Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 761
Статья научная
Рассмотрены пути повышения надежности полупроводниковых преобразователей и электроприводов объектов кислородно-конверторного производства. Получены зависимости надежностных показателей комплекса «Полупроводниковый преобразователь - двигатель» от запаса мощности. Показано, что в синхронном реактивном электроприводе с импульсно-векторным управлением при резервировании полупроводникового преобразователя удается значительно повысить надежностные показатели системы. Предложена математическая модель комплекса «Импульсно-векторная система управления синхронной реактивной машины независимого возбуждения». Рассмотрены результаты математического моделирования синхронного реактивного электропривода с импульсно-векторным управлением: установлена зависимость удельных показателей электропривода от количества фаз.
Бесплатно
Повышение надежности сетей 6-35 кВ путем применения метода STA/LTA
Статья научная
Быстрое и точное обнаружение однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в электрических сетях представляет собой актуальную задачу. При этом существующие методы и средства не всегда обеспечивают удовлетворительное качество, поэтому не прекращается разработка новых методов и средств обнаружения ОЗЗ. В работе предложен новый метод обнаружения ОЗЗ, основанный на методе STA/LTA, который широко применяется для обнаружения сейсмических событий. Приведено описание метода и разработан алгоритм его работы для определения ОЗЗ в распределительных электрических сетях. На основе алгоритма разработана программа на VBA для обнаружения ОЗЗ. Для апробации метода в программном комплексе PSCAD реализована компьютерная модель кабельной сети, соответствующей участку реально существующих городских сетей. Полученные в модели осциллограммы токов и напряжений при ОЗЗ обрабатывались разработанной программой. Анализ результатов моделирования и расчета позволяет определить пороги срабатывания алгоритма STA/LTA, позволяющие надежно обнаружить ОЗЗ. Границы срабатывания определяются в относительных единицах, то есть метод STA/LTA является адаптивным по отношению к изменениям топологии сети. Таким образом, апробация метода STA/LTA на компьютерной модели вPSCAD показывает его эффективность и перспективность для обнаружения и выявлении ОЗЗ.
Бесплатно
Повышение надежности электроснабжения металлургических агрегатов за счет схемотехнических решений
Статья научная
Электрооборудование современных металлургических агрегатов - электродуговых печей, сортовых и листовых станов горячей и холодной прокатки - за последние десятилетия претерпело ряд существенных изменений. Это отразилось на увеличении единичной мощности трансформаторов и преобразователей, массовом внедрении микропроцессорных систем управления, усложнении схем внутризаводского электроснабжения со значительной собственной генерацией электрической энергии. В результате электроприводы непрерывных производств, в первую очередь прокатных станов, стали более чувствительны к провалам напряжения и прерываниям электроснабжения. Целью настоящей работы является повышение надежности электроснабжения металлургических агрегатов за счет рационального выбора конфигурации сетей 110 кВ на основе анализа различных схемотехнических решений. Для объективной оценки последствий аварийных ситуаций обычно используют два показателя - ток короткого замыкания и остаточные напряжения у ответственных потребителей. Доказано, что наиболее радикальным средством снижения первого показателя и повышения второго является преобразование сложнозамкнутой сети 110 кВ в независимые контуры с простой конфигурацией. При этом обеспечивается существенное уменьшение токов короткого замыкания, сокращение числа аварийных ситуаций, а также снижение потерь активной мощности в сетях 110 кВ. Суммарный годовой эффект от внедрения предложенных мероприятий превышает 40 млн руб.
Бесплатно
Статья научная
В сложившихся условиях роста интенсивности и объемов движения тяжеловесных поездов по сети железных дорог РФ участившиеся случаи неправильного действия защит фидеров контактной сети в нормальном режиме приводят к нарушению графика движения поездов и, как следствие, к значительному материальному ущербу. Статья посвящена задаче оптимизации алгоритма работы дистанционной защиты фидеров контактной сети системы тягового электроснабжения 25 кВ, 50 Гц переменного тока, исключающего неправильную работу защиты в различных режимах. На основании натурных осциллограмм токов и напряжений фидеров контактной сети для нормальных и аварийных режимов выполнен анализ их гармонического состава, что позволило выявить новый отличительный признак режима короткого замыкания в контактной сети. Приведены графические зависимости изменения гармонических составляющих тока контактной сети за время переходных процессов в нормальных и аварийных режимах. Предложены новый алгоритм работы и новая функциональная схема устройства дистанционной защиты фидеров контактной сети, позволяющие исключить излишнее срабатывание дистанционной защиты фидеров контактной сети с учетом наличия повышенных токовых нагрузок.
Бесплатно
Статья научная
Обрыв провода является распространенной аварией в распределительных сетях, работающих с изолированной нейтралью. Неотключение такой аварии ведет к возникновению опасности поражения электрическим током. Для четкой работы устройств защиты при обрыве провода необходимо подобрать верную уставку информационного параметра. Известно, что напряжение обратной последовательности может служить таким параметром. В работе приведены результаты исследований влияния различных режимов работы электрической сети 10/0,38 кВ (как аварийных, так и нормальных) на изменения напряжения обратной последовательности. Также исследовано влияние места повреждения и параметров сети 10/0,38 кВ на этот информационный параметр с целью уточнить уставку для устройств защиты, реагирующих на обрыв провода воздушной линии 10 кВ. Это позволило минимизировать ложные срабатывания и повысить электробезопасность в сети 10 кВ. Анализ диапазонов изменения напряжения обратной последовательности в зависимости от 13 исследованных групп режимов работы сети, варьируемых местах повреждения и параметрах сети, показал рекомендуемое значение уставки по напряжению обратной последовательности, равное 0,1 от линейного значения напряжения на стороне низшего напряжения трансформатора при его работе на холостом ходу.
Бесплатно
Статья научная
Роль электрического двигателя в промышленности однозначно высока. Однако, говоря о сложных механизмах, использование электромеханических преобразователей конкретной серии нецелесообразно ввиду малой энергоэффективности. В технической литературе электроприводчиками применялся термин «именные» электрические машины, т. е. машины, изготовленные для конкретного технологического механизма, например, именной двигатель главного привода стана 5000 ММК (установленная мощность одного двигателя составляет 12 МВт). Самым распространенным типом является асинхронный ввиду явных преимуществ. Развитие полупроводниковой техники позволяет расширить рамки регулирования и управление АД, что, в свою очередь, меняет вектор в производстве электрических машин. Главная идея - создание максимально энергоэффективного электродвигателя путем изменения геометрии статора и ротора, формы напряжения, количества фаз, числа полюсов и т. д. Таким образом, для осуществления имеющейся идеи необходимо произвести исследования области формирования магнитного поля путем использования параметрической оптимизации и достижения максимального среднеквадратичного момента.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены принципы построения и характеристики компенсированной системы электроснабжения удаленных буровых установок нефтегазодобывающего комплекса. Приведены результаты конструкторских и дизайнерских решений предложенной системы.
Бесплатно
Повышение энергоэффективности участков токарной обработки
Статья научная
Цель данной работы - повышение энергоэффективности участков токарной обработки за счет наиболее рационального использования электрической сети механического цеха. Для достижения этой цели решаются следующие задачи: разработка модели участка механической обработки на основе положений объектно-ориентированного проектирования; проверка адекватности модели для реальных расчетов; разработка подхода, обеспечивающего повышение энергоэффективности участка за счет организационно-технологических решений на этапах проектирования и внедрения технологических процессов. Использование кластерного анализа позволило определить, что типовой участок токарной обработки в мелкосерийном производстве может содержать 20 токарных станков следующих мощностей: 0,75 кВт (7 станков); 1,5 кВт (4 станка); 2,2 кВт (3 станка); 3 кВт (1 станок); 4 кВт (1 станок); 5,5 кВт (1 станок); 7,5 кВт (1 станок); 11 кВт (2 станка). Такой выбор оборудования позволяет выполнять токарную обработку деталей наиболее эффективно по использованию мощностей. Распределение обработки по станкам на участке осуществляется по максимуму коэффициента мощности на основе объектной модели предметной области и с помощью разработанного программного обеспечения на платформе NET. Все станки участка при таком подходе являются центрами кластеров, вокруг которых группируются обрабатываемые детали. Это обстоятельство повышает энергоэффективность токарной обработки на участке за счет снижения потерь электроэнергии в сетях.
Бесплатно
Повышение эффективности асинхронных электроприводов с прямым управлением моментом
Статья научная
Дана структура асинхронного электропривода с алгоритмом прямого управления моментом. Изложены особенности классической системы прямого управления. Показано, что в ней из-за невозможности плавного перемещения выходного вектора потокосцепления наблюдаются повышенные искажения кривых тока и напряжения, а это снижает уровень электромагнитной совместимости электроприводов. Описан алгоритм пространственно-векторной (ПВ-) модуляции, приведены математические соотношения, сопутствующие отдельным этапам преобразования переменных в системе управления, изображены временные диаграммы работы автономного инвертора. Выполнено математическое моделирование электропривода с асинхронным двигателем 75 кВт и прямым управлением моментом. Приведены графики линейного напряжения и выходного тока автономного инвертора, а также их спектральные составы для двух схем: с автоматической коммутацией и ПВ-модуляцией. Показано, что в случае с ПВ-модуляцией снижаются пульсации электромагнитного момента, а благодаря однополярности импульсов на полупериоде основной гармоники линейного напряжения существенно снижаются коэффициенты нелинейных искажений тока и напряжения на выходе автономного инвертора.
Бесплатно
Повышение эффективности гибридной электростанции с помощью виртуальной электростанции
Статья научная
Рассмотрены особенности функционирования гибридной электростанции для локальной или распределенной энергосистемы. Основной особенностью гибридной электростанции является использование в ее составе традиционных и возобновляемых источников энергии. С увеличением доли возобновляемых источников, характеризующихся непостоянной выработкой электроэнергии в общем балансе ее производства, возникают проблемы регулирования меняющейся нагрузки в сети из-за хаотичного включения и отключения потребителей. С целью активного управления нагрузкой в электрической сети с гибридной электростанцией для стабилизации ее работы и повышения эффективности локальной энергетической системы выполнен анализ реализации технологии виртуальной электростанции, заключающийся в управляемом подключении и отключении активных потребителей. Такая технология позволяет оптимизировать совместную работу децентрализованных генераторов электроэнергии различного типа и потребителей. Возможность реализации подобной технологии управляемого подключения и отключения активных потребителей продемонстрирована на примере решения задачи стабилизации работы гидравлических турбин и насосов гидроаккумулирующей станции и снижения расхода топлива дизельгенераторов гибридной электростанции Gorona del Viento (остров Эль-Йерро, Канарский архипелаг). Проанализированы различные алгоритмы управления такой виртуальной электростанцией. Показана возможность эффективного применения виртуальной электростанции для оптимизации совместной работы большого количества децентрализованных генераторов электроэнергии и потребителей, что в конечном итоге позволяет активно управлять нагрузкой в электрической сети и обеспечить эффективность локальной энергетической системы.
Бесплатно
Повышение эффективности и надежности работы котлов электростанций
Статья научная
Приводятся данные о расчетных значениях повышения эффективности и надежности котельного оборудования тепловой электрической станции за счет монтажа дополнительных теплообменников в газовоздушном тракте котла. В новых теплообменниках происходит уменьшение температуры дымовых газов за счет нагрева воздуха, направляемого в воздухоподогреватели котла. Охлаждение дымовых газов котлов происходит до минимально возможной температуры по условиям безопасной эксплуатации железобетонных и кирпичных дымовых труб электростанции. При изменении режима работы котла обеспечивается постоянное значение температуры дымовых газов после новых теплообменников. Нагрев воздуха происходит до температур выше, чем температура конденсации водяных паров в дымовых газах. Разработаны необходимые изменения в существующую принципиальную схему газовоздушного тракта котла типа ПК-41. Выбрано оптимальное место установки дополнительных теплообменников. Определены размеры вновь монтируемых теплообменников. Приведены данные о повышении КПД котла и экономии топлива при различных режимах работы.
Бесплатно
Краткое сообщение
Рассмотрен новый подход к управлению индивидуальным тепловым пунктом здания, подключенного по независимой схеме к системе централизованного теплоснабжения. Выполнено моделирование работы теплового пункта и показана энергетическая эффективность предлагаемого решения, снижающая общий расход топлива.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты численного и экспериментального исследований аппарата воздушного охлаждения масла газотурбинной установки. Экспериментальное исследование проведено в условиях эксплуатации на газокомпрессорной станции магистрального газопровода. Численное моделирование проведено методом конечных элементов в программе STAR-CCM+. В качестве объекта исследования выбран теплообменник венгерского производства, охлаждающий масло газоперекачивающих агрегатов на базе газотурбинной установки ГТН-16. Цель исследования - оценить количество теплоты, переданное в маслоохладителе до и после модернизации его воздушного такта. Модернизация заключалась в установке выравнивающего устройства, равномерно распределяющего поток воздуха перед трубным пучком. Проектирование и оптимизация конструкции направляющего устройства были проведены при помощи верифицированной численной конечно-элементной модели. Приведено описание принципа работы и конструкции аппарата, указаны недостатки конструкции, послужившие причиной для данного исследования. Описаны схема и методика проведения натурных испытаний. В качестве результатов исследования приведены примеры полей скоростей потока воздуха на входе в теплообменную секцию до и после модернизации. Показано повышение удельного теплосъема секции маслоохладителя после выравнивания поля скоростей воздуха.
Бесплатно
Повышение эффективности работы теплообменных аппаратов с внутритрубными отложениями
Статья научная
Статья посвящена исследованию влияния накипеобразования на эффективность работы теплообменных аппаратов применительно к конденсаторам паровых турбин, пароводяным подогревателям и бойлерам котельных установок. Цель исследования состояла в получении рекомендаций по повышению эффективности конденсаторов паротурбинных установок (ПТУ), для чего изучались химико-физические свойства слоя неорганических отложений и их структуры; были получены зависимости для расчета термического сопротивления слоя отложений на поверхностях гладких и профилированных труб; проводился анализ разнообразных способов очистки поверхностей и были разработаны рекомендации по периодичности чистки конденсаторов. Описаны результаты физико-химического анализа неорганических солеотложений. Термическое сопротивление отложений определялось по толщине слоя накипи и ее коэффициенту теплопроводности. Толщина слоя измерялась на шлифах микроскопом и профилографом-профилометром. Получена зависимость, устанавливающая взаимосвязь между интенсивностью солеотложений и основными определяющими процесс факторами: скоростью воды, ее средней температурой и жесткостью, геометрией канала, продолжительностью работы; на ее основе возможно прогнозирование снижения тепловой нагрузки теплообменника в эксплуатации. Получена зависимость влияния температуры теплоносителя и пористости накипи на теплопроводность. Показано, что в профилированных трубках интенсивность солеотложений ниже, чем в гладких. С уменьшением относительной глубины и шага накатки наблюдается рост неорганических отложений. Высота выступов накатки оказывает большее влияние, чем шаг между ними. Разработаны рекомендации к расчету относительной загрязняемости гладких и винтообразно профилированных трубок. Применение профилированных трубок вместо гладких в энергетических установках является эффективным средством повышения экономичности энергооборудования. Рассмотрены различные способы очистки поверхностей. Предложена методика оптимизации и выполнено технико-экономическое обоснование периодичности чисток теплообменных аппаратов. Для различного календарного времени начала эксплуатации теплообменника получены рациональные сроки проведения чисток.
Бесплатно
Повышение эффективности сжигания твердого топлива на котлах БКЗ-220 и БКЗ-160
Статья научная
Представлены мероприятия по повышению эффективности пылеугольного факельного сжигания на котлах ТЭЦ (г. Бишкек), в частности, по повышению устойчивости горения частиц угольной пыли и водоугольной суспензии в зоне активного горения и по снижению выхода оксидов азота за счет применения суспензионного факельного сжигания.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрена усовершенствованная система автоматического управления перемещением электродов для электродуговых печей (дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь), обеспечивающая улучшение динамических показателей качества регулирования импеданса вторичного электрического контура за счет использования новой структуры нелинейного адаптивного регулятора импеданса. Благодаря применению усовершенствованной системы управления обеспечивается стабилизация процесса расплавления металлошихты в дуговых сталеплавильных печах, а также процесса нагрева жидкой стали в установках ковш-печь при интенсивных донных продувках, что позволяет достичь технического эффекта по снижению времени работы под током и уменьшению удельного расхода электроэнергии электросталеплавильных агрегатов. Нелинейный адаптивный регулятор импеданса осуществляет полную линеаризацию контуров регулирования, включающих в себя пропорциональный гидрораспределитель (сервоклапан) с нелинейной регулировочной характеристикой и вторичный электрический контур с нелинейной зависимостью импеданса от длины дуги. При проведении исследований использована комплексная математическая модель электрического контура электродуговой печи, гидроприводов перемещения электродов и системы автоматического управления перемещением электродов, реализованная в математическом пакете MATLAB Simulink. Оценка эффективности усовершенствованной системы управления в условиях действующего металлургического производства была выполнена на примере системы управления «РАДУГА НПА ПК», являющейся разработкой специалистов ФГБОУ ВО «МГТУ им. Носова» и функционирующей на установке ковш-печь в электросталеплавильном цехе ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Разработанная усовершенствованная система управления может использоваться на других современных электродуговых печах различной мощности, функционирующих на металлургических предприятиях России и зарубежья.
Бесплатно
Повышение эффективности эксплуатации воздушных линий электропередачи с резервной фазой
Статья научная
Рассмотрено разработанное авторами устройство резервирования линии электропередачи, основанное на схемно-техническом решении по замене традиционной двухцепной линии электропередачи одноцепной с резервной фазой. Схемно-техническое решение представляет собой расщепление резервной фазы на три составляющих токопровода, которые, в нормальном режиме работы, присоединяются к фазам рабочей цепи воздушной линии параллельно, обеспечивая при этом симметрию сопротивлений и напряжений по фазам. Так как наибольшая доля отказов воздушных линий - это однофазные повреждения на рабочей цепи, составляющие расщепленной четвертой фазы, объединяются коммутирующими выключателями и автоматически присоединяются к рабочей цепи взамен поврежденной. При этом повышается эксплуатационная надежность работы схемы, улучшается ремонтопригодность воздушной линии электропередачи и увеличивается ее пропускная способность.
Бесплатно
Погрешность цифрового вольтметра переменного тока, обусловленная квантованием по уровню
Статья научная
При проектировании цифрового вольтметра переменного тока необходимо, исходя из поставленных в тоническом задании параметров прибора, определить оптимальную конфигурацию используемой электроники, позволяющей достичь требуемых характеристик. Одной из таких характеристик является точность. Помимо шумов и наводок извне аппаратная методическая погрешность является базой, которая определяет максимально доступную точность измерения. Задача, решаемая в статье, состоит в выборе минимально допустимой разрядности квантования по уровню, при учете того, что известен диапазон измерения и предполагаемый класс точности. В статье получена и апробирована модель методической погрешности квантования по уровню и получены результаты для учета квантования по времени цифрового вольтметра переменного тока. Найдена зависимость погрешности от отношения минимальной измеряемой амплитуды сигнала к шагу квантования АЦП. Получены аналитические модели погрешности квантования по уровню, приведенные к выходу цифрового вольтметра, для идеального фильтра низких частот. Найденные выражения позволяют определить минимально допустимый шаг квантования АЦП или ЦАП для известного допустимого уровня погрешности и минимальной амплитуды входного сигнала, без учета квантования по времени и шума в измеряемом сигнале, при условии использования метода измерения напряжения путём его дискретизации по времени и уровню посредством АЦП.
Бесплатно
Статья научная
По сравнению с водогрейными и барабанными паровыми котлами для бесперебойной работы прямоточных паровых котлов змеевикового типа требуется улучшенное качество питательной воды, чего трудно добиться с помощью обычных фильтров. Риск образования отложений на поверхности змеевика из-за плохого качества исходной жидкости вынуждает подбирать наилучший метод химической очистки воды с учётом реальных условий эксплуатации передвижной парогенераторной установки. Рассмотрение наиболее распространённых методов химической очистки воды и моделирование течения теплоносителя по змеевиковым трубам помогает определиться с составляющими установки для химической подготовки питательной воды. В статье представлены результаты расчётов фильтров различных типов для очистки воды, которые предназначены для обеспечения нормативных химических показателей теплоносителя, и результаты моделирования коаксиального змеевика при движении химически очищенной и исходной воды. Предложен оптимальный вариант химической очистки питательной воды, а также обоснование выбранного варианта.
Бесплатно
Подшипниковые токи приводных машин в электроприводах с полупроводниковыми преобразователями
Статья научная
Частой проблемой электроприводов с полупроводниковыми преобразователями является ускоренный износ подшипниковых узлов приводного электродвигателя. Такие повреждения вызваны образованием в приводном электродвигателе подшипниковых токов, которое могут оказывать непрерывное или постоянное воздействие на подшипниковые узлы. В данной работе проанализированы причины возникновения подшипниковых токов в приводных машинах современных электроприводов. Выделены и описаны основные виды подшипниковых токов, даны их характеристики. Описан основной негативный эффект и последствия длительного и кратковременного воздействия подшипниковых токов. Приведены основные способы измерения и контроля подшипниковых токов. Описаны способы борьбы с подшипниковыми токами, проанализирована их эффективность, даны рекомендации по их использованию в современных электроприводах. Приведены основные международные нормативные документы, регламентирующие допустимые значения подшипниковых токов и способы борьбы с ними. Даны рекомендации по развитию отечественной нормативной базы по подшипниковым токам. Дальнейшие исследования подшипниковых токов приводных электродвигателей с полупроводниковыми преобразователями частоты будут заключаться в построении математических моделей процессов их возникновения с учетом режимов работы автономного инвертора, электродвигателя и заземления, их анализе путем имитационного моделирования и разработке алгоритмических способов их устранения.
Бесплатно
