Нефтехимическое предприятие Восточной Сибири

Задача

Повышение устойчивости работы важного технологического оборудования, возникающего:

• при внутренних возмущениях в сети: короткие замыкания, пуски и самозапуски электродвигателей, несанкционированное отключение выключателей, отказ срабатывания устройств РЗА, в нормальном и ремонтном режимах
• при внешних возмущениях в сети: короткие замыкания, отказы работы оборудования, ремонтные режимы, работа противоаварийной автоматики, нарушение устойчивости, на смежных электростанциях, подстанциях и других объектах объединенной энергосистемы района с высшим напряжением 500 кВ

---

Особенности проекта

• Наличие асинхронных и синхронных электродвигателей с различными режимами пуска: прямой, через УПП, через ЧРП
• Наличие длинных кабельно-воздушных линий, напряжение потребителей за которыми выходит за допустимые пределы при любых возмущениях в сети
• Недостаточность диапазона РПН питающих трансформаторов для поддержания напряжения удаленных потребителей в допустимых пределах
• Наличие мощных электродвигателей с прямым пуском за длинными кабельно-воздушными линиями, успешный пуск и самозапуск которых необходимо обеспечить при любых возмущениях в сети

Данные факторы существенно осложняют поиск эффективных решений с учетом ограниченного бюджета Заказчика и требуют повышенной точности расчета

---

Риски

При возникновении возмущений возможны риски:

• отключения или нарушения работы синхронных и асинхронных электродвигателей
• ложного срабатывания и несрабатывания устройств РЗА и противоаварийной автоматики

В конечном итоге эти риски приводят к:

• полному или частичному останову производственного оборудования
• потере качества или браку выпускаемой продукции

---

Подход

Чтобы рассмотреть все проблемы, возникающие в сети, которые могут прямо или косвенно оказывать влияние на устойчивую работу оборудования, был проведен широкий спектр работ:

• сбор и верификация исходных данных, включая обследование объектов с выездом специалистов
• разработка цифровой модели энергосистемы
• расчет установившихся режимов
• расчет токов короткого замыкания
• расчет гармонических искажений и резонанса
• расчет единичных пусков электродвигателей
• расчет групповых самозапусков электродвигателей
• расчет переходных процессов, вызванных внутренними и внешними возмущениями в сети

В процессе поиска наиболее тяжелых режимов работы сети объекта был также проведен расчет внешней сети в составе следующих работ:

• получение от Системного Оператора (СО) расчетной модели энергорайона в аттестованном СО программном комплексе
• определение наиболее тяжелых режимов работы энергосистемы района
• детальная трансляция критичных и достаточных для дальнейшего исследования параметров в цифровую модель, созданную в программном комплексе, позволяющем проводить более широкий спектр исследований и выполнять более точную детализацию параметров

---

Анализ

Была осуществлена проверка расчетных параметров на соответствие:

• нормативным требованиям по устойчивости энергосистем
• требованиям к соотношению активной и реактивной мощности
• нормам качества электрической энергии
• международным и отраслевым стандартам по гармоникам и электромагнитной совместимости

Расчетные параметры проверялись на соответствие:

• Приказу Министерства энергетики РФ от 3 августа 2018 г. N 630 “Об утверждении требований к обеспечению надежности электроэнергетических систем, надежности и безопасности объектов электроэнергетики и энергопринимающих установок “Методические указания по устойчивости энергосистем”
• Приказу Министерства энергетики РФ от 23 июня 2015 г. N 380 “О Порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии”
• ГОСТ-32144-2013 “Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения”
• IEEE Std 519-2022 “Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems”
• ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 “Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 3-6. Нормы. Оценка норм электромагнитной эмиссии для подключения установок, создающих помехи, к системам электроснабжения среднего, высокого и сверхвысокого напряжения”

Был осуществлен поиск наиболее тяжелых режимов работы системы электроснабжения в процессе:

• взаимодействия с Заказчиком
• анализа уже случившихся и возможных аварийных ситуаций
• анализа работы противоаварийной автоматики и релейной защиты
• расчета, при умышленном утяжелении расчетных режимов до теоретически возможных пределов

Для повышения точности расчетов были проведены дополнительные исследования:

• верификация пуска наиболее мощного синхронного двигателя по осциллограммам, полученным с объекта

• более детальное моделирование системы возбуждения синхронного двигателя в специализированном программном комплексе

---

Результат

• по результатам расчета установившихся режимов Заказчик, помимо экспертного анализа, рекомендаций, получил расчетные значения напряжения во всех узлах сети, в табличном виде, с цветовым акцентом на выходящих за допустимые пределы значениях

• по результатам расчета токов короткого замыкания Заказчик, помимо экспертного анализа, рекомендаций, получил расчетные значения симметричных и несимметричных токов КЗ во всех узлах в табличном виде

• по результатам расчета гармонических искажений и резонанса Заказчик, помимо экспертного анализа, рекомендаций, получил расчетные значения в табличном виде, а также амплитудно-частотные характеристики сети с наложенным спектром гармоник в графическом виде

• по результатам расчета единичных пусков и групповых самозапусков электродвигателей, Заказчик, помимо экспертного анализа, рекомендаций, получил графики, например, скольжения, по всем рассматриваемым двигателям

• по результатам расчета переходных процессов, вызванных внутренними и внешними возмущениями в сети Заказчик, помимо экспертного анализа, рекомендаций, получил графики, например, скольжения, напряжения, по всем рассматриваемым двигателям, узлам

В конечном итоге Заказчику были предоставлены:

• верифицированная модель системы электроснабжения
• детальный анализ и рекомендации по каждому расчету
• выявленные проблемные режимы работы и наиболее слабые к устойчивости узлы сети
• комплекс мероприятий, рекомендаций, а также подтверждающие сохранение устойчивости при их реализации расчетные данные