CC BY
48
УДК 621.365.22:621.311.1 ББК З292.Зв615+З279в615
ЭЛ. ЛЬВОВА, АН. МИРОНОВА
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ГРУППЫ ДУГОВЫХ ПЕЧЕЙ НА ПИТАЮЩЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Ключевые слова: дуговая сталеплавильная печь, питающие электрические сети, режимы работы, показатели качества электрической энергии, искажения напряжения, методика исследований и обработки результатов.
В статье рассмотрены вопросы влияния работы дуговых печей на питающую сеть и их взаимовлияния, приведены результаты экспериментальных исследований дуговых печей при совместном питании группы установок ДСП малой вместимости от одного силового двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой. Описана методика исследования и обработки экспериментальных данных изменения напряжения в питающих сетях. Рассмотрены основные выражения для определения коэффициента, учитывающего возрастание степени влияния работы группы печей на питающую сеть. Выявлены основные статические показатели качества напряжения на сборных шинах заводской подстанции при работе исследуемых ДСП. Отмечено, что показатели качества электрической энергии в распределительных сетях значительно отличаются от стандартизируемых ГОСТ 32144-2013. Приведен анализ влияния колебаний напряжения на режимы работы печей, показано, что в распределительных сетях необходимы их учет и минимизация. Предложены методы уменьшения воздействия режимов работы дуговых печей на характеристики установок ДСП.
Исследования вопросов электроснабжения дуговых электропечей (ДСП) в основном посвящены изучению влияния установок ДСП на систему электроснабжения в сетях общего назначения.
На практике часто возникает необходимость прогнозирования изменения величины питающего напряжения при различном сочетании режимов и числа одновременно работающих печей с учетом конкретной схемы электроснабжения и взаимного влияния печей. При работе дуговых сталеплавильных печей в сети возникают токи и напряжения всего спектра высших гармоник (как четных, так и нечетных). Эффект усиливается при одновременной работе нескольких ДСП.
Изучение качества электрической энергии в сетях с ДСП и рациональных методов улучшения режимов работы питающего напряжения в системе электроснабжения является актуальной задачей. Процесс влияния печей на сети характеризуется помехами, которые нормированы ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». К помехам относятся значительные отклонения и колебания напряжения, несимметрия, несинусоидальность и высшие гармоники, возникающие в питающих и распределительных сетях.
Для литейных цехов машиностроительных заводов, кроме того, характерна значительная генерация реактивной мощности с отстающим током при больших скоростях наброса и сброса реактивной мощности в диапазоне ЩИХ = 100-150 Мвар/с.
Основной помехой являются колебания напряжения, которые отражаются на работе других потребителей, имеющих с ДСП общую точку присоединения к сети. Колебания напряжения в сетях являются следствием колебания токов дуг, диапазон которых изменяется от токов холостого хода до токов короткого замыкания электродов с шихтой. Резкопеременный характер нагрузки ДСП наиболее ярко проявляется в периоды расплавления. Частота колебаний токов в эти периоды лежит в диапазоне 0,1-25 Гц с заметным максимумом в интервале 0,5-3 Гц.
Изучение колебаний напряжения в электрических сетях в первую очередь вызвано тем, что частотный спектр колебаний при работе ДСП находится в наиболее неблагоприятном для осветительных нагрузок диапазоне частот от 0,25 до 20 Гц.
Несомненно, что колебания напряжения, вызванные ДСП, сказываются на работе и производительности самих ДСП. Распределение электроприемников с резкопеременной нагрузкой и нелинейной характеристикой (ДСП) и «спокойной» нагрузкой по разным источникам питания и секциям распределительных устройств (при проектировании схем электроснабжения) не позволяют достичь желаемого результата.
В соответствии с ПУЭ допускается подключать ДСП к электрическим сетям общего назначения без выполнения специальных расчетов колебаний напряжения и содержания в нем высших гармоник, если соблюдается условие [1]
8и =
V
•< 0,0Ш, (1)
где 5хг- - номинальная мощность /-го печного понижающего трансформатора, МВА; « - мощность короткого замыкания (КЗ) сети в месте присоединения нагрузки, МВ-А; п - число присоединяемых установок ДСП; В - коэффициент при установках ДСП равен 1, а на печах постоянного тока (ДСППТ) - 2.
Следовательно, при подключении ДСП к системе электроснабжения надо знать номинальные мощности электропечных трансформаторов и мощности короткого замыкания в точке присоединения печной нагрузки.
Величина соотношения «т / «к зависит прежде всего от принятых норм на колебание напряжения. При работе группы печей одинаковой мощности соотношение (1) принимает вид
8к > 100«тл/т,
где т - число печей, одновременно находящихся в режиме расплавления из общего количества п ДСП в группе.
При определении допустимости подключения к питающей сети группы ДСП обычно принимают гипотезу о статической независимости суммируемых случайных функций мощностей (токов) параллельно работающих ДСП. При заданном расчетном значении группы печей т, работающих в режиме расплавления, и общем для всех одиночных печей отношение Бт / = Кт,
/=1
имеем следующее равенство для определения результирующей граничной мощности [2, 3, 5]:
Влияние параметров системы электроснабжения на работу установок ДСП можно характеризовать изменением питающего напряжения на сборных шинах печных подстанций, расчеты по вышеприведенному уравнению приводят к завышенным значениям так как при этом не учитывается влияние печей друг на друга, следовательно, и снижение результирующих колебаний напряжения. Было проведено исследование дуговых сталеплавильных печей с целью снижения влияния их работы на качество электрической энергии в распределительных сетях одного из машиностроительных заводов. В работе исследовались печи типа ДС-6Н2 мощностью 4000 кВА. Питание печей осуществлялось на напряжении 10 кВ через цеховую распределительную подстанцию (РП) от главной понизительной подстанции завода (ГПП) с двумя трансформаторами мощностью по 63 МВА с расщепленными обмотками низкого напряжения [2]. Наиболее энергоёмким периодом плавки в ДСП является период расплавления металла, который характеризуется постоянными колебаниями тока, напряжений и мощности дуг. В процессе исследований 10-15 плавок при совпадении периода расплавления на нескольких печах рассматривались такие характерные моменты, как проплавление колодцев, обвалы шихты, окончание расплавления. Регистрация колебаний токов (так как основным источником информации о колебаниях нагрузки ДСП являются колебания токов) по выявлению воздействия ДСП на электросеть и на сами ДСП осуществлялась на первичной стороне печных трансформаторов.
Для регистрации мгновенных значений применялся осциллограф, обеспечивающий запись токов фаз А и С каждой печи (.№ 4, 5, 6) и величины линейного напряжения между фазами А и С, и статический анализатор качества напряжения, служащий для определения средней величины отклонения напряжения за некоторый промежуток (длительный) времени.
В результате расчета статистических характеристик определялось среднестатистическое значение /, дисперсия и среднеквадратическое отклонение О/, а также коэффициент вариаций у по формулам
Весь контролируемый диапазон отклонений напряжений разбит на восемь интервалов. Каждому интервалу соответствует свой цифровой индика-
А = - ± (I-Л2,
(2)
тор-счетчик. Программа расчета, в отличие от существующих в математическом обеспечении программ по статистике, учитывает особенности статистических данных, полученных с помощью статического анализатора качества напряжения.
Исходными данными для расчета являются показания статического анализатора качества напряжения:
- ширина интервала, который охватывает один счетчик прибора, т.е. разность между правой и левой границами интервала;
- сдвиг шкалы прибора;
- показания восьми счетчиков прибора до и после измерений.
Расчет числовых характеристик уровней напряжения производится по нижеприведенным формулам.
Математическое ожидание напряжения, %:
и = 1 Р,и,,
1=\
П
где pi = —— - вероятность попадания напряжения в интервал, который ох-
IП
г=\
ватывает 7-й счетчик; п7 - значение напряжения в 7 -м интервале. Дисперсия отклонений напряжения, %2:
О =1 ри2 - (и)2 -|\2
\2
где 5 - ширина интервала, %.
Стандартное отклонение напряжения, %:
=4°и .
Дискретизированные графики изменения напряжения на сборных шинах \0 кВ ГПП при работе ДСП представлены в виде вариационного ряда (табл. \). Результаты обработки показателей изменения напряжения на стороне \0 кВ трансформатора 63 МВА за время работы трех печей за исследуемые сутки и за время работы печи № 5 в периоде расплавления с переходом на совместный с печью № 4 за исследуемые сутки представлены в табл. 2.
Таблица \
Показания статического анализатора качества напряжения за время работы печей
2
Количество печей Параметры Границы эазрядов, %
95 96,25 96,25 97,5 97,5 98,75 98,75 100,0 100,0 101,25 101,25 102,5 102,50 103,75 103,75 105,0
2 п 25 246 1026 15 0 0 0 0
Рi 0,0\9 0,187 0,781 0,011 0 0 0 0
3 п 62 8\6 9294 5889 5450 556 0 0
Р1 0,002 0,036 0,421 0,266 0,246 0,025 0 0
Таблица 2
Показатели изменения напряжения на НН ГПП за время работы печей
Количество печей Ктах, % Ктт, % ^^ Ктах Ктт,% К 8, % и, % Ои, %2 ок %
2 102,5 100 2,5 8 1,25 97,86 1,282 1,132
3 102,5 95 7,5 8 2,25 99,115 1,270 1,127
Анализ полученных результатов показал следующее. Диапазон изменения напряжения на стороне 10 кВ при работе трех исследуемых ДСП (№ 4, № 5, № 6) в сутки составлял (102,5-95)% от номинального (10,5 кВ). Среднее напряжение было равно 99,11%.
Был зафиксирован случай длительностью 1 ч 22 мин, когда совпали периоды расплавления двух ДС-6Н2 № 4 и № 5 (см. табл. 2).
Отклонения среднего напряжения за периоды расплавления при работе трех ДСП на секции РП представлены в табл. 3.
Таблица 3
Отклонения напряжения за периоды расплавления печей на секции РП
№ п/п Режим работы Число работающих печей Среднее значение отклонений напряжения Дисперсия Среднеквадратичное отклонение
п и, % Ои, (%)2 ок %
1 Холостой ход 105,365 0,127 0,356
Период расплавления 1 103,933 0,713 0,844
2 Холостой ход 103,365 0,123 0,351
Период расплавления,
2-я печь на конец
расплавления 2 100,941 1,565 1,251
3 Холостой ход 100,408 0,151 0,388
Период расплавления 2 97,682 2,71 1,645
4 Холостой ход 102,941 0,067 0,259
Период расплавления 3 99,99 2,982 1,829
Примечание. Перед началом плавки, когда печь отключена, записывается напряжение холостого хода, что является фоном для работающих печей, который исключается из значений, полученных для ДСП.
Следует заметить, что за период расплавления среднее значение уровня питающего напряжения не выходит за допустимые пределы ±10%. Величина дисперсии и среднеквадратического отклонения напряжения при расплавлении шихты в трех печах выше чем при работе двух и одной печи. Это свидетельствует о том, что уровень питающего напряжения при работе трех печей в периоде расплавления больше подвержен отклонениям, чем при работе одной печи. Экспериментальные данные (табл. 3) показывают, что потеря напряжения на РП составляет: при работе одной печи ДЦ = 1,42%, при работе двух печей ДЦ = 2,72%, а при работе трех печей ДЦ = 2,95%.
Важной характеристикой режима питающего напряжения в распределительной сети с ДСП является величина колебаний напряжения в сети при работе одной и группы печей. Экспериментальные измерения колебаний напряжений проводились на секции РП. Результаты сведены в табл. 4.
Таблица 4
Экспериментальные данные колебаний напряжения на секции РП
Участок проплав-ления Количество работающих печей Колебания напряжения расчетное Колебание напряжения (эксперимент) Среднее напряжение на исследуемом участке Дисперсия Средне-квадратичное отклонение
п о Зи = 4т—100%, Бк = 253,3МВ • А аи, % и, % Яи, %2 аи, %
Прорезка Обвалы Конец расплавления 1 1,57 0,56 1,74 1,94 104,80 103,62 103,42 0,388 0,391 0,153 0,623 0,625 0,391
Прорезка Обвалы Конец расплавления 2 2,23 1,82 1.96 1.97 96,616 97,352 98,438 0,406 0,498 0,244 0,638 0,706 0,493
Прорезка Обвалы Конец расплавления 3 2,73 2,72 2,57 1,85 97,592 97,032 98,46 1,002 1,623 0,283 1,001 1,274 0,532
Анализ результатов показывает, что при любом количестве печей колебания напряжения в сетях 10 кВ выходят за рекомендуемые пределы (1).
При оценке случайных колебаний напряжений для группы печей по общепринятой зависимости [5] Кт = л[т приходим к завышенным значениям колебаний напряжений. По полученным экспериментальным данным можно рекомендовать следующие значения Кт для подсчета максимальных случайных колебаний: при работе одной печи - 1; при работе двух печей - 1,15-1,2; при работе трех печей - 1,3-1,4; при работе четырех печей - 1,4-1,5.
Совместная работа в режиме расплавления 5 печей нецелесообразна и маловероятна.
Результаты исследований показали, что зависимость Кт = Дт) определяется выражением Кт = т0,28 при среднеквадратичном отклонении аКт = 0,029. При этом погрешность определения величины Кт не превышает 2,4% в диапазоне изменения т > 3 для ДСП.
Обычно электрические характеристики ДСП рассчитываются и строятся в предположении постоянства питающего напряжения на шинах печной подстанции. Однако уровень питающего напряжения в узлах распределительной сети вследствие изменения печной нагрузки и влияния других потребителей непрерывно изменяется. Наибольшие отклонения напряжения в узлах электрической сети возникают при работе ДСП на высшей ступени печного трансформатора в период расплавления. Отклонения напряжения в узле в общем случае есть функция тока печи, параметров сети и печного контура [5]: АЩО = Жр(0
На основе однолинейной принципиальной схемы электроснабжения ДСП цеха составляется схема замещения электрической цепи печи в виде последовательно соединенных реактивных и активных сопротивлений сети и печной нагрузки. Параметры схемы замещения приводятся к стороне НН печного трансформатора. Питающую систему представляют источником ЭДС бесконечной мощности.
Вычисление токов короткого замыкания производится по расчетной схеме, составленной для такого режима работы системы электроснабжения, при котором токи короткого замыкания имеют максимальные значения.
Для расчета использовались параметры следующих установок, входящих в систему электроснабжения: ДС-6Н2, трансформатор ЭТЦПК-6300/10-72 мощностью 4 МВА, питание печей осуществляется на напряжение 10 кВ через цеховую РП от ГПП (два двухобмоточных трансформатора Т-1 и Т-2 ТРДЦН-63000/110 мощностью 63 МВ-А). Сопротивление питающей сети приведено к вторичной стороне электропечного трансформатора. Печи ДС-6Н2 № 1, № 2, № 3 питаются от первой секции РП (трансформатор Т-1), печи № 5, № 4, № 6 -от второй секции РП (трансформатор Т-2). Для измерения параметров электропечного контура использован опыт работы «Центроэнергочермета». По результатам эксперимента были рассчитаны значения активного гпк и реактивного Хпк, сопротивлений печной установки в зависимости от тока.
Проведем анализ схемы замещении при работе одной печи. Ток трехфазного КЗ на одной печи, кА:
Т(3) - и 1
Vх! +12 (3)
где Х1 - ХВ.Л. + ХС.Т + ХКАБ + ХПК , мОм; Г1 — ГКАБ + ГПК, мОм.
Напряжение КЗ на РП, приведенное к стороне ВН печного трансформатора, В:
икзю,5 — ^' ^о К1 ' 2 ' к2, (4)
где к2 — 0 281 — 37,36 - коэффициент трансформации печного трансформатора 2 — V (ХВ.Л. + ХС.Т + ХКАБ )2 + (гКАБ )2 , мОм.
Отклонение напряжение при работе одной печи и неработающих двух остальных составит, %:
дирп — .Ц^ЮО. (5)
Ток трехфазного КЗ на двух печах, кА:
_1
+ г
43 — .фн^-г^ , (6)
2
Х / г /
где Х2 — ХВ Л + ХС Т + ХКАБ + П% , мОм; г2 — гКАБ + , мОм.
Ток трехфазного КЗ на трех печах, кА:
I(3) - и 1 (7) ~ г-;-г , У>
VХ
КЗ1 Фнн , 2 2
IX 32 + г32
X / г /
где Х3 - ХВ.Л. + ХС.Т + ХКАБ + ™Кз , мОм; Г3 - ГКАБ + "КЗ , мОм
Расчетные величины основных параметров схемы питания, вычиленных по формулам (3)-(7), приведены в табл. 5.
Таблица 5
Основные параметры схемы питания ДС-6Н2
Схема замещения К2=37,36 Сопротивления ,(3) ^к.з.ю,5 ДОрп
1 х1. 2, 3 г1. 2. 3
мОм мОм мОм кА В %
При работе одной печи 0,284 6,981 1,237 22,88 420,53 4,0
При работе двух печей 0,284 3,631 0,637 43,99 808,54 7,0
При работе трех печей 0,284 2,515 0,437 63,55 1168,12 11,2
Полученные данные показывают, что максимально возможные токи трехфазного короткого замыкания в системе при КЗ трех печей устанавливают наибольшие отклонения напряжения, которые составляют 11,2% от ин.
Исследования показали, что в период расплавления трехфазные короткие замыкания одновременно на трех печах не бывают и крайне редки даже на одной. Этим объясняется существенная разница между экспериментальными и расчетными величинами отклонений напряжения (табл. 3 и 5). Поэтому следует учитывать те средние значения отклонений напряжения, которые максимально воздействуют на электрические характеристики (табл. 3) и производительность печи [4].
В [2] предложено выражение для определения влияния отклонений напряжения на производительность ДСП за интервал времени в период расплавления:
О - (1 ± 2-Ди) • Он, (8)
где Аи - относительное значение среднего отклонения напряжения.
Тогда снижение напряжения:
- при работе одной печи на 1,43% (табл. 3) соответствует снижению производительности печи на 2,84%;
- при работе двух печей на 2,72% соответствует снижению на 5,45%;
- при работе трех печей на 2,95% соответствует снижению на 5,90%, что удлиняет время расплавления металла.
Анализ взаимного влияния группы ДСП и системы электроснабжения осуществлен по результатам исследований. На основании статистических данных (табл. 6) эксперимента были получены основные характеристики печи ДС-6Н2 № 5 при совместном и отдельном режимах работы параллельных ДС-6Н2 № 4, № 6, которые приведены в табл. 7.
Таблица 6
Совместные режимы работы печей в периоде расплавления
Режим работы печи Фаза тока печи Статические параметры
ДС-6Н2 №5 ДС-6Н2 №4 ДС-6Н2 №6
¡1,А ШЬА2 а/, А /„А тьАг а/, А ¡1,А т1 А* а/, А
Прорезки № 4, № 5 А 213,4 3657,0 60,47 189,23 3383,0 58,1 - - -
С 217,5 3017,2 54,9 129,91 4620,8 67,9 - - -
Прорезка № 4 После прорезки № 5 А 193,7 1082,0 32,8 238,8 5416,0 30,8 - - -
С 201,84 3559,7 59,4 143,5 2643,3 35,8 - - -
Обвалы А 206,41 4123,1 64,2 229,81 7181,0 84,7 - - -
С 218,53 5123,4 71,3 176,74 5267,0 75,5 - - -
Прорезки № 5, 6 Конец расплавления № 4 А 253,8 8571,0 92,5 191,9 1475 38,8 264,3 7095,9 84,2
С 267,2 9061,0 95,1 190,4 585,8 24,1 288,9 5753,4 75,8
Обвалы А 233,29 8751,7 93,5 - - - 287,8 3043,6 55,1
С 265,3 9160,9 95,4 - - - 267,3 5150,2 71,5
Прорезка № 5 После прорезки № 4 А 225,62 9549,6 97,7 198,47 5656,4 75,2
С 195,39 8391,7 91,6 167,98 3025,2 32,7
Обвалы А 189,43 6526,9 80,7 153,66 2211,4 47,0
С 244,12 8488,0 92,1 163,53 4166,2 64,3
Обвалы № 4 Доводка № 5 А 218,3 1155,1 33,9 179,98 5214,8 72,2
С 258,39 1641 40,5 183,63 2083,0 45,6
Прорезки № 4, 5 Доводка № 6 А 196,11 6776,9 82,07 173,6 9774,3 98,8 235,96 1631,6 39,9
С 247,25 2050,4 45,28 115,1 6192,4 78,4 213,1 1983,0 43,3
Конец расплавления № 5, начало расплавления № 6 После прорезки № 4 А 189,53 1131,9 33,54 201,10 3195,9 56,3 220,08 3434,4 58,6
С 210,0 666,07 12,25 123,9 788,2 28,0 223,6 7688,6 87,6
Конец расплавления № 5, 6 Обвалы № 4 А 193,76 373,4 19,26 180,6 3797,7 61,43 236,7 2156,9 46,4
С 215,36 663,9 25,6 120,2 1556,3 39,4 201,17 1236,2 35,1
Таблица 7
Характеристики печи при совместном режиме с остальными
Режим работы Исходные данные из эксперимента Рабочие характеристики
Количество ДСП Аи, % и„ В /2,оп^|т. кА гпк, мОм •пк, мОм г'уя кВт-ч/т в, т/ч ч/т
Прорезки 2 2,62 157,99 7,5 1,22 6,95 404,87 8,38 0,11
Прорезка № 4 После прорезки № 5 2 1,27 160,14 6,88 1,25 7,12 402,48 8,168 0,122
Обвалы 2 0,84 160,87 7,34 1,25 7,05 404,81 8,29 0,12
2 прорезки 1 конец расплавления 3 4,38 155,29 9,03 1,17 5,65 401,71 9,66 0,103
Обвалы 2 2,06 158,9 8,3 1,2 6,8 401,47 9,23 0,108
Прорезка № 5 После прорезки № 4 2 2,0 158,95 8,03 1,2 6,8 401,79 8,95 0,111
Обвалы 2 2,82 157,62 6,74 1,26 7,2 411,04 7,37 0,135
Обвалы № 4 Доводка № 5 2 1,23 160,2 7,71 1,22 7,0 393,4 8,72 0,114
2 прорезки 1 доводка 3 3,44 156,65 6,9 1,27 7,15 417,4 7,57 0,132
Конец расплавления № 5 Начало расплавления № 6 После прорезки № 4 3 3,50 156,56 6,7 1,26 7,2 412,07 7,31 0,136
Конец расплавления № 5, 6 Обвалы № 4 3 2,29 158,52 6,8 1,25 7,12 409,23 7,62 0,131
Окончание табл. 7
Режим работы Количество ДСП Электрические характеристики
S, кВА и, В Pпот, кВт l'шол, кВт Ракт, кВт СОЗф
Прорезки 2 3601,7 133,6 211,3 3183,1 3394,4 0,942
Прорезка № 4 После прорезки № 5 2 3312,4 152,64 173,4 3114,01 3287,4 0,992
Обвалы 2 3544,9 143,12 202,3 3153,6 3355,9 0,946
2 прорезки 1 конец расплавления 3 4209, 3 132,6 286,5 3594,1 3880,6 0,910
Обвалы 2 3965,6 138,49 249,1 3456,4 3705,6 0,934
Прорезка № 5 После прорезки № 4 2 3829,5 139,63 232,1 3364,2 3596,3 0,939
Обвалы 2 3188,4 141,45 171,8 2861,5 3033,4 0,951
Обвалы № 4 Доводка № 5 2 3734,7 141,20 221,0 3291,8 3433,0 0,919
2 прорезки 1 доводка 3 3282,3 139,6 235,8 2924,0 3159,8 0,963
Конец расплавления № 5 Начало расплавления № 6 После прорезки № 4 3 3168,9 140,3 172,07 2840,3 3012,3 0,950
Конец расплавления № 5, 6 Обвалы № 4 3 3268,2 142,09 178,3 2940,1 3118,4 0,95
Экспериментальные данные позволяют установить, что снижение уровня питающего напряжения оказывает непосредственное влияние на время расплавления, которое ведет к снижению производительности печи.
Учет снижения уровня питающего напряжения весьма значительно изменяет характеристики печи, причем совместная работа печей в рабочем диапазоне токов существенно снижает значения:
- мощности дуг при работе двух ДСП на 2,3%, а при трех ДСП на 4,3%,
- напряжение дуг при работе двух ДСП на 2,6%, а при трех ДСП на 4,6%,
- производительности при работе двух ДСП на 3,8%, что соответствует 2% отклонению напряжения, а при работе трех ДСП на 6,1%, что соответствует 3% отклонению напряжения.
Экспериментальные данные подтверждают приведенное в (8) положение о квадратичной зависимости производительности ДСП в период расплавления от величины питающего напряжения.
Таким образом, даже в том случае, когда отклонения напряжения не превышают установленную ГОСТ 32144-2013 норму, необходимо рассматривать вопрос об улучшении режимов питающего напряжения.
Экономическая эффективность улучшения режима напряжений в сетях с ДСП должна быть рассчитана по увеличению производительности печей с учетом затрат на установку средств для регулирования напряжения.
Наиболее просто задача регулирования напряжения в электрических сетях с ДСП решается применением на ГПП трансформаторов с регулированием под нагрузкой. Целесообразно предусмотреть автоматическое регулирование напряжение на ГПП.
Переключение отпаек тиристорным переключающим устройством может производиться за 0,04 с в каждые 30 мин, что обеспечит регулирование напряжения на секциях сборных шин печных подстанций.
Зафиксированная величина колебаний напряжения в системе электроснабжения в рассмотренной схеме питания нагрузок завода превышает значения 1% и доходит до 2,72%, что не сказывается на качестве освещения, но вызывает снижение полезной мощности в рабочем режиме на 4,3%. В связи с чем при работе трех печей производительность снижается на 6,1%, а расход электрической энергии увеличивается на 5,11%. Значения колебаний напряжения в результате работы нескольких печей одновременно в режиме расплавления выражается коэффициентом Km который при работе для одной печи принимается равным 1; для двух печей - 1,15-1,2; для трех печей - 1,3-1,4; для четырех печей - 1,4-1,5. Поэтому одним из существенных способов ограничения колебаний в питающей цех завода системе является установление жесткого графика работы печей, исключающего возможность одновременно плавить в двух печах и тем более в трех печах в режиме расплавления, включенных на одну секцию. В этом случае величина колебаний напряжения может быть ограничена на 1,5%.
Литература
1. Вагин Г.Я., Севостьянов А.А., Юртаев С.Н. Электромагнитная совместимость дуговых печей и систем электроснабжения // Труды Нижегородского государственного университета им. Р.Е. Алексеева. 2010. № 2(81). С. 202-210.
2. Жежеленко И.В., Рабинович М.Л., Божко В.М. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях. Киев: Техника, 1981. 160 с.
3. Львова Э.Л. Влияние работы ряда ДСП в литейных цехах на качество электрической энергии и их взаимовлияние. Исследование специальных вопросов электротермии. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1983. С. 29-33.
4. Миронова А.Н., Миронов ЮМ. Энерготехнологическая эффективность дуговых сталеплавильных печей. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1999. 154 с.
5. Рыжнеев Ю.Л., Минеев Р.В., Михеев А.П., Смелянский М.Я. Влияние дуговых печей на системы электроснабжения / под. ред. М.Я. Смелянского, Р.В. Минеева. М.: Энергия, 1975. 184 с.
ЛЬВОВА ЭЛЬВИРА ЛЬВОВНА - старший преподаватель, кафедры электротехнологий, электрооборудования и автоматизированных производств, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары ([email protected]).
МИРОНОВА АЛЬВИНА НИКОЛАЕВНА - доктор технических наук, профессор кафедры электротехнологий, электрооборудования и автоматизированных производств, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары ([email protected]).
E. LVOVA, A. MIRONOVA
EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS OF THE INFLUENCE OF ARC-FURNACE GROUP ON SUPPLY VOLTAGE
Key words: arc steel-smelting furnace EAF, supply networks, operating modes, electric power quality indicators, voltage distortion, research and processing methods.
The article discusses the influence of arc furnaces on the supply networks and their mutual influence. It presents the results of experimental studies of arc furnaces in case when they and a group of low capacity arc steel-smelting furnaces were powered from a single double-wound split- winding transformer. A technique for studying and processing experimental data of voltage variation in supply networks is described. The basic expressions for determining the coefficient, taking into account the increasing influence of a group of furnaces operation on the supply network, are considered. The main static indicators of the voltage quality on the plant sub-
station buses in arc steel-smelting furnace operation are revealed. It is noted that electrical energy quality index in distribution networks is significantly different from the standardized ones GOST 32144-2013. The analysis of the voltage fluctuation influence on the furnace operation is given. The methods of reducing the influence of arc furnaces operating modes on the performance of arc steel-smelting furnace plants are proposed.
References
1. Vagin G.Ya., Sevost'yanov A.A., Yurtaev S.N. Elektromagnitnaya sovmestimost' dugovykh pechei i sistem elektrosnabzheniya [Electromagnetic compatibility of arc furnaces and power supply systems]. Trudy Nizhegorodskogo gosudarstvennogo universiteta im. R.E. Alekseeva, 2010, vol. 2(81), pp. 202-210.
2. Zhezhelenko I.V., Rabinovich M.L., Bozhko V.M. Kachestvo elektroenergii na promyshlennykh predpriyatiyakh [The quality of electricity in industrial enterprises]. Kiev, Tekhnika Publ., 1981, 160 p.
3. Lvova E.L. Vliyanie raboty ryada DSP v liteinykh tsekhakh na kachestvo elektricheskoi energii i ikh vzaimovliyanie. Issledovanie spetsial'nykh voprosov elektrotermii [Influence of the work of a number of chipboards in foundries on the quality of electrical energy and their mutual influence]. Cheboksary, Chuvash University Publ., 1983, pp. 29-33.
4. Mironova A.N., Mironov Yu.M. Energotekhnologicheskaya effektivnost' dugovykh staleplavil'nykh pechei [Energy efficiency of arc steel-smelting furnaces]. Cheboksary, Chuvash University Publ, 1999, 154 p.
5. Smelyanskii M.Ya., Mineev R.V., eds.; Ryzhneev Yu.L., Mineev R.V., Mikheev A.P., Smelyanskii M.Ya. Vliyanie dugovykh pechei na sistemy elektrosnabzheniya [The effect of arc furnaces on power supply systems]. Moscow, Energiya Publ., 1975, 184 p.
LVOVA ELVIRA - Senior Lecturer, Department of Electrical Technologies, Electrical Equipment and Automated Production, Chuvash State University, Russia, Cheboksary ([email protected]).
MIRONOVA ALVINA - Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Electrotechnology, Electrical Equipment and Automated Production, Chuvash State University, Russia, Cheboksary ([email protected]).
Формат цитирования: Львова Э.Л., Миронова А.Н. Экспериментальные исследования влияния группы дуговых печей на питающее напряжение // Вестник Чувашского университета. - 2018. - № 3. - С. 67-78.
