Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Все статьи: 824
Статья научная
Рациональное решение вопросов, связанных с профилактикой электротравматизма, а также с безопасностью эксплуатации и надежностью электроснабжения потребителей электроэнергии невозможно без определения параметров изоляции электроустановок. Если в процессе эксплуатации электрооборудования выявлять участки, где наблюдается устойчивое снижение уровня изоляции и заблаговременно выводить их в ремонт, то можно значительно повысить надёжность электроснабжения и безопасность эксплуатации. Таким образом, полная информация о состоянии изоляции электроустановок может быть получена при применении соответствующих методов контроля изоляции. В статье рассматривается краткая характеристика существующих методов определения параметров изоляции сети относительно земли, проанализированы погрешности косвенного метода, основанного на подключении к одной из фаз дополнительной емкости. Приведены результаты исследований на компьютерной модели влияния различных факторов на точность измерений параметров изоляции фаз сети относительно земли, которые показали, что при несимметрии фазных напряжений и изменении величины и вида нагрузки погрешность измерения не превышает 8 %.
Бесплатно
Анализ потенциала использования тепловых потерь силового масляного трансформатора
Статья научная
Рассмотрена возможность использования блока нагрева жидкости в конструкции силового масляного трансформатора. Показано, что, несмотря на высокий коэффициент полезного действия силовых трансформаторов, потери холостого хода и короткого замыкания имеют существенные значения и бесполезно рассеиваются в виде тепла в окружающую среду. Предложена конструкция силового трансформатора, в состав которого входит блок нагрева жидкости (теплоносителя). Это позволяет использовать силовой трансформатор не только для преобразования электрической энергии, но и для производства тепловой. С целью анализа возможности использования тепловых потерь разработана эквивалентная тепловая схема замещения и математическая модель, описывающая эту схему. Существует два режима работы блока нагрева жидкости. В пассивном режиме протекающая в нагревательном блоке жидкость нагревается только за счет тепловых потерь силового трансформатора. В активном режиме нагрев жидкости осуществляется за счет потерь при протекании электрического тока по трубам блока нагрева. Введено понятие коэффициента эффективности нагревательного блока. Исследования показали, что до 50 % потерь силового трансформатора можно использовать для нагрева теплоносителя, протекающего в нагревательном блоке. Получены соотношения между полезно используемой тепловой мощностью и потерями в трансформаторе. Также получена зависимость коэффициента эффективности нагревательного блока от расхода теплоносителя. В активном режиме работы нагревательного блока коэффициент эффективности составляет более 90 %.
Бесплатно
Анализ преимуществ реактивных электрических машин при построении гребной электрической установки
Статья научная
В работе рассмотрены различные типы гребных установок судов, приведены их основные достоинства и недостатки. Описаны достоинства системы полного электродвижения на базе электрического двигателя. Рассмотрены различные типы электрических машин, применяемых при построении систем электродвижения судов. Произведено обоснование выбора реактивной электрической машины в качестве приводного двигателя для гребной установки судов. Рассмотрены различные типы реактивных электродвигателей и перспективы использования их в гребных электроприводах судов, показаны возможные пути оптимизации характеристик двигателей (энергетические показатели, массогабаритные характеристики). Выполнен сравнительный анализ конструкций реактивных электрических машин и их конкурентных преимуществ между собой и классическими электрическими машинами, используемыми в электроприводе. Рассмотрены машины с различными конструкциями обмоток, показаны отношения продольной и поперечной индуктивностей различных типов двигателей, являющиеся критерием оценки качества конструкции. Подробно описаны машины с зубчатым статором и ротором, обоснована возможность их оптимизации по критерию минимума пульсаций электромагнитного момента. Приведено описание реактивных электрических машин с анизотропной магнитной проводимостью ротора с продольной и поперечной шихтовкой. Произведен анализ энергетических характеристик и массогабаритных показателей реактивных электрических машин.
Бесплатно
Анализ сенсорных элементов схемы и выявление слабых мест в сетях генераторного напряжения
Статья научная
На крупных промышленных предприятиях кроме внешних источников электроэнергии (энергосистемы) имеются собственные источники электрической и тепловой энергии, от стабильной и устойчивой работы которых завит работа основного технологического оборудования предприятия. Поэтому обеспечение стабильной работы как механизмов собственных нужд электростанций, так и основного технологического оборудования промышленного предприятия является актуальной задачей при новом проектировании электрических сетей или их реконструкции. Повышение надежности системы электроснабжения осуществляется различными способами, одним из которых является выявление и анализ сенсорных (чувствительных) элементов схемы с целью дальнейшего устранения слабых мест, а также неоднородностей системы. Таким образом, в работе в качестве объекта исследования рассматривалась сложная сеть генераторного напряжения промышленного предприятия, имеющая связь с системой через подстанции высокого и сверхвысокого напряжения и включающая в себя тепловые электростанции с механизмами собственных нужд и высоковольтных промышленных потребителей предприятия и насосных станций. Для выявления сенсорных элементов схемы была выполнена серия расчетов электромеханических переходных процессов при моделировании коротких замыканий в сети в программном комплексе «КАТРАН 10.0», на основе которых осуществлена оценка устойчивости синхронных и асинхронных двигателей за счет определения степени отклонения параметров их режима работы. По результатам расчетов определено, что наибольшей чувствительностью обладают механизмы собственных нужд электростанций, а максимальное отклонение параметров режима достигается при коротких замыканиях на уровнях высокого напряжения. Методика анализа сенсорных элементов схемы позволяет повысить надежность работы системы электроснабжения промышленного предприятия при сильных возмущениях в сети.
Бесплатно
Анализ систем возбуждения синхронных генераторов заводских электростанций
Статья научная
Одной из приоритетных задач развития металлургических предприятий является увеличение собственной генерации электрической энергии. На крупнейших предприятиях отрасли - ПАО «ММК» (г. Магнитогорск), ПАО «Северсталь» (г. Череповец), ПАО «НЛМК» (г. Липецк) выработка электроэнергии на заводских электростанциях составляет 60-70 % от общего потребления. Этому способствует два фактора: во-первых, наличие вторичных топливных газов - коксового и доменного, а во-вторых, неоправданно высокие тарифы на электроэнергию. В этих условиях обеспечение устойчивой безаварийной работы заводских генераторов и основных систем является, безусловно, актуальной задачей. Системы автоматического регулирования возбуждения (АРВ) являются наиболее ответственными, определяющими состояние генератора в различных режимах. Основные требования к системам АРВ определяют специфические условия работы, среди которых выделим наиболее существенные и значимые. 1. Генераторы относительно небольшой мощности имеют связь с внешней энергосистемой на шинах 110 кВ, где мощность короткого замыкания находится в пределах 1000-3000 МВА, поэтому возможности регулирования и поддержания напряжения при этом весьма ограничены. 2. В результате того, что электрическая энергия, вырабатываемая на собственных электростанциях, в 2-2,5 раза дешевле покупной практически все генераторы работают с коэффициентом мощности, близким к единице, что значительно снижает их устойчивость в системе электроснабжения. 3. Напряжение в точке подключения и нагрузки собственных нужд станций, работающих на генераторном напряжении, имеют нестабильный характер, поэтому для сохранения устойчивости генераторов в переходных режимах наиболее предпочтительной является система АРВ с переключающейся структурой, в которой настройки и законы регулирования выбираются в зависимости от режима работы. В работе дана общая характеристика существующих законов и предлагаемого закона регулирования возбуждения, адаптированная к условиям заводских генераторов, работающих совместно с мощными энергосистемами.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены многоуровневые конвертеры на базе модульной конструкции (ММС), предназначенные для высоковольтных сетей в качестве активных выпрямителей регулируемых электроприводов переменного тока, а также статических компенсаторов реактивной мощности. Приведена структура ММС, отличительная особенность которой заключается в том, что каждая фаза содержит ряд последовательно включенных одинаковых подмодулей. Представлена типовая топология подмодуля, состоящая из конденсатора, шунтируемого встречно-параллельным соединением диода и транзистора. Рассмотрены возможные рабочие состояния подмодуля, влияющие на уровень напряжения на входных зажимах. Детально проанализированы три известных способа модуляции напряжения ММС: метод амплитудно-импульсной модуляции, метод с назначением коммутируемого подмодуля и метод сравнения с опорным напряжением. Приведено содержание высших гармоник в выходном линейном напряжении ММС для трех перечисленных способов модуляции. Показано, что в методе сравнения с опорным напряжением уровень THD напряжения на входных зажимах конвертера составляет значение порядка 4 % при частоте коммутации силовых ключей 300 Гц.
Бесплатно
Анализ способов повышения эффективности абсорбционного и модернизированного паросилового цикла
Статья научная
В статье приводится принципиальная схема и принцип работы модернизированного паросилового цикла Ренкина, в котором конденсация отработавшего после турбины пара заменена на процесс его абсорбции, а также принципиальная схема абсорбционного трансформатора, в котором происходят схожие процессы и который взят за основу при разработке модернизированного цикла. С целью разработки оптимизированных схемных решений модернизированного цикла Ренкина в статье осуществляется термодинамический анализ различных схемных решений абсорбционных циклов с водоаммиачным раствором (схема с регенерацией в термохимическом компрессоре, с регенерацией теплоты в основном процессе, с дефлегмацией пара). Результаты анализа показали, что наиболее оптимальными техническими решениями для абсорбционного термотрансформатора с точки зрения сложности реализации и эффективности являются схемы с дефлегмацией пара и регенерацией теплоты растворов. С целью оптимизации эффективности цикла было осуществлено комбинирование данных схемных решений и исследована эффективность решения. По результатам определения наиболее эффективных вариантов циклов абсорбционных термотрансформаторов в дальнейших исследованиях будут разрабатываться оптимизированные схемные решения для паросилового цикла, при этом будут учитываться особенности функционирования абсорбционных и паросиловых циклов.
Бесплатно
Анализ статистики технологических нарушений в кабельных распределительных сетях 6 (10) кВ
Статья научная
Статья посвящена исследованию состояния кабельных распределительных сетей напряжением 6 (10) кВ и их повреждаемости в процессе эксплуатации. Проведен анализ технологических нарушений по десяти филиалам ПАО «Россети» с 2018 по 2022 год. Проведена систематизация полученных данных согласно приказу № 90 Министерства энергетики Российской Федерации от 2010 г. Подробно проанализированы аварийные отключения в кабельных сетях г. Челябинска. На примере Челябинских городских сетей рассмотрены групповые повреждения, возникающие в результате эксплуатации.
Бесплатно
Краткое сообщение
Бесплатно
Анализ тепловых процессов в специальном силовом масляном трансформаторе
Статья научная
При модернизации силового электрооборудования необходима оценка его теплового состояния в различных режимах работы. Точность определения температурных параметров в значительной степени влияет на срок службы и надежность нового устройства, а также позволяет оценить правильность выбора электромагнитных нагрузок в активных частях. В статье рассмотрена проблема оценки теплового состояния силового масляного трансформатора специальной конструкции, в котором, наряду с магнитопроводом и силовыми обмотками, имеется блок теплообмена, позволяющий использовать часть потерь трансформатора на нагрев теплоносителя. Описана конструкция такого трансформатора с блоком теплообмена трубчатого типа. Проанализированы основные тепловые потоки и приведены эквивалентные тепловые схемы замещения активной части с учетом блока теплообмена и упрощенная тепловая схема всего трансформатора. Выявлена необходимость точного определения тепловых сопротивлений на пути теплового потока от трансформаторного масла в нагреваемый теплоноситель. С этой целью решена полевая задача методом конечных элементов в модуле Flow Simulation программного комплекса системы автоматизированного проектирования SolidWorks. Результаты компьютерного моделирования для различных параметров теплоносителя позволили получить рекомендации по определению искомых тепловых сопротивлений для различных режимов работы теплообменного оборудования в конструкции силового трансформатора специального назначения.
Бесплатно
Анализ фактического кпд электродуговой сталеплавильной печи
Статья научная
Рассмотрены возможные варианты повышения эффективности дуговой сталеплавильной печи за счет перераспределения объемов используемых энергетических ресурсов. Проведен сравнительный анализ технологических параметров плавок различных марок стали. Рассмотрена методика определения фактического значения коэффициента полезного действия 180-тонной дуговой печи. Предложены варианты повышения значения внутреннего КПД дуговой печи за счет внедрения систем автоматического регулирования объемами подводимых энергетических ресурсов. Рассмотрен вариант регулирования объемов подводимых энергоносителей на основе анализа значений высших гармонических составляющих тока.
Бесплатно
Статья научная
Одним из главных векторов развития отрасли является переход на путь инновационных и энергоэффективных технологий, использование научного и инновационного потенциала электросетевого комплекса. Традиционные технические решения, основанные на общепринятых методиках проектирования, не позволят осуществить такой переход и в полной мере получить ожидаемые качественные и количественные эффекты поставленных стратегических задач. Наблюдается рост требований к повышению надежности, экономичности, экологичности и эффективности работы электросетевых объектов, и в первую очередь воздушных линий электропередачи (ВЛЭП). Для удовлетворения перечисленных требований в качестве основного решения предлагается внедрение воздушных линий нового поколения. Особенности проектирования ВЛ нового поколения в первую очередь связаны с выбором: инновационной марки провода и его экономически целесообразным сечением, специальной конструкции опор, современной изоляции, а также грозотроса при его необходимости. Целью статьи является исследование влияния инновационных элементов ВЛЭП на результат проектирования, основанный на общепринятой методической и нормативной базе. Исследование вопроса реализовано с помощью системного подхода. В статье представлены особенности инновационных элементов ВЛ нового поколения и показано, что требования нормативных документов в ряде случаев не отвечают применяемым в настоящее время техническим решениям, современным технологиям и принципам. Обоснована необходимость разработки современных методических подходов к проектированию ВЛЭП.
Бесплатно
Статья научная
Приведены зависимости электромагнитной мощности для различных конструктивных исполнений и двух типов коммутации. Дан сравнительный анализ эффективности конструкций по величине развиваемого электромагнитного момента.
Бесплатно
Статья научная
Предлагаемая методика значительно расширяет применение круговых и эллиптических диаграмм для анализа линейных цепей синусоидального тока. Получены выражения уравнений круговых диаграмм комплексной мощности цепи и передаточных функций, а также эллиптических диаграмм комплексной мощности ветви и энергоэффективности цепи. Применение диаграмм позволяет сократить объем численных расчетов в сложных цепях и обеспечить наглядность и простоту анализа.
Бесплатно
Статья научная
В последние годы все шире начинают применяться частотно-регулируемые электроприводы магистральных насосов на нефтеперекачивающих станциях. Одной из проблем, с которой сталкиваются разработчики регулируемого электропривода, является отсутствие аналитических выражений, описывающих механическую характеристику насоса в конкретных условиях эксплуатации. В статье рассматриваются уравнения рабочего участка механических характеристик магистральных насосов нефтеперекачивающих станций при использовании частотно-регулируемого электропривода. Для получения такой характеристики исследуется влияние режима перекачки нефти по магистральным нефтепроводам на момент сопротивления частотно-регулируемого магистрального насоса. Приведено выражение для минимально допустимой частоты рабочего диапазона частоты вращения магистральных насосов. Получены аналитические выражения для механической характеристики магистрального насоса в функции двух переменных: частоты вращения и производительности нефтепровода, а также в функции одной переменной - частоты вращения.
Бесплатно
Безредукторный асинхронный привод в системах низкочастотной виброобработки металлических конструкций
Статья научная
Рассмотрены вопросы построения электромеханических систем для низкочастотной виброобработки металлических конструкций, выполненных на базе двухфазного асинхронного двигателя, работающего во вращательно-колебательном, колебательном или вращательно-пульсирующем режимах за счет фазовой модуляции питающих напряжений. Представлена функциональная схема системы управления электроприводом, а также законы изменения электромагнитного поля в воздушном зазоре асинхронного двигателя при различных режимах работы. Произведена оценка выходных параметров электропривода с учетом параметров нагрузки и функций регулирования. Установлено условие обеспечения автономности регулирования колебательной составляющей движения при регулировании частоты.
Бесплатно
Бесконтактное измерение параметров движения длинномерных материалов
Статья научная
Рассмотрены и проанализированы основные известные бесконтактные способы контроля параметров движения длинномерных материалов (ДМ). Показано, что в качестве идентификационного признака, т. е. первичной информации, в бесконтактных устройствах измерения целесообразно использовать сигнал, пропорциональный физико-механическим свойствам ДМ. Предложен новый способ измерения скорости перемещения и длины ДМ, основанный на реализации пространственно-координатного принципа идентификации его отдельных участков. В качестве информационных параметров предложено использовать пространственные координаты между локальными соседними неоднородностями ДМ с экстремальными значениями линейной плотности, причем с целью упрощения схемотехнической реализации способа полученную «шкалу» пространственных координат преобразовывать в соответствующую «шкалу» составной последовательности временных интервалов между этими неоднородностями. Это позволяет повысить точность измерения. Описано одно из возможных устройств, реализующих данный способ измерения, имеющее сравнительно простую аппаратную реализацию и обеспечивающее высокую точность измерения. Реализация предложенного метода измерения позволит создать ряд устройств для бесконтактного измерения параметров движения длинномерных физических объектов в различных отраслях промышленности.
Бесплатно
Векторная ШИМ для двухсекционного преобразователя частоты
Статья научная
Статья посвящена вопросам анализа режимов работы двухсекционного преобразователя частоты (ДСПЧ) на основе двух последовательно включенных инверторов напряжения. Рассматривается вопрос реализации векторной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для исследуемого преобразователя. Представлены схемы включения преобразователя и векторная диаграмма состояний выходного напряжения. Показано, что диаграмма состояний соответствует традиционному трехуровневому преобразователю. Предложен алгоритм векторной ШИМ, обеспечивающий удвоение частоты переключений фазного напряжения по отношению к частоте коммутации силовых ключей инверторов. Представленный в статье алгоритм векторной ШИМ позволяет исключить необходимость компенсации 2-й и 4-й гармоник, возникающих в предложенном ранее подходе к синтезу системы управления двухсекционным преобразователем с использованием односторонних опорных сигналов в узле ШИМ. Также данный прием несколько улучшает гармонический состав выходного напряжения ДСПЧ в высокочастотной области. Однако несколько увеличивается нагрузка на ключи одного из инверторов за счет дополнительных переключений нулевых векторов. Для реализации представленного алгоритма удобно использовать модуль ПЛИС. В статье приводятся временные диаграммы фазного напряжения на выходе преобразователя и его спектральный состав.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена проблема снижения циркуляционных токов при формировании фазного тока необходимого качества в структуре с параллельным включением трехуровневых полупроводниковых преобразователей. Для решения проблемы предложен новый алгоритм векторной ШИМ, который дает возможность снизить циркуляционные токи и улучшить качество формируемого преобразователями фазного тока. Для трехуровневых полупроводниковых преобразователей в параллельном включении решение достигается исключением одновременной реализации таких комбинаций состояний ключей, которые формируют одно и то же выходное напряжение разными способами. В таком случае условий для появления циркуляционных токов не возникает. По результатам компьютерного моделирования предложенный алгоритм позволяет улучшить коэффициент гармоник формируемого фазного тока в среднем на 3 % и снизить циркуляционные токи в среднем в 3 раза по сравнению с другими алгоритмами.
Бесплатно
Статья научная
Объектом исследования является система векторного управления вентильным электроприводом, выполненная на базе автономного инвертора напряжения с релейными регуляторами тока статора. Область применения - нефтяная промышленность, высокоточные электроприводы станков. Применение современной элементной базы, позволяющей использовать новые алгоритмы управления, расширяет функциональные возможности систем управления вентильным двигателем и помогает добиться энергосбережения. Разработана и исследована модель преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения (АИН), построенного на базе IGBT-транзисторов с обратными диодами, и релейным регулированием токов статора. В цепи постоянного тока содержится транзисторный ключ, позволяющий регулировать выпрямленный ток и мощность, подаваемую на вход инвертора. Данная система позволяет получить форму напряжения и тока на зажимах обмотки статора близкую к синусоидальной и уменьшить пульсации напряжения за счет использования релейных регуляторов. Построена модель исследуемой системы с использованием программной среды MATHLAB. Результаты моделирования совпадают с аналитическими исследованиями и показывают, что система полностью соответствует предъявляемым требованиям.
Бесплатно
