авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 |

«ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ЭКОНОМИКА ТРАНСПОРТА ПРИВЕДЕНИЕ СИСТЕМЫ ОПЛАТЫ ПЛАВСОСТАВА ОАО «ЗАПАДНО-СИБИРСКОЕ РЕЧНОЕ ПАРОХОДСТВО» В СООТВЕТСТВИЕ С ТРЕБОВАНИЯМИ РЫНКА ТРУДА ФГОУ ВПО ...»

-- [ Страница 14 ] --

Вентильная схема преобразователя содержит 12-вентильное кольцо и две шестивен тильные звезды: анодную и катодную, образующие выходные выводы выпрямителя. Венти ли кольца соединены только одноименными электродами, каждая фаза любого из шести угольников соединена через два смежных вентиля 12-вентильного кольца с фазами другого шестиугольника, имеющими фазовые сдвиги относительно данной фазы, равные 6 и 6, причем полярность включения вентилей во всех указанных выше соединениях соот ветствует последовательному соединению источников и согласному включению всех венти лей во всех соединениях.

Аналогичные процедуры синтеза при 2 45 эл. град. позволяют получить вентильную часть преобразователя, изображенную на рисунке 5.

Кроме анодной и катодной групп в данном преобразователе формируется шестивен тильное кольцо и лестничная структура из шести диодов, связывающих противофазные (без учета сдвига систем на 30 эл. град.) фазы шестифазных систем.

Уменьшение числа последовательно включенных диодов в цепи протекания тока на грузки с четырех до трех позволяет снизить мощность потерь в вентилях данных преобразо вателей на четверть. При n 3, то есть при трех шестиугольниках, сдвинутых по фазе на 20 эл. град. (36-пульсное выпрямление), использование кольцевых и лестничных вентиль ных схем обеспечивает снижение мощности потерь в вентильной части, по сравнению с мостовыми схемами, на 33%.

Частные реализации 12 n-фазного преобразователя переменного тока в постоянный имеют достаточно высокие потребительские показатели, например, двухтрансформаторный 24-пульсный выпрямитель имеет:

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА – небольшую общую типовую мощность трансформаторов (1,078 при 2 или 1,137 при 1 );

А В С Т Т z' b z a' b' x a x' y' y c c' Рисунок 4 – Схема выпрямителя при 1 15 эл. град.

А В С Т Т b z' z a' b' x a x' y' y c c' Рисунок 5 – Схема выпрямителя при 2 45 эл. град.

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА – ограниченное влияние конструктивной и параметрической несимметрий;

– пониженную зависимость от негативных воздействий питающей сети.

Выводы:

1 Разработана методика структурного синтеза вентильных схем 12 n-фазного преобра зователя, основанная на методе вращающихся векторных диаграмм.

2 В результате проведенных исследований получены схемы экономичных преобразова телей, имеющих более высокий КПД за счет снижения мощности потерь в вентилях.

3 24-фазный преобразователь рекомендован для главных тяговых подстанций перспек тивных систем электроснабжения железнодорожного транспорта постоянного тока с повы шенным до 12-24 кВ напряжением в продольной линии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Евдокимов, С.А. Обобщенный 12n-фазный преобразователь / С.А. Евдокимов, Н.И. Щуров // Электротехника. -2009. -№12. -С. 27-32.

2 Синтез схем выпрямления, основанный на топологии вращающихся систем напряже ний вентильных обмоток / Г.Н. Ворфоломеев [и др.] // Электротехника. -2006. -№10. -С. 33 40.

3 Евдокимов, С.А. Многопульсные выпрямители на основе шестифазных систем напря жений / С.А. Евдокимов // Науч. вестн. НГТУ. -2008. -№4(33). -C. 93-112.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: топология, выпрямитель, кольцевой, качество, энергосбережение СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Щуров Николай Иванович, докт. техн. наук, профессор ГОУ ВПО «НГТУ»

Волкова Ольга Леонидовна, аспирант ГОУ ВПО «НГТУ»

Евдокимов Сергей Александрович, канд. техн. наук, инженер ГОУ ВПО «НГТУ»

Степанов Александр Андреевич, аспирант ГОУ ВПО «НГТУ»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630092, г. Новосибирск, пр. К.Маркса, 20, ГОУ ВПО «НГТУ»

К ПРОБЛЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРИ НЕКАЧЕСТВЕННОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

Обь-Иртышский филиал ФГУ «Российский Речной Регистр»

«Инновационный Евразийский университет»

«Омский институт водного транспорта», филиал ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

С.М. Асосков, М.Г. Вишнягов, Е.В. Иванова, В.И. Клеутин, А.А. Руппель, А.А. Сидоренко TO AN ELECTRICAL SUPPLY PROBLEM AT THE POOR-QUALITY ELECTRIC POWER «Novosibirsk state academy of water transport»

Ob-Irtysh branch «Russian River Register»

«Innovative Euroasian university»

«Omsk institute of water transport», branch «Novosibirsk state academe of water trans port»

S.M. Asoskov, M.G. Vishnjgov, E.V. Ivanova, V.I. Kleutin, A.A. Ruppel, A.A. Sidorenko The analysis of existing devices for measurement of indicators of quality of the electric power and their basic characteristics is made. In fluence of the poor-quality electric power between the seller and the buyer is considered. Ways of practical removal of a problem of quality of the electric power are resulted.

Keywords: quality of the electric power, factor direct and return sequence, devices-analyzers Выполнен анализ существующих приборов для измерения показателей качества электроэнергии и их основные характеристики. Рассмотрено влияние некачественной электроэнергии между продав цом и покупателем. Приведены пути практического снятия проблемы качества электроэнергии.

Практическое решение проблемы качества электрической энергии в отечественной энергетике началось после появления на российском рынке сертифицированных приборов, непрерывно измеряющих показатели качества (ПКЭ), и введения с 1999 г. новой редакции ГОСТ 13109-97 [1]. Хочется отметить что, приборы на рынке имеются в достаточном количе стве благодаря новым отечественным разработкам.

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА Недостаточное внимание к проблеме качества электроэнергии можно объяснить двумя причинами. С одной стороны, эта проблема становится все актуальнее по мере снижения уровня напряжения и наиболее «болезненна» в сетях 6, 10 и 0,4 кВ, в то время как основное энергоснабжающих организаций направлено на высоковольтные сети. С другой стороны, многие видят эту проблему только в части электромагнитной совместимости и не связывают се с энергосбережением, то есть с конкретными, как теперь принято говорить, «живыми»

деньгами. Поясним это на простом примере.

На рисунке 1 представлена диаграмма обмена некачественной активной электроэнер гией между ее продавцом и покупателем для случая, когда продавец имеет симметричную систему генерирования, а покупатель – линейную несимметричную нагрузку (нет нулевой последовательности и нет искажения синусоидальности кривой напряжения). При этом ка чество электрической энергии по коэффициенту обратной последовательности не соответ ствует государственному стандарту. В этом случае продавец, поставляющий покупателю ак тивную энергию, не получает за нее от покупателя полную плату, поскольку счетчики элек трической энергии алгебраически суммируют всю активную энергию, то есть из энергии пря мой последовательности вычитают энергию обратной. Между тем эта энергия распростра няется по сетям и попадает к другим покупателям, имеющим симметричную линейную на грузку. На рисунке 2 показана диаграмма получения некачественной энергии таким покупа телем. При этом наблюдается иная картина – покупатель оплачивает согласно показаниям счетчиков энергию не только прямой последовательности, но и обратной. Следовательно, при расчете за электроэнергию по показаниям счетчиков в первом случае потери несет про давец электроэнергии, а во втором – покупатель.

Рисунок 1 – Диаграмма обмена некачест- Рисунок 2 – Диаграмма получения венной активной электроэнергией (первый некачественной энергии (второй вариант) вариант) Эти примеры свидетельствуют о прямой количественной связи качества электроэнергии и проблемы энергосбережения. Кроме того, они подтверждают возможность строгой количе ственной идентификации источника искажений качества [2, 4].

Часто причиной ухудшения качества электроэнергии, вырабатываемой электростан циями, является плохое техническое состояние линий электропередачи и трансформатор ных подстанций. Из этого, следует, что практически любой абонент, проведший в установ ленном порядке экспертизу качества электроэнергии, имеет возможность на основании за кона при поддержке квалифицированных адвокатов отказаться от оплаты потребленной электроэнергии. Этот процесс пока сдерживается малым количеством независимых органи заций, имеющих лицензию на проведение экспертизы качества электроэнергии, и практиче ски полным отсутствием адвокатов и юрисконсультов предприятий-абонентов, компетент ных в области энергоснабжения.

Анализируя создавшуюся ситуацию с качеством электроэнергии в сетях РФ, а также принимая во внимание отсутствие методической и инструментальной базы по количествен ной идентификации источников искажений, можно сделать вывод о том, что для практиче ского снятия проблемы качества электрической энергии необходимы:

– организация непрерывного мониторинга показателей качества;

– разработка методической основы и соответствующего приборного оборудования по идентификации источников искажений с корректной количественной оценкой степени иска жений.

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА Решение первой задачи связано с анализом в рамках конкретного АО существующих сетей и определением требуемого числа точек контроля качества с последующим подклю чением к ним либо стационарных, либо переносных приборов контроля ПКЭ. Одновременно следует внести изменения в существующий ГОСТ 13109-97, где кроме исправления очевид ных ошибок необходимо откорректировать требования к точности измерений.

Решение второй задачи связано с разработкой принципиально новых приборов – мно гофункциональных счетчиков электрической энергии, измеряющих в двух направлениях мощности искажений, соответствующие тем или иным ПКЭ. Для идентификации источников искажений с последующим перерасчетом стоимости электроэнергии можно пользоваться методическими указаниями [3, 4].

Выполненный ниже анализ приборов для измерения показателей качества электроэнер гии не в полной мере соответствует представленным требованиям [5].

Анализатор качества электроэнергии – ЭРИС-КЭ. Прибор типа ЭРИС-КЭ является специализированным компьютером, то есть представляет собой программируемое средство измерения. Он предназначен для контроля и анализа качества электроэнергии в электриче ских сетях трехфазного и однофазного тока напряжением от 0,22 до 750 кВ частотой 50 Гц.

Прибор снабжен алфавитно-цифровым и графическим жидкокристаллическими дис плеями для просмотра результатов текущих измерений и архивной информации и собствен ной энергонезависимой памятью, способной хранить информацию в зависимости от ее вида от одного месяца до двух лет.

Управление прибором осуществляется с помощью клавиатуры, расположенной на ли цевой панели прибора. Текущая и накопленная информация может быть передана через ин терфейс прибора на стандартную ПЭВМ.

Прибор измерения и анализа показателей качества электроэнергии «Ресурс-UF». У прибора измерительные входы не соединены с корпусом и защитным заземлением, что по зволяет измерять параметры напряжений при подключении по четырех и трехпроводной схеме, в том числе и по схеме открытого треугольника. Диапазон измеряемых напряжений:

320 В – для фазного и 540 В для междуфазного.

«Реcypc-UF» осуществляет вывод отчетных документов на печатающее устройство, подключенное по интерфейсу RS232 и сохранение данных при отключении питающего на пряжения. Может осуществляться дополнительная комплектация прибора программным обеспечением, предназначенным для считывания данных на компьютер.

Прибор контроля качества электроэнергии ППКЭ-1-50. Портативный прибор который предназначен для измерения основных показателей качества электроэнергии в электриче ских сетях переменного однофазного и трехфазного тока частотой 50 Гц напряжением от 0,22 до 330 кВ в соответствии с требованиями стандарта.

ППКЭ-1-50 представляет собой микроЭВМ. Содержит энергонезависимую память, уст ройство сопряжения (по RS-каналу) с персональным компьютером и параллельный порт для выдачи информации на принтер.

Прибор имеет изолированные от корпуса входы для измерения сигналов напряжения в однофазной и трех- или четырехпроводной трехфазной электрической сети.

В приборе предусмотрена возможность вывода результатов измерений и накопленной информации при помощи стандартного последовательного интерфейса RS232C в вычисли тельную среду верхнего уровня, в качестве которой может быть использован любой IBM совместимый компьютер. ППКЭ-1-50 обеспечивает сохранение информации во всех блоках памяти при перерывах питания.

Измерительно-вычислительный комплекс ИВК «Омск». Предназначен для измерения качества электроэнергии предусмотренных ГОСТ 13109-97: абсолютная погрешность при бора не превышает 0,2 в единицах измеряемой величины по каждому показателю качества электроэнергии.

Приборы серии IWK. На базе ИВК «Омск» в Германии выпускаются серия приборов IWK для измерения показателей качества электроэнергии в соответствии с ГОСТ 13109-97 и ме ждународными стандартами МЭК.

Измеритель электрических параметров и показателей качества электрической энергии «НЕВА-ИПЭ». Прибор предназначен для измерения параметров электрических це пей в стационарных и переходных процессах при обследовании режимов работы электриче ских сетей энергосистем и промышленных предприятий, а также во время проведения изме рений при пуске и наладке различных электрических силовых агрегатов и устройств автома Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА тики и регулирования.

Выводы:

1 Обмен некачественной активной электроэнергией между ее продавцом и покупателем приводит к двум случаям. При расчете за электроэнергию по показаниям счетчиков в первом случае потери несет продавец электроэнергии, а во втором – покупатель.

2 Для снятия проблемы качества электроэнергии необходимы:

– организация непрерывного мониторинга показателей качества;

– разработка методической основы и соответствующего приборного оборудования по идентификации источников искажений с корректной количественной оценкой степени иска жений.

3 Выполнен анализ существующих приборов для измерения показателей качества элек троэнергии и их основные характеристики.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1 ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств элек тромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

2 Проблемы установления ответственности за ухудшение качества электрической энер гии и пути их решения / В.С. Соколов [и др.] // Пром. энергетика. -2000. -№8.

3 Белоусов, В.Н. Отражение в договорах на электроснабжение вопросов качества элек троэнергии и условий потребления и генерации реактивной энергии /В.Н. Белоусов, Ю.С. Железко // Пром. энергетика. -1998. -№11.

4 Соколов, В.С. Предложения по инженерному решению проблемы качества электриче ской энергии / В.С. Соколов, Н.В. Чернышова // Пром. энергетика. -2001. -№8.

5 Журовский, А.М. Гармоники в электрических сетях: задачи и решения / А.М. Журов ский, Е.В. Иванова, А.А. Сидоренко;

под ред. А.А. Руппель. -2-е изд., доп. и перераб. -Омск:

Ом. ин-т вод. трансп. (филиал) ФГОУ ВПО НГАВТ, 2009. -119 с.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: качество электроэнергии, коэффициент прямой и обратной последовательность, прибо ры-анализаторы СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Асосков Сергей Михайлович, аспирант ФГОУ ВПО «НГАВТ»

Вишнягов Михаил Геннадиевич, заместитель директора Обь-Иртышского филиала ФГУ «РРР»

Иванова Елена Васильевна, докт. техн. наук, профессор «Инновационный Евразийский университет»

Клеутин Владислав Иванович, ассистент «Омский ИВТ», филиал ФГОУ ВПО « НГАВТ»

Руппель Александр Александрович, канд. техн. наук, доцент «Омский ИВТ», филиал ФГОУ ВПО « НГАВТ»

Сидоренко Александр Александрович, канд. техн. наук, доцент «Омский ИВТ», филиал ФГОУ ВПО « НГАВТ»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630099, г. Новосибирск, ул. Щетинкина, 33, ФГОУ ВПО «НГАВТ»

644121, г. Омск, ул. 25 лет Октября, 11, Обь-Иртышский филиала ФГУ «РРР»

140003, Казахстан, г. Павлодар, ул. Ломова, 45, Инновационный Евразийский университет 644043, г. Омск, ул. И.Алексеева, 4, «Омский ИВТ», филиал ФГОУ ВПО «НГАВТ»

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИИ ИЗОЛЯЦИИ В СИММЕТРИЧНЫХ СЕТЯХ 0,4 кВ «Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова»

Б.Б. Утегулов, Ж.Б. Исабеков DEVELOPMENT OF ALGORITHM OF THE MICROPROCESSOR DEVICE OF THE AUTOMATIC CONTROL A CONDITION OF ISOLATION IN SYMMETRIC NETWORKS 0,4 kV «Pavlodar state university named S. Torajgyrov»

B.B. Ytegulov, Zh.B. Isabekov In given clause the algorithm of the microprocessor device for automatic definition of parameters of isolation in networks 0,4 kV is de veloped, that allows to ensure safety of the attendants on manufacture Keywords: parameters of isolation, microprocessor device, algorithm, basic circuit Разработан алгоритм микропроцессорного устройства для автоматического определения пара Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА метров изоляции в сетях 0,4 кВ, что позволяет обеспечить безопасность обслуживающего персонала на производстве.

Одним из возможных вариантов повышение надежности электроустановок и электро снабжения, является точное определение состояния изоляции. В соответствии с этим, был разработан алгоритм микропроцессорного устройства для точного и автоматического опре деления параметров изоляции, где основным является:

1 Алгоритм автоматического контроля состояния изоляции в сетях 0,4 кВ, определяю щий последовательность выполняемых действий;

2 Функциональная и принципиальная схема разрабатываемого устройства, обосновы вающая определения необходимых функциональных элементов и их взаимосвязи.

Алгоритм основан на измерении величин модулей линейного напряжения U Л, напряже ний фаз А, В и С, U А, UВ и UС соответственно, после подключения между одной из фаз элек трической сети и землей дополнительной активной проводимости g0. По полученным дан ным определяют параметры изоляции [1]:

– полная проводимость изоляции электрической сети 3U A y gо ;

(1) U 3U 3 4U U U U 2 2 2 2 2 л A л A С B – емкостная проводимость изоляции электрической сети Uс2 Uв b g0 ;

(2) U 3U 3 4U л U A UС UB 2 2 22 2 л А – активная проводимость изоляции электрической сети g y 2 b2, (3) где U Л – линейное напряжение;

U А, UВ, UС – напряжения фаз А, В и С относительно земли;

– активная дополнительная проводимость.

g Для симметричной сети метод измерения исходных данных показан принципиальной схемой (рисунок 1), содержащая: трехфазную электрическую сеть с фазами А, В, С;

вольт метры V1, V2, V3 и V4, измеряющие линейное напряжение и напряжения фаз А, В, и С соот ветственно;

выключатель нагрузки QF, коммутирующий дополнительную активную проводи мость g0 между фазой А электрической сети и землей;

полную проводимость изоляции се ти Y.

Рисунок 1 – Принципиальная схема разрабатываемого устройства для симметричной сети На основе анализа выполняемых действий для автоматического контроля состояния Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА изоляции разработан алгоритм для симметричной сети напряжением 0,4 кВ (рисунок 2), со стоящий:

1 Проверка наличия напряжения в элек- начало трической сети;

2 Подключение выключателем нагрузки дополнительной активной проводимости Напряжение в между одной из фаз электрической сети и электрической сети землей;

3 Считывание с вторичной обмотки трансформатора напряжения величин мо- Включение выключателя активной дулей линейного напряжения U Л, напряже- дополнительной проводимости go ния фаз А, В и С, U А, UВ и UС ;

Отчет интервала времени достаточного для 4 Преобразование полученных величин включения go в цифровой код;

5 Выключателем нагрузки QF произво дится отключение активной дополнительной проводимости g0 ;

Отчет времени закончен 6 Вычисление на основе преобразован ных величин U Л, U А, UВ и UС параметров изоляции y, b, g.

Опрос по каналам напряжений и 7 Сохранение времени измерения на- преобразование вy цифровую форму пряжений и значения параметров изоляции в оперативном запоминающем устройстве;

8 Вывод всех величин времени измере Даннные готовы ния напряжений на устройстве отображения и передачи данных в информационно- управляющую систему контроля параметров Считывание данных изоляции системы;

9 Отчет заданного периода определе- Отключения выключателя активной ния параметров изоляции;

дополнительной проводимости go 10 Переход к началу программы.

Таким образом, разработанный алго- Вычисление параметров изоляии Y, B, g ритм микропроцессорного устройства по зволяет производить автоматическое опре- Считывание времени текущего измерения деление параметров изоляции для обеспе Сохранение значения параметров изоляии Y, B, чения оперативности и роста уровня безо g и времени измерения в память пасности обслуживающего персонала на производстве и качества работы электроус Отправка значения параметров изоляции на тановок.

устройства отображения и передачи данных СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Отчет интервала времени, равного периоду получения параметров изоляции 1 Утегулов, Б.Б. Исследования уст ройств защиты автоматики в электрической сети напряжением 0,4 кВ / Б.Б. Утегулов, Отчет времени Ж.Б. Исабеков, А.М. Акаев // Международ закончен ная научная конференция VII Сатпаевские чтения. -2007. -№20. 2 Андреев, В.А. Релейная защита и ав Переход к началу программы томатика систем электроснабжения: учеб.

для вузов по спец. «Электроснабжение» / В.А. Андреев. -3-е изд., перераб. и доп. -М.: Конец Высш. шк., 1991. -496 с.: ил.

Рисунок 2 – Содержательная граф-схема КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: параметры изоляции, мик ропроцессорное устрой- алгоритма устройства автоматического ство, алгоритм, принци контроля изоляции в электрической пиальная схема симметричной сети 0,4 кВ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Утегулов Болатбек Ба Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА хытжанович, докт. техн. наук, профессор «Павлодарский ГУ им. С.Торайгырова»

Исабеков Жанат Бейсембаевич, аспирант «Павлодарский ГУ им. С.Торайгырова»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 140008, Казахстан, г. Павлодар, ул. Ломова, 64, «Павлодарский ГУ им. С.Торайгырова»

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКОВ И ПОТЕНЦИАЛОВ В СИСТЕМЕ ДВУХ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДНИКОВ С УЧЕТОМ ИХ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ ГОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения»

В.А. Кандаев, К.В. Авдеева, А.М. Ерита THE DISTRIBUTION OF CURRENTS AND POTENTIALS IN SYSTEM OF TWO INSULATED CONDUCTORS TAKING INTO ACCOUNT THEIR MUTUAL INFLUENCE «Omsk state transport university»

V.A. Kandaev, K.V. Avdeeva, A.M. Erita Decisions for definition of currents and potentials in system of two insulated conductors taking into account their inductive and galvanic influence are received.

Keywords: system of two cable, insulated conductor, current, potential, system of equations Получены решения для определения токов и потенциалов в системе двух изолированных про водников с учетом их индуктивного и гальванического влияния.

В реальных условиях кабели электроснабжения и связи укладываются либо в одной траншее, либо параллельно с другими подземными или наземными протяженными метал лическими сооружениями (кабели, трубопроводы, электрифицированные железные дороги).

Наличие металлических проводников, проложенных параллельно рассматриваемому, ведет к изменению распределения токов и потенциалов в нем. В то же время в параллельном про воднике появятся токи и потенциалы за счет наличия рассматриваемого проводника с то ком. Причиной перехода энергии с одного проводника на другой является наличие между ними индуктивной и гальванической связей.

Рассмотрим решение задачи распределения токов и потенциалов в системе двух изо лированных проводников конечной длины L, проложенных в земле на глубине h парал лельно друг другу на расстоянии d (рисунок 1). По концам проводники нагружены на извест ные сопротивления Z1L, Z20, Z2L. К одному концу первого изолированного проводника под ключен генератор переменного тока с известной ЭДС E и известным внутренним сопротив лением Zг. Первичные, волновые и взаимные параметры проводников предполагаются из вестными или рассчитываются [1].

Из общей теории электромагнитного влияния для данной системы двух проводников можно записать [2]:

dU Z1I1 Z21I2 ;

dx dI1 Y1U1 Y21U2 ;

dx (1) dU2 Z I Z I ;

dx 22 12 dI2 dx Y2U2 Y12U1, где U1, I1, U 2, I2 – напряжения и токи в первом и втором проводниках соответственно, Z1, Z2, Y1, Y2 – собственные комплексные сопротивления и проводимости единицы длины изолированных проводников, Z12, Z21 – взаимное сопротивление проводников, определяемое через коэффициент вза имной индукции, Y12, Y21 – взаимная проводимость между двумя изолированными проводниками.

Принимаем, что проводники уложены в однородную землю и Z12 Z21, Y12 Y21, то есть имеют одинаковые коэффициенты взаимной связи. В общем случае Z12 Z21, Y12 Y21.

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА Рисунок 1 – Взаимное расположение двух изолированных проводников Дифференцируя по x первое и третье уравнения системы, получим:

dI dI d 2U Z1 1 Z12 2 ;

dx 2 dx dx (2) dI2 dI d 2U Z2 Z12 1.

dx 2 dx dx Подставим из приведенной выше системы (1) значения производных dI1 dx и dI2 dx в (2), тогда:

d 2U Z1Y1 Z12Y12 U1 Z1Y12 Z12Y2 U2 ;

dx (3) d 2U Z2Y2 Z12Y12 U2 Z2Y12 Z12Y1 U1.

dx Аналогично получим:

d 2I Z1Y1 Z12Y12 I1 Z2Y12 Z12Y1 I2 ;

dx (4) d 2I 2 Z2Y2 Z12Y12 I2 Z1Y12 Z12Y2 I1.

dx Введем следующие обозначения:

12 Z1Y1 Z12Y12 ;

2 Z2Y2 Z12Y12 ;

(5) 2 Z1Y12 Z12Y2 ;

2 Z2Y12 Z12Y1.

Подставляя 1, 2,, в выражения (3) и (4) получим:

d 2U1 2 2 1 U1 U2 ;

dx d 2I 2 1 I1 I2 ;

2 dx (6) d U2 2U 2U ;

dx 2 22 d I2 2 dx 2 2 I2 I1.

Возьмем четвертые производные приведенных функций Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА 2 d 4U1 d 2U 2 d U 4 1 2 ;

dx 2 dx dx d 4I1 d 2I 2 d I 4 1 2 ;

dx dx 2 dx (7) 4 2 d U2 2 d U2 2 d U1 ;

dx 4 dx 2 dx d I d 2I 2 d I 2 2 2.

dx 4 dx dx Подставив в (7) значения вторых производных из (6), после соответствующих преобра зований получим:

d 4U1 2 d U 4 1 2 12 2 2 2 U1 0, 2 dx dx d 4I1 2 d I 12 2 2 2 I1 0, 4 1 2 dx dx (8) 4 d U2 2 2 d U 2 2 2 2 2 U 0, dx 1 2 12 dx d I 2 d I 12 2 2 2 I2 0.

1 2 dx dx Из двух первых уравнений системы (8) имеем:

U1 p1 exp k1x p2 exp k1x p3 exp k 2 x p4 exp k2 x ;

(9) I q exp k x q exp k x q exp k x q exp k x, 1 1 1 2 1 3 2 4 где p1, p2, p3, p4, q1, q2, q3, q4 – постоянные интегрирования, k1, k 2 находятся из уравнения:

k 4 12 2 k 2 12 2 2 2 0, 2 2 2 4 2 2 2 2 1 k1, то есть. (10) Из выражений (6) следует, что d 2U1 2U2 12U ;

dx (11) d 2I 2I2 12I1 2.

dx и I из (9) и вводя обозначения:

Подставив полученные значения U1 12 k 2 2 k2 2 k2 2 k p3 ;

p4 1 2 2 p4 ;

q3 1 2 2 q3 ;

q4 1 2 2 q4, p запишем решения для системы уравнений второго порядка:

U1 p1 exp k1x p2 exp k1x 1 p3 exp k2 x p4 exp k 2 x ;

I1 q1 exp k1x q2 exp k1x 2 q3 exp k 2 x q4 exp k 2 x ;

(12) U2 2 p1 exp k1x p2 exp k1x p3 exp k 2 x p4 exp k 2 x ;

q1 exp k1x q2 exp k1x q3 exp k2 x q4 exp k2 x, I2 1 2 1 ;

где. (13) 12 k2 12 k 2 Выразим постоянные q1, q2, q3, q4 через p1, p2, p3, p4, для чего подставим полученные значения U1, U 2, I1 и I2 в первое и третье уравнения системы (1). Откуда получим:

p p1 p p q1 ;

q2 2 ;

q3 3 ;

q4 4, (14) Za Za Zb Zb Z1 1Z12 Z Z Za ;

Zb 2 2 12.

где (15) k1 k Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА Таким образом, получим систему уравнений:

U1 p1 exp k1x p2 exp k1x 1 p3 exp k 2 x p4 exp k 2 x ;

I1 Z p1 exp k1x p2 exp k1x Z p3 exp k2 x p4 exp k 2 x ;

a b (16) U2 2 p1 exp k1x p2 exp k1x p3 exp k 2 x p4 exp k2 x ;

I 1 p exp k x p exp k x 1 p exp k x p exp k x.

Za Z3 2 1 1 2 1 2 4 b Постоянные интегрирования p1, p2, p3, p4 для данной системы можно найти через на чальные значения напряжения и тока соответствующих линий, то есть через U10, U20, I10 и I20. Обычно эти величины неизвестны, но известны значения сопротивлений Z1L, Z20, Z2L, на ко торые нагружены подземные сооружения. В этом случае граничные условия можно записать в следующем виде:

– при x U U1 U10 ;

20 Z20, (17) I – при x L U1L U Z1L ;

2L Z2L. (18) I1L I2L С учетом условий (17) и (18) система (16) примет вид:

U10 p1 p2 1 p3 p4 ;

p1 exp k1L p2 exp k1L 1 p3 exp k2 L p4 exp k 2L Z1L ;

p exp k1L p2 exp k1L Z p3 exp k2 L p4 exp k 2 L Za 1 b 2 p1 p2 p3 p (19) Z20 ;

1 p1 p2 p3 p Za Zb 2 p1 exp k1L p2 exp k1L p3 exp k2 L p4 exp k 2 L Z 2 L.

1 p1 exp k1L p2 exp k1L Z p3 exp k 2 L p4 exp k 2L Za b Преобразуем данную систему относительно постоянных интегрирования p1, p2, p3, p4 :

p1 p2 1p3 1p4 U10 0;

Z1L Z1L 2Z1L 2Z1L p1 1 Z exp k1L p2 1 Z exp k1L p3 1 Z exp k 2L p4 1 Z exp k2L a a b b 0;

k1L k 2L p2e p4e k1L k 2L p1e p3 e Za Zb Z Z Z Z p1 2 1 20 p2 2 1 20 p3 1 20 p4 1 Za Za Zb Zb 0;

1 p1 p2 p3 p Za Zb 1Z2L 1Z2L Z2 L Z2 L p1 2 Z exp k1L p2 2 Z exp k1L p3 1 Z exp k2L p4 1 Z exp k2L a a b b 0.

1 p1 exp k1L p2 exp k1L p3 exp k2L p4 exp k 2L Za Z b Учитывая, что дробь равна нулю только в случае, если числитель равен нулю, система запишется в виде:

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА p1 p2 1p3 1p4 U10 0;

Z1L Z1L 2 Z1L 2Z1L p1 1 Z exp k1L p2 1 Z exp k1L p3 1 Z exp k2L p4 1 Z exp k2L 0;

a a b b (20) Z20 1Z20 1Z20 Z p1 2 p2 2 p3 1 p4 1 0;

Za Za Zb Zb p1 2 1Z2L exp k1L p2 2 1Z2L exp k1L p3 1 Z2L exp k2L p4 1 Z2L exp k 2L 0.

Za Za Zb Zb Решим полученную систему (20) методом Крамера [3]. Для этого найдем определители матриц системы (20):

1 1 2 Z1L 2 Z1L 1 Z1L exp k L Z1L 1 exp k1L exp k2 L 1 exp k2 L Za Za Zb Zb M ;

1Z20 1Z Z20 Z 2 2 1 Za Za Zb Zb 1Z2L exp k L 1Z2L exp k L Z2 L Z 1 2L exp k2 L exp k 2L 2 2 1 Za Za Zb Zb U10 1 2 Z1L 2 Z1L Z1L exp k1L exp k 2 L 1 exp k2 L 0 Za Zb Zb M1 ;

1Z Z20 Z 0 2 1 Za Zb Zb 1Z2L Z2 L Z2 L 0 2 Z exp k1L exp k2 L exp k2 L 1 Zb Zb a 1 1 U Z Z Z1L exp k1L 0 1 2 1L exp k 2 L 1 2 1L exp k 2 L Za Zb Zb ;

M2 1Z Z20 Z 2 1 Za Zb Zb 1Z2L Z2 L Z2 L 2 Z exp k1L 0 exp k2 L exp k 2 L 1 Zb Zb a 1 1 U 2 Z1L Z1L Z1L 1 Z exp k1L exp k1L exp k 2 L 0 Za Zb a ;

M3 1Z20 1Z Z 2 2 Za Za Zb 1Z2L 1Z2L Z2 L 2 Z exp k1L 2 Z exp k1L 0 exp k 2 L Zb a a 1 1 U 2 Z1L Z1L Z1L 1 Z exp k1L exp k1L exp k2 L Za Zb a M4.

1Z20 1Z Z 2 2 Za Za Zb Z Z Z 2 1 2L exp k1L 2 1 2L exp k1L 1 2L exp k 2 L Za Za Zb Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА Постоянные интегрирования p1, p2, p3, p4 в этом случае будут равны:

M1 M2 M3 M p1 ;

p2 ;

p3 ;

p4. (21) M M M M Подставив полученные значения постоянных интегрирования p1, p2, p3, p4 в (16) полу чим выражения, описывающие распределение токов и потенциалов в системе двух изоли рованных проводников с учетом их взаимного влияния.

Рассмотрим частные случаи решения этой системы:

1 Если проводники находятся на значительном расстоянии, когда взаимным влиянием можно пренебречь, в этом случае Z12 0, Y12 0. Тогда k1 1, k 2 2, 1 0, 2 0 и система (16) распадается на независимые уравнения длинной линии [1].

2 В случае, если рассматривается только влияние одной линии на другую, а обратным влиянием пренебрегают, тогда Z12 Z21, Y12 Y21, причем Z21 0, Y21 0. Система (1) сводится к двум уравнениям для проводника, подверженному влиянию, дальнейшее решение анало гично.

3 Если изолированные проводники идентичны и имеют одинаковые электрические па раметры, то есть Z1 Z2, Y1 Y2. В этом случае Z1 Z12 Y1 2Y12 ;

k2 Z1 Z12 Y1 ;

1 1 ;

2 1 ;

k Z1 Z12 Y1 2Y12 ;

Zb Z1 Z12 Y1.

Za Рассмотрим пример решения системы (11) для изолированных оболочек двух кабелей ААШВ, расположенных в грунте с удельным сопротивлением 50 Ом·м на глубине h 0,7 м и на расстоянии d 0,2 м. Напряжение в начале линии U10 30 В, частота 10 Гц, длина линии 10 км, первый проводник на конце нагружен на сопротивление Zb, которое оп ределяется по выражению (15), второй с одного конца изолирован, с другой заземлен на со противление Z2L 3 Ом. На рисунке 2 показаны кривые распределения токов и потенциалов для рассматриваемого случая (кривая 1 – первый проводник, кривая 2 – второй).

а) б) Рисунок 2 – Распределение потенциала (а) и тока (б) по длине проводника на частоте 10 Гц Так как вторая линия изолирована в точке x 0, то ток в ее начале равен нулю. На ри сунке 3 представлены кривые распределения токов и потенциалов в тех же проводниках на частоте 100 Гц.

С ростом частоты ток в проводниках уменьшается из-за увеличения как собственного реактивного сопротивления, так и взаимного сопротивления. На более высоких частотах ха рактер изменения тока и потенциала по длине проводника будет определяться наличием отраженной волны, влияние которой увеличивается с ростом частоты.

а) б) Рисунок 3 – Распределение потенциала (а) и тока (б) по длине проводника на частоте 100 Гц Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА Вывод: Получены решения для определения токов и потенциалов в системе двух изо лированных проводников, позволяющих учесть их взаимное индуктивное и гальваническое влияние.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Михайлов, М.И. Защита кабельных линий связи от влияния внешних электромагнит ных полей / М.И. Михайлов, Л.Д. Разумов. -М.: Связь, 1967. -344 с.

2 Коваленков, В.И. Теория передачи по линиям электросвязи / В.И. Коваленков. -М.: Гос.

изд-во по технике связи, 1937. -866 с.

3 Бронштейн, И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. -М.: Наука, 1980. -976 с.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: двухкабельная система, изолированный проводник, ток, потенциал, система уравнений СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Кандаев Василий Андреевич, докт. техн. наук, профессор ГОУ ВПО «Омский ГУПС»

Авдеева Ксения Васильевна, канд. техн. наук, доцент ГОУ ВПО «Омский ГУПС»

Ерита Александр Михайлович, аспирант ГОУ ВПО «Омский ГУПС»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 644046, г. Омск, пр. К.Маркса, 35,ГОУ ВПО «Омский ГУПС»

ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУД ГАРМОНИК ПРИ ГАРМОНИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ ГОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения»

Р.И. Газизов ERROR ESTIMATION OF HARMONICS MAGNITUDE EVALUATION USING HARMONIC ANALYSIS METHOD «Omsk state transport university»

R.I. Gazizov Direct and indirect factors which affect the harmonic analysis quality viz. harmonics magnitude estimation are identified.

Keywords: harmonic analysis, Fourier series, modeling, error estimation Выявлены прямые и косвенные факторы, влияющие на качество гармонического анализа, а именно, на точность оценки амплитуд гармонических составляющих сигнала.

Гармонический анализ является фундаментальным математическим аппаратом прове дения исследований различных систем, в том числе и электрических сигналов. Он позволя ет делать выводы о протекающих в системе процессах, распределении энергии по спектру, оценивать степень искажения формы сигнала относительно чистой синусоиды и прочей ин формации согласно стандарту [1].

С точки зрения гармонического анализа любой непрерывный сигнал может быть пред ставлен в виде суммы некоторой постоянной составляющей и бесконечного ряда синусных (или косинусных) составляющих, называемом иначе рядом Фурье) S t s0 sm i sin 2 fi t i, i где s0 – постоянная компонента;

sm i – амплитуда i -ой компоненты;

– частота i -ой компоненты;

fi i – фаза i -ой компоненты.

Что касается представления дискретного сигнала на некотором конечном временном интервале T аппарат дискретного преобразования Фурье предлагает представить его в ко нечном базисе ортогональных функций (синусоид) частотой, кратной величине, обратной размеру интервала наблюдения функции:

i k t N S k t s0 sm i sin 2 i.

T i При этом разрешение получаемого спектра сигнала по частоте не превышает величины 1 T [2].

Однако, полученный спектр, в общем случае, не отображает реальную картину компо Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА нент сигнала, а служит лишь его правильным математическим разложением в базисе ука занных функций. Иллюстрацией этого парадокса является всем известный эффект Гиббса, представленный на рисунке 1 (пунктиром обозначен «реальный», а сплошной линией «мни мый» спектры сигнала).

Судить о реальном наличии эффекта Гиббса и степени его влияния на спектр проблематич но вследствие отсутствия знания априори о структуре сигнала, а именно частот, входящих в сиг нал реальных компонент. Имен но поэтому при анализе некото рого сигнала, модель которого неизвестна, мы не можем судить по спектру, является ли рас сматриваемая компонента ре Рисунок 1 – «Реальный» и «мнимый» спектры сигнала альной составляющей сигнала или это результат эффекта Гиббса. В то же время существенное влияние на спектр сигнала оказывает функция накладываемого окна и уровень шума в сигнале [2].

В случае контроля пара метров качества электроэнер гии системы электроснабже ния железных дорог модель сигнала (будь то сигнал тока или напряжения) известна.

Она представляет собой ком бинацию синусоиды основной частоты и синусоид высших и интергармонических состав ляющих, являющихся резуль татом воздействия нелиней ных элементов и процессов в Рисунок 2 – Относительная погрешность определения энергосистеме на сигнал.

амплитуды основной гармоники при отклонении ее В работе [3] предложен частоты от номинала вариант внесения поправки в расчетную амплитуду гармоники при проведении оконного преобразования Фурье с прямоугольным окном. Суть поправки заключается в компенсации искажений, вносимых функцией окна, а именно ослабления амплитуд гар моник и размытия спектра вследствие отклонения частоты основной гармо ники от номинала 50 Гц. Эта поправка распространяется на отклонения час тоты в диапазоне от -2,5 до 2,5 Гц (ко торый включает допустимые и пре дельно допустимые отклонения час тоты согласно ГОСТ 13109-97) от но минала. Как видно из представленно го ниже рисунка 2, за пределами этого диапазона поправка теряет свою ак туальность (пунктирная линия – пред- Рисунок 3 – Относительная погрешность лагаемая поправка, сплошная – ре- определения амплитуды основной гармоники при альная относительная погрешность). различных значениях ее фазы Однако моделирование в пакете MatLab показало, что помимо погрешности, вносимой отклонением частоты основной гармо ники, имеют место погрешности, зависящие от фазы оцениваемой гармоники и частоты дис Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА кретизации сигнала. Эти зависи мости видны на рисунке 3 (сплош ная – частота дискретизации 400 Гц, пунктир – частота дискре тизации 12800 Гц).

Зависимость относительной погрешности определения ампли туды гармоники при различной частоте дискретизации сигнала при прочих равных параметрах сигнала и гармонического анализа представлена на рисунке 4.

Из рисунков 3 и 4 видно, что помимо отклонения частоты ос новной гармоники от номинальной, существенное влияние на точность определения ее амплитуды при проведении оконного преобразо Рисунок 4 – Относительная погрешность определения вания Фурье с прямоугольным ок амплитуды основной гармоники при различных ном оказывают как фаза основной значениях частоты дискретизации гармоники, так и частота дискрети зации. Иными словами, все вышесказанное может быть выражено как следующая зависи мость Ai f fw, fi,i, fS, SNR, где Ai – относительная погрешность для i -ой компоненты;

– функция окна;

fw fi – отклонение частоты i -ой компоненты;

i – фаза i -ой компоненты;

– частота дискретизации сигнала;

fS SNR – уровень шума.

Как видно из рисунка 4 при достаточно больших значениях fS значение погрешности практически перестает от нее зависеть lim Ai f fw, fi,i, SNR.

fS С точки зрения суперпозиции входящих в состав сигнала компонент, дополнительную погрешность в оценку амплитуды каждой гармоники вносят эффекты Гиббса от гармоник, расположенных выше и ниже оцениваемой по оси частот, что является еще более трудно учитываемым фактором, так как вносимый суммарный эффект зависит от амплитуды каж дой реально присутствующей компоненты сигнала.

В дополнение, наличие в сигнале реальных интергармонических составляющих, что от ражено в работе [4], может привести к существенному их влиянию на результат анализа, особенно если эти компоненты расположены вблизи целочисленных гармоник.

Выводы. Основным параметром, влияющим на точность оценивания амплитуд спек тральных составляющих сигнала, является частота основной гармоники, которую следует оценить до проведения гармонического анализа и использовать при построении модели сигнала. Далее необходимо учесть выявленные факторы и внести в спектр амплитуд свя занные с ними поправки при дальнейшей оценке.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 ГОСТ Р 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств элек тромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. -М.: Изд-во стандартов, 1997. -44 с.

2 Марпл, С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения / С.Л. Марпл. -М.: Мир, 1990. -265 с.

3 Гришечко, С.В. Повышение эффективности контроля показателей качества электри Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА ческой энергии систем электроснабжения нетяговых потребителей железной дороги: дис.

…канд. техн. наук / С.В. Гришечко. -Омск, 2008. -186 с.

4 Ханзелка, З. Интергармоники / З. Ханзелка, А. Бьень // Энергосбережение. -2005. -№5;

2006. -№3;

2006. -№4.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: гармонический анализ, преобразование Фурье, моделирование, оценка погрешности СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ: Газизов Равиль Ильшатович, аспирант ГОУ ВПО «Омский ГУПС»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 644046, г. Омск, пр. К.Маркса, 35, ГОУ ВПО «Омский ГУПС»

ИНДУКТИВНО-КОНДУКТИВНЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ТЕРМОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

ТОО «ЭНСИ-Технологии»

ООО Научно-инновационный центр «Индукционное машиностроение»

А.И. Елшин, С.Ю. Ивликов, С.Л. Собин INDUCTIVE-CONDUCTIVE DEVICES FOR THERMOMAGNETIC INFLUENCE TO OIL AND GAS «Novosibirsk state academy of water transport»

«ENSI-technologies»

Scientifically-innovative centre «Induction mechanical engineering»

A.I. Elshin, S.Yu. Ivlikov, S.L. Sobin The review of representations about influence of a thermomagnetic field on properties of oil and gas is given. Mass-dimensional pa rameters of inductive-conductive devices are submitted.

Keywords: inductive-conductive device, thermomagnetic influencing Рассмотрена тепловая и магнитная обработка отложений в трубах и нефтяной эмульсии при до быче, транспорте и подготовке нефти и газа. Приведены массогабаритные параметры индуктивно кондуктивных устройства для нагрева и омагничивания.

Первые опубликованные сообщения и патенты по магнитной обработке (МО) жидкости относятся к началу пятидесятых годов прошлого века [1]. Простота процедуры, состоящей в том, что поток жидкости пропускают через зазор между полюсами магнита (или через соле ноид, питаемый электрическим током) стимулировала проведение экспериментальных ра бот на широком круге объектов. Поэтому в последующие годы МО применялась для водных растворов солей, нефти [2, 3], моторных топлив [4], растворов полимеров, цементных и бу ровых растворов и т.д.

В нефтегазовой отрасли применение магнитной обработки осуществляется в несколь ких основных направлениях: борьба с асфальто-смолистыми и парафиновыми отложениями (АСПО), солеотложениями, предотвращение образования стойких эмульсий, снижение кор розионной активности перекачиваемых жидкостей.

Мероприятия по борьбе с осложнениями в нефтегазодобыче – отложениями солей, АСПО и эмульсеобразованием – с каждым годом становятся все более дорогостоящими ввиду роста цен на химические реагенты. Применение магнитной обработки позволяет зна чительно снизить расход химических реагентов, а в некоторых случаях – и полностью отка заться от химической обработки. Поздняя стадия разработки, на которой находится в на стоящее время большинство нефтяных и газовых месторождений, в силу ряда известных причин способствует росту доли осложнений, связанных с эмульсеобразованием, АСПО и отложениями неорганических солей, имеющих место по всей технологической цепочке до бычи, транспорта и подготовки нефти и газа.

Подъем скважинной жидкости, представляющей собой водогазонефтяную эмульсию, от продуктивного пласта к устью связан с изменением давления, температуры, скорости дви жения потока. Водогазонефтяная смесь – сложный конгломерат, эмульгированный турбули зацией потока в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ), и включающий растворы тяже лых непредельных и гетероорганических соединений в нефти и сжатом газе, минеральных солей в воде, а также механических примесей. Качественная оценка процессов, происходя щих в скважине, свидетельствует о главенствующей роли скорости движения потока. При Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА малых скоростях происходит образование АСПО и солеотложений, при высоких скоростях образование эмульсий и повышение вязкости продукции.

При однородности состава потока во времени, процессы образования отложений про исходят постоянно, а узкие пределы изменения давления и температуры, при которых про исходит выпадение твердой фазы, приводят к лавинообразной адсорбции одного из компо нентов растворов в определенном интервале скважины, что может привести к полному пе рекрыванию сечения НКТ (рисунок 1).

Рисунок 1 – Асфальтосмолопарафиновые отложения в насосно-компрессорных трубах Солеотложение в нефтедобыче происходит при любых способах эксплуатации скважин, однако наиболее негативные последствия имеют место при добыче нефти с помощью штан говых глубинных насосов (ШГН) и установок электропогружных центробежных насосов (ЭЦН). Наличие неорганических солей на поверхности рабочих органов насосов повышает их износ, приводит к заклиниванию и разрушению вала ЭЦН и штанг ШГН.

В газодобыче солеотложение происходит в НКТ, технологическом оборудовании сбора и подготовки газа.

Для предотвращения АСПО интерес к использованию магнитного поля значительно возрос в 1995-2001 гг., что связано с появлением на рынке широкого ассортимента высоко энергетических магнитов на основе редкоземельных металлов.

Механизм воздействия магнитного поля на образование АСПО, согласно [5, 6], выгля дит следующим образом: в движущейся жидкости происходит разрушение агрегатов, со стоящих из субмикронных ферромагнитных микрочастиц соединений железа, находящихся при концентрации 10-100 г/т в нефти и попутной воде. В результате разрушения агрегатов кристаллы парафина выпадают в виде тонкодисперсной, объемной, устойчивой взвеси, а скорость роста отложений уменьшается пропорционально уменьшению средних размеров выпавших совместно со смолами и асфальтенами в твердую фазу кристаллов парафина.

Инжиниринговой компанией «Инкомп-нефть» г. Уфа освоено производство глубинных скважинных установок магнитной обработки жидкости типа УМЖ. Установка УМЖ представляет собой корпус из ферромагнитной тру бы с присоединительными резьбами. На внутренней по верхности корпуса закреплены точечные постоянные маг ниты, залитые полимерной композицией [7].

Установка монтируется в колонну НКТ на прием ШГН или в требуемый участок колонны НКТ. При прохождении добываемой жидкости по корпусу она обрабатывается пульсирующим или знакопеременным магнитным полем.

Для повышения эффективности магнитной обработки в реальных условиях скважины, разработана методика подбора оптимальных характеристик магнитного поля Рисунок 2 – Индуктивно (частоты, формы и амплитуды изменения напряженности кондуктивное устройство магнитного поля). нагрева и омагничивания (1 Применение установок УМЖ позволило увеличить устройство нагрева и средний межремонтный период скважин, осложненных омагничивания;


2-насосно эмульсией и АСПО, в среднем в 1,8 раза, а количество компрессорная труба) термических и химических обработок уменьшить в 5 раз.

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА Во всех этих устройствах отсутствует тепловое воздействие на сформировавшиеся от ложения скважины, не подвергающихся МО с начала эксплуатации.

Авторами предлагается установка индуктивно-кондуктивного типа для термической и магнитной обработки скважины (рисунок 2).

Погружной индуктивно-кондуктивный нагреватель оказывает одновременно термиче ское и магнитное воздействия переменным полем частотой 1000 Гц. Тепловое воздействие приводит к разплавлению АСПО при повышенной температуре и открытию сечения НКТ.

Технические характеристики погружного нагревателя ИПТ-4. Нагреватель предназначен для прогрева локальных участков НКТ до температуры 120 °С Мощность потребляемая, кВт...................................................................................... 4,2;

Тепловая мощность, Мкал/ч........................................................................................ 3,2;

Напряженность магнитного поля, кА/м........................................................................ 45;

Питающее напряжение, В........................................................................................... 380;

Номинальный ток, А...................................................................................................... 11;

Температура нагревателя, °С..................................................................................... 130;

Габариты индуктора, мм – диаметр....................................................................................................................... 55;

– длина....................................................................................................................... 1100.

Обводнение продуктивных пластов нефтяных месторождений вызывает серьезные ос ложнения при добыче, сборе и подготовке нефти, связанные с образованием водонефтяных эмульсий [8]. В нефтедобыче всегда остро стояла проблема разделения высокостойких во донефтяных эмульсий в связи с недостаточно эффективным воздействием деэмульгаторов.

Для повышения эффективности деэмульгатора, в особенности на высоковязкие и высоко прочные водонефтяные эмульсии, применяются различные методы:

– гравитационное холодное разделение (отстаивание);

– фильтрация;

– разделение в поле центробежных сил (центрифугирование);

– электрическое воздействие;

– термическое воздействие;

– внутритрубная деэмульсация;

– воздействие магнитного поля.

Образование стойких эмульсий снижает показатели безотказности работы насосных ус тановок из-за увеличения количества обрывов штанг ШГНУ, пробоев электрической части УЭЦН вследствие перегрузок погружного электродвигателя. Рост давления жидкости в сис темах сбора нефти и газа влечет за собой порывы коллекторов. Затрудняются сепарация газа и предварительный сброс воды. Однако наибольший рост энерго- и металлоемкости, связанный с необходимостью разрушения стойких эмульсий, имеет место в системах подго товки нефти.

Изначально эмульсия представляет собой субстанцию класса «нефть в воде» или «во да в нефти», причем на границах раздела фаз образуются так называемые «бронирующие оболочки», предотвращающие саморазрушение эмульсии. Молекулы деэмульгатора, ад сорбируясь на поверхности раздела фаз, вытесняют менее поверхностно-активные природ ные эмульгаторы. Однако, хотя пленка, образуемая деэмульгатором, обладает малой проч ностью, действия сил тяжести недостаточно для обеспечения быстрого осаждения и коа лесценции мелких капелек [9].

Для ускорения процесса адсорбционного замещения используется повышение темпера туры отстаиваемой эмульсии [5]. Термическое воздействие на водонефтяные эмульсии за ключается в том, что нефть, подвергаемую обезвоживанию, перед отстаиванием нагревают до температуры 45-80 °С. При нагревании уменьшается прочность слоев эмульгатора на по верхности капель, что облегчает их слияние. Кроме того, уменьшается вязкость нефти и увеличивается разница плотностей воды и нефти, что способствует быстрому разделению эмульсии. Подогрев осуществляют в резервуарах, теплообменниках и трубчатых печах.

Решить эту же проблему позволяет магнитная обработка эмульсии. Применение маг нитного поля вызывает поляризацию капелек воды и их взаимное притяжение, что приводит к значительному ускорению коагуляции и коалесценции капель воды и их быстрому отстою.

Наиболее эффективна магнитная обработка эмульсии после добавления в нее деэмульга тора [10].

Электромагнитные установки УМП (ТУ 39-80400-007-99) для магнитной обработки водо Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА нефтяных эмульсий разработаны Инжиниринговой компанией «Инкомп-нефть». Установки УМП содержат индуктор, состоящий из обмотки и магнитопровода, изготовленного из трансформаторного железа, между полюсами которого помещена труба из нержавеющей стали, внутри которой размещена вставка из трансформаторного железа – магнитный сер дечник. На обмотку от блока управления подаются импульсные или синусоидальные коле бания с фиксированными частотами от 10 до 100 Гц. Поток нефтяной эмульсии обрабаты вается переменным магнитным полем, направленным поперек потока. Деэмульгаторы наиболее эффектив но работают совместно с магнитной обработкой им пульсным изменением напряженности магнитного по ля. Установки позволяют снизить расход деэмульга тора на 10-20%.

Авторы предлагают использовать индуктивно кондуктивные подогреватели проточной нефти и эмульсии с одновременным омагничиванием пере менным полем промышленной частоты.

Устройство предназначено для подогрева нефти, нефтепродуктов, минеральных масел, эмульсий, ма зута и других жидких продуктов до 100 °С. В подогре вателе использован индуктивно-кондуктивный нагрев с удельной тепловой нагрузкой не более 2 Вт/см2.

Одновременно с подогревом осуществляется омагничивание жидкости магнитным полем напря женностью 20 кА/м промышленной частоты (рису- Рисунок 3 – Индуктивно нок 3). кондуктивное устройство для Технические характеристики устройства для на- термомагнитного воздействия грева и омагничивания сведены в таблице.

Таблица – Технические характеристики устройств для нагрева и омагничивания Наименование параметра Обозначение Численное значение Мощность потребляемая кВт 48 Тепловая мощность Мкал/ч 40 Номинальное напряжение В 380/220 380/ Число фаз – 3 Частота Гц 50 Коэффициент мощности 0,98 0, Габариты устройства (высотадиаметр) мм 1200760 Рабочее давление МПа 1,0 1, Максимальное давление МПа 1,6 1, м3/ч Расход продукта при нагреве на 45 °С 1,85 7, Масса кг 295 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Классен, В.И. Омагничивание водных систем / В.И. Классен. -М.: Наука, 1982. -296 с.

2 Шайдаков, В.В. Предупреждение образования отложений и эмульсеообразования в нефтяных и газовых скважинах / В.В. Шайдаков, А.В. Емельянов, К.В. Чернова [Электронный ресурс] // Laboratory.ru: сб. тр. по науке и технике. -Режим доступа: www.laboratory.ru/articl/ geogl/ag100r.htm.

3 Чернова, К.В. Развитие и перспективы применения магнитного воздействия на сква жинную продукцию в нефтедобыче / К.В. Чернова. -Уфа: Монография, 2005. -108 с.

4 Устройство магнитно-резонансной обработки топлива «FuelMax» [Электронный ре сурс]. -Режим доступа: http://fuelmax.tehno.ru.

5 Персиянцев, М.Н. Добыча нефти в осложненных условиях / М.Н. Персиянцев. -М.: Не дра-Бизнесцентр, 2000. -653 с.: ил.

6 Тронов, В.П. Механизм образования смоло-парафиновых отложений и борьба с ними / В.П. Тронов. -М.: Недра, 1970. -192 с.

7 Аппараты для магнитной обработки жидкостей / Н.В. Инюшин [и др.]. -М.: Недра Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА Бизнесцентр, 2001. -144 с.

8 Антипин, Ю.В. Предотвращение осложнений при добыче обводненной нефти / Ю.В. Антипин, М.Д. Валеев, А.Ш. Сыртланов. -Уфа: Башк. кн. изд-во, 1987. -168 с.

9 Влияние магнитной обработки на водонефтяные эмульсии ТПП «Когалымнефтегаз» / В.В. Шайдаков, А.Б. Лаптев, Н.В. Инюшин, Д.М. Халитов, Л.Е. Каштанова;

УГНТУ. -Уфа, 2001. -10 с. -Деп. в ВИНИТИ 07.05.01, №1173-В 2001.

10 Хайдаров, Ф.Р. Повышение долговечности промысловых трубопроводных систем пу тем регулирования свойств перекачиваемых жидкостей методами магнитной обработки: ав тореф. дис. … канд. техн. наук / Хайдаров, Ф.Р;

Уфим. гос. нефтяной техн. ун-т. -Уфа, 2002. 24 с.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: индуктивно-кондуктивный аппарат, термомагнитное воздействие СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ: Елшин Анатолий Иванович, докт. техн. наук, профессор ФГОУ ВПО «НГАВТ»

Ивликов Сергей Юрьевич, канд. техн. наук, директор ТОО «ЭНСИ-технологии»


Собин Сергей Леонидович, канд. техн. наук, ведущий инженер ООО НИЦ «ИНМАШ»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630099, г. Новосибирск, ул. Щетинкина, 33, ФГОУ ВПО «НГАВТ»

140500, Казахстан, г. Степногорск, 7 микрорайон, 28-37, ТОО «ЭНСИ-технологии»

630188, г. Новосибирск, ул. Станционная, 38, ООО НИЦ «ИНМАШ»

НОВЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К МЕТОДАМ ИЗМЕРЕНИЙ, НОМЕНКЛАТУРЕ И ТОЧНОСТИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ГОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения»

В.С. Циркин NEW REQUIREMENTS FOR METHODS OF MEASUREMENT, NOMENCLATURE AND ACCURACY OF ELECTRIC POWER QUALITY RATING «Omsk state transport university»

V.S. Tsirkin The state standard specification 51371.4.30 is analyzed.

Keywords: quality of electrical energy, quality rating measurement, measuring tool, transient process Рассматривается ГОСТ Р 51371.4.30, производится анализ его основных положений.

В настоящее время объекты железнодорожного транспорта являются одними из круп нейших потребителей электроэнергии, качество которой напрямую влияет на эксплуатацию основных средств: сокращение срока службы изоляции электрических машин и аппаратов;

ухудшение работы батарей конденсаторов в компенсирующих устройствах;

сбои работы систем управления, релейной защиты автоматики, телемеханики, связи и вычислительной техники.

В свою очередь, обеспечивая высокие тягово-энергетические характеристики, эксплуа тируемый на сети железных дорог переменного тока, электроподвижной состав оказывает влияние на качество электроэнергии в питающих сетях. В то же время способность электро оборудования электроподвижного состава выполнять свои функции зависит от качества электроэнергии питающей системы [1].

До недавнего времени единственным в стране нормативным документом, устанавли вающим основные положения в области качества электроэнергии, являлся ГОСТ 13109-97.

Он разработан более 10 лет назад и нуждался в пересмотре для учета требований между народных стандартов. В 2008 г. Международной электротехнической комиссией (МЭК) были опубликованы два основополагающих документа, относящихся к вопросам качества элек трической энергии (КЭ), – Международный стандарт МЭК 61000-4-30:2008 (2-е изд.) и Изме нение 1 (2008 г.) Международного стандарта МЭК 61000-4-7:2002 (2-е изд.). Публикация данных документов свидетельствует о повышенном внимании за рубежом к проблемам ка чества электрической энергии, а также о том, что специалисты многих стран, участвующие в работе технического комитета ТК 77 МЭК, выработали согласованные требования к составу показателей КЭ, точности их измерений, методам измерений, характеристикам средств из мерений, оценке КЭ по результатам измерений, организации мониторинга КЭ [2]. Естествен но, вводимые в Российской Федерации новые стандарты должны были учитывать положе ния принятые на международном уровне. Таким образом, в 2008 году были разработаны и Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА вступили в силу с 01.01.2010 г. новые стандарты: ГОСТ Р 51317.4.30 [3] и ГОСТ Р 51317.4. [4], регламентирующие методы измерения показателей КЭ. Первый стандарт описывает ме тоды измерения основных показателей КЭ, второй целиком посвящен измерению гармоник.

Главной целью данной статьи является краткий анализ положений ГОСТ Р 51317.4.30, основных отличий от положений применяемых в Российской Федерации в настоящее время, а также значение данного стандарта для работ по оценке и мониторингу качества электро энергии на объектах железнодорожного транспорта.

По сравнению с ГОСТ 13109-97, новый стандарт более детально описывает методы из мерения и объединения показателей КЭ с целью обеспечения надежных результатов изме рения и их повторяемости для различных производителей средств измерения (СИ).

Стандарт ГОСТ Р 51317.4.30 определяет несколько классов характеристик СИ: Класс А («advanced»), Класс S («survey») и класс B («basic»). Класс А применяется при проведении точных измерений, например, при проверке соответствия стандартам, устанавливающим нормы КЭ. Класс S допускается применять при проведении обследований и непрерывного мониторинга, при оценке КЭ с использованием статистических методов, в том числе при ог раниченной номенклатуре показателей. Третий класс В установлен для того, чтобы избе жать признания СИ многих существующих типов устаревшими.

Требуемая точность из мерений для Класса А немно го возросла по сравнению с ГОСТ 13109-97. Например, точность измерения частоты возросла с 0,03 Гц до 0,01 Гц, напряжения и установившего ся отклонения напряжения с 0,5% до 0,1%. Требования к точности измерений касаются теперь только погрешностей самого СИ, и не включают по- Рисунок 1 – Требования к точности измерений грешность измерительных преобразователей. Точность измерений Класса S ниже требований стандарта ГОСТ 13109 97. Таким образом, показатели точности отечественных приборов превышают требования к точности измерений, установленные для класса S, но «не дотягивают» до требований к точ ности измерений по классу А (представлено на рисунке 1).

В результате вышеизложенного можно сказать, что требования к точности по классу S ниже, чем по классу А, таким образом новый стандарт предполагает создание нового класса дешевых и массовых приборов для непрерывного мониторинга показателей КЭ, которые в данный момент не производятся в РФ. Средства измерений показателей КЭ класса S могут найти широкое применение на железной дороге в составе различных систем диагностики и мониторинга, при условии что разработчиками и изготовителями будет обеспечена их при емлемая стоимость.

Состав показателей КЭ, описанный в ГОСТ Р 51317.4.30, в целом аналогичен предыду щему стандарту, в него входят:

– частота в системе электроснабжения;

– значение напряжения системы электроснабжения;

– параметры провалов и прерывания напряжения, перенапряжения;

– параметры переходных процессов напряжения;

– несимметрии напряжений;

– гармоники и интергармоники напряжения;

– установившемуся отклонению напряжения;

– доза фликера.

В новом стандарте добавилось измерение информационных сигналов в диапазоне час тот от 3 кГц до 30 МГц. Наибольшие различия связаны с измерением отклонения напряже ния от номинального значения в электрической сети. Если раньше отклонение рассчитыва лось для действующего значения напряжения основной частоты, то теперь – для средне квадратичного напряжения с учетом гармоник, интергармоник, информационных сигналов в электрических сетях и т.д. В качестве опорного напряжения при вычислении отклонения на пряжения, может использоваться либо номинальное значение напряжения, либо опорное Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА напряжение сравнения, получаемое усреднением измеряемого напряжения с постоянной времени 1 мин.

Изменения коснулись объединения (раньше этот процесс назывался усреднением) ре зультатов измерения. ГОСТ Р 51317.4.30 использует единый ряд интервалов объединения:

200 мс, 3 с, 10 мин и 2 ч для всех измеряемых параметров. При объединении интервалов вычисляется квадратный корень из среднего значения квадратов объединяемых значений.

Для класса А пропуски интервалов измерения не допускаются.

Новый стандарт вводит концепцию маркирования измеряемых значений, предназначен ную для того чтобы избежать учета единственного события более чем один раз и получения недостоверных результатов измерения. При обнаружении провалов или выбросов напряже ния, остальные измеряемые параметры маркируются. При объединении маркированных из меряемых значений, результаты объединения так же маркируются.

Ещё одной особенностью нового ГОСТ Р 51317.4.30 является введение нового прило жения, содержащего рекомендации по измерительным приборам. В электросети железных дорог происходит большое количество коммутаций, которые вызывают происхождение пе реходных процессов. В приложении существует раздел А.4, который распространяется на переходные процессы напряжения и тока.

В качестве методов обнаружения переходных процессов ГОСТ Р 51317.4.30 предлага ет:

– метод сравнения, основанный на превышении фиксированного абсолютного порогово го значения;

– метод огибающей, подобный методу сравнения, но с исключением основной состав ляющей перед анализом;

– метод скользящего окна, при котором мгновенные значения сравнивают с соответст вующими значениями предыдущего периода;

– метод измерения, основанный на превышении текущим значением абсолютного по рогового значения;

– метод измерения среднеквадратического значения, основанный на использовании высокой частоты отсчетов, вычислении среднеквадратического значения для интервалов времени много меньше периода основной частоты и сравнении полученного результата с пороговым значением;

– другие методы, основанные на представлении сигнала в частотной области (дискрет ное или быстрое преобразование Фурье, вейвлет-анализ и т.д.).

Таким образом в новых национальных стандартах установлены фундаментальные по ложения, принятые международным сообществом и рекомендуемые для применения в ра ботах по обеспечению КЭ. Стандарт ГОСТ Р 51317.4.30 содержит приложение, рассматри вающее методики измерения показателей КЭ, а также должен способствовать появлению нового класса приборов с низкой стоимостью, предназначенных для применения в системах мониторинга.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Марквардт, К.Г. Электроснабжение электрофицированных железных дорог / К.Г. Мар квардт. -М., 1982.

2 Балаков, Ю.Н. Значение новых стандартов ГОСТ Р 51317.4.30-2008 (МЭК 61000-4 30:2008) и ГОСТ Р 51317.4.7-2008 (МЭК 61000-4-7-2002) для работ по оценке и мониторингу качества электрической энергии / Ю.Н. Балаков // Энергобезопасность и энергосбережение.

-М., 2009. -№4(28). -С. 10-14.

3 ГОСТ Р 51317.4.30-2008. Методы измерений показателей качества электрической энергии.

4 ГОСТ Р 51317.4.7-2008. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: качество электрической энергии, измерение показателей качества, средство измерения, переходный процесс СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ: Циркин Виталий Степанович, аспирант ГОУ ВПО «Омский ГУПС»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 644046, г. Омск, пр. К.Маркса, 35, ГОУ ВПО «Омский ГУПС»

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА ИДЕНТИФИКАЦИЯ НЕУСТОЙЧИВОСТИ СИНХРОННЫХ МАШИН В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

В.Ф. Тонышев IDENTIFICATION OF INSTABILITY SYNCHRONOUS MACHINES IN THE POWER SYSTEM «Novosibirsk state academy of water transport»

V.F. Tonyshev A method for determining the instability of synchronous machines based on fuzzy algorithms has been considered.

Keywords: stability of power systems, identification of asynchronous modes of synchronous machines Приведен метод определения неустойчивости синхронных машин на основе нечетких алгорит мов.

Одной из часто возникающих аварийных ситуаций в энергосистеме является асинхрон ный режим мощных синхронных генераторов. Асинхронный режим опасен как для синхрон ной машины, так и с точки зрения возможности развития локальной аварии в системную с нарушением устойчивости отдельных её энергорайонов. Поэтому необходимо точно и быст ро опознавать выявительными органами соответствующих защит подобные анормальные режимы и ликвидировать их, например, отключением синхронных машин (СМ), перешедших в асинхронный режим (АР).

Асинхронные режимы, рассматриваемые ниже, можно классифицировать [1] как асин хронный режим в синхронной машине и асинхронный режим в линии связи – асинхронный ход, то есть для схемы машина-трансформатор, линия-ШБМ.

Как известно [2], местоположением конца вектора тока в асинхронном режиме токовая частотная характеристика (рисунок 1).

Здесь изображена область нормальных эксплуатационных режимов СМ при допущении, что U 1, то есть Pг U 2 ReY г ReY г Re Iг, Qг U 2 ImY г Y г Iг, то есть ось ReY является и осью активной мощности, а ось ImY осью реактивной мощности.

Приведенные частотные характеристики генератора ТГВ-200 построены по данным ВНИИЭМ.

Частотные характеристики генератора соответствуют работе генератора на шины бес конечной мощности (ШБМ), то есть при внешнем сопротивлении xвн 0 (суммарные сопро тивления трансформаторов, линий и т.д.). Для упрощения анализа построим среднюю час тотную характеристику Y1ср между характеристиками с разомкнутой и замкнутой обмоткой возбуждения. В этом случае при полной потере возбуждения местоположение тока генера тора – токовая частотная характеристика генератора. Например, для точки a1, при наличии остаточного возбуждения местоположение конца вектора полного тока перемещается по ок ружности с центром в точке a1, образованной вращением вектора тока IE, радиус которой определяется уровнем остаточного возбуждения. В реальных синхронных машинах следует учитывать I от различия проводимости синхронной машины по продольной и поперечной оси ротора.

Из рисунка 1 видно, что при xвн 0 во всем диапазоне возможных скольжений при номи нальном возбуждении конец вектора Iг (тока статора), например для точки a2, находится на частотной характеристике генератора. Это соответствует действительному положению ве щей, то есть при xвн 0 электрический центр качаний (ЭЦК) всегда расположен внутри за жимов генератора. При увеличении xвн до значения xвн 0,12 и более при асинхронном ре жиме с номинальным уровнем возбуждения ( Iвозб 2,5 о.е.) ЭЦК выходит за пределы частот ной характеристики то есть противоаварийная автоматика должна фиксировать асинхрон ный ход, даже при положении точки a3 при s 0 на средней частотной характеристике Y2ср.

С учетом изложенного выявление асинхронного режима синхронных машин, либо асин хронного хода, зависит от уровня возбуждения генератора, вида частотных характеристик, уровня возбуждения, величины внешнего сопротивления, то есть является весьма сложной Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА задачей и жестко заданные уставки защит от асинхронного режима (ЗАР) не обеспечивают селективность.

Рисунок 1 – Токовая частотная характеристика Рисунок 2 – Функции принадлежности возникновения АР режима генератора Для повышения селективности идентификации неустойчивости генератора получены функции принадлежности возникновения АР режима генератора (рисунок 2). На основе не четкого алгоритма сформированы уставки ЗАР.

Результаты идентификации одного из АР с использованием осциллограмм натурного эксперимента (при инвертировании возбуждения) приведены на рисунке 3.

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА Рисунок 3 – Асинхронный режим при инвертировании возбуждения СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Гамм, Б.З. Анализ работы выявителей асинхронного режима синхронных машин / Б.З. Гамм, В.Ф. Тонышев // Электрич. станции. -1986. -№8. -С. 43-49.

2 Гамм, Б.З. Выявление асинхронного режима генератора по сопротивлению, измерен ному на его выводах / Б.З. Гамм, В.Ф. Тонышев // Электричество. -1986. -№1. -С. 9-15.

3 Заде, Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию при ближённых понятий / Л.А. Заде. -М.: Мир, 1976. -162 с.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: устойчивость энергосистем, идентификация асинхронных режимов синхронных машин СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ: Тонышев Владимир Федорович, канд. техн. наук, профессор ФГОУ ВПО «НГАВТ»

ПОЧТОВЫЙ АДРЕС: 630099, г. Новосибирск, ул. Щетинкина, 33, ФГОУ ВПО «НГАВТ»

Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 2010 СОДЕРЖАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ЭКОНОМИКА ТРАНСПОРТА А.С. Овсянников, Н.А. Килина ПРИВЕДЕНИЕ СИСТЕМЫ ОПЛАТЫ ПЛАВСОСТАВА ОАО «ЗАПАДНО СИБИРСКОЕ РЕЧНОЕ ПАРОХОДСТВО» В СООТВЕТСТВИЕ С ТРЕБОВАНИЯМИ РЫНКА ТРУДА.............................................................................................. В.Е. Верютина МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ФОРМИРОВАНИЯ ОПЕРАТИВНЫХ БРИГАД «ТРУДОВОЙ КОМПАНИИ».............................................................. А.В. Зачёсов СОСТОЯНИЕ ТРАНСПОРТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАЛЫХ РЕК СИБИРИ В ПЕРИОД ФОРМИРОВАНИЯ РЫНОЧНЫХ ОТНОШЕНИЙ................................... И.С. Дерябина ОПЕРАТИВНЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ НА РЕЧНОМ ТРАНСПОРТЕ.............................................. А.А. Бойко, Н.В. Бахмарева ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ ПРОЦЕССНО ОРИЕНТИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ВОСПРОИЗВОДСТВОМ ОСНОВНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФОНДОВ ОРГАНИЗАЦИИ......................................... Ш.К. Исмаилов, О.В. Гателюк, А.С. Талызин, Е.И. Селиванов, Н.В. Есин АНАЛИТИЧЕСКИЙ СПОСОБ РАСЧЕТА ВРЕМЕНИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА НА ПЕРЕГОНЕ С ПОМОЩЬЮ КВАДРАТУРНЫХ ФОРМУЛ.................................................... А.В. Зачёсов, И.С. Дерябина ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ПЕРЕВОЗОК ГРУЗОВ И РАБОТЫ ФЛОТА НА МАЛЫЕ РЕКИ В НОВЫХ УСЛОВИЯХ ХОЗЯЙСТВОВАНИЯ............................................................................................. А.О. Самбур ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ СОЗДАНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ЛИЗИНГОВОЙ КОМПАНИИ С ГОСУДАРСТВЕННЫМ УЧАСТИЕМ ДЛЯ ОБНОВЛЕНИЯ РЕЧНОГО ФЛОТА СИБИРИ И ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА............................................................................................................ Ш.К. Исмаилов, О.В. Гателюк, В.В. Бублик, Е.И. Селиванов, Д.В. Мурзин, Д.В. Юрасов ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И РЕМОНТА ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ВЛ10.............................................................................................................. А.Ю. Платов, А.В. Хорошева МЕТОД КРАТКОСРОЧНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ РАБОТЫ ГРУЗОВОГО ФЛОТА В УСЛОВИЯХ НЕРЕГУЛЯРНОСТИ ТРАНСПОРТНОГО ПРОЦЕССА................................................................................................................................. А.В. Хорошева МОДЕЛИРОВАНИЕ СОГЛАСОВАНИЯ РАБОТЫ СУДОВ В УСЛОВИЯХ ПЕРЕВАЛКИ ГРУЗОВ В УСТЬЕВЫХ ПОРТАХ......................................................................... В.Я. Ткаченко, А.Г. Иванов ОЦЕНКА ИНВЕСТИЦИОННОЙ ПРИВЛЕКАТЕЛЬНОСТИ ПРОЕКТА СТРОИТЕЛЬСТВА СЕВЕРО-СИБИРСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ НА БАЗЕ КОНЦЕССИИ.............................................................................................................................. Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока №1 СОДЕРЖАНИЕ В.Д. Верескун, В.С. Воробьев, М.Ю. Квинт, К.В. Каталымова ОЦЕНКА ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ЗАТРАТАМИ В ПУТЕВОМ ХОЗЯЙСТВЕ......................................................................................................... В.А. Щербаков, Н.А. Щербакова СТОИМОСТНЫЙ АНАЛИЗ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ – ЕСТЕСТВЕННОЙ МОНОПОЛИИ............................................................... В.А. Щербаков, Г.Л. Русин, Н.А. Щербакова СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ДЛЯ ЦЕЛЕЙ СТОИМОСТНОГО АНАЛИЗА..................................................... М.В. Пак СТРАТЕГИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ СИБИРИ ДО 2020 г.:



Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.