Введение к работе
Актуальность работы. Дуговые электропечи являются основным оборудованием сталеплавильного производства, потребляя до 80% мощности всех электроприемников. Они имеют циклический, резкопеременный, несимметричный, нелинейный характер нагрузки. Наблюдается тенденция роста установленной мощности таких нагрузок. В связи с этим особую значимость приобретают вопросы, связанные с разработкой энергосберегающих технологий, позволяющих повысить эффективность функционирования электротехнического комплекса «Система электроснабжения -дуговая сталеплавильная печь».
Негативное влияние электропечей на систему электроснабжения во многом определяется несимметрией электрических режимов. Основной причиной такого режима является явление «мертвой» и «дикой» фаз, вызванное эффектом переноса мощности с одной фазы на другую. Подводимая мощность несимметрично распределяется по фазам электротермической установки, что вызывает неравномерное распределение тепловой энергии по рабочему пространству дуговой печи. Снижается полезная мощность дуг, идущая на нагрев и расплавление металла и шлака, что приводит к возрастанию оплавления огнеупоров. В результате увеличивается удельный расход электрической энергии, снижается производительность электропечи. Наиболее существенно это проявляется в печах большой емкости, т.к. основная составляющая реактивного сопротивления сосредоточена в короткой сети. Существующие способы не являются эффективным средством борьбы с этим явлением.
В электросталеплавильных цехах электропечи, как правило, применяются группами. При этом негативное воздействие электротермических установок на питающую сеть возрастает. Рациональная организация графиков нагрузок позволяет минимизировать отрицательное влияние дуговых печей на систему электроснабжения, увеличить их производительность и снизить удельный расход электроэнергии. Известные принципы согласования электрических режимов электропечей не имеют широкого применения в производственной практике. Проведение исследований по отмеченным направлениям является своевременным и актуальным.
Целью работы является повышение эффективности электроснабжения сталеплавильных производств обеспечением выравнивания мощности по фазам дуговых сталеплавильных печей переменного тока и согласованием электрических режимов группы электропечей с позиции их взаимосовместимости.
Идея работы состоит в пофазном регулировании реактивного сопротивления низковольтной цепи печного контура за счет управляемых электромагнитных устройств, а также разделении во времени длительностей периодов расплава группы
4 электропечей.
Научная новизна заключается:
в созданном способе пофазного регулирования мощности трехэлектродной электропечи переменного тока, который заключается в регулировании тока дуги каждого из электродов и выравнивании электрических параметров короткой сети по фазам, отличающемся тем, что для выравнивания мощностей по фазам за счет изменения реактивного сопротивления короткой сети между печным трансформатором и короткой сетью включают трехфазный управляемый электрический реактор трансформаторного типа;
в разработанном способе регулирования мощности электропечи, при котором производят управление током дуги каждого из электродов и выравнивание электрических параметров короткой сети по фазам, отличающемся тем, что для выравнивания мощностей по фазам за счет изменения реактивного сопротивления короткой сети между печным трансформатором и короткой сетью в одну или несколько фаз с наименьшим значением реактивного сопротивления включают однофазные управляемые электрические реакторы трансформаторного типа;
в разработанном способе регулирования мощности электропечи, при котором производят регулирование тока дуги каждого из электродов и выравнивание электрических параметров короткой сети по фазам, отличающемся тем, что для выравнивания мощностей по фазам за счет изменения реактивного сопротивления короткой сети в схему косвенного регулирования напряжения в качестве второй электромагнитной единицы включают совмещенный управляемый реактор-трансформатор и увеличивают индуктивное сопротивление его вторичных обмоток, соответствующих фазам с наименьшим реактивным сопротивлением короткой сети;
в созданных математических и имитационных моделях электрических режимов дуговых сталеплавильных печей переменного тока, отличающихся тем, что учитьтают пофазное регулирование реактивного сопротивления короткой сети за счет использования управляемых электромагнитных устройств;
в разработанном способе регулирования мощности, потребляемой группой дуговых сталеплавильных печей переменного тока, основанном на включении каждой из электропечей в группе с определенной задержкой по времени, отличающемся тем, что запуск готовой к пуску дуговой сталеплавильной печи производят в автоматическом режиме в момент окончания периода расплава дуговой сталеплавильной печи, предыдущей по запуску.
По материалам разработок оформлено и отправлено четыре заявки на получение патентов РФ на изобретения. Получены два патента РФ на изобретение: №2424639 Способ пофазного регулирования мощности трехэлектродной электропе-
5 чи переменного тока, заявл. 05.05.2010, опубл. 20.07.2011; №2432718 Способ регулирования мощности дуговой трехэлектродной электропечи переменного тока с применением однофазных управляемых реакторов, заявл. 05.05.2010, опубл. 27.10.2011.
Практическая ценность состоит в том, что разработанные способы регулирования мощности позволяют увеличить производительность электропечей, снизить удельный расход электрической энергии и минимизировать негативное воздействие на питающую сеть. Разработанные имитационные модели позволяют анализировать влияние величины реактивного сопротивления печного контура на мгновенные значения токов и напряжений различных типов электропечей, что необходимо для расчета рациональных энергетических режимов их функционирования.
Методы и объекты исследования. Объектом исследования служит система электроснабжения сталеплавильного производства Предметом исследования являются электрические режимы дуговых сталеплавильных печей переменного тока При выполнении работы использованы методы математической статистики, инженерного эксперимента, математического и имитационного моделирования. Теоретические изыскания сопровождались разработкой математических и имитационных моделей. Анализу и обработке подвергались экспериментальные данные функционирования электропечей, полученные в производственных условиях на ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» и ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат».
Достоверность результатов и выводов подтверждена: формулировкой задач исследования, сделанной исходя из всестороннего анализа опыта эксплуатации электропечей переменного тока; математическим обоснованием установленных зависимостей; предварительной выборкой данных, полученных в реальных производственных условиях с помощью современных измерительных приборов.
Реализация работы. Способ регулирования мощности, потребляемой группой дуговых сталеплавильных печей переменного тока, и алгоритм его реализации в автоматическом режиме рекомендовано использовать при чтении лекционного курса дисциплины «Электроснабжение и режимы» образовательной программы высшего профессионального образования по направлению подготовки 140400 «Электроэнергетика и электротехника» по профилю «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений». Программные модели электрических режимов функционирования дуговых сталеплавильных печей внедрены в форме лабораторных практикумов и научно-исследовательских разработок по дисциплине «Научно-исследовательская работа» образовательной программы высшего профессионального образования по направлению подготовки 140400 «Электроэнергетика и
электротехника» по профилю «Фрактальные и техноценологические структуры электрооборудования и сетей промышленных предприятий».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и докладывались на международной выставке - интернет - конференции «Энергообеспечение и строительство», Орел, 2009 год; XVI международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», Томск, 2010 год; международной научно-практической конференции «Энергетика и энергоэффекгивные технологии», Липецк, 2010 год; региональной конференции «О научном потенциале региона и путях его развития», Липецк, 2009 год; ежегодных конференциях преподавателей, аспирантов и студентов ЛІТУ по электроэнергетике, Липецк, 2007-2011 годы.
Публикации. По теме диссертации опубликовано двенадцать печатных работ, из них три в журнале, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и трех приложений. Общий объем диссертации 198 с, в том числе 186 с. основного текста, 57 рисунков, 17 таблиц, список литературы из 135 наименований, 3 приложения на 12 страницах
