РЕЗОНАНСЫ  ТОКОВ  ПРИ  НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ  РЕЖИМАХ  СИСТЕМ  ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Набиуллин  Рамиль  Анварович

студент  4  курса,  кафедра  электрическая  техника,  ОмГТУ, 
РФ,  г.  Омск

Е-mail:  tatarenok1992@mail.ru

Шумская  Надежда  Владимировна

магистрант  2  курса,  кафедра  электроснабжение  промышленных  предприятий  ОмГТУ, 
РФ,  г.  Омск

Е-mail:  nadya.shumskaya.1991@mail.ru

Шаповалов  Павел  Васильевич

магистрант  2  курса,  кафедра  электроснабжение  промышленных  предприятий  ОмГТУ, 
РФ,  г.  Омск

Е-mail: 

" target="_blank">

Осипов  Дмитрий  Сергеевич

научный  руководитель,  канд.  техн  наук,  доцент  ОмГТУ, 
РФ,  г.  Омск

Развитие  промышленности  привело  к  увеличению  электрических  нагрузок  с  нелинейными  вольт-амперными  (вебер-амперными)  характеристиками  (частотно-регулируемые  электроприводы,  выпрямительные  электролизные  установки,  электродуговые  печи  и  массивные  прокатные  станы).  Следует  отметить,  что  нагрузки,  искажающие  синусоидальность  формы  кривой  напряжения  и  тока  на  современных  промышленных  объектах  присутствуют  практически  на  всех  классах  напряжения.  Так,  авторы  в  работе  [1]  показывают,  что  статические  тиристорные  компенсаторы  (СТК)  и  управляемые  подмагничиванием  шунтирующие  реакторы  (УШР),  присоединенные  к  шинам  220–500  кВ  также  являются  источниками  искажения  синусоидальности.

При  наличии  электроприёмников,  являющихся  источниками  высших  гармоник  увеличивается  вероятность  возникновения  в  системе  электроснабжения  (СЭС)  режима  резонанса  токов.

Известно,  что  резонансные  режимы  в  СЭС  возникают  из-за  наличия  индуктивных  и  ёмкостных  элементов,  которые  компенсируют  друг  друга.  В  результате  компенсации  реактивная  проводимость  цепи  становится  равной  нулю,  что  вызывает  высокие  уровни  токов  в  отдельных  ветвях  схемы.  А  это  в  свою  очередь  является  причиной  перегрузки  отдельных  элементов  и  выход  их  из  строя.  В  настоящее  время  продолжается  исследование  по  анализу  резонансных  режимов  на  высших  гармониках  [2]

Полностью  установившихся  режимов  в  СЭС  не  существует.  Постоянно  изменяется  количество  электроприёмников,  их  режим  работы,  как  следствие  изменяется  и  уровень  компенсации  реактивной  мощности.  Реактивная  мощность  является  неблагоприятным  фактором  для  СЭС.  Вследствие  увеличения  полного  тока  возникают  дополнительные  потери  в  токоведущих  частях,  увеличивается  падение  напряжения.  Для  компенсации  реактивной  мощности  на  предприятиях  применяется  БСК.  Надёжная  работа  БСК  напрямую  связана  с  уровнем  высших  гармоник,  при  этом  следует  избегать  резонанса.

Проведём  численное  моделирование  СЭС  для  определения  возможного  режима  резонанса  при  наличии  в  сети  высших  гармоник.

Исследуемая  система  и  схема  замещения  для  расчета  режима  представлены  на  рисунке  1.

Рисунок  1.  Схема  системы  и  её  схема  замещения

На  рисунке  обозначены:

X_C;  R_C  –  сопротивление  системы;

X_T;  R_T  –  сопротивление  трансформатора;

X_шма;  R_шма  –  сопротивление  магистрального  шинопровода;

ЛН  и  НН  –линейная  и  нелинейная  нагрузки.

Параметры  силового  трансформатора:

  кВ    кВ

Таблица  1.

Параметры  трансформатора  ТМ-630/10.

Сопротивление  системы,  приведенное  к  0,4  кВ

                                              (1)

Кабель  10  кВ  ААБ 

                               (2)

                                           (3)

Активное  сопротивление  трансформатора,  приведенное  к 

                                                                           (4)

где:  –  количество  параллельно  работающих  трансформаторов

мощность  потерь  короткого  замыкания,  кВт 

напряжение  обмотки  высокой  стороны  трансформатора,  кВт

номинальная  мощность  трансформатора,  кВА

  (Ом)                                                         (5)

Приближённое  приведение  к  уровню  напряжения  0,4  кВ:

  (Ом)                                                                  (6)

  (мОм)

Индуктивное  сопротивление  трансформатора,  приведенное  к 

  (Ом)                                    (7)

Приближенное  приведение  к  уровню  напряжения  0,4  кВ:

  (мОм)                                                           (8)

Полное  сопротивление  трансформатора:

    (мОм)                                     (9)

                                                       (10)

  (мОм)

Сопротивление  магистрального  шинопровода

Таблица  2.

Параметры  ШМА  1250

  (мОм)                                                     (11)

  (мОм)                                                  (12)

Нагрузка  (линейная)  (7500+j2800)  (кВА)

  (кВА)                                                     (13)

Поскольку  по  условию  задачи,  в  рассматриваемой  системе  по  суточному  графику  нагрузки  меняется  потребление  реактивной  мощности,  соответственно  изменяется  и  коэффициент  мощности.  Принимаем  к  установке  БСК  с  регулируемой  зарядной  мощностью.

Определим  резонансную  частоту  для  каждого  режима  компенсации  без  учета  активной  составляющей  полного  сопротивления:

                                                     (14)

где 

                                                (15)

                                              (16)

                                          (17)

  (Ом)             (18)

(Гн)

Для  кВар:

   (Ом)

(Ф)

  (Гц)        

Для  кВар:

(Ом)

(Ф)

  (Гц)

В  соответствии  с  графиком  нагрузок  представленного  на  рисунке  2,  для  предприятия,  работающего  в  односменном  режиме,  максимум  нагрузок  приходится  на  интервал  времени  с  8:00  до  17:00,  а  минимум  с  17:00  до  8:00.

Рисунок  2.  График  суточной  нагрузки

В  момент  времени  с  8:00  до  17:00,  когда  потребляемая  мощность  максимальна,  реактивная  мощность  БСК  (мощность  компенсации)  определяется  как  Qбск=150кВар.  При  этом  коэффициент  мощности  стремясь  к  единице  принимает  значение  равное  ,  в  свою  очередь  резонансная  частота,  полученная  расчетным  путем  для  заданной  СЭС  становится  равной    

В  момент  времени  с  17:00  до  8:00,  когда  система  менее  нагружена  выставляется  БСК  на  зарядную  мощность  Qбск=  50  кВар,  косинус  принимает  значение  ,  резонансная  частота  становится  равной  .

Для  идентификации  нестационарных  режимов  (определения  времени  изменения  режима)  использовать  преобразование  Фурье  в  чистом  виде  не  представляется  возможным.  Для  решения  поставленной  задачи  возможно  применение  оконного  преобразования  Фурье  или  вейвлет  анализа.  Вейвлет  анализ  дает  информацию  не  только  о  амплитудно-частотной  характеристике  (что  необходимо  для  расчета  режима  резонанса),  но  и  данные  о  изменении  режима  во  времени.  В  этом  случае  вейвлет  анализ  не  является  альтернативой  преобразованию  Фурье,  а  может  выступать  как  дополнение  к  нему  при  решении  таких  практических  задач,  как  определение  резонансных  режимов  СЭС.

Список  литературы:

1. Карташев  И.И.  Исследования  влияния  источников  высших  гармоник  на  качество  электроэнергии  в  электроэнергетических  системах  220–500  кВ  [текст].  Электричество  –  №  1.  –  2013.  –  С.  13–18.
2. Смирнов  С.С.  Один  из  подходов  к  поиску  резонансных  режимов  на  высоких  гармониках  [текст].  Электричество.  –  №  10,  –  2005,  –  С.  62–68.