Исследование статической устойчивости генераторов собственных электростанций ОАО «ММК» при параллельной работе с энергосистемой

Концепция повышения энергоэффективности асинхронных двигателей и электроприводов... Мугалимов Р.Г.

ния феррорезонанса токов позволяет существенно повысить энергоэффекгивность электротехнических комплексов и систем.

2. Индивидуальная компенсация реактивной мощности в асинхронных двигателях уменьшает потребляемый ток на 10-15%, повышает созф до единицы, энергетический КПД - на 13-20%.

Список литературы

1. Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемьй привод в насосных и воздуходувных установках. М.: Энергоагсмиздаг, 2006.

2. Паг. 2112307 Ш, МКИ 6 Н02 к 17/28. Асинхронная компенси-рованная электрическая машина / Савицкий А.Л., Мугали-мовР.Г., Савицкая Л.Д.// Открытия. Изобретения. 1998. № 15.

3. Мугалимов Р.Г., Мугалимова А.Р., Губайдуллин А.Р. Экспериментальные исследования электроприводов волочильного стана на основе энергосберегающих асинхронных двигателей // Изв. вузов. Электромеханика. 2009. № 1. С. 43-47.

4. Мугалимова А.Р., Мугалимов Р.Г., Космагов В.И. Метод и алгоритм проектирования компенсированного энергосберегающего асинхронного двигателя // Сборник материалов V Меж -дународной (XVI Всероссийской) научной конференции, 18-21 сентября 2007 г. СПб., 2007. С. 281-284.

5. Мугалимова А.Р. Обоснование и расчет линейной токовой и тепловой нагрузок энергосберегающего асинхронного двигателя с индивидуальной компенсацией реактивной мощности // Материалы 65 науч.-те<н. конференции: сб. докл. Т. 2. Магнитогорск: МГТУ, 2007.

6. Мугалимова А.Р., Космагов В.И., Мугалимов Р.Г. К определению параметров схемы замещения компенсированного асинхронного двигателя при его создании путем реконструкции из традиционного двигателя // Электротехнические системы и комплексы: межвуз. сб. науч. трудов. Вып. № 15 / под род. РадионоваА.А. Магнитогорск: МГТУ, 2009. С. 67-76.

7. Мугалимов Р.Г., Мугалимова А.Р. К определению оптимальной емкости компенсирующего конденсатора для энергосберегающего асинхронного электропривода // Материалы 66-й научно-технической конференции: сб. докп. Магнитогорск: ГОУВПО «МГТУ», 2008. Т. 2. С. 50-53.

8. Мугалимов Р.Г., Савицкий А.Л., Савицкая Л.Д. Характеристики двигательного и генераторного режимов индивидуально ком -пенсированной асинхронной машины // Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы // Вестник УГТУ-УПИ. Ч. 1.

Екатеринбург, 2003. С. 159-162.

9. Мугалимова А.Р. Энергосберегающий электропривод нефтя-

ного стана-качалки на основе асинхронного двигателя с инди-видуальной компенсацией реактивной мощности //Энергосбережение и энергоэффекгивность: сб. науч. тр. студентов. Магнитогорск: МГТУ, 2005. С. 97-101.

Bibliography

1. Leznov B.S. Energy saving and controlled electric drive in pumping plants and blower installations. M.: Energoatomizdat. 2006.

2. Patent 2112307 RU, MKI H02 6 to 17/28. Asynchronous compensated electrical machine / Savitsky A.L., Mugalimov R.G., Savitskaya L.D. // Discoveries. Inventions. 1998. № 15.

3. Mugalimov R.G., Mugalimova A.R., Gubaidullin A.R. Experimental studies of electric drives of a drawing mill, based on energy-efficient induction motors // Proceedings of universities. Electromechanics. 2009. № 1. P. 43-47.

4. Mugalimova A.R., Mugalimov R.G., Kosmatov V.I. The method and design algorithm of the compensated energy-saving induction motor // Proceedings of V International (XVI All-Russian) Scientific Conference, 18-21 September 2007. St. Petersburg, 2007. P. 281-284.

б. Mugalimova A.R. Substantiation and calculation of line current

and thermal loads of energy-efficient induction motor with selfcompensation of reactive power // Proceedings of the 65th scientific and technical conference. V. 2. Magnitogorsk: MSTU, 2007.

6. Mugalimova A.R., Kosmatov V.I., Mugalimov R.G. Some aspects of determining the parameters of equivalent circuit of a compensated induction motor when it is designed by reconstructing a traditional motor // Electrical systems and complexes. Collected scientific papers. Issue No. 15 / Under the editorship of A.A. Ra-dionov. Magnitogorsk: MSTU, 2009. P. 67-76.

7. Mugalimov R.G., Mugalimova A.R. Determination of optimum capacity of a compensating capacitor for an energy-saving induction motor // Reports of the 66th Scientific Conference: collected reports. Magnitogorsk: SEI of HPE «MSTU», 2008. V. 2. P. 50-53.

8. Mugalimo/ R.G., Savitskyi A.L, Savitskaya L.D. Characteristics of traction and generator modes of an individually compensated asynchronous machine // Electromechanical and electromagnetic energy converters and controlled electromechanical systems // Bulletin of the Ural State Technical University - UPI. Part 1. Yekaterinburg, 2003. P. 159-162.

9. Mugalimova A.R. Energy-saving electric drive of an oil pumping installation on the basis of the induction motor with individual compensation of reactive power // Energy saving and energy efficiency: Collected scientific papers of university students. Magnitogorsk: MSTU, 2005. P. 97-101.

УДК 621.311.1:658.26

Буланова О.В., МалафеевА.В., АхметхановА.М.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКОЙУСТОЙЧИВОСТИ ГЕНЕРАТОРОВ СОБСТВЕННЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ОАО «ММК» ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЕ С ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ

Необходимым условием существования систем электроснабжения промышленных предприятий является достаточный запас статической устойчивости генераторов. Современное программное обеспечение в основном ориентировано на крупные энергосистемы. В связи с этим на кафедре электроснабжения промышленных предприятий ГОУ ВПО «МГТУ» было разработано оригинальное программное обеспечение «Расчет установившихся и переждных режимов и

режимов замыкания на землю систем электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями», позволяющее оценивать статическую устойчивость систем электроснабжения промышленных предприятий, имеющих в своем составе собственные электростанции. Возможность прогнозирования запаса статической устойчивости позволяет разработать мероприятия по ее повышению, что не-обждимо для надежной работы потребителей.

ЭНЕРГЕТИКА МЕТАЛЛУРГИИ, ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕИ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

П.С «Бек его в о»

Ириклинская ГРЭС

ПС «С мелов ская»

ПС « Ма гнитю по р ска я»

ПС

90

ПС зе

П С «Шагал»

Троицкая ГРЭС

ПС

87

ПВЭС

ПС

ез

ЦЭС

ТЭЦ

Рис. 1. Упрощенная схема Магнитогорского энергоузла на уровнях напряжений 110-500 кВ

Рис. 2. Зависимость электромагнитной мощности генератора Г4А (ЦЭС) от его внутреннего угла

Рис. 3. Зависимость электромагнитной мощное™ генератора Г4А (ЦЭС) от его внутреннего угла

ПС 30 ПС 60 ПС 90 ПС 77

В основу программного обеспечения для расчета установившихся режимов положен модифицированный метод последовательного эквивалентирования [1]. Непосредственно исследование статической устойчивости синхронных генераторов осуществляется путем определения действительного предела передаваемой мощности [2]. В свою очередь, максимальное значение электромагнитной мощности, выдаваемой генератором, определяется путем применения метода последовательного утяжеления. При параллельной работе электростанций с энергосистемой в качестве утяжеляемого параметра целесообразно принять угол ротора 5.

В ходе исследования производится расчет иеждного установившегося режима и определяется начальный угол ротора и ЭДС генератора. Далее угол ротора исследуемого генератора начинает изменяться с заданным шагом и для каждой величины угла производится расчет установившегося режима. Из каждого расчета определяются электромагнитные активные мощности генератора, по которым строится кривая зависимости передаваемых мощностей от величины угла ротора. При этом производится корректировка выдаваемой генератором реактивной мощности при превышении током статора номинального значения. Максимальное значение кривой соответствует действительному пределу передаваемой мощности. Основным достоинством принятого алгоритма является возможность определения пределов передаваемой мощности в системах электроснабжения сложной конфигурации с учетом действия автоматических регуляторов тока возбуждения.

Основным критерием при исследовании статической устойчивости является коэффициент запаса, который определяется

к. = Ртах ~Рт -100%,

3 Р

т

где Ртах - действительный предел выдаваемой мощности в сеть; Рт - фактическая мощность генератора, равная мощности турбины.

В нормальных режимах работы коэффициент запаса должен быть не менее 20%, а в послеаварийных режимах не ниже 10%. В таких условиях статическая устойчивость синхронныхмашин обеспечивается.

Исследование статической устойчивости проводилось для Магнитогорского энергоузла при параллельной работе с энергосистемой. Упрощенная схема Магнитогорского энергоузла на уровнях напряжений 110-500 кВ приведена на рис. 1.

Как известно, в силу роста мощностей нагрузок и генераторов, а также увеличения пропускной способности линий кольцо на-

Исследование статической устойчивости генераторов.

Буланова О.В., Малафеев А.В., Ахметжанов А.М.

пряжением 110 кВ магнитогорского энергоузла было разомкнуто. Это было связано с недопустимым уровнем токов короткого замыкания и необждимостью его ограничения. Однако размыкание кольца приводит к снижению эквивалентной пропускной способности узла и, как следствие, к снижению коэффициента запаса статической устойчивости машин переменного тока. Целью данной работы является оценка влияния размыкания кольца на коэффициент запаса статическойустойчивости генераторов собственных электростанций ОАО «ММК». В работе была исслгдована статическая устойчивость трех вероятных режимом работы кольца 110 кВ Магнитогорского энергоузла при его параллельной работе с энер госистемо й:

- кольцо 110 кВ разомкнуто с одной стороны;

- кольцо 110 кВ разомкнуто с двух сторон (существующий режим);

- кольцо 110 кВ замкнуто.

При разомкнутом кольце 110 кВ с одной стороны на подстанции № 90 наиболее устойчивыми оказались генераторы, работающие на центральной электростанции (ЦЭС ОАО «ММК»), имеющие коэффициенты запаса больше 100%, жтя минимально допустимым является 20°% в нормальном режиме работы. Наиболее устойчивыми оказались генераторы № 4А и 4Б номинальной мощностью 6 МВт.

Это объясняется относительно небольшим коэффициентом мощности, то есть значительной выдачей реактивной мощности в нормальном режиме работы по сравнению с активной, и значительным током возбуждения. Эти факторы способствуют повышению действительного предела выдаваемой мощности. Малая электрическая удаленность генераторов центральной электростанции по отношению к энергосистеме также способствует повышению коэффициента запаса статической устойчивости. Кроме того, генераторы 4А и 4Б ЦЭС имеют минимальный угол ротора 8.

Наиболее неустойчивые генераторы расположены на подстанции 25 паровоздуждувной электростанции (ПВЭС-2). Наименее устойчиво себя показали генераторы ТГ1 и ТГ2. Это можно объяснить их достаточно большой электрической удаленностью по отношению к энергосистеме (связь осуществляется через несколько трансформаторов и реакторов, что увеличивает удаленность), а также высоким коэффициентом загрузки по активной мощности. Как известно, при этом уменьшается выдача реактивной мощности из-за не-обждимости ограничения полного тока статора. Уменьшение реактивной мощности, как известно, достигается уменьшением ЭДС генератора и тока возбуждения. Это уменьшает пропускную способность электропередачи и действительный предел выдаваемой мощности генератора.

Пример зависимости электромагнитной мощности генератора от внутреннего угла 8 приведен на рис. 2. Как видно из рисунка, за счет действия автоматического регулирования возбуждения максимум выдаваемой мощности приходится на угол, больший 90 град.

В режиме полного кольца 110 кВ коэффициенты устойчивости остались практически неизменными, по сравнению с режимом полукольца. Это связано со значительной пропускной способностью последнего.

Эл/ст или п/ст ТЭЦ ЦЭС п/ст 7 п/ст 25 п/ст 83 п/ст 29Л

Уменьшение к3,% 17-31 2-5 4 1 5 1 —1 9 8-9

В режиме кольца 110 кВ, разомкнутого с двух сторон, размыкание производилось на подстанции 90 и на шинах ЦЭС напряжением 110 кВ. При данной схеме произошло уменьшение коэффициента запаса статической устойчивости у всех генераторов в силу уменьшения пропускной способности линий электропередачи. Особенно сильно это произошло на генераторах ТЭЦ. Уменьшение коэффициентов запаса показано в таблице.

Примеры зависимости электромагнитной мощности генератора от внутреннего угла приведены на рис. 3.

Таким образом, при режиме кольца и кольца, разорванного с одной стороны, устойчивость генераторов практически оставалась неизменной. Это объясняется тем, что пропускная способность изменилась незначительно.

При полном разрыве кольца устойчивость генераторов на всех станциях и подстанциях уменьшилась, об этом говорит уменьшение коэффициента запаса.

Особенно сильно это отразилось на устойчивости генераторов, расположенных на ТЭЦ ОАО «ММК». Там коэффициент запаса уменьшился в пределах 17-31%. Это можно объяснить тем, что при разрыве связи ЦЭС-ТЭЦ электрическая удаленность ТЭЦ от энергосистемы увеличилась, разрыв кольца сильно уменьшает пропускную способность ЛЭП и, как следствие, уменьшается устойчивость генераторов.

Однако в целом коэффициенты запаса генераторов по статической устойчивости при любом режиме работы кольца превышают 20°%, что свидетельствует о допустимости работы генераторов при разомкнутом кольце 110 кВ.

Таким образом, разработанное программное обеспечение позволяет исследовать статическую устойчивость синхронных генераторов промышленных электростанций в системах электроснабжения конфигурации любой сложности. Это позволяет выявлять неустойчивые режимы и разрабатывать мероприятия по повышению статической устойчивости.

Список литературы

1. Модифицированный метод последовательного эквиваленти-рования для расчета режимов сложных систем электроснаб-жения / Игуменщев В.А., Заславец Б.И., Малафеев А.В., Бу-ланова О.В., Роганова Ю.Н.// Промышленная энергетика. 2008. № 6. С. 16-22.

2. Жданов П.С. Вопросы устойчивости энергетических систем / под род. Л.А. Жукова. М.: Энергия, 1979. 456 с.

Bibliography

1. Modified method of successive equvalenting for calculation of modes of complex power-supp|y systems / VA. Igumenschev, B.I. Zaslavets, A.V. Malafeev, O.V. Bulanova, Y.N. Rotanova // Industrial power engineering. 2008. No 6. P. 16-22.

2. Zhdanov, P.S. Problems of energy systems stability / under the editorship of L.A. Zhukov. M.: Energy, 1979. 456 p.