Электроэнергетика. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Статья научная
Рассмотрена история создания погружного электроцентробежного насоса (УЭЦН) в США, отметившая свой 100-летний юбилей, а также начало внедрения УЭЦН в Советском Союзе с середины прошлого века. Отмечено, что в последние два десятилетия темпы отбора нефти из нефтяных месторождений в России наращиваются в основном благодаря использованию погружных электроцентробежных насосов. Парк погружных установок для добычи нефти исчисляется в настоящее время сотнями типоразмеров. УЭЦН разработаны в габаритах по наружному диаметру от 69 до 185 мм, с производительностью от 15 до 2000 м3/сут. В этой связи в рамках оптимизации работы системы «пласт - скважина - насос» и повышения эффективности добычи нефти выявлена необходимость не только грамотного выбора типоразмера насоса, но и умелого управления работой скважин, оснащенных УЭЦН продолжительное время (1,5-2 года). Причиной непрерывного мониторинга режимов работы УЭЦН является наличие большого числа горно-геологических и технологических факторов, влияющих на приток флюидов пласта в скважину, в том числе факторов сезонности и климатических условий. В работе рассмотрены приемы регулирования отборов из скважин (производительности) УЭЦН с применением устьевого штуцера и частотного преобразователя. Приведены основные расчетные формулы для определения диаметра сопла штуцера в сравнении с применением частотного преобразователя.
Бесплатно
Оптимизация систем электроснабжения в жилых домах с электроотоплением
Статья научная
Предложен способ определения основных параметров нагрузок, формируемых бытовыми электроприемниками. Приведены сравнительные расчеты эффективности сглаживания графика нагрузки для различного числа обогревателей. Для ограниченной максимальной нагрузки квартирного ввода определены допустимые теплопотери помещений и оптимальная мощность электрообогревателей.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются вопросы оптимизации функции управляющего воздействия для электропривода с синхронной реактивной машиной с независимым управлением по каналу возбуждения (СРМНВ). Сформулирована задача оптимизации формы пространственной магнитодвижущей силы статора для разных вариантов источников питания обмоток с учетом принятых ограничений, записаны уравнения связи. Рассмотрены схема питания с индивидуальными источниками тока на каждой фазе и схема с двумя автономными инверторами, работающими параллельно. Проведено сравнение СРМНВ с традиционным реактивным двигателем, рассмотрен случай, когда последний питается от источника синусоидального напряжения. При питании синхронной реактивной машины синусоидальным напряжением величина q получается ниже по сравнению с исходным случаем. Рассмотренные в статье оптимальные соотношения, как показал приближенный аналитический анализ, способны дать первичную оценку принимаемым решениям, что существенно сокращает временные затраты.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается комплекс научных подходов и технических мероприятий, направленных на повышение эффективности электроснабжения предприятий черной металлургии, прорабатываемых научными школами МГТУ им. Г.И. Носова совместно с ПАО «ММК». Описаны принципы формирования математических моделей энергопотребления, основы их оптимизации, а также практические вопросы нормирования и планирования энергозатрат и оперативного управления энергохозяйством. Приведены примеры реализации энергосберегающих мероприятий на собственных заводских электростанциях, а также на таких энергоемких объектах, как дуговые сталеплавильные печи и прокатные станы. Представлен опыт ПАО «ММК» по внедрению современных средств автоматизации в энергохозяйстве и системах электроснабжения в рамках перспективной программы развития «Индустрия 4.0».
Бесплатно
Организация контроля изоляции в распределительной сети карьера "Таррор"
Статья научная
Надежность работы электрооборудования и безопасность его эксплуатации, а также уровень электробезопасности и пожаробезопасности на горнодобывающих предприятиях непосредственно связаны с состоянием изоляции электрических сетей, прежде всего величиной полного сопротивления изоляции относительно земли. Контроль этих параметров в процессе эксплуатации электрооборудования позволяет повысить эффективность и надежность работы электрооборудования. Освещается актуальная на сегодняшний день проблема выбора методов контроля параметров изоляции фаз сети относительно земли распределительных электрических сетей с изолированной нейтралью. В данной статье рассматриваются краткая характеристика СП «Зеравшан», разработанная для него система контроля изоляции и результаты проверки ее работоспособности на компьютерной модели. Исследования показали, что при номинальной нагрузке в сети погрешность определения полного сопротивления изоляции не превышает 20 %, что доказывает работоспособность предлагаемой системы контроля изоляции фаз сети относительно земли. Таким образом, внедрение в практику эксплуатации распределительных сетей разработанной системы контроля параметров изоляции позволит повысить надежность и безопасность электроснабжения.
Бесплатно
Статья научная
Практическая реализация методов определения места повреждения высоковольтных линий электропередачи на базе синхронизированных векторных измерений сопряжена с рядом трудностей, среди которых можно выделить существенное влияние апериодической составляющей тока короткого замыкания, остаточной намагниченности измерительных преобразователей тока, а также первоначальную ориентированность технологии синхронизированных векторных измерений на фиксацию, в первую очередь, установившихся режимов и медленно протекающих электромеханических переходных режимов. Вышесказанное свидетельствует о необходимости существенных изменений в организации измерительных каналов для использования данных векторных измерений для локализации места повреждения. В работе анализируется эффективность использования различных способов организации каналов измерений первичных токов для целей определения места повреждения на воздушной линии электропередачи сверхвысокого напряжения с использованием устройств синхронизированных векторных измерений. Цель работы заключается в определении оптимальной структуры измерительных каналов для расчета расстояния до места повреждения на основе векторных измерений, а также в исследовании возможности применения цифровых преобразователей тока, выполненных на основе катушки Роговского, для исключения влияния насыщения трансформаторов тока на точность локализации повреждения. Методология проведения исследований предполагает широкое использование программно-аппаратного комплекса моделирования в реальном времени RTDS, реальных устройств синхронизированных векторных измерений различных производителей и усилителя сигнала. Предметом исследования являются методы повышения точности определения места повреждения на воздушных линиях электропередачи. В качестве тестовых методов используются хорошо известные двусторонние методы определения места повреждения, оперирующие различными составляющими синхронизированных векторов токов и напряжений. В результате проведенного исследования сделаны выводы о необходимости перехода к новой парадигме организации измерительных каналов, используемых устройствами синхронизированных векторных измерений, на основе нетрадиционных измерительных трансформаторов. Показано преимущество использования для целей определения места повреждения цифровых фильтров класса Р с обязательным условием их подключения к релейным обмоткам трансформаторов тока. Проанализированы конкретные варианты организации измерительных каналов для рассматриваемой задачи.
Бесплатно
Освещение пунктов диспетчерского управления в энергетике
Статья научная
Использование современных автоматизированных систем технологического управления на основе дисплейных терминалов заставляет уделять особое внимание созданию оптимальных условий для зрительной работы персонала. При проектировании освещения таких рабочих мест обязательно должны учитываться специфические требования (недопустимость избыточного освещения и ограничение пульсации). Системы управления световым потоком светодиодных источников света используют ШИМ-регулирование, при этом изменяется скважность сигнала в широком диапазоне. Создана математическая модель, учитывающая особенности восприятия непостоянного освещения органами зрения. Аналитические исследования показали, что при значениях коэффициента заполнения, равных 0,5, значительно возрастает вероятность зрительного утомления, а увеличение частоты ШИМ-регулирования оправдано с точки зрения гигиенического воздействия освещения на органы зрения.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены особенности включения математической модели длительных режимов ППТН в разработанную в среде Labview на кафедре ЭССиС программу расчета электрической сети. Программа позволяет задавать конфигурацию сети, сопротивления ЛЭП, мощности нагрузок и генерации, напряжение балансирующего узла и точность расчета. Проанализированы потери в сети в зависимости от загрузки ППТН, на примере послеаварийных режимов сети показаны положительные свойства ППТН в сравнении с передачей переменного тока. Показано, что применение ППТН расширяет возможности оптимизации режимов сети и позволяет повысить ее надежность в аварийных и послеаварийных режимах. Особенность модели длительных режимов ППТН состоит в том, что векторы напряжений в узлах выпрямительной и инверторной подстанций не связаны жестко, а активная мощность линии регулируется независимо. В модели узлы связаны через потребление мощности в одном узле и генерацию во втором, причем характерно, что в длительных режимах контур постоянного тока ППТН описывается теми же уравнениями, что и ППТ на преобразователях тока с фазовым регулированием. Потери в преобразовательных трансформаторах и реакторах и преобразователях учтены в виде нагрузок в узлах соответствующих подстанций. Векторная разность между напряжением выпрямительной подстанции и сетевым напряжением определяет величину и направление полной мощности передачи. То же справедливо и для инверторной подстанции по отношению к ее прилегающей энергосистеме. Предельно допустимая мощность передачи ограничивается наибольшим действующим значением тока преобразователя, который ограничен нормируемой токовой нагрузкой силовых полупроводниковых приборов. Разработанная программа рассчитана на применение в учебных целях, а модель ППТН - для интеграции в промышленные программы расчета и оптимизации режимов энергосистем.
Бесплатно
Статья научная
Тензорно-топологический метод Крона, развиваемый многими отечественными и зарубежными исследователями, открывает широкие возможности для решения прикладных задач в сложных электроэнергетических системах с помощью тензорного анализа и диакоптики. Его применение к анализу и расчету несимметричных и сложных видов повреждений, возникающих в системах электроснабжения (СЭС), имеет свои особенности, обусловленные необходимостью преобразований переменных (систем координат). Помимо задач определения матриц преобразования и уравнений связи появляются проблемы объединения отдельных частей системы, которые представлены в различных координатах. Затруднения возникают вследствие необходимости преобразования этих матриц при построении схем замещения. В предлагаемой статье на простейших примерах рассмотрены некоторые особенности совместного применения матриц преобразования координат, матриц соединения и уравнений связи, а также их различения при моделировании и анализе несимметричных повреждений в СЭС.
Бесплатно
Статья научная
Одним из основных этапов при проектировании источников распределенной генерации, а также в процессе их эксплуатации является обеспечение достаточного запаса статической устойчивости в различных эксплуатационных режимах. К таким режимам относятся прежде всего нормальные и утяжеленные при параллельной работе с энергосистемой. В точках связи с энергосистемой у заводских электростанций обычно предусматривается противоаварийная автоматика, обеспечивающая в аварийных режимах выход генераторов с нагрузкой на раздельную с энергосистемой работу. В таких послеаварийных режимах должен быть обеспечен нормируемый запас статической устойчивости. С целью анализа статической устойчивости синхронных генераторов и двигательной нагрузки предлагается использование сочетания методов последовательного эквивалентирования и последовательного утяжеления. Однако использование метода последовательного утяжеления имеет особенности при анализе статической устойчивости при параллельной и раздельной работе генераторов с энергосистемой. Кроме того, при его применении возникает необходимость использования ряда ограничений, связанных в том числе с особенностями функционирования заводских электростанций. Разработан единый алгоритм анализа статической устойчивости генераторов и нагрузки при параллельной и раздельной работе применительно к заводским электростанциям, учитывающий ограничения по работе систем возбуждения. Алгоритм реализован в программном комплексе «КАТРАН». Проведен вычислительный эксперимент применительно к системе электроснабжения, имеющей источники распределенной генерации и разнородную двигательную нагрузку. Сформулированы особенности подобных исследований.
Бесплатно
Статья научная
Пакет MATLAB/Simulink находит широкое применение при расчете и анализе установившихся и переходных режимов электроэнергетических систем. Для этого в пакете реализован ряд математических моделей, необходимых в решении задач имитационного моделирования. Модели имеют свои особенности и отличаются от описанных в отечественной литературе, что усложняет применение и создает дополнительные трудности при их параметризации и сопоставлении результатов моделирования. Поэтому сохраняют свою актуальность вопросы изучения особенностей применения пакета MATLAB/Simulink, в частности, при анализе статической устойчивости синхронных генераторов, работающих параллельно с энергосистемой. В работе рассмотрен ряд моделей наиболее распространенных элементов электроэнергетической системы, отмечены некоторые особенности схем замещения, на которых они построены, показан пример задания параметров и сформулированы рекомендации по их вводу в программе. Выполнено моделирование установившегося режима и проведено сравнение режимных параметров. Полученные результаты будут полезны при изучении особенностей применения пакета MATLAB/Simulink для решения задач электроэнергетики, а приведенные в работе рекомендации могут быть использованы при моделировании установившихся и переходных режимов электроэнергетических систем.
Бесплатно
Статья научная
При управлении режимами электроэнергетических систем наряду с традиционными задачами снижения потерь и поддержания напряжений в узлах в допустимых пределах сегодня, благодаря применению элементов на базе силовой электроники, решаются и другие актуальные проблемы: повышение пропускной способности линий электропередач (ЛЭП), обеспечение устойчивости синхронных генераторов, перераспределение электроэнергии в неоднородных сетях. Одним из эффективных средств управления может быть применение в энергосистемах электропередач (ППТ) и вставок (ВПТ) постоянного тока на базе как преобразователей тока (ППТТ), так и преобразователей напряжения (ППТН). При этом информации о разнице ППТТ и ППТН как элементов регулирования режимов энергосистемы недостаточно. Исследование проводилось для электросетевого района горнозаводской зоны Южно-Уральской энергосистемы. Для расчетов режимов электрической сети в программный комплекс RASTR.WIN введены модели ППТТ и ППТН. При перспективных нагрузках возникает недопустимая перегрузка некоторых ЛЭП, а также существенно увеличиваются потери электроэнергии в сети. Перегруженной оказалась одна из двухцепных ЛЭП. Принято решение о переводе этой ЛЭП на постоянный ток с последующим исследованием разницы в регулировании режимов сети при выполнении электропередачи по схеме как ППТТ, так и ППТН. Перевод двухцепной электропередачи на постоянный ток позволяет увеличить ее пропускную способность, а также управлять потоками электроэнергии для оптимальной загрузки ЛЭП электросетевого района. Применение ППТН без дополнительных источников реактивной мощности позволяет управлять перетоками в сети не только активной, но и реактивной мощности, т. е. имеет более широкие функциональные возможности для регулирования режимов электросетевого района, чем применение ППТТ.
Бесплатно
Статья научная
Основным способом регулирования напряжения и реактивной мощности электростанций является изменение тока возбуждения их синхронных генераторов (СГ). При этом требуются сложные системы возбуждения, способные обеспечить необходимую глубину регулирования. Кроме того, быстродействие такого регулирования сдерживается большой постоянной времени контура возбуждения. Одним из альтернативных способов регулирования является применение энергоблоков, включающих синхронные генераторы с нерегулируемой системой возбуждения и объединенные регуляторы потоков мощности (ОРПМ). В программном комплексе MATLAB Simulink создана имитационная модель, с помощью которой проведен анализ быстродействия регулирования режимных параметров таких энергоблоков, проведено сравнение с регулированием тиристорными системами возбуждения. Также проведен опыт для реальных изменений величин напряжения при коротком замыкании в схеме соответствующей реальной. Показано, что энергоблоки «Синхронный генератор - ОРПМ» позволяют реализовать регулирование величины напряжения с высоким быстродействием, что позволяет существенно увеличить гибкость и адаптивность управления режимными параметрами в схемах выдачи мощности электростанций.
Бесплатно
Статья научная
В связи с ужесточением требований к качеству электрической энергии актуальным становится оценка влияния различных факторов на основные показатели качества: отклонения напряжения и частоты сети. Одним из таких факторов являются статические характеристики различных нагрузок, которые при определенных режимах могут оказывать существенное влияние на параметры энергосистемы. В данной статье предлагается оценить влияние статических характеристик на уровень частоты сети при выходе ее на раздельную работу с энергосистемой и при различных изменениях установившегося режима, а также исследовать зависимость между коэффициентами регулирующего эффекта нагрузки и значением мощности короткого замыкания или длины питающего кабеля. Раздельная работа была взята в силу того, что в данном режиме влияние регулирующего эффекта мощной нагрузки на параметры режима становится более выраженным. Научная новизна работы состоит в составлении алгоритма, позволяющего производить уточнение отклонения частоты изолированной электроэнергетической системы с учетом и без учета СХН при изменении длины питающего кабеля в программном комплексе «КАТРАН». Основным результатом работы является выявленная практически прямая зависимость между влиянием статических характеристик нагрузки на частоту сети и удаленностью нагрузки с большой долей синхронных двигателей от источника питания при автономно работающей электроэнергетической системе. Также была оценена целесообразность учета регулирующего эффекта нагрузки при расчете электрических режимов в зависимости от рода нагрузки и расчетного значения мощности короткого замыкания.
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
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
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
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
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
