CC BY
97
5. Патент РФ № 2168824. Способ токовой защиты электроустановки от коротких замыканий / Никитин К.И., Никитин Е.К., СтрижакТ.С. Опубл. п ПИ 10.06.2001, № 16.
НИКИТИН Константин Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» ОмГТУ.
СИДОРОВ Олег Александрович, доктор технических наук, профессор кафедры «Электроснабжение же-
лезнодорожного транспорта» ОмГУПС.
ВЫРВА Андрей Аркадьевич, кандидат технических наук, генеральный директор ООО «ЮНГ—Энерго-нефть», г. Нефтеюганск.
САРЫЧЕВ Максим Михайлович, преподаватель-стажер кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий», ОмГТУ.
Дата поступления статьи » редакцию: 00.03.2009 г.
<0 Никитин К.И., Сидоров О.Л., Выппа А.Л.,
Сарычев М.М.
удк621.314.3 Е. Н. ЕРЁМИН
А. В. ДЕД
Омский государственный технический университет
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕСИММЕТРИЧНОЙ НАГРУЗКИ НА СИСТЕМУ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
В статье рассматривается проблеме влияния несимметричной нагрузки на систему электроснабжения. Предоставлены результаты экспериментального исследования показателей качества электрической энергии в системы электроснабжения, питающей потребителей с резкопеременной, несимметричной нагрузкой.
Ключевые слова: несимметричная нагрузка, качество электроэнергии.
В современных условиях многие предприятия (как крупные промышленные, так и небольшие) стремятся обзавестись собственными источниками энергии. На принятиетакого решения влияют нестабильность энергообеспечения и тарифная политика энергоснабжающих организаций. Несомненным преимуществом такого решения является, прежде всего, существенное уменьшение потерь при транспортировке электричества и тепла, уменьшение затрат на строительство или реконструкцию существующих электрических и тепловых сетей для вновь строящихся или реконструируемых объектов, а также получение энергии практически по себестоимости её производства. Однако максимального эффекта от внедрения альтернативных источников энергии можно достичь только при условии верного проектирования и выбора оборудовании.
В ходе работы «Испытательной лаборатории но качеству электрической энергии» (ИА КЭ) Омского государственного технического университета (ОмГТУ) была исследована работа системы электроснабжения предприятия ООО «Мега-Пласт-Иртыш», выпускающего ПЭТ преформы1.
Электроснабжение осуществляется либо от городской сети 10 кВ через ТП 3401 10/0.4 кВ, либо от собственной генераторной подстанции.
На предприятии установлена мини-электростан-ция мощностью 1,5 МВт на базе газопоршневых двигателей G3508 компании «Caterpillar» (3 двигателя единичной мощностью 510 кВт).
Основными потребителями электроэнергии являются две производственные линии по выпуску ПЭТ преформ «Husky» HyPet 300, установка по выработке углекислого газа и сторонний потребитель ООО «Спутник» ( ВЛ 10 кВ отТП 0.4/10 кВ) (рис. 1).
В ходе инструментального обследования были проведены периодические испытания электрической энергии, передаваемой в распределительных сетях 0,4 кВ ООО «Мега-Пласт-Иртыш »по показателям качества на соответствие требованиям ГОСТ 13109-97.
Осуществлялись замеры напряжений, мощностей и токов при питании предприятия от собственной генераторной подстанции и от общей городской сети. Показания производились с использованием измерительно-вычислительного комплекса ИВК «ОМСК-М», во время питания оборудования от мини-электростанции и в период электроснабжения от городской сети. Интервал измерений составлял одну секунду. Места установки ИВК «ОМСК-М», по согласованию с энергослужбой организации и потребителя «Спутник», были выбраны следующими:
- ТП 3401 фидер «Преформа 1»;
1 ПЭТ п реформа - заготовкам« производства пластиковой тары из ноли этилситсрефтллата (ПЭТ) с помощью оборудования для производства ПЭТ бутылок методом выдувного формования.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ MCTHHÍ Ю 1 ОП. 7009 ЭН1ГГПИКА. ЭЛ1КТРОЧ
к потребителю •.
Рис. I. Структурна« схема электроснабжения
Рис. 2. Графики напряжений на ЩС 0.4 кВ, преформа № 1. Электроснабжение от городской сети
1471 >7 14 733Э 14 7331 14П1» 1*71 «в ИНН 142441 14710» 147«» 1*Я04 14ЯЯ 143вМ 14 }Г Н 14 77 И 143*77 14]в«0 147»» 1479» 14»7) 141118 14 Л 14
134
Рис. 3. Графики мощностей на 1ЦС 0,4 кВ, преформа № I. Электроснабжение от городской сети
л) момент максимум.» нлгрузки Рис. 4. Векторные диаграммы напряжений и токов фаз на ЩС 0.4 кВ, преформа № I. Электроснабжение от городской сети
150238 110)11 150354 1 5 04X3 15 05 12 15 05 51 15 08 30 15070? 1507 4« 150825 150004 150Э4) 151022 151101 151140 1512)1 151310 151349 151429 151515 151554
Рис. 5. График напряжений фаз на ЩС 0,4 кВ, преформа N9 1, п момент отключение нагрузки. Электроснабжение от городской сети
15*020 15412« 1542)6 154347 154512 154«>1 1547 40 154*5« 155000 1551 17 1552» 155353 155502 155623 1557 32 11585« 18001« 1(0125 1802)2 1804 12 180538
Рис. 0. График напряжений фаз на 1ЦС 0,4 кВ, преформа № 1. Питание от генераторной подстанции
Мо*г«хп> ипи»! 9. гм О, по<*«м 5. |*&»1 П(М>М* М*
800
;
* 1 | — : 11 * 1 ■ ) 1 1 1
, ., 1/ 11)11. ,1*1' к и ||{(|м1и^
3
1541 21 1142» 154330 154453 154558 154712 154827 154932 >5»» 155' 42 1 552 47 1554 12 15 55» 155833 1557» 15»!« 18001) 1801 18 180224 180X58 180618
Рис.7. Графики мощностей на 1ЦС 0,4 кВ, преформа N9 1. Питание от генераторной подстанции
:ий НАУЧНЫЙ 81СТНИК ** 1 (77>. 2009 ЭН1ИПИСА ЭЛДОЮТ1
ЗИїтТИКА ЭЛИТЮНХНИГА 044СП4Й НАУЧНЫЙ КСТМИК № 1 ОП. 2009
а) момент максимума илгрузки б) момент минимума нагрузки
Рис. 8. Векторные диаграммы напряжений и токоп фаз на 1ЦС 0,4 кВ, лреформа N* I. Питание от генераторной подстанции
МОЮ 1*«* 144)32 14440# 144440 144414 14 45*0 14 46 22 14 4*« 1447» 14*404 1444J7 144*11 14 4*45 14JQ1« 1450Я 14 51 77 14И01 140» 14Я0* 14U4)
Рис. 9. График напряжений фаз на ЩС 0,4 кВ, преформа N» 2. Электроснабжение от городской сети
14420} 1442» 14 4)12 14 44 OS 14 44 40 14 45 14 14 454« 14 4« 22 144«» 1447 » 144* 04 14 *8)7 144*11 14 49 45 14 501* 14 50» 1451 27 14І201 1452» 14 »0* 145)4)
Рис. 10. Графики мощностей на ЩС 0,4 кВ, преформа N» 2. Электроснабжение от городской сети
- ТП 3401 фидер «Преформа 2»;
- ЩС 0,4 кВ преформа № 1;
- ЩС 0,4 кВ преформа № 2;
- ТП 0,4/10 кВ • фидер «Спутник»;
- ТП 10/0,4 кВ РУ ЮкВ «Спутник»*;
- ЩС 2 0.4 кВ «Спутник».
На графике рисунка 2 видно, что напряжение фазы А значительно ниже напряжения остальных фаз. Значения напряжений фаз В и С колеблются на границе нормально допустимого установившегося отклонения напряжения. На векторных диаграммах (рис. 5,8) заметна несимметрия токов. Данные отклонения могут Сыть вызваны неравномерным распределением по фазам нагрузки преформы N9 1.
При переходе на электроснабжение от собственной электростанции производится временное отключение нагрузки. При этом наблюдается возрастание напряжения до максимального предельно допустимого значения (рис. 5).
В период электроснабжения от генераторной подстанции напряжение на проформе N«1 значительно ниже, чем при параллельной работе с городской сетью (рис. 6).
При исследовании режима работы Преформы N«2 никаких отклонений выявлено не было (рис. 9- 11).
При измерении уровней напряжений, токов и мощностей, потребляемых субабонентом «Спутник», преформа № 1 и 2 находились в рабочем режиме. На
Рис. 11. Векторные диаграммы напряжений и токоп фаз на ЩС0.4 кВ, преформа № 2. Электроснабжение от городской сети
100)01 100)0» <00)11 100*41 tOOftV ІООвІО ЮОГ» 100в)1 ЮОв)* 1010» 101)0? 101)«) 1011» 101)» 101*11 101*1) 10)1*1 ІОНИ 10)«» 10)120 10Ж4в
Рис. 12. График напряжений фаз на ЩС2, «Спутник»
Шщч»т'иі«і> и—ч—и»«О.Д.ЦІНІ '»«міні
1001 )1 100)0) 100>*Г 1004*1 10011» 100* U Ю0Г4І 100«» 10101) *0111) 101))) ЮПИ 101Г)1 101*0* 101*11 10)1 4» 10)10» 10)44# 10)14) 10)7 0) 10)»**
Рис. 13. График мощностей на ЩС 2, «Спутник»
графике рисунков 12- 14, в первой половине измеряемого интервала, наблюдаются сильные колебания токов. Такие колебания характерны при нарушении динамической устойчивости генераторов, они приводят к срабатыванию защиты, а также снижению величины напряжения ниже уровня допустимого для нормальный работы производственного оборудования потребителя ««Спутник».
Нарушении динамической устойчивости приводит к выпадению генератора из синхронизма, о котором можно судить по следующим явлениям:
- амперметры в цепи статора показывают значительные толчки тока, превышающие номинальное значение (стрелки резко колеблются до упора);
- стрелка ваттметра колеблется от упора до упора;
- стрелка амперметра сильно колеблется около
нормального значения.
— вольтметры генератора и сборных шин показывают сильно колеблющееся и, как правило, значительно пониженное напряжение;
- генераторы обычно издают 17л, пульсирующий в такт с качанием приборов.
При выпадении генератора из синхронизма дежурный персонал должен немедленно попытаться восстановил, его синхронную работу, например, максимально возможно увеличигь возбуждения генератора, уменьшить его активную нагрузку и др.
На основе анализа полученных данных было выявлено, что характер потребления активной и реактивной мощности установками ООО ««Мега-Пласт-Иртыш» является резкопеременным. В результате совпадения максимумов потребления мощностей ус-
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ liCIHMK Mi 1 ОП. 3009
■10 V.........................................................................—............................. -- ........ ..................... - -
чя» >001И <00« Я 100*41 100*« 1004*4 <006 00 <00в» <00t«i <00701 1007» <007 4} 1007 it <00*t» 1000)1 100*0« 1001Я 10101} 10 10» 1010 «s
Рис. 14. Графики токон и напряжений на ЩС 2. «Спутник»
тановками проформа № 1 и »реформа N«2 возникает дефицит мощности генераторов, работающих в сис теме, что приводит к отклонению фактической час тоты переменного напряжения от номинального зна чения. Кроме того, несимметричные токи нагрузки протекающие в системы электроснабжения узлов агрегатов установки преформа N9 I, вызывают не симметричные падения напряжения. Вследствие это го на выводах установки появляется несимметрич пая система напряжений, которая приводит к дополнительным потерям мощности в автономной системе электроснабжения.
Таким образом, для обеспечения выполнения нормативов установленных ГОСТ 13109-97, были предложены следующие рекомендации:
1. Провести экспертизу проекта по выбору мощности генераторных установок, с учетом резкопеременного характера нагрузки оборудования предприятия.
2. Провести экспертизу проекта выбора кабельных линий по условиям потерь напряжения.
3. Уточнить соответствие зафиксированного несимметричного режима работы установки преформа N9 1 номинальным паспортным данным.
4. Провести консультации с поставщиком генераторных установок по настройке (установке) устройств автоматического регулирования частоты (АРЧ).
5. Электроснабжение одной из установок ПЭТ преформ,д\я обеспечения потребителя «СПУТНИК» электрической энергией, соответствующей ГОСТ 13109-97, осуществлять от городской сети
В результате наложения друг на друга сразу нескольких негативных факторов, таких как дефицит
генерируемой мощности, потери напряжения в кабельных линиях, несимметричная нагрузка производственных установок, положительный эффект от внедрения собственного источника энергии, в результате простой как собственных рабочих механизмов, так и оборудования стороннего потребителя был сведен к минимуму. Это еще раз подтверждает необходимость более глубокой проработки проекта систем электроснабжения и выбора оборудования для них.
Библиографический список
1. Воиикоп, В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах (Текст) : учеб. для вузов / В. А. Веников. - 4-е изд., нерераб. и лоп. - М. : Высш. шк., 1985. - 536 с.
2. ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения»
3. РД 153-34.0-15.501-00 «Методические указании по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».
ЕРЁМИН Евгений Николаевич, доктор технических наук, директор машиностроительного института ОмГТУ.
ДЕД Александр Викторович, старший преподаватель кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий».
Дата поступления статьи н редакцию: 00.03.2009 г.
Ф Еремин Е.Н., Дед Л.В.
