Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 792
Оценка надежности работы сигнализаторов напряжения
Статья научная
Представлены анализ и оценка надежности сигнализаторов напряжения «ИВА-Н» (СН), разработанных и произведенных Научно-производственным центром «Электробезопасность» Вятского государственного университета. Исследование включает в себя изучение динамики роста показателей надежности СН за последние годы, анализ усовершенствований конструкции и методов расчета надежности, а также определение средней наработки до отказа и других ключевых параметров, влияющих на надежность и долговечность этих устройств. Метод исследования надежности СН включал сбор данных об устройствах, расчет показателей надежности и анализ полученных результатов. Исследования надёжности сигнализаторов напряжения позволили создать систему для устранения недостатков, выявленных в процессе эксплуатации. Методика расчёта показателей надёжности количественно оценила изменения конструкции СН. За более чем 20 лет совершенствования показатели надёжности увеличились более чем в 3 раза, а срок службы при вероятности того, что устройство не достигнет предельного состояния с доверительной вероятностью γ = 95 %, составил более 6 лет. Эту методику успешно применили и к другим приборам. Улучшение показателей надёжности создаёт условия для безопасного обслуживания электроустановок и сохранения жизни и здоровья персонала.
Бесплатно
Оценка охлаждающей способности гибридной градирни с оребренным трубчатым радиатором
Статья научная
Градирни являются важным компонентом систем оборотного водоснабжения промышленных предприятий. При сравнении различных типов охлаждения испарительное является наиболее эффективным, однако из-за имеющихся недостатков были проведены исследования по их оптимизации. Гибридные системы охлаждения являются наиболее практичными и эффективными способами предотвращения образования большого парового факела, добавления избыточного количества подпиточной воды. В дополнение к этому гибридные градирни обеспечивают дополнительные преимущества по сравнению с другими обычными градирнями с точки зрения эффективности протекания процесса, а также экономии использования химических реагентов при техническом обслуживании. Авторами предложена конструкция гибридной градирни с оребренным трубчатым радиатором. Для прогнозирования тепло- и массообмена в гибридной градирне была собрана экспериментальная установка, определен тепловой КПД в испарительной части градирни, проанализирована охлаждаюшая способность наклонно-гофрированных контактных элементов с оребренным трубчатым радиатором. При увеличении плотности орошения охлаждающей жидкости наблюдается, как правило, незначительное снижение тепловой эффективности в результате сопротивления, оказываемого потоку воздуха в пространстве гофрированных элементов. Исследования показали, что наиболее высокая охлаждающая способность наклонно-гофрированных контактных элементов наблюдается при невысоких массовых плотностях орошения и может достигать 35 % без существенного капельного уноса.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются особенности источников электромагнитных полей, нормируемые показатели предельно допустимых уровней напряженностей, воздействие которых создает риск вредного воздействия на организм человека. Оцениваются результаты измерения параметров напряженностей электромагнитных полей на рабочих местах электротехнического персонала. Показаны существенные особенности распространения электромагнитных полей. На основе анализа экспериментальных данных предлагаются пути совершенствования нормирования электромагнитных полей для электротехнического персонала тягового электроснабжения.
Бесплатно
Статья научная
Авторами выполнены схемно-параметрические оптимизационные исследования перспективной теплофикационной ПТУ, имеющей в своем составе паровую противодавленческую турбину и паровой котел, работающий на природном газе, с возможностью утилизации теплоты дымовых газов. С помощью математической модели теплофикационной ПТУ проведены исследования влияния внутреннего относительного КПД отсеков паровой турбины на ее основные показатели режимов работы и конструктивные характеристики теплообменного оборудования установки. Создание математической модели рассматриваемой установки и проведение схемно-параметрических оптимизационных расчетов осуществлялось с помощью разработанного в отделе Теплосиловых систем Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук программно-вычислительного комплекса «Система машинного построения программ». Критерием оптимизации была выбрана цена электроэнергии, отпускаемой ПТУ при заданных ценах отпускаемого тепла и топлива с учетом внутренней нормы возврата капиталовложений. Результаты схемно-параметрических оптимизационных расчетов показали, что цена электрической энергии, отпускаемой теплофикационной ПТУ, практически линейно зависит от внутреннего относительного КПД отсеков турбины и при его изменении от 0,82 до 0,9 цена электрической энергии уменьшается на 0,03 цент/кВт. С учетом объема отпускаемой установкой электрической энергии экономический эффект от роста КПД может составить до 98,79 тыс. долл./год. Методический подход, примененный в данной работе, позволяет оценить целесообразность затрат для повышения внутреннего относительного КПД отсеков паровой турбины и может быть полезным как при рассмотрении вариантов проектирования, так и в процессе эксплуатации теплоэнергетических установок. Результаты оценки влияния внутреннего относительного КПД отсеков турбины на основные показатели режимов работы и конструктивные характеристики установки помогут определить уровень надежности и эффективности ее эксплуатации.
Бесплатно
Оценка потерь электроэнергии на корону по данным телеметрии
Статья научная
Рассмотрены вопросы определения потерь электроэнергии с учетом короны в темпе процесса, проведена оценка погрешностей, для ЛЭП-500 определены зависимости потерь мощности от напряжения для разных нагрузок и погодных условий.
Бесплатно
Оценка профессионального риска по фактору «электрическое поле промышленной частоты»
Статья научная
В статье приведены результаты расчета величины профессионального риска по фактору «электрическое поле промышленной частоты» для персонала Центрального (ранее Ханты-Мансийского) предприятия магистральных электрических сетей. Расчет выполнен на основе логико-вероятностной модели вероятности повреждения здоровья работников. Вероятности некоторых событий логико-вероятностной модели были определены на основе данных, полученных в результате экспериментального исследования распределения напряженности электрического поля на открытых распределительных устройствах подстанций напряжением 500 кВ, указанного предприятия. Для учета вреда, наносимого пребыванием в зонах различной напряженности электрического поля, были использованы специальные коэффициенты, определенные на основе кривой предельно допустимого времени нахождения в электрическом поле промышленной частоты. Сделаны выводы о факторах, определяющих величину профессионального риска для персонала, обслуживающего электроустановки сверхвысокого напряжения.
Бесплатно
Статья научная
Технологии хранения тепловой энергии могут улучшить стабильность производства и потребления традиционной и возобновляемой энергии. В статье представлена конструкция теплового накопителя энергии, который предлагается к интеграции в систему распределенной энергетики в качестве инструмента для регулирования перепадов в производстве и потреблении электроэнергии. Описаны принцип его работы и область применения. Целью работы является исследование процесса переноса энергии в тепловом накопителе при его разрядке. Разработана методика оценки разрядки теплового накопителя энергии с высокотемпературным рабочим телом. Представленный алгоритм расчета позволит вычислить геометрические размеры накопителя энергии и время его разрядки. Оценка разрядки теплового накопителя реализуется путем расчета и сравнения между собой нескольких стационарных режимов работы теплового накопителя, характеризующихся различной температурой теплоаккумулятора, которая для каждого последующего режима понижается с заданным шагом 100 °C. Анализ результатов показал, что при высоких температурах доминирующим механизмом передачи тепла является радиационное излучение, доля которого постепенно уменьшается с уменьшением температуры теплоизоляционных слоев. С понижением температуры увеличивается доля конвективных потерь, оцениваемых через эквивалентный коэффициент теплопроводности. Получены экспоненциальные выражения для описания уменьшения температуры наружной стенки и доли остаточного заряда теплового накопителя энергии от времени его эксплуатации. Сравнение различных стационарных режимов позволило оценочно установить, что за 72 ч тепловой накопитель энергии разряжается до 26,7 % (температура теплоаккумулятора падает от 2000 до 700 °C).
Бесплатно
Оценка ресурса изоляции обмотки статора асинхронного двигателя при работе в циклических режимах
Статья научная
Надежность изоляции электрической машины в значительной степени определяет ее общую надежность. Это вызывает необходимость разработки более точных методов оценки теплового состояния машины, чем косвенные методы, в большинстве случаев используемые на практике. В работе получены выражения, позволяющие проводить сравнение различных режимов работы электродвигателей по условию равного термического износа изоляции. Приведены результаты расчета изменения остаточного теплового ресурса изоляции статорной обмотки асинхронных двигателей при работе в режимах S3 и S6 с различной продолжительностью цикла.
Бесплатно
Статья научная
Определены резервы энергосбережения при частотном регулировании производительности дутьевого вентилятора с двухскоростным асинхронным двигателем водогрейного котла КВГМ-100. Предложен способ регулирования производительности тягодутьевых механизмов путем переключения преобразователя частоты с обмотки высокой скорости на обмотку низкой скорости и дроссельного регулирования в диапазонах скоростей, близких к номинальным значениям скоростей на этих обмотках. Представлена схема устройства, обеспечивающего реализацию способа. Построены естественные и искусственные характеристики дутьевого вентилятора и магистрали при работе двигателя на обмотке высокой скорости при дроссельном и частотном регулировании. Выполнен сравнительный анализ потерь мощности, установлено, что применение частотного регулирования обеспечивает ресурс энергосбережения до 42 % по сравнению с дроссельным регулированием. Выполнен сравнительный анализ энергопотребления при реализации предложенного способа при условии одинаковой продолжительности работы на обмотках высокой и низкой скоростей. В результате показано расчетное снижение энергопотребления от 22 до 35 % в зависимости от сочетания способов регулирования производительности. Доказано, что при частотном регулировании на обмотке низкой скорости не происходит снижения эквивалентного к.п.д. и соответственно увеличения потребляемой мощности дутьевого вентилятора. Отмечено, что технико-экономический эффект обеспечивается за счет ресурсосбережения и повышения надежности тягодутьевых механизмов при сохранении показателей энергопотребления. Даны рекомендации по применению выполненных разработок.
Бесплатно
Оценка состояния силовых трансформаторов на основе анализа данных технической диагностики
Статья научная
В статье показаны возможности оценки технического состояния силовых маслонаполненных трансформаторов на основе данных технической диагностики методом Байеса. Анализ проводится на основе экспертных оценок с помощью функций принадлежности, на основе которых производится расчет вероятностей проявления (не проявления) различных состояний силовых трансформаторов. В настоящей работе предлагается использование математического аппарата, разработанного на основе синтеза нечётких лингвистических переменных и количественных характеристик диагностируемого оборудования. Достоверность предложенного метода подтверждается соответствующими расчётными результатами, демонстрирующими адекватное поведение модели применительно к силовым трансформаторам.
Бесплатно
Статья научная
В статье на примере действующих городских кабельных линий 6(10) кВ и опытных образцов определены подвижки грунта и кабеля в течение годового цикла эксплуатации. Экспериментальные исследования проводились путем замеров глубины залегания в выбранных точках кабельных линий, проложенных в разных условиях с использованием прибора RIDGID SeekTech SR-20. Анализ результатов показал, что подвижки кабельных линий в течение годового цикла значимы и могут приводить к образованию опасных механических напряжений и образованию пустот. Для оценки теплового режима изоляции кабелей с учетом вероятных размеров, образующихся при подвижках кабеля и грунта пустот, были разработаны 2D-модели звена «кабель 6(10) кВ - грунт» в ANSYS. Тепловой режим работы изоляции анализировался в рабочих и аварийных режимах работы кабеля с учетом принятых уставок устройств релейной защиты и автоматики. По результатам моделирования были определены вероятные зоны перегрева изоляции кабеля и скорректирована тепловая схема замещения, применяемая для расчета длительно допустимых токов.
Бесплатно
Статья научная
По своей природе низкочастотные колебания - это нелинейные и нестационарные колебательные процессы, представляющие собой наложение нескольких составляющих движения вращающихся масс в энергорайоне или узле, оказывающих взаимное влияние. При возникновении значительных небалансов мощности в энергосистемах могут возникать циклические низкочастотные колебания частоты с амплитудами более 0,05 Гц. В таких ситуациях крайне важным становится мониторинг эффективности демпферных свойств каждого генератора, которые в значительной степени определяются настройками применяемых системных регуляторов. Для оценки способности синхронного генератора сохранять синхронный режим при отклонении угла нагрузки синхронной машины 0 от некоторого установившегося значения θ 0 на некоторую величину Δθ используют синхронизирующий момент ∂M/∂θ и, соответственно, удельную синхронизирующую мощность ∂P/∂θ. В статье представлены способы определения угла нагрузки и, соответственно, удельной синхронизирующей мощности синхронной машины в зависимости от состава имеющихся измерений параметров электрического режима синхронного генератора, оценены основные их достоинства и недостатки.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается целесообразность совершенствования методов экономической плотности тока и развития экономических токовых интервалов на основе применения эффективного тока. Показано, что в современных условиях использование экономической плотности тока и экономических токовых интервалов при выборе сечений проводов воздушных линий приводит к смещению результатов в неоптимальную область и завышению сечений. Это связано с использованием устаревших данных по стоимости воздушных линий, стоимости потерь электроэнергии. Определено, что существенное влияние на точность выбора сечений воздушных линий оказывает достоверность следующих исходных данных: ставки на оплату потерь электроэнергии, графиков токовых нагрузок линии. Выявлены недостатки рассматриваемых методов выбора сечений проводов воздушных линий. Сделан вывод о необходимости разработки нового метода определения сечений воздушных линий, основанного на иных методологических подходах, исключающих недостатки существующих методов экономической плотности тока и экономических токовых интервалов.
Бесплатно
Статья научная
Одним из факторов, влияющих на точность расчетов, является математическое описание «геометрии» воздушных линий электропередачи сверхвысокого напряжения. Большинство методов расчета электрического поля вдоль воздушных линий электропередачи разработаны для ровной местности, что не соответствует реальным условия трасс ВЛЭП 500 кВ. Для оценки влияния рельефа местности на расчетные значения напряженности электрического поля промышленной частоты вдоль воздушных линий электропередачи напряжением 500 кВ методом зеркальных отображений рассчитана напряженность электрического поля промышленной частоты вдоль воздушных линий электропередачи напряжением 500 кВ при подъеме линии в гору и при пересеченном рельефе местности. Результаты расчетов сопоставляются с измеренными значениями, полученными экспериментальным путем сотрудниками кафедры «Безопасность жизнедеятельности» ЮУрГУ, которые показывают высокую погрешность более 20 %. Для разработки методики построения карт распределения напряженности ЭП ПЧ вдоль ВЛЭП 500 кВ с учетом изменений рельефа местности были использованы программные среды Solidwork и Mechanical APDL Ansys. Компьютерные модели эскизов опор с провесами фазных проводов с изменениями поверхности рельефа местности строились в программной среде Solidworks с последующим преобразованием данных эскизов в трехмерную модель. Преимущество программной среды Solidworks заключается в простоте и удобстве создания моделей объемных объектов сложной формы, которые позволяют определять величину напряженности электрического поля промышленной частоты в любой точке.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены различные способы повышения качества электроэнергии в сетях с полупроводниковыми преобразователями. Среди них выделены вопросы применения сетевых реакторов, переход к многопульсным схемам, использование фильтрокомпенсирующих устройств со ступенчатым и косвенным регулированием. При проведении оценки современных средств улучшения качества электроэнергии выделяются преобразователи частоты с активным выпрямителем и полупроводниковые источники реактивной мощности на полностью управляемых силовых ключах. Технико-экономические аспекты применения фильтрокомпенсирующих устройств рассмотрены для двух случаев: питание от линии электропередачи и от системы автономного электроснабжения. Приведены результаты инструментальных исследований на одном из нефтепромыслов при широком использовании центробежных электронасосов с частотно-регулируемым приводом, представленные в виде осциллограмм напряжения и тока на вводе распределительного устройства 6 кВ их спектральный состав. Из графиков видно, что форма напряжений и токов существенно искажена. При выполнении технико-экономических расчетов различных вариантов выделяются основные экономические составляющие показателей, такие как капитальные и текущие эксплуатационные затраты. При отличии рассматриваемых систем по уровню качества электроэнергии к приведенным затратам прибавляется величина убытка от снижения её качества. При невозможности вычисления убытка учитываются затраты на приобретение регуляторов качества электроэнергии. При питании от системы автономного электроснабжения рассмотрен широко применяемый на практике вариант, когда в качестве автономного источника энергии применяются дизель-генераторы. В этом случае в состав приведенных затрат, в отличие от предыдущего, входят годовые затраты на производство электрической энергии дизель-генераторами. Приведены методы расчета затрат на техническую реализацию средств повышающих качество электроэнергии в питающих сетях, реализованных в системах питания от линии электропередачи и в системах при автономном питании. Показан пример расчета, в котором реализована методика определения области эффективного применения регуляторов качества электроэнергии.
Бесплатно
Оценка эффективности насадок регенеративных теплообменных аппаратов
Статья научная
Рассматривается подход к оценке теплогидродинамической эффективности поверхности теплообмена регенеративных теплообменных аппаратов.
Бесплатно
Статья научная
Приведена оценка эффективности внедрения полуволновых электропередач с промежуточным отбором мощности. Транспорт электрической энергии на переменном токе на дальние и сверхдальние расстояния возможен двумя различными способами - с помощью компенсированной, а также полуволновой электропередач. Первый предусматривает компенсацию реактивных параметров электропередачи с применением источников дополнительной реактивной мощности, устанавливаемых на подстанциях в промежуточных пунктах электропередачи. Второй предполагает использование полуволновой технологии передачи электрической энергии. Задача отбора мощности из полуволновой электропередачи осуществляется с помощью тиристорного стабилизатора параметров. Для сравнительной оценки эффективности были сопоставлены капитальные затраты на строительство воздушных линий и подстанций при прочих равных условиях для обоих вариантов электропередачи. Расчет производился по методике расчета показателей стоимости электропередач, утвержденных и рекомендованных ПАО «ФСК ЕЭС». Приведенные расчеты показали, что затраты на строительство воздушных линий и подстанций для полуволновых электропередач с тиристорным стабилизатором параметров дешевле на 11 % по сравнению со строительством компенсированной электропередачи.
Бесплатно
Оценка эффективности средств защиты от перенапряжений в кабельной распределительной сети 10 кВ
Статья научная
Статья посвящена определению области эффективного применения защитных устройств (ЗУ) на основе металлооксидных варисторов (МОВ) для ограничения перенапряжений в кабельных распределительных сетях 10 кВ. Представлен оригинальный метод математического моделирования распространения волн перенапряжения в кабельной сети с учетом наличия ЗУ. Метод основан на составлении системы разностных уравнений, связывающих прямые и обратные волны в узлах сети. Данный подход позволяет получить временные зависимости напряжения в любой точке сети, построить карты максимальных перенапряжений и оценить риски возникновения перенапряжений с высокими кратностями. Проведено имитационное моделирование участка кабельной сети, которое позволило оценить эффективность установки ЗУ в узлах сети. Результаты моделирования показали, что наибольший эффект достигается при установке ЗУ в узлах с большим количеством отходящих кабельных линий (КЛ). Также проведено сравнение эффективности ЗУ с различными вольт-амперными характеристиками (ВАХ) и уровнями возникновения частичных разрядов (ЧР). Установлено, что устройства с изменяемой ВАХ демонстрируют значительно большую эффективность в ограничении перенапряжений. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации защиты кабельных сетей 10 кВ от перенапряжений и повышения надежности электроснабжения.
Бесплатно
Статья научная
Для действующего крупного промышленного предприятия особого внимания заслуживает проблема выравнивания графиков электрических нагрузок, которые изменяются в течение суток, месяца и года в целом. Как показывает процесс эксплуатации электрооборудования и оборудования, задействованного в сложном технологическом процессе, на равномерность графиков оказывает влияние большое разнообразие факторов. В рамках данной работы представлена оценка возможности возведения гидроаккумулирующей электростанции для покрытия пиков потребления в дневные часы на примере металлургического предприятия. При этом исходной информацией является суммарная мощность источников собственной генерации, анализ графиков потребления электроэнергии, карты местности и выбор местности для размещения установки, выполнены расчёт требуемой ёмкости ГАЭС и проверка технической реализуемости проекта. Выбрано оптимальное расположение объекта, что позволит сократить затраты на реализацию, а также снизить риски нарушения текущего баланса мощностей в энергоузле. В целом, проведённая работа по предварительной оценке возможности и целесообразности применения гидроаккумулирующей электростанции для покрытия дневных пиковых нагрузок в сети Магнитогорского промышленного энергоузла дала положительные результаты. Для приведения однозначного заключения по данному вопросу требуется проведение дальнейшего подробного технико-экономического обоснования с учётом связанных с технологическим процессом потерь энергии и затрат на строительные работы.
Бесплатно
