет необходимость примене-ния других принципов выполнения защиты.

2.При устойчивых замыканиях переход к комбинированному заземлению практически не оказывает влияния на значение контрольного тока с частотой 25 Гц.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Евдокунин Г.А. “Анализ внутренних пе- ре-напряжений в сетях 6-10 кВ и обоснование необ-ходимости перевода сетей в режим с резисти-вным заземлением нейтрали”, Труды Второй Всероссийской научно-технической конференции “Ограничение перенапряжений

ирежимы заземле-ния нейтрали сетей 6-35 кВ”, Новосибирск, НГТУ, 2002 г.

2.Ильиных М.В., Сарин Л.И., Чепазнов А.А. “Применение высокоомных резисторов в сети с компенсированной нейтралью”, Труды Второй Всероссийской научно-технической конференции “Ограничение перенапряжений

ирежимы заземле-ния нейтрали сетей 6-35 кВ”, Новосибирск, НГТУ, 2002 г.

3.Вайнштейн Р.А., Коломиец Н.В., Шестакова В.В “Режимы заземления нейтрали в электричес-ких системах”, Томск, ТПУ, 2006 г.

Согласно условиям функционирования оптового рынка электроэнергии потребителиучастники рынка обязаны заявлять плановые объемы почасового потребления электроэнергии. С выходом постановления Правительства РФ №529 от 31.08.2006 г. заявки, подаваемые потребителями, должны содержать полные объемы потребления (на ранее действовавшем секторе свободной торговли

– 30% от объемов потребления). Кроме этого, потребители обязаны приобретать часть электроэнергии по нерегулируемым ценам. Ранее для таких предприятий существовала возможность купить весь объем электроэнергии у энергосбытовой компании по регулируемым ценам, если рыночная цена сложилась выше регулируемой.

При осуществлении поставки электроэнергии отклонение фактического почасового потребления от заявленного приводит к наложению штрафов. Поэтому участие предприятия на оптовом рынке электроэнергии требует повышения точности краткосрочного прогнозирования графиков нагрузки. Требования к точности краткосрочного прогнозирования не позволяют использовать типовые графики нагрузки для предприятия данной отрасли. Реализация иных методов зависит от того, какая информация используется при составлении прогноза. Укрупнено, исходные данные можно классифицировать следующим образом:

– данные об электропотреблении предприятия на протяжении всего периода его функционирования (статистические дан- ные–); данные о планируемом выпуске продукции, определяющие загрузку производственных мощностей (актуальные данные).

Важным условием применимости статистических данных для прогнозирования почасового электропотребления является относительная стационарность суточных графиков нагрузки предприятия, обусловленная повторяемостью производственных процессов. Для предприятий, характеризующихся такими графиками нагрузки, влияние актуальных данных по выпуску продукции на прогноз электропотребления не является существенным.

Предприятия, отличающиеся высокой динамичностью изменения номенклатуры и объемов выпускаемой продукции от суток к суткам, наоборот, в прогнозировании суточных графиков более базируются на актуальной информации, чем на статистической. Охарактеризуем такие предприятия как мно-

гономенклатурные – имеющие большой объем постоянно изменяющейся номенклатуры изделий. Как правило, такие предприятия имеют нестационарные суточные графики электрической нагрузки.

Решение задачи краткосрочного прогнозирования для многономенклатурных предприятий с нестационарными графиками нагрузки очевидно: наиболее полное использование в методике прогнозирования актуальных данных. Это становится осуществимым при построении модели электропотребления предприятия на основе модели его технологических процессов. Такой подход провозглашался неоднократно, однако разработка алгоритмов и программных продуктов на его основе пока не осуществлялась.

Модель технологических процессов, равно как и модель электропотребления, в общем случае должна учитывать большое количество сущностей и влияющих на них факторов, взаимодействия между которыми не поддаются строгому определению, достоверность их представления ограничена. Построение этих моделей возможно на основе нечетких алгоритмов, которые позволяют моделировать электропотребление предприятия без использования статистических выборок, например, на основе экспертных оценок. Это обусловливает использование для моделирования в качестве базового математический аппарат нечеткой логики и теории нечетких множеств.

В докладе выносятся на обсуждение предпосылки к решению задачи краткосрочного прогнозирования графика нагрузки на основе принципа "от модели технологических процессов к модели электропотребления" с использованием элементов математического аппарата нечетких множеств, как наиболее полно отвечающего особенностям решаемой задачи.

Необходимые элементы математического аппарата, используемого авторами для составления модели электропотребления, содержат следующие понятия. Нечетким под-

ставящая в соответствие множеству X отрезок [0, 1]. Таким образом, для каждого эле-

степенью принадлежности. Если X – непустое множество, то нечетким отношением

R является нечеткое подмножество декарто-

ва произведения X 2 = X × X . X называется областью задания нечеткого отношения. Нечетким числом называется нечеткое подмножество универсального множества действительных чисел R , функция принадлежности μ которого удовлетворяет условиям: не-

всего используются треугольные и трапециевидные нечеткие числа, названные так по виду функции принадлежности [1].

Для кабельного производства, рассматриваемого в качестве примера многономенклатурного промышленного предприятия с нестационарным графиком нагрузки, была составлена модель процессов электропотребления. Описанная в терминах нечетких множеств, ориентированных на прогнозирование, эта модель обладает следующими свойствами:

1.Все концепты (именованные сущности, понятия) модели представляются в четком дискретном множестве (множество в обычном смысле) единиц прогнозирования. Множество единиц прогнозирования содержит как электропотребляющие единицы предприятия (производственное основное и вспомогательное электрооборудование), так

иабстрактные единицы, представляющие технологические процессы (производство продукции данного вида, технологическая цепь).

2.Прогнозируемая активность концептов модели представляется нечетким множеством, заданным на множестве единиц прогнозирования. Функция принадлежности нечеткого множества определяет достоверность активности единицы прогнозирования в данный элементарный интервал времени. Под элементарным здесь понимается тот интервал времени, в течение которого мощность планируемого графика нагрузки принимается по-

стоянной (часовые интервалы для планового почасового потребления). Это множество в общем случае имеет различный для каждого из элементарных интервалов времени вид функции принадлежности.

3. Влияние концептов модели друг на друга представляется нечетким отношением, заданным на множестве единиц прогнозирования. Функция принадлежности нечеткого отношения определяет достоверность влияния активности каждой единицы прогнозирования на активность остальных (прямо или опосредованно). Нечеткое отношение представляется в виде ориентированного графа (рис.1), где вершинами являются элементы множества единиц прогнозирования, а направленными ребрами – влияние активности начальной вершины на активность конечной. Граф должен быть ацикличным и разбит на подмножества (уровни, слои, ярусы), такие, что ребро графа может иметь направление только от верхнего яруса к нижнему [2]. Это обеспечит устойчивость работы алгоритма и прозрачность модели прогнозирования.

Рис.1. Нечеткое отношение в виде ориентированного графа

4.Установленная мощность оборудования представляются нечетким числом, например трапециевидным (рис.2), функция принадлежности которого описывает достоверность выдачи четкого значения мощности.

5.Влияние фактора на потребляемую мощность электрооборудования представляется нечетким числом, например трапециевидным (рис.2), функция принадлежности которого описывает достоверность влияния четкого значения фактора.

6.Планируемое время загрузки оборудования представляется нечетким числом, например трапециевидным (рис.2), функция принадлежности которого описывает достоверность загрузки оборудования на данном интервале времени.

Рис.2. Трапециевидное нечеткое число. Здесь x – мощность или влияние фактора или время.

Ожидается что, метод прогнозирования, использующий приведенные положения тео-

3.

рии нечетких множеств, позволит также интегрально оценивать точность (достоверность) прогноза на интервалах времени.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Блюмин С.Л. Нечеткая логика: алгебраические основы и приложения: Монография

/С.Л. Блюмин, И.А. Шуйкова, П.В. Сараев, И.В. Черпаков. – Липецк: ЛЭГИ, 2002. – 113 с.

2.Домнин Л.Н. Элементы теории гра-

фов. – Пенза, 2004. – 139 с.

Целью работы каждого предприятия электроэнергетической отрасли, как и до реформирования электроэнергетической отрасли, является надежное и бесперебойное энергоснабжение, которое невозможно без своевременных расчетов за поставленную генерирующими компаниями электроэнергию и оплату услуг электрических сетей по передаче электроэнергии. Сбытовые компании, выделившиеся в процессе реформирования энергетики, стали фактически связующим звеном между производителями электроэнергии, сетями и абонентами.

Помимо оплаты за поставку и передачу электроэнергии, энергосбытовая компания оплачивает услуги НП «АТС» (Некоммерческое Партнерство «Администратор торговой системы») по организации и функционированию торговой системы оптового рынка, комплексную услугу ЗАО ЦФР (контроль платежей и распределение стоимостного небаланса), перечисляет абонентскую плату РАО «ЕЭС России» на организацию, развитие и функционирование единой энергосистемы России, то есть инфраструктурные отчисления, без которых невозможно функционирование оптового рынка и деятельность компании на нем.

С 1 сентября 2006 года постановлением Правительства РФ №529 от 31.08.2006 г. вве-

дены новые правила функционирования оптового рынка электроэнергии (мощности). Новые правила работы оптового рынка меняют всю систему взаимоотношений покупателей и поставщиков электрической энергии и мощности.

Согласно Постановлению, вместо регулируемого сектора и сектора свободной торговли на оптовом рынке была внедрена система

регулируемых договоров (РД) между про-

давцами и покупателями электроэнергии.

С 2007 года объемы электрической энергии (мощности) продаваемые на оптовом рынке электроэнергии (ОРЭ) по регулируемым ценам будут планомерно уменьшаться. Темпы такого снижения будут устанавливаться ежегодно Правительством Российской Федерации при утверждении прогнозов соци- ально-экономического развития.

Конструкция регулируемых договоров позволяет, постепенно снижая объемы электроэнергии (мощности) по регулируемым договорам, расширить сферу действия свободных (нерегулируемых) цен.

Объемы электроэнергии, непокрытые регулируемыми договорами, продаются по свободным ценам. Таких способов торговли электроэнергией в новой модели оптового рынка два – это свободные двусторонние договоры и рынок «на сутки вперед»

(РСВ). В рамках свободных двусторонних договоров участники рынка сами определяют контрагентов, цены и объемы поставки. Основой рынка «на сутки вперед» является проводимый НП «АТС» конкурентный отбор ценовых заявок поставщиков и покупателей за сутки до реальной поставки электроэнергии с определением цен и объемов поставки на каждый час суток. Если происходит отклонение от запланированных за сутки вперед объемов поставки, участники покупают или про-

дают их на балансирующем рынке (БР).

Рынок «на сутки вперед» в целом заменяет существовавший в прежней модели сектор свободной торговли – отличие состоит в том, что во вводимом рынке «на сутки вперед» участники подают заявки на полные объемы производства и потребления (на ранее действовавшем секторе свободной торговли – 15% объемов производства для поставщиков и 30% объемов потребления для покупателей).

Также 1 сентября 2006 г. Постановлением Правительства РФ №530 введены Правила функционирования розничных рынков электрической энергии в переходный период реформирования электроэнергетики. С выходом правил определены основы функционирования розничных рынков, его субъектов, а также взаимосвязь оптового и розничного рынка в трансляции стоимости электрической энергии (мощности) на оптовом рынке в ценах розничного рынка через нерегулируемые (индикативные) цены и долю покупки электроэнергии сбытовой компанией по этим ценам.

Центральным субъектом розничного рынка становится гарантирующий поставщик (ГП), который обязан заключить договор с любым обратившимся к нему потребителем, расположенным в границах его зоны деятельности. Все остальные продавцы электроэнергии будут свободны в заключении договоров с потребителями.

Система ценообразования на розничном рынке предусматривает поставку части объемов электроэнергии по регулируемой цене (в 2007 г. около 95%), а части по индикативной – по цене отражающей стоимость электрической энергии на конкурентном оптовом рынке в рамках предельного уровня нерегулируемых цен (в 2007 г. около 5%). Предельный уровень нерегулируемых цен определяется по специальной, зафиксированной в Правилах формуле на основании ежемесячно публикуемой НП «АТС» информации о средней стоимости единицы электрической энергии, сложившейся на оптовом рынке за истекший месяц, с учетом регулируемых государством тарифов на услуги по передаче электриче-

ской энергии, услуги НП «АТС», РАО «ЕЭС России», сбытовой надбавки.

Это позволит осуществлять либерализацию цен на розничном рынке синхронно с процессом либерализации на оптовом рынке, будет стимулировать гарантирующего поставщика к минимизации своих расходов по покупке электрической энергии на оптовом рынке и в тоже время защитит потребителей электрической энергии от его неосторожной ценовой политики.

При этом данная модель ценообразования не касается населения и потребителей, приравненных к населению, для них гарантируется поставка всего фактически потребленного объема по регулируемым ценам.

Таким образом, с введением новых Правил оптового и розничных рынков, новая модель ценообразования на рынках электрической энергии существенно изменила работу энергосбытовых компаний. Часть объемов электроэнергии стала обязательна к покупке на РСВ по свободным ценам, а часть обязательна к продаже по нерегулируемым ценам конечным потребителям в соответствии с долей покупки на РСВ и БР.

Так как регулируемый тариф включает помимо стоимости электрической энергии еще и стоимость услуг по передаче электрической энергии по сетям сетевых компаний, инфраструктурных услуг, а также сбытовую надбавку и перекрестное субсидирование, то разность регулируемого тарифа и тарифа покупки электрической энергии данной энергосбытовой компании может быть и отрицательной (в этом случае разность принимается нулевой). Это характерно, прежде всего, для бюджетных организаций из-за заложенного в тарифе перекрестного субсидирования. В Правилах розничных рынков такая группа как бюджетные потребители не выделяется, эти потребители относятся к категории прочих и, соответственно, в процессе либерализации рынка электроэнергии будут постепенно выводиться из перекрестного субсидирования в связи с увеличением доли покупки электрической энергии по нерегулируемым ценам.

Постепенное развитие рыночных отношений в сфере сбыта электроэнергии приведет к возрастанию конкуренции со стороны различных сбытовых компаний. В настоящее время на розничных рынках между энергосбытовыми компаниями конкуренция возможна либо за получение статуса гарантирующего поставщика, либо за потребителя. Статус гарантирующего поставщика на определенной территории для энергосбытовой компании дает гарантированный объем, который будет состоять в основном из потребления населения, потребителей с небольшими объемами

потребления и прочими потребителями, не являющимися участниками оптового рынка.

Конкуренция на розничном рынке между энергоснабжающими организациями возможна по следующим позициям:

1.Цена:

•Уменьшение издержек:

o трансформационных издержек (изменение физических характеристик благ); o трансакционных издержек (изменение

правовых характеристик благ);

•Профессионализм персонала при работе на ОРЭ.

2.Качество:

•Предоставление выгодных финансовых условий;

•Удобство платежей;

•Гибкость в договорной работе;

•Дополнительные услуги.

В любом случае при формировании оптового и розничного рынков электрической энергии, создаваемые условия для конкуренции не должны идти в ущерб надежности энергоснабжения. Конкуренция на розничном рынке должна внедряться постепенно, чтобы не вызывать негативные социальные последствия, а также должна быть технологически обеспечена, актуальна и востребована потребителями.

ЛИТЕРАТУРА:

1.О проекте правил розничного рынка // Энергетика Западной Сибири. – 2006. – С. 3.

2.«Правила функционирования розничных рынков электрической энергии в переходный период реформирования электроэнергетики». Утверждены Постановлением Правительства Российской Федерации от 31

августа 2006 г. N 530.

На многоагрегатных ГЭС часто используется схема энергетического блока, в котором несколько генераторов работают параллельно на одну обмотку низкого напряжения трансформатора. Защита от замыканий на землю таких укрупненных блоков должна соответствовать следующим требованиям:

1 Отсутствие зоны нечувствительности у нейтралей генераторов. Это требование является нормативным в соответствии с ПУЭ.

2 Селективность по отношению к поврежденному генератору. Данное требование не является нормативным, но с точки зрения эксплуатации является желательным.

Некоторые из существующих защит от замыканий на землю могут обеспечить первое требование, но они не обладают свойством избирательности по отношению к поврежденному генератору.

В [1] приводится описание защиты гидрогенераторов укрупненных блоков с заземлением нейтрали через дугогасящий реактор

(ДГР), основанной на принципе наложения на первичные цепи тока с частотой 25 Гц с помощью источника контрольного тока (ИКТ), включаемого последовательно в цепь ДГР со стороны их заземляемых выводов (рис. 1).

Рис. 1 Направления токов низкочастотных гармоник при перемежающемся дуговом замыкании.

В упомянутой выше работе не учитывались часто имеющие место перемежающиеся дуговые замыкания (п.д.з.), а так же возможная неидентичность параметров контуров нулевой последовательности генераторов.

В данной статье показана принципиальная возможность выполнения защиты, правильно функционирующей как при п.д.з., так и при устойчивых замыканиях, а так же дана количественная оценка влияния неидентичности параметров генераторов.

Дуговые перемежающиеся замыкания пред-ставляют из себя следующие друг за другом зажигания (пробои изоляции) и погасания дуги. В электроустановках с компенсацией емкостного тока частота пробоев в зависимости от пробивного напряжения, расстройки компенсации и других факторов лежит в пределах 5 ÷12 Гц. Поэтому при перемежающихся замыканиях в напряжении и токах нулевой последовательности имеют место гармонические составляющие с такими же и кратными им частотами. Напряжение низко-частотных гармоник Uν в схеме заме-

щения нулевой последовательности включено в месте замыкания, как показано на рис. 1.

Низкочастотные составляющие токов, проте-кающие под действием напряжения Uν ,

определяются проводимостью ДГР и емкостной проводимостью обмотки статора относительно земли. Как видно из рисунка ток ν - ой гармоники на выводах генератора равен:

Гц. Направление токов при устойчивом замыкании, как видно из рис. 2, в поврежденном генераторе на выводах и в нейтрали направлены встречно, а в неповрежденном генераторе имеют одинаковые направления. То есть для выявления повреж-денного генератора при устойчивом замыкании имеется такой же признак, как и при перемежающихся замыканиях. Причем при устойчивых замыканиях защита не имеет зоны нечувствительности по виткам обмотки статора.

Очевидно, что при отсутствии замыкания и при полностью идентичных параметрах ге- не-раторов ток с частотой 25 Гц на выводах будет отсутствовать. Однако практически параметры

генераторов отличаются и поэтому, при отсутствии замыкания, на выводах будет протекать ток. Этот ток необходимо сравнить с током, который будет иметь место при замыкании, в том числе и через переходное сопротивление.

Ток на выводах генератора при отсутствии замыкания и при отличающихся параметрах генераторов определяется по схеме рис. 2 (при RП = ∞ ) и равен:

ток в цепи дугогасящего реактора:

I ДГРν =Uν ων1 L ,

где L и C - соответственно индуктивность ДГР и емкость обмотки генератора относительно земли, ων - частота гармоник.

IBν ≈Uν ων1 L .

Таким образом, в области низких частот при п.д.з. токи определяются в основном про- во-димостью ДГР. В поврежденном генераторе на выводах и в нейтрали эти токи направлены встречно, а в неповрежденном имеют одинаковое направление. Последнее обстоятельство является признаком для выявления поврежденного генератора при п.д.з.

При устойчивых замыканиях на землю работа защиты обеспечивается за счет токов, создаваемых с помощью ИКТ с частотой 25

(1)

где v1 и v2 - соответственно расстройка

компен-сации по индивидуальным параметрам генераторов;

отнесенные к эквивалентной индуктивности

LЭ = L1+L2 .

L1 L2

Рис. 2 Направление токов с частотой 25 Гц при устойчивом замыкании на землю

Ток по (1) отнесен к току при металличе-

ском замыкании: I = ωUL .

Из (1) следует важный для практики вывод о том, что при любом отличии емкостей обмоток статора генераторов, ток на выводах может быть уменьшен за счет настройки ДГР.

С учетом дискретности изменения промышленных ДГР максимально возможная разность расстроек может составлять около

12 % . При этом ток на выводах генератора по

формуле (1) может достигать значения

Iвыв = 0.01.

Далее определим при каком переходном сопротивлении в месте замыкания будет достигнут ток, равный току Iвыв в нормальном

режиме. Для этого рассмотрим замыкание в генераторе 2 через некоторое переходное сопротивление RП .

Ток на выводах при замыкании через переходное сопротивление определяется по схеме рис. 2 и равен:

прово-димость в месте замыкания, отнесенная к суммарной емкостной проводимости блока;

но, емкости статорной обмотки генераторов 1

и 2.

Ток на выводах генератора при замыкании становится равным току при максимально возможной разности расстроек компенсации при RП = 33,3 . При таком переходном сопро-

тивлении работа защиты не может быть обеспечена из-за конечной технической чувствительности измерительных органов.

Выводы:

1.Использование сравнения направления низко-частотных составляющих токов нулевой последова-тельности в нейтрали и на выводах генератора укрупненного блока позволяет выявлять повреж-денный генератор, как при перемежающихся, так и при устойчивых замыканиях.

2.Возможная неидентичность параметров гене-раторов не является фактором, практически ограничивающим чувствительность защиты при устойчивых замыканиях через переходное сопротивление.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Стопроцентная селективная защита от замы-каний на землю обмотки статора синхронных генераторов укрупненного блока. / Вайнштейн Р.А., Гетманов В.Т. – Известия вузов, Энергетика, №2, 1974 г.

При коротких замыканиях (КЗ) на длинных линиях относительно удаленных концов, электрические сигналы оказываются малыми

исоизмеримыми с помехами. Первое не позволяет произвести измерение вследствие недостаточной мощности сигнала для работы измерительного органа. Второе – отличить полезный сигнал, содержащий ожидаемую информацию, от помех. В связи с этим стоит задача повышения чувствительности измерительного органа к полезному сигналу и отстройки от помех. Простое решение этой задачи возможно только при исключении помех

иусилении полезного сигнала. Однако полезные сигналы и помехи, содержащиеся в величинах, контролируемых средствами релей-

ной защиты и автоматики, далеко не всегда, различаются по признакам, доступных для электрического аппаратурного контроля. Поэтому обработка такой информации с целью выделения полезного сигнала становится невозможной. Алгоритмическая обработка этих сигналов в общем случае тоже ничего не дает. Однако в алгоритме контроля сопротивления локальной короткозамкнутой цепи, осуществляемой в дистанционной защите, возникает возможность достаточно полной или частичной отстройки от помех [1]. Действительно, алгоритм измерения сопротивления локального участка сети (защищаемой линии или оборудования), осуществляемой как отношение падения напряжения на участке от

места установки защиты до места КЗ к току КЗ имеет результатом сопротивление этого участка, т.к. падение напряжения формируется как произведение тока на сопротивление, а сигналом, содержащим помехи, является ток, то в отношение напряжения к току, т.е. сопротивлении для описанного простого случая помехи практически исключены. В более сложных случаях при наличии подпитывающих ответвлений возможно влияние подпитывающих токов на полноту компенсации тока с помехами.

Для выяснения характера названного влияния ниже рассмотрены выражения первичного сопротивления Zз на входе измери-

тельных органов разных каналов дистанционной защиты линии при измерении полного сопротивления короткозамкнутой цепи как отношение полного первичного остаточного напряжения Uост к первичному току с поме-

хами I п подведенным к входным выводам аппаратуры. Погрешности последней при этом не учитываются.

Для случаев КЗ в области действия первой ступени на участке линии без ответвлений и поперечных проводимостей (рис.1). На данном рисунке условно представлены три сети относительно защищаемой линии Л:

сеть1, моделирующая токи, подтекающие из внешней сети к узлу (подстанции), где установлена аппаратура дистанционной защиты и измеряется остаточное напряжение

Uост ;

сеть2 аналогично сети1, моделирует токи, подтекающие из внешней сети, к противоположному концу защищаемой линии;

сеть1-2 которая моделирует параллельные и обходные связи, шунтирующие защищаемую линию. Выражение замеряемого со-

противления для этого случая предстает в виде:

Zз =Uост / I п = I пZ / I п = Z ,

причем Uост в данном случае формируется выражением Uост = I пZ , в котором Z –

схемно-конструкторское значение сопротивления короткозамкнутой цепи.

Как видно из формулы, в оговоренных условиях измерительное реле сопротивления реагирует на схемно-конструкторское сопротивление Z, которое не зависит от значений электрических величин, определяемых условиями работы сети.

Для случаев КЗ в зоне второй ступени на участках защищаемой Л и предыдущей Л1 линий без ответвлений и учета поперечных проводимостей (рис.2).

На рис.2 также как на рис.1 показаны три сети: сеть1, сеть1-2, сеть2 выполняющие аналогичные функции. Выражение замеряемого сопротивления для второй ступени имеет вид:

конструкторские сопротивления соответственно защищаемой линии Л и короткозамкнутого участка предыдущей линии Л1.

Из выражения для второй ступени видно, что в состав замеряемого сопротивления в аналогичных условиях как для первой ступени наряду с детерминированными слагаемымиZл и Zдл1 входит

последнее слагаемое со случайными коэффициентом в виде отношения тока через

защитуI п и тока подпитки Iпп .

Рассмотрение случая третьей (резервирующей) ступени в условиях, аналогичных первой и второй ступеням (рис.3), наряду с защищаемой линией Л включает резервируемую по защите линию Л1 и дополнительную короткозамкнутую часть предыдущей к резервируемой линии Л3. При этом наряду с ранее введенными сетями 1, 2, и 1-2 дополнительно введены сети 1-2’, 1-2”.

Выражение замеряемого сопротивления для третьей ступени будет:

соответственно токи подпитки резервируемой по защите линии Л1 и короткозамкнутого участка предыдущей линии Л3 к резервируемой Л1, Z л , Z л1 и Z дл3 – схемноконструкторские сопротивления соответственно защищаемой Л, резервируемой Л1 и короткозамкнутого участка Л3. В приведенном выражении, аналогично выражению второй ступени, входят детерминированные значения схемно-конструкторских сопротивлений Zл защищаемой

линии Л, Zл1 резервируемой по защите линии Л1, короткозамкнутого участка Zдл3

предыдущей линии Л3 к резервируемой Л1. Из приведенных выражений видно, что

замеряемое сопротивление Zз в дистанцион-

ной защите при оговоренных условиях либо совсем (первая ступень), либо в большой степени (вторая и третья ступени) не зависят от токов со случайными помехами через за-

щиту I п и подпитки Iпп при КЗ на предыдущих элементах. Некоторые зависимости, оп-

ределяемые отношениями Iпп / Iп , Iппп / Iп остаются, однако это имеет место при КЗ пре-

дыдущих элементах ( Zдл1 на рис. 2) и преды-

дущих Л3 к резервируемому элементу Л1 ( Zдл3 на рис.3). При КЗ на защищаемых эле-

ментах: линии Л (сопротивление Zл в замерах второй ступени) и линиях Л и Л1 (сопротивление Zл и Zл1 в замерах третьей ступе-

ни) обсуждаемая зависимость полностью исключена (вторая ступень) или остается в некотором объеме, определяемым отношением

Iпп / Iп при КЗ на линии Л1.

Таким образом, замеры дистанционных защит первой и второй ступеней практически не зависит от помех, содержащихся в первичных параметрах токов и напряжений на защищаемой линии, а в случае третьей ступени

зависит от отношения помех Iпп / Iп . Это по-

зволяет предусмотреть мероприятия, чтобы практически в чистом виде (первая и вторая ступени) и приближенно (третья ступень) настроить защиту на измерение больших сопротивлений удаленных КЗ при малых токах через защиту путем сбалансированного усиления последних вместе с остаточным напряжением.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Протопопов В.П., Гашилов М.Н, Шмойлов А.В. Токовый и дистанционный принципы реагирования на короткие замыкания // Энергетика: экология, надежность, безопасность. Матер. докл. ХII Всерос. науч.-техн. конф.. – Томск: Изд-во ТПУ, − 2006 С. 93 −96.

В процессе эксплуатации электростанции возникают режимы, сопровождающиеся кратковременным понижением напряжения на шинах с.н. или даже его полным исчезновением. Однако это не должно приводить к нарушению технологического процесса на станции. В связи с этим необходимо обеспечение условий для электродвигателей ответственных механизмов, в соответствии с которыми, затормозившись при нарушении нормального питания, они бы вновь развернулись до нормальной частоты вращения, т.е. необходима реализация самозапуска двигателей.

При этом вопрос обеспечения самозапуска механизмов с.н. ТЭС должен решаться в каждом конкретном случае в зависимости от местных условий. Определяющим фактором в этом вопросе является величина напряжение на выводах двигателя после восстановления питания. И как следствие величина

вращающего момента двигателя ( М ≡ U 2 ).

вр

Для удобства рассмотрения данного вопроса, в частности для облегчения принятия дальнейших практических решений при определении конкретного числа участвующих в самозапуске двигателей предлагается использование программного комплекса “Mustang” предназначенного для расчета установившихся режимов, а также переходных электромеханических процессов.

Данный программный комплекс позволяет произвести расчет режимов и получить ре-

зультаты в виде таблиц и графиков для данной схемы замещения электростанции.

Вкачестве примера рассмотрим схему с.н. блочной электростанции мощностью 400 МВт.

На станции работают два генератора ТГВ- 200-2МУ3, один из которых работает в блоке

странсформатором ТДЦ-250000/110 и выдает энергию на шины 110 кВ, другой в блоке с ТДЦ-250000/220 и работает на шины 220 кВ.

Связь между ОРУ осуществляется посредствам автотрансформатора АТДЦТН125000/220/110.

Врасчетах будем рассматривать механизмы с.н. одного блока. Принципиальная схема электрических соединений с.н. 6 кВ и 0,4 кВ представлена на рис.1.

Механизмы собственных нужд блока получают питание от рабочего трансформатора с.н. ТРДНС-32000/15. Резервное питание с.н. осуществляется от резервного трансформатора с.н. ТРДН-40000/110. Также предусмотрено резервное питание ответственных механизмов с.н. 0,4 кВ от дизель-генератора номинальной мощностью 500 кВт.

Для расчетов в комплексе “Mustang” составляется схема замещения станции и собственных нужд рассматриваемого блока. При этом каждому узлу схемы замещения присваивается код состоящий из четырех цифр, которым соответствуют следующие парамет-

ры узла: U, δ, P, Q.

от самозапуска некоторых двигателей. Для этого часть двигателей должна автоматически отключаться, что приведет к увеличению их эквивалентного сопротивления и напряжения на шинах и выводах двигателей.

Таким образом, последовательно исключая двигатели отказ от самозапуска которых

не приведет к изменению производительности основного оборудования и проводя необходимые расчеты можно получить перечень механизмов, для которых возможно осуществление успешного самозапуска.

В последнее время активно внедряются цифровые методы измерения электрических величин. Одним из методов оценки электрических величин является спектральный анализ. К сожалению, современные системы контроля и анализа, такие как регистраторы аварийных событий (РАС), не позволяют получать все необходимые данные, для получения полной картины работоспособности энер-

госистемы и отдельного оборудования. Так, например, в РАС спектральный анализ сигналов проводят с использованием традиционных методов, таких как Фурье, Уолша, Хаара, Хартли и т.п., которые по своей сути требуют знания периода рассматриваемого сигнала. По мнению автора данного доклада, к арсеналу возможностей РАС необходимо добавить возможность проводить спектральный

анализ сигналов, период которых заранее не известен. Это особенно важно при наличии в сигнале интергармонических составляющих (составляющие с частотами, не кратными частоте основной гармоники сигнала).

Одним из возможных решений является использование метода спектрального анализа по мгновенной спектральной плотности (ММСП) [2], реализующий двухэтапную процедуру спектрального анализа (СА) из [1]. Ранее автором данного доклада уже были проведены исследования работоспособности процедур СА по ММСП и предложен способ уточнения начальных фаз частотных составляющих сигнала, который использует преимущества методов ММСП и метода по вольтамперным характеристикам [3, 4].

В данном докладе предложены правила определения начальных фаз сигнала по ММСП.

Массив мгновенных значений анализируемого сигнала a(t j ) представлен отсчетами

в различные моменты времени

j =1

N

S2 ( f ) = ∑a(t j )cos(ωkt j ) ,

j =1

где S1 ( f ) и S2 ( f ) - соответственно синус-

ная и косинусная составляющая спектральной плотности; ωk = 2πfk - значение круговой

частоты при которой рассчитывается мгновенная спектральная плотность; t j = j t - зна-

сигнала.

Экстремумы зависимости мгновенной спектральной плотности от частоты S( f ) со-

ответствуют частотам fk , фактически имею-

щимся в сигнале.

Амплитуду и фазу составляющей частотой fk обычно находят по формулам из [1, 2]:

Как уже говорилось, в ходе использования описанного выше подхода при СА многочастотных сигналов, содержащих интергармоники было установлено, что формула (4) зачастую дает неправильные результаты. Дополнительные исследования зависимостей распределения мгновенной спектральной плотности показали целесообразность и необходимость введения в описанную выше процедуру спектрального анализа правил выбора фазы сигнала с учетом нахождения синусных и косинусных составляющих в том или ином квадранте. Полученная формула и правила расчета фаз ϕk представлены в (5) и в

табл. 1.

Таблица 1. Правила определения фазы сигнала.

Работоспособность уточненной процедуры спектрального анализа по ММСП покажем на примере тестового терехчастотного сигна-

a(tj), А

0

t, с

Рис. 1. Спектрограмма тестового трехчастотного сигнала.

На рис. 2 и в табл. 3 приведены результаты спектрального анализа тестового трехчас-

тотного сигнала при N =10000 и t =10−4 с.

S(f)

105

6 .104

4 .104

2 .104

0

f, Гц

Рис. 2. Распределение мгновенных спектральных мощностей по частотам для тестового сигнала.

Таблица 3

Сравнивая соответствующие значения из таблиц 2 и 3, легко убедиться в правильности проведенных расчетов и целесообразности применения предложенных правил определения начальных фаз частотных составляю-

щих сложных многочастотных сигналов при спектральном анализе по ММСП. В исходном сигнале присутствует интергармоническая составляющая на частоте 187 Гц, и как видно из представленных результатов, её параметры определены с достаточной точностью. Т.е. использование указанного метода дает возможность анализировать сигналы, период которых не известен.

Представленные результаты позволяют говорить о применимости указанного метода для решения поставленной задачи.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Сидоров И.М, Тимофеев В.В. Многочастотные колебания в нелинейных системах управления. – М. – Наука, 1984.

2.Функциональный контроль и диагностика электротехнических систем и устройств по цифровым отсчётам мгновенных значений тока и напряжения/ под редакцией Е.И Гольдштейна – Томск, - Изд «Печатная ма-

нуфактура», 2003, 240с.

3.Гольдштейн Е.И. Бацева Н.Л., Радаев Е.В. Спектральный анализ периодических сигналов при наличии в них интергармоник.// Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования: Материалы Всероссийской научно-технической конференции. – Томск, - Изд-во ТПУ, 2006. – 150с.

4.N. Batseva, E. Goldshtein, E. Radaev, H. Schau, A. Novitzkij. The spectrum analysis of complex multi-frequency signals in the presence of interharmonics.// Information technology and electrical engineering – devices and systems, materials and technologies for the future: 51. International Wissenschaftliches Kolloquium, 2006.

5.Гольдштейн Е.И. Бацева Н.Л., Радаев Е.В. Спектральный анализ периодических сигналов при наличии в них интергармоник.// Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования: Материалы Всероссийской научно-технической конференции. – Томск, - Изд-во ТПУ, 2006. – 150с.

Работа выполнена на кафедре «Электрические станции» ТПУ под руководством доцента Гольдштейна Е.И.

Проблема уменьшения переходного сопротивления и совмещения электрического контакта медь-алюминий, повсеместно встречающегося в промышленной электротехнике, общеизвестна. Известно, по крайней мере, два способа совмещения такой контактной пары: использование биметаллических прокладок и использование специальной смазки на основе медного порошка. Однако оба метода имеют существенные недостатки.

Предлагается новый способ решения этой проблемы – нанесение медного покрытия на алюминиевые контактные поверхности путем воздействия импульсной гиперскоростной струи, генерируемой коаксиальным магнитоплазменным ускорителе (КМПУ) [1].

В рамках программы У.М.Н.И.К.(20072008) выполняется проект “Разработка технологии нанесения медного покрытия на алюминиевые контактные поверхности на основе коаксиального магнитоплазменного ускорителя”. Целью проекта является разработка на- учно-технических основ технологии нанесения медного покрытия на алюминиевые контактные поверхности магнитоплазмодинамическим способом.

На данном этапе основной задачей является решение проблемы равномерного нанесения покрытия площадью 60 см2. Такой размер площади обусловлен стандартными размерами шин.

Исходя из условий ранее проведенных исследований [2] оптимальными энергетическими параметрами для нанесения медного покрытия являются: емкость конденсаторной батареи С=12 10-3 Ф, зарядное напряжение Uзар.=3,0-5,0 кВ. Режим инициирования разряда в канале формирования плазменной структуры – самопробой. Технологический цикл проводится в атмосферных условиях при энергии емкостного накопителя Wc=73,5 кДж, диаметре ускоритель-ного канала (УК) dук=10-15 мм, расстоянии от среза ствола до мишени 180-420 мм. На стенки УК наносится слой графита.

Проведенные исследования показали, что устойчивый разряд в УК формируется и существует в течение всего рабочего цикла (10- 3 с) при величине удельной подведенной энергии Wп/Vук.=2,3 кДж/см3 (Wп - подведенная

энергия, Vук. - объем УК) при dук=10 мм и дли-

не УК ℓук.=250 мм.

В экспериментах осциллографировались напряжение на электродах U(t) и рабочий ток ускорителя i(t) (рис. 1). Мощность Р=190 МВА, Wп=46 кДж.

Рис. 1. Типичные осциллограммы U(t) и i(t) плазменного выстрела КМПУ с медными электродами.

Динамические характеристики плазменного течения изучались с помощью высокоскоростной кадрированной фотосъемки (рис. 2) на установке ВФУ-1. Исследования показали, что оптимальным расстоянием между срезом ствола и мишенью является длина 250 мм, которая на фотограмме (рис. 2б) соответствует расстоянию от центрального скачка уплотнения (диска Маха) 5 до мишени 8 (ℓук.=95 мм) на интервале времени существования квазистационарного режима.

107

Рис. 2. Фотограмма гиперзвуковой плазменной струи (а) истекающей из УК медного ствола и ее ударно-волновая структура (б) - срез УК 1; косой скачок уплотнения 2, ограничивающий зону продолжения ствольного течения; висячий скачок 3; граница струи 4, ограничивающая так называемую первую “бочку”; центральный скачок 5, “диск Маха”; граница второй “бочки” 6; головная ударная волна 7; мишень 8.

На рис. 3 приведены эпюры дифферен- циаль-ного электроэрозионного износа поверхности УК по его длине m(ℓук) для различного уровня подведенной энергии. Видно, что при длине канала более 150 мм m принимает отрицательные значения - происходит наслоение эродированного материала на поверхность канала неподверженную эрозии. Это приводит к уменьшению выносимой из ствола массы и неэффективному использованием расходного материала – медной трубы. В результате проведенные исследования показали, что оптимальная длина медного ствола, при которой наиболее эффективно используется ствол и нарабатывается до 90% материала - 150 мм.

Рис. 3. Эпюры дифференциального электро-эрозионного износа медных стволов по длине УК.

На алюминиевых поверхностях были получено медное покрытие, общакя площадь покрытия составляет ~ 180 см2.

Анализ полученных покрытий производился с использованием электронной и оптической микроскопии, фотоэлектронной рентгеновской спектроскопии (РФЭС), рентгенофазового анализа. Из алюминиевых подложек с нанесенным медным покрытием были

приготовлены образцы вертикального среза со шлифами.

Рис. 4. Микрофотография шлифа вертикального среза алюминиевого образца с медным покрытием.

Исследование структуры поверхности шлифов, проведенные на растровом электронном микроскопе Jeol-840, показали, что толщина покрытия не менее 100 мкм, структура его однородна и практически не имеет пор. Из микрофотографии (рис. 4) видно, что медное покрытие абсолютно плотно сопрягается с поверхностью алюминиевой подложки. Множественные вкрапления меди присутствуют в подложке на глубине до 70 мкм (рис. 4б). По данными РФЭС концентрация элементов на этой глубине составляет 99,8 % Al и 0,2 % Cu, а на границе раздела – 25 % Al и 75 % Cu.

На сегодня основной проблемой является отсечка крупных капель расплава меди, которые вылетают, по-видимому, на завершающей стадии существования импульсного процесса и приводят к некоторой эрозии поверхности мишени. Однако на основании проведенных экспериментов были определены условия процесса, обеспечиваю-щие равномерное нанесение медного покрытия на алю-

миниевую поверхность: С=12 10-3 Ф, Uзар.=3,5 кВ ,Wc=73,5 кДж, расстояние от

среза ствола до мишени 250 мм, Р=1,0 атм.

В разработанной [1] математической модели технической эффективности дифференциальной токовой защиты трансформаторов и автотрансформаторов потери отказов срабатывания, ложных и излишних действий в виде вероятностей определяются в несколько этапов. Среди них определение законов распределения вероятностей параметра реагирования (ЗРВ) с помощью метода селекции исходных и выходных данных (СГИД) [2] в разных условиях появления потерь. Например, отказы срабатывания случаются при коротких замыканиях (КЗ) на защищаемом объекте, излишние действия могут возникнуть

при КЗ на внешних относительно защищаемого объекта КЗ, а ложные действия, возникающие при отсутсвии КЗ, целесообразно подразделить в зависимости от условий возникновения на случающиеся в рабочих (эксплуатационных) и ненормальных, отличающихся от рабочих, но не являющихся КЗ (асинхронном ходе, обрывах фаз) условиях (режимах). Особенностью дифференциальной токовой защиты трансформаторов и автотрансформаторов является еще один вид ложных действий при включении под напряжение защищаемого объекта на холостой ход. Последнее возникает вследствие броска

109

тока намагничивания в первый момент после включения трансформаторов и автотрансформаторов на холостой ход. Бросок тока намагничивания идентифицируется дифференциальной токовой защиты как повреждение в области действия и она может ложно отключить включаемый для работы трансформатор или автотрансформатор. При каждых из указанных условий может быть получен ЗРВ параметра реагирования [3] тока. При этом в случае дифференциальной защиты ЗРВ можно рассматривать в координатах как дифференциальных (фактических) токов, на которые реагирует измерительный орган (ИО) данной защиты, так и сквозных токов, протекающих через трансформаторы тока на той стороне защищаемого трансформатора или автотрансформатора, на которой произошло внешнее КЗ. Следовательно необходимо принять во внимание два вида токов и соответственно токовых уставок для дифференциальной защиты [3]: фактических или дифференциальных и проходных или сквозных. Между дифференциальными и сквозными величинами имеет место соответствие, которое естественным путем устанавливается для грубой ступени (дифференциальной отсечки) дифференциальной токовой защиты трансформаторов и автотрансформаторов с помощью отношения максимального сквозного тока при внешнем КЗ к уставке или небалансу ИО, соответствующем сквозному току. Соответствием уставке чувствительной ступени будет произведение этой уставки на указанное отношение. Это соответствие можно назвать уставкой чувствительной ступени в координатах сквозного тока. В таком случае максимальный сквозной ток грубой ступени является ничем иным как уставкой этой ступени в координатах сквозного тока. Таким образом, при формировании областей и границ внешних элементов, входящих в зону действия ИО и обусловливающих излишние действия, необходимо пользоваться уставками каналов дифферециальной защиты в координатах сквозных токов. При расчете же вероятностей отказов срабатывания имеется возможность сформировать выражения для определения этих вероятностей только в координатах дифференциальных (фактических) токов.

Формирование областей излишних действий дифференциальной защиты (пространств сетей, присоединенных к каждой стороне трансформатора или автотрансформатора) в координатах сквозных токов осуществляется путем совместного интерактивного наблюдения превышения сквозным током КЗ тока уставки в координатах сквозных токов при перемещении точки КЗ по терминалам и

пространству элементов каждой сети, подсоединенной к сторонам защищаемого трансформатора (автотрансформатора). При равенстве сквозных тока КЗ и уставки фиксируется граница области действия. Сумма параметров потоков КЗ на внешних элементах и их частях всех присоединенных к защищаемому трансформатору (автотрансформатору)

сетей дает параметр потока ωвк для определения безусловной вероятности внешних КЗ, которая определяется выражением

должительность действия дифференциальной защиты при возникновении КЗ. Данные расчеты должны быть выполнены для всех состояний сети, всех видов КЗ и всех видов режимов источников сети, т.к. параметр пото-

ка ωвк должен учитывать в усредненном виде все пространство и режимы сетей, присоединенных к защищаемому трансформатору (автотрансформатору) и входящих в зону действия уставки, как правило, чувствительного канала дифференциальной защиты в координатах сквозных токов. Упоминание чувствительного канала обусловлено тем, что зона действия грубого канала может оказаться практически полностью отстроенной от внешних КЗ, если бы, как предписывает экспертноруководящий метод настройки дифференциальной токовой защиты трансформаторов и автотрансформаторов, удалось отстроить дифференциальную отсечку от максимальновозможного сквозного тока.

Однако описанная процедура усредненной интеграции всего внешнего пространства сетей, входящих в зону действия измерительного органа дифференциальной защиты, является принципиально необозримой, даже в случае относительно несложных внешних сетей и недостижимой по причине отсутствия приемлемых простых практических методов усреднения, например, [4]. Действительно, если варианты коммутационных состояний и видов повреждений как счетные совмещения дискретных объектов принципиально еще возможно реализовать, то варианты режимной загрузки генерирующих и потребляющих агрегатов вследствие непрерывности представляющего загрузку такого параметра как мощность принципиально неисчислимы. Кроме того, представленные в [4] алгоритмы усреднения требуют для практической реализации удельные веса значений усредняемого параметра, определение которых на каждом этапе усреднения возможно только через законы распределения вероятностей (ЗРВ) при разных условиях коммутаций, видов КЗ и режимов источников (агрегатов) сетей. Это в свою очередь требует немалых и в какой-то

степени бесплодных усилий по определению видов и параметров этих ЗРВ даже по скоростному методу СГИД [2]. Бесплодность обусловлена тем, что метод СГИД при построении неизвестного вида ЗРВ дает только приближенное решение, а статистических оснований для назначения вида при разных конкретных условиях всегда меньше по сравнению со случаями с меньшим количеством фиксируемых условий, либо без фиксации каких бы то ни было условий вообще. В последнем случае имеет место более надежное утверждение математической статистики о малом влиянии разных факторов на указанный параметр, а, следовательно, о нормальности ЗРВ этого параметра. Такой подход для усреднения параметра реагирования по всем факторам-условиям, кроме интересующего, используется при назначении нормального вида ЗРВ параметра реагирования, а два параметра ЗРВ при этом находятся по методу СГИД. Интересующие вероятности потерь: отказов срабатывания в условиях КЗ на защищаемом объекте, ложных действий при асинхронном, неполнофазном и эксплуатационных режимах, при включении трансформатора (автотрансформатора) на холостой ход, излишних действий при внешних КЗ находятся по полученным ЗРВ.

Отличительной особенностью вычисления излишних действий по сравнению с другими потерями является вариация пространства внешних сетей, на которых случаются КЗ, приводящие к излишним действиям. Данная особенность учитывается путем суммирования параметров потоков повреждений всех внешних элементов или их частей, которые при КЗ на них входят в зону действия измерительного органа дифференциальной защиты. Внешние КЗ вызывают излишние действия при нарушении ее блокирующего свойства, например, путем нарушения цепей циркуляции. При этом возможны излишние действия как при исправном , так и при отказе каналов быстродействующих защит элементов внешних сетей. В первом случае ло-

гичным является рассматривать 50% случаев правильных действий защит внешних элементов как способствующие излишним действиям. Во втором случае все отказы действия защит внешних элементов способствуют излишним действиям. Как первые, так и вторые случаи излишних действий имеют место при внешних КЗ в направлении пространства каждого внешнего компонента каждой внешней сети, присоединенной к выводам разных сторон защищаемого трансформатора (автотрансформатора). Поэтому должны быть заранее определены уставки быстродействующих защит внешних элементов сети и ЗРВ токов КЗ на них (для внешних трансформаторов или автотрансформаторов уставки и ЗРВ должны быть в сквозных токах их защит).

Уточненная модель технического эффекта может использоваться для оптимальной настройки и количественного сравнения разных вариантов дифференциальных релйных защит трансформаторов и автотрансформаторов.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Зеленская О.М. Разработка математической модели технической эффективности дифференциальной защиты трансформаторов и автотрансформаторов // Современные техника и технологии: Тр. 12-й международной науч.-практ. конф. в 2-х т. −Томск: Изд-во ТПУ, 2006. –Т.1. С.29–30.

2.Shmoilov A.V. Probability technologies in electric power industry //Proc. 6-th Russian-Korean Int. Symp. on Science and Technology KORUS2002, Novosibirsk. - 2002. -Vol.2. - P.421424.

3.Тишкевич О.М., Шмойлов А.В. Эффективность дифференциальной защиты трансформаторов и автотрансформаторов // Энергетика: экология, надежность, безопасность: Материалы XI Всерос. науч.-техконф., Томск. – 2005. 138 – 142.

4.Коньков И.А. Алгоритмы оценки технической эффективности ступенчатых защит// Современные техника и технологии: Тр. 12-й международной науч.-практ. конф. в 2-х т.

−Томск: Изд-во ТПУ, 2006. –Т.1. С.41–43.

Внастоящее время расширяется сфера использования импульсных технологий. Основным элементом в данных электротехнологических комплексах является источник вторичного электропитания питания. В связи

сэтим актуально глубокое изучение закономерностей процессов, характерных для этих установок.

Основной принцип работы системы импульсного питания – аккумуляция энергии в накопителе с последующей подачей ее в нагрузку. Наибольшего распространения в подобных устройствах получили емкостные накопители энергии (ЕНЭ).

Процесс работы ЕНЭ состоит в циклическом чередовании заряда и разряда. При этом длительность разряда во много раз меньше, чем заряда. Частота импульсов питания измеряется от долей до сотен герц. Напряжение накопительного конденсатора достигает 50-100кВ, поэтому необходимо применение повышающего трансформатора.

Вработе рассмотрены особенности работы зарядного устройства (ЗУ) ЕНЭ выполненного на основе резонансного инвертора напряжения. ЗУ состоит из сетевого выпрямителя, полупроводникового инвертора, повышающего трансформатора, высоковольтного выпрямителя. Исследование ЗУ проводились с помощью пакета Matlab 7 [1], математическая модель ЗУ представленная на рисунке 1.

Схема работает следующим образом. В момент t=0 отпираются тиристоры VS1 и VS3, конденсатор СК начинает заряжаться током iC, протекая по контору VS1 - LК - СК - первичная обмотка трансформатора T - VS3.

Врезультате этого, во вторичной обмотке индуцируется напряжение, которое через выпрямитель заражает конденсатор Сн. Временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя, изображены на рисунках 2 и 3.

Вмомент t1 конденсатор Ск зарядится, ток в контуре iL станет равным 0, тиристоры VS1 и VS3 закроются. Так как напряжение на Ск (за счет энергии запасенной в индуктивности Lк) будет больше напряжения сети, отпираются диоды VD1 и VD3 и конденсатор Ск через Lк и трансформатор разряжается. В результате чего во вторичной обмотке трансформатора также индуцируется напряжение, заряжаю-

щее конденсатор Сн. В момент t2 конденсатор Сн разредится до напряжения меньшего напряжения питания, ток в контуре станет равным нулю, диоды VD1 и VD3 запираются. Да-

лее в момент t3=t2 отпираются тиристоры VS2 и VS4, конденсатор начинает перезаряжаться через контур VS2 - T - Ск - Lк - VS4 - U, процесс повторяется. Напряжение на Сн с каждым циклом увеличивается.

Рисунок 3 – Временные диаграммы токов и напряжений

Из рисунка 3 видно, что процесс заряда имеет четко выраженные три стадии. Для первой стадии характерно постоянство амплитуды токов в ЗУ, рекуперация части энергии в сеть и большая скорость заряда. При достижении напряжении заряда порядка 70% от максимального уменьшается ток заряда, процесс переходит из режима постоянных токов в режим постоянной мощности, наступает вторая стадия. В третьей стадии, при заряде более 90% резко снижаются токи и напряжений ЗУ, процесс приобретает четко выраженный затухающий характер.

Если для регулирования времени заряда ввести задержку между t2 и t3, что соответствует паузе между моментом отключением обратных диодов и временем отпирания тиристоров, то на графиках токов и напряжений источника появятся соответствующие паузы. Во время задержек ток в первичной цепи трансформатора отсутствует, что соответствует спадам напряжения во вторичной обмотке трансформатора, при этом оно не равно нулю. Временные диаграммы с паузой в заряде приведены на рисунках 4 и 5.

Рисунок 4 – Временные диаграммы токов и напряжений при наличии паузы

Рисунок 5 – Временная диаграмма заряда при отсутствии (1) и наличии (2) пауз со скважностью 50%.

Из рисунка 5 видно, что длительность заряда при введении задержки увеличивается на суммарную длительность пауз. Величина достигаемого максимального напряжения при том не изменяется.

Зависимость напряжения и времени заряда от отношения LK/CK, т.е. от значения ρ2, равного волновому сопротивлению, дана на рисунке 6. Приведены диаграммы заряда конденсатора для различных соотношений в интервале от 10/640 до 320/20. Из рисунка видно, что графики с малым LK/CK характеризуются большой скоростью заряда в первой стадии и быстрым затухании ее во второй. Для графиков же с большим отношением величина заряда, достигаемая в первой стадии, меньше, но увеличивается заряд во второй стадии. Так же на диаграмме заметен максимум величины заряда, приходящиеся на графики (3) и (4) с соотношениями соответствен-

но 40/160 и 80/80.

Рисунок 6 – Временные диаграммы заряда конденсатора при различных соотношениях

LK/CK

В связи с тем, что длительность заряда в третьей стадии значительно возрастает, а увеличение напряжения незначительно, то при завершении второй стадии, процесс заряда целесообразно прекратить.

113

В настоящее время актуальной становится задача повышения энергоэффективности. Эффективность использования электрической энергии и топливно-энергетических ресурсов оценивается по показателям энергоэффективности, которые определяются в ходе комплексных энергетических обследований. Решение данной задачи необходимо проводить с учетом взаимосвязанности компонент экономичности, надёжности и качества электроэнергии, разбитых, в свою очередь, на показатели энергоэффективности.

Принципиально важным при этом является вопрос выбора критериев, по которым оценивается энергетическая эффективность в процессе энергетического обследования [1]. Так как показатели энергоэффективности различных компонент по большей степени зависят друг от друга, то они могут конфликтовать между собой, т.е. при улучшении одних показателей могут страдать другие. Таким образом, важным здесь является задача оптимального выбора показателей энергетической эффективности, которая подбирается с учетом вида деятельности организации, глубины и целей проводимых энергетических обследований.

Математическая модель для вычисления показателей энергетической эффективности по различным компонентам с учетом всех требований может быть разработана на основе теории нечетких множеств.

Такой подход даёт приближенные, но эффективные способы описания поведения систем, настолько сложных и плохо определенных, что они не поддаются классическому математическому анализу. Теоретические основания данного подхода вполне точны и строги в математическом смысле и сами по себе не являются источником неопределенности [2].

Четкое подмножество: μА(х) - характе-

ристическая функция, принимающая значение «1», если х удовлетворяет какому-либо свойству R, «0» - в противном случае.

Нечеткое подмножество отличается от обычного тем, что для элементов х из Х нет однозначного ответа «да – нет», относительно свойства R.

По каждому из показателей энергоэффективности исходная информация задается нечетким образом с приблизительной оценкой влияющих факторов. Таким образом, в основе может лежать экспертная оценка.

Например, для компоненты надёжность: