статья. К анализу электрических машин, функционирующих в энергетической отрасли
 Скачать 99.52 Kb.
|
|
К АНАЛИЗУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН, ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ Синельникова Е.В. (полностью!) Зайдуллин Д.Ф. (полностью!) Пестерева Е.Д. (полностью!) Шаяхметов Д.А. (полностью!) Научный руководитель Бабикова Наталья Львовна к.т.н., доцент ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет» Аннотация: в данной работе представлен анализ электрических машин, функционирующих в энергетической отрасли, определены инновационные подходы, касающиеся повышения ряда характерных параметров, влияющих на базовые технологические процессы в отрасли. Основное внимание уделено вопросам разработки интеллектуального автоматизированного электропривода; изучению вентильно-индукторных машин, анализу системы регулирования синхронного генератора, а также проблемам повышения надежности работы электроэнергетических систем. Ключевые слова: «интеллектуальный» автоматизированный электропривод, вентильно-индукторная машина, система регулирования синхронного генератора, надежность работы электроэнергетических систем. TITLE OF THE ARTICLE Рост производительности труда, увеличение объемов производства, снижение себестоимости единицы выходной продукции с учетом энергоэффективных методик, поддержание технического развития в промышленности и агропромышленном комплексе страны невозможно без внедрения новой техники и современных технологий. Инновационный подъем и развития всех отраслей народного хозяйства основывается на широком внедрении передовых научных и технологических достижений в области ресурсо- и энергосбережения, «интеллектуальных» технологий и работы энергоэффективного оборудования. При этом, техническое развитие электромеханических систем, составляющих основу разнообразных технологических линий и производственных процессов, в значительной мере определяется совершенством входящих в их состав объектов. В энергетике, в нефтегазовой отрасли при работе трубопроводов нередко возникают ситуации, когда по какой-либо причине необходимо прекратить прокачку нефти по трубопроводу. Такие ситуации могут быть связаны либо с запланированной остановкой для планового технического обслуживания нефтепровода, либо незапланированной - например, в случае чрезвычайной ситуации. Прекратить прокачку нефти возможно с помощью такого механизма, как задвижка. Задвижки как правило располагаются по всей длине трубопровода с определенным интервалом, и при необходимости их можно использовать для блокировки отдельной секции трубопровода. Учитывая тот факт, что нефтепроводы имеют большую длину, необходимо дистанционное управление открыванием и закрытием задвижек. Поэтому для осуществления управления на этом механизме установлен электропривод, с помощью которого возможно в кратчайшие сроки совершать необходимые действия с задвижками. Электропривод существенно упрощает обслуживание нефтепровода, помогает быстро реагировать на чрезвычайные ситуации и позволяет значительно снизить последствия аварии на нефтепроводе [1]. Основными направлениями, повышающими технический уровень автоматизированного электропривода, являются: - использование современных преобразователей и микропроцессорной техники в системе электропривода, что позволяет повысить степень надежности, и поднять энергетические показатели; - внедрение энергосберегающих типов электроприводов на основе вращательных, линейных, шаговых и вентильных электродвигателей; - создание инновационных программных продуктов и роботизированных рабочих мест для скорейшего проектирования элементов электропривода; - подготовка инженерно-технических и научных кадров, способных отслеживать и обобщать мировые технические достижения с целью разработки и эксплуатации высокоэффективных систем электропривода [ ]. Кроме того, чтобы обеспечить требуемые режимы работы, следует грамотно осуществлять процесс регулирования параметров работы электропривода, а именно, скорости, ускорения, положения исполнительного механизма или другого элемента электропривода, токов в электрических цепях двигателя, моментов на валу и т. д. И, как известно, преобразователь электрической энергии отвечает за изменение параметров электропривода. Преобразователи могут быть изготовлены на основе различных элементов, а именно с использованием электрических машин, магнитных усилителей, ионных и полупроводниковых элементов. Современные преобразователи, как правило, являются полупроводниковыми, и они используют в основном силовые транзисторы, диоды, тиристоры и их разновидности. Функциональная схема «интеллектуального электропривода задвижки» представлена на рисунке 1.  Рисунок 1. Функциональная схема «интеллектуального» электропривода задвижки: ЭП - электрический преобразователь, ИУ - информационное устройство, ЭМП - электромеханический преобразователь (электродвигатель), МП - механический преобразователь, ИО - исполнительный орган С помощью «интеллектуального» электропривода возможно: - закрытие-открытие проходного сечения арматуры и остановка затвора арматуры в любом промежуточном положении по командам оператора с местного или дистанционного поста управления; - автоматическое отключение электродвигателя по сигналам датчика положения при достижении затвором арматуры крайних положений; - автоматическое отключение электродвигателя по сигналам муфты ограничения крутящего момента при превышении допустимых нагрузок на выходном звене в любом промежуточном положении затвора арматуры и при его достижении крайних положений; - выдача дискретных сигналов при достижении затвором арматуры крайних положений и при срабатывании муфты ограничения крутящего момента; - указание положения затвора арматуры в процессе работы на местном указателе положения [ ]. В настоящее время в топливно-энергетическом комплексе актуальна задача применения вентильно-индукторных электрических машин. Их использование в качестве высокооборотного электрогенератора является оптимальным по сочетанию эффективности и качества. Структура вентильно-индукторного двигателя схожа с классической системой регулируемого электропривода и поэтому обладает ее свойствами. Однако, в отличие от регулируемого электропривода, индукторная машина в вентильно-индукторном двигателе не является самодостаточной. Она принципиально неспособна работать без преобразователя частоты и системы управления. Преобразователь частоты и система управления являются неотъемлемыми частями индукторной машины, которые необходимы для осуществления электромеханического преобразования энергии, что приводит к тому, что совокупность структурных элементов является не только системой регулируемого электропривода, но и электромеханическим преобразователем энергии [ ]. Вентильно-индукторные машины незначительно уступают электрическим машинам с постоянными магнитами на роторе по энергетическим характеристикам, кроме того, они имеют простую конструкцию, легкость в эксплуатации. К тому же существует возможность изготавливать подобные машины, на различную частоту вращения ротора, без снижения эффективности и при минимальных трудозатратах [ ]. Несмотря на перечисленные достоинства, при проектирования данного типа электрических машин, следует обратить внимание на: - выбор конфигурации магнитной системы, - оптимизацию формы зубцов статора и ротора, - определение геометрии активного слоя. Перечисленные факторы позволяют повысить эффективность рассматриваемой электрической машины, а также снизить пульсации электромагнитного момента. Вентильных индукторные машины отличает: - простота конструкции: ротор и статор выполнен в виде пакетов листового магнитомягкого материала. - отсутствие обмоток на роторе: обмотки располагаются только на статоре (катушки изготавливаются отдельно, и устанавливаются на полюса статора); - высокая ремонтопригодность; - отсутствие механического коммутатора (коллектора, щеток); - высокие массогабаритные характеристики; - высокий диапазон частот вращения: от единиц до сотен тысяч об/мин; - бесконтактный, плавный, двухзонновый способ регулирования частоты вращения в широком диапазоне более 100000 об/мин; - высокий коэффициент полезного действия в широком диапазоне частот вращения более 92% (для крупных машин 97-98%); - отсутствие перегрузочных пусковых моментов; - пуск электропривода без превышения пусковых токов над номинальными; - самоторможение для исключения вращения нагруженного электропривода [ ]. Регулирование напряжения – одна из важнейших задач, которая предопределяется требованиями потребителей к качеству электрической энергии. Системные требования к уровню напряжения в высоковольтных линиях задаются особенностями параллельной синхронной работы генераторов энергосистемы. Каждый из современных силовых синхронных генераторов электростанций оснащается автоматической системой регулирования возбуждения (АРВ), работа которой происходит в нормальных режимах и в аварийных ситуациях. Основная задача автоматического регулирования возбуждения генераторов заключается в том, чтобы поддерживать заданное напряжение на шинах электростанций и в сети при нормальной работе системы. Однако в настоящее время задачи регулирования возбуждения сильно расширились. Регулирование возбуждения, проводимое в аварийных и послеаварийных режимах, способно увеличивать устойчивость параллельной работы электростанций, увеличивать устойчивость нагрузки, предотвращать лавину напряжения и обеспечивать проведение само запуска асинхронных двигателей. Высокое быстродействие современных АРВ позволяет достаточно эффективно демпфировать электромеханические переходные процессы, обусловленные качаниями роторов синхронных генераторов после больших возмущений в системе, включая и наиболее тяжёлые короткие замыкания. Колебательные свойства ротора зависят от характеристик системы регулирования синхронных генераторов и их параметров, а также от параметров энергосистемы [ ]. На практике необходимо располагать такими показателями качества переходного процесса, которые позволяют обоснованно выбирать управляющие устройства, в частности АРВ, и осуществлять их настройку таким образом, чтобы протекание переходного процесса обеспечивалось в соответствии с требованиями, предъявляемыми к их качеству. В общем случае переходный электромеханический процесс после резкого возмущения можно разбить на три этапа (рисунок 2): I – начальная стадия переходного процесса; II – промежуточная стадия; III – заключительная стадия переходного процесса. При выходе генератора из синхронизма на первых двух этапах принято говорить о нарушении динамической устойчивости, а при выходе генератора из синхронизма на третьем этапе – о переходе его в асинхронный режим [ ]. Целесообразно рассматривать первые два этапа переходного процесса в отдельности, хотя они и характеризуют динамическую устойчивость, так как условия нарушения динамической устойчивости в обоих случаях разные и для её сохранения требуются также разные меры.  Рисунок 2 – Этапы протекания переходного электромеханического процесса после резкого возмущения Принципиальное отличие переходных процессов от установившихся состоит в том, что при установившихся процессах работы синхронного генератора с симметричной нагрузкой в сердечнике и обмотках ротора не индуцируются никакие токи. В то же время при переходных процессах и несимметричных нагрузках между ротором и статором возникают трансформаторные связи. В связи с этим, важно отметить, что система регулирования синхронных генераторов является необходимым устройством, для поддержания работоспособности как генератора, так и всей системы в целом [ ]. Проблема повышения надежности работы электроэнергетических систем является одной из ключевых на сегодняшний день. Поэтому разработка и совершенствование методов нахождения неисправностей в сети с целью уменьшения погрешности является актуальной задачей Распределительные сети 6-10 кВ имеют сложную и разветвленную структуру, поэтому при возникновении обрыва или короткого замыкания на участке сети значительная часть времени расходуется на поиск и локализацию места повреждения. Диагностика распределительных сетей заключается в проведении мероприятий по сбору и обработке данных о текущем состоянии конкретного участка сети. Основной задачей диагностики распределительных сетей является обеспечение бесперебойной работы энергосистемы и предупреждение аварийных ситуаций. Важную роль в процессе передачи электроэнергии играет линия электропередачи. Ее текущее состояние характеризует качество передаваемой электрической энергии. Повреждения в ЛЭП могут возникнуть вследствие износа проводов и оборудования для их крепления, воздействия климатических факторов, например, отложения мокрого снега, приводящего к провисанию проводов и их натяжению, а также из-за других нештатных ситуаций. В сетях с изолированной или компенсированной нейтралью 6-10 кВ наиболее частым видом повреждения является однофазное замыкание «на землю» (ОЗЗ), составляющее 70-75% всех случае повреждений [2]. Можно выделить следующие задачи диагностики распределительных сетей: - контроль электрических параметров ЛЭП; - контроль температуры проводов и состояния изоляции ЛЭП; - анализ влияния высших гармоник напряжения и тока в линии сети; - проверка механического напряжения провода в точках подвеса и измерение критических стрел провеса; - контроль вибрационных характеристик проводов; - мониторинг погодных условий; - локализация места повреждения в сети. Таким образом, диагностика распределительных сетей позволяет контролировать параметры сети, учитывать факторы, влияющие на ее работу, и использовать максимальную мощность электросетей. Для более эффективного использования участка сети необходимо принимать во внимание одновременное влияние различных факторов на ее работу и внедрять системы мониторинга распределительных сетей. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ |