Повышение надёжности электроснабжения удалённых сельскохозяйственных объектов

Вид материала

Содержание

Общая характеристика работы
Содержание работы
В первой главе
Рабочая гипотеза
Во второй главе
В третьей главе
В четвертой главе
В пятой главе
Общие выводы
Основные положения диссертации изложены в следующих работах

Подобный материал:

На правах рукописи

МЕДВЕДЬКО Алексей Юрьевич

ПОВЫШЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

УДАЛЁННЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

Специальность: 05.20.02 – «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Зерноград – 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» (ФГБОУ ВПО АЧГАА)

Научный руководитель – кандидат технических наук, доцент

Таранов Дмитрий Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Васильев Алексей Николаевич

кандидат технических наук, доцент

Кобзистый Олег Валентинович

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет» ( г. Ставрополь)

Защита диссертации состоится «21» декабря 2011 г. в 12⁰⁰ часов на заседании диссертационного совета ДМ.220.001.01 при Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии, по адресу: 347740, г. Зерноград Ростовской области, ул. Ленина 21, в зале заседания диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО АЧГАА.

Автореферат разослан 18 ноября 2011г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор Н.И. Шабанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Среди различных систем, обеспечивающих эффективное функционирование предприятий агропромышленного комплекса, ведущие места принадлежат системам энергообеспечения. Основой системы сельскохозяйственного электроснабжения являются электрические сети. В настоящее время передача электрической энергии производится различными способами. Прежде всего, к таким способам относится наиболее широко распространенная трехфазная система.

На фоне снижения абсолютных величин потребления электроэнергии увеличиваются требования к качеству предоставляемой электроэнергии. Это вызвано, прежде всего, изменением структуры потребления объектами АПК и переходом на новые технологии в полеводстве. Отсюда возникает задача повышения надежности электроснабжения. Для потребителя важно отсутствие негативных проявлений в электроснабжении, вызывающих ущерб.

Таким образом, большая протяженность, разветвленность, малые мощности и объемы потребляемой электроэнергии, необходимость значительных капитальных и эксплуатационных затрат являются серьезными факторами, определяющими необходимость поиска удешевления систем централизованного электроснабжения (СЦЭ) за счёт снижения металлоемкости и расхода других материалов на их сооружение и эксплуатацию. В связи с вышеизложенным, разработка системы, направленной на повышение надежности электроснабжения удаленных сельскохозяйственных потребителей является актуальной, представляет научный и практический интерес.

Целью настоящей работы является повышение надежности и снижение затрат на электроснабжение удаленных рассредоточеных сельскохозяйственных потребителей с использованием системы однопроводной передачи электрической энергии.

Объектом исследования является система сельскохозяйственного электроснабжения.

Предметом исследования являются режимы работы системы однопроводного электроснабжения.

Методика исследования базируется на теории электромагнитной индукции, методе симметричных составляющих, элементах теории надёжности, методах математического и компьютерного моделирования, элементах математической статистики. Для обработки результатов исследований использовался табличный редактор EXCEL и математический пакет MathCAD. Математическое моделирование проводилось в среде программных пакетов Electronics Workbench и Visual Micro Lab.

Научная новизна заключается

в способе организации электрической сети, позволяющем существенно упростить ее структуру при соблюдении требований к надежности электроснабжения;
в полученных зависимостях, позволяющих создать трансформаторы, преобразующие трехфазное напряжение в однофазное и однофазное напряжение в трехфазное;
в полученных зависимостях, позволяющих определить параметры заземляющего устройства для однопроводной системы электроснабжения с учетом электропроводности водоносного слоя.

Практическая значимость исследований заключается в разработке для однопроводной системы электроснабжения устройства, преобразующего трёхфазное напряжение в однофазное, и методики его расчета, разработке устройства, преобразующего однофазное напряжение в трёхфазное, и методиках расчёта заземляющих устройств для однопроводной системы передачи электрической энергии, которые позволяют повысить надежность электроснабжения удаленных сельскохозяйственных объектов; снизить стоимость строительства линии электропередач для электроснабжения удаленных сельскохозяйственных объектов.

На защиту выносятся:

организация электрической сети при соблюдении требований к надежности электроснабжения потребителей в различных режимах работы;
устройства, преобразующее трехфазное напряжение в однофазное (двухфазное) и обратно и результаты исследований режимов их работы;
эксперементальное подтверждение результатов теоретических исследований;
экономическое обоснование целесобразности применения системы однопроводной линии электропередачи.

Реализация результатов исследования. Результаты исследований и методика расчета трансформаторов преобразующих трехфазное напряжение в однофазное и однофазное напряжение в трехфазное переданы для использования в ГНУ СКНИИМЭСХ.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО АЧГАА (г. Зерноград, 2007…2011 гг.), ФГОУ ВПО Ставропольского ГАУ (г. Ставрополь, 2009 г.), на XXIX сессии Всероссийского научного семинара Академии наук РФ «Кибернетика электрических систем» по тематике «Электроснабжение промышленных предприятий» (г. Новочеркасск, 2007 г.), на IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Научное творчество XXI века» (г. Красноярск, 2011 г.).

По результатам исследований получен патент, получено авторское свидетельство на программу для ЭВМ и опубликовано 8 статей, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, в журналах «Электромеханика», «Механизация и электрификация сельского хозяйства», «Научный журнал КубГАУ», «В мире научных открытий».

За разработку однопроводной распределительной сети получена серебряная медаль на проходящей в ВВЦ Российской Агропромышленной Неделе «Золотая осень».

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка, включающего 80 наименований, в том числе 3 на иностранных языках, и приложений, содержит 149 страниц основного текста, 81 рисунок, 54 таблицы, приложения на 25 страницах, в которых приведены таблицы экспериментальных данных и их обработки, расчетные таблицы, дополнительные расчеты, блок-схемы алгоритмов, листинг программы и акты внедрения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, охарактеризовано состояние современной системы электроснабжения, выявлены проблемы, сформулированы цель и задачи исследований, кратко изложено содержание диссертации.

В первой главе «Анализ структуры и режимов работы существующих систем электроснабжения» дана краткая характеристика сельских систем электроснабжения. На основе исследований выявлены основные причины появления аварийных режимов в работе линий электропередачи 10 кВ: отключения по неустановленным причинам (28%), атмосферные осадки с усилением ветра (12,5%), обрыв проводов (9,2%), грозовые перекрытия (7,7%), повреждение оборудования (7,5%) и прочие факторы (различные разовые причины, наброс на провода, повреждение изоляции, межфазное КЗ, отключения в коммунальных сетях, повреждения на КЛ, схлест проводов, наезд на опоры, обрывов фаз, неисправностей, вызванных птицами, расстрел изоляторов, ЗНЗ с последующим КЗ, неселективная работа защиты, падение опор, сгорание опор, кража опор и проводов).

Рассмотрены существующие методы и средства повышения надежности электроснабжения. К таковым относятся различные решения, направленные на достижение частных задач: уменьшение времени аварийных отключений, различные методики расчета при проектировании линий в зависимости от климатических условий. Так же можно выделить средства, комплексно влияющие на надежность электроснабжения. К ним относятся различные варианты не стандартных (трехфазного переменного тока) систем электроснабжения: передача электроэнергии с помощью переменного тока высокой частоты; система передачи постоянного тока; передача энергии по трехфазно-двухфазным сетям (один провод и земля).

Анализ надёжности рассмотренных систем электроснабжения показал, что все они по параметру вероятности безотказной работы имеют одинаковый порядок конструкционной надёжности. При этом эксплуатационная надёжность трёхфазно-двухфазных систем выше ближайшей к ней по этому показателю на 32%.

Таким образом, анализ литературных источников и собственные исследования показали, что действующая система электроснабжения обладает низкой надежностью и большой стоимостью. В связи с этим, актуальной является задача разработки комплексного метода повышения надежности электроснабжения удаленных сельскохозяйственных объектов. Кроме того, затратность метода не должна превышать стоимость уже существующих методов.

Решением данной проблемы заняты многие ученые, такие как Стребков Д.С., Таранов М.А., Юндин М.А., Таранов Д.М., Авраменко С.В., Некрасов А.И., Папышев А.В., Разумихин В.М., Круглов А.Б., Григорчук В.С., Киреев П.А., Линник Л.Н. и другие.

В виду вышеизложенного, выдвинута научная гипотеза о повышении надежности и снижение затрат на электроснабжение удаленных сельскохозяйственных потребителей (мощностью на вводе до 24 кВт) при использовании системы однопроводной передачи электрической энергии, в качестве второго провода которой используются грунтовые воды находящиеся на глубине от 70 до 200 метров.

Рабочая гипотеза: Применение системы однопроводной передачи электроэнергии позволит существенно повысить надежность электроснабжения и снизить стоимость линии электропередач при питании удаленных распределенных сельскохозяйственных потребителей.

На основании этого сформулированы задачи исследования:

теоретически обосновать структуру системы однопроводной линии электропередач с учетом требований к надежности электроснабжения в различных режимах работы.
разработать устройства, преобразующее трехфазное напряжение в однофазное (двухфазное) и однофазное (двухфазное) напряжение в трехфазное, и управляющие алгоритмы для преобразователя однофазного напряжения в трехфазное;
исследовать режимы работы устройств, преобразующих трехфазное напряжение в однофазное (двухфазное) и трехфазного в однофазное;
экспериментально подтвердить результаты теоретических исследований и экономически обосновать целесобразность применения системы однопроводной линии электропередачи.

Во второй главе «Разработка элементов системы однопроводной передачи электрической энергии» проведены теоретические расчёты однопроводной линии электропередач; трансформатора, преобразующего трёхфазного напряжения в однофазное; устройств, преобразующих однофазного напряжения в трёхфазное; заземляющих устройств; параметров однопроводной линии электропередачи.

Упрощение организации сети при соблюдении требований к надежности электроснабжения потребителей, как в нормальном, так и в ненормальных режимах работы сети, приводит к ее удешевлению.

Предлагаемая структура однопроводной сети (рисунок 1) включает в себя источник питания – 1, получающий энергию от трехфазной сети, блока для определения фазы находящейся под напряжением – 3, промежуточного трансформатора 4, имеющего соединение первичных обмоток по схеме "треугольник", а вторичных обмоток по схеме "разомкнутый треугольник", в котором одна из обмоток включена встречно по отношению к двум другим обмоткам. Один из выводов "разомкнутого треугольника" через однопроводную линию – 5 подключен к выводу понижающего однофазного трансформатора 6, а второй присоединен через заземляющее устройство к водоносному слою. Понижающий трансформатор также присоединен через заземляющее устройство к водоносному слою. К выводам трансформатора 6 подключен преобразователь однофазного напряжения в трехфазное 7.

На векторных диаграммах (рисунок 2) показана работа сети в различных эксплуатационных режимах.

Рисунок 1 – Система однопроводной передачи электрической энергии

Рисунок 2 – Векторные диаграммы, поясняющие работу работа сети в различных эксплуатационных режимах

Однопроводная распределительная сеть обеспечивает электроэнергией потребителей следующим образом. В нормальном режиме работы основной трехпроводной сети к первичным обмоткам промежуточного трансформатора прикладывается симметричная система линейных напряжений

, и (рисунок 2а). На выводах "разомкнутого треугольника" формируется выходное напряжение

(см. рисунок 2в), которое в конце однопроводной линии понижается трансформатором 6 до потребительского уровня и преобразуется в трехфазное напряжение преобразователем 7(рисунок 1). При часто встречающихся однофазных замыканиях на землю, например фазы А (рисунок 2б), линейные напряжения неповрежденных фаз при схеме соединения первичной обмотки в треугольник остаются прежними

, и . На выходе промежуточного трансформатора 4 и в этом случае присутствует выходное напряжение

. Выходное напряжение будет присутствовать, если замыкание на землю произойдет на любой другой фазе. На выводах "разомкнутого треугольника", в этом случае, формируется выходное напряжение

При обрыве фазы, например А, к первичным обмоткам промежуточного трансформатора 4 прикладывается напряжение (рисунок 1). На выводах "разомкнутого треугольника", в этом случае, формируется выходное напряжение

(см. рисунок 2г), которое в конце однопроводной линии понижается трансформатором 6 до потребительского уровня и преобразуется в трехфазное напряжение преобразователем 7 (рисунок 1). Напряжение сохраняется, если произойдет обрыв фазы С. Для того, чтобы напряжение сохранилось при обрыве фазы В необходимо сделать соответствующие переключения во вторичной обмотке трансформатора 4.

Разработаны теоретические предпосылки к созданию и применению в данной системе специального трансформатора, собранного по схеме «треугольник – открытый треугольник». При такой схеме соединения обмоток (рисунок 3) первичная обмотка является короткозамкнутым контуром для токов нулевой последовательности. Здесь сильно сказывается размагничивающий эффект первичными индукционными токами нулевой последовательности. Трансформатор, в отношении токов, напряжений и потоков нулевой последовательности работает в режиме короткого замыкания. В результате размагничивающего эффекта потоки и ЭДС нулевой последовательности малы. Для этой схемы

.

На основании схемы замещения (пренебрегая намагничивающим контуром в схеме замещения для токов и напряжений нулевой последовательности (рисунок 3в)) можно, например, для фазы А записать:

	;	;
	;	;
	;	.

Рисунок 3 – Общий случай несимметричной нагрузки при соединении обмоток «треугольник – открытый треугольник» (а) и схемы замещения для сумм токов и напряжений прямой и обратной последовательности (б) и для токов и напряжений нулевой последовательности (в).

Между первичными и вторичными токами и напряжениями существуют такие же соотношения, как и при отсутствии составляющих нулевой последовательности. Значит, в этом случае можно приближенно принять, что смещение нейтрали фазных ЭДС отсутствует. Гармоники напряжения нулевой последовательности здесь отсутствуют. Это приводит к тому, что исключается значительное искажение фазных напряжений третьими гармониками и появление третьих гармоник тока в линейных проводах.

В схеме «треугольник – открытый треугольник» во вторичной обмотке напряжение выше напряжения питающей сети. Для этого одну из фаз открытого треугольника включим встречно относительно двух других (см. рисунок 4). При этой схеме включения обмоток трансформатора векторная диаграмма напряжений примет вид, приведенный на рисунке 5.


Рисунок 4 – Схема включения обмоток в трансформаторе	Рисунок 5 – Векторная диаграмма напряжений трансформатора со схемой соединения обмоток «треугольник-открытый треугольник»

Вычисляя сумму векторов

, найдем результирующий вектор

(рисунок 6), который ровно вдвое по величине превосходит каждый из векторов

, а по направлению совпадает с вектором

Рисунок 6 – Векторная сумма

Здесь же приведена методика выбора параметров заземляющих устройств для представленной системы электроснабжения удалённых сельскохозяйственных объектов. Таблицы 1 и 2 показывают сопротивление одиночного электрода при его различных сечениях и длинах в артезианских и солёных артезианских водах.

Если артезианские воды имеют удельное сопротивление 50 Омм, то глубина скважины должна быть не менее 150 м, при сече нии электрода 1963,5 мм²; для соленых артезианских вод глубина скважины должна быть не менее 10 метров при сечении электрода 1256,64 мм².

Таблица 1 – Сопротивление одиночного электрода при различных сечениях и длинах в артезианских водах, Ом

Длина электрода, м	Сечение электрода, мм²
Длина электрода, м	1256,64	1963,50	2827,43	4417,86	6082,12	8011,85
50	1,331	1,295	1,267	1,231	1,206	1,184
100	0,721	0,703	0,688	0,671	0,658	0,647
150	0,502	0,490	0,480	0,469	0,460	0,453

Таблица 2 – Сопротивление одиночного электрода при различных сечениях и длинах в соленых артезианских водах, Ом

Длина электрода, м	Сечение электрода, мм²
Длина электрода, м	1256,64	1963,50	2827,43	4417,86	6082,12	8011,85
10	0,323	0,312	0,303	0,293	0,285	0,278
25	0,146	0,142	0,139	0,135	0,131	0,129
50	0,080	0,078	0,076	0,074	0,072	0,071
100	0,043	0,042	0,041	0,040	0,039	0,039
150	0,030	0,029	0,029	0,028	0,028	0,027

Так же одним из важнейших параметров заземляющих устройств является срок его службы. Таблица 3 показывает зависимость срока службы заземления от его сечения и длины.

Таблица 3 – Срок службы заземления, лет

Длина электрода, м	Сечение электрода, мм²
Длина электрода, м	1256,64	1963,50	2827,43	4417,86	6082,12	8011,85
10	3,1	4,9	7,1	11,0	15,2	20,0
20	6,3	9,8	14,1	22,0
30	9,4	14,7	21,2
40	12,5	19,6
50	15,7
60	18,8
70	21,9

Для расчёта потерь напряжения в разрабатываемой линии электроснабжения были проведены вычисления, показывающие, что потери напряжения для артезианской воды меняются от 0,99% до 3,15%, а солёной артезианской воды – от 0,00003% до 0,00011% при длине линии от 2,5 до 8 км.

Задаваясь допустимыми потерями напряжения согласно ГОСТ 13109–97, определим максимально допустимые потери в системе рабочих заземляющих устройств, для артезианской воды, потому, что величина потерь напряжения при соленой воде в водоносном слое очень мала, %

(1)

Допустимые потери напряжения в системе рабочих заземляющих устройств для артезианской воды при длине линии от 2,5 до 8 км находятся в пределах от 9,01% до 6,85%.

Сопротивление растекания заземляющего устройства должно быть меньше максимально допустимого сопротивления заземляющего устройства, т.е. в соответствии с «Правилами устройства электроустановок» должно выполняться условие R_ЗЗ_max. Проведенные расчеты показали, что это условие выполняется, т.к. для линии длиной от 2,5 до 8 км расчёты максимально допустимого сопротивления растекания заземляющих устройств изменяются от 187,62 Ом до 142,76 Ом.

В третьей главе «Программа и методика испытаний элементов однопроводной системы передачи электрической энергии» изложены цели и общая программа исследований, приведено описание экспериментальных установок, описаны программа и методика исследований устройства, преобразующего трёхфазное напряжение в однофазное, методика исследований устройств, преобразующих однофазное напряжение в трёхфазное.

Общая программа исследований однопроводной линии предполагает подбор и разработку необходимого лабораторного оборудования и приборов; исследование работоспособности устройства, преобразующего трёхфазное напряжение в однофазное (двухфазное), выполненного на базе разделительного трансформатора, собранного по схеме «звезда – открытый треугольник»; исследование работоспособности устройства, преобразующего трёхфазное напряжение в однофазное (двухфазное), выполненного на базе разделительного трансформатора, собранного по схеме «треугольник – открытый треугольник»; исследование работоспособности управляющих алгоритмов устройства, преобразующего однофазное (двухфазное) напряжение в трёхфазное, выполненного на основе современной микроэлектронной элементной базы; исследование работоспособности устройства, преобразующего однофазное (двухфазное) напряжение в трехфазное выполненное на базе разделительного трансформатора; проведение компьютерного моделирования работы однопроводной линии электропередачи напряжением 10 кВ; обработку полученных результатов экспериментов и их анализ.

В программу экспериментальных исследований устройства, пре образующего трёхфазное напряжение в однофазное, входит параллельное исследование работоспособности трансформаторов, собранных по схеме «звезда – открытый треугольник» и «треугольник – открытый треугольник». В соответствии с программой исследования трансформаторов необходимо провести опыты холостого хода; короткого замыкания; испытания трансформаторов под нагрузкой; испытания трансформатора, собранного по схеме «треугольник – открытый треугольник», на нагрев; проверить работоспособность трансформаторов при обрывах одной из фаз с высокой стороны и при замыкании на землю со стороны высокого напряжения.

Рисунок 7 – Общий вид экспериментальной установки

Для реализации плана исследований рассчитаны и изготовлены трансформаторы, со схемами соединения обмоток «звезда – открытый треугольник» и «треугольник – открытый треугольник». Испытания проводились в лаборатории кафедры ЭЭО и ЭМ ФГБОУ ВПО АЧГАА с использованием сертифицированных приборов (см. рисунок 7).

Исследование полупроводникового устройства, преобразующего однофазное напряжение в трёхфазное, производилось как с помощью компьютерного моделирования, так и в лабораторных условиях. Компьютерное моделирование выполнялось в среде программного пакета Visual Micro Lab. Результаты эксперимента снимались внутреннимисредствами отладки. Лабораторные испытания устройства производились в условиях лаборатории кафедры ЭЭО и ЭМ ФГБОУ ВПО АЧГАА с использованием сертифицированных приборов.

Исследование устройства, преобразующего однофазное напряжение в трёхфазное, на базе трансформатора производилось в условиях лаборатории кафедры ЭЭО и ЭМ ФГБОУ ВПО АЧГАА с использованием сертифицированных приборов. С помощью компьютерного моделирования, которое выполнялось в среде программного пакета Electronics Workbench, было выполнено моделирование разработанной однопроводной линии электропередачи. Результаты эксперимента снимались внутренними средствами документирования.

В главе приведены схемы экспериментов и модели элементов однопроводной линии.

В четвертой главе «Результаты исследований и их анализ» представлены результаты испытаний устройств, преобразующих трёхфазное напряжение в однофазное, однофазное в трёхфазное, и компьютерного моделирования работы управляющих алгоритмов устройства, преобразующего однофазное напряжение в трёхфазное, и однопроводной линии электропередачи. Результаты данных исследований дают возможность говорить о том, что трансформатор со схемой соединения обмоток «треугольник – открытый треугольник» является более подходящим для использования в качестве преобразователя, нежели трансформатор, собранный по схеме «звезда – открытый треугольник» из-за его большей устойчивости к аварийным режимам с высокой стороны (рисунок 8).

Рисунок 8 – Зависимость вторичного напряжения от тока нагрузки при обрывах фаз А, В и С

Представленные далее результаты испытаний полупроводникового прибора для преобразования однофазного напряжения в трёхфазное выявили, что данное устройство является работоспособным, а алгоритмы – корректными. Однако до появления надежной и достаточно дешевой элементной базы на напряжение 10 кВ изготовление устройств на основе современной микроэлектронной элементной базы можно считать нецелесообразным.

Использование в качестве преобразователя однофазного напряжения в трёхфазное трансформатора с вторичной обмоткой, собранной по схеме «зигзаг» можно считать оправданным. Компьютерное моделирование работы однопроводной линии позволило не только выявить работоспособность указанного выше трансформатора, но также вычислить рекомендуемое количество витков в полуфазах в соответствии с рекомендациями, приведенными в таблице 7.

Таблица 7 – Рекомендуемое число витков во вторичной обмотке трансформатора, соединенной по схеме зигзаг

Обозначение обмотки	W_a=W'_b=W_c=W'_c	W'_a	W_b
Число витков	0,50W_ф	0,41W_ф	0,96W_ф

В пятой главе «Технико-экономическое обоснование разрабатываемой системы однопроводной системы передачи электрической энергии» рассчитана возможная экономическая эффективность применения разрабатываемой системы электроснабжения, выявлена база для определения экономической эффективности. В качестве базы выбран один из вариантов автономного энергообеспечения – дизельная электростанция. Определена оптимальная длина однопроводной линии и срок, когда будет оправдано строительства линии по сравнению с использованием дизельных электростанций и других электростанций на основе альтернативных источников энергии.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Оценка влияния структуры энергопотребления, аварийности и экономических факторов реконструкции СЦЭ на качество электроэнергии показывает несоответствие запросов и того, что СЦЭ на данный момент может предложить потребителю. Необходимо повышение надежности электроснабжения при уменьшении затрат на поддержание системы в работоспособном состоянии.
Анализ существующих способов увеличения надежности электроснабжения показывает их недостаточность из-за однофакторности воздействия на СЦЭ, высокой стоимостиреализации проекта, экологической составляющей или зависимости модели от параметров реальной сети. На основании анализа существующих систем электроснабжения был выделен приоритетный путь для достижения повышения надежности электроснабжения удаленных сельскохозяйственных объектов, который предусматривает использование однопроводной линии электропередачи.
Разработана система однопроводной передачи электрической энергии, функционирование которой, в сравнении с общепринятыми на данный момент вариантами реализации, повышает надёжность электроснабжения удалённых сельскохозяйственных объектов на 32% по параметру вероятности безотказной работы.
На базе трансформатора разработано устройство, преобразующее трёхфазное напряжение в однофазное. Теоретические исследования режимов работы предлагаемого для системы разделяющего трансформатора позволили сделать заключение об отсутствии противоречий между теоретическими принципами работы трансформатора и задачами, которые ставятся перед разделяющим трансформатором в разработанной системе.
Экспериментальные исследования выявили: а) что режим замыкания на землю не оказывает существенного влияния на работоспособность трансформатора, собранного по схеме «треугольник – открытый треугольник»; б) проведенные испытания трансформатора на нагрев показали, что нагрев трансформатора не превышает предельно допустимых по ГОСТ 3484.2-88 значений, как для магнитопровода, так и для обмоток трансформатора.
Результаты компьютерного моделирования работы стабилизирующего алгоритма в Visual Micro Lab показывают практическую возможность реализации разработанных алгоритмов для преобразования однофазного напряжения в трехфазное на полупроводниковой элементной базе.
Результаты компьютерного моделирования работоспособности однопроводной линии электропередачи в среде Electronics Workbench показали ее работоспособность и позволили определить оптимальное соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток преобразователя однофазного напряжения в трёхфазное, созданного на базе трансформатора.
Разработаны два типа устройств, преобразующих однофазное напряжение в трёхфазное: на базе трансформатора и на полупроводниковой элементной базе. До появления надежной и достаточно дешевой элементной базы на напряжение 10 кВ изготовление устройств на основе современной микроэлектронной эле ментной базы можно считать нецелесообразным, но исследования в данном направлении следует продолжать.
Предлагаемая система однопроводной передачи электрической энергии является экономически более эффективной по сравнению с существующей системой СЦЭ. Для линий напряжением 10 кВ с неизолированным проводом предлагаемую систему выгоднее использовать при длине линий не менее 3 км, а для линий напряжением 10 кВ с изолированным проводом – при ее длине свыше 0,5 км. Предлагаемая система однопроводной передачи электрической энергии является экономически более эффективной по сравнению с существующими системами автономного энергообеспечения при длине линии до 6 км с учетом окупаемости до 8,5 лет при неизменных ценах на энергоносители и тарифах.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

Медведько, А.Ю. Возобновляемые энергоносители для автономного энергообеспечения / Ю.А. Медведько, М.А. Таранов, // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2008. – №8. – С.2-3.
Медведько, А.Ю. Анализ причин отключения сельских электрических сетей на примере Зерноградского РЭС / А.Ю. Медведько, М.А. Таранов // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. Специальный выпуск. – 2007. – С.75–76.
Медведько, А.Ю. Испытания трансформатора на нагрев [Электронный ресурс] // А.Ю. Медведько, Ю.А. Медведько, (авторы текста); Научный журнал КубГАУ, №68(04), 2011 – Режим доступа: o.ru/2011/04/pdf/28.pdf.
Медведько, А.Ю. Компьютерное моделирование работы однопроводной линии электропередачи напряжением 10 кВ / А.Ю. Медведько // Научное творчество XXI века: Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Приложение к журналу «В мире научных открытий». – Красноярск, 2011. – Вып. 2. – С.151–152.
Пат. 2395147 Российская Федерация, МНК7 H 02 J 3/04. Однопроводная распределительная сеть / Таранов М.А., Медведько Ю.А., Медведько А.Ю.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО АЧГАА. – 2009121897/09; заявлен 08.06.2009; опубликован 20.07.2010, Бюллетень № 20. – 6с.: ил.
Свидетельство о государственной регистрации программ №2011613104, 2011 г. Полупроводниковый трехфазный регулятор напряжения с ШИМ. Таранов М.А., Гуляева Т.В., Гуляев П.В., Медведько А.Ю.

Публикации в других изданиях

Медведько, А.Ю. Показатели надежности электроснабжения удаленных сельскохозяйственных объектов./ М.А. Таранов, А.Ю. Медведько // Электротехнологии и электрооборудование в сельскохозяйственном производстве: сборник научных трудов. – Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2007. – Вып.7 – Т.1. – С.5-9.
Медведько, А.Ю. Анализ схемных решений выпрямительных устройств преобразователей напряжения для однопроводной линии электропередач / А.Ю. Медведько // Электротехнологии и электрооборудование в сельскохозяйственном производстве: сборник научных трудов ФГБОУ ВПО АЧГАА/Отв. Редактор М.А. Таранов. – Вып.8,Т.1 – Зерноград, ФГБОУ ВПО АЧГАА, 2010. – С.68–75.
Медведько, А.Ю. Результаты испытаний промежуточного трансформатора / А.Ю. Медведько, Ю.А. Медведько // Электротехнологии и электрооборудование в сельскохозяйственном производстве: сборник научных трудов ФГБОУ ВПО АЧГАА/Отв. Редактор М.А. Таранов. – Вып.8, Т.1 – Зерноград, ФГБОУ ВПО АЧГАА, 2010. – С.12–19.
Медведько, А.Ю. Критерии надёжности для восстанавливаемых систем / А.Ю Медведько, Ю.А. Медведько // Электротехнологии и электрооборудование в сельскохозяйственном производстве: сборник научных трудов. – Зерноград: ФГОУ ВПО АЧГАА, 2007. – Вып.6 – Т.1. – С.44–49.

ЛР 65-13 от 15.02.99. Подписано в печать 16.11.2011 г.

Формат 60×84/16. Уч.-изд.л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказ № 418.

Редакционно-издательский отдел ФГБОУ ВПО АЧГАА

347740, г. Зерноград, ул. Советская, 15

Blog

Повышение надёжности электроснабжения удалённых сельскохозяйственных объектов

Содержание