Введение к работе
Актуальность темы. Успешная производственная деятельность промышленного предприятия во многом зависит от «качества электроснабжения», которое, в основном, определяется тремя составляющими, а именно: надежностью, экономичностью и электромагнитной совместимостью приемников электроэнергии с питающей сетью. Этот термин впервые появился около 30 лет назад в трудах Жежеленко И.В. и его учеников.
Для металлургических предприятий России, которые потребляют более 20 % всей вырабатываемой электрической энергии, проблемы надежности и экономичности их электроснабжения являются достаточно актуальными и практически значимыми. Мощные электротехнические комплексы черной металлургии: дуговые сталеплавильные печи, главные электроприводы прокатных станов, оснащенные микропроцессорными системами управления, требуют иного подхода и дополнительных средств для обеспечения приемлемого уровня электромагнитной совместимости. Действующие системы внутризаводского электроснабжения, введенные в эксплуатацию в середине прошлого века, не отвечают в полной мере современному уровню производства.
Рассматриваемые проблемы по-своему решаются в сетях внутризаводского электроснабжения ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»). В соответствии с принятой концепцией развития, предусматривающей максимальное развитие собственной энергетической базы на основе более полного использования вторичных энергоресурсов, выработка собственной электроэнергии возросла за 10 лет с 383 МВт в 1997 г. до 622 МВт в 2007 г. Введение новых генерирующих станций привело к тому, что токи короткого замьпсания, в ряде случаев, стали превышать отключающую способность коммутационных аппаратов.
Последствиями удаленных коротких замыканий, в сетях 110-220 кВ являются провалы напряжения, которые непосредственно отражаются на работе низковольтных приемников в сетях 0,4 кВ и приводят к отключению технологических линий и агрегатов. За последние пять лет произошло более 100 коротких замыканий в сетях 110-220 кВ Магнитогорского энергоузла и в большинстве случаев провалы напряжения сопровождались одновременной остановкой действующих цехов. Отрицательные последствия от кратковременных провалов напряжения могут быть существенно локализованы.
Для решения этой задачи научно обосновано и внедрено статическое деление замкнутых сетей 110 кВ в независимые контуры, связанные между собой через электрические сети 220-500 кВ региональной энергосистемы.
Актуальной задачей является совершенствование методик расчета потерь электроэнергии в заводских сетях и разработка действенных мер, направленных на их сокращение. Удельные нормы электропотребления, на которых основаны существующие методы, не отражают реальные потери в заводских сетях, не способствуют объективной оценке эффективности мероприятий по энергосбережению.
Расчет нагрузок металлургического предприятия, в котором доля энергоемких приемников с резкопеременным характером нагрузки превышает 30%, имеет свою специфику. Необходима разработка достаточно строгих методов, наиболее полно отвечающих принципов построения и эксплуатации внутризаводского электроснабжения с резкопеременными нециклическими нагрузками.
Цель диссертационной работы - разработка и внедрение научно-обоснованных технических решений, обеспечивающих повышение эффективности и качества электроснабжения металлургических предприятий с собственными источниками электроэнергии. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
Разработать схемотехнические решения, направленные на повышение устойчивости и бесперебойности электроснабжения электротехнических комплексов металлургического предприятия.
Обосновать целесообразность установки генераторов малых электростанций для обеспечения электроснабжения особо ответственных потребителей.
Разработать методику расчета и планирования технологических потерь электроэнергии во внутризаводских сетях при наличии энергоемких потребителей с резкопеременной нагрузкой, а также потерь от транзитных потоков мощности внешней энергосистемы.
Методы исследования. Поставленная задача решалась с использованием принципов системного подхода к исследованию режимов электропотребления, положений теории вероятности, математической статистики и корреляционного анализа.
Научная новизна работы заключается в формировании новых принципов построения внутризаводского электроснабжения металлургического предприятия с энергоемкими, резкопеременными нагрузками и собственными генерирующими электростанциями, разработке новых методик расчета потерь электроэнергии приемников с нециклической, резкопеременной нагрузкой. В работе получены следующие основные научные результаты:
1. Разработаны, обоснованы и апробированы новые схемотехнические решения, направленные на повышение устойчивости и бесперебойности электроснабжения электротехнических комплексов металлургического предприятия.
Доказана целесообразность децентрализации электроснабжения особо ответственных потребителей, за счет установки генераторов малых электростанций.
Предложена и обоснована новая методика расчета и планирования технологических потерь электроэнергии в системах внутризаводского электроснабжения с резкопеременнои, нелинейной нагрузкой.
Разработана методика расчета потерь в замкнутых сетях внутризаводского электроснабжения от уравнительных потоков мощности внешней энергосистемы.
Практическая ценность и реализация работы. Разработанный подход деления замкнутой сети ПО кВ на независимые контуры позволяет существенно повысить надежность и экономичность внутризаводского электроснабжения металлургических предприятий за счет увеличения уровня остаточных напряжений при удаленных коротких замыканиях и снижения перетоков активной мощности.
Представленные методики и алгоритмы использованы при расчете потерь электроэнергии в распределительных сетях ОАО «ММК». Их отличительной особенностью является возможность адаптации для прогнозирования и управления величиной потерь электроэнергии в сетях с резкопеременнои нагрузкой, а также потерь от транзитных потоков мощности внешней энергосистемы. Суммарный экономический эффект от внедрения результатов работы на ОАО «ММК» составляет около 19 млн. рублей в год.
Результаты работы рекомендуются для внедрения на аналогичных металлургических предприятиях, имеющих в своем составе собственные генерирующие электростанции: ОАО «НЛМК» (г. Липецк), ОАО «Северсталь» (г. Череповец), а также ОЭМК (г. Старый Оскол), ОАО «Мечел» (г. Челябинск) и др.; в учебном процессе при подготовке специалистов энергетических и электротехнических специальностей.
Обоснованность и достоверность подтверждается корректным анализом большого объёма статистического материала по нагрузкам и отказам систем электроснабжения; применением известных аналитических соотношений для расчета технологического расхода электроэнергии; проверкой адекватности математических моделей с уровнем значимости не ниже 0,95.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции «Энергосбережение. Электроснабжение. Автоматизация.» (г. Гомель, 2001 г.), второй международной научно-технической конференции молодых специалистов (г. Магнитогорск, 2002 г.), третьем международном научно-практическом семинаре «Современные программные средства для расчетов и оценивания состояния режимов электроэнергетических систем» (Иркутск, 2003 г.), научной конференции «Образование
и наука, производство и управление в 21 веке» (г. Старый Оскол, 2004 г.), межрегиональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Новотроицк, 2005 г.), научно-технических конференциях по итогам научно-технических работ Магнитогорского государственного технического университета (г. Магнитогорск, 2002-2005 г.г.).
Диссертационная работа рекомендована к защите расширенным заседанием кафедры электроснабжения промышленных предприятий энергетического факультета ГОУ ВПО « Магнитогорский ГТУ им. Г.И. Носова» (март 2011 года).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 17 печатных трудах, в том числе 4-х статьях в изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы из 192 наименований. Работа изложена на 167 страницах, содержит 58 рисунков, 35 таблиц и 10 приложений на 29 страницах.
