CC BY
56
УДК 623.3
ПОСТРОЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
А.Н. Шпиганович, А.А. Шпиганович, Е.П. Зацепин
Выполнены предпосылки построения оптимальной эффективности электрических систем. Установленные зависимости позволяют оценить взаимосвязь элементов относительно ненадежной работы системы независимо от ее структуры. Анализ выполнен с учетом технико-экономических показателей, связанных с технологической производительностью рабочих машин.
Ключевые слова: Вероятность, рентабельность, прибыль, производительность, управление, анализ, оборудование, система электроснабжения.
Решение задач, связанных с эксплуатацией систем электроснабжения производств, должно выполняться с учетом производительности технологических машин. Под эксплуатационной производительностью понимается максимальное количество выпускаемой продукции в единицу рабочего времени при заданных режимах эксплуатации оборудования. Когда между оборудованием технологической и электрической систем существует жёсткая технологическая связь, эксплуатационная производительность рабочих машин Q связана с вероятностью безотказности электроснабжения выражением [1]
где п - число электрических цепочек, относящихся к рабочей машине, включенной в технологический процесс; Р; - вероятность работы 1-ой электрической цепочки; ^ - эксплуатационная производительность технологической машины.
Мероприятия, направленные на повышение эффективности функционирования системы электроснабжения увеличивают пропускную мощность оборудования и производительность технологических машин [1-5]. Так как количество выпускаемой продукции определяется производительностью, то относительный прирост выпускаемой предприятием продукции выразится зависимостью
где Р'п и Рп - вероятность работы системы электроснабжения после и до использования мероприятий по повышению эффективности функционирования электрической системы.
Используя коэффициент связи Кс [1,2] определим прирост выпускаемой продукции
п
^ = П р1ятхмп
СМ>
(1)
1=1
(2)
«пО = ^ + (3)
Прирост выпускаемой продукции может быть выражен через временные параметры надежности электрического оборудования, то есть
1 + ЕКа §
« пС
Р
п
1=1 1 у
(4)
где 8 - число единиц электрического оборудования, подвергшегося воздействию мероприятий по повышению эффективности электроснабжения; Кс1, 11, 91 - соответственно коэффициент связи, наработка на отказ, среднее
время восстановления 1-ой единицы электрооборудования.
Оценку относительного прироста выпускаемой продукции можно осуществить через вынужденные остановки технологических машин [6], как
«ПУ =
1 -ЦП §С , (5)
1 -Цп 6с
где ЦП и Цп- частота вынужденных перерывов в работе технологических машин после и до внедрения мероприятий по повышению эффективности электрической системы; 0С - средняя остановка технологических машин от
отказов оборудования.
Прирост «п выпускаемой продукции производства и затраты на внедрение мероприятий, повышающих эффективность функционирования системы электроснабжения, позволяют установить изменение рентабельности выпускаемой продукции. Если учесть, что разность между эффектом и затратами определяет прибыль [6], то изменение рентабельности продукции будет
З" — З'
ДП = 0,01у(«П — 1) —-—-, (6)
СА
где у - удельный вес условно-постоянных расходов на использование мероприятий, повышающих эффективность системы электроснабжения; З',
3//
- затраты, связанные с использованием до и после внедрения мероприятий, повышающих безотказность системы электроснабжения; СА - себестоимость выпускаемой продукции.
Зависимость изменения рентабельности продукции от внедрения мероприятий, рассчитанная по (6), если ее расположить в I, II, III, VI октантах декартовой системы, будет иметь вид представленный на рис.1. Вероятность работы системы электроснабжения промышленных предприятий всегда больше 0,5.
Рис. 1. Изменение рентабельности продукции предприятия от уровня безотказности оборудования
В этом случае фигура на рис.1 не пересекает ось вероятностей Р. Если затраты на внедрение мероприятий более безотказной системы электроснабжения и ее обслуживание больше, чем затраты на обслуживание менее надежной системы, а это в производственных условиях так, то значение отношения 3 ~3 положительно. В данном случае рентабельность
СА
может быть положительна или отрицательна. Для положительной рентабельности (I октант рис. 1) предпочтение должно отдаваться системе электроснабжения более высокого уровня безотказности. Изменение рентабельности из-за недовыпуска продукции от менее надежного электроснабжения составляет не более 30 % по отношению к изменению рентабельности, полученной за счет более безотказных систем электроснабжения технологических машин промышленных предприятий.
Эффективность функционирования систем электроснабжения производств любых отраслей народного хозяйства, безотказность их электрооборудования, взаимосвязь между электрооборудованием, уровень организации труда, как показали результаты проведенных исследований, должны определяться количеством выпускаемого продукта. Для получения электрических систем оптимальной надежности, в зависимости от безотказности электрического оборудования, предлагается первоначально составить схему электроснабжения, затем перейти к расчётной схеме [3-7]. Для электрических цепей, в технологическом отношении жестко связанных с рабочими машинами, производится выбор электрического оборудования. Исходными данными при этом являются нагрузка на рабочие машины, время отработки системы, характеристики безотказности оборудования (нара-
ботка на отказ, время восстановлення отказов, частота отказов, вероятность безотказной работы, законы распределения наработки на отказ и длительностей отказов), затраты на приобретение и обслуживание оборудования. По вероятностным временным параметрам и числу электрооборудования, работающего на технологических машинах завершающего цикла производства, аналогично рассмотренному, выполняется расчет электроснабжения этих машин. На последнем этапе построения системы осуществляется выбор высоковольтного электрического оборудования.
Для применения данной методики в инженерной практике предлагается выполнять расчеты на вычислительных машинах. С этой целью разработан алгоритм, блок-схема которого приведена на рис. 2. Блок-схема включает четыре подпрограммы.
ю
'ПШЕ'
тип оборудования
с
начало
|
2 Ввод у / данных /
3 Выбор оборудования SB=1000 MBA
Расчет безотказности
12 a,d
Рис. 2. Начало блок-схемы расчета электрической системы на ЭВМ
(начало, см. также с. 23)
22
18-
Экономическая оценка
-19 1
а; Ко тсн; и 1
"20 1 Кем; К см 1
21 1 а 1
■22" Эп 1
"23" 1 31
24 Эг
нет 26
18
Рис. 2. Окончание
По первой подпрограмме (блоки 3-10) выполняется выбор электрического оборудования, по второй (блоки 11 - 17) - осуществляется оценка безотказности оборудования и системы электроснабжения. Программа три (блоки 18 - 27) используется для экономической оценки. Расчёту запасного электрического оборудования и области его применения соответствует программа четыре (блоки 28-32). Расчёты выполняются до получения наибольшей экономической эффективности от внедрения мероприятий, повышающих безотказность электроснабжения.
В результате выполненного расчета устанавливается необходимое электрооборудование, оцениваются мероприятия по повышению эффективности функционирования электрической системы. Типы электрического оборудования и значения экономической эффективности выдаются на печать (блоки 9, 10, 16, 17, 26, 27, 32). В рассмотренной последовательности расчеты должны осуществляться для всех участков промышленного предприятия. При этом на печать выдается суммарная экономическая эффективность.
Реализация программы осуществлена на Липецком металлургическом комбинате (ПАО «НЛМК») для сталеплавильного производства. Расчет выполнялся по выбору электрических аппаратов с позиции весового износа контактов. Оценка осуществлялась как для аппаратов управления, так и для высоковольтных аппаратов защиты. Результаты выполненных расчетов приведены в таблице.
С использованием полученных данных осуществлено сравнение их с существующими аппаратами систем электроснабжения сталеплавильного производства ПАО «НЛМК». В результате установлено, что выбор электрических аппаратов в зависимости от установки электрооборудования в технологической схеме предприятия позволяет увеличить нагрузки на основные машины на 1,3,...,2,0 %.
При этом для электрооборудования основных технологических машин увеличение нагрузки составляет 1,1 ,...,0,3 %, машин завершающего цикла - 0,1,...,0,3 %, высоковольтных аппаратов - 0,1,...,0,4%.
Рекомендуемые электрические аппараты систем электроснабжения сталеплавильного производства
Тип Тип
электрооборудова- Место установки электрооборудова- Место установки
ния ния
1 2 3 4
Высоковольтные выключатели
1.ВМПЭ-10 Секционные, вводные 2. ВМГ-10 Вводные
З.ВК-10 МОЗ, УНРС
Автоматические выключатели
1.Э25 Вводные, секционирование подстанций 2. Э16 ОНРС
3. А3 140 Насосы системы охлаждения кристаллизаторов 4. А3 130 Насосы удаления конденсата, насосы гидростопоров
5. АК-63 Привод качания кристаллизаторов 6. АП-50 Привод механизмов рольгангов
7. АЕ-2000 Привод роликов
Методы и средства повышения эффективности функционирования ...
Окончание
1 2 3 4
Контакторы
1.КПВ605 Тянущие клети УНРС, сталкива-тели, клещевые краны, слябовозы 2. КПВ604 Качание кристаллизаторов, рольганги
3.КПВ603 Столы газорезок 4. КПВ602 Приемные рольганги
5.КТПВ624 Подъемники слябов 6. КТПВ623 Извлекатели УНРС, рольганг (тележки)
7. КТ6000 Гидравлика перегрузок 8. КТ6053 Дымососы
9.МК-1-30 Насосы клети Ю.МК-1-20 Резка продольного перемещения
Магнитные пускатели
1.ПМА5200 Насосы вторичного охлаждения, насосы конденсата, насосы масла, вентиляция 2. ПМА4200 Тележки промковшей, вентиляция
3.ПМЕ214 Насосы вторичного охлаждения
Командноаппараты
1.КА4659 Подъемники слябов 2. КА468 Столы газорезок УНРС, резка продольного перемещения
З.КА426А Поперечное перемещение, сталкиватели 4. КА418 Сталкиватели затравки
Рассмотренный подход выбора контактных электрических аппаратов справедлив не только для сталеплавильных производств, но и для производств всего металлургического комбината. Как показывает анализ качества электрической энергии цехов комбината, во всех схемах электроснабжения наблюдаются высшие гармонические составляющие, а это вызывает повышенный износ контактов аппаратов. Результаты выполненной работы при использовании их в ККЦ-1 и ККЦ-2 ПАО «НЛМК» обеспечивают получения экономического эффекта в миллионы рублей в год по каждому из цехов.
Список литературы
1. К анализу систем электроснабжения предприятий [Текст]: учебное пособие / А.Н. Шпиганович, А.А. Шпиганович, В.И. Зацепина, Е.П. Зацепин. Липецк: ЛГТУ, 2016, 159 с.
25
2. Шпиганович А.Н., Захаров К. Д. Внутризаводское электроснабжение и режимы: учебник. Липецк: ЛГТУ, 2007. 742 с.
3. Шпиганович А.Н., Зацепин Е.П., Зацепина В.И. Функционирование систем электроснабжения: монография Липецк, 2015. 212 с.
4. Зацепин Е.П., Зацепина В.И. Минимизация провалов напряжения при совместной работе группы дуговых сталеплавильных печей // Промышленная энергетика. №1. 2009. С. 22 - 24.
5. Зацепин Е.П., Зацепина В.И. Качество электрической энергии по напряжению в системах электроснабжения металлургических предприятий // Вести вузов Черноземья. 2013. №1. С. 21 - 25.
6. Шпиганович А.Н., Шпиганович А. А. Оценка эффективности безотказности систем // Вести вузов Черноземья. 2013. №1. С. 25 - 33.
7. Шпиганович А.Н., Шпиганович А.А., Бош В.И. Случайные импульсные потоки: учеб. пособие. Елец-Липецк, 2004. 291 с.
Шпиганович Александр Николаевич, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет,
Шпиганович Алла Александровна, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет,
Зацепин Евгений Петрович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет
BUILD RATIONAL SYSTEMS OF POWER SUPPLY
A.N. Shpiganovich, A.A. Shpiganovich, E.P. Zatsepin
This article gives background to build optimal efficiency of electrical systems. The established dependences allow to assess the relationship of elements relative to unreliable operation of the system regardless of its structure. The analysis is performed taking into account technical and economic indicators associated with the technological performance of working machines.
Key words: the probability of profitability, profits, productivity, management, analysis equipment, electricity supply system.
Shpiganovich Aleksandr Nikolaevich, doctor of technical science, professor, the head of chair, kaf-eo@stu. lipetsk. ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University,
Shpiganovich Alla Aleksandrovna, doctor of technical science, professor, the head of chair, kaf-eo@stu. lipetsk. ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University,
Zatsepin Evgeniy Petrovich, candidate of technical science, docent, kaf-eo@stu. lipetsk. ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University
