Тезисы докладов. 5 региональная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Электроэнергетика

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.И. ЛЕНИНА»

_______________________________________________________

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА

ПЯТАЯ РЕГИОНАЛЬНАЯ

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

СТУДЕНТОВ И АСПИРАНТОВ

ЭНЕРГИЯ-2010

ИВАНОВО, 21 апреля 2010 г.

МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ

ТОМ III

___________________________________________

ИВАНОВО ИГЭУ 2010

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА: Материалы региональной научно-

технической конференции студентов и аспирантов / ГОУ ВПО «Иванов-

ский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». 

Иваново, 2010.  Т. 3.  236 с.

Помещенные в сборник тезисы докладов студентов и аспирантов

электроэнергетического факультета Ивановского государственного энер-

гетического университета отражают основные направления научной дея-

тельности кафедр в области электроэнергетики и высшего профессио-

нального образования.

Сборник предназначен для студентов, аспирантов и преподавателей

вузов, интересующихся вопросами электроэнергетики.

Тексты тезисов представлены авторами в виде файлов, сверстаны и

при необходимости сокращены. Авторская редакция сохранена.

ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ КОМИТЕТ

Председатель оргкомитета: проректор по научной работе, д.т.н.,

проф. В.В. ТЮТИКОВ.

Члены оргкомитета: декан электроэнергетического факультета,

профессор А.Ф. СОРОКИН, зав. кафедрой «Автоматическое управление

электроэнергетическими системами», д.т.н., профессор В.А. ШУИН,

зав. кафедрой «Теоретические основы электротехники и электротехноло-

гий», д.т.н., профессор В.А. МАРТЫНОВ, зав. кафедрой «Электриче-

ские станции и диагностика электрооборудования», д.т.н., профессор

А.Н. НАЗАРЫЧЕВ, зав. кафедрой «Высоковольтные электроэнергетика,

электротехника и электрофизика», к.т.н., доцент В.Ф. ВОРОБЬЕВ,

зав. кафедрой «Электрические системы», к.т.н., доцент А.Ю. МУРЗИН,

заместитель декана электроэнергетического факультета по научной рабо-

те к.т.н., доцент А.В. МАКАРОВ.

СЕКЦИЯ 11

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Председатель – д.т.н., профессор Слышалов В.К.

Секретарь – ассистент Полкошников Д.А.

Г.В. Чекан, асп.; рук. В.К. Слышалов, д.т.н., проф.

РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ

ПОДСТАНЦИЙ ПРИ НАЛИЧИИ АВР

В настоящее время актуальна проблема оценки надежности различ-

ных элементов электрических сетей. Наиболее важную роль здесь играют

подстанции для потребителей первой категории: они могут являться как

элементами городских распределительных сетей, так и элементами сетей

промышленных предприятий. Для этих подстанций характерно наличие

на них не менее двух трансформаторов и системы автоматического

включения резерва.

Из вышесказанного следует, что расчет показателей надежности та-

ких подстанций особенно актуален. Для этого предлагается использова-

ние инженерной методики расчета показателей надежности, на основе

теории марковских процессов [1].

Преимуществами предложенной методики являются:

- большая универсальность и реализация на ЭВМ;

- возможность расчета динамики процесса изменения показателей

надежности во времени;

- наглядность графа состояний моделируемой системы;

Для определения показателей надежности был рассмотрен вариант

обслуживания, наиболее приближенный к действительности, когда рабо-

тает одна ремонтная бригада.

Система электроснабжения обобщенной подстанции, питающей потре-

бителей первой категории, может находиться в одном из 6 состояний (рис. 1):

(1) оба блока трансформаторов работают;

(2) авария одного, другой работает;

(3) плановый ремонт одного, другой работает;

(4) плановый ремонт одного, отказ другого;

(5) оба в аварийном состоянии;

ЭНЕРГИЯ-2010

(6) отказ системы АВР при работе только одного блока транс-

форматоров.











АВР



АВР



АВР



АВР



Рис. 1. Граф переходов и состояний для обобщенной подстанции

Интенсивности отказов (λ) и восстановлений (μ) были взяты при-

ближенно по [2], за отсутствием более актуальных данных.

Данному графу соответствует система дифференциальных уравнений:

 

   

 

   

 

   

 

   

 

   

 

   

1 2 3

(4)

(6)

2 2 ,

ПП

АВР П

АВР

П П АВР АВР

АВР АВР АВР

dP t

P t P t P t

dP t

P t P t P t

P t P t

dP t

P t P t P t

dP t

P t P t

dP t

P t P t

dP t

P t P t P t

   

    



    



  





    



     







    











  





(1)

Секция 11. Электрические системы

Работоспособными являются состояния 1, 2, и 3; тогда коэффициент

готовности можно определить, решая систему уравнений (1):

     

1 2 3

К P P P  

Исходя из полученных результатов, можно сделать следующие выводы:

- предложена достоверная математическая модель для определе-

ния показателей надежности подстанций, питающих потребителей

1 − 2 категории.

- разработанную математическую модель можно использовать для

автоматизированного расчета показателей надежности.

Библиографический список

1. Половко А. М., Гуров С. В. Основы теории надежности. – 2-е изд., перераб. и

доп. – СПб.: БХВ, 2006. – 704 с.

2. Электротехнический справочник: в 4 т. Т. 3. Производство, передача и распреде-

ление электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова [и др.]. –

9-е изд. – М.: Издательство МЭИ, 2004. – 964 с.

Ю.В. Кандалов, асп.; рук. В.К. Слышалов, д.т.н., проф.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ ТРУБОРОВОД – ЗЕМЛЯ

ПРИ СИНУСОИДАЛЬНОМ ТОКЕ

Приведенная на рис. 1 схема трубопровода, в электрическом отно-

шении характерна тем, что участки длины ℓ

разделены на n (n >> 2)

меньших участков опорами трубопровода, установленными с учетом то-

пографических особенностей местности, т.е. неравномерно. Длины этих

участков ℓ

(k = 1, 2, …, n) в сумме дают расстояние ℓ

между компенса-

торами. Крепление трубопровода к стойкам осуществляется металличе-

скими (стальными) хомутами, которое могут использоваться в двух вари-

антах: с изолирующей втулкой на трубе и без нее, т.е. при отсутствии или

наличии электрического контакта между трубой и стойкой, следователь-

но в режимах изоляции от «земли» и заземления.

Таким образом, должны быть рассмотрена модель трубопровода, со-

стоящего из последовательно соединенных отдельных участков, имею-

щих сосредоточенные поперечные утечки за счет заземлителей опор

(рис. 1), т.е. в форме электрической цепи, образованной каскадно соеди-

ненными четырехполюсниками, каждый из которых соответствует от-

дельному участку длины ℓ

ЭНЕРГИЯ-2010

ℓ

Грунт

Воздух

x = 0

(x)

По AA

x = ℓ

 



 

Рис. 1. Геометрические характеристики участка трубопровода: 1 – трубопровод 2736,0;

2 – стойка 1594,5; 3 – бетонный фундамент стойки (заземлитель); 4 – монтажный хомут;

6 – компенсатор; пунктирный контур 5 иллюстрирует способ применения метода изображе-

ний при расчете сопротивления заземлителя

В этом случае каждая из опор (стоек) трубопровода, число которых

на участке длины ℓ

полагаем равным n  10 при расстоянии между ними

k k c











заземлена (1) через сопротивление r

зk

. Эту ситуацию

поясняет рис. 2.

зk

k + 1

зk+1

зk

зk−1

з0

ℓ

зk−1

k + 2/2

ℓ

k + 1

k + 1/2

k/2

Рис. 2. Цепная схема замещения трубопровода

Каждый из участков длины ℓ

представлен на электрической схеме

замещения T-образным четырехполюсником с параметрами

 

Эф эф k

r j L







Y j C





. (1)

Все четырехполюсники симметричные и соединены каскадно, т.е.

также образуют симметричный четырехполюсник. Нагрузкой каждого из

них является сопротивление заземления стойки r

. Здесь необходимо за-

метить следующее: все эти сопротивления не могут быть одинаковыми в

Секция 11. Электрические системы

силу их зависимости от множества различных факторов (удельного со-

противления грунта, качества изготовления и монтажа заземлителя и

т.д.), поэтому расчетное значение r

зк

считаем зависящим от номера стой-

ки k и равным некоторому значению, которое определяется средним со-

противлением грунта



ГК

на участке

.... ...

з з зк зn

r r r r    

. (2)

Для описания четырехполюсника воспользуемся уравнениями в

форме A [3, 4]:

1 2 2

U AU BI

I CU DI















(3)

Схема соединения элементов четырехполюсника приведена на рис. 2

и в обобщенном изображении имеет вид см. рис. 3.

1/2

Z Z Z



Рис. 3. Схема замещения четырехполюсника, соответствующая участку трубопроводу длины ℓ

Коэффициенты A, B, C, D уравнений (3) вычисляются через сопро-

тивления

по выражениям (табл. 14 – 1, [2]):



;









;



; D = A (4)

Вторичные параметры четырехполюсника – характеристическое со-

противление

и постоянная передачи g связывают с его коэффициен-

тами формулы:

Z z e B c

;

 

ln ln ln

g a jb A BC

     

, (5)

где a – собственный коэффициент затухания; b – собственный коэффици-

ент фазы четырехполюсника.

ЭНЕРГИЯ-2010

Напомним, что постоянная g определяется в режиме согласования.

Входное сопротивление четырехполюсника

вх

Az B

Cz A







где

 сопротивление нагрузки.

Можно показать [5], что уравнения (3) для симметричного четырех-

полюсника преобразуются к форме

1 2 2

;

U U chg I z shg

shg

I U I chg















chg,

shg

shg, .

B Z C



(6)

В данной модели выполняется условие (2), а все величины в уравне-

ниях (6) зависят от номера участка k. Следовательно, имеем n пар урав-

нений типа (6) для величин

, g

и т.д. При каскадном соедине-

нии n четырехполюсников схема замещения для модели трубопровода

имеет вид:

1,2

з1

2,3

1,nn



2,3

Рис. 4. Схема каскадного соединения n четырехполюсников

В этой схеме нагрузкой каждого T-образного четырехполюсника,

кроме n-го, является эквивалентное сопротивление параллельно соеди-

ненных сопротивлений r

– собственного и

вх

– последующей цепи. Для

i-го четырехполюсника, например, получаем

зi вхi

нi

зi вхi









, (7)

где

1зi вх i



− входное сопротивление цепи, состоящей из i + 1,

i + 2, …, и т.д. до n-го четырехполюсника.

Таким образом, начав расчет с n-го четырехполюсника, нагрузкой

которого является сопротивление заземления r

зn

, и определив его входное

сопротивление по формуле, получаемой из (6):

Секция 11. Электрические системы

зn n

вхn c

зn n

r Z thg

r thg Z







, (8)

выполняем расчет по (7) для четырехполюсника номера n – 1 и т.д. до

определения Z

н1

и Z

вх1

. Аналогичным образом для любого четырехполюс-

ника при определении Z

вхi

в (8) взамен r

зn

следует подставить Z

нi

Дальнейший расчет идет по уравнениям (3) или (8), в которых по за-

данному значению

определяется

(или наоборот), затем находится

значения

Описанная методика несколько громоздка и поэтому оказывается

целесообразным выполнить предварительное преобразование исходных

симметричных Т-образных четырехполюсников в несимметричные объ-

единив их с сопротивлением r

. Для этого к симметричному четырехпо-

люснику каскадно подключается одноэлементный четырехполюсник с

параллельной ветвью [3], схема и уравнения которого даны на рис. 5.

1 2 2

1 1 2

, 1, 0;

, , 1.

U AU BI A B

I CU I C D



   

    

(9)

Рис. 5. Схема и уравнения одноэлементного четырехполюсника

При каскадном соединении следует перемножить матрицы уравне-

ний (3) или (9)

1 1 2 2 1 1

A B A B A B

C D C D C D



   



. (10)

Уравнения, соответствующего (10) четырехполюсника, имеет вид

1 1 2 1 2

U A U B I

I C U D I





  















  









(11)

ЭНЕРГИЯ-2010

должно быть записаны для каждого из n четырехполюсников. В цепной

схеме замещения (рис. 4) при этом исключаются все ветви с элементами

зk

(k = 1, 2, …, n) и она приобретает вид:



1з



1з



2з



2з



зk



зk



зn



зn





Рис. 6.

Целью дальнейших преобразований является получение коэффици-

ентов эквивалентного цепи (рис. 6) четырехполюсника и определение со-

противлений Z

, Z

и постоянной передачи g.

Первая из этих задач решается путем поперечного перемножения

матриц коэффициентов соседних двухполюсников, как это было сделано

выше (10). Через коэффициенты этого четырехполюсника A, B, C, D вы-

числяются искомые параметры. Формулы для вычисления приводим без

пояснений из [2].

 

1 1 2 2

;

ln ; ;

k x k x

Z AB CD Z Z

Z DB CA Z Z

g AD BC chg AD

thg Z Z Z Z













  









(12)

Обратные отношения

; ;

; D ;

A chg B Z Z chg

shg

C chg





(13)

Рассмотренная модель позволяет оценить изменения синусоидаль-

ного тока и напряжения в пределах участка трубопровода

k





с учетом конкретных характеристик отдельных участков

: их длин,

удельного сопротивления грунта, сопротивления заземления опор, высо-

ты трубопровода над землей и т.д.