Помощь студентам в учебе
Повышение эффективности средств компенсации реактивной мощности на металлургическом предприятии
|
ВВЕДЕНИЕ 5
1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 8
1.1. Анализ потребителей реактивной мощности на металлургических предприятиях. ...8
1.1.1. Силовые трансформаторы 8
1.1.2. Реакторы 10
1.1.3. Потребители с асинхронными электродвигателями 11
1.1.4. Дуговые печи переменного тока 13
1.1.5. Руднотермические печи 17
1.1.6. Индукционные печи 19
1.1.7. Электросварочные установки 21
1.1.8. Осветительные электроприемники 24
1.1.9. Дуговые печи постоянного тока 25
1.1.10. Электропечи сопротивления 25
1.1.11. Установки прямого нагрева 25
1.1.12. Индукционные нагревательные установки 25
1.1.13. Установки с преобразователями тока и частоты 26
1.2. Анализ источников реактивной мощности, которые перспективно применять на
металлургических предприятиях со специфическими электроприемниками 26
1.2.1. Конденсаторные установки 26
1.2.2. Синхронные электродвигатели 27
1.2.3. Синхронные компенсаторы 28
1.2.4. Пассивные фильтры 28
1.2.5. Активные фильтры 32
1.2.6. Гибридные фильтры 33
1.2.7. Статические тиристорные компенсаторы 34
1.2.8. Компенсационные преобразователи 35
1.2.9. Быстродействующие статические компенсаторы реактивной мощности типа
СТАТКОМ 36
2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 38
2.1. Исследование высших гармоник, генерируемых специфическими
электроприемниками металлургических предприятий 38
2.1.1. Дуговые печи переменного тока 39
2.1.2. Дуговые печи постоянного тока 41
2.1.3. Индукционные печи 42
2.1.4. Руднотермические печи 42
2.1.5. Статические преобразователи тока и частоты 42
2.1.6. Электросварочные установки 44
2.1.7. Электроприемники с однофазными выпрямителями 45
2.2. Исследование интергармоник, генерируемых специфическими электроприемниками
металлургических предприятий 46
2.2.1. Источники интергармоник 46
2.2.2. Исследование интергармоник, создаваемых дуговыми печами 50
2.2.3. Исследование интергармоник, создаваемых электросварочными установками.54
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 62
3.1. Расчет и выбор фильтров для компенсации реактивной мощности специфических электроприемников металлургических предприятий 62
3.1.1. Выбор узкополосных (настроенных) фильтров 63
3.1.2. Выбор широкополосных фильтров 67
3.1.3. Критерии расчета и выбора активных фильтров 72
3.1.4. Критерии расчета и выбора гибридных фильтров 73
3.2 Компенсация реактивной мощности на предприятиях с дуговыми печами переменного тока 74
3.3. Оценка эффективности работы СТК 77
3.3.1 Общая характеристика объекта 77
3.3.2. Параметры элементов схемы: 78
3.3.3. Характеристики режимов работы 79
3.3.4. Расчет колебаний напряжения 80
3.3.5. Расчет несимметрии напряжения 81
3.3.6. Расчет несинусоидальности напряжения 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 87
1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 8
1.1. Анализ потребителей реактивной мощности на металлургических предприятиях. ...8
1.1.1. Силовые трансформаторы 8
1.1.2. Реакторы 10
1.1.3. Потребители с асинхронными электродвигателями 11
1.1.4. Дуговые печи переменного тока 13
1.1.5. Руднотермические печи 17
1.1.6. Индукционные печи 19
1.1.7. Электросварочные установки 21
1.1.8. Осветительные электроприемники 24
1.1.9. Дуговые печи постоянного тока 25
1.1.10. Электропечи сопротивления 25
1.1.11. Установки прямого нагрева 25
1.1.12. Индукционные нагревательные установки 25
1.1.13. Установки с преобразователями тока и частоты 26
1.2. Анализ источников реактивной мощности, которые перспективно применять на
металлургических предприятиях со специфическими электроприемниками 26
1.2.1. Конденсаторные установки 26
1.2.2. Синхронные электродвигатели 27
1.2.3. Синхронные компенсаторы 28
1.2.4. Пассивные фильтры 28
1.2.5. Активные фильтры 32
1.2.6. Гибридные фильтры 33
1.2.7. Статические тиристорные компенсаторы 34
1.2.8. Компенсационные преобразователи 35
1.2.9. Быстродействующие статические компенсаторы реактивной мощности типа
СТАТКОМ 36
2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 38
2.1. Исследование высших гармоник, генерируемых специфическими
электроприемниками металлургических предприятий 38
2.1.1. Дуговые печи переменного тока 39
2.1.2. Дуговые печи постоянного тока 41
2.1.3. Индукционные печи 42
2.1.4. Руднотермические печи 42
2.1.5. Статические преобразователи тока и частоты 42
2.1.6. Электросварочные установки 44
2.1.7. Электроприемники с однофазными выпрямителями 45
2.2. Исследование интергармоник, генерируемых специфическими электроприемниками
металлургических предприятий 46
2.2.1. Источники интергармоник 46
2.2.2. Исследование интергармоник, создаваемых дуговыми печами 50
2.2.3. Исследование интергармоник, создаваемых электросварочными установками.54
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 62
3.1. Расчет и выбор фильтров для компенсации реактивной мощности специфических электроприемников металлургических предприятий 62
3.1.1. Выбор узкополосных (настроенных) фильтров 63
3.1.2. Выбор широкополосных фильтров 67
3.1.3. Критерии расчета и выбора активных фильтров 72
3.1.4. Критерии расчета и выбора гибридных фильтров 73
3.2 Компенсация реактивной мощности на предприятиях с дуговыми печами переменного тока 74
3.3. Оценка эффективности работы СТК 77
3.3.1 Общая характеристика объекта 77
3.3.2. Параметры элементов схемы: 78
3.3.3. Характеристики режимов работы 79
3.3.4. Расчет колебаний напряжения 80
3.3.5. Расчет несимметрии напряжения 81
3.3.6. Расчет несинусоидальности напряжения 82
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 87
Актуальность. Все промышленные потребители электроэнергии наряду с потреблением активной мощности потребляют и реактивную мощность (РМ). Передача РМ от электростанций к потребителям по электрическим сетям приводит к дополнительным потерям активной мощности. Эти дополнительные потери могут быть уменьшены, если разгрузить сети от передачи РМ. Потери в электрических сетях быстро растут с понижением cos ф. При cos ф = 0,5 они достигают 40 %. Наряду с потерями активной мощности, РМ оказывает большое влияние на устойчивость энергетических систем. С помощью источников РМ можно также улучшать режимы напряжения, как на предприятиях, так и в сетях энергоснабжающих организаций.
Решению проблемы компенсации РМ посвящено большое число публикаций, как в нашей стране, так и за рубежом. Среди них можно отметить работы Абрамовича Б.Н., Белоусова В.Н., Вахниной В.В., Веникова В.А., Воротницкого В.Э., Германа Л.А., Глушкова В.М., Добрусина Л.А., Еремина О.И., Зорина В.В., Карпова Ф.Ф., Ковалева И.Н., Корнилова Г.П., Кузнецова A.B., Лоскутова А.Б., Мельникова H.A., Пекелиса В.Г., Рогальского Б.С., Салтыкова В.М., Серебрякова A.C. и многих других.
Несмотря на большую актуальность проблемы компенсации РМ на промышленных предприятиях, она решается очень медленно, ввиду появления на предприятиях большого количества специфических электроприемников (с резко-переменным и несинусоидальным режимом работы), устаревшей нормативной базой, появлением большого количества новых источников РМ и отсутствием четких рекомендаций по их выбору и области применения.
Для металлургических предприятиях (МП) характерны следующие специфическими электроприемники: электроприемники с нелинейными вольтамперными характеристиками, с резкопеременными и импульсными режимами работы, однофазные электроприемники.
5
В группу электроприемников с нелинейными вольт-амперными характеристиками входят: дуговые печи, электросварочные установки, установки с преобразователями тока и частоты, газоразрядные источниками света, компьютерная техника.
В группу электроприемников с резкопеременным и импульсным режимом работы входят: дуговые печи переменного тока, машины контактной электросварки, прокатные станы, некоторые электрофизические установки.
В группу однофазных электроприемников входят: электросварочные установки, некоторые индукционные печи промышленной частоты, источники света, некоторые электрофизические и электрохимические установки.
Большинство из перечисленных электроприемников имеют низкий коэффициент РМ, но применять для них традиционный метод компенсации РМ с помощью обычных конденсаторных батарей нельзя, так как возникают резонансные режимы.
В последние годы появилось большое количество различных преобразователей, которые могут, как снижать РМ, потребляемую электроприемниками, так и генерировать РМ.
Целью работы является анализ коэффициентов мощности специфических электроприемников металлургических предприятий, анализ высших и интергармоник, генерируемых этими электроприемниками и разработка на основе проведенных исследований метода повышения эффективности средств компенсации реактивной мощности.
Задачи магистерской диссертации:
1. Провести анализ потребителей реактивной мощности на металлургических предприятиях.
2. Провести анализ источников реактивной мощности, которые перспективно применять на металлургических предприятиях со специфическими электроприемниками.
3. Исследовать высшие гармоники, генерируемые специфическими электроприемниками металлургических предприятий.
4. Исследовать интергармоники, генерируемые специфическими электроприемниками металлургических предприятий.
5. Разработать методику выбора средств для компенсации реактивной
мощности и улучшения показателей качества электроэнергии на металлургическом предприятии со специфическими
электроприемниками.
Т.о. научная новизна магистерской диссертации заключается в следующем:
1. Исследованы высшие и интергармоники, генерируемые специфическими электроприемниками металлургических предприятий
2. Разработаны основные положения методики выбора и расчета параметром средств для компенсации реактивной мощности и улучшения параметров электроэнергии.
Практическая значимость работы заключается разработке методики выбора и расчета параметров комплекса средств для компенсации реактивной мощности, которую можно применять на металлургических предприятиях со специфическими электроприемниками в тех случаях, когда установки конденсаторных батарей недостаточно из-за генерации этими электроприемниками высших и интергармоник.
Достоверность результатов подтверждается корректным применением известных теорий и методов, применением сертифицированных методик, пакетов программ, изделий и материалов.
Решению проблемы компенсации РМ посвящено большое число публикаций, как в нашей стране, так и за рубежом. Среди них можно отметить работы Абрамовича Б.Н., Белоусова В.Н., Вахниной В.В., Веникова В.А., Воротницкого В.Э., Германа Л.А., Глушкова В.М., Добрусина Л.А., Еремина О.И., Зорина В.В., Карпова Ф.Ф., Ковалева И.Н., Корнилова Г.П., Кузнецова A.B., Лоскутова А.Б., Мельникова H.A., Пекелиса В.Г., Рогальского Б.С., Салтыкова В.М., Серебрякова A.C. и многих других.
Несмотря на большую актуальность проблемы компенсации РМ на промышленных предприятиях, она решается очень медленно, ввиду появления на предприятиях большого количества специфических электроприемников (с резко-переменным и несинусоидальным режимом работы), устаревшей нормативной базой, появлением большого количества новых источников РМ и отсутствием четких рекомендаций по их выбору и области применения.
Для металлургических предприятиях (МП) характерны следующие специфическими электроприемники: электроприемники с нелинейными вольтамперными характеристиками, с резкопеременными и импульсными режимами работы, однофазные электроприемники.
5
В группу электроприемников с нелинейными вольт-амперными характеристиками входят: дуговые печи, электросварочные установки, установки с преобразователями тока и частоты, газоразрядные источниками света, компьютерная техника.
В группу электроприемников с резкопеременным и импульсным режимом работы входят: дуговые печи переменного тока, машины контактной электросварки, прокатные станы, некоторые электрофизические установки.
В группу однофазных электроприемников входят: электросварочные установки, некоторые индукционные печи промышленной частоты, источники света, некоторые электрофизические и электрохимические установки.
Большинство из перечисленных электроприемников имеют низкий коэффициент РМ, но применять для них традиционный метод компенсации РМ с помощью обычных конденсаторных батарей нельзя, так как возникают резонансные режимы.
В последние годы появилось большое количество различных преобразователей, которые могут, как снижать РМ, потребляемую электроприемниками, так и генерировать РМ.
Целью работы является анализ коэффициентов мощности специфических электроприемников металлургических предприятий, анализ высших и интергармоник, генерируемых этими электроприемниками и разработка на основе проведенных исследований метода повышения эффективности средств компенсации реактивной мощности.
Задачи магистерской диссертации:
1. Провести анализ потребителей реактивной мощности на металлургических предприятиях.
2. Провести анализ источников реактивной мощности, которые перспективно применять на металлургических предприятиях со специфическими электроприемниками.
3. Исследовать высшие гармоники, генерируемые специфическими электроприемниками металлургических предприятий.
4. Исследовать интергармоники, генерируемые специфическими электроприемниками металлургических предприятий.
5. Разработать методику выбора средств для компенсации реактивной
мощности и улучшения показателей качества электроэнергии на металлургическом предприятии со специфическими
электроприемниками.
Т.о. научная новизна магистерской диссертации заключается в следующем:
1. Исследованы высшие и интергармоники, генерируемые специфическими электроприемниками металлургических предприятий
2. Разработаны основные положения методики выбора и расчета параметром средств для компенсации реактивной мощности и улучшения параметров электроэнергии.
Практическая значимость работы заключается разработке методики выбора и расчета параметров комплекса средств для компенсации реактивной мощности, которую можно применять на металлургических предприятиях со специфическими электроприемниками в тех случаях, когда установки конденсаторных батарей недостаточно из-за генерации этими электроприемниками высших и интергармоник.
Достоверность результатов подтверждается корректным применением известных теорий и методов, применением сертифицированных методик, пакетов программ, изделий и материалов.
В магистерской диссертации проведён анализ коэффициентов реактивной мощности характерных электроприемников металлургических предприятий, который показал, что на предприятиях имеются большие резервы по снижению потерь электроэнергии за счет компенсации реактивной мощности.
Установлено, что на металлургических предприятиях, применение традиционных средств компенсации реактивной мощности (конденсаторных батарей) недостаточно вследствие генерации специфическими электроприемниками высших гармоник и интергармоник, которые приводят к ухудшению качества электроэнергии.
Проведён анализ источников реактивной мощности, которые перспективно применять на металлургических предприятиях для компенсации реактивной мощности электроприемников и улучшения качества электроэнергии.
Проведено исследование высших гармоник и интергармоник, генерируемых специфическими электроприемниками металлургических предприятий, что необходимо для расчета параметров и выбора фильтро-компенсирующих устройств.
Разработаны основные положения методики выбора средств компенсации реактивной мощности и улучшения показателей качества электроэнергии на металлургических предприятиях с дуговыми печами переменного тока.
Установлено, что на металлургических предприятиях, применение традиционных средств компенсации реактивной мощности (конденсаторных батарей) недостаточно вследствие генерации специфическими электроприемниками высших гармоник и интергармоник, которые приводят к ухудшению качества электроэнергии.
Проведён анализ источников реактивной мощности, которые перспективно применять на металлургических предприятиях для компенсации реактивной мощности электроприемников и улучшения качества электроэнергии.
Проведено исследование высших гармоник и интергармоник, генерируемых специфическими электроприемниками металлургических предприятий, что необходимо для расчета параметров и выбора фильтро-компенсирующих устройств.
Разработаны основные положения методики выбора средств компенсации реактивной мощности и улучшения показателей качества электроэнергии на металлургических предприятиях с дуговыми печами переменного тока.