Определена надежность главной схемы электрических соединений атомной электрической станции, на которой установлено два блока мощностью 1200 МВт каждый. Надежность, экономичность, маневренные свойства атомной электрической станции во многом определяются ее главной схемой, поэтому выбор схемы при проектировании и ее состояние в процессе эксплуатации – важнейшие задачи. Главные схемы электрических соединений атомной электрической станции выбираются на основании схемы сетей энергосистемы и того участка, к которому присоединяется данная электростанция. Схема присоединения атомной электрической станции к энергосистеме в нормальных исходных режимах на всех стадиях сооружения такой станции должна обеспечивать выдачу полной введенной мощности атомной электростанции и сохранение устойчивости ее работы в энергосистеме без воздействия противоаварийной системной автоматики при отключении любой отходящей линии электропередачи. При выборе главной схемы учитываются: единичная мощность устанавливаемых агрегатов и их число; очередность развития станции и энергосистемы; напряжения, на которых выдается электроэнергия станции; токи короткого замыкания для распределительного устройства повышенного напряжения и необходимость их ограничения схемным путем; наибольшая мощность, которая может быть потеряна при повреждении любого выключателя. Модель надежности главной схемы электрических соединений призвана выявить все виды аварий, возможных при совпадении отказов элементов с ремонтными и эксплуатационными режимами, отличающимися составом и повреждаемостью оборудования, а также при развитии аварий из-за отказов срабатывания аппаратов и устройств релейной защиты и автоматики.

Рассмотрены методы моделирования режимов энергосистем и испытания устройств релейной защиты с помощью комплексов моделирования в реальном времени и с помощью компьютерных программных комплексов, позволяющих выполнять моделирование в режиме условного масштаба времени. Информационные входные сигналы защиты при моделировании в режиме условного модельного времени получаются в ходе вычислительного эксперимента, а испытания устройств защиты проводятся с помощью аппаратно-программных испытательных комплексов с использованием расчетных входных сигналов. Исследование устойчивости энергосистемы при изменении режимов генерирующего и потребляющего электрооборудования, состояния устройств релейной защиты требует проведения испытаний с помощью цифровых симуляторов в режиме замкнутого контура. При этом должны быть определены (смоделированы) обратные связи между функционирующей в режиме реального времени моделью энергосистемы и внешними устройствами или их моделями. Выполнено моделирование в режиме реального времени и проведен анализ мирового опыта использования цифровых симуляторов энергосистемы для моделирования в реальном времени (RTDS-симулятор). Приведены примеры использования комплексов RTDS зарубежными энергокомпаниями для проверки систем релейной защиты и управления, тестирования взаимодействия различного оборудования и устройств автоматического регулирования, анализа кибербезопасности и оценки функционирования энергосистем при различных сценариях протекания чрезвычайных ситуаций. Представлены количественные данные по распространению RTDS в различных странах мира и России. Отмечается, что ведущие энергетические вузы России используют симуляторы реального времени не только для решения научно-технических задач, но и для проведения учебных и лабораторных занятий по моделированию электрических сетей и противоаварийной автоматики со студентами и аспирантами. Для проверки работоспособности устройств релейной защиты без учета реакции энергосистемы испытания могут проводиться в режиме разомкнутого контура с использованием аппаратно-программных испытательных комплексов. Предложены способы испытания релейных защит и их моделей в режиме разомкнутого контура.

Грозовой импульс напряжения, обусловленный набегающими с линии высокого напряжения на подстанцию волнами грозовых перенапряжений, вызывает ток в шинах, который вследствие магнитного влияния индуктирует во вторичных цепях перенапряжения. Перенапряжения в системе «провод – земля» рассматриваются как помехи, представляющие опасность в отношении возможности электрического повреждения устройств релейной защиты и автоматики подстанций. Используя обратное преобразование Лапласа, получено решение задачи магнитного влияния первичных цепей на вторичные цепи во временной области в зависимости от времени переходного процесса, который всегда возникает при распространении по шинам импульса напряжения. Выполнена оценка уровня перенапряжений в системе «провод – земля» для случая несрабатывания шинных нелинейных ограничителей перенапряжений и разрядников, когда грозовой импульс напряжения распространяется по шинам без деформации по их длине. Получены решения для перенапряжений во вторичных цепях, по которым можно оценить предельно повышенный, пониженный и средний повышенный уровни перенапряжений. Методом вычислительного эксперимента проведена оценка уровней перенапряжения для распределительных подстанций напряжением 110 и 220 кВ. Полученные результаты сопоставлены с нормируемыми значениями напряжения помех. Разработанный метод расчета импульсного магнитного влияния первичных цепей на вторичные цепи подстанций при распространении по высоковольтным шинам грозового импульса напряжения для случая несрабатывания нелинейных ограничителей перенапряжений и разрядников на стадии проектирования и эксплуатации подстанций может использоваться как тестовый для оценки электрической стойкости устройств релейной защиты и автоматики от грозовых и коммутационных перенапряжений.

Решение задачи обеспечения надежной работы электроэнергетической системы в стационарных и переходных режимах, предотвращения перехода в асинхронный режим, сохранения и восстановления устойчивости послеаварийных процессов основывается на формировании и реализации математических моделей процессов такой системы. При работе электроэнергетической системы в асинхронном режиме, помимо основных частот, в состав токов и напряжений входят гармонические составляющие, частоты которых кратны разности основных частот. При двухчастотном асинхронном режиме система эквивалентируется в виде двухмашинной системы, работающей на обобщенную нагрузку. В статье приведены математические модели переходного процесса двухмашинной системы в натуральной форме и в системе координат d–q. Рассмотрена математическая модель двухмашинной системы при наличии у роторов двух обмоток возбуждения, показаны разновидности математических моделей (тривиальная, упрощенная, полная) переходных процессов электроэнергетической системы. Переходный процесс синхронной двухмашинной системы описывается полной моделью. Качество переходных процессов синхронной машины зависит от числа обмоток возбуждения ротора. При наличии двух обмоток возбуждения на роторе (дуальная система возбуждения) математическая модель электромагнитных переходных процессов синхронной машины представляется в комплектной форме, т. е. в системе координат d, q, а ток ротора – обобщенным вектором. При асинхронном ходе в синхронной двухмашинной системе при наличии двух обмоток возбуждения на роторе системы токов и напряжений содержат гармоники только двух частот. Приведена математическая модель синхронного стационарного процесса синхронной двухмашинной системы и рассмотрены стационарные режимы при различной структуре задания исходной информации.

Рассмотрена новая методика расчета коэффициента теплопередачи биметаллических ребристых труб аппаратов воздушного охлаждения с учетом внешнего эксплуатационного загрязнения. В отличие от общеизвестных методик, использующих допущение о равномерном распределении слоя эксплуатационного загрязнения с постоянной толщиной по всей поверхности оребрения, в данной методике предполагается, что толщина слоя загрязнения при длительной эксплуатации изменяется неравномерно. При этом толщина слоя загрязнения у основания ребер со временем становится значительно больше, чем на остальной части ребристой поверхности. В основе методики лежит математическая модель, разработанная с использованием метода электротепловой аналогии, согласно которому тепловой поток через стенку ребристой трубы рассматривается условно разделенным на две составляющие: через кольцевой слой внешнего загрязнения, прилегающий к основанию ребер, и через оставшуюся часть внешней ребристой поверхности, покрытую тонким слоем загрязнения. В рамках разработанной методики создан новый способ определения термического сопротивления слоя загрязнения, который базируется на аналитическом решении двухмерной задачи теплопроводности в кольцевом слое. С помощью данной методики для промышленно изготавливаемой биметаллической ребристой трубы проведено исследование влияния степени загрязнения межреберного пространства на коэффициент теплопередачи с учетом интенсивности теплоотдачи воздуха, свойств и состава загрязнения. Установлено, что наибольшее влияние на коэффициент теплопередачи оказывает толщина слоя загрязнения у основания ребер. Это связано, прежде всего, с изменением фактического коэффициента оребрения. Показано, что теплопроводность внешнего загрязнения заметно влияет на коэффициент теплопередачи при работе теплообменника в режиме вынужденной конвекции воздуха.

Определение экономии затрат энергии вследствие реализации принципа регенерации холода относится к числу трудноразрешимых задач эксергетического анализа криогенных систем. В статье рассмотрен способ оценки экономии затрат энергии, обусловленной наличием в схеме криогенной установки теплообменных аппаратов. Проведены расчеты этой экономии для рефрижераторного и ожижительного режимов работы криогенной азотной установки, работающей по простому дроссельному циклу. Способ нахождения экономии является приближенным. Он показал, что для простого дроссельного цикла использование теплообменного аппарата позволяет уменьшить затраты энергии примерно на 30 % независимо от режима работы установки. При этом применение теплообменника дает возможность избежать проблем, связанных с использованием работы, полученной в детандере. Анализ результатов проведенных вычислений показал, что рассматриваемая экономия практически не зависит от режима работы. Для рассчитанных систем определены минимальные давления рабочего тела после компрессора, необходимые для получения заданного количества продукта требуемого качества. Выполненные для цикла Линде расчеты показали, что эта величина зависит от режима работы установки, но существенно меньше давления в цикле. Представленный подход к определению экономии затрат энергии в низкотемпературных системах, обусловленной наличием в их схемах теплообменных аппаратов, может быть применен и для энергетической установки. Для этого нужно переопределить назначение этих аппаратов и изменить в соответствии с ним уравнения эксергетических балансов.

Магнитная жидкость является перспективным смазывающим материалом, например в подшипниках скольжения. С помощью магнитной системы магнитная жидкость удерживается в зазоре трения, что существенно упрощает конструкцию системы смазки. Известно, что при течении обычных смазок (минерального масла, воды) в зазоре между цилиндрами с ростом скорости вращения внутреннего цилиндра происходит переход ламинарного течения в вихревое. При этом резко возрастают потери на вязкое трение. Экспериментально исследованы потери на трение в широком интервале скоростей и возможности их снижения при вихревом течении магнитной жидкости в зазоре между цилиндрами. Выявлено, что при достижении безразмерной скорости – числа Тейлора, равного 41,2, – резко увеличивается угол наклона кривой момента трения, вязкие потери тоже возрастают, т. е. происходит смена ламинарного режима течения на вихревой. Средняя температура в слое магнитной жидкости достигает 60 оC. Этот фактор приводит к повышению испарения жидкости-носителя (воды, минерального масла), что снижает ресурс работы смазки – магнитной жидкости. С целью уменьшения вязкого трения при вихревом течении магнитной жидкости в нее вводятся углеродные нанотрубки, представляющие собой цилиндры диаметром до 5,0 нм и длиной около 0,1 мм. Углеродные нанотрубки проявляют упругость при поперечном изгибе: под воздействием нагрузки изгибаются, а после ее снятия восстанавливают первоначальную форму. Они также способны удлиняться вдоль оси на 16 % и после снятия нагрузки возвращаться в исходное положение. Экспериментально получен эффект снижения трения (около 30 %) при вихревом течении магнитной жидкости введением углеродных нанотрубок в магнитные жидкости МНт-40 и МВ-32. Вероятный механизм уменьшения трения – способность нанотрубок деформироваться под воздействием пульсаций давления и скоростей вихревого потока и частично поглощать часть их энергии. Как показали эксперименты, существует оптимальная весовая концентрация добавки нанотрубок в магнитную жидкость (~10–4), при которой наблюдается максимальный эффект снижения трения на 30 %. Таким образом, введение углеродных нанотрубок в смазку (магнитную жидкость) позволяет снижать вязкое трение и соответственно увеличивать диапазон рабочих скоростей, повышать ресурс смазочного узла.

Статья посвящена проблеме регламентирования деятельности блок-станций на традиционных видах топлива. Целью являлась разработка мер по ограничению влияния блок-станций на Белорусскую энергосистему, поскольку их деятельность имеет негативные экономические последствия. При выполнении исследования были использованы такие методы, как системный анализ, метод аналогий и учета затрат. Проведена сравнительная характеристика энергопроизводства в типовой рабочий день отопительного периода 2013 и 2014 гг. в разрезе конденсационных электростанций, теплоэлектроцентралей и блок-станций. Рассчитан потенциальный ущерб, наносимый блок-станциями энергосистеме, сделан анализ существующих в Республике Беларусь ограничений негативного влияния блок-станций. Разработан комплекс мер в рамках политики регламентирования деятельности блок-станций на традиционных видах топлива: плата за горячий резерв, необходимый энергосистеме в случае отказа работы блок-станции; плата за диспетчеризацию; плата за передачу и распределение. Преимуществами от принятия предлагаемых мер являются: качественный рост энергоэффективности электроэнергетики; снижение себестоимости электрической энергии в целом по энергосистеме; стимулирование рыночных элементов в электроэнергетике; возможность достаточно быстро реагировать на изменение экономических условий.