Введение к работе
Актуальность темы. Эффективность работы береговых электростанций и котельных, работающих на твердом топливе, и металлургических предприятий в значительной мере определяются производительностью дробильно-размольных отделений и насосных станций различного назначения. Эти технологические переделы имеют мощные (до 50 МВт) электрические узлы нагрузок, которые требуют безотказной работы систем электро снабжения.
Наиболее низкую надежность в работе имеют присоединения РУ 6,3 кВ. Технологические нарушения параметров сырья (влажность, твердость), попадания металлического лома и пр. вызывают забившше Песковых насосов, дробилок и мельниц, что приводит к их остановкам. Не всегда успешные повторные пуски агрегатов происходят практически с заторможенными роторами электродвигателей.
При этом особенно опасно отключение заторможенных или разгоняемых высоковольтных асинхронных двигателей, которые имеют в этот момент только индуктивную нагрузку. Пусковой ток содержит большую индуктивную составляющую и энергия, накопленная в индуктивности двигателя, максимальна. При коммутации это приводит к возникновению на присоединеіши РУ 6,3 кВ значительных перенапряжешш. Неоднократные их воздействия на изоляцию вызывают ее пробой. Из-за этого во многих узлах нагрузок за год фактический объем ремонта высоковольтных электричесюгх двигателей, кабелей и масляных выключателей достигает 50 % от установленного количества, хотя нормативный объем составляет (10-5-12)%.
Таким образом, исследования, направленные на повышение эффективности работы электростанций, работающих на каменных углях, и
металлургических производств за счет повышения надежности работы
электроснабжения их узлов нагрузок являются актуальными. Работа
выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских , проектных
и внедренческих работ по региональной проблеме "Комплексная программа
научно-технического обеспечеіпгя предприятий Павлодарской области на
1996-1998 г.г. (блок П. Комплекс работ по проблемам энергетики и
промышленности)", утвержденным постановлением Президиума
национальной академии наук Республики Казахстан № 39 от 29.11.95г. и госбюджетной темой "Разработка мероприятий по повышению надежности работы ;:порудоЕ;шия в условиях пониженных температур" Новосибирской государственной академии водного транспорта (Госрегистр.№ 0188.0004137). Целью работы является теоретическое и экспериментальное исследование коммутационных перенапряжений на присоединении РУ 6,3 кВ с высоковольтными электрическими двигателями и разработка научных положений, позволяющих повыипъ надежность электроснабжешш ухтов нагрузок насосных станций, дробильных и размольных отделений электростанций и метатлургических предприятий.
Для достижения цели в работе ставились и решались следующие задачи:
- исследование потока отказов изоляции присоединений РУ 6,3 кВ
узла нагрузки с высоковольтными электрическими двигателями;
расчет минимальных допустимых кратностей внутренних перенапряжений на изоляции различных элементов присоединения РУ6-10кВ;
экспериментальное исследование отклонений напряжения на шинах РУ 6,3 кВ узла нагрузки с высоковольтными электрическими двигателями;
экспериментальные исследования коммутационных перенапряжений
на присоединении РУ 6,3 кВ узла нагрузки при коммутации высоковольтного асинхронного двигателя с заторможешшм ротором,
разработка математической модели, описывающей явления коммутациоітьгх перенапряжений на присоединении РУ 6,3 кВ возшпсаюпщх при коммутации высоковольтных электрических двигателей;
разработка методики определения эффективности снижения коммутациотшых перенапряжений на присоединении РУ 6,3 кВ за счет изменения параметров системы электроснабжения и применения нелинейных огршшчіггелей перенапряжешш.
Методы исследований. Для решения поставлешшх задач примешглись методы анализа и синтеза схем, математического моделирования на ЭВМ, планировашія эксперимента и теории вероятностей. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались с помощью статистических методов обработки и оценки результатов измерений.
Основная идея работы заключается в повышении эффективности использования параметров и режимов работы электрической сети для сшгжения перенапряжешш на шинах РУ 6,3 кВ узла нагрузки, возішкающих при коммутации высоковольтых электрических двигателей.
Научная новизна работы заключается в следующих положениях:
1. Предложена и теоретически обоснована математическая модель
максимальных коммутационных перенапряжешш на присоединеіши РУ 6,3 кВ
при коммутации высоковольтных электрических двигателей.
-
Разработана методика определения вероятностей безотказной работы присоединений РУ 6.3 кВ узлов нагрузок с высоковольтными электрическими двигателями.
-
Предложена методика пределения коэффициента перенапряжений на присоединении РУ 6,3 кВ при коммутации высоковольтных электрических
двигателей.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечиваются представленным объемом исследовании и математическими описаниями различных режимов РУ 6,3 кВ узла нагрузки с высоковольтными электрическими двигателями и подтверждаются сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований. Относительная ошибка расчетов кратности коммутационных перенапряжешій с вероятностью 0,95 составляет (5 +7) %.
Практическая ценность работы заключается в том, что внедреіше полученных результатов в практику обеспечивает возможность создания надежных систем электроснабжения узлов нагрузок с высоковольтными электрическими двигателями:
- разработанная методика расчета коэффициента перенапряжешій на
присоединении РУ 6,3 кВ позволяет определить требования к изоляции на
стадии проектирования или эксплуатации электроснабжения и, как следствие этого, выбрать оптимальную электрическую прочность изоляции;
- полученная математическая моделі» зависимости вероятностей
безотказной работы присоединений РУ 6,3 кВ в зависимости от режима
работы высоковольтных электрических двигателей позволяет определить
надежность работы электрооборудования и сетей узла нагрузки;
предложенная математическая модель максимальных коммутационных перенапряжений на присоединении РУ 6,3 кВ при коммутации высоковольтного электрического двигателя позволяет определить снижение перенапряжений за счет изменения параметров питающей сети.
Реализация работы. Научные достижения и практические рекомендации диссертационной работы реализованы при еоздашш эффективной системы электроснабжения насосной станции Южного
водозабора г.Пашіодара. Фактический годовой экономический эффект составил 240 тыс.долларов США при сроке окупаемости капиталоаложений менее года. Экономический эффект обусловлен повышением надежности в работе присоединений РУ 6,3 кВ с высоковольтными электродвигателями, имеющими оперативное название "Береговая" и "Южный водозабор" и повышением качества электрической энергии в этих узлах нагрузок.
Апробация работы. Результаты проведенных в диссертационной
работе исследований докладывались и обсуждались на Международной
научной конференции "Проблемы энергетики Казахстана" (г.Павлодар,
1994 г.),на областной научно-технической конференции "Совершенствование
технологических процессов на предприятиях Павлодар - Экибастузского
региона" (г.Павлодар, 1988 г.) и на научно-технических семинарах в
Новосибирской государственной академии водного транспорта
(1997, 1998 гл.).
На защиту выносятся:
- математическая модель, описывающая явление коммутационных
перенапряжений на присоединении РУ 6,3 кВ возникающих при коммутации
высоковольтного асинхронного двигателя с заторможенным ротором;
- методика определения вероятностей безотказной работы
присоединений РУ 6,3 кВ узлов нагрузок дробилыго-размольных отделений
электростанций и металлургических предприятий;
- методика определения коэффициента перенапряжений на
присоединении РУ 6,3 кВ при коммутации высоковольтных электрических
двигателей;
- результаты математической обработки экспериментальных
исследований отклонений напряжения на РУ 6,3 кВ дробильно-размольного
отдел ения.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов диссертационной работы. Изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 21 рисунок и 26 таблиц, список использованной литературы из 91 наименования и приложения.
