Исследование влияния ввода в работу перспективной воздушной линии на режимы промышленного энергетического узла

2) Для реализованных условий экспериментальных исследований аэродинамическое сопротивление одиночных труб

плоскоовального поеречного сечения в зависимости от d2 / d в (1,7-2) раза меньше, чем для одиночных труб круглого профиля.

3) Предложенна обобщеная зависимость расчета аэродинамического сопротивления одиночных цилиндров круглой и плоскоовальной формы при изменении относительного удлинения профиля цилиндра от 1 до 2.625 в диапазоне чисел Рейнольдса

Red

d1 от 4000 до 25000.

Литература

1. Жукова Ю.В. Аэродинамика и теплообмен плоскоовального цилиндра при вынужденной конвекции [Текст]/ Ю.В. Жукова, А.М. Терех, А.В. Семеняко. Труды V Российской Национальной конференции по теплообмену. - 25-29 октября. - г. Москва. -2010. - Т.2. - С. 126-128.

2. Жукаускас А. Теплоотдача цилиндра в поперечном потоке жидкости/ А. Жукаускас, И. Жюгжда. - Вильнюс Мокслас, 1979. - 240 с.

3. Аэродинамический расчет котельных установок: Нормативный метод/под ред. С.П. Мочана. Изд. 3-е. - Л.: Энергия, 1977. -256 с.

4. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках/ А.А. Жукаускас - М.: Наука, 1982. - 472 с.

5. Дыбан Е.П., Эпик Э.Я. Тепломассообмен и гидродинамика турбулизированных потоков. - Киев: Наукова думка, 1985. - 296

с.

6. Knudsen J.G. Fluid Dynamics and Heat Transfer/ J. G. Knudsen, D.L. Katz. McGraw-Hill Book Company. - 1958.

7. Ala Ali Hasan Thermal-hydraulic perfomance of oval tubes in a cross-flow of air/Ala Ali Hasan//Heat and Mass Transfer, accepted for publication. ТНР 2004 by author and ТНР 2004 Springer-Verlag. By permission./ P. 1-32.

8. Hoerner F.S. Fluid Dynamic Drag/ F.S. Hoerner. - 1965.

Кондрашова Ю.Н ', Г азизова О.В. 2, Гладышева М.М. 3, Г аллиулин И.М 4

кандидат технических наук, доцент, ^Кандидат технических наук, доцент, ^Кандидат педагогических наук, доцент, 4Студент 1 курса магистратуры института энергетики и автоматизированных систем, Магнитогорский государственный технический

университет им. Г.И. Носова

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВВОДА В РАБОТУ ПЕРСПЕКТИВНОЙ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ НА РЕЖИМЫ

ПРОМЫШЛЕННОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО УЗЛА

Аннотация

В данной работе исследовано влияние ввода в работу перспективной воздушной линии на режимы работы промышленного энергетического узла для комплексной оценки той или иной конфигурации схемы с учетом режимов работы коммутационных аппаратов и токоведущих частей, а также выполнен расчет и анализ значений токов короткого замыкания и величин остаточных напряжений в сети 110 кВ.

Ключевые слова: перспективная воздушная линия, режим работы энергетического узла, конфигурация электрической сети, динамическая устойчивость, энергоэффективность.

Kondrashova Y.N. \ Gazizova O. V. 2, Gladyshev M. M. 3, Galliiilin I.M. 4

'Candidate of technical science, the associate professor, 2Candidate of technical science, the associate professor, 3Candidate of pedagogical sciences, the associate professor, 4Student of 1 course of a magistracy of institute of power engineering and automated systems,

Magnitogorsk state technical university of G. I. Nosov

RESEARCH OF INFLUENCE OF IMPLEMENTATION OF THE PERSPECTIVE AIR-LINE ON MODES OF THE

INDUSTRIAL ENERGETIC HUB

Abstract

In this operation influence of implementation of a perspective air-line on operation modes of an industrial energetic hub for a complex assessment of this or that circuit configuration taking into account operation modes of switching devices and current carrying parts is probed, and also calculation and the analysis of values of short-circuit currents and values of residual stresses on a network of 110 kV is executed.

Keywords: perspective air-line, operation mode of an energetic node, configuration of an electrical network, dynamic stability, energy efficiency.

Для комплексной оценки той или иной конфигурации схемы с учетом режимов работы коммутационных аппаратов и токоведущих частей в работе проведен расчет и анализ значений токов короткого замыкания и величин остаточных напряжений в сети 110 кВ энергетического узла металлургического предприятия.

Система электроснабжения Магнитогорского энергетического узла (МЭУ) имеет связь с энергосистемой на напряжениях 220 кВ и 500 кВ. Основными собственными источниками электроэнергии являются три электростанции - ТЭЦ, ЦЭС и ПВЭС, выдающие электроэнергию в сети на генераторных напряжениях 10 кВ (все электростанции), 6 кВ (ПВЭС) и повышенном напряжении 110 кВ. При этом общее количество генераторов СЭС ОАО «ММК» равно 23. Распределительная сеть МЭУ образована четырьмя крупными узловыми подстанциями с высшим напряжением 220 кВ №30, №90, №60, №77. На шины 220 кВ узловых подстанций питание подается по двухцепной линии от ПС «Смеловская» на ПС 30; по двум одноцепным линиям с ТрГРЭС - на ПС 90; на ПС 60, 77 и 90 приходит по одной цепи от ПС «Магнитогорская» и «Смеловская» (ввод на ПС 60 - с заходом на ПС 86 кислородной станции №5). Кроме того, на ПС 60 приходит двухцепная линия 110 кВ с ПС «Смеловская». В настоящий момент кольцевая сеть 110 кВ разомкнута в двух точках: отключена ВЛ ТЭЦ-ЦЭС со стороны ЦЭС (ПС 64 питается от ТЭЦ) и отключена ВЛ ПС 90-ПС 60 со стороны ПС 90 (ПС 88 питается с шин ПС 60). Система электроснабжения включает в себя собственные электрические станции, которые имеют связи с энергосистемой, соизмерима по нагрузке с рядом небольших энергосистем, но ее удельная мощность на единицу площади превосходит любую из энергосистем, что является ее существенным отличием [1].

Для проведения исследований трехфазных коротких замыканий при подключении перспективной линии ПС-60-ЦЭС и сравнения результатов были выбраны сборные шины узловой подстанции - ПС 60 и собственной электростанции - ЦЭС. В результате с помощью алгоритма расчета и программного обеспечения [1] были получены следующие значения токов короткого замыкания (ТКЗ) [2] в начальный момент времени при различных конфигурациях существующей схемы МЭУ (вариант-1 разомкнутое кольцо, вариант-2 замкнутое кольцо, вариант-4 два параллельных кольца, вариант-4 разделенные четыре полукольца), которые сведены в таблицу 1.

35

Таблица 1 - Токи периодической составляющей в начальный момент времени при трехфазных коротких замыканиях на _______________________________секциях шин при различных конфигурациях__________________________________

!по, кА

ПС точка КЗ Без воздушной линии ПС 60-ЦЭС При подключении воздушной линии ПС 60-ЦЭС

1вариант 2вариант Звариант 4вариант 1вариант 2вариант Звариант 4вариант

ЦЭС 1сш 110кВ 26,19 38,73 32,56 23,03 26,73 39,17 33,5 23,96

2сш 110кВ 26,19 38,73 33,07 22,99 26,73 39,17 33,5 23,96

60 1сш 110кВ 28,77 36,89 35,59 26,63 29,04 37,5 33,77 26,7

2сш 110кВ 28,77 36,89 33,66 26,79 29,04 37,5 33,77 26,7

Из полученных результатов видно, что подключение перспективной линии ПС 60-ЦЭС не оказывает большого влияния на значения токов периодической составляющей, значения которых увеличились не более, чем на 1 кА, что не приведет к замене коммутационного высоковольтного электрооборудования и не потребует вложения дополнительных средств.

В таблице 2 приведены результаты расчета динамической устойчивости [3] генераторов ЦЭС при различных конфигурациях

сети.

Таблица 2 - Критерии оценки конфигурации схемы сети 110 кВ при коротком замыкании на шинах РУ-110 кВ ПС 60 с ____________________________подключением перспективной линии ПС 60-ЦЭС__________________________________

Вариант конфигурации сети 110 кВ Максимальный угол ротора турбогенератора в эл. град., наименования генераторов Предельное время отключения ТКЗ, в сек.

Вариант 1 ЦЭС ТГ-5 - 135° процесс затухает ЦЭС ТГ-6 - 132° процесс затухает ЦЭС ТГ-7 - 141° процесс затухает 0,5

Вариант 2 I с. ш. ЦЭС ТГ-5 - 135° процесс затухает ЦЭС ТГ-7 - 152° процесс затухает 0,6

Вариант 2 II с. ш. Нет генераторов превышающих угол ротора более 90°, процесс затухает 0,6

Вариант 3 I с. ш. ЦЭС ТГ-5 - 81° процесс затухает ЦЭС ТГ-7 - 88° процесс затухает 0,6

Вариант 3 II с. ш. ЦЭС ТГ-5 - 130° процесс затухает ЦЭС ТГ-6 - 128° процесс затухает ЦЭС ТГ-7 - 140° процесс затухает ПВЭС-2 ТГ-4 - 85° процесс затухает 0,7

Вариант 4 Нет генераторов превышающих угол ротора более 90°, процесс затухает 0,6

Как видно из таблицы 2 при подключении перспективной линии ПС 60-ЦЭС наибольшей динамической устойчивостью будет обладать вариант 3, так как имеет наибольшее предельное время отключения ТКЗ. Равноценными будут являться варианты 2 и 4. Наихудшим вариантом будет вариант 1,так как имеет наименьшее предельное время отключения ТКЗ и наибольший заброс углов роторов генераторов ЦЭС [4] рисунок 1 соответственно ТГ-5,ТГ-6, ТГ-7 .

Как видно по результатам расчета при подключении перспективной линии ПС 60-ЦЭС наибольшей динамической устойчивостью будет обладать вариант 3, так как имеет наибольшее предельное время отключения ТКЗ. Равноценными будут являться варианты 2 и 4. Наихудшим вариантом будет вариант 1,так как имеет наименьшее предельное время отключения ТКЗ и

36

наибольший заброс углов роторов генераторов [5]. Данные рекомендации позволят выбрать оптимальную конфигурацию электрической сети, что даст возможность повысить объемы производства и обеспечить энергоэффективность использования вторичных энергоресурсов. Увеличение генерирующей мощности собственных электростанций снизит зависимость Магнитогорского энергетического узла от энергосистемы, что приведет к снижению себестоимости электроэнергии.

Литература

1. Ротанова Ю.Н. (Кондрашова Ю.Н.) Повышение устойчивости системы электроснабжения промышленного предприятия с собственными электростанциями при коротких замыканиях [Текст] / Ю.Н. Ротанова: дис. ... канд. техн.наук: 05.09.03. // МГТУ им. Носова - Магнитогорск: 2008. - 144 с.

2. Ротанова Ю.Н. Представление машин переменного тока в расчетах динамической устойчивости систем электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями / Б.И. Заславец, В.А. Игуменщев, А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Ротанова // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика - 2008. - № 11 (111). - С. 3-8.

3. Игуменщев В.А. Расчет динамических характеристик синхронных и асинхронных двигателей промышленных предприятий с целью анализа устойчивости систем электроснабжения / В.А. Игуменщев, А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Ротанова // Вестник магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2006. - № 2. - С. 71-75.

4. Заславец Б.И. Анализ переходных процессов в системах электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями в режимах выхода на раздельную работу после короткого замыкания / Б.И. Заславец, В.А. Игуменщев, Н.А. Николаев, А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Ротанова // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. - 2009. - № 1. -С. 60-65.

5. Буланова О.В. Управление режимами промышленных электростанций при выходе на раздельную работу [Текст] / О.В. Буланова: дис. ... канд. техн.наук: 05.09.03. // МГТУ им. Носова - Магнитогорск: 2007. - 150 с.

Кондрашова Ю.Н. ', Г азизова О.В. 2, Гладышева М.М. 3, Г аллиулин И.М. 4 кандидат технических наук, доцент, ^Кандидат технических наук, доцент,3Кандидат педагогических наук, доцент.

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова ОЦЕНКА НЕСИНХРОННОЙ РАБОТЫ АПВ ПРИ ТРЕХФАЗНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНЯХ В УСЛОВИЯХ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Аннотация.

При работе несинхронного автоматического повторного включения АПВ (НАПВ) имеют место режимы ресинхронизации генераторов собственных электростанций, которые могут сопровождаться значительными изменениями токов и напряжений в различных точках электрической сети. В режиме раздельной работы при значительных расхождениях углов, которые могут возникнуть в режиме раздельной работы, процесс ресинхронизации возможен и зависит от конфигурации электрической схемы.

Ключевые слова: несинхронное автоматическое повторное включение резерва, ресинхронизация генераторов, конфигурация электрической сети, раздельная работа.

Kondrashova Y.N. \ Gazizova O. V. 2, Gladyshev M. M. 3, Galliiilin I.M. 4 'Candidate of technical science, the associate professor, 2Candidate of technical science, the associate professor, 3Candidate of pedagogical sciences, the associate professor, 4Student of 1 course of a magistracy of institute of power engineering and automated systems,

Magnitogorsk state technical university of G. I. Nosov

ASSESSMENT OF NONSYNCHRONOUS OPERATION OF APV IN CASE OF THREE-PHASE SHORT ZAMYKANYAKH IN THE CONDITIONS OF SYSTEM OF ELECTRICAL POWER SUPPLY OF THE ENTERPRISE OF FERROUS

METALLURGY

Abstract

By operation of nonsynchronous automatic repeated switching on of APV (NAPV) modes of resynchronization of generators of own power stations which can be accompanied by the considerable changes of currents and tension in different points of an electrical network take place. In a mode of separate operation in case of the considerable discrepancies of angles which can arise in a mode of separate operation, process of resynchronization is possible and depends on a configuration of an electric circuit.

Keywords: nonsynchronous automatic repeated switching on of a reserve, resynchronization of generators, configuration of an electrical network, separate operation.

Ввиду того, что количество изменений, связанных с ростом и изменением нагрузки предприятия черной металлургии большое и их значимость существенна, можно заключить, что образуется практически новая схема электроснабжения. Так возникает необходимость рассмотрения различных конфигураций существующей схемы Магнитогорского энергетического узла (МЭУ) с последующим сравнением по таким критериям как: анализ загруженности линий электропередач и автотрансформаторов в нормальных эксплуатационных и ремонтных режимах, анализ токов короткого замыкания, остаточных напряжений, оценка динамической устойчивости генераторов собственных электростанций [1], анализ последствий выхода на раздельную работу собственных электростанций после короткого замыкания, а также анализ выхода на раздельную работу при несинхронной работе АПВ после короткого замыкания и последующее восстановление параллельной работы генераторов собственных электростанций.

Данные исследования в настоящее время являются достаточно актуальными и позволяют спрогнозировать оптимальный вариант конфигурации МЭУ для дальнейшей реализации в системе электроснабжения. Это позволит предотвратить возможные аварии и сократить нарушения сложных технологических процессов на металлургическом предприятии и сократить время простоев электрооборудования, при этом снизив незапланированных расходы материальных средств.

Расчёты для данного исследования позволяет произвести программное обеспечение разработанное на кафедре ЭПП "Расчет установившихся и переходных режимов и режимов замыкания на землю систем электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями" [1]. Результаты исследования позволят дать рекомендации, которые позволят повысить динамическую устойчивость [2] тем самым обеспечат нормальное функционирование схемы МЭУ при дальнейшем развитии.

В качестве объекта выбрана система электроснабжения МЭУ, которая имеет сложную многоуровневую иерархию, объединяющую энергетические объекты различного функционального назначения: подстанции связи с энергосистемой, собственные электрические станции, питающие и распределительные сети 110-220 кВ, электрические сети и электроустановки внутризаводского и внутрицехового электроснабжения, в связи с чем он является весьма подходящим объектом самых разнообразных исследований, в том числе и оперативно-диспетчерского управления системами электроснабжения и собственными электростанциями.

В настоящее время 80-85% всего объема электроэнергии, расходуемой на нужды структурных подразделений комбината, вырабатывают три электростанции. Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой этими станциями, существенно ниже, чем покупаемой на розничном рынке. Электростанции наряду с природным используют попутные (утилизированные) доменный и коксовый газы. Все электростанции имеют не блочные тепловые схемы и предназначены для выработки как тепловой, так и электрической энергии. Оборудование станций характеризуется существенной разнородностью. Установленная мощность турбин колеблется от 4 до 60 МВт. Основную долю составляют теплофикационные паровые турбины, часть из которых работает в конденсационном режиме (ПВЭС-2). Имеются, кроме того, турбины с противодавлением (ЦЭС, ПВЭС-2). Выдача электроэнергии осуществляется на напряжении от 3 до 110 кВ.

37