Анотація до роботи:

Кукуй К. А. Моделювання режимів групового вибігу та підвищення ефективності роботи вузлів енергосистем з двигунним навантаженням.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.02 – електричні станції, мережі і системи. – Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2004.

Розроблено комплекс математичних моделей для дослідження режимів групового вибігу асинхронних і синхронних двигунів при симетричних і несиметричних короткочасних зниженнях напруги живлення. Для врахування взаємного впливу і обміну енергіями двигуни представлені еквівалентними ЕРС, які знаходяться з сумісного розв’язання диференційних рівнянь, складених для всіх елементів схеми. Для типових двотрансформаторних підстанцій з двигунним навантаженням отримані аналітичні вирази для знаходження вузлових напруг в перехідних режимах, завдяки чому зменшено обсяг розрахунків. Отримані значення струмів і моментів в двигунах при повторній подачі живлення в залежності від величини і фази залишкової напруги на двигунах. Зроблені виводи про допустимість цих режимів. Встановлені закономірності поведінки асинхронного та синхронного навантаження при несиметричних режимах в мережі живлення, а також при груповому вибігу. Це дозволяє уточнити початкові умови при розрахунку самозапуску та підвищити точність вибору допоміжних махових мас електроприводів для збереження стійкості технологічних режимів при короткочасних перервах живлення. Отримав подальший розвиток відомий метод випробування АВР у діючих установках з двигунним навантаженням, який виключає можливість подання несинхронної напруги на двигуни. Наведено зіставлення результатів розрахунків з експериментальними даними.

У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача підвищення ефективності роботи вузлів навантаження енергосистеми з асинхронними та синхронними двигунами на підставі подальшого удосконалення математичного моделювання і встановлення закономірностей поведінки двигунного навантаження в режимах групового вибігу, що виникають при короткочасних порушеннях електропостачання.

На підставі проведених в роботі досліджень можна зробити наступні висновки:

1. Розроблено математичну модель вузла двигунного навантаження енергосистем, яка враховує асинхронні і синхронні двигуни, статичне навантаження і шунти для моделювання симетричних і несиметричних коротких замикань. Усі елементи вузла описані повними диференційними рівняннями і виражені відносно похідних струмів, що спрощує побудову математичної моделі всієї системи при урахуванні взаємозв’язку елементів для знаходження вузлових напруг на основі першого закону Кірхгофа для похідних від вузлових струмів.

2. Для глибокопазних асинхронних і синхронних з масивним ротором двигунів використовується подання ротора двома еквівалентними контурами, R, L параметри яких знаходяться за каталожними даними і для яких має місце добрий збіг вихідних та розрахункових даних.

3. Отримані математичні вирази для розрахунку індивідуального та групового вибігу і самозапуску асинхронного та синхронного двигунного навантаження в вузлах енергосистем, які виникають при короткочасних перервах живлення, що були викликані симетричними і несиметричними короткими замиканнями або відключенням джерел живлення. Моделювання групового вибігу виконується з використанням еквівалентних ЕРС кожного з двигунів, які знаходяться з диференційних рівнянь по даним струмів ротора та їх похідних. Вперше отримані дані по обміну навантаженнями між двигунами по фазі, яка не отримує живлення з мережі.

4. Для типових схем електропостачання отримані аналітичні вирази для визначення на кожному кроці розрахунку миттєвих значень фазних напруг в вузлах розрахункової схеми, що дозволило виключити на кожному кроці розрахунку операцію розв’язання систем алгебраїчних рівнянь методом Гауса і тим самим скоротити витрати машинного часу та підвищити чисельну стійкість рішення диференційних рівнянь.

5. За допомогою розробленої моделі виконані дослідження режимів повторного включення асинхронних і синхронних двигунів при подачі напруги, яка має кутовий зсув по відношенню до залишкової напруги двигунів в діапазоні від 0 до 360. Найбільше значення струмів (12-20I_н) в цих режимах спостерігаються при кутах включення, які дорівнюють 180, а для моментів (8-20М_н) – при 200-220. Встановлені допустимі значення зон кутових зсувів по фазі напруги, яка подається на двигуни по відношенню до залишкової, які складають 300-0-60. Показано, що при розрахунковому визначенні вказаних кутових зон повинно враховуватися насичення по шляхах магнітних потоків розсіювання із-за його значного впливу на ці режими.

6. Показано, що опробування справності дії АВР в схемах живлення власних потреб електростанцій, яке проводиться згідно з вимогами діючого експлуатаційного циркуляру №Э-4/66, пов’язано з можливістю несинхронної подачі напруги на двигуни і виникненням підвищених значень струмів і моментів у двигунах, що знижує термін їх служби і підвищує аварійність. Розроблено засіб і пристрій опробування АВР в схемах власних потреб електростанцій, на які отримано патент на винахід, які не порушують вимоги діючого циркуляра щодо безпосереднього відключення робочого живлення при опробуванні схеми АВР і попереджають несинхронне повторне включення двигунів за рахунок контролю залишкової напруги на двигунах і введення сповільнення в діях АВР до зниження напруги до безпечного значення. Згідно розрахунковим і експлуатаційним даним збільшення при цьому перерви живлення з 0,4-0,5с до 0,8-1,0с не приводить до підвищення тяжкості режимів групового самозапуску.

7. Для підвищення надійності роботи систем електропостачання з двигунним навантаженням в режимах групового вибігу розроблено спосіб вибору допоміжних махових мас технологічно відповідальних агрегатів. Спосіб засновано на використанні розробленої математичної моделі режимів групового вибігу для визначення відданих і отриманих електричних енергій за час вибігу. Отримані номограми зміни швидкості обертання агрегатів при груповому вибігу в залежності від значення махового моменту, за допомогою яких можуть бути визначені необхідні значення GD² в залежності від максимального часу перерви живлення і мінімально допустимої швидкості обертання агрегату.

8. Для оцінки адекватності розробленої моделі проведено порівняння результатів розрахунків з експериментом для режимів групового вибігу і самозапуску двигунів власних потреб блоку 200 МВт. Розбіжність результатів не перевищує 5-7%.

Публікації автора:

1. Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Кукуй К.А. Совершенствование схемы включения резервного питания асинхронных двигателей с учетом их группового выбега // Наукові праці ДонДТУ. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація, вип. 38: – Донецьк: ДонДТУ. – 2002. – С. 97-102.

2. Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Кукуй К.А. Математическое моделирование асинхронной нагрузки в режимах группового выбега и самозапуска // Наукові праці ДонДТУ. Серія: Електротехніка і енергетика, вип. 41: – Донецьк: ДонДТУ. – 2002. – С. 28-34.

3. Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Кукуй К.А. Метод расчета группового выбега синхронной нагрузки электрических систем // Збір. науков. праць ДонНТУ. Серія: електротехніка і енергетика, вип. 50: – Донецьк: ДонНТУ. – 2002. – С. 79-87.

4. Сивокобыленко В.Ф., Кукуй К.А. Увеличение маховых масс электроприводов для повышения надежности работы при кратковременных нарушениях электроснабжения // Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт». «Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика». Серия «Электротехника, электроника и электропривод»–Харьков: НТУ ”ХПИ”,т.2.– 2002. –№12.– С. 504-505.

5. Сивокобыленко В.Ф., Полковниченко Д.В., Кукуй К.А. Диагностика асинхронного электропривода по данным измерений рабочего режима // Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт». «Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика». Серия «Электротехника, электроника и электропривод», т.2. –Харьков: НТУ ”ХПИ”. – 2003, №10.– С. 502-505.

6. Cивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К., Кукуй К.А. Математическое описание режимов группового выбега и самозапуска в системах электроснабжения с асинхронными и синхронными двигателями // Наукові праці ДонНТУ. Серія: Електротехніка і енергетика, вип.67 : – Донецьк: ДонНТУ. – 2003. – С. 5-13.

7. Деклараційний патент 57452 А України. Спосіб перевіряння автоматичного вмикання резервного живлення двигунового навантаження і пристрій для його здійснення / Cивокобиленко В.Ф., Лебедєв В.К., Кукуй К.А.; 16.06. 2003. –Бюл. № 6.

8. Кукуй К.А. Автоматическое включение резервного питания в системах электроснабжения с двигательной нагрузкой // Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих. Збір. науков. праць. II Міжнародна науково-технічна конференція аспірантів та студентів в м.Донецьку 25-26 квітня 2002р. – Донецьк: ДонНТУ. – 2002. – С. 296-298.

9. Кукуй К.А. Математическое описание режимов группового выбега в системах электроснабжения с синхронными и асинхронными двигателями // Тези доповідей ІІ міжнародної науково-технічної конференції «Керування режимами роботи об’єктів електричних систем - 2002». –Донецьк, ДонНТУ. – 12-14 вересня 2002. – С. 58-59.

10. .Кукуй К.А. Расчет доаварийного режима двигательной нагрузки при моделировании переходных процессов // Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих. Збір. науков. праць. 3-я Міжнародна науково-технічна конференція аспірантів та студентів в м.Донецьку 14-15 травня 2002р. – Донецьк: ДонНТУ. – 2003. – С. 178-180.

Особистий внесок здобувача:

У [1] – принципіальна схема пристрою перевірки роботи АВР та аналіз результатів розрахунків, в [2,3] - розробка алгоритмів моделювання напруги в вузлах навантаження з асинхронними та синхронними двигунами та аналіз отриманих результатів, в [4] – розробка алгоритму групового вибігу, в [5] – проведення розрахунків і аналіз отриманих результатів, у [6] – математичний запис диференційних рівнянь асинхронних та синхронних двигунів у фазній системі координат, реалізація моделі на ПЕОМ та аналіз результатів моделювання, у [7] – розробка пристрою та експериментальні дослідження,

Указані публікації в повній мірі відображають основний зміст дисертації та її наукові положення і відповідають вимогам ВАК України.