Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 812
Статья научная
Трансформаторы входят в состав основного оборудования электростанций, повышающих, понижающих и распределительных подстанций, различного вида преобразовательных устройств. В процессе эксплуатации масляных трансформаторов могут возникнуть повреждения или дефекты, своевременное выявление которых позволит принять меры по предупреждению их развития и сохранению работоспособности оборудования. К тяжелым последствиям приводят повреждения обмоток и главной изоляции трансформаторов из-за нарушений в работе системы охлаждения. Существующие охлаждающие устройства не всегда являются эффективными. Разработана дополнительная система охлаждения силового трансформатора с термоэлектрическими преобразователями. Принцип их работы основан на том, что в ночное время при минимальной температуре окружающего воздуха в емкости накапливается холод за счет образования на развитой поверхности ребер термоэлектрических преобразователей слоя водяного льда, таяние которого используется в самый жаркий период времени суток для дополнительного охлаждения трансформаторного масла в системе охлаждения трансформатора. Описаны два режима работы разработанного устройства. Представлено математическое описание процесса охлаждения воды. Проанализированы результаты исследований по оценке изменения теплового потока, отводимого с помощью вертикальных грунтовых теплообменников, от разных параметров. Результаты исследований показали возможность использования предлагаемой системы жидкостного охлаждения силовых масляных трансформаторов с помощью термоэлектрических модулей и ВГТО. Система позволит дополнительно в моменты пиковых тепловых нагрузок отводить до 50 % тепла. Повышение мощности трансформатора в зависимости от его рабочих характеристик составит 25-40 %.
Бесплатно
Статья научная
В статье выполнены теоретические исследования применения технологии промышленной Smart Grid системы для главного электропривода прокатной клети толстолистового стана 5000 с точки зрения генерации реактивной мощности. Типовые особенности основного силового электрооборудования главного электропривода прокатной клети позволяют организовать управления потреблением или генерированием реактивной мощности. Генерирование или потребление реактивной мощности может быть осуществлено с помощью управления двухзвенными преобразователями частоты с активными выпрямителями напряжения. На базе экспериментальных и расчетных данных для марки стали X70 было определено, что генерация реактивной мощности возможна в больших диапазонах во время черновых проходов. Наиболее актуально использовать данный метод управления, когда рядом с точкой их подключения параллельно работают установки с нелинейной нагрузкой. Данный метод управления перспективно использовать только совместно с технологией промышленной Smart Grid системы. Промышленная Smart Grid система должна осуществлять на верхнем уровне управления мониторинг в реальном времени величин активной и реактивной мощности и формировать на локальном уровне управления преобразователями задание на генерацию или потребление реактивной мощности. Это позволит уменьшить величину потребляемой реактивной мощности с подстанции и улучшить технико-экономические показатели системы электроснабжения.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается формирование расчетной модели для оценки опасности воздушных включений диаметрами от 1 до 2 мм в стеклянных деталях изоляторов марки ПС70Е. В состав модели входят нечеткие множества для входных переменных: размер дефекта, расстояние от оси детали до центра дефекта, положение центра дефекта. С использованием алгоритма Мамдани на основе полученной модели проведена оценка опасности дефектов. Результаты расчета были верифицированы на основе расчета картин распределения электрического поля. Показано, что для рассмотренных примеров расчетная модель позволяет проводить правильную классификацию дефектов с точки зрения опасности нарушения электрической прочности. Разработанная модель может быть улучшена путем расширения ее обобщающей способности на другие разновидности дефектов и виды границ стеклянных деталей. При обеспечении ожидаемой точности работы модели возможно формирование с ее помощью обучающих данных для нейронной сети, способной по изображениям стеклянных деталей формировать оценку опасности потенциальных дефектов с точки зрения нарушения электрической прочности.
Бесплатно
Использование паровой турбины в составе солнечной опреснительной установки
Статья научная
Рассматривается возможность повышения энергоэффективности солнечных опреснительных установок за счет внедрения промежуточной секции из паровой турбины и генератора электрической энергии. Представлен разработанный экспериментальный стенд, имитирующий работу энергоэффективного комплекса очистки воды и выработки электрической энергии для различных времен года. Приведены и проанализированы результаты экспериментальных исследований, выводы и рекомендации по увеличению производительности и использованию солнечных опреснительных установок с паровыми турбинами.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена построению суррогатных моделей как инструменту оценки влияния свойств материалов изоляционных конструкций и присутствующих в них дефектов, геометрии изоляционных конструкций на электрическую прочность в области расположения дефекта. На примере стеклянной детали изолятора ПС-70Е показано, что для анализа электрической прочности в области расположения дефекта при изменении свойств материалов достаточно суррогатной модели в виде полинома четырех переменных седьмого порядка, учитывающей изменение диэлектрических проницаемостей и удельных проводимостей материалов модели. Относительная ошибка в определении электрического поля по результатам имитационного моделирования и расчета по суррогатной модели составляет не более 11,2 % и 10,7 % - для максимальной и минимальной напряженности электрического поля в дефекте соответственно. Показано, что диэлектрическая проницаемость вещества изоляционной конструкции оказывает существенное влияние на напряженность поля только при проницаемостях вещества дефекта, меньших 6, что характерно для дефектов в виде газовых включений. Изменение характеристик поля в дефекте в зависимости от геометрии конструкции рассматривалось также на примере головки стеклянной детали изолятора ПС-70Е. Изменение геометрии изучалось при различных значениях амплитуд первых пространственных гармоник образующих границ с одновременным изменением расположения сферического дефекта внутри конструкции. Показано, что для построения суррогатной модели в этом случае достаточно полинома 5-й степени 4 переменных. Максимальная погрешность при этом составляет не более 7,6 %. Анализ зависимостей напряженностей поля внутри дефекта в рассматриваемых суррогатных моделях, а также в полученной ранее модели позволяет утверждать, что потенциально опасными могут считаться дефекты в высоковольтных изоляторах размерами от 0,1 до 2 мм.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрены подходы по использованию тестовых схем IEEE и CIGRE как инструмента для проведения научных исследований энергосистем. Выявлены сложности использования базовых тестовых схем для различных задач исследования и возможности решения возникающих проблем. Анализ информации, содержащейся в имеющихся в открытом доступе базовых тестовых схемах, показал, что для современных исследовательских задач этой информации недостаточно. В случаях¸ когда недостающая информация может быть добавлена локально и независимо для каждого из узлов энергосистемы, учет дополнительной информации в тестовых моделях не вызывает проблем. При необходимости самосогласованных данных для всех узлов энергосистемы предпочтительнее искать вариант схемы IEEE с оптимальной для исследования авторской базой данных или воспользоваться альтернативными базами данных и тестовых схем. Проведен обзор репозитория, содержащего наиболее полную базу находящихся в открытом доступе тестовых схем.
Бесплатно
Статья научная
Вентильно-индукторные машины, являющиеся главной составляющей вентильно-индукторного электропривода, - перспективный и недостаточно исследованный электромеханический преобразователь энергии. Данный тип электрических машин имеет возможность расширения своей области применения практически во всех отраслях промышленности. Для создания вентильно-индукторного электропривода, конкурентоспособного на мировом рынке, имеющего высокие технико-экономические показатели, необходимо иметь достоверную, научно обоснованную информацию о взаимосвязи и степени влияния геометрических переменных магнитной системы и среднего значения электромагнитного момента. Цель данной статьи состоит в определении силы и направления связи среднего значения электромагнитного момента и варьирующихся значений геометрических размеров элементов активной части исследуемой машины. По результатам корреляционного анализа установлена степень влияния рассматриваемых конструктивных параметров активной части на среднее значение электромагнитного момента. Расчет численной величины момента осуществлялся посредством пакета прикладных программ MATLAB, взаимодействующей с программой по расчету и визуализации магнитных полей FEMM версии 4.2. Также для получения числовых значений момента был использован стохастический метод, основанный на алгоритме Монте-Карло. Проведенные в статье исследования позволяют судить о наличии соответствующей связи между исследуемыми конструктивными элементами магнитной системы и значением электромагнитного момента, а также об определенной степени их воздействия на формирование его величины.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе исследуется влияние величины проводимости изоляции в месте повреждения на точность ее определения и на возможность определения поврежденного участка линии в зависимости от величины проводимости в месте повреждения расчетным методом по результатам измерения режимных параметров.
Бесплатно
Статья научная
В статье проведены результаты исследований датчика напряжения на базе системы гальванически связанных тел. Показана необходимость учета источников внешних электрических полей при определении эквивалентной емкости пассивного тела, входящего в состав датчика. Приведены результаты исследования с использованием компьютерного моделирования методом конечных элементов влияния полей активного тела на эквивалентную емкость пассивного тела, а также влияния на нее электрических полей соседних фаз. При исследовании влияния электрического поля активного тела рассматривалось изменение расстояния как от активного тела до измерительного резистора, так и от измерительного резистора до пассивного тела. В последнем разделе статьи приведены результаты экспериментальных исследований влияния электрического поля активного тела на эквивалентную емкость пассивного тела, подтвердившие результаты компьютерного моделирования.
Бесплатно
Исследование влияния возобновляемых источников энергии на функционирование релейной защиты
Статья научная
Современной тенденцией развития электроэнергетических систем является внедрение возобновляемых источников энергии в виде распределенной генерации. Выявлено, что одной из основных причин, сдерживающих этот процесс, является изменение при этом режимов работы энергосистем, что в свою очередь оказывает существенное влияние на функционирование устройств релейной защиты и автоматики и, как следствие, на их настройку. Экспериментально доказано снижение чувствительности и нарушение селективности действий релейной защиты распределительной сети в случае подключения к энергосистеме ветроэнергетической установки. При этом важным фактором является мощность и место подключения. Также в статье выполнен анализ существующих подходов по реализации защиты таких энергосистем. В результате теоретически доказана необходимость разработки новых методов и средств для настройки защиты и автоматики, поскольку существующие подходы либо ограничивают внедрение нового оборудования, либо сложно реализуемы, либо недостаточно гибкие.
Бесплатно
Исследование влияния возобновляемых источников энергии на функционирование релейной защиты
Статья научная
Современной тенденцией развития электроэнергетических систем является внедрение возобновляемых источников энергии в виде распределенной генерации. Выявлено, что одной из основных причин, сдерживающих этот процесс, является изменение при этом режимов работы энергосистем, что в свою очередь оказывает существенное влияние на функционирование устройств релейной защиты и автоматики и, как следствие, на их настройку. Экспериментально доказано снижение чувствительности и нарушение селективности действий релейной защиты распределительной сети в случае подключения к энергосистеме ветроэнергетической установки. При этом важным фактором является мощность и место подключения. Также в статье выполнен анализ существующих подходов по реализации защиты таких энергосистем. В результате теоретически доказана необходимость разработки новых методов и средств для настройки защиты и автоматики, поскольку существующие подходы либо ограничивают внедрение нового оборудования, либо сложно реализуемы, либо недостаточно гибкие.
Бесплатно
Статья научная
Для организации кислородно-топливного горения в камере сгорания энергетической установки на базе цикла Аллама подается природный газ, кислород и углекислый газ. Для обеспечения равномерного смешения кислорода с углекислым газом целесообразно организовать их предварительное смешение перед их подачей в горелочное устройство. Организовать смешение двух газов возможно в газовом смесителе. В одной из известных конструкций смесителей смешение организуются за счет подачи подмешиваемого газа через цилиндрические отверстия в камеру смешения, на выходе из которой установлена перфорированная решетка, являющаяся источником дополнительных потерь энергии потока. В работе предложена конструкция смесителя, в которой на входе в камеру смешения установлена система дефлекторов, направляющая основной поток к подмешиваемому газу, при этом на выходе из камеры смешения отсутствует перфорированная решетка. В работе представлены результаты исследования влияния геометрических параметров дефлекторов на смешение углекислого газа и кислорода. Методом исследования является математическое моделирование. Получено распределение коэффициента неравномерности концентрации углекислого газа по длине трубопровода, установленного за газовым смесителем различной конструкции. Установлено, что применение системы дефлекторов перед камерой смешения позволяет сократить путь смешения газов при минимальном гидравлическом сопротивлении.
Бесплатно
Статья научная
В статье приводятся результаты исследования пневматического затвора вихревого типа, который устанавливается в каналах загрузки сырья тепломассообменных реакторов. Существует метод расчета пневматического затвора вихревого типа, предназначенный для решения задачи определения оптимальных режимных параметров работы устройства при заданных геометрических параметрах и задачи профилирования оптимальной геометрии при заданных режимных параметрах. В статье приводится анализ математической модели рабочего процесса пневматического вихревого затвора, на основе которой был получен существующий метод расчета устройства. Показано, что в математическом описании газодинамических процессов в затворе не учитываются функциональные назначения компонентов скорости активного газа на срезе сопла, что делает ее неприменимой для оценки влияния геометрии направляющего аппарата на характеристики пневматического затвора. Численным моделированием установлено, что увеличение толщины и количества лопаток в некотором диапазоне приводит к ухудшению запирающей способности затвора и, как следствие, к увеличению требуемых для запирания массового расхода и давления активного газа и снижению энергоэффективности устройства. Показано, что уменьшение угла установки лопатки в исследуемом диапазоне также ведет к росту требуемых параметров активного газа для запирания полости реактора. В результате исследования установлено, что угол установки, толщина и число лопаток направляющего аппарата существенно влияют на требуемые для запирания давления в реакторе параметры активного газа и, как следствие, на энергетическую эффективность затвора. Показано, что зависимость максимального запираемого давления от угла установки лопатки не является монотонно возрастающей и при достижении некоторой величины дальнейшее уменьшения угла установки привод к снижению запираемого давления.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время для энергосбережения применяются альтернативные источники электроэнергии, которые позволяют автономно питать электроприемники. Одним из решений альтернативного получения электрической энергии для освещения и электроснабжения электроприемников малой мощности является применение дорожных энергетических установок в виде искусственной дорожной неровности с электромеханическим генератором, преобразующим энергию движения автомобиля в электрическую. В данной статье рассматривается конструкция разрабатываемой дорожной энергетической установки с ползунно-коромысловым механизмом преобразования поступательного движения во вращательное. Проведено исследование влияния движения звеньев механизма преобразователя воздействующего усилия на функционирование генератора дорожной энергетической установки, проведен анализ работы механизма при различных длинах шатуна с заданными требуемыми критериями по скорости и габаритным показателям механизма. Было определено влияние длины шатуна на траекторию движения и скорость перемещения коромысла. Анализ показал, что заданным требованиям удовлетворяют длины шатуна, равные 100 и 150 мм, обеспечивающие рабочий участок с равномерным нарастанием скорости движения коромысла. Для дальнейших исследований механизма был принят шатун длиной 100 мм, так как он позволяет реализовать установку с уменьшенными габаритами.
Бесплатно
Статья научная
На основании аналитических расчетов, а также имитационного моделирования с использованием программного комплекса MATLAB и пакета Simulink, рассмотрены вопросы исследования режимов работы асинхронных двигателей различной мощности с короткозамкнутым ротором серии 4А. Основной целью данного исследования является анализ влияния несимметрии фазных напряжений, созданной отклонениями фазных напряжений, на режимы работы АД. Величина отклонения напряжений изменялась с шагом в 5 %, предельное значение отклонения напряжений составляло 10 % от номинального. Проведены исследования статических и динамических механических характеристик двигателей, зависимостей фазных токов электродвигателей от величины отклонения напряжений, показывающих качественное и количественное влияние отклонения напряжений в одной или более фазах, возникающих при одновременном подключении трехфазной и значительной однофазной нагрузок. Полученные результаты имитационного моделирования позволят разработать методы и технические средства, оперативно реагирующие на изменения величины отклонения питающего напряжения в местах действия значительных нелинейных, несимметричных нагрузок.
Бесплатно
Статья научная
Актуальной задачей для ТЭС ряда промышленных предприятий является повышение выработки дополнительной электрической мощности в летний период за счет увеличения расхода поступающего в градирни воздуха, что вызывает потребность в разработке методики расчета мощности турбогенераторов при различных значениях подачи воздуха в градирни. В статье для тепловых электростанций с однотипными турбинами и оборотным циклом с одинаковыми вентиляторными градирнями на основе комплексного подхода разработана методика определения выработанной турбогенераторами электрической мощности в зависимости от подачи воздуха в вентиляторные градирни, учитывающая влияние процессов тепломассообмена в градирнях и теплообмена в конденсаторах на значение температуры пара на выходе из турбины и содержащая аналитические зависимости по расчету мощности турбогенератора от температуры насыщенного пара на выходе из турбины. Приведен пример расчета выработки мощности турбогенераторами тепловой электростанции в летний период. Показано, что при постоянных значениях расходов поступающих в конденсатор пара и воды оборотного цикла величина снижения температуры воды в градирне будет оставаться практически неизменной, поэтому увеличение подачи воздуха приведет к снижению температур воды на входе в градирню и на выходе из нее и температуры пара после турбины, что повысит выработку мощности турбогенератором. Для рассмотренного примера показано, что увеличение расхода поступающего в градирни воздуха от минимального до максимального значений повысит выработку электрической мощности для каждой турбины Т-50-130 ТМЗ на 1,93-2,4 МВт, при этом наибольший прирост мощности будет достигаться при низких значениях температуры и относительной влажности воздуха. Приведенная в статье методика может использоваться для регулирования выработки мощности ТЭС за счет изменения нагрузки вентиляторов градирен.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена исследованиям, направленным на повышение энергоэффективности электросталеплавильных комплексов путем оптимизации алгоритмов управления в установках ковшпечь (УКП). Комплекс проведенных исследовательских работ выявил механизм влияния технологических факторов на гармонический состав токов дуг, в связи с чем особое внимание уделено оценке влияния толщины шлакового слоя и особенностям распределения жидкого металла под действием аргонной продувки. Результаты исследований показывают, что устойчивое горение электрических дуг обеспечивается достаточным слоем шлака, предотвращающего перегрев футеровки, стальковша и свода, а также снижающего потери тепловой энергии. Разработаны усовершенствованные алгоритмы автоматического управления электрическими режимами УКП, позволяющие корректировать длину дуг и рабочее напряжение в зависимости от текущих условий горения дуг. Применение разработанного алгоритма обеспечивает улучшение стабильности горения дуг, повышение общего КПД и снижение удельного расхода электроэнергии. Практическая значимость работы состоит в возможности широкого применения разработанных технических решений на предприятиях черной металлургии с электросталеплавильными и конвертерными цехами, где функционируют мощные УКП.
Бесплатно
Исследование внутренних перенапряжений в городской кабельной распределительной сети 10 кВ
Статья научная
В статье представлена информация о результатах продолжительных экспериментальных исследований, проводимых в кабельных сетях 10 кВ двух энергообъектов (г. Челябинск). Для организации осциллографирования переходных процессов использовались известные и апробированные методические подходы. В течение 526 дней получено 79 осциллограмм, включающих как коммутационные, так и квазистационарные перенапряжения. В статье представлены характерные осциллограммы: при переходе однофазного замыкания на землю в междуфазное, несимметричном включении ножей разъединителя, коммутациях в сети и т. д. В условиях естественной эксплуатации кабельной распределительной сети получена зависимость совокупной вероятности возникновения перенапряжений и её статистические характеристики. Установлено, что вероятность возникновения перенапряжений с кратностью K > 2,2 о. е. составляет менее 5 %. Показано, что среднегодовое количество перенапряжений NK.год, превышающих 1,7 о. е. для энергообъектов, равно 36,96 и 42,46 шт. в год. Полученные данные могут быть полезны при выполнении исследований по установлению взаимосвязи между остаточной прочностью изоляции и перенапряжениями, воздействующими на неё.
Бесплатно
Краткое сообщение
Исследуется влияние величины проводимости изоляции в месте повреждения для разных участков сети на точность определения проводимости изоляции, а также возможность определения места повреждения участка линии с отпайкой.
Бесплатно
Исследование вольтамперных характеристик цифровым осциллографом GDS-806C
Статья научная
Точечное и векторное представление сигналов токов, напряжений транзистора и диода; влияние частоты дискретизации на вид вольтамперной характеристики; влияние масштаба напряжения на смещение нуля.
Бесплатно
