Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 812
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
Параметрическая идентификация распределительной сети в составе АСКУЭ
Статья научная
Основными функциями современных автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) являются измерение данных с группы электронных счетчиков, установленных у абонентов распределительной электрической сети (РЭС), и коммерческий учет электроэнергии. В то же время для значительного повышения технико-экономических показателей этих систем и распределительных компаний целесообразным является дополнительное включение в состав АСКУЭ новых функциональных подсистем, предназначенных для решения задач оперативного мониторинга, диагностики состояния трехфазной сети и оптимизации режимов их работы. В целях разработки методологических и алгоритмических основ их построения в большинстве случаев необходимо знание о параметрах РЭС, определяемых сопротивлениями межабонентских участков магистральной линии. В связи с этим в статье рассматривается задача их идентификации в режиме реального времени. Предполагается, что сеть функционирует в условиях несимметрии токов и напряжений, а сечения фазных и нейтрального проводов являются разными. Предлагается метод идентификации параметров (сопротивлений) на основе модели физических процессов в электрических контурах сети и оценки недоступных для измерения и контроля переменных, описывающих текущее электрическое состояние межабонентских участков трёхфазной сети. Для решения задачи идентификации получены системы линейных алгебраических уравнений. Описаны вычислительные процедуры их аналитического и численного решения. Предложенный метод идентификации параметров РЭС можно использовать для создания специального программного обеспечения функциональных подсистем АСКУЭ, ориентированных на диагностику текущего состояния функциональных частей РЭС, а также идентификацию и мониторинг потерь электроэнергии в сети в режиме реального времени.
Бесплатно
Параметрическая оптимизация синхронных реактивных электрических машин
Статья научная
Для обеспечения быстродействия в работе электромеханических преобразователей на сегодняшний день предпринято различное множество решений как аппаратных, так и технических. Так, для решения эффективной работы стана холодной прокатки ХТП-450 принято решение использовать СРМНВ с зубчатым ротором. Цель данной статьи - рассмотреть альтернативу представленному ротору в качестве неявнополюсного ротора типа TLA. Для сравнения и выявления оптимальной геометрии в статье представлены несколько решений ротора, проведены необходимые исследования в статическом режиме при различной плотности тока: 4 и 6 А/мм2. Результатом исследований представлена таблица со значениями моментов для каждого исполнения, дана оценка и соответствующие рекомендации по применению.
Бесплатно
Параметрическая оптимизация частотно-регулируемых электроприводов
Статья научная
Предложена методика многокритериальной поэтапной оптимизации электроприводов с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения (СРМНВ). На начальном этапе минимизировались удельные затраты на компоненты электропривода путем их перераспределения между активными частями двигателя и полупроводникового преобразователя, далее достигались максимальные удельные моменты за счет изменения геометрии машины и с учетом совместной работы преобразователя и двигателя, наконец, на последнем этапе оптимизировались структура и параметры системы управления с позиции достижения максимальной точности.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается краткая характеристика горнодобывающих предприятий Республики Таджикистан, уровень изоляции карьерных распределительных сетей напряжением 6 кВ. Указаны параметры изоляции сети относительно земли, которые были определены расчетным путем на основании методик, разработанных на кафедре «Безопасность жизнедеятельности» Южно-Уральского государственного университета. Выполненные расчеты изоляции относительно земли в карьерных распределительных электрических сетях горнодобывающих предприятий Республики Таджикистан показали, что величина емкостных токов однофазного замыкания на землю лежит в пределах от 0,1 до 0,37 А и зависит от уровня развития предприятия. Активные сопротивления изоляции фаз сети относительно земли находятся в пределах от 18 до 112 кОм с учетом изменения коэффициента успокоения сети. Емкость сети относительно земли лежит в диапазоне от 0,09 до 0,34 мкФ. Полученные данные необходимы для выбора средства обеспечения безопасности и оценки уровня безопасности.
Бесплатно
Статья научная
По результатам исследований на имитационной модели в среде MATLAB Simulink определено распределение потоков мощности в энергоблоке, включающем синхронный генератор с нерегулируемым возбуждением и объединенный регулятор потока мощности (ОРПМ). Получены взаимосвязи параметров основного оборудования объединенного регулятора потока мощности, а также параметров режима его элементов и нормируемого диапазона изменения режимов энергосистемы.
Бесплатно
Статья научная
Максимальная передаваемая по линии электропередачи мощность ограничена допустимой токовой нагрузкой, определяющей нагрев линии. В связи с большой стоимостью строительства новых высоковольтных линий электропередачи возрастает роль повышения пропускной способности существующих линий. Становится экономически выгодным увеличивать передаваемую по линии мощность вплоть до ограничения по нагреву за счет применения различных устройств, в том числе на основе полностью управляемых элементов силовой электроники. К числу таких устройств можно отнести устройства продольной компенсации на основе преобразователя напряжения (УПК-ПН), которые позволяют перераспределять потоки мощности по параллельным сечениям электрической сети, предотвращая загрузку одних из них током выше допустимого и загружая другие. УПК-ПН могут быть выполнены как стационарными так и малогабаритными, что определяет их мобильность. Концепция малогабаритных устройств в последнее время получила активное развитие в России и за рубежом. На примере 14-узловой тестовой схемы IEEE (модели установившихся режимов частей американской энергосистемы AEP напряжением 110 кВ и 220 кВ) рассмотрены особенности регулирования её режимов, выполнен анализ нормальных и послеаварийных режимов. Определено, что при отключении одной из линий электропередачи в сети возникает наиболее тяжелый послеаварийный режим, при этом режимные параметры выходят за допустимые пределы по термической стойкости проводов. Показано, что применение малогабаритных УПК-ПН позволяет минимизировать потери в нормальных режимах, а применение стационарных УПК-ПН позволяет разгрузить перегруженные ЛЭП в послеаварийных режимах, не прибегая к усилению существующих и строительству новых ЛЭП.
Бесплатно
Переходные процессы в термосифонах
Статья научная
Работа направлена на изучение переходных процессов в термосифонах. Получены расчетные зависимости для определения основных температурных характеристик объекта регулирования. Для этого были определены термические сопротивления основных элементов термосифона. Предложены уравнения для расчета изменения температуры насыщения в термосифоне в зависимости от конструктивных и режимных параметров теплоутилизатора. Термосифон в данном случае рассматривается как объект регулирования, а изменение расхода газа (или отключение теплоутилизатора) - как входное возмущение. Получены выражения для постоянной времени и коэффициента усиления при ступенчатом увеличении температуры газов. Приведены расчеты изменения температуры насыщения в термосифоне при линейном уменьшении температуры газов. Приведены данные экспериментальных исследований при останове теплоутилизатора, в которых измерялись изменения температуры газов и температуры насыщения в термосифонах. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показывает удовлетворительное совпадение.
Бесплатно
Переходные характеристики цепи управления транзистора IGBT
Статья научная
Рассматриваются переходные процессы в цепи управления при неидеальном сигнале управления. Построены номограммы относительных значений напряжений и тока для различного соотношения параметров.
Бесплатно
