Проанализированы структура, схемно-конструктивные решения и информационное обеспечение городских электрических сетей в условиях SMART GRID (интеллектуальных электрических сетей). Показано, что новые условия функционирования электроэнергетики, повышение требований к ее технологическому состоянию и надежности в большинстве стран предопределили переход к реструктуризации электрических сетей на базе новой инновационной структуры SMART GRID. Приведены определения, различные атрибуты и признаки SMART GRID в наиболее развитых странах, в том числе и в Беларуси. Установлено, что существующие и перспективные схемные и конструктивные решения, позволяющие автоматизировать процесс управления режимами городских электрических сетей в условиях SMART GRID, весьма разнообразны. Наиболее распространенными в распределительных сетях в настоящее время являются источники распределенной генерации (турбины внутреннего сгорания, ветроустановки, фотоэлектрические установки, мини-ГЭС и т. д.). Проанализированы состояние схем и проблемы информационной наблюдаемости традиционных городских электрических сетей Объединенной энергетической системы Беларуси и показано, что в условиях SMART GRID большинство задач управления режимами, характерных для традиционных распределительных сетей 6–10 и 0,38 кВ, теряют свою актуальность. Поэтому в статье сформулированы и представлены основные направления развития автоматической системы управления режимами SMART GRID.

Высокий уровень эксплуатационной надежности энергетических систем практически невозможно обеспечить без оперативного контроля достоверности измерений переменных (электрических токов, напряжений, мощностей, энергий, температур, давлений), характеризующих состояние энергетического оборудования и технологические процессы. Реформирование и переход энергетики на рыночные отношения вынуждают повышать требования к достоверности измерительной информации. Недостоверные измерения являются потенциальным источником ошибочной диагностики неисправностей оборудования, приводят к неправильной работе противоаварийной автоматики и ошибочным действиям оперативного персонала при управлении технологическими процессами. Оперативные методы контроля достоверности, повышающие эксплуатационную надежность измерительной информации, основываются на использовании семантического значения измеряемых данных, их логичности, технологической непротиворечивости и согласованности. Эти методы используют технологический смысл измеряемых переменных и дополняют методы аппаратурного контроля состояния автоматизированных систем управления на основе цифровых кодов, что повышает общую эксплуатационную надежность передачи, сбора и обработки информации. Наиболее распространенный семантический метод контроля – метод предельных значений («вилок»), когда числовое значение измеряемой переменной сравнивается с верхней и нижней границами достоверных значений. Недостатком метода предельных значений во многих случаях является его низкая разрешающая способность, обусловленная широким диапазоном, в котором располагаются достоверные результаты измерений. Это неоправданно сильно снижает вероятность обнаружения грубых и систематических погрешностей измерения. В связи с этим актуальна задача обоснованного сужения диапазона достоверных значений переменных, для решения которой используется теория статистических решений.

Оценка целесообразности применения кабелей напряжением 6–110 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена по сравнению с кабелями на те же напряжения с бумажно-масляной изоляцией выполнена на основе критерия приведенных затрат. При этом сравнивались между собой кабели различных конструктивных исполнений и материала изоляции: трехжильные с бумажной изоляцией и трехжильные с изоляцией из сшитого полиэтилена; трехжильные с бумажной изоляцией и одножильные с изоляцией из сшитого полиэтилена; одножильные маслонаполненные кабели напряжением 110 кВ с бумажной изоляцией и одножильные кабели напряжением 110 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена. Увеличение длительно допустимого тока нагрузки на кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена из-за большей допустимой температуры его нагрева по сравнению с кабелями с бумажно-масляной изоляцией соответствует как бы увеличению площади поперечного сечения жил кабеля (в размере до 0,61 от первоначальной) и, следовательно, обеспечивает снижение стоимости кабеля за счет снижения стоимости изготовления токопроводящих жил. Приведенные затраты на сооружение и эксплуатацию кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена (при повышении стоимости кабеля в 1,2 и 2 раза по сравнению со стоимостью кабеля с трехжильной изоляцией), несмотря на снижение затрат на изготовление токопроводящих жил и сниженные годовые эксплуатационные расходы (на 9 и 17 % соответственно кабельные линии напряжением до 35 и 110 кВ), оказываются большими приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию кабельных линий с бумажной изоляцией. В настоящее время стоимость одного метра кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена меньше стоимости кабелей типов ААБ, ЦАСБ, ААШв напряжением 10 кВ с алюминиевыми жилами, что обеспечивает безусловную эффективность их применения.

Значение проблемы статической устойчивости стационарного режима энергосистемы для ее функционирования исключительно велико. Исследованию статической устойчивости энергосистемы посвящен ряд работ, однако вопросам статической устойчивости стационарных точек автономного синхронного генератора уделено недостаточно внимания. В статье рассмотрены переходные и резонансные (стационарные) режимы такого генератора при активно-индуктивной и активно-емкостной нагрузках. Приведены математические модели переходных процессов в натуральной форме и в системе координат d, q. Установлено, что математическая модель переходного процесса автономного синхронного генератора идентична математической модели переходного процесса синхронной машины при трехфазном коротком замыкании. Электромагнитные переходные процессы автономного синхронного генератора описываются системой линейных автономных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами, однако схема замещения генератора содержит зависимые источники. Исследована устойчивость стационарного движения автономного синхронного генератора при заданной угловой скорости вращения ротора. Получено условие существования и устойчивости стационарной точки автономного синхронного генератора. Условие существования стационарной точки такого генератора не зависит от активного сопротивления нагрузки и статорной обмотки, а также от индуктивности ротора. Определение стационарных точек генератора сводится к отысканию корней полинома четвертой степени. Построены графики зависимостей электромагнитного момента от угловой скорости вращения ротора (механическая характеристика). Приведены схемы замещения, соответствующие уравнениям переходного процесса автономного синхронного генератора.

Производство, преобразование, передача, распределение и потребление электроэнергии – один непрерывный процесс. Изменение нагрузки, т. е. уровня потребляемой электроэнергии, должно вызывать соответствующее ему изменение уровня вырабатываемой. Это значит, что в энергосистеме должен соблюдаться баланс производимой и потребляемой электроэнергии с учетом технологического расхода на преобразование, передачу и распределение. В противном случае будут нарушены показатели качества электроэнергии. Например, при нарушении баланса активной мощности частота в энергосистеме будет иметь значение, отличающееся от 50 Гц. Одним из автоматических устройств, находящихся на низшей ступени в иерархии автоматической системы диспетчерского управления частотой и перетоками мощности, является система автоматического управления мощностью энергоблоков (САУМБ). Это комплексное сложное устройство, которое состоит из нескольких связанных вместе более простых систем, управляющих всеми теплоэнергетическими агрегатами энергоблока. САУМБ должна регулировать активную мощность энергоблока и участвовать в первичном регулировании частоты в сети с заданной точностью и чувствительностью, быть в должной мере быстродействующей. В то же время это устройство должно быть простым с точки зрения технической реализации, удобным в эксплуатации, позволять поддерживать на высоком уровне показатели экономичности, надежности, долговечности и экологичности работы энергоблоков. Чтобы одновременно выполнялись все эти требования (часто противоречащие друг другу), САУМБ должна иметь определенную структуру, которая зависит от состава и характеристик теплоэнергетического оборудования энергоблока и режимов его работы. Проведенный анализ известных САУМБ показал, что они не могут в полной мере удовлетворять современным требованиям стандартов к качеству регулирования частоты и мощности, т. е. типовые САУМБ нуждаются в структурно-параметрической оптимизации на базе экспресс-методов, разработанных в БНТУ.

Представленное в статье исследование согласуется с тяжелой аварией, произошедшей на АЭС Три-Майл-Айленд в США. Исследование направлено на повышение надежности работы компенсатора давления – важного оборудования первого контура. Для моделирования подобной ситуации был разработан стенд, имитирующий конструкцию компенсатора давления реактора ВВЭР-440, в частности формой верхней эллиптической крышки, которая имеет патрубок отвода пара в самом верху конструкции, что создает условия для появления подобных гидравлических ударов. Для проведения экспериментов создана установка, позволяющая измерять и регистрировать гидроудары, возникающие при заполнении емкостей. Измерение амплитуды гидроударов осуществлялось специально разработанным пьезодатчиком, а регистрация – на светолучевом осциллографе. Описана методика проведения эксперимента и представлены результаты экспериментального исследования гидроударов, возникающих при полном заполнении сосудов. Получены количественные данные по амплитудам гидроударов в зависимости от скорости заполнения емкости и диаметра выходного отверстия, максимальные давления гидроудара составили 7–9 атм. Выполнено сравнение расчетных и экспериментальных данных, допустимое расхождение объясняется расчетной величиной коэффициента жесткости системы, который не учитывал наличие сварных швов в баке, придающих системе дополнительную жесткость. Получены расчетные соотношения, позволяющие оценить амплитуды гидроударов через ускорение уровня воды перед выходным отверстием из сосуда с эллиптическим днищем. Экспериментально и теоретически показана возможность возникновения гидравлического удара в компенсаторе давления. На основании данных эксперимента может быть расширен перечень исходных событий тяжелых аварий на АЭС с водоводяным энергетическим реактором.

Поскольку в Беларуси нет крупных природных энергоресурсов, необходимо постоянно помнить об экономии энергии. В связи с этим важна разработка современных способов экономии при кондиционировании воздуха внутри новых зданий с воздушными прослойками в ограждениях, особенно в светопрозрачных. Предложена система вентиляции воздушных прослоек в ограждении здания, при которой движение воздуха происходит за счет гравитационных и аэродинамических сил, что позволяет дополнительно организовать естественный, принудительный или комбинированный воздухообмен. С целью увеличения и упорядочения естественной тяги используются перегородки, разделяющие разные части воздушных прослоек. Для естественного воздухообмена с использованием гравитационных сил применяются отверстия, выполненные в верхней и нижней частях перегородок между смежными зонами воздушных прослоек. Естественный воздухообмен в отверстиях перегородок регулируется подвижными заслонками, жалюзи или иными регулировочными устройствами. Для комбинированного или принудительного воздухообмена между смежными зонами воздушных прослоек используются вентиляторы с прокачкой воздуха из зон воздушных прослоек с более высокой температурой воздуха в зоны воздушных прослоек с более низкой температурой или наоборот. При принудительном воздухообмене для интенсификации проникновения воздуха в зоны воздушных прослоек применяют настилаемые на твердую поверхность струи. Для охлаждения многослойного ограждения здания, при котором естественным, принудительным или комбинированным путем создается движение воздуха между воздушными прослойками, образованными внутренними перегородками, осуществляется подача в эти прослойки части или всего отработанного внутри здания кондиционированного или некондиционированного (но более холодного по сравнению с наружным) воздуха. Комбинированная или принудительная подача отработанного внутри здания воздуха в воздушные прослойки производится посредством воздуховодов, связанных с выводящими каналами кондиционеров. При этом внутренние перегородки оборудуются воздушными клапанными отверстиями.

В статье приводятся сведения о новой технологии Cl-анионирования при подготовке горячей питьевой воды. Указанная технология в отличие от умягчения воды, где все соли жесткости замещаются в катионите катионами натрия, позволяет заменить накипеобразующие HCO-/3- и SO(2-)/4 -анионы в сильноосновном анионите Cl⁻-ионами. В результате предотвращается образование накипи на поверхностях нагрева подогревателей горячего водоснабжения. Таким образом, ценные для человеческого организма катионы жесткости остаются в составе воды, и ее качество удовлетворяет качеству питьевой воды. Учитывая важную роль кальция и магния для человеческого организма, в Германии и Турции ограничивается минимальное значение катионов жесткости в питьевой воде соответственно до 2,85 и 7,50 мг-экв/л. По данным Всемирной организации здравоохранения, в составе питьевой воды концентрация катионов магния и кальция рекомендуется соответственно в пределах 10–(20–30) и 20–50 мг/л; минимальное значение общей жесткости 2–4 мг-экв/л. Согласно разработанной технологии питьевая вода последовательно в направлении сверху вниз пропускается через механический и хлор-анионитный фильтры. В последнем основная часть HCO-/3- и SO(2-)/4-ионов воды обменивается на Cl-анионы анионита. Далее вода собирается в бак, откуда насосом через аппарат ультрафиолетовой дезинфекции подается в подогреватель горячего водоснабжения. После истощения анионита SO(2-)/4- и HCO-/3-анионами осуществляется его регенерация раствором (8–12)%-й NaCl. Излагаются результаты исследований анионитами Purolite A200EMBCl и АВ-17-8. Отмечается, что при удельном расходе соли на регенерацию около 45–55 кг/м³ рабочая обменная емкость A200EMBCl получается в пределах 300–370 г-экв/м³. При анионировании воды остаточная концентрация HCO-/3-ионов изменялась в пределах от 0,5 до 3,2 мг-экв/л. Средняя концентрация этих анионов при исходном их значении, равном 4,4 мг-экв/л, получилась в пределах от 1,8 до 2,2 мг-экв/л.