Особенности учета параметров нагрузки при анализе переходных процессов в сетях с объектами распределенной генерации

54

Особенности учета параметров 
нагрузки при анализе переходных 
процессов в сетях с объектами 
распределенной генерации

УДК

 621.311.1

Илюшин

П

.

В

.,

к

.

т

.

н

., 

проректор

по

научной

работе

ФГАОУ

ДПО

 «

ПЭИПК

»

Проведен

анализ

аварийных

ситуаций

с

остановом

основного

технологического

произ

-

водства

на

промышленных

предприятиях

со

значительными

ущербами

. 

Доказано

, 

что

одной

из

основных

причин

является

некорректное

выполнение

расчетов

электромеха

-

нических

переходных

процессов

при

интеграции

объектов

распределенной

генерации

(

РГ

) 

в

сети

внутреннего

электроснабжения

предприятий

. 

В

рассматриваемых

сетях

пере

-

ходные

процессы

для

генерирующих

установок

 (

ГУ

) 

и

нагрузки

становятся

общими

, 

а

параметры

этих

процессов

существенно

зависят

от

технических

характеристик

как

ГУ

, 

так

и

нагрузки

. 

Обосновано

, 

что

замена

динамических

характеристик

нагрузки

основ

-

ных

электроприемников

статическими

при

выполнении

расчетов

переходных

процессов

в

энергорайонах

с

объектами

РГ

в

общем

случае

недопустима

. 

Доказано

, 

что

повышен

-

ные

требования

к

точности

моделирования

основных

электроприемников

позволяют

избежать

значительных

ошибок

в

расчетах

и

принятия

необоснованных

технических

решений

по

обеспечению

надежности

электроснабжения

потребителей

. 

Представлены

рекомендации

по

моделированию

нагрузки

, 

а

также

выполнению

расчетов

режимов

в

промышленных

энергорайонах

с

объектами

РГ

.

Ключевые

слова

:

распределенная

генерация

, 

гене

-

рирующая

установка

, 

электроме

-

ханический

переходный

процесс

, 

статические

характеристики

нагрузки

, 

динамические

характеристики

нагруз

-

ки

, 

распределительная

сеть

Keywords:

distributed generation, generating plant, 
electromechanical transients, static 
load characteristics, dynamic load 
characteristics, distribution network

Т

ермин

  «

распределенная

генерация

» 

обозначает

такой

принцип

развития

распределительных

сетей

или

сетей

внутреннего

электро

-

снабжения

предприятий

с

расту

-

щей

нагрузкой

, 

при

котором

совре

-

менные

генерирующие

установки

(

ГУ

) 

малой

и

средней

мощности

размещаются

в

узлах

электропо

-

требления

, 

что

позволяет

снижать

нагрузку

на

электрическую

сеть

и

потери

при

передаче

и

распре

-

делении

электроэнергии

. 

Интегра

-

ция

ГУ

объектов

распределенной

генерации

 (

РГ

) 

может

при

опреде

-

ленных

условиях

содействовать

повышению

надежности

работы

распределительных

сетей

или

се

-

тей

внутреннего

электроснабже

-

ния

предприятий

в

целом

, 

а

также

надежности

электроснабжения

по

-

требителей

.

Цели

, 

ради

которых

применя

-

ется

РГ

, 

достигаются

только

в

том

случае

, 

если

при

выборе

ГУ

и

раз

-

работке

схем

выдачи

мощности

корректно

проводится

анализ

воз

-

можности

их

функционирования

как

в

нормальных

, 

так

и

в

анор

-

мальных

режимах

. 

В

противном

случае

, 

нормативные

возмущения

в

распределительной

сети

будут

приводить

к

нарушениям

в

работе

ГУ

объектов

РГ

, 

участков

распре

-

делительной

сети

, 

и

, 

что

особенно

критично

, 

к

нарушению

электро

-

снабжения

потребителей

. 

Известны

случаи

, 

когда

не

-

корректное

проведение

такого

анализа

, 

предшествующего

вводу

объекта

РГ

в

эксплуатацию

, 

при

-

водило

к

остановам

основного

технологического

производства

на

промышленных

предприяти

-

ях

со

значительными

ущербами

. 

Ниже

приведены

два

примера

.

I.

Шахтное

промышленное

пред

-

приятие

приобрело

и

ввело

в

экс

-

плуатацию

объект

РГ

с

газопорш

-

невыми

установками

  (

ГПУ

) 

для

того

, 

чтобы

в

случаях

нарушений

внешнего

электроснабжения

не

возникало

перерывов

в

работе

систем

жизнеобеспечения

персо

-

нала

шахты

  (

вентиляция

, 

осве

-

щение

, 

водоотлив

, 

работа

подъ

-

емных

устройств

и

пр

.). 

Однако

уставки

устройств

релейной

за

-

щиты

  (

РЗ

) 

приобретенных

ГПУ

, 

УПРАВЛЕНИЕ 

СЕТЯМИ

55

заданные

заводом

-

изготовите

-

лем

, 

приводили

к

излишним

от

-

ключениям

ГУ

при

возникновении

кратковременных

возмущений

в

прилегающей

распределитель

-

ной

сети

или

сети

внутреннего

электроснабжения

предприятия

. 

На

рисунке

 1 

представлены

результаты

расчета

переходного

процесса

при

внешнем

КЗ

с

от

-

ключением

предприятия

от

внеш

-

ней

распределительной

сети

, 

переходом

синхронных

двигате

-

лей

в

асинхронный

режим

, 

что

создало

большие

колебания

на

-

пряжения

и

привело

к

их

отключе

-

нию

собственными

устройствами

автоматики

. 

Далее

параметры

режима

начали

стабилизировать

-

ся

, 

однако

ГПУ

были

отключены

устройствами

РЗ

по

факту

дли

-

тельного

снижения

напряжения

. 

Переходный

процесс

на

рисунке

 1 

показан

для

трех

возможных

ва

-

риантов

настроек

автоматическо

-

го

регулятора

частоты

вращения

(

АРЧВ

) 

ГУ

в

виде

розовых

линий

разной

толщины

.

II.

Дефицитный

промышленный

энергорайон

приобрел

и

осуще

-

ствил

подключение

к

сети

вну

-

треннего

электроснабжения

двух

газотурбинных

установок

  (

ГТУ

) 

с

целью

уменьшения

дефицита

мощности

при

отключении

внеш

-

них

связей

, 

не

приняв

во

внима

-

ние

, 

что

эти

ГТУ

снабжены

систе

-

мами

АРЧВ

двойного

принципа

регулирования

. 

Двойной

принцип

в

АРЧВ

ГТУ

заключается

в

сле

-

дующем

: 

при

параллельной

ра

-

боте

с

внешней

сетью

первый

алгоритм

АРЧВ

отрабатывает

за

-

данную

активную

мощность

, 

но

при

переходе

ГТУ

в

островной

режим

работы

происходит

авто

-

матическое

переключение

АРЧВ

на

второй

алгоритм

регулиро

-

вания

 — 

поддержание

частоты

в

энергорайоне

. 

Автоматическое

переключение

алгоритмов

АРЧВ

происходит

по

факту

резкого

снижения

активной

мощности

, 

выдаваемой

генератором

ГТУ

. 

Такие

режимы

действительно

возникают

в

случае

выделения

объекта

РГ

на

электроснабжение

небольшого

энергорайона

с

мест

-

ной

нагрузкой

, 

однако

в

рассма

-

триваемом

энергорайоне

сброс

мощности

был

меньшим

, 

чем

предусмотрено

алгоритмом

АРЧВ

ГТУ

. 

Поэтому

ГТУ

продолжили

ра

-

ботать

на

поддержание

заданной

активной

мощности

, 

что

привело

к

значительному

повышению

ча

-

стоты

в

энергорайоне

, 

отключе

-

нию

ГТУ

устройствами

РЗ

и

воз

-

никновению

дефицита

мощности

, 

значительно

большего

, 

чем

ожи

-

далось

. 

Подробнее

алгоритмы

работы

АРЧВ

ГУ

объектов

РГ

рас

-

смотрены

в

 [1].

Проведение

количественного

анализа

переходных

процессов

в

промышленных

энергорайонах

с

ГУ

объектов

РГ

, 

с

учетом

пара

-

метров

самих

ГУ

, 

алгоритмов

и

па

-

раметров

настройки

устройств

РЗ

, 

а

также

систем

автоматического

регулирования

, 

требует

особого

внимания

к

математическому

мо

-

делированию

электроприемни

-

ков

. 

Это

 — 

общее

и

принципиаль

-

ное

отличие

от

расчетов

режимов

и

устойчивости

системообразую

-

щих

сетей

и

крупных

электростан

-

ций

, 

которые

отдалены

от

нагруз

-

ки

сетями

высокого

и

среднего

напряжения

с

целым

рядом

ступе

-

ней

трансформации

. 

В

противном

случае

в

расчетах

переходных

процессов

возможны

значительные

ошибки

, 

которые

приведут

к

принятию

некоррект

-

ных

технических

решений

по

обе

-

спечению

надежности

электро

-

снабжения

потребителей

. 

Многие

методологические

вопросы

прове

-

дения

таких

расчетов

опубликова

-

ны

в

научно

-

технической

литера

-

туре

 [2, 3].

Существенное

влияние

на

-

грузки

на

общие

переходные

про

-

цессы

обусловлено

двумя

обстоя

-

тельствами

:

–

в

энергорайонах

, 

учитывая

ма

-

лые

значения

взаимных

сопро

-

тивлений

между

ГУ

объектов

РГ

и

электроприемниками

, 

их

вза

-

имное

влияние

значительно

;

–

суммарная

нагрузка

вблизи

ГУ

объектов

РГ

промышлен

-

ных

энергорайонов

часто

существенно

больше

суммы

номинальных

мощностей

ГУ

, 

поэтому

характер

переход

-

ных

процессов

определяется

в

этом

случае

свойствами

электроприемников

.

Как

показывает

опыт

проведе

-

ния

расчетов

, 

переходные

про

-

цессы

в

двигательной

нагрузке

могут

оказывать

решающее

вли

-

яние

на

изменение

режимов

ра

-

боты

ГУ

, 

их

устойчивость

, 

а

также

возможность

или

невозможность

сохранения

в

работе

в

различных

схемно

-

режимных

условиях

. 

Применение

математических

моделей

синхронных

и

асин

-

хронных

двигателей

обычно

не

вызывает

больших

трудностей

. 

Требуется

значительно

больше

времени

и

внимания

на

получе

-

ние

и

обработку

исходной

инфор

-

мации

о

составе

и

параметрах

промышленной

нагрузки

, 

то

есть

технологических

особенностях

приводимых

во

вращение

меха

-

низмов

.

Если

расчеты

ведутся

с

целью

анализа

переходных

процессов

в

сетях

напряжением

 220–750 

кВ

, 

то

нагрузка

в

расчетах

переходных

процессов

 (

если

нет

возможности

моделировать

сети

напряжением

0,4–110 

кВ

) 

может

быть

представ

-

лена

статическими

характеристи

-

Рис

. 1. 

Переходный

процесс

при

внешнем

КЗ

с

отключением

предприятия

от

внешней

сети

и

последующим

отключением

ГПУ

№

 6 (51) 2018

56

ками

P

Н

 (

U

, 

f

), 

Q

Н

 (

U

, 

f

), 

то

есть

так

же

, 

как

в

расчетах

установивших

-

ся

режимов

. 

Такое

допущение

возможно

, 

так

как

рассматрива

-

емые

возмущения

происходят

в

сетях

напряжением

 220–750 

кВ

и

поэтому

электрически

удале

-

ны

от

распределительных

сетей

, 

доходя

до

них

ослабленными

и

сглаженными

из

-

за

влияния

раз

-

личных

электростанций

, 

средств

компенсации

реактивной

мощ

-

ности

  (

СКРМ

), 

расположенных

в

распределительных

сетях

, 

а

так

-

же

параметров

электросетевого

оборудования

.

Однако

замена

динамических

характеристик

нагрузки

основных

электроприемников

статическими

при

выполнении

расчетов

пере

-

ходных

процессов

в

сетях

про

-

мышленных

энергорайонов

с

ГУ

объектов

РГ

в

общем

случае

не

-

допустима

. 

ОСОБЕННОСТИ

МОДЕЛИРОВАНИЯ

НАГРУЗКИ

В

СЕТЯХ

С

РГ

Как

известно

, 

требования

к

учету

параметров

нагрузки

в

расчетах

электрических

режимов

в

энерго

-

системах

определяются

главным

образом

классами

напряжения

, 

к

которым

, 

в

основном

, 

относятся

расчетные

задачи

. 

Если

расчеты

выполняются

для

распределительных

сетей

, 

к

которым

подключены

объекты

РГ

, 

то

нормативные

возмуще

-

ния

 [4] 

приложены

в

полной

мере

и

к

ГУ

, 

и

к

электроприемникам

. 

Причем

электроприемники

на

разных

секциях

, 

разделенные

трансформаторами

, 

токоограни

-

чивающими

реакторами

и

пр

. 

ис

-

пытывают

воздействия

с

разной

степенью

интенсивности

. 

Поэто

-

му

процессы

нарушения

динами

-

ческой

устойчивости

, 

выбеги

и

самозапуски

электродвигате

-

лей

у

разных

групп

электропри

-

емников

протекают

по

-

разному

и

оказывают

на

ГУ

объекта

РГ

неодинаковое

влияние

.

Таким

образом

, 

для

прове

-

дения

расчетов

электромехани

-

ческих

переходных

процессов

в

сетях

, 

в

которых

работают

ГУ

объектов

РГ

, 

требуется

, 

чтобы

расчетная

схема

и

число

элемен

-

тов

, 

моделирующих

узел

нагрузки

, 

а

также

используемые

уравнения

и

входящие

в

них

параметры

были

адекватны

особенностям

схемы

и

решаемой

расчетной

задаче

.

Статические

приемники

ак

-

тивной

мощности

:

освещение

, 

нагревательные

установки

, 

кон

-

диционеры

, 

печи

и

пр

. — 

могут

быть

объединены

в

небольшое

число

устройств

и

для

всех

рас

-

четов

 (

установившихся

и

переход

-

ных

режимов

) 

могут

быть

пред

-

ставлены

своими

статическими

характеристиками

активной

мощ

-

ности

нагрузки

по

напряжению

P

СТ

(

U

). 

В

большинстве

случаев

эти

характеристики

очевидны

, 

но

в

нестандартных

случаях

  (

печи

, 

различные

по

своим

принципам

действия

и

пр

.) 

целесообразно

натурное

проведение

измерений

P

СТ

(

U

). 

У

статических

приемников

активной

мощности

обычно

коэф

-

фициенты

мощности

близки

к

еди

-

нице

, 

потому

зависимости

Q

СТ

(

U

) 

не

существенны

. 

Статические

характеристики

активной

и

ре

-

активной

мощности

нагрузки

по

частоте

P

СТ

(

f

), 

Q

СТ

(

f

) 

для

статиче

-

ских

электроприемников

, 

исходя

из

практического

опыта

, 

могут

не

учитываться

при

проведении

рас

-

сматриваемых

видов

расчетов

.

Статические

приемники

/

ге

 -

не

ра

торы

реактивной

мощнос

-

ти

 (

шунтирующие

реакторы

, 

бата

-

реи

статических

конденсаторов

) 

не

нерегулируемые

на

протяжении

расчетных

интервалов

времени

, 

могут

быть

представлены

извест

-

ными

зависимостями

по

напряже

-

нию

и

частоте

. 

Статические

при

-

емники

/

генераторы

реактивной

мощности

с

быстродействующим

регулированием

  (

СТАТКОМ

, 

СТК

, 

ДКРМ

) 

могут

быть

описаны

стати

-

ческими

характеристиками

по

на

-

пряжению

и

частоте

, 

вытекающими

из

их

алгоритмов

регулирования

, 

при

допущении

безынерционности

управления

, 

а

также

с

учетом

огра

-

ничений

по

выдаче

/

потреблению

реактивной

мощ

ности

.

Синхронные

двигатели

 (

СД

) 

и

синхронные

компенсаторы

должны

моделироваться

инди

-

видуально

, 

но

очевидна

возмож

-

ность

замены

группы

однотипных

машин

одной

эквивалентной

ма

-

шиной

суммарной

мощности

.

В

общем

случае

эквивален

-

тирование

любых

электроприем

-

ников

возможно

при

близости

их

параметров

, 

если

они

подключе

-

ны

к

одним

и

тем

же

или

к

элек

-

трически

близким

шинам

, 

не

раз

-

деляющимся

в

рассматриваемых

переходных

процессах

.

Если

СД

в

расчетах

переход

-

ных

процессов

могут

переходить

в

асинхронный

режим

 (

АР

), 

то

глав

-

ным

становится

корректный

учет

алгоритмов

работы

и

параметров

настройки

имеющихся

устройств

автоматики

СД

и

прилегающей

сети

: 

например

, 

автоматики

лик

-

видации

асинхронного

режима

(

АЛАР

) 

или

других

устройств

авто

-

матики

, 

действующих

на

отключе

-

ние

СД

или

его

развозбуждение

.

Асинхронные

двигатели

 (

АД

)

являются

самым

широко

распро

-

страненным

приводом

переменно

-

го

тока

, 

однако

имеются

значитель

-

ные

трудности

с

их

отражением

в

расчетных

моделях

, 

с

учетом

всего

их

разнообразия

, 

по

причи

-

нам

не

столько

вычислительным

, 

сколько

организационным

, 

связан

-

ным

с

трудностями

получения

их

корректных

параметров

. 

Выбор

, 

какие

АД

необходимо

учитывать

индивидуально

, 

а

какие

нет

, 

зави

-

сит

от

их

влияния

на

рассматри

-

ваемые

переходные

процессы

. 

Индивидуальное

моделирование

(

первая

ступень

) 

позволяет

до

-

стигнуть

наивысшей

точности

в

расчетах

, 

при

этом

эквиваленти

-

рование

групп

АД

 (

вторая

ступень

) 

при

отсутствии

значительных

раз

-

личий

в

их

параметрах

допустимо

, 

но

с

потерей

точности

.

У

АД

, 

принадлежащих

к

этим

двум

ступеням

точности

расчетов

, 

наиболее

важными

параметрами

являются

те

, 

которые

характери

-

зуют

условия

прямого

пуска

и

ста

-

тической

устойчивости

:

–

механическая

постоянная

инер

-

ция

T

J

, 

заданная

вместе

с

при

-

водимым

механизмом

;

–

зависимость

момента

сопро

-

тивления

  (

в

долях

номиналь

-

ного

момента

АД

) 

от

скорости

вращения

  (

в

долях

номиналь

-

ной

); 

–

пусковой

вращающий

момент

и

пусковой

ток

  (

в

долях

номи

-

нальных

значений

); 

–

максимальный

момент

  (

в

до

-

лях

номинального

) 

и

критиче

-

ское

скольжение

. 

Электрические

параметры

схе

-

мы

замещения

АД

могут

быть

вы

-

числены

по

указанным

выше

и

па

-

спортным

данным

, 

как

это

пред

-

ставлено

в

 [3].

УПРАВЛЕНИЕ 

СЕТЯМИ

57

Третья

ступень

точности

 — 

упрощенное

эквивалентирование

АД

, 

когда

определяется

только

их

суммарная

активная

мощность

, 

а

параметры

эквивалентного

АД

принимаются

усредненными

, 

в

ви

-

де

обобщенной

модели

нагруз

-

ки

. 

Этот

способ

наиболее

часто

применяется

к

АД

 0,4 

кВ

, 

когда

проводятся

расчеты

переходных

процессов

и

рассматриваются

возмущения

в

сетях

среднего

на

-

пряжения

 6–35 

кВ

. 

Важно

отметить

, 

что

в

действи

-

тельности

напряжение

на

шинах

группы

АД

сохраняется

и

после

их

отключения

от

сети

  (

если

нет

КЗ

), 

плавно

снижаясь

в

течение

десятых

долей

секунды

или

даже

нескольких

секунд

. 

Это

обстоя

-

тельство

может

быть

существен

-

но

при

рассмотрении

условий

ра

-

боты

пусковых

органов

устройств

автоматического

включения

ре

-

зервного

питания

  (

АВР

), 

а

также

других

случаев

анализа

действий

устройств

автоматики

. 

В

большинстве

программных

комплексов

расчетов

режимов

для

АД

используются

уравнения

, 

не

учитывающие

электромагнитные

переходные

процессы

, 

а

только

электромеханические

. 

Это

обу

-

словлено

тем

, 

что

основные

зада

-

чи

, 

для

которых

эти

программные

комплексы

создавались

, — 

устой

-

чивость

и

переходные

процессы

генераторов

, 

которые

не

требуют

учета

остаточных

напряжений

АД

. 

Но

поскольку

обычные

модели

синхронных

машин

учитывают

электромагнитные

переходные

процессы

, 

программные

ком

-

плексы

позволяют

пользователю

, 

применяя

стандартную

модель

синхронной

машины

, 

задать

пара

-

метры

СД

так

, 

чтобы

получить

эф

-

фект

моделирования

АД

, 

с

учетом

электромагнитных

переходных

процессов

, 

и

правильно

воспроиз

-

водить

остаточные

напряжения

на

шинах

. 

Особенности

выполнения

указанной

процедуры

подробно

описаны

в

 [3].

В

энергорайонах

со

значитель

-

ной

долей

в

составе

нагрузки

про

-

мышленных

электроприемников

нередко

главные

роли

в

пере

-

ходных

процессах

принадлежат

факторам

, 

которые

характери

-

зуют

сети

внутреннего

электро

-

снабжения

и

технологическую

ав

-

томатику

самого

промышленного

производства

. 

К

этим

факторам

относятся

: 

–

частотный

пуск

двигателей

вместо

прямого

  (

или

вместо

других

систем

плавного

пуска

); 

–

автоматика

управления

пус

-

ком

/

остановом

электродви

-

гателей

по

электрическим

и

технологическим

параме

-

трам

 (

в

том

числе

АВР

двига

-

телей

);

–

автоматика

повторного

пуска

двигателей

после

кратковре

-

менного

перерыва

электро

-

снабжения

, 

вырабатывающая

команды

на

последовательные

пуски

двигателей

по

жесткой

временн

ó

й

программе

или

по

факту

восстановления

напря

-

жения

после

предыдущего

пуска

; 

–

технологическая

блокировка

, 

отключающая

одни

электро

-

приемники

при

прекращении

работы

других

; 

–

защита

минимального

напря

-

жения

, 

имеющая

, 

как

правило

, 

2 

группы

уставок

по

времени

для

неответственных

и

ответ

-

ственных

электроприемников

; 

–

магнитные

пускатели

 0,4 

кВ

, 

не

защищенные

от

кратковре

-

менных

провалов

напряжения

, 

что

при

внешних

КЗ

приводит

к

самоотключению

пускателей

и

, 

соответственно

, 

к

отключе

-

нию

электроприемников

.

Для

технико

-

экономического

обоснования

замены

отдельных

единиц

электротехнического

обо

-

рудования

в

распределительных

сетях

или

сетях

внутреннего

элек

-

троснабжения

промышленных

предприятий

необходимы

стати

-

стические

данные

о

КЗ

в

годовом

разрезе

, 

данные

расчетов

вероят

-

ностей

возникновения

аварий

на

электросетевых

объектах

и

на

-

рушений

электроснабжения

у

по

-

требителей

, 

а

также

параметры

экономических

ущербов

в

распре

-

делительных

сетях

и

на

промыш

-

ленных

предприятиях

. 

Иногда

, 

в

сравнительно

про

-

стых

случаях

, 

полезно

ориенти

-

роваться

на

задаваемые

потре

-

бителями

  (

для

каждого

из

особо

ответственных

электроприемни

-

ков

) 

величины

критического

вре

-

мени

перерыва

электроснабже

-

ния

. 

Под

критическим

временем

понимается

максимальное

время

полного

перерыва

электроснаб

-

жения

, 

при

котором

не

возникает

опасности

для

людей

, 

риска

по

-

вреждения

оборудования

и

зна

-

чительного

брака

производимой

продукции

.

При

отсутствии

статистиче

-

ских

данных

для

конкретного

энергорайона

  (

фрагмента

рас

-

пределительной

сети

) 

возмож

-

но

использование

усредненных

статистических

данных

, 

которые

показывают

, 

что

характерны

-

ми

  (

средними

) 

для

распредели

-

тельных

сетей

России

являются

провалы

напряжения

глубиной

35–99%, 

длительностью

 1,5–3 c 

и

параметрами

потока

 10–30 

про

-

валов

  (

и

более

) 

в

год

. 

Первопри

-

чиной

возникновения

провалов

в

сетях

 110–220 

кВ

в

большинстве

случаев

являются

однофазные

КЗ

на

ВЛ

с

долей

 70% 

от

общего

чис

-

ла

 (

двухфазные

и

трехфазные

КЗ

составляют

 20% 

и

 10% 

соответ

-

ственно

), 

а

для

кабельных

сетей

напряжением

 6–10 

кВ

преоблада

-

ющими

являются

однофазные

за

-

мыкания

на

землю

 [5].

ОСНОВНЫЕ

ПОДХОДЫ

К

ПРОВЕДЕНИЮ

РАСЧЕТОВ

В

СЕТЯХ

С

РГ

Рассмотрим

подробнее

основные

подходы

, 

которые

целесообраз

-

но

использовать

при

проведении

расчетов

электромеханических

переходных

процессов

с

участи

-

ем

ГУ

объектов

РГ

, 

расположен

-

ных

непосредственно

в

центрах

электропотребления

. 

1. 

Формирование

перечней

кратковременных

и

длительных

возмущений

Перечни

возмущений

как

крат

-

ковременных

 (

КЗ

, 

АПВ

, 

АВР

и

пр

.), 

так

и

длительных

  (

проведение

аварийных

ремонтов

и

пр

.), 

со

-

ставляются

с

учетом

их

вероят

-

ного

количества

в

течение

года

(

на

основании

статистических

данных

). 

Выбор

возмущений

, 

для

которых

должны

выполняться

расчеты

, 

определяется

величи

-

ной

суммарного

годового

ущерба

для

потребителей

 (

в

основном

 — 

промышленных

), 

который

может

быть

связан

с

нарушением

слож

-

ного

и

непрерывного

технологи

-

ческого

процесса

, 

повреждени

-

ем

оборудования

, 

существенным

браком

или

недоотпуском

про

-

дукции

и

пр

.

№

 6 (51) 2018

58

Для

ускорения

работы

по

-

лезно

в

ее

начале

определить

для

разных

групп

возмущений

критические

продолжительности

провалов

напряжения



T

КР

: 

если

возмущение

имеет

продолжитель

-

ность



T

меньше

критического

, 

то

режим

работы

электроприемни

-

ков

возвращается

к

нормальному

, 

а

величина

ущерба

пренебрежи

-

мо

мала

; 

при

б

ó

льших

значениях



T

работа

электроприемников

на

-

рушается

и

величина

ущерба

рез

-

ко

возрастает

. 

Критические

зна

-

чения



T

КР

могут

быть

выражены

в

функции

одного

параметра

 — 

напряжения

в

начале

аварийного

процесса

 (

U

0

). 

На

рисунке

 2 

пред

-

ставлены

примеры

граничных

ус

-

ловий

аварийных

процессов

при

разном

составе

нагрузки

.

Если

такие

функции

опреде

-

лить

для

конкретного

промыш

-

ленного

предприятия

достаточно

четко

 (

как

на

рисунке

 2), 

то

пере

-

бор

аварийных

режимов

сво

-

дится

к

тому

, 

чтобы

для

каждого

возмущения

вычислить

только

начало

аварийного

процесса

(

значение

U

0

), 

сравнить

продол

-

жительность

провала

напряжения



T

со

значением



T

КР

 = 

f

(

U

0

) 

и

сде

-

лать

вывод

о

последствиях

рас

-

сматриваемого

процесса

.

В

перечень

анормальных

ре

-

жимов

, 

которые

должны

быть

рас

-

смотрены

при

выполнении

расче

-

тов

, 

необходимо

включить

прямые

пуски

крупных

электродвигателей

и

сбросы

/

набросы

разной

нагруз

-

ки

в

возможных

пределах

для

рас

-

сматриваемого

промышленного

энергорайона

.

Целесообразно

учитывать

, 

что

в

соответствии

со

статистически

-

ми

данными

количество

кратко

-

временных

возмущений

за

год

гораздо

больше

, 

чем

длитель

-

ных

, 

однако

именно

последние

приводят

к

бόльшим

совокупным

ущербам

. 

Поэтому

наибольшими

суммарными

за

год

возмущения

-

ми

могут

оказаться

как

кратковре

-

менные

, 

ликвидируемые

устрой

-

ствами

РЗ

, 

так

и

длительные

(

проведение

аварийных

ремонтов

или

замены

оборудования

).

Недопустимо

оставлять

без

анализа

редкие

возмущения

, 

если

они

могут

оказаться

наиболее

тя

-

желыми

по

величине

последствий

. 

Стандарт

 North American Electric 

Reliability Corporation (NERC) [6] 

предписывает

выполнение

про

-

тивоаварийных

мероприятий

для

всех

типов

нарушений

нормаль

-

ного

режима

работы

. 

Причем

для

самых

тяжелых

каскадных

нару

-

шений

режимов

работы

энерго

-

сис

темы

 (

категория

 «D») 

требова

-

ния

по

устойчивости

и

сохранению

в

работе

всей

нагрузки

не

выдви

-

гаются

, 

но

предписывается

иссле

-

довать

возможные

события

, 

если

необходимо

, 

то

совместно

с

со

-

седними

энергосистемами

. 

2. 

Анализ

возможных

режимов

работы

ГУ

объектов

РГ

Если

внезапные

нарушения

электроснабжения

могут

приво

-

дить

к

пожарам

на

технологиче

-

ском

оборудовании

потребителя

, 

взрывам

, 

выбросам

ядовитых

ве

-

ществ

и

т

.

п

., 

то

на

этих

объектах

необходимо

наличие

специаль

-

ной

объектовой

системы

техноло

-

гической

безопасности

, 

действу

-

ющей

при

внезапном

нарушении

электроснабжения

 [7]. 

Основной

функцией

этой

системы

является

обеспечение

за

счет

собственных

резервных

источников

питания

(

РИП

) 

безаварийного

прекраще

-

ния

производственного

процесса

или

его

перевода

на

безопасно

сниженные

технологические

па

-

раметры

, 

или

обеспечения

воз

-

можности

безаварийного

продол

-

жения

процесса

, 

если

он

не

может

быть

прерван

. 

Необходимость

в

наличии

такой

системы

может

иметься

не

только

у

промышлен

-

ных

предприятий

, 

но

и

у

меди

-

цинских

учреждений

, 

метрополи

-

тенов

, 

высотных

зданий

и

других

аналогичных

объектов

.

В

соответствии

с

пп

. 49, 50 

раз

-

дела

 IV «

Правил

использования

противоаварийной

автоматики

» [8]

под

действие

устройств

ПА

, 

дей

-

ствующих

на

отключение

нагрузки

потребителей

, 

могут

быть

подклю

-

чены

энергопринимающие

устрой

-

ства

потребителей

всех

категорий

надежности

электроснабжения

. 

При

действии

ПА

минимально

не

-

обходимый

уровень

потребления

электрической

энергии

в

соответ

-

ствии

с

категорией

надежности

электроснабжения

потребителя

, 

уровнем

аварийной

и

 (

или

) 

техно

-

логической

брони

обеспечивается

путем

использования

автономных

РИП

с

автоматическим

запуском

, 

которые

должны

устанавливаться

самим

потребителем

и

поддержи

-

ваться

им

в

состоянии

готовности

к

использованию

.

Генерирующие

установки

объ

-

ектов

РГ

, 

принадлежащие

про

-

мышленному

предприятию

, 

могут

выполнять

функции

РИП

, 

если

они

во

всех

схемно

-

режимных

усло

ви

ях

могут

обеспечить

требу

-

емую

мощность

, 

имеют

функцию

автоматического

запуска

  (

или

по

-

стоянно

включены

), 

сохраняют

устойчивость

и

не

отключаются

при

переходных

процессах

в

энер

-

горайоне

.

3. 

Формирование

расчетных

схем

энергорайонов

с

объектами

РГ

Расчетная

схема

рассматри

-

ваемых

энергообъектов

должна

содержать

основные

элементы

сетей

 0,4–110(220) 

кВ

, 

включая

токоограничивающие

реакторы

. 

Пример

расчетной

схемы

внеш

-

него

электроснабжения

промыш

-

ленного

предприятия

, 

имеющего

в

своем

составе

объект

РГ

  (

газо

-

поршневая

электростанция

с

ше

-

стью

ГУ

) 

с

фрагментом

энергоси

-

стемы

, 

представлен

на

рисунке

 3.

УПРАВЛЕНИЕ 

СЕТЯМИ

Рис

. 2. 

Граничные

условия

аварийных

процессов

для

двух

энергообъектов

с

преобладанием

: 

а

) 

асинхронных

двигателей

; 

б

) 

синхронных

двигателей

Критическая

продолжительность

провала

напряжения



T

КР

, 

с

80

60

40

20

0

0,8

1,2

1,6

0,4

0,8

1,2

1,6

0,4

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Напр

яжение

U

0

в

на

чале

пров

ала

, % 

к

нормальном

у

Напр

яжение

U

0

в

на

чале

пров

ала

, % 

к

нормальном

у

Режимы

возвращаются

к

нормальным

Режимы

нарушены

Режимы

нарушены

59

На

рисунке

 4 

приведен

пример

расчетной

схемы

изолированно

работающей

энергосистемы

за

исключением

распределительных

сетей

, 

ведущих

непосредственно

к

электроприемникам

.

Особого

внимания

требует

моделирование

динамических

свойств

электроприемников

. 

Все

упрощения

в

используемых

мо

-

делях

генераторов

, 

элементов

сети

и

электроприемников

  (

кро

-

ме

очевидных

и

апробированных

упрощений

) 

следует

обосновы

-

вать

расчетами

. 

В

частях

энер

-

госистемы

, 

внешних

по

отноше

-

нию

к

объектам

анализа

, 

должны

быть

отображены

все

ближайшие

электростанции

, 

а

из

удален

-

ных

электростанций

 — 

те

, 

кото

-

рые

обеспечивают

устойчивость

и

электроснабжение

данной

части

энергосистемы

. 

Сети

, 

которые

яв

-

ляются

внешними

по

отношению

к

объектам

анализа

, 

должны

, 

как

минимум

, 

отображать

связи

меж

-

ду

подстанциями

и

электростан

-

циями

, 

расположенными

вне

объ

-

екта

анализа

, 

а

также

основные

нагрузки

в

этих

сетях

.

4. 

Учет

алгоритмов

работы

и

параметров

настройки

устройств

РЗА

При

выполнении

расчетов

элек

-

тромеханических

переходных

про

-

цессов

должны

в

обязательном

порядке

учитываться

алгоритмы

работы

и

параметры

настройки

всех

тех

устройств

РЗ

, 

устройств

автоматики

, 

систем

автоматиче

-

ского

управления

и

регулирова

-

ния

установленных

на

ГУ

объек

-

тов

РГ

, 

электросетевых

элементах

энергорайона

и

его

внешних

свя

-

зях

, 

а

также

электроприемников

в

системе

внутреннего

электро

-

снабжения

энергорайона

, 

дей

-

ствия

которых

могут

повлиять

на

параметры

переходного

процесса

и

послеаварийного

установивше

-

гося

режима

.

В

настоящее

время

, 

в

соответ

-

ствии

с

требованиями

п

. 10

к

 [9], 

Рис

. 3.

Расчетная

схема

внешнего

электроснабжения

энергорайона

с

объектом

РГ

; 

схемы

внутреннего

электроснабжения

 (

присоединения

Н

1–

Н

4 

не

показаны

)

Рис

. 4.

Расчетная

схема

изолированно

работающей

энергоси

-

стемы

 (

распределительные

сети

 0,4–6 

кВ

не

показаны

)

к

заявке

на

технологическое

при

-

соединение

объекта

по

произ

-

водству

электрической

энергии

максимальной

мощностью

более

5 

МВт

должна

быть

приложена

схема

выдачи

мощности

, 

разра

-

ботанная

заявителем

и

согласо

-

ванная

им

с

сетевой

организацией

и

субъектом

оперативно

-

диспет

-

черского

управления

в

электро

-

энергетике

. 

Учитывая

вышеизложенное

, 

следует

отметить

, 

что

в

энерго

-

№

 6 (51) 2018

60

районах

, 

где

планируется

техноло

-

гическое

присоединение

объекта

РГ

и

где

требуется

обеспечение

высокой

надежности

электроснаб

-

жения

потребителей

, 

необходимо

в

рамках

разработки

схемы

выда

-

чи

мощности

, 

проведение

пред

-

варительного

расчетного

анализа

анормальных

режимов

с

учетом

всех

указанных

в

статье

особен

-

ностей

моделирования

нагрузки

. 

И

только

на

основании

получен

-

ных

результатов

анализа

целесоо

-

бразно

формировать

технические

требования

к

ГУ

для

их

последую

-

щего

приобретения

, 

а

также

пере

-

чень

организационных

и

техниче

-

ских

мероприятий

, 

подлежащих

реализации

в

сетях

внутреннего

электроснабжения

энергорайона

и

прилегающих

распределитель

-

ных

сетях

.

ВЫВОДЫ

Интеграция

объектов

РГ

в

рас

-

пределительные

сети

или

сети

внутреннего

электроснабжения

промышленных

предприятий

со

-

действует

электрическому

прибли

-

жению

ГУ

к

нагрузке

, 

следователь

-

но

переходные

процессы

для

них

становятся

общими

.

Расчеты

электромеханических

переходных

процессов

в

рас

-

пределительных

сетях

или

сетях

внутреннего

электроснабжения

предприятий

с

ГУ

объектов

РГ

должны

проводиться

с

использо

-

ванием

динамических

характери

-

стик

нагрузки

основных

электро

-

приемников

.

Учитывая

, 

что

суммарная

на

-

грузка

промышленного

энерго

-

района

, 

как

правило

, 

значительно

больше

суммы

номинальных

мощ

-

ностей

ГУ

объекта

РГ

, 

то

характер

переходных

процессов

в

большей

степени

будет

зависеть

от

свойств

электроприемников

. 

Повышенные

требования

к

точ

-

ности

моделирования

основных

электроприемников

позволяют

избежать

значительных

ошибок

в

расчетах

переходных

процессов

и

принятия

необоснованных

техни

-

ческих

решений

по

обеспечению

надежности

электроснабжения

по

-

требителей

.

Целесообразно

формировать

технические

требования

к

ГУ

для

их

последующего

приобретения

на

основании

предварительного

расчетного

анализа

анормальных

режимов

в

энергорайоне

, 

к

кото

-

рому

планируется

осуществить

технологическое

присоединение

объекта

РГ

.  

ЛИТЕРАТУРА

1. 

Илюшин

П

.

В

. 

Особенности

противоаварийного

управле

-

ния

при

аварийных

дефицитах

мощности

в

автономных

энергосистемах

 // 

Электро

. 

Электротехника

, 

электро

-

энергетика

, 

электротехническая

промышленность

, 2016, 

№

 5. 

С

. 2–11.

2. 

Гуревич

Ю

.

Е

., 

Кабиков

К

.

В

. 

Особенности

электроснаб

-

жения

, 

ориентированного

на

бесперебойную

работу

промышленного

потребителя

. 

М

.: 

Элекс

-

КМ

, 2005. 408 

с

.

3. 

Гуревич

Ю

.

Е

., 

Либова

Л

.

Е

. 

Применение

математических

моделей

электрической

нагрузки

в

расчетах

устойчиво

-

сти

энергосистем

и

надежности

электроснабжения

про

-

мышленных

предприятий

. 

М

.: 

Элекс

-

КМ

, 2008. 248 

с

.

4. 

ГОСТ

Р

 58058-2018. 

Единая

энергетическая

система

и

изолированно

работающие

энергосистемы

. 

Устойчи

-

вость

энергосистем

. 

Нормы

и

требования

. 

М

.: 

Стандар

-

тинформ

, 2018. 12 

с

.

5. 

Арцишевский

Я

.

Л

. 

Техперевооружение

релейной

защи

-

ты

и

автоматики

систем

электроснабжения

предприятий

непрерывного

производства

. 

М

.: 

Энергопрогресс

, 2011. 

93 

с

.

6.  Reliability Standards for the Bulk Electric Systems of North 

America. January 1, 2007, North American Electric Reliability 
Council.

7. 

Кучеров

Ю

.

Н

., 

Гуревич

Ю

.

Е

. 

Проблемы

обеспечения

безопасности

потребителей

и

объектов

электроэнерге

-

тики

при

нарушениях

работы

энергосистемы

 // 

Энерге

-

тик

, 2007, 

№

 8. 

С

 8–12.

8. 

Приказ

Минэнерго

России

от

 6 

июня

 2013 

г

. 

№

 290 «

Об

утверждении

правил

разработки

и

применения

графи

-

ков

аварийного

ограничения

режима

потребления

элек

-

трической

энергии

  (

мощности

) 

и

использования

проти

-

воаварийной

автоматики

», 

зарегистрирован

в

Минюсте

России

 9 

августа

 2013 

г

. 

№

 29348.

9. 

Правила

технологического

присоединения

энергоприни

-

мающих

устройств

потребителей

электрической

энер

-

гии

, 

объектов

по

производству

электрической

энергии

, 

а

также

объектов

электросетевого

хозяйства

, 

принадле

-

жащих

сетевым