Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Компьютерное моделирование судовой электроэнергетической системы в режимах металлического и дугового коротких замыканий и совершенствование ее защиты

Диссертация: Компьютерное моделирование судовой электроэнергетической системы в режимах металлического и дугового коротких замыканий и совершенствование ее защиты
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в производственную деятельность компании «Сахалин Энерджи» и в учебный процесс кафедры «Судовые автоматизированные электроэнергетические системы» ФГОУ ВПО ГМА имени адмирала С. О. Макарова в качестве лабораторных работ (компьютерного практикума), используемых в учебном процессе. Опыт эксплуатации СЭЭС свидетельствует о периодически… Читать ещё >

Компьютерное моделирование судовой электроэнергетической системы в режимах металлического и дугового коротких замыканий и совершенствование ее защиты (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 1. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 1. 1. Анализ литературы, посвященной моделированию и описанию генераторных агрегатов
    • 1. 2. Анализ литературы, посвященной моделированию основных электротехнических устройств, входящих в модель СЭЭС
    • 1. 3. Анализ литературы, посвященной моделированию режимов КЗ в СЭЭС
    • 1. 4. Анализ литературы, посвященной совершенствованию защиты
    • 1. 5. Постановка задачи исследования

Актуальность работы. Вопросы и задачи, рассматриваемые в данной работе, относятся к области проектирования и эксплуатации судовых электроэнергетических систем (СЭЭС). Современная СЭЭС представляет собой сложный и высоко ответственный комплекс, от правильного функционирования, которого зависят человеческие жизни, экологическая безопасность, и безопасность судна с грузом.

Стремительное развитие силовой полупроводниковой и микропроцессорной техники увеличили средне статическую мощность СЭЭС вновь строящихся судов и расширили возможность использования электрической энергии на борту судна.

Системы распределения электроэнергии становятся более разветвленными и протяженными, а устройства выработки и преобразования энергии — более мощными. Повышенные требования к экологии и экономичности судовой движительной установки и судовой электростанции обуславливают широкое применение систем электродвижения и соответственно увеличение мощности СЭЭС.

Меньшие, по сравнению с устройствами предыдущего поколения, электрические потери и габариты позволяют строить достаточно эффективные и надежные СЭЭС.

Суда с электр о движением не единственный пример мощных и сложных СЭЭС, подобными качествами обладают СЭЭС судов без электро движения. Вот некоторые из них: буровые суда и суда нефтедобычи, танкера и суперконтейнеровозы.

Работы по проектированию и строительству перечисленных типов судов давно и успешно ведутся за границей.

В настоящее время правительство предпринимает шаги по реанимации судостроения. Готовится к одобрению программа освоения континентального шельфа.

Опыт эксплуатации СЭЭС свидетельствует о периодически возникающих случаях несрабатывания защитных аппаратов при дуговых коротких замыканиях (КЗ). В результате, от продолжительного горения дуги, возникает опасность гибели экипажа, происходит возгорание кабелей, нарушается электроснабжение потребителей.

Одной из причин несрабатывания защитных аппаратов при КЗ, не нашедшей отражения в действующих нормативных документах, является действие токоограничивающего действия электрической дуги, возникающей при дуговом КЗ. Кроме того, остаточное напряжение в месте дугового КЗ накладывает некоторые особенности на функционирование элементов СЭЭС, которые чрезвычайно сложно учитывать расчетным путем. Статистика показывает, что большинство КЗ на судне — это замыкания через дугу.

Данная работа посвящена созданию модели СЭЭС в режиме дугового КЗ, разработке методики учета электрической дуги, выработке рекомендаций по повышению надежности срабатывания устройств защиты в режиме дугового КЗ. Ввиду отсутствия модели электрической дуги и рекомендаций по учету электрической дуги при моделировании СЭЭС, данная работа является актуальной.

Цели и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка математической модели судовой электроэнергетической системы для исследования режимов дугового и металлического КЗ с целью совершенствования ее защиты.

Методы исследования. Результаты работы основываются на теории математического моделирования, теоретических основах электротехники, теории электрических машин и релейной защиты электроэнергетических систем.

Научная новизна. На защиту представляются следующие основные результаты:

— составлена математическая модель ГА, включающая в себя модели приводного двигателя, автоматического регулятора напряжения и частоты вращения для режимов металлического и дугового КЗ;

— разработана математическая модель СЭЭС для исследования режима дугового КЗ;

— получена математическая модель электрической дуги;

— в пакете прикладного моделирования Simulink создан блок электрической дуги;

— произведено обобщение и систематизация результатов расчетно-теоретической и экспериментальной части исследования;

— даны рекомендации по применению моделей при решении инженерных задач и использованию в учебном процессе;

— даны рекомендации по совершенствованию электрической защиты СЭЭС от токов дугового и металлического КЗ.

Степень достоверности результатов подтверждается малым (до 7%) расхождением полученных с помощью компьютерного моделирования результатов и величин, полученных расчетным путем по ОСТ5. 6181−81 и данных типовых заводских испытаний.

Практическая ценность. Разработанные модели СЭЭС для режимов дугового и металлического КЗ позволили:

— провести моделирование режимов дугового КЗ в СЭЭС с дизельными и турбинными ГА;

— разработать практические рекомендации по применению моделей при проектировании и проверке электрической защиты СЭЭС, а также выбору электрооборудования;

— разработать практические рекомендации по использованию моделей в учебном процессе;

— разработать комплекс моделей для типовых СЭЭС, позволяющих проводить моделирование режимов дуговых и металлических КЗ;

— выполнять определение уставок защиты и проверку чувствительности защитных аппаратов.

Кроме того, разработаны и внедрены в учебный процесс лабораторные работы по дисциплине «Моделирование судового электрооборудования и средств автоматизации».

Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в производственную деятельность компании «Сахалин Энерджи» и в учебный процесс кафедры «Судовые автоматизированные электроэнергетические системы» ФГОУ ВПО ГМА имени адмирала С. О. Макарова в качестве лабораторных работ (компьютерного практикума), используемых в учебном процессе.

Имеются акты внедрения (Приложение 8, 9).

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Государственной Морской Академии им. адмирала С. О. Макарова, Новороссийской Государственной Морской Академии, Военно-Морской Академии.

Публикации. Перечисленные научные результаты были освещены в 11 печатных публикациях, включающих в себя статьи и тезисы докладов, в том числе 2 статьи в издании из перечня ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов с выводами, заключения, списка литературы, включающего 87 источников, и 9 приложений. Основная часть работы изложена на 140 страницах машинописного текста и содержит 55 рисунков.

5.3. Основные выводы и результаты.

1. Представлены результаты компьютерного моделирования СЭЭС в режиме КЗ в среде Simulink. Выполнен аналитический расчет параметров КЗ и произведено сравнение результатов. На основании результатов сравнения можно сделать вывод о том, что приведенные модели могут использоваться для решения задач, связанных с определением токов в режимах короткого замыкания.

2. Компьютерное моделирование в режиме СЭЭС также может выполняться для определения провала напряжения на распределительных щитах СЭЭС в режимах дугового и металлического коротких замыканий, пуска и самозапуска электрических двигателей. Таким образом, может быть решена задача определения надежности электроснабжения потребителей в неповрежденных участках СЭЭС в режимах дугового и металлического КЗ.

3. Кроме этого, моделирование СЭЭС показало возможность наблюдения процессов в СЭЭС, происходящих в режимах короткого замыкания, оценки таких важных параметров защиты как чувствительность, быстродействие и селективность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В работе получены следующие основные результаты:

— составлена математическая модель ГА для режимов дугового и металлического КЗ, включающая в себя модели приводного двигателя, автоматического регулятора напряжения и частоты вращенияразработана математическая модель СЭЭС для исследования режимов дугового и металлического КЗ;

— в пакете прикладного моделирования Simulink созданы лично автором, без использования блоков готовых электротехнических устройств, блоки: электрической дуги, синхронного генератора, автоматических регуляторов напряжения и частоты вращения, статической и двигательной нагрузки;

— произведено обобщение и систематизация результатов расчетно-теоретической и экспериментальной части исследования;

— выполнено моделированиепо результатам моделирования и их статистической обработки определен минимальный токоограничивающий коэффициент, который может использоваться при аналитической оценке чувствительности защиты;

— даны рекомендации по аналитическому определению уставок защит для соответствия требованиям действующих нормативных документов;

— даны рекомендации по применению моделей при решении таких инженерных задач как: исследование СЭЭС в режимах дугового и металлического КЗ, определение минимальных токов в режиме дугового КЗ, определение ударных и установившихся токов в режиме КЗ, проверки бесперебойности электроснабжения потребителей, находящихся в неповрежденных участках цепи в режиме дугового и металлического КЗ.

Показать весь текст

Список литературы

  1. , Б. Н. Возбуждение, управление и защита промышленных (бесщеточных) синхронных машин Текст. / Б. Н. Абрамович.- М.: «Информэлектро», 1981.-75с.
  2. , Г. Н. К расчету токов короткого замыкания в электрических сетях Текст. / Г. Н. Александров // Электричество.-2004.-№ 4.
  3. , А. П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы Текст./ А. П. Баранов. СПб.: Судостроение, 2005.- 528с.
  4. , А. П. Моделирование судового электрооборудования и средств автоматизации: Учеб. для вузов Текст. / А. П. Баранов, М. М. Раимов. -СПб.:Элмор, 1997.-232с.
  5. , А. П. Использование пакета Simulink для изучения и исследования переходных процессов в судовых электроэнергетических системах Текст. /
  6. A. П. Баранов, В. А. Федоренко // Эксплуатация морского транспорта.-2007.-№ 48. С. 46−47.
  7. , А.В. Выбор аппаратуры, защиты, кабелей в сетях 0,4 кВ Текст./ А.
  8. B. Беляев.-JI.: Энергоиздат, 1988. -176с.
  9. , Г. И. Синхронные генераторы автономных энергоустановок Текст./ Г. И. Бояринов.-М.: МЭИ, 2004.-71с.
  10. , О. Б. Электрическая дуга в аппаратах управления Текст./ О. Б. Брон. — М.:Госэнергоиздат, 1954.-532 с.
  11. , А.И. Компьютерное моделирование в электроснабжении Текст./А. И. Бурьяноватый. -СПб.: ПГУС, 1999.-79с.
  12. Бут, Д. А. Бесконтактные электрические машины Текст./ Д. А. Бут. М.: Высшая школа, 1990.-416с.
  13. Bera, Николау. Защита судовых электроэнергетических систем от токов короткого замыкания на основе применения средств вычислительной техники Текст.: дис. канд. техн. наук: 05.09.03/ Николау Вега. -Л.:ЛВИМУ, 1982. -198 с.
  14. , Л. П. Исследование процессов в судовых электроэнергетических системах Текст./ Л. П. Веретенников.-Л.: Судостроение, 1975.-376с.
  15. , Л.П. Моделирование, вычислительная техника и переходные процессы в судовых электроэнергетических системах Текст. / Л. П. Веретенников, М. М. Раимов, А. И. Потапкин. Л.: Судостроение, 1964.-384с.
  16. Герман-Галкин, С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0 Текст. / С. Г. Герман-Галкин. СПб.: КОРОНА принт, 2001.-320с.
  17. , М. Л. Защита вторичных цепей от токов коротких замыканий Текст. / М. Л. Голубев. М.:Энергоатомиздат, 1982.-81с.
  18. ГОСТ 28 249–93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ Текст.- Введ. 1995−01−01. М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов.
  19. , А. Н. Моделирование судового электрооборудования и средств автоматики Текст. / А. Н. Гузанов, К. В. Недялков. СПб.: СПбГУВК, 1996.-59с.
  20. Дьяконов, В.П. MATLAB 6/6.1/6.5+Simulink 4/5. Основы применения Текст./ В. П. Дьяконов. М.: СОЛОН-Пресс, 2004.- 768 с.
  21. , И. Н. Исследование способов выявления электрической дуги к.з. и разработка чувствительных быстродействующих устройств защиты участков СЭС Текст.: дис. .канд. техн. наук: 05.09.03/И. Н. Елисеев. -Новочеркасск: НПИ, 1976.-184 с.
  22. , Ю. Л. MATLAB 6.x.: программирование численных методов Текст./ Ю. Л. Кетков, А. Ю. Кетков, М. М. Шульц.-СПб.:БХВ-Петербург, 2004,-672с.
  23. , И. П. Математическое моделирование электрических машин Текст. / И. П. Копылов. М.: Высшая школа, 2001.-327с.
  24. , В. В. Математическое моделирование систем управления и защиты на ПЭВМ Текст. / В. В. Королев.- Обнинск: ИАТЭ, 1996.- 107 с.
  25. , А. П. Защитные устройства в судовых и береговых электроустановках рыбной промышленности Текст. / А. П. Ксенофонтов. -М., 1984.-254с.
  26. , А. И. Системы возбуждения и регулирования бесконтактных синхронных машин Текст. / А. И. Лищенко. —Киев, 1972.
  27. , А.И. Бесконтакные синхронные машины с автоматическим регулированием возбуждения Текст. / А. И. Лищенко.- Киев: Наукова думка, 1980.-224С.
  28. , А. Разработка методики эквивалентирования электродвигателей для расчета токов коротких замыканий в произвольный момент времени Текст.: автореф. дис.. канд.техн.наук: 05.14.02/ А. Меджахед.-М.: МЭИ, 1991.-16с.
  29. , К. В. Автоматические регуляторы частоты и напряжения судовых синхронных генераторов Текст./ К. В. Недялков.-JI.: ЛИВТ, 1990.-58с.
  30. , К. В. Моделирование судового электрооборудования и средств автоматики: Метод анализа электромагнитных процессов Текст./ К. В. Недялков. СПб: СПбГУВК, 1994.-37с.
  31. , А. Б. Расчет электрических цепей в MATLAB:Учебный курс Текст./ А. Б. Новгородцев. -СПб.: Питер, 2004.-250с.
  32. ОСТ5.6181−81. Судовые электроэнергетические системы. Методы расчета переходных процессов Текст.-М.: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов.
  33. Правила классификации и постройки морских судов Текст.: том 2, ч. 6. Электрическое оборудование.- СПб.: Российский Морской Регистр Судоходства, 2003.
  34. Правила устройства электроустановок Текст.: утв. приказом Минэнерго России от 8 июля 2002 № 204. М.: -Омега-Л., 2008. 272 с.
  35. , И. П. Расчет коротких замыканий и выбор электрооборудования Текст. / И. П. Крючков, Б. Н. Неклепаев, В. А. Старшинов.-М.: «Академия», 2005.-416с.
  36. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования Текст.: РД 153−34.0−20.527−98. М. ЭНАС, 2002. -152 с.
  37. , В. М. Переходные процессы в электроэнергетических системах промысловых судов Текст. / В. М. Ремезовский, Л. Н. Токарев. -Мурманск: МГТУ, 1996.-72с.
  38. , Ю. В. Принципы и методы построения систем защиты судовых ЭЭС Текст.: дис. .канд. техн. наук: 05.09.03/ Рокотян Юрий Васильевич.-Л.:ЦНИИ СЭТ, 1984.-150 с.
  39. , В. С. Основы преобразовательной техники Текст. / В. С. Руденко, В. И. Сенько, И. М. Чиженко М.: Высшая школа, 1980.-424с.
  40. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования Текст./ Под ред. Б. Н. Неклепаева.-М.: НЦ ЭНАС, 2002.-152с.
  41. , А. П. Компьютерное моделирование и расчет линейных электрических цепей Текст./ А. П. Саврухин. М.: МГУЛ, 2001.-103с.
  42. , В. М. Моделирование судовых электроэнергетических систем Текст./В. М. Сендюрев.-Л.:ЛЭТИ, 1979.-59с.
  43. Справочник по преобразовательной технике Текст. / Под ред. И. М. Читенко. Киев: «Техника», 1978.- 447с.
  44. , В. А. Моделирование судовых электроэнергетических систем Текст. / В. А. Стражмейстер.- Владивосток: ДВВИМУ, 1978. -39с.
  45. , Н. А. Математический аппарат и методика анализа случайных процессов в судовых системах Текст./ Н. А. Ступин. Л.: 1975. — 37с.
  46. , М. А. и др. Аварии и неисправности в судовых электроустановках Текст. /М. А. Сюбаев. -Л.: Судостроение, 1980.-192с.
  47. , И.С. Электрические аппараты. Общая теория Текст. / И. С. Таев. М.: Энергия, 1970.
  48. , Л. Н. Введение в электроэнергетику Текст. Л. Н. Токарев.-СПб.: «Алее», 1999.-223с.
  49. , Л. Н. Математическое описание, расчет и моделирование физических процессов в судовых электростанциях Текст. / Л. Н. Токарев.-Л. Судостроение, 1980.-119с.
  50. , Л. Н. Решение задач по теоретическим основам электротехники с помощью ЭВМ Текст. / Л. Н. Токарев. СПб: «Алее», 2000.-104 с.
  51. , JI.H. Системы автоматического регулирования Текст. / Л. Н. Токарев. СПб: «Нотабене», 2001.-191 с.
  52. , С. А. Короткие замыкания в электрических системах Текст. / С. А. Ульянов. ГЭИ, 1952.
  53. Федеральная целевая программа «Развитие гражданской морской техники» на 2009−2016 годы Текст.: утв. постановлением Правительства РФ от 21 февраля 2008 г. № ЮЗ /М., 2008.
  54. , В. А. Моделирование режима дугового короткого замыкания в цепях низкого напряжения силовых трансформаторов в мощных судовых электроэнергетических систем Текст. /В. А. Федоренко // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.-2008.-№ 9.
  55. , В. А. Опасность возникновения дуговых коротких замыканий на судне и защита от них Текст. / В. А. Федоренко // Сборник научных трудов/ НГМА.-Новороссийск: Изд-во НГМА, 2006.-№ 11.
  56. , В. А. Учет электрической дуги в аналитической и машинной оценке чувствительности защиты Текст./ В. А. Федоренко // Сборник научных трудов/ НГМА.-Новороссийск: Изд-во НГМА, 2006.-№ 11.
  57. , В. А. Анализ гребных электрических установок с винторулевым комплексом Azipod Текст./ В. А. Федоренко, О. П. Хайдуков// Сборник научных трудов/ НГМА.-Новороссийск: Изд-во НГМА, 2001 .-№ 6.- С. 126 129.
  58. , В. Д. Устройства защиты судовых электроэнергетических систем Текст. / В. Д. Филимонов. -JL: ЦНИИ «Румб», 1980.-107с.
  59. , В.Д. Коммутационно-защитные аппараты на судах финской постройки Текст./ В. Д. Филимонов, В. Г. Бланин. -JL, 1997.
  60. , Р. В. Математическое моделирование явнополюсных синхронных машин Текст. / Р. В. Фильц. -Львов, 1991.
  61. Чан Ван Нян. Аварийные режимы судовой электростанции Текст.: автореф. дис.. канд.техн.наук: 05.19.03 / Чан Ван Нян. СПб., 1993 -16с.
  62. Чо Гван Чун. Шунтирующее действие асинхронных двигателей при коротких замыканиях в электроустановках напряжением до 1000 В Текст.: автореф. дис. канд.техн.наук: 05.19.03 / Чо Гван Чун. М., -18с.
  63. , М. В. Разработка и исследование алгоритмов адаптивного функционирования защиты от всех видов коротких замыканий на основе дистанционного принципа Текст.: автореф. дис.. канд.техн.наук: 05.14.03 / Шевцов В. М.-М.:МЭИ, 2003. -19с.
  64. , Ю.С. Бесщеточные синхронные генераторы промышленной частоты зарубежных фирм Текст. / Ю. С. Шевченко.-М.:Информэлектро, 1987.-52с.
  65. , М.А. Учет влияния электрической дуги на ток короткого замыкания в сетях напряжением до 1кВ переменного и постоянного тока Текст./ М. А. Шиша//"Электрические станции".- 1996.- № 11.-С. 49−55.
  66. , Е. А. Электрическая защита судового электрооборудования Текст./ Е. А. Калязин, Ю. В. Рокотян, В. Д. Филимонов, JI. J1. Игнатьев.-Л.:Судостроение, 1983.-240 с.
  67. , А. А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов Текст. / А. А. Юрнанов, В. А. Кожевников.- СПб.: Наука, 1996.
  68. С. Г. Корабельные энергетические системы Текст./ С. Г. Ясаков. -СПб.: ВМА, 1999.-640 с.
  69. IEC 60 909−0:2001. Short-circuit Currents in Three-phase A.C. Systems, 2001.148 p.
  70. IEC 61 363−1:1998. Electrical Installations of Ships and Mobile and Fixed Offshore Units, 1998.- 92 p.
  71. IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations Amendment 1. The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 2004.-131 p.
  72. IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies. IEEE Std. 421.5−2005. The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 2006.-95 p.
  73. Ismail Kasikci. Short Circuits in Power Systems. A Practical Guide to IEC 60 909. -Wiley-VCH Verlag- GmbH, Weinheim, Germany, 2002.-165p.
  74. NFPA 70E. Standard for Electrical Safety in the Workplace. 2009. 104 p.
  75. Power System Blockset For Use with Simulink. Hydro-Quebec, TEQSIM International, 2001.-516 p.
  76. Discrimination with LV breakers. Cashiers Techniques 201. Merlin Germ, 2001.30 p.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!