Введение к работе
Актуальность проблемы. Возросшие иаошгабн алектропотрвблвнкя в промышленности и растущий технический уровень производства выдвинули в электроэнергетике комплекс вопросов, связанных о оптимизацией параметров оистем электроснабжения промышленных предприятий и направленных на выравнивание графиков нагрузок потребителей а улучшение качества электрической энергии. Например, напряженность энергобаланса Казахотана во многом определяется промышленной нагрузкой.
Для отрасли строительных материалов, в особенности, характерно увеличение мощности на единицу объема продукции, которое при сохранении количества оболуживаюиего персонала увеличивает производительность труда и снижает себестоимость производства.
Электронагрев по сравнению о широко распространенным пламенным нагревом обеопечивает большие концентрации энергии в ограниченном объеме, что позволяет достигать высоких температур и скоростей нагрева, дает возможность регулировать температуру в вироком диапазоне и достигать точного распределения температур по объему. Это обеопечивает большую стабильность технологических процессов. При электронагреве отсутствуют продукты сгорания, загрязняющие конечный продукт. Поэтому перечень отрэолей, в которых используется электронагрев, непрерывно расширяется. К таким отраслям следует отнеоти и производство строительных материалов, где электроиагрев уопешно заменяет традиционные пламенные и паровые виды нагрева.
Режимы работы и регулирования электротермических установок таковы, что как потребитель электроэнергии они предотавлявт собой нелинейную нагрузку, оказывающую электрическое и магнитное влияние на работу системы электроснабжения. На нужды электротехнологии расходуется около трети всей производимой электроэнергии и ее доля непрерывно растет. Это делает весьма актуальным решение задач рациональной организации электроснабжения мощных элекгротехнологпчеокшс установок. К таким задачам относятся: обеспечение достаточной отепени стабильности режимов работы алекгротехнологичеоких установок, выбор рациональных схем электроснабжения, оптимизация режимов электропотребления, снижение расходов электроэнергии и, что является особенно важным в последнее время, повышение качества электроэнергии.
В настоящей работе на примере мошних электрических печей сопротивления непрерывного действия для обжига керамических изделий
рассматриваются возможные пути и методы улучшения электроснабжения электротехнологических установок.
Современные электрические печи сопротивления обязательно снабжаются сиотемами регулирования температуры или модности. В качестве таких устройств в последнее время широко используются тиристор-вые регуляторы напряжения. Непрерывные многозонные электрические печи сопротивления для обжига керамических изделий включают в себя более десяти зон, суммарной мощностью более 360 МВт, имеют соответственно, более десяти тиристорних регуляторов и представляют собой мощную нелинейную многоканальную нагрузку. Организация электроснабжения такого потребителя уже не является тривиальной и вызывает вначительные трудности.
Выполняя свое основное назначение, тиристорные установки вмеота о тем загружают электрические сети значительной реактивной моиноогью и токами высших гармоник. Это ведет к ухудшению экономичности и надежности работы всей системы электроснабжения.
Проведение технических мероприятий по снижению высших гармоник и выравниванию графиков нагрузок потребителя в системах электроснабжения промышленных предприятий невозможно без учета научно обоснованных и экспериментально проверенных методов их расчета и о наибольшей эффективностью может быть достигнуто на стадии проектирования системы электроснабжения.
Работы по исследованию графиков электрических нагрузок, высших гармоник и созданию инженерных методик их расчета ведутся Московским энергетическим институтом. Мариупольским металлургическим институтом, ВНИПИ Тяжпромэлектропроект, ВНИИЭ, Алма-Атинским энергетическим институтом, Павлодарским индустриальным институтом и др. организациями. Но эти работы посвящены в основном системам электроснабжения крупных металлургических и машиностроительных предприятий, а также обоим вопросам подхода к данной проблеме. Предприятия промстроймагериалов имеют свои особенности и для возможности применения разработанных методик, их адаптации, требуется проведение дополнительных как экспериментальных, так и теоретических исследований.
Объектом настоящего исследования являлась система электроснабжения производств стройматериалов. Современные предприятия промстройматериалов являются энергоемкими. Особенно выделяются ваводы керамических изделий, стройполимеров и др., оснащенные высокопроизводительным оборудованием: печами сопротивления, шаровы-
ми, сырьевыми мельницами, враіцапцшиоя печами, глубинными насосами большой мощности. Установленная электрическая мощность приемников электрической энергии тазах щюдприятий доходит до 30*70 МВт, максимальная потребляемая мощность - до 20+60 МВт, а годовое потребление электроэнергии (до 60-70$ от установленной мощности) приходится на долю процессов обжига, дробления и помола. С этой точки зрения электроснабжение производства промотройматериалов представляет собой сложный комплекс приемников электрической энергии, в значительной мере объединенных единством технологического процесса, эффективность которого, учитывая непрерывный характер производства, во многом определяется сочетанием систем внешнего и внутреннего электроснабжения с технологическим резервипрованием.
Диссертационная работа входила в общий комплекс научно-исследовательских работ, связанных с экономией электроэнергии, возглавляемых МЭИ в соответствии с координационным планом работ по решению научно-технических проблем 0.01.II.03, выполняемой по постановлениям ГК СІЛ СССР по науке и технике.
Целью настоящей работы являлооь исследование особенностей режимов работы систем электроснабжения предприятий промстройматораа-лов Казахстана для дальнейшей их рационализации в условиях ограничения энергетических ресурсов и соответствующей их экономии. Особое внимание уделялось вопросам совершенствования графика электрических нагрузок и разработке вероятностной методики расчета значений высших гармоник токов и напряжений, выбору устройотв подавления их в системах электроснабжения предприятий, имеющих в соотаве приемников электроэнергии тиристорные регуляторы, подключенные по одному и группами в различных узлах электрической сети.
В диссертационной работе поставлены и решены следуюиие задачи:
-
Проведен анализ современных промышленных предприятий пром-отройматериалов с целью выявления особых требований к их онстемзм электроснабжения. Особое внимание уделено перспективным предприятиям - Целиноградскому керамическому комбинату, имеющему передовую технолгию изготовления строительных керамических материалов.
-
Разработаны предложения для конкретных предприятий по составлению рационалышх графиков отключения приемников электроэнергии в условиях дефицита мощности в энергосистеме, обеспечивающие наименьший уїсі-б для них.
-
Проведенії теоретические и экспериментальные исследования по определение уровня высших гармоник токов и напряжения в сиоте-мах электроснабжения комбинатов стройматериалов, имеющих в цехах ывогововкые электропечи с тиристорними регуляторами; даны предложения по подавлению высших гармонических.
-
Проведены экспериментальные исследования в системах электроснабжения предприятие промстройматериалов по определению графиков нагрузок потребляемой мощности и энергии, содержанию и уровню высших гармонических токов и напряжений о дальнейшей статистическое обработкой полученных данных.
-
Равработаны методики: по определению оценки убытков при ограничениях потребляемой мощности и энергии, по определению значений высших гармоничеоких токов и напряжений, по построению автоматизированных сиотем контроля и управления электропотреблением предприятия.
-
Проведена работа по внедрению результатов исследований и полученных рекомендаций по рационализации систем электроснабжения предприятий промстройматериалов в эксплуатационную и проектную практику.
Научная новизна работы, заключается в следующем:
-
Сформулированы особые требования к системам электроснабжения предприятий промстройматериалов.
-
Предложена математическая модель, позволяющая комплексно решить вопросы составления графиков отключения приемников электроэнергии в условиях дефицита мощности в энергосистеме при наимень-вем ущербе для предприятия.
-
Предложена математическая модель для определения значений высших гармонических токов и напряжений в системах электроснабжения керамических комбинатов, содержащих большое число многозонных печей сопротивления с тиристорними регуляторами напряжения, в основу которой положено, что гармоника тока и напряжения могут быть представлены как двухмерные случайные величины.
-
На освове оригинальной методики проведения экспериментов в оиотенах электроснабжения предприятий промстройматериалов и результатов этих экспериментов подтверждена правильность предлагаемой математической модели для расчетов высших гармонических.
-
Предложена программа для ЗШ, позволяющая получать значения гармоничеоких ооогавляющих при большом числе многозонннх
печей сопротивления в системах электроснабжения комбинатов керамических строительных чатериало».
6. Предложены новые оригинальные печи для обжига керамичеокшс изделии, электрические охеиы которых при наличии тириоториых регуляторов позволяют подавлять зысшие гармонические.
На эти заявки получены положительные решения.
Методы исследований: исследования проводились о использованием теории вероятностей, теории случайных процессов, ыэтематическое статистики, спектрального анализа, численных методов, методов математического моделирования. Результаты раочетов подтвервдены экспериментальными исследованиями в системах действующих предприятий и проверены на физической модели.
На защиту выносятся следувдие положения:
1. Электроснабжение предприятий промотройматериалов по срав
нению о другими промышленными предприятиями обладает следуициин
особенностями:
- потребление энергии обусловливается непрерывной круглосу
точной технологией производства основных стройматериалов;
в графике потребления электроэнергии предприятиями нет ярко выраженных максимумов нагрузки;
технология производства стройматериалов позволяет краткосрочные перерывы в электроснабжении (до нескольких минут). Длительные перерывы ведут к высокому ущербу;
отдельные участки имеют технологические накопители, поэтому при ограничении мощности следует отключать такие учаотки;
применение большого числа электрических печей сопротивления на керамических комбинатах с тиристорними регуляторами напряхевия потребовало разработки методики определения гармонических составляющих тока и напряжения, значений коэффициентов мощности и неои-нусоидальности.
-
Алгоритм управления электроснабжением промпредприятия, обеспечивающий минимальный ущерб в уоловиях ограничения мощности и энергии и минимальный технологический ее расход.
-
Система управления тиристорними регуляторами многозонных электрических печей сопротивления, обеспечивающая подавление выо-ших гармонических тока и напряжения и обеспечивающая коэффициенты мощности и эффективности близкими к единице.
-
Методика проведения экспериментальных исследований в оис-теме электроснабжения промышленных предприятий стройматериалов.
5. Рекомендации по проектированию систем электроснабжения новых предприятии промышленности стройматериалов и по модернизации существующих.
Достоверность научных результатов и теоретических положений в работе основаны на корректности исходных посылок. Правильность аналитических выражений, позволяющих определять расчетные значения убытков для предприятий подтверждаются результатами экспериментов и эксплуатации на конкретных предприятиях.
Практическая ценнооть работы и реализация результатов работы. Равработанвые методики внедрены в проектных институтах Гипрострой-материалов, НПО Строймашкерамика, Целиноградском керамическом комбинате и др. промышленных предприятиях строительных материалов. Эффективность их использования подтверждена актами внедрения и отчетами научно-исследовательских работ. Материалы диссертации используются в учебном процеосе Целиноградского инженерно-строитель-вого института при подготовке студентов по специальности 10.04 "Электроснабжение".
Основное содержание работы опубликовано в 27 печатных работах, в которые вошли одна монография, 19 статей, пять тезисов_"до-ікладов на конференции, два авторских свидетельства. Материалы диссертации вошли в 5 отчетов по научно-исследовательским работам.
Основное содержание работы докладовалось: на УІ и УП Всесоюзных конференциях "Электроснабжение промпредприятий и качество электрической эпергии", Алма-Ата IS8I и 1983 гг.; на Всесоюзной конференции пЭлектротермия-91", Алма-Ата 1991 г.; в пколе-семинаре "Технологические процессы в промышленности стройматериалов", г.Пушкин М.о. 1992 г.; в школе-семинаре "Применение микропроцессорной техники, систем КТС "Энергия" и "Модзм" по организации коммерческого и технического учета энергии на предприятиях", г. Верхне-Невьянск Свердловской обл., 1992 г.; на кафедре ЭШ МЭИ, г. Москва, 1992 г.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, десяти глав, заключения и приложения с методиками расчетов, результатами экспериментов и актами о внедрении. Диссертация оодержиг 352 страниц основного текста, 79 иллюстраций, 37 таблиц и спиоок использованной литературы, включающей 163 наименований.
