Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Современное состояние проблемы. цели и задачи исследования 11
1.1 Особенности электротехнологического процесса и методов расчета характеристик дуговых сталеплавильных печей 11
1.2 Схемы электроснабжения одиночных и группы параллельных дуговых сталеплавильных печей 22
1.3 Анализ методов определения и нормирования показателей качества напряжения в СЭС с нагрузкой ДСП 25
1.4. Цели и задачи исследования 35
ГЛАВА 2 Характеристики электротехнического комплекса "сэс -параллельные дсп" и методы их расчета 37
2.1 Метод расчета обобщенных электрических характеристик одиночных дуговых сталеплавильных печей для всех ступеней печного трансформатора 37
2.2 Разработка метода расчета электрических характеристик группы параллельных ДСП 49
2.3 Выводы 58
ГЛАВА 3 Исследование изменений электрических характеристик параллельных дсп 60
3.1 Исследование изменений характеристик параллельных ДСП при неизменных уставках тока дуги 60
3.2 Исследование изменений характеристик параллельных ДСП при неизменных относительных коэффициентах тока дуги 68
3.3 Исследование изменений характеристик суммарной нагрузки параллельных ДСП при неизменных относительных коэффициентах тока дуги 84
3.4 Влияние параметров системы электроснабжения на изменение электрических характеристик параллельных ДСП 87
3.5 Выводы 94
ГЛАВА 4 Определение условий электромагнитной совместимости параллельных дсп по показателям качества напряжения и загрузке силового электрооборудования 96
4.1 Метод расчета и исследования характера изменения уровней и отклонений напряжения на шинах питания параллельных ДСП 96
4.2 Электромагнитная совместимость параллельных ДСП по условиям допустимых отклонений напряжения и по загрузке электрооборудования 104
4.3 Метод расчета колебаний напряжения на шинах питания параллельных ДСП 115
4.4 Электромагнитная совместимость по колебаниям напряжения на шинах питания параллельных ДСП 122
4.5 Выводы 127
ГЛАВА 5 Использование результатов экспериментальных исследований тока дуги и огибающей напряжения на шинах питания дсп для нормирования колебаний напряжения 130
5.1 Экспериментальные исследования и анализ вероятностных характеристик тока дуги ДСП и огибающей напряжения на шинах питания 130
5.2 Вероятностные характеристики колебаний напряжения на шинах питания параллельных ДСП 146
5.3 Использование вероятностных характеристик для нормирования колебаний напряжения на шинах питания одиночных и параллельных ДСП 154
5.4 Выводы 161
Заключение 163
Библиографический список 166
- Особенности электротехнологического процесса и методов расчета характеристик дуговых сталеплавильных печей
- Разработка метода расчета электрических характеристик группы параллельных ДСП
- Влияние параметров системы электроснабжения на изменение электрических характеристик параллельных ДСП
- Электромагнитная совместимость параллельных ДСП по условиям допустимых отклонений напряжения и по загрузке электрооборудования
Введение к работе
Металлургические предприятия и металлургические производства машиностроительных предприятий являются крупными потребителями электроэнергии. Рост потребления электроэнергии определяется увеличением производства электростали за счет применения современных энергетических установок, наиболее мощными из которых являются дуговые сталеплавильные печи (ДСП). Причем доля мирового производства стали в ДСП непрерывно возрастает и в настоящее время превышает 33% общего производства стали, а к 2010 году прогнозируется на уровне 40% [44, 45, 51, 56]. Одновременно возрастают емкости электропечей и мощности печных трансформаторов. Введены в эксплуатацию сверхмощные ДСП-100 с печными трансформаторами мощностью 80 МВА.
Увеличение доли производства стали в ДСП определяется рядом причин, в том числе тем, что ДСП могут выплавлять любые марки стали, включая высококачественные, специальные, а процесс ведения плавки поддается высокой степени автоматизации.
С переходом на рыночные отношения составляющая энергетических затрат в себестоимости металлургической продукции выросла с 0,8 % до 30 % [35, 51]. Одновременно наблюдается опережающий рост стоимости энергоресурсов по сравнению с ростом цен на металлопродукцию, что приводит к необходимости решения, как задачи достижения максимальной производительности ДСП, так и задачи более эффективного использования ресурсов и, в частности, электроэнергии.
С ростом мощностей ДСП и интенсификацией процесса плавки повышаются требования к качеству управления режимом работы ДСП с позиций энергосбережения, особенно в период расплавления металла, характеризующийся наибольшими электрическими мощностями и ухудшением показателей качества электроэнергии в питающей сети. Отклонения от энергосберегающих режи мов ДСП в этот период приводят к существенным потерям электроэнергии, и могут вызвать нарушение условий электромагнитной совместимости (ЭМС) в системе электроснабжения (СЭС).
Одним из способов увеличения объемов плавки стали, является использование параллельных ДСП. При этом актуальной задачей является улучшение технико-экономических показателей электротехнологического процесса производства металлопродукции и эффективное использование электроэнергии при одновременном обеспечении ЭМС электротехнического комплекса "система электроснабжения - параллельные ДСП".
Для ее решения требуется совершенствование методов расчета как одиночной, так и параллельных ДСП, проведение всесторонних исследований, причем проведенный анализ показывает, что ряд вопросов до настоящего времени остается открытым, а их решение позволит реализовать существующие потенциальные возможности дополнительного повышения экономичности работы электротехнического комплекса "СЭС - параллельные ДСП".
Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка методов оценки обеспечения ЭМС параллельных ДСП с СЭС по отклонениям и колебаниям напряжения.
Для достижения поставленной цели в работе формулируются и решаются следующие научные и практические задачи.
Научные:
1. Разработка метода расчета электрических характеристик параллельных ДСП для всех ступеней трансформации печного трансформатора (ПТ);
2. Разработка методов расчета отклонений и колебаний напряжения на шинах питания параллельных ДСП для всех ступеней ПТ;
3. Разработка графоаналитических моделей для оценки ЭМС параллельных ДСП с СЭС.
Практические: 1. Получение информации о видах изменения токов дуги и электрических характеристик как каждой из параллельных ДСП, так и их суммарных значений, на шинах питания параллельных ДСП в зависимости от ступени ПТ;
2. Разработка методического обеспечения экспериментальных исследований тока дуги ДСП и огибающей напряжения на шинах питания ДСП на участках стационарности для использования вероятностных характеристик одиночных и параллельных ДСП при оценке ЭМС;
3. Разработка условий обеспечения ЭМС параллельных ДСП с СЭС. Объектом исследования являются дуговые сталеплавильные печи и режимы их параллельный работы на соответствующих ступенях ПТ, определяемые с учетом параметров СЭС.
Основные методы научных исследований. При выполнении работы использованы методы математического анализа, теории вероятностей, случайных процессов, физического и математического моделирования электромагнитных помех в СЭС с ДСП. Экспериментальные исследования проводились в реальных условиях эксплуатации ДСП на действующих предприятиях. Результаты исследований обрабатывались на ЭВМ с использованием разработанных автором программ.
Достоверность полученных результатов исследований определяется корректным использованием соответствующего математического аппарата, вычислительных программных комплексов, обоснованностью принятых допущений и подтверждается удовлетворительным совпадением результатов расчетов и экспериментальных данных.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Математическая модель и методика расчета электрических характеристик параллельных ДСП с использованием относительных коэффициентов т1 токов дуги ДСП и параметров СЭС, что позволяет обеспечить высокую точность определения характеристик параллельных ДСП для всех ступеней ПТ за счет учета их взаимного влияния;
2. Графоаналитические модели для определения условий обеспечения электро магнитной совместимости параллельных дуговых сталеплавильных печей с системой электроснабжения для всех ступеней ПТ по отклонениям и колебаниям напряжения;
3. Вероятностные характеристики и законы распределения тока ДСП и огибающей напряжения для всех этапов плавки и участков стационарности, полученные на основе экспериментальных исследований для оценки электромагнитной совместимости параллельных дуговых сталеплавильных печей с системой электроснабжения. Научная новизна:
1. Разработан метод и алгоритм расчета электрических характеристик параллельных ДСП с учетом их взаимного влияния для всех ступеней трансформации печного трансформатора (ПТ) на основе использования относительных коэффициентов т, токов дуги ДСП;
2. Разработаны методы расчета отклонений и колебаний напряжения на шинах питания параллельных ДСП для всех ступеней ПТ, учитывающий параметры СЭС и характеристики автоматических регуляторов ДСП.
Практическая ценность:
1. Получены аналитические выражения видов изменения токов дуги и электрических характеристик как каждой из параллельных ДСП, так и их суммарных значений, на шинах питания параллельных ДСП в зависимости от ступени ПТ при условиях неизменности уставок тока дуги ДСП или относительных коэффициентов ті токов дуги ДСП;
2. Разработаны графоаналитические модели и методы определения условий обеспечения ЭМС параллельных ДСП с СЭС для всех ступеней ПТ ДСП по отклонениям и колебаниям напряжения, нормируемых ГОСТ 13109-97 или Стандартом стран Евросоюза EN 50160;
3. На основе проведенных экспериментальных исследований установлены законы распределения и основные вероятностные характеристики тока дуги ДСП и огибающей напряжения для всех этапов плавки металла в ДСП. Это по зволяет оценить степень участия случайных технологических факторов колебаний тока при разработке методики ЭМС одиночных и параллельных ДСП с системой электроснабжения.
Реализация и внедрение результатов работы. По теме диссертационной работе с участием автора был выполнен научно-технический отчет по госбюджетной программе Министерства общего и профессионального образования РФ по теме: "Развитие теории энергосбережения электротехнологических процессов", 1997-2000 г. На основе разработанных методов расчета рациональных характеристик и электротехнологических режимов ДСП были выданы рекомендации по ведению оптимальных режимов плавки для металлургического производства АО "АВТОВАЗ", что позволило снизить удельный расход электроэнергии в дуговых сталеплавильных печах ДСП-40 на 9,4 %; методы расчета электрических характеристик параллельных ДСП с обеспечением ЭМС в СЭС внедрены в проектную практику в ООО "ПРОЕКТэ-лектроМОНТАЖ". Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе Самарского государственного технического университета в дисциплинах: "Электромагнитная совместимость в системах электроснабжения", "Энергосбережение", "Электротехнологические установки".
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях Тольяттинского государственного университета (Тольяттинского политехнического института) 1997-2004 г., на II Всероссийской научно-практической конференции "Актуальные проблемы энергетики. Энергоресурсосбережение" (Самара, 2004 г.), на VI Международной научно-практической конференции "Проблемы энергосбережения в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах" (Пенза, 2005), на V Международной научно-технической конференции "Эффективность и качество электроснабжения промышленных предприятий", в Приазовском государственном техническом университете г. Мариуполь, 2005, на XXVII сессии Всероссийского научного семинара Академии наук РФ "Кибернетика электрических систем" по тематике "Электроснабжение промышленных предприятий" (Новочеркасск, 2005г.), на VII Международной научно-практической конференции "Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах" (Пенза, 2006).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 14 печатных работах, опубликованных автором лично и в соавторстве.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, 18 страниц списка литературы из 160 наименований, и приложения; содержит 165 стр. основного текста, 63 иллюстраций и 16 таблиц, 19 стр. приложений.
Во введении обоснована актуальность разработки методов расчета параллельных ДСП и обеспечения их ЭМС в СЭС. Сформулированы цели и задачи работы, показана научная новизна и практическое значение работы, приводятся основные положения, выносимые на защиту, сведения об апробации и внедрении результатов работы.
В первой главе проведен анализ особенностей электротехнологического процесса в ДСП, применяемых методов расчета характеристик дуговых сталеплавильных печей (ДСП) и характера воздействия нагрузки ДСП на СЭС и на изменения показателей качества напряжения. Формулируются цель диссертационной работы, научные и практические задачи.
Вторая глава посвящена разработке метода расчета электрических характеристик параллельных ДСП для всех ступеней печного трансформатора.
В третьей главе проведены исследования изменений характеристик параллельных ДСП при сохранении уставок тока дуги неизменными и при сохранении неизменными относительных коэффициентов тока дуги. Исследован характер изменения электрических характеристик параллельных ДСП-40 при изменении мощности короткого замыкания и уровня исходного напряжения.
Четвертая глава посвящена разработке методов расчета отклонений и колебаний напряжения на шинах питания параллельных ДСП и выработке по указанным показателям качества электроэнергии (ПКЭ) условий ЭМС ДСП с СЭС, а также с учетом допустимой загрузки силового электрооборудования.
Пятая глава посвящена использованию вероятностных характеристик, полученных при экспериментальных исследованиях тока дуги и огибающей напряжения на шинах питания ДСП, для оценки ЭМС.
Учет случайного характера изменений тока дуги, а также изменений огибающей напряжения на шинах питания ДСП позволяет уточнить условия обеспечения электромагнитной совместимости ДСП с СЭС.
В заключении изложены основные выводы и результаты работы.
В приложении приведены графики и таблицы; программы для расчета электрических режимов параллельных ДСП; акты о внедрении результатов диссертационной работы.
Особенности электротехнологического процесса и методов расчета характеристик дуговых сталеплавильных печей
Построение электротехнического комплекса "система электроснабжения - параллельные дуговые сталеплавильные печи", соответствующего требованиям качества электроэнергии, надежности и экономичности, и в целом, электромагнитной совместимости (ЭМС) представляет сложную оптимизационную задачу [13, 18, 21, 42]. Эта сложность во многом определена тем, что предполагает при нахождении ее параметров комплексный учет всех внешних факторов и внутренних взаимосвязей [4, 75, 14]. Даже при принципиальной возможности создания математической модели такого комплексного объекта нахождение оптимальных относительно критерия оптимизации значений параметров из-за большой размерности без его декомпозиции неосуществимо [18, 79]. Математическое моделирование широко применяется для исследования электрических характеристик и электротехнологических процессов [4, 16, 18, 20, 29, 36, 38, 63, 76, 79], при этом значительный интерес представляет разработка математической модели расчета электрических характеристик и электротехнологических режимов дуговых сталеплавильных печей (ДСП) с учетом параметров системы электроснабжения (СЭС), а также схем питающих их СЭС, с позиции влияния нагрузки ДСП на изменение характеристик СЭС с учетом снижения качества электроэнергии, т.е., в целом, электротехнического комплекса "СЭС - параллельные ДСП" и условий обеспечения для него ЭМС. Тенденция на увеличение емкости и мощности ДСП [12, 13, 56] требует совершенствования методов расчета и анализа режимов ДСП, повышения точности регулирования электрических параметров и режимов ДСП, решения вопросов соответствия мощности СЭС мощности ДСП, влияния нагрузки ДСП на осветительные и другие элек троприемники, включая и сами ДСП. Применение крупных дуговых электропечей ведет к удорожанию питающих СЭС, поэтому на передний план выдвигаются вопросы создания СЭС, снижающих до допустимых пределов отрицательное влияние на электрические сети ДСП; вопросы определения оптимальных параметров СЭС с целью обеспечения экономичных режимов работы как самих питающих СЭС, так и ДСП.
Дуговые сталеплавильные печи являются важной (основной) частью электротехнического комплекса "СЭС - ДСП" с переменным технологическим графиком потребления электрической мощности, значения которой определяется конструктивными особенностями, сопротивлениями печного контура ДСП [43, 57, 59, 65, 66, 85, 135, 137, 140, 141, 142, 149], а также параметрами и характеристиками СЭС. Дуговая сталеплавильная печь [43, 135, 137, 140, 159] как элемент электротехнологического комплекса имеет, как показано на рис. 1.1, следующие основные элементы: электропечной трансформатор (ПТ), предназначенный для изменения вторичного напряжения для соответствующих ступеней (в ряде случаев дополнительно устанавливается реактор); короткую сеть; электроды; дугу между электродами и расплавляемым металлом, длина которой и, соответственно, ток дуги задаются и регулируются в пределах одной ступени автоматическим регулятором мощности (АРМ).
Активные и, особенно, индуктивные сопротивление короткой сети оказывают определяющее влияние на электрические характеристики электропечной установки. По проводникам короткой сети протекают весьма большие токи промышленной частоты, составляющие десятки кА, которые создают вокруг проводников сильные магнитные поля. Вследствие этого, особое значение приобретают такие явления как поверхностный эффект, эффект близости, внешний поверхностный эффект (неравномерное распределение тока по отдельным проводникам), перенос мощности между отдельными проводниками и фазами и др. Наличие в электрическом контуре ДСП реактивного сопротивления короткой сети в значительной степени ухудшает электрические характеристики печи и приводит к загрузке источников ее питания большой реактивной мощностью. Эти явления накладывают особые требования к коротким сетям - минимально возможная длина, наиболее рациональная транспозиция проводников, равенство параметров отдельных фаз, минимальные величины активных и реактивных сопротивлений и т. п. В связи с вышеизложенным, создание рациональной конструкции короткой сети является весьма сложной и важной инженерной задачей, решению которой посвящены многие работы [24, 43, 128, 135, 142]. Несмотря на то, что за последние годы значительно возросла единичная мощность электропечей, наиболее распространенными продолжают оставаться трехэлек-тродные печи со схемами соединения короткой сети треугольник на электродах и звезда на трансформаторе. Электрическая дуга в ДСП является одним из основных параметров определяющих, как электрические параметры процесса, так и технологические режимы ДСП. Основные положения о строении и характеристиках дуги переменного тока базируются на работках отечественных ученых: В.Ф.Миткевича, Ю.Е.Ефроймовича, И.Т.Жердева, Н.А.Маркова, С.И.Тельного, Г.А.Сисояна, С.А.Максименко, Н.В.Окорокова, А.Д.Свенчанского, М.Я.Смелянского, А.Н.Соколова, В.П.Рубцова и др. [19, 25, 26, 41, 49, 52, 55, 58, 59, 65, 73, 86, 135, 142 и др.].
Электрическая дуга [59, 135] является одним из видов разряда в газах или парах. Она характеризуется большой плотностью тока, малым катодным падением напряжения и высокой температурой газа в разрядной области. На дуговой разряд в ДСП влияет много факторов [26, 59, 135]. Наиболее наглядно это можно показать на примере ДСП, где на стабильность горения дуг оказывают влияние: ток или мощность ДСП, поскольку увеличение тока, которое достигается уменьшением длины дуги за счет приближения конца электрода к шихте (расплавляемому металлу), приводит к концентрированному сжатию дугового разряда вследствие пинч - эффекта, резкому повышению устойчивости; диаметр и характер обгорання электродов, причем если диаметр электрода для рабочего тока слишком велик, то скос при обгорании электродов получается не очень большим и стабильность снижается, а при малом диаметре стабильность дуги высокая, но от сильного перегрева электрод быстро обгорает, разрушается, что увеличивает длину дугового промежутка; выбор рационального значения тока ДСП и применение современных систем автоматического регулирования мощности (АРМ) и управления, которые по своим характеристикам [1, 39, 76, 88, 117, 118, 125, 137, 138, 143], и, прежде всего, по частотным свойствам, должны отвечать законам колебаний тока ДСП, с учетом дисперсии колебаний тока [39, 55, 63, 64, 67, 87], определяемых характеристиками АРМ и поведением дугового разряда.
Разработка метода расчета электрических характеристик группы параллельных ДСП
Электроснабжение группы параллельных ДСП имеет ряд принципиальных особенностей, обусловленных, в первую очередь, взаимным влиянием переменных режимов работы ДСП друг на друга и сложным, как правило, случайным характером воздействия мощной резкопеременной нагрузки ДСП на СЭС, ограничиваемой загрузкой силового электрооборудования, показателями качества электроэнергии и, в целом электромагнитной совместимостью с СЭС.
Это поставило задачу учета в методе расчета характеристик для группы параллельных ДСП параметров питающей СЭС [83, 96, 99, 105, 114].
Предпринимаемые попытки определения нагрузки группы параллельных ДСП и степени их воздействия на напряжение электрической сети [83] дают очень неточные результаты из-за использования в выражениях значений номинальной мощности печного трансформатора вместо значений реальной нагрузки ДСП.
Особенностью режимов ДСП является их возможность работы на различных ступенях печного трансформатора, т.е. с различными коэффициентами трансформации, а также разнообразие значений уставок тока дуги ДСП, задаваемых при неизменном коэффициенте трансформации печного трансформатора.
Однако, недостаток, связанный с различием коэффициентов трансформации печных трансформаторов, а, следовательно, и их сопротивлений, может быть устранен приведением сопротивлений печных контуров параллельных ДСП к шинам высшего напряжения, т.е. к шинам общего напряжения их питания от системы электроснабжения UiMcx, по выражениям (для двух параллельных ДСП):
где Ria, RK2 - активные сопротивления печного контура на стороне низкого напряжения ДСП № 1 и № 2; Хки ХК2 - индуктивные сопротивления печного контура на стороне низкого напряжения ДСП № 1 и № 2; ZXKX ZlK2- полные комплексные сопротивления печного контура на стороне высокого напряжения ДСП № 1 и № 2; КПті, Кптг - коэффициенты трансформации печных трансформаторов ДСП № 1 и № 2.
Затем для параллельных цепей печных контуров определяется полное комплексное суммарное сопротивление для режимов эксплуатационного короткого замыкания (ЭКЗ) в общей точке подключения ДСП № 1 и № 2 по выражениям: где ZlKX - полное комплексное суммарное сопротивление параллельных печных контуров ДСП № 1 и № 2 при ЭКЗ; RXKg - активное суммарное сопротивление параллельных печных контуров ДСП № 1 и № 2 при ЭКЗ; Хжх - суммарное индуктивное сопротивление параллельных печных контуров ДСП № 1 и № 2 при ЭКЗ. При этом суммарное активное сопротивление параллельных печных контуров ДСП № 1 и № 2 при ЭКЗ может быть определено по выражению: о _( іу.і R\K,2 Х\к,\ X\K,I) \R\K.\ + R\K.I)+\R\K,\ Х\к,г + К\кл Х\к.\)-\Х\к,\ +Х\к,г)\ (2.47) \R\K,\ + R\K,l) + \Х\К,\ + Х1К,2 ) суммарное индуктивное сопротивление параллельных печных контуров ДСП № 1 и № 2 при ЭКЗ - по выражению: (Д1Л\1 + RIK,2) + ( 1А\1 + ,2) а полное суммарное сопротивление параллельных печных контуров ДСП № 1 и № 2 при ЭКЗ, как: Z\KZ V iff.s + i/f,2 (2.49) По параметрам суммарных сопротивлений печных контуров ДСП №1 и №2 находится общий ток эксплуатационного короткого замыкания (ЭКЗ) группы ДСП на стороне высокого напряжения по выражению: где b - коэффициент потерь мощности в СЭС; Z]K1,X1KZ - суммарные полное (по модулю) и индуктивное сопротивления параллельных печных контуров ДСП №1 и №2; UJHCX- исходное напряжение на стороне высокого напряжения питания параллельных ДСП №1 и №2; SK3 - мощность короткого замыкания на шинах питания параллельных ДСП №1 и №2.
Влияние параметров системы электроснабжения на изменение электрических характеристик параллельных ДСП
Система электроснабжения (СЭС) влияет на электрические и рабочие характеристики, а также электротехнологические режимы работы ДСП, в принципе, в виде двух параметров: мощности короткого замыкания и напряжения на общих шинах питания ДСП.
Следует отметить, что мощность короткого замыкания SK3 на шинах питания ДСП определяется режимами и параметрами энергосистемы. Например, на шинах питания ДСП-40 с UUOM = 10 кВ МОЩНОСТЬ КЗ может изменяться в диапазоне: 8кз,дсп = 200...500 MBA. Характер изменения электрических характеристик параллельных ДСП-40 при изменении мощности короткого замыкания показан в табл. ЗЛО, 3.11 Приложения П. 3.
Анализ полученных значений электрических характеристик показывает, что при приращении SK3 на 100 MB А их изменения, в среднем, составляют:
для тока дуги ДСП-40 IHHMN):
Из выражений (3.108...3.113) видно, что наибольшую зависимость от изменения AS кз в относительных единицах имеют ток дуги параллельной ДСП-40 и суммарная полная мощность параллельных ДСП, а в процентных отношениях - реактивная, полная мощности ДСП-40 и суммарная полная мощность параллельных ДСП-40.
Однако, без изменения схемы электроснабжения SK3 на шинах питания ДСП, как правило, являются достаточно стабильными или изменяются в достаточно узком диапазоне. Таким образом, учитывать характер влияния Бкз ДСП на изменения их электрических характеристик является целесообразным, например, при объединении вторичных обмоток силового трансформатора с расщепленными обмотками П111, т.е. при возможном изменении Sja ДСП при Шом = 10 кВ с 300 до 500 МВА.
Напряжение на шинах питания ДСП в меньшей степени зависит от режимов энергосистемы и может изменяться в достаточно широком диапазоне путем изменения отпаек РПН силовых трансформаторов ГПП. Таким образом, основное влияние на изменение электрических и рабочих характеристик ДСП будет оказывать напряжение на шинах их питания [106].
Характер изменения электрических характеристик параллельных ДСП-40 при изменении исходного напряжения Uncx (ДО подключения ДСП) на шинах питания показан в табл. 3.10, 3.11 Приложения П. 3.
Одновременно можно проанализировать полученных значений электрических характеристик при приращении AUncx на 1 кВ. В результате их изменения, в среднем, составляют:
для тока дуги ДСП-40 IIIHMN):
Наибольшее внимание при изменении уровней исходного напряжения, следует уделить характеру изменения полной мощности ДСП и суммарной полной мощности параллельной ДСП, которые не должны превышать номинальной мощности допустимой нагрузки печного трансформатора SHT.HOM И допустимой нагрузки обмотки силового трансформатора ГПП $Т,ОБМДОП (ДЛЯ силового трансформатора ГПП мощностью 63 MB А $Т,ОБМДОП 31,5 MB А)
Указанные ограничения полной мощности ДСП и суммарной полной мощности параллельных ДСП будут учтены при определении условий электромагнитной совместимости одиночно и параллельных ДСП с СЭС. 3.5. Выводы
1. Выявлено, что при сохранении уставок тока дуги основной ДСП-40 №1 и подключаемой параллельной ДСП №2 неизменными, т.е. в виде значений токов 1ь,один = const и Іи.один - const, коэффициенты mI)L=1(N)=var и піц цщ уаг основной ДСП №1 линейно увеличиваются, удаляясь от коэффициента тіі0дШІ-0,63 режима одиночной ДСП-40 в сторону режима ЭКЗ, при увеличении мощности нагрузки подключаемой ДСП-40 №2, т.е. при уменьшении порядкового номера ступени N ПТ. При этом для подключаемой ДСП №2 коэффициенты Щ,щі=і) = var и Шщ1=7) = var линейно уменьшаются, приближаясь к значению коэффициента тіі0дин режима одиночной ДСП-40 №2, при увеличении мощности нагрузки, т.е. при уменьшении их порядкового номера ступени N ПТ. Указанное свидетельствует, о целесообразности поддержания рациональных режимов ДСП, в частности, режимов максимальной производительности, при их параллельной работе автоматического регулирования значений токов и выбора уставок тока дуги каждой из параллельных ДСП с учетом задаваемых относительных значений токов тщы) и Мщц 2. Выявлено, что при сохранении уставок тока дуги основной ДСП-40 №1 и подключаемой параллельной ДСП №2 неизменными, т.е. в виде значений токов І один const, то за счет изменения характеристик СЭС происходит снижение всех электрических характеристик как для ДСП-40 №1 так и для ДСП-40 №2 по сравнению с условиями работы одиночной ДСП, при этом, чем больше потребляемая мощность подключаемой ДСП №2 (чем меньше порядковый номер ступени ПТ), тем больше снижение электрических характеристик у обеих параллельных печей. Получено, что при подключении параллельных ДСП № 1 и ДСП №2 на одинаковых ступенях ПТ, например, L = N= 1 или L - N = 7, снижение электрических характеристик может составлять до 8,1...8,4 % для каждой из ДСП.
Электромагнитная совместимость параллельных ДСП по условиям допустимых отклонений напряжения и по загрузке электрооборудования
Электромагнитная совместимость электротехнического комплекса "СЭС - параллельные ДСП" характеризуется сочетанием факторов, отражающих характер изменения электрических характеристик параллельных ДСП с учетом параметров СЭС, характер изменения показателей качества напряжения на шинах их питания при условии обеспечения допустимых (нормируемых) значений, степень влияния электрических характеристик ДСП на состояние электротехнического оборудования самих ДСП и ГПП с позиции допустимых режимов их эксплуатации.
Для иллюстрации этого определения на рис. 4.5 в качестве примера приведены взаимные соотношения значений мощности ДСП-40 SMCn L=X{N), MBA,
работающей на ступени L = 1 ПТ; суммарной мощности ScyML=HN), MBA, и отклонений напряжения 5UyL=4N), %, на общих шинах питания ДСП при подключении параллельной ДСП-40 на ступенях N = 1... 11 ПТ для ряда уровней исходного напряжения: UMcx= 9,0; 9,5; 10; 10,5; 11 кВ.
Из рис. 4.5 видно, что для нагрузки параллельных ДСП-40 при заданных коэффициентах тока тц = ГПЩ = 0,63, при 8кз 300 МВА и при принятом диапазоне изменения уровней исходного напряжения: UHCx= 9,0...11 кВ отклонения напряжения на шинах их питания могут находиться в диапазоне: 5Uу L=X(N) = -16% ... +4%, что превышает допустимые значения. Если ограничить отклонения напряжения на уровне SUyL=1(N) = -5% (прямая А - В), то для допустимой нагрузки параллельных ДСП №1 (1=1) и ДСП №2 на всех ступенях N ПТ уровень исходного напряжения должен быть не ниже Uисх 10,3 кВ. При этом уровни исходного напряжения UMCX И значения суммарной полной мощности параллельных ДСП-40 ScyML=4N) будут ограничены кривой Aj - Вь а значения полной мощности ДСП-40 SacnM4N) будут ограничены прямой А2 - В2. Если ограничить отклонения напряжения на уровне SU L=4N) = -10% (прямая С - D), то для допустимой нагрузки параллельных ДСП №1 и ДСП №2 на всех ступенях N ПТ уровень исходного напряжения должен быть не ниже иисх 9,7 кВ. При этом уровни исходного напряжения l/исх и значения суммарной полной мощности параллельных ДСП-40 ScyML=HN) будут ограничены кривой Сі - Di, а значения полной мощности ДСП-40 5ДСП 1=КЫ) будут ограничены прямой Сг - D2- Существенные ограничения на допустимую нагрузку и, следовательно, на допустимые значения электрических и электротехнологических характеристик параллельных ДСП №1 (1=1) и ДСП №2 на всех ступенях N ПТ предопределяет номинальная мощность ПТ ДСП-40 № 1, которая в данном случае составляет SnTl{0M = 15 MBA. Из рис. 4.5 видно, это условие выполняется при уровне исходного напряжения на шинах питания ДСП не ниже Uисх 9,7 кВ, что соответствует допустимым отклонениям напряжения до SU L {N) =
- 10%. Для условий работы ПТ ДСП-40 №1 с допустимой перегрузкой, т.е. при SnTnEPErp - 18 MBA, уровень исходного напряжения на шинах питания ДСП должен быть не ниже Uисх 10,8 кВ, что соответствует допустимым отклонениям напряжения SU L= N) =-1,0% ...+3%.
Как следует из рис. 4.5 при параллельной работе ДСП-40 при рассматриваемых условиях перегрузки расщепленной обмотки силового трансформатора ГПП ST O6M =31,5 MBA, определяемой суммарной полной мощностью параллельных ДСП №1 и ДСП №2: S L{N), MBA, практически не происходит. Перегрузка расщепленной обмотки силового трансформатора ГПП STtOSMj =31,5 MBA возможна только при Uисх = 11 кВ, что практически не допускается из-за
условий работы электроприемников, подключенных к соседней расщепленной обмотке силового трансформатора ГПП (допускается для двухобмоточных трансформаторов ГПП), при работе параллельных ДСП-40 №1 и ДСП-40 №2 на ступенях L = 1 и N= 1 или на ступенях L = 1 и N = 2.
В целом, для обеспечения ЭМС в сетях с дуговыми сталеплавильными печами необходимо решить комплекс задач, связанных с одной стороны с соблюдением технологических режимов, а с другой стороны с обеспечением нормированных показателей качества электроэнергии в питающих сетях, загрузки оборудования и прочее.
Эффективность работы ДСП зависит от факторов всех групп решаемых задач. Эти факторы связаны между собой, влияют друг на друга, причем их взаимное влияние имеет зачастую стохастический характер.
Можно выделить две группы факторов: одна группа факторов: UMCX,SK3,b определяется параметрами питающей СЭС, схемой электроснабжения, а другая группа факторов определяется параметрами печного трансформатора L,KnT L, параметрами печного контура ДСП в режиме ЭКЗ Хкл, RK L, ZKL
и изменяемыми или задаваемыми параметрами нагрузки ДСП ImMN), m,L, параметрами печного контура XL,RL,ZL в пределах ступени ПТ.
Для построения оптимизационной модели необходимо учесть существующие ограничения на параметры, связанные с обеспечением ЭМС в питающих ДСП СЭС. Одним из параметров, ограничивающих условия ЭМС ДСП с СЭС является мощность короткого замыкания на шинах питания ДСП, которая определяется уровнем исходного напряжения иисх и сопротивлениями СЭС дошин питания ДСП XQ.
