Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск
№ 2 (2015)
Скачать выпуск PDF

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА 

5-10 589
Аннотация

Токовые защиты линий распределительных сетей 6–35 кВ используются для их защиты от междуфазных коротких замыканий. Главный недостаток состоит в относительно больших выдержках времени последних ступеней, особенно на головных участках сети, вследствие ступенчатых характеристик срабатывания, а также значительного количества ступеней. Полноценная защита линий 6–35 кВ от междуфазных коротких замыканий может быть обеспечена двухступенчатой токовой защитой, у которой первая ступень – токовая отсечка без выдержки времени, а вторая – максимальная токовая защита с выдержкой времени, линейно зависящей от расстояния от места установки защиты до точки повреждения. В статье представлены формулы расчета характеристик выдержек времени второй ступени и их примерный графический вид. Авторами предложен вариант решения проблемы с расчетом выдержек времени второй ступени защиты в тех случаях, когда от шин подстанции, расположенной в конце защищаемой линии, отходят несколько присоединений.

Совершенствование  токовых  защит  линий  6–35  кВ  с  односторонним  питанием от междуфазных коротких замыканий может быть основано на использовании в совокупности таких принципов, как: учет места и вида коротких замыканий, что обеспечивает расширение зоны мгновенного отключения быстродействующей ступени и ее независимость от вида повреждения и режима работы сети, а также позволяет увеличить чувствительность последней ступени к несимметричным коротким замыканиям; определение места коротких замыканий по результатам измерения только токов повреждения, что упрощает выполнение защиты; выполнение последней ступени защиты с линейно зависимой выдержкой времени, что обеспечивает возможность повышения ее быстродействия.

11-20 899
Аннотация

Предложен способ выбора номинальной мощности силовых масляных трансформаторов с учетом более точного расчета их нагрузочной способности. Аргументирован более точный метод определения нагрузочной способности силовых масляных трансформаторов, допускаемый действующими нормативными техническими документами. Основное внимание уделено анализу требований нормативных технических документов по выбору номинальной мощности силовых масляных трансформаторов. Проведен критический анализ сложившегося предельно упрощенного метода выбора номинальной мощности силовых трансформаторов и обоснована его несостоятельность. Выполнены обзор и анализ существующих нормативных технических документов по выбору номинальной мощности силовых масляных трансформаторов. Проанализирована эволюция требований нормативных технических документов.

Показано, что все методы выбора номинальной мощности силовых трансформаторов являются упрощениями метода определения допустимых нагрузок трансформаторов, основанного на расчете тепловых переходных процессов. Аргументировано, что требования о допустимости любого режима работы трансформатора наиболее точно могут быть выражены в виде допустимых температур критических точек, а допустимые коэффициенты перегрузки, используемые в большинстве применяемых методов, являются лишь косвенно определяемыми величинами. Приведены значения допустимых температур критических точек, регламентированные нормативными техническими документами.

Указаны возможные ошибки упрощенного метода выбора номинальной мощности силовых масляных трансформаторов. Для иллюстрации возможных ошибок приведены результаты расчетов математического моделирования тепловых переходных процессов в трансформаторах при принятых в упрощенном методе условиях. Результаты расчетов тепловых переходных процессов в трансформаторе для произвольного графика электрических нагрузок продолжительностью 168 ч демонстрируют возможности предлагаемого метода.

20-26 398
Аннотация

Токопроводящие жилы силовых электрических кабелей должны быть стойкими к воздействию токов короткого замыкания, значения которых зависят от материала жилы, площади ее поперечного сечения, свойств изоляции кабеля, температуры окружающей среды, а также времени протекания тока короткого замыкания (1 и 3–4 с при испытаниях на динамическую и термическую стойкость). Установки для испытания токами короткого  замыкания  кабелей  напряжением  10  кВ  с  алюминиевыми  жилами  должны обеспечивать ток динамической стойкости 56,82 кА, ток термической стойкости 11,16 кА. Такие значения испытательных токов наилучшим образом обеспечивают конденсаторы. Использование традиционных конденсаторных установок повлечет большие затраты на строительство и эксплуатацию отдельного помещения. В качестве источника питания испытательных установок, где требуются токи значениями десятки килоампер, целесообразно использовать конденсаторы с двойным электрическим слоем – суперконденсаторы.

При проведении испытаний токами короткого замыкания напряжение на изоляции не стандартизировано, поэтому силовые электрические кабели с изоляцией на 10 кВ токами термической и динамической стойкости не запрещено  испытывать при напряжении менее 10 кВ. График изменения напряжения суперконденсатора во времени состоит из двух участков: емкостного и резистивного. Емкостный участок представляет собой  изменение  напряжения  вследствие  изменения  энергии  в  суперконденсаторе. Резистивный участок демонстрирует изменение напряжения из-за наличия активного сопротивления суперконденсатора.

Предложен алгоритм определения необходимого числа суперконденсаторов для испытания силовых электрических кабелей на напряжение 10 кВ токами термической и  динамической  стойкости.  Показано,  что  при  использовании  суперконденсаторов в установках испытания кабелей токами короткого замыкания площадь помещения, занимаемого суперконденсаторами, более чем на порядок меньше площади, занимаемой традиционными конденсаторами.

26-34 550
Аннотация

Проанализированы методы, влияющие на режим автономной работы участков сети с распределенными источниками электроэнергии (распределенной генерацией), подключение которых к энергосистеме осуществляется посредством специальных распределенных инверторов. Выявлены причины, по  которым автономная  работа является нежелательной; рассмотрены последствия автономно-несинхронной работы участков сети при изоляции. Эти проблемы характерны для современных электрических распределительных сетей Smart Grid. Для выявления изолированного режима использовали пассивные и активные методы. Пассивные методы – это только наблюдение за напряжением и/или частотой в точке общего присоединения, и если измеряемые величины выходят за установленные пределы, инвертор отключается. Несмотря на свою простоту, пассивные методы не могут обеспечить выявление изолированного режима, особенно в тех случаях, когда количество распределенной выработки электроэнергии равняется нагрузке потенциально изолированного участка сети. Активные методы предполагают воздействие со стороны инвертора на сеть с тем, чтобы выявить отклонение от нормальных параметров режима в точке общего присоединения. Такие методы помогают лучше выявлять изолированный режим, но их использование снижает качество работы энергосистемы.

Отмечено, что распознание режима автономной работы участков сети, по существу без нулевой зоны необнаружения, возможно только с использованием эффективных антиизолирующих схем, таких как подключение к отключенному сегменту сети батареи конденсаторов. При необходимости обеспечения повышенной живучести и бесперебойности электроснабжения рекомендуется предусматривать в инверторах для источников распределенной генерации блокировки функции обнаружения автономной работы.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА 

35-47 604
Аннотация

Качество регулирования уровня воды в барабане котлов тепловых электростанций и парогенераторов атомных электростанций во многом определяют надежность и экономичность их работы. Последнее может быть достигнуто путем значительного уменьшения времени работы исполнительных механизмов, что напрямую зависит от качества регулирования.

Рассмотрены зарубежные методы настройки ПИД-регулятора в каскадной системе автоматического регулирования уровня воды в барабане котла, на базе которой предложена инвариантная каскадная система автоматического регулирования. В такой системе предложено не измерять внешнее возмущение, например расход пара, а параллельно реальному инерционному участку объекта регулирования реализовать модель этого участка. Разница текущего значения уровня воды в барабане и выхода модели инерционного участка объекта регулирования подается на вход устройства компенсации эквивалентного внешнего возмущения. Это позволяет использовать устройство компенсации в замкнутом контуре, следовательно, качество регулирования улучшается при воздействии любых внешних возмущений. Сравнительный анализ результатов моделирования каскадной системы автоматического регулирования с ПИД-регулятором, настроенным по зарубежным методам, и предлагаемой инвариантной системы показал значительное  улучшение качества регулирования  в последней, а именно: в 2,5 раза повышается быстродействие системы при отработке скачка задания, максимальная величина перерегулирования уменьшается с 42,5 до 10,0 %; при отработке внутреннего возмущения время регулирования сокращается на 33 %, максимальная динамическая ошибка регулирования – на 65 %; время отработки внешнего топочного возмущения уменьшается в два раза, максимальная динамическая ошибка регулирования – на 63 %; максимальная динамическая ошибка регулирования при отработке внешнего возмущения расходом перегретого пара уменьшается на 71 %, время регулирования сокращается в 1,5 раза.

47-60 441
Аннотация

Повышение комфортности и безопасности жилья – одно из основных требований при капитальном ремонте, реконструкции старых и строительстве новых жилых зданий. Существенным фактором этого является замена источников приготовления бытовой горячей воды с  квартирных  газовых  водонагревателей  на  общедомовое горячее водоснабжение за счет централизованного теплоснабжения. Крайне неравномерное потребление горячей воды жильцами за сутки приводит к необходимости резкого увеличения уровня централизованного теплоснабжения в течение нескольких часов в сутки, что требует существенного повышения тепловой мощности источников. Поэтому предлагается на период кратковременного пикового потребления горячей воды значительную часть (до 50 %) расхода теплоты на централизованное отопление и вентиляцию направить на приготовление горячей воды.

При замене квартирных газовых водонагревателей на общедомовое горячее водоснабжение высвобождается большое количество природного газа, которое можно использовать  не  только  для  получения  необходимой  тепловой,  но  и  электрической энергии. Особенно выгодна такая замена при доставке к жилым районам теплоты от ТЭЦ, где значительная часть теплоты, особенно в относительно теплое время года, выбрасывается в атмосферу. Содержание статьи основано на нескольких полученных ранее патентах.

60-72 432
Аннотация

Представлен  анализ  вариантов  обновления  газомазутных  энергоблоков  мощностью 300 МВт (замещение паросиловых энергоблоков на энергоблоки с парогазовыми установками, техническое перевооружение энергоблоков путем реконструкции или модернизации паровой турбины, осуществление замены паровой турбины на аналогичную новую турбину, продление срока службы находящегося в эксплуатации оборудования). Варианты обновления энергоблоков указанного типа на ТЭС России могут базироваться на различных технических решениях, основанием для выбора которых должны служить среднеи долгосрочная перспективы структуры их топливного баланса (природный  газ,  синтез-газ,  мазут,  пылеугольное  топливо,  включая  обогащенный  уголь и отходы производства углеобогащения), выставляемые ОАО «СО ЕЭС» требования по участию энергоблоков в регулировании частоты и перетоков мощности, развитие в стране распределенной генерации и связанные с этим перспективы использования установленной мощности реконструированных ТЭС в соответствующих узлах энергосистемы, развитие смежных отраслей экономики страны, темпы освоения экологически чистых отечественных парогазовых и угольных технологий, создание конкурентоспособной отечественной элементной базы микроэлектроники.

Внедрение импортных парогазовых установок требует совершенствования в стране ремонтно-сервисного обслуживания, провоцирует повышенные риски и материальные затраты, способствует снижению уровня энергетической и национальной безопасности государства. Ориентация энергетиков страны на импортные газовые турбины большой единичной мощности не способствует развитию отечественного энергомашиностроения. Для снижения стоимости оборудования ТЭС на 12–15 % энергетикам целесообразно сформировать перспективный заказ на продукцию на период после 2016 г. С учетом складывающейся политической и экономической обстановки в мире техперевооружение ТЭС стран Восточно-Европейского региона в среднесрочной перспективе пойдет по пути реконструкции/модернизации оборудования энергоблоков 300 МВт и продления установленных сроков его службы.

72-80 507
Аннотация

Для эффективной трансмутации радиоактивных изотопов в стабильные с использованием нейтронов требуются высокие плотности потока нейтронов и спектр со значительной долей быстрых и резонансных нейтронов. Ряд сеансов облучения определенной длительностью по времени желательно чередовать с переделами состава отходов. Количество таких изотопов в отработанном топливе коммерческого реактора составляет порядка 1 %, массы отдельных изотопов в загрузке – до нескольких десятков килограммов. Рассматривается перспективный ядерный реактор для трансмутации радиоактивных отходов в части принципиального устройства, теплофизики и гидродинамики. Активная зона реактора сформирована подвижными микротвэлами, образующими устойчивый плотный кольцевой слой. Слой вращается внутри неподвижной вихревой камеры за счет энергии потока теплоносителя – воды. Микротвэлы охлаждаются теплоносителем непосредственно.

Расчетная оценка мощности устройства с водой под давлением 1–5 МВт на 1 л слоя. Условие отсутствия кипения устанавливает наиболее значительные ограничения на мощность. Объем слоя ограничен несколькими десятками литров, поскольку с увеличением размера камеры уменьшаются ускорение вращения и сила, удерживающая микротвэлы на свободной поверхности слоя. Для достижения критичности загрузки ядерного топлива при ограничениях на обогащение предлагается и обосновывается расчетами активная зона, составленная из нескольких слоев или слоя с большим отношением объема к площади поверхности. Вихревые камеры в случае активной зоны из нескольких слоев могут иметь объединенные выходы теплоносителя вдоль оси. Использование камер с противоположными закрутками в составных активных зонах с общим выходом позволяет уменьшить закрутку потока ниже вихревого реактора по ходу теплоносителя.

80-87 558
Аннотация

Струйные насосы широко применяются как в энергетике, так и в других отраслях техники. Их основным недостатком является невысокая эффективность работы, который усиливается при работе струйных насосов с малым коэффициентом эжекции. Такие режимы работы иногда обусловлены характером технологического процесса, и поэтому их невозможно избежать. Статья посвящена поиску путей повышения эффективности работы центральных эжекторов при малых коэффициентах эжекции.

Путем математического моделирования изучены особенности кинематической структуры потока в камере смешения центрального эжектора, работающего с малыми коэффициентами эжекции. Математическое моделирование проводили с помощью прикладного пакета Solid Works Cosmos Flo. Показано, что в таких условиях у стенок камеры смешения образуются зоны обратных течений, которые снижают эффективность работы струйного аппарата. Потери энергии тем больше, чем большие размеры обнаруженных зон. Определены режимные области, в которых возникают зоны отрывного течения. Для предотвращения возникновения этих зон предложено замещать область их существования твердой поверхностью – телами замещения. По результатам математического моделирования определены геометрические параметры тел замещения для центральных эжекторов с разными модулями и коэффициентами эжекции, а также дано математическое описание их формы. Математическое и физическое моделирование работы центральных эжекторов с телами замещения показало возрастание коэффициентов напора и полезного действия таких аппаратов по сравнению с эжекторами традиционной формы. Повышение эффективности происходит в достаточно широком диапазоне режимов работы.

Предложенный метод повышения эффективности работы центральных эжекторов достаточно прост и не требует существенных финансовых затрат при реализации.

ЭКОНОМИКА ЭНЕРГЕТИКИ 

88-94 545
Аннотация

Рассмотрены основные аспекты коммерческой реализации ветроэнергетических проектов как прикладной части ветроэнергетики с целью оценки жизнеспособности и финансовой реализуемости указанных проектов. Представлены результаты опыта коммерческой эксплуатации за 10-летний период двух ветропарков, выполненных на базе трех ветроустановок (ВЭУ) типа NORDEX N54 мощностью 1,0 МВт каждая с высотой башни 60 м, расположенных в пунктах Ужава и Алсунга на побережье Балтийского моря Республики Латвия. Результаты получены путем сравнения ветровых условий мест расположения и основных экономических показателей работы ВЭУ рассматриваемых ветропарков. Сравнение производили по следующим оценочным показателям: годовая выработка электроэнергии, средние годовые доходы, полученные за рассматриваемый период,  себестоимость  электроэнергии.  Ветровые  условия  мест  расположения  ВЭУ и удаление этих мест  от береговой линии влияют на экономические показатели работы ВЭУ, которые дают цельное представление о жизнеспособности и финансовой реализуемости ветроэнергетических проектов.

На основе анализа полученных данных показано, что величина относительной произведенной электроэнергии понижается на 10 % с каждым километром удаления местоположения ветропарка от береговой линии Балтийского моря. Также отмечено, какое влияние оказывают ветровые условия окрестной местности и удаленность мест расположения ВЭУ от береговой линии на себестоимость электроэнергии, вырабатываемой ветропарками. Представленные результаты целесообразно в последующем использовать для оценки ветроэнергетического потенциала конкретного района и выбора места расположения ветропарка, а также при принятии конкретных управленческих решений в ходе реализации коммерческих ветроэнергетических проектов.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1029-7448 (Print)
ISSN 2414-0341 (Online)