Аннотация
Усовершенствование технологического процесса металлургических производств и повышенные требования к снижению себестоимости продукции в условиях рыночной конкуренции требуют применения более экономичных и гибких систем электроснабжения мощных двигателей. В связи с этим питание крупных синхронных двигателей осуществляется не напрямую от сети трехфазного переменного тока, а посредством преобразователей частоты, что приводит к изменению не только энергопотребления, но и устойчивости узла электрической нагрузки в целом. Такой переход, с одной стороны, существенно повышает энергетическую эффективность производства на счет снижения потребляемой электроэнергии. С другой стороны, синхронные двигателя прекращают быть источниками реактивной мощности, что может при большой электрической удаленности снизить устойчивость оставшихся в параллельной работе с энергосистемой двигателей. В данной статье рассмотрены вопросы анализа статической устойчивости синхронных двигателей в узле нагрузки, содержащем крупные синхронные двигатели, питающиеся как через преобразователи частоты, так и непосредственно от энергосистемы, а также источники распределенной генерации относительно небольшой мощности с помощью разработанного программного комплекса. Даны рекомендации по повышению статической устойчивости синхронных двигателей. Исследовано изменение энергопотребления нагнетателей как основных потребителей электрической энергии кислородно-конвертерного цеха при замене преобразователей частоты, предназначенных для пуска, на полностью регулируемый частотный преобразователь с одновременным перестроением технологической схемы их работы на примере системы электроснабжения ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». На основе полученных экспериментальных данных выполнен анализ изменения параметров работы нагнетателей при замене преобразователей частоты, предназначенных для пуска, на преобразователи частоты для постоянной работы. Произведено исследование выбранной циклограммы работы привода и пантографа. Разработаны мероприятия по повышению энергетической эффективности работы новых приводов в части изменения частоты и временных интервалов разгона - торможения. Полученные материалы могут служить основой для дальнейшего повышения энергоэффективности мощных синхронных двигателей с вентиляторным моментом сопротивления на валу в различных циклах производства.
Ключевые слова
Синхронный генератор, синхронный двигатель, статическая устойчивость, промышленное предприятие, установившийся режим, программное обеспечение, система электроснабжения, энергетическая эффективность, потребление электроэнергии, нагнетатель, преобразователь частоты.
1. Никифоров Г.В., Олейников В.К., Заславец Б.И., Шеметов А.Н. Управление энергопотреблением и энергосбережение: монография. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та. им. Г.И. Носова, 2013. 422 с.
2. Мещеряков В.Н., Туркин М.А. Энергосбережение при рациональном режиме работы синхронного двигателя при частотном регулировании // Системы управления и информационные технологии. 2007. Т. 27. № 1.1. С. 180-183.
3. Лисицин А.С., Эрнст А.В. Перспективы управления и частотного регулирования синхронных электрических двигателей // Динамика систем, механизмов и машин. 2014. № 1. С. 302-303.
4. Kothari D.P., Nagrath I.J. Power System Engineering. Second Edition. New Delhi, Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, 2008.
5. Кимбарк Э. Синхронные машины и устойчивость электрических систем. М.;Л.: Госэнергоиздат, 1960. 392 с.
6. Xiufeng S., Shiguang M. Research on Measures to Improve Stability of the Power System. Applied Mechanics and Materials, Vol. 742, 2015, pp. 648-652.
7. Hazarika D. New method for monitoring voltage stability condition of a bus of an interconnected power system using measurements of the bus variables. IET Generation, Transmission & Distribution. Oct 2012, Vol. 6, Issue 10, pp. 977-985.
8. Малафеев А.В., Буланова О.В., Ротанова Ю.Н. Исследование динамической устойчивости систем электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями при отделении от энергосистемы в результате короткого замыкания // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2008. № 17 (117). С. 72-74.
9. Влияние высоковольтных двигателей собственных нужд на надежность системы электроснабжения собственных нужд ТЭЦ ОАО «ММК» / А.В. Малафеев, О.И. Карандаева, Ю.Н. Ротанова, О.В. Буланова // Электротехнические системы и комплексы. 2009. № 17. С. 96-104.
10. Исследование сходимости метода расчета установившихся режимов систем электроснабжения при работе раздельно с энергосистемой / О.В. Буланова, В.А. Игуменщев, А.В. Малафеев, Ю.Н. Ротанова // Электротехнические системы и комплексы. 2005. № 10. С. 129-134.
11. Исследование эффективности работы делительной автоматики в системе электроснабжения промышленного предприятия черной металлургии / О.В. Газизова, А.В. Малафеев, В.М. Тарасов, М.А. Извольский // Промышленная энергетика. 2012. № 10. С. 12-17.
12. Расчет динамических характеристик синхронных и асинхронных двигателей промышленных предприятий с целью анализа устойчивости систем электроснабжения / В.А. Игуменщев, А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Ротанова // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2006. № 2. С. 71.-75.
13. Akagi H., Takahashi K., Kobayashi T., Sugihara H., Kai T. Analysis of an Adjustable Speed Rotary Condenser for Power System Stabilization. Electrical Engineering in Japan, Vol. 133, no. 1, 2000.
14. Xu Y., Dong Zh. Y., Zhao J., Xue Y., Hill D. J. Trajectory sensitivity analysis on the equivalent one-machine-infinite-bus of multi-machine systems for preventive transient stability control. The Institution of Engineering and Technology IET Gener. Transm. Distrib., 2015, Vol. 9, Iss. 3, pp. 276–286.
15. Satheesh A., Manigandan T. Maintaining Power System Stability with Facts Controller using Bees Algorithm and NN. Journal of Theoretical and Applied Information Technology. 10th March 2013. Vol. 49, Iss. 1, pp. 38-47.
16. Boudour M., Hellal A. Mohamed Power System Dynamic Security Mapping Using Synchronizing and Damping Torques Technique. The Arabian Journal for Science and Engineering, Vol. 30, no. 1B.
17. Harikrishna D., Srikanth N.V. Dynamic Stability Enhancement of Power Systems Using Neural-Network Controlled Static-Compensator. TELKOMNIKA. Vol.10, No.1, March 2012, pp. 9-16.
18. Sujatha Er.S., Anitha Dr.R ., Selvan Dr.P., Selvakumar Er.S. Transient Stability Enhancement of Tneb 400 kV Transmission Network with SVC. Journal of Theoretical and Applied Information Technology. 10th May 2014. Vol. 63, Iss. 1, pp. 85-91.
19. Welhazi Y., Guesmi T., Jaoued I. B., Abdallah H. H. Power System Stability Enhancement Using FACTS Controllers in Multimachine Power Systems. J. Electrical Systems, 2014, 10-3, pp. 276-291.
20. Анализ статической устойчивости генераторов / А.В. Малафеев, О.В. Газизова, А.В. Кочкина, Е.А. Гринчак // Главный энергетик. 2013. № 7. С. 17-25.
21. Исследование влияния ввода в работу перспективной воздушной линии на режимы промышленного энергетического узла / Ю.Н. Кондрашова, О.В. Газизова, М.М. Гладышева, И.М. Галлиулин // Международный научно-исследовательский журнал. 2014. № 4-2 (23). С. 35-37.
22. Анализ режимов несимметричных коротких замыканий в сложных системах электроснабжения с собственными электростанциями / А.В. Малафеев, О.В. Буланова, Е.А. Панова, М.В. Григорьева // Промышленная энергетика. 2010. № 3. С. 26-31.
23. Определение асинхронной мощности синхронных генераторов в расчетах электромеханических переходных процессов при несимметричных режимах / О.В. Буланова, А.В. Малафеев, Н.А. Николаев, Ю.Н. Ротанова, Е.А. Панова // Электрика. 2010. № 8. С. 24-26.
24. Оценка эффективности релейной защиты в сетях 110-220 кВ сложных систем электроснабжения промышленных предприятий с собственными электростанциями / Игуменщев В.А., Заславец Б.И., Николаев Н.А., Малафеев А.В., Буланова О.В., Кондрашова Ю.Н., Панова Е.А. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2011. 141 с.
25. Малафеев А.В., Хламова А.В., Краснов М.И. Оптимизация загрузки генераторов собственных электростанций ОАО «ММК» с учетом потерь активной мощности в распределительной сети путем декомпозиции общей задачи // Главный энергетик. 2011. № 3. С. 54-57.
26. Varganova A.V., Panova E.A., Kurilova N.A., Nasibullin A.T. Mathematical Modeling of Synchronous Generators in Out-of-balance Conditions in the Task of Electric Power Supply Systems Optimization. Collection of scientific papers: International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (MEACS). 2015.
27. Kornilov G.P., Panova E.A., Varganova A.V.Algorithm of Economically Advantageous Overhead Wires Cross Section Selection Using Corrected Transmission Lines Mathematical Models. Procedia Engineering, 2015, Vol. 129, pp. 951-955.
28. Анализ интенсивности отказов частотно-регулируемых электроприводов районных тепловых станций при нарушениях электроснабжения / В.Р. Храмшин, К.Э. Одинцов, А.Р. Губайдуллин, О.И. Карандаева, Ю.Н. Кондрашова // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2014. Т. 14. № 2. С. 68-79.
29. Методика прогнозирования остаточного ресурса электрооборудования при эксплуатации / К.Э. Одинцов, Ю.Н. Ротанова, О.И. Карандаева, С.Е. Мостовой, П.В. Шиляев // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2010. № 3-1. С. 192-198.
30. Разработка методики прогнозирования отказов сложных электротехнических систем на примере электрических систем / Ю.Н. Кондрашова, М.М. Гладышева. Арт.А. Николаев, А.А. Николаев // Технические науки: от теории к практике. Новосибирск: НП «СибАК», 2014. №33. C. 101-108.
31. Karandaev A.S., Khramshin V.R., Evdokimov S.A., Kondrashova Yu.N., Karandaeva O.I. Methodology of calculation of the reliability indexes and life time of the electric and mechanical systems. Collection of scientific papers: Proceedings of 2014 International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems, MEACS 2014. pp. 1-6.
32. Энергоэффективные режимы регулируемых электроприводов переменного тока / В.Н. Поляков, Р.Т. Шрейнер; под ред. Р.Т. Шрейнера. Екатеринбург: ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2012. 220 с.
33. Emadi A. Energy-efficient Electric Motors, Third Edition, Revised and Expanded, (2005), New York, Marsel Dekker Inc., 400 p.
34. Осипов О.И. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод: учеб. пособие. М.: Изд-во МЭИ, 2004.80 с.