Территория Нефтегаз № 9 2018

Следует заметить, что проблемой стабилизации режимов ЭЭС и разработкой унифицированного алгоритма системных стабилизаторов начали интенсивно заниматься в СССР в начале 1950-х гг. и окончательно решили ее в 1980-е гг., когда полностью сформировалась идео-логия внешней и внутренней стабилизации и появился сигнал производной тока возбуждения.

Этот период характеризуется быстрым развитием электроэнергетики страны. В то время были построены каскады крупных гидроэлектростанций (ГЭС), мощные тепловые и атомные станции. По географическим условиям мощные ГЭС строились вдали от крупных населенных пунктов и крупных промышленных предприятий. Возникла необходимость передавать большое количество электроэнергии на значительное расстояние от электростанций к потребителям. Строительство параллельных линий для усиления электрической связи являлось дорогостоящим, поэтому было необходимо найти иные способы решения проблемы. Начала активно развиваться теория устойчивости ЭЭС. В итоге первый в мире сис-темный стабилизатор был разработан и внедрен практически в том виде, в каком он существует сейчас. Советский Союз имел большую территорию и разветвленную ЭЭС, обладавшую большим числом как слабых, так и сильных элект-рических связей между отдельными регионами.

На Западе начальный импульс к разработке системных стабилизаторов был дан в 1970-х гг. в Канаде из-за возникшей необходимости передавать мощность 500 МВт от АЭС «Пикеринг» и ГЭС в штате Онтарио по линиям электропередач протяженностью примерно 700 км и напряжением 500 кВ потребителям в США. Без быстродействующих систем возбуждения, оснащенных системными стабилизаторами, понадобились бы дополнительные линии. В Западной Европе эта проблема возникла еще позже – при вводе в эксплуатацию турбинных блоков мощностью более 300 МВт. В настоящий момент на Западе разработано около 10 типов системных стабилизаторов, описание которых приведено в стандарте IEEE Std 421.5.

С учетом того, что отечественный стабилизатор успешно зарекомендовал себя в различных схемно-режимных ситуациях, было предложено рассмотреть вопрос о его включении в международные стандарты под названием PSS2RU. Для этого потребовалось предоставить его полное описание и привести результаты расчетов, чтобы оценить его эффективность по сравнению со стабилизаторами, включенными в стандарт IEEE Std 421.5.

ОПИСАНИЕ СИСТЕМНОГО СТАБИЛИЗАТОРА PSS2RU

Задача любого системного стабилизатора – демпфирование электромеханических колебаний. Данные колебания, обусловленные качаниями роторов синхронных генераторов друг относительно друга, лежат в диапазоне частот 0,1–5,0 Гц. Полный взаимный угол между двумя машинами в любой схемно-режимной ситуации может быть разложен на внутренний и внешний углы: внутренний – угол между поперечной осью машины, совпадающей с вектором синхронной электродинамической силы (ЭДС) E_q и вектором напряжения генератора U_g; внешний – угол между вектором напряжения генератора U_g и вектором синхронной ЭДС другой машины или центром электрических качаний синхронной машины (электростанции), работающей в сложной энергосистеме. Внутренний угол образуется в результате падения напряжения на внутреннем продольном индуктивном сопротивлении машины (X_d). Внешний угол образуется в результате падения напряжения на сопротивлениях, внешних по отношению к рассматриваемому генератору элементов ЭЭС.

Качания полного угла являются результатом совместного движения роторов и имеют двойственную природу:

• в режимах выдачи реактивной мощности устойчивость определяется величиной и качаниями внешнего угла, который в тяжелых послеаварийных режимах или в слабых ЭЭС может приближаться к 90° эл.;

• в режимах потребления реактивной мощности устойчивость определяется величиной и качаниями внутреннего угла, который при уменьшении тока возбуждения генератора, работающего в ЭЭС любой мощности, может приближаться к 90° эл.

Таким образом, при одинаковых больших значениях полного угла физика переходных процессов и условия обеспечения апериодической и колебательной статической устойчивости существенно отличаются. Стабилизация режима, предлагаемая западными стандартами, не учитывает этого явления.

В результате аналитических и экспериментальных исследований и опыта эксплуатации синхронных генераторов выяснилось, что отклонениям внутреннего угла пропорциональна производная тока ротора. Отклонение частоты напряжения генератора Δf_U от установившегося значения и первая производная  генератора являются первой и второй производными внешнего угла, соответственно. Таким образом, имеются два легко измеряемых параметра, каждый из которых способен осуществлять демпфирование соответствующей компоненты взаимного угла. Следовательно, входными параметрами рассматриваемого стабилизатора являются ток ротора (I_f) и частота напряжения генератора (f_U).

Блок-схема системного стабилизатора PSS2RU показана на рис. 1. Стабилизатор состоит из двух каналов, соединенных параллельно. Выходные сигналы каждого канала суммируются на главном сумматоре. Просуммированный сигнал является выходным сигналом стабилизатора. Передаточные функции задают необходимую форму амплитудочастотной и фазочастотной характеристик каждого канала. Два канала перекрывают диапазон частот электромеханических колебаний. Канал по час-тоте настраивается на частотный диапазон 0,3–1,2 Гц, канал по производной тока ротора – на частотный диапазон 1–3 Гц. Типовые значения постоянных времени приведены в таблице. Сравнительные испытания, проведенные НТЦ Единой энергетической системы, показали его высокую эффективность.

РЕЛЕЙНАЯ ФОРСИРОВКА ВОЗБУЖДЕНИЯ

Совместно со стабилизатором PSS2RU применяется быстродействующая форсировка возбуждения. Ее функцией является повышение динамической устойчивости при серьезных повреждениях в энергосистеме, обусловленных снижением напряжения. Логика форсировки возбуждения представлена на рис. 2.

При снижении напряжения ниже уставки срабатывания контроллер инициирует быстрое увеличение напряжения возбуждения до максимального значения до тех пор, пока напряжение статора генератора не повысится до уставки на снятие форсировки (0,8÷0,9) U_Гном. Включение форсировки происходит с минимальной выдержкой времени, а отключение – с выдержкой 0,2–0,3 с, что соответствует времени достижения максимального значения взаимного угла между роторами синхронных машин в послеаварийном режиме качаний. Форсировка также необходима, чтобы исключить на время протекания короткого замыкания (КЗ) тракт регулирования из закона управления, так как резкие скачки токов, напряжений и частоты могут привести к снижению скорости нарастания напряжения возбуждения из-за противоположных воздействий от разных каналов регулирования.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

Эффективность системного стабилизатора была проверена на математической модели 4-машинной энергосистемы (схема Кундура), часто рассматриваемой в работах западных исследователей, в среде MATLAB/Simulink Sim Power Systems. Схема изображена на рис. 3. Модель представляет собой две области, каждая из которых содержит по два синхронных генератора. Области соединены двумя линиями длиной 220 км. Режим установлен таким образом, что осуществляется передача 413 МВт из первой области во вторую.

Тестовым возмущением является трехфазное КЗ в середине одной линии с последующим ее отключением. Проведено сравнение PSS2RU со стабилизаторами, включенными в стандарт IEEE Std 421.5. Стабилизаторы PSS1A и PSS4B имеют в качестве входного параметра скорость вращения ротора. В PSS1A сигнал скорости вращения последовательно проходит через фильтры и несколько фазосдвигающих звеньев. В PSS4B сигнал скорости вращения раздваивается и проходит в одном случае через датчик низких и средних частот, в другом – через датчик высоких частот. Далее сигналы проходят через фазосдвигающие звенья, которые выделяют низкие, средние и высокие частоты, после чего каждая компонента усиливается в зависимости от частоты. Полное описание PSS1A и PSS4B представлено в стандарте, результаты теста – на рис. 4.

В энергосистеме ситуация, когда присутствует длинный транзит и создаются такие тяжелые условия, является редкостью. Подобные условия могут возникнуть, если существует слабая связь или при неблагоприятных обстоятельствах при ремонтных схемах. Чтобы убедиться в эффективности стабилизатора в различных условиях, выполним такое же тестовое возмущение, но при транзите длиной 10 км. Следует отметить, что при уменьшении длины транзита до 10 км условия устойчивости энергосистемы улучшились, но такое же тестовое возмущение будет оказывать более сильную просадку напряжения на шинах генераторов, так как точка короткого замыкания стала электрически ближе к каждому генератору. Результаты расчетов представлены на рис. 5.

По результатам анализа графиков на рис. 4 и 5 можно сделать заключение, что стабилизатор PSS2RU при неизменной настройке осуществляет эффективное демпфирование колебаний как при длинном, так и при коротком транзите: при длинном воздействуют все каналы стабилизатора, так как внутренний и внешний угол имеют одинаковый порядок величины; при коротком внешний угол становится малым, поэтому даже при тех же настройках каналы по отклонению и по производной частоты вносят на порядок меньший вклад в суммарный сигнал системного стабилизатора по сравнению с каналом по производной тока ротора. Можно сказать, что при коротком транзите каналы стабилизатора по отклонению и по производной частоты выключаются из работы, исходя из физической сущности процессов. Поэтому единая настройка оказывается достаточно эффективной в существенно различных условиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, благодаря рассмотренным свойствам и своему широкому распространению на электростанциях России и ближайшего зарубежья, а также принимая во внимание простоту и грубость настройки параметров, сис-темный стабилизатор PSS2RU должен занять значимое место в библиотеках основных программных продуктов для выполнения сетевых исследований. Для этого важно провести работу по интег-рации структуры системного стабилизатора PSS2RU и алгоритма релейной форсировки в документы международных организаций IEC и IEEE. 

Типовые значения параметров стабилизатора PSS2RU

Концерн РУСЭЛПРОМ

109029, РФ, г. Москва,

Нижегородская ул., д. 32, стр. 15

Тел.: 8 (800) 301-35-31

Факс: +7 (495) 600-42-54

e-mail: mail@ruselprom.ru

ruselprom.ru

Реалии рынка требуют инновационных решений в области проектирования кабеленесущих систем в России, сопряженных с меньшими трудозатратами и финансовыми вложениями.

Потенциал для внедрения инноваций на российском рынке есть, и уже в ближайшее время можно будет оценить это на примере одного из наиболее стратегически значимых объектов нефтегазовой отрасли РФ – комплекса по производству, хранению и отгрузке СПГ в районе КС «Портовая», строящегося по заказу ПАО «Газпром». Уже в ходе проектирования специалисты ДКС получали лестные отзывы от проектных институтов и монтажных организаций: инженеры отмечают значительную экономию времени в работе, обусловленную применением инноваций, а монтажники – отсутствие проблем с поиском дополнительных ресурсов для оперативной сборки на объекте.

В ходе проектирования комплекса были определены участки кабельных линий с большими пролетами. При этом собранная система должна выдерживать высокие нагрузки, так как предполагалось проложить по лоткам силовой кабель.

В связи с этими требованиями генеральному подрядчику проекта ООО «НИПИ НГ «Петон» пришлось отказаться от советской модели кабельной трассы, учитывавшей только Правила устройства электроустановок. Было решено перенять опыт западных проектных институтов, давно использующих тяжелые лотки. Инициатором разработки конкретного типового решения стала компания ДКС, выигравшая тендер среди производителей у ООО «НИПИ НГ «Петон».

Проанализировав технические требования к проекту, специалисты компании ДКС выбрали серию тяжелых лотков U5 Combitech. Данные изделия выпускаются в трех видах – лестничном, перфорированном и неперфорированном – и имеют целый ряд конкурентных преимуществ. Так, особую прочность U5 Combitech придают расположение ребер жесткости и специальная конструкция лонжерона. Например, безопасная рабочая нагрузка при пролете 6 м составляет 100 кг/м и 150 кг/м для лотков с бортами 100 мм и 150 мм, соответственно, при этом прогиб не превышает 12–14 мм, что является особо важным фактором при построении многослойной кабельной трассы. Все испытания системы U5 Combitech проходят согласно ГОСТ Р 52868–2007.

Кроме того, к числу преимуществ конструкции тяжелого лотка относится бессварочный тип соединения лонжерона с траверсой (поперечиной) – «ласточкин хвост», что позволяет достичь высоких показателей стойкости к вибрации и изгибам. Это и стало решающим фактором, определившим выбор U5 Combitech, в особенности с учетом географического расположения КС «Портовая» (район причала бухты Дальняя в Выборгском р-не Ленинградской обл.). К тому же данная система сертифицирована для применения при сейсмическом воздействии до 9 баллов. С сертификатами соответствия на продукцию U5 Combitech можно ознакомиться на сайте ДКС.

Оперативная настройка производственной площадки под нужды масштабного проекта, а также точный просчет логистических операций позволили компании ДКС выполнить большой заказ в сжатые сроки, не прекращая при этом поставки по другим текущим проектам.

АО «ДКС»

125167, РФ, г. Москва, 4-я ул. 8 Марта, д. 6а

Тел.: +7 (495) 916-52-62

Факс: +7 (495) 916-52-08

e-mail: info@dkc.ru

www.dkc.ru

Университет был основан в октябре 1948 г. на базе филиала Московского нефтяного института имени И.М. Губкина (ныне Российский государственный университет нефти и газа (Национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина). Его стремительное развитие, строительство новых корпусов и открытие новых специальностей было обусловлено ростом нефтедобывающей промышленности на западе Башкирии и в Татарстане. К середине 1960-х гг. Уфимский нефтяной институт представлял собой разветвленную образовательную структуру, обеспечивавшую квалифицированными кадрами топливно-энергетический комплекс, а также строительную отрасль региона и страны. С возникновением нового нефтедобывающего района – Западно-Сибирского – в Уфимском нефтяном институте резко выросло число обучающихся. К началу 1980-х гг. Уфимский нефтяной институт сформировался как учебно-научный комплекс всесоюзного масштаба. В 1993 г. вуз официально получил статус университета. В 2005 г. УГНТУ стал первым стратегическим партнером ПАО «НК «Роснефть» среди высших учебных заведений. В 2015–2016 гг. университет получил статусы опорного вуза России и опорного вуза компаний ПАО «Газпром», ПАО «Газпром нефть».

За годы деятельности университет подготовил более 100 тыс. специалистов для топливно-энергетического комп-лекса, строительной отрасли, сферы услуг, органов государственной власти и управления.

В вузе ведется активная работа по развитию международной деятельности, расширяются сферы международного сотрудничества в области научно-технических разработок, ведется активный обмен студентами и преподавателями в рамках программы академической мобильности, реализуется широкий спектр программ профессиональной подготовки и переподготовки для иностранных специалистов. С 1996 г. вуз является полноправным членом Международной ассоциации университетов. В стенах университета проходят обучение представители 67 субъектов Российской Федерации и 51 государства ближнего и дальнего зарубежья, в числе которых Азербайджан, Ангола, Вьетнам, Казахстан, Куба, Китай, Таджикистан и др. В настоящее время Уфимский нефтяной стабильно входит в TOP-30 вузов России по числу обучающихся иностранных студентов, а их сегодня в университете почти 1300 человек. Ректор УГНТУ – проф., докт. физ.-мат. наук, акад. РАЕН, акад. Академии наук Республики Башкортостан (РБ), заслуженный деятель науки РБ, Почетный работник газовой промышленности, Почетный работник высшего профессионального образования РФ, Почетный работник науки и техники Российской Федерации Р.Н. Бахтизин является также сопредседателем Ассоциации российско-азербайджанских университетов, председателем Общества дружбы «Башкортостан – Вьетнам». Он ведет большую работу по развитию дружеских и партнерских связей, обмеу опытом в научных изысканиях и внедрению современных технологий в сфере образования.

В состав университета сегодня входят семь факультетов, три института, институт дополнительного профессионального образования, магистратура, аспирантура и докторантура (работают семь диссертационных советов), Инжиниринговый центр и молодежный технопарк. Уфимский нефтяной сегодня представлен тремя филиалами в городах Октябрьский, Салават и Стерлитамак.

По всему спектру специальностей обучаются почти 20 тыс. студентов, а их подготовку ведет высококвалифицированный штат профессорско-преподавательских кадров: свыше 1300 штатных преподавателей, в числе которых более 200 докторов наук, профессоров и более 700 кандидатов наук, доцентов.

В структуре УГНТУ с 1994 г. успешно функционирует Институт дополнительного профессионального образования, открытый в 1994 г. Он является ведущим учреждением в сфере дополнительного профобразования для специалистов топливно-энергетического и строительного комплексов. В нем ежегодно проходят повышение квалификации и профессиональную переподготовку около 5 тыс. инженерно-технических работников большинства крупнейших объединений, предприятий и организаций РФ, стран ближнего и дальнего зарубежья.

Пристальное внимание уделяется развитию науки. Активно развиваются научные школы, несомненной гордостью которых являются имена известных ученых, среди них действительные члены и члены-корреспонденты академий наук РФ и РБ, заслуженные деятели образования, науки, техники, строительства и архитектуры.

Вся образовательная и научно-исследовательская деятельность УГНТУ тесно связана с производством. Это трансформируется в самые высокие среди вузов республики показатели трудоустройства и средней заработной платы выпускников. Так, в Национальном рейтинге востребованности вузов Российской Федерации в 2017 г. УГНТУ занял 32-е место из 448 вузов России. В рейтинге по уровню востребованности выпускников работодателями, составленному рейтинговым агентством «Эксперт», УГНТУ занимает 24-е место среди 100 лучших вузов России. Согласно мониторингу трудоустройства выпускников вузов, осуществляемому Министерством образования и науки РФ, показатели трудоустройства выпускников университета составляют 90 %, а размер средней заработной платы специалистов в первый год работы достигает 55 тыс. руб.

В большинстве рейтингов федерального и международного уровня УГНТУ занимает, как правило, самые высокие позиции среди вузов республики. По результатам мониторинга Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» в рейтинге TOP-100 вузов России УГНТУ занял 69-е место. В рейтинге RAEX («РАЭКС-Аналитика») «50 лучших технических вузов России» за период 2016–2018 гг. Уфимский нефтяной занимает 33-е место, а в 2017 г. он получил международное признание, войдя в целый ряд международных рейтингов. Так, в рейтинге вузов стран Восточной Европы и Цент-ральной Азии (QS Emerging Europe and Central Asia University Rankings) одного из самых известных международных рейтинговых агентств – Quacquarelli Symonds (QS) УГНТУ входит в категорию 200+. В рейтинге стран БРИКС (QS BRICS University 2018) из числа 300 лучших университетов Бразилии, России, Индии, Китая и Южной Африки вуз занимает позицию в диапазоне 161–170 -го места. По данным агентства RAEX («РАЭКС-Аналитика»), курируемый университетом Инженерный лицей № 83 имени М.С. Пинского вошел в число 50 лучших школ России по укрупненному направлению подготовки «Технические, естественнонаучные направления и точные науки».

В УГНТУ сложилась и успешно функционирует система трудоустройства выпускников. Подписаны прямые договоры и соглашения о сотрудничестве в области образовательных услуг и научных исследований с иностранными вузами, научными центрами и нефтяными компаниями. В целом спрос на молодых специалистов УГНТУ превышает предложение. Вуз регулярно заключает договоры, предусматривающие целевую подготовку и переподготовку специалистов с крупнейшими предприятиями и организациями ТЭК, такими как «Роснефть», «Башнефть», «Газпром», «Транснефть», «ЛУКОЙЛ», «Татнефть», «Газпром нефть», «СИБУР», Halliburton, Schlumberger, Baker Hughes и др. Особое внимание уделяется программам, ре-ализуемым совместно с государственными компаниями.

Неотъемлемой составляющей и основой развития вуза является его материальная база. История института и университета – это также история строительства, расширения учебных и бытовых площадей, постоянного обновления учебно-лабораторного и научно-исследовательского оборудования. Начальный пункт этого грандиозного марафона – два небольших ветхих здания, приспособленные под учебные занятия в 1948 г. В настоящее время университет располагает, помимо трех филиалов УГНТУ в регионах Башкортостана, тремя компактно спланированными учебно-бытовыми комплексами общей площадью около 195 тыс. м2. К услугам студентов, преподавателей и сотрудников – санаторий-профилакторий, студенческая поликлиника с полным набором современных врачебных кабинетов, культурно-бытовой комплекс, семейное общежитие, спортивно-оздоровительный лагерь, спортивный комплекс с самым современным инвентарем и оборудованием, три столовые, а также Дворец молодежи, где студенты имеют возможность заниматься творчеством и развивать свои таланты. Высокий уровень вокальных, танцевальных и театральных коллективов университета регулярно подтверждается призовыми местами на республиканских, российских, международных конкурсах и фестивалях.

Университет традиционно является местом притяжения гостей г. Уфы и Республики Башкортостан – государственных и общественных деятелей.

4 января 2003 г. УГНТУ посетил Президент Российской Федерации Владимир Путин. Во время встреч с коллективом и студентами университета глава государства дал высокую оценку деятельности и достижениям вуза. По решению Ученого совета УГНТУ В.В. Путину был торжественно вручен Золотой знак УГНТУ № 1. В разное время университет также посещали Глава Палестинской автономии М. Аббас, Президент Таджикистана Э. Рахмон, председатель Государственной Думы Федерального собрания РФ Б.В. Грызлов, министры образования РФ В.В. Филиппов и А.А. Фурсенко, главы регионов РФ, послы иностранных государств.

Таким образом, в свои 70 лет опорный университет Российской Федерации – современный динамичный вуз, имеющий международное признание, являющийся центром инноваций и драйвером развития региона.