Введение к работе
Анализ технико-экономических показателей технологического процесса
производства полипропилена на нефтехимическом предприятии показал, что
доля затрат на электроэнергию в себестоимости продукции имеет тенденцию к
росту, что связано с повышением потерь в распределительных сетях
предприятия. В настоящее время вопрос снижения потерь электроэнергии
является весьма актуальным для ряда предприятий нефтехимической
промышленности. Также исследования показали, что присутствует нарушение
электромагнитной совместимости электроприводов основного
технологического оборудования по производству полипропилена.
Одним из приоритетных направлений в решении проблемы энергосбережения является компенсация реактивной мощности с обязательной стабилизацией уровня напряжения. Данный подход к решению существующей проблемы позволяет не только снизить энергетическую составляющую в себестоимости продукции, но и улучшить показатели качества электроэнергии.
Основной задачей представленной диссертации является решение важной народно-хозяйственной задачи снижения потерь электроэнергии в распределительных сетях в соответствие с государственной программой энергосбережения.
Цель диссертационной работы: минимизация потерь электрической энергии в электротехнических комплексах предприятия по производству полипропилена нефтехимического предприятия, где критерием минимизации является минимум потерь активной и реактивной мощности.
Задачи исследований:
статистическая обработка и исследование энергетических параметров системы электроснабжения нефтехимического предприятия с целью оценки и определения рациональных параметров, которые необходимо поддерживать в центре питания, чтобы снизить непроизводительные потери электроэнергии;
изучение и компоновка структурных схем электротехнических комплексов экструдера, водяного насоса и вентилятора градирни с учетом компенсирующих установок (КУ), их свойства, связи и влияние на них возмущений, возникающих в питающей и распределительной электрической сети;
определение оптимальных уровней напряжения в центре питания, рациональных мест подключения установок компенсации реактивной мощности и потерь напряжения;
изучение процессов электромагнитной совместимости асинхронных электродвигателей электротехнических комплексов экструдера, водяного насоса и вентилятора градирни;
разработка математических моделей этих комплексов и совершенствование методов расчета энергетических параметров в установившихся и переходных процессах.
При исследованиях использовались следующие методы: методы теории электрических цепей, методы теории управления и оптимизации технических
систем, аналитические и численные методы прикладной математики, а также методы физического, математического и компьютерного моделирования. Основные положения, выносимые на защиту:
Выделенная из общей системы электроснабжения нефтехимического предприятия методом решения сложных задач по частям обоснованная и усовершенствованная структурная схема объекта исследования с дополнением её индивидуальными и узловыми установками продольной (УПК) и поперечной (УПЕК) компенсации, а также её схема замещения, которая позволила получить аналитические зависимости, учитывающие параметры и связи добавленных установок и эквивалентные параметры электрических нагрузок узлов объекта.
Разработанные математические модели отдельных модулей, выделенных из объекта исследования в иерархическом порядке с сохранением всех функциональных свойств и связей с общей схемой электроснабжения, на основе которых получаем аналитические зависимости, дополняющие известный метод Зейделя по расчету оптимальных энергетических параметров в установившихся режимах.
Разработанные математические модели выделенных модулей, на основе которых получены аналитические зависимости, дополняющие известный метод по определению динамических характеристик асинхронного электродвигателя в переходных режимах, учитывающие провалы напряжения в питающей и распределительной электрической сети.
Результаты математического моделирования режима напряжения и электропотребления в установившихся и переходных режимах, учитывающих электромагнитную совместимость электротехнических комплексов выделенных модулей, подключенных к одному центру питания.
Научная новизна:
разработаны математические модели электротехнических комплексов отходящих линий, подключенных к одному центру питания нефтехимического предприятия, учитывающие новые элементы и связи, которые позволяют определить динамические и энергетические характеристики этих комплексов, рациональный уровень напряжения и оптимальные параметры индивидуальных узловых и централизованных компенсирующих установок.
получены аналитические зависимости, учитывающие параметры новых элементов и связей в электротехнических комплексах в установившихся и переходных режимах, которые совершенствуют известные методы расчетов по определению динамических и энергетических характеристик этих комплексов.
получены динамические и энергетические характеристики электротехнических комплексов отходящих линий, подключенных к одному центру питания, учитывающие закономерности электромагнитной совместимости нового режима работы этих комплексов.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на использовании фундаментальных законов теории электрических цепей, теоретических основ электротехники, теории управления и оптимизации технических систем, теории электрических машин переменного тока, теории
автоматизированного электропривода и подтверждена сходимостью результатов математического моделирования вероятностно-статистических методов оценок изменения соотношения активной и реактивной мощностей с результатами проведенных многократных измерений коэффициента реактивной мощности в условиях реальной эксплуатации системы электроснабжения. Практическая ценность диссертационной работы:
разработана усовершенствованная структурная схема узла электрической нагрузки и её схема замещения с подключенными индивидуальными и узловыми компенсирующими установками системы электроснабжения химического предприятия;
предложен усовершенствованный метод расчета Зейделя по определению энергетических параметров режима напряжения и электропотребления, позволяющий производить выбор оптимальных параметров: индивидуальных и узловых компенсирующих установок и рационального уровня напряжения;
предложена рекомендация по практическому применению автоматической стабилизации рационального напряжения с одновременной компенсацией потерь напряжения и реактивной мощности. Реализация результатов работы:
Практические результаты будут внедрены в Управлении энергетики ОАО «Нижнекамскнефтехим» в соответствии с договором о творческом сотрудничестве № ОТС от 01 января 2012 года с Альметьевским государственным нефтяным институтом.
Результаты работы используются в учебном процессе кафедры «Электроэнергетика» АГНИ при курсовом и дипломном проектировании студентами специальности 140604.65 - «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной
работы обсуждались: на научной сессии ученых АГНИ научная конференция
(Альметьевск, АГНИ, 2006); ІХ-й международной молодежной научной
конференции «Севергеоэкотех-2008» (Ухта, 2008); IV-й международной
молодёжной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2009);
ХІ-й международной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех-
2011» (Ухта, 2011). Диссертационная работа обсуждалась на кафедрах
«Электроэнергетические системы и сети» и «Электропривод и автоматика
промышленных установок и технологических комплексов» Казанского
государственного энергетического университета, «Механизация, автоматизация
и энергоснабжение строительства» Самарской государственной архитектурно-
строительной академии, «Электроэнергетика» Альметьевского
государственного нефтяного института.
Публикации. Общее количество публикаций - 36, из них по теме диссертации - 9 печатных работ, в их число входят две статьи, опубликованные в ведущих научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Результаты научных исследований отражены в заключительном отчете НИР 2011г. кафедры «Электроэнергетика».
Личный вклад автора заключается в следующем: определении и постановке задачи, выборе метода исследования; разработке и уточнении математических моделей объекта исследования и отдельных модулей электротехнических комплексов нефтехимического предприятия. В усовершенствовании методов расчета энергетических параметров в установившихся и переходных процессах в этих комплексах. В исследовании влияния возмущений питающей и распределительной электрической сети на динамические и энергетические характеристики рассматриваемых электротехнических комплексов. В обработке и анализе результатов суточных графиков с индивидуальными и централизованными компенсирующими установками.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, изложенных на 130 страницах и содержит 31 рисунок, 10 таблиц, список литературы из 111 наименований, 2 приложения
