CC BY
67
УДК 314.212:620.111.3
Дружинин Н.Н., АнуфриевА.В., Сарлыбаев А.А.
ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ОГРАНИЧЕНИЮ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА РАБОТУ ТРАНСФОРМАТОРА УСТАНОВКИ «ПЕЧЬ-КОВШ» ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ЦЕХА ОАО «ММК»
В электросталеплавильном цехе (ЭСПЦ) «Магнитогорский металлургический комбинат» установлены три агрегата печь-ковш (АПК). Главной целью процесса обработки стали в печи-ковше является осуществление ряда технологических операций быстрее и эффективнее, чем в обычных сталеплавильных агрегатах. АПК предназначен ддя доведения плавки до стандартного состояния по химическому составу, температуре и чистке стали от газов и неметаллических включений. АПК также служит своеобразным «амортизатором» между процессом выплавки и разливки металла с высокими требованиями по точности к температуре и до -пускам в отношении химического состава.
На АПК № 2 установлен печной трансформатор ЭТЦНКВ-40000/110-УХЛ4, изготовленный в ОАО Холдинговая компания «Электрозавод») в 2005 году. Номинальная мощность трансформатора - 26000 кВА. Номинальное напряжение по высокой стороне 110 кВ, по низкой - 420 В. Номинальный ток по высокой стороне 189 А, по низкой - 35,7 кА. Группа соединения обмоток Ун/А-7.
По проекту трансформатор расположен вблизи сети низкого напряжения. Минимальное расстояние от шин низкого напряжения до корпуса трансформатора составляет 250 мм (рис. 1). Шины низкого напряжения (НН) представляют собой полые трубы, внутри которых течет вода (водяное охлаждение). Расширительный бак трансформатора выступаетза корпус трансформатора в сторону шин НН, соответственно наиболее близкая к шинам низкого напряжения часть трансформатора - это стенка расширительного бака.
После монтажа трансформатора и пуска АПК в работу было обнаружено, что при работе трансформатора под нагрузкой стенка расширительного бака
Рис. 1. Монтажное исполнение трансформатора
трансформатора со стороны сети низкого напряжения нагревается до 180°С (рис. 2) [1].
Расширительный бак нагревается вихревыми токами (токи Фуко), которые наводятся сетью низкого напряжения. Это замкнутые электрические токи в массивном проводнике, которые возникают при изменении пронизывающего его потока. В отличие от электрического тока в проводах, текущего по точно определенным путям, токи Фуко замыкаются непосредственно в проводящей массе, образуя вихреобразные контуры. Эти контуры взаимодействуют с породившим ихпотоком. В соответствии с законом Джоуля-Ленца, вихревые токи нагревают проводники, в которых они возникли.
Нагрев расширительного бака влечетза собой нагрев масла до температуры, превышающей 90°С (рабочая температурамасла). С повышением температуры происходит старение масла за счет совместного воздействия на масло молекулярного кислорода воздуха и электрического поля при катализирующем воздействии материалов, из которых изготовлен трансформатор. При старениимасла ухудшаются электроизоляционные свойства трансформаторного масла (увеличение тангенса угла диэлектрических потерь tg5) [2], что приводит к снижению изоляци-онныххарактеристиктрансформаторав целом; происходит накопление осадка на активной части трансформато -ра, что затрудняет отведение тепла от нее. Температура способствует активации окислительного процесса углеводородов масла, ускоряя его примерно в 2 раза при повышении температуры на каждые 10°С [3].
Для решения вышеуказанной проблемы прорабатывались три основных варианта:
1. Применение немагнитных материалов.
Суть метода в создании нового расширительного
Рис. 2. Термограмма нагрева расширительного бака
ЭНЕРГЕТИКА И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ
бака из немагнитных материалов. С целью эксперимента была создана модель, в которой в магнитное поле размещали пластины немагнитных металлов, в результате нагреву подвергались все предложенные металлы, но с разной интенсивностью. Так как не удалось создать модель, адекватную реальным условиям с соответствующей напряженностью магнитного поля, анализ и расчет нагрева предложенных материалов был практически невозможен. В связи с этим данный вариант не был реализован.
2. Экранирование объектов.
В магнитное поле между шинами сети низкого напряжения и расширительным баком был размещен защитный экран, состоящий из полос алюминия. Было проведено два эксперимента: в одном случае полосы были замкнуты между собой, в другом разомкнуты. Применение экрана с замкнутыми полосами не обеспечило ожидаемого снижения нагрева. Во втором случае нагрев экранированного места снизился, но нагреву подверглись другие части бака, область нагрева сместилась вверх (рис. 3). Избежать смещения области нагрева можно, установив экран больших размеров, но в данном случае это оказалось невозможным из-за сложной конструкции крепления экрана. Данный вариант также не был реализован.
3. Увеличение расстояния между источником возникновения магнитного поля и взаимодействующих с
Рис. 3. Смещение области нагрева
Рис. 4. Схема переноса расширительного бака
ним объектов.
Сдвинуть шины низкого напряжения не представляется возможным в связи с тем, что они проходят вдоль стены электропомещения и вмонтированы в верхнее перекрытие. После рассмотрения положения бака на трансформаторе АПК был предложен вариант перемещения бака от сети низкого напряжения в сторону выводов высокого напряжения. Максимально расширительный бакможно подвинуть на 250 мм. В этом случае расстояние между расширительным баком и изоляторами высокого напряжения составит 780 мм, что является минимально допустимым согласно ПУЭ (рис. 4).
Для реализации данного варианта была разработана технология процесса передвижки бака и чертежи на изготовления всех труб и патрубков, подведенных к баку, т.к. при смещении бака относительно трансформатора меняются угол подвода труб и их длина. При этом способе решения проблемы вносятся изменения в конструкцию трансформатора, а это потребовало разработки проекта. Так как не было уверенности в том, что увеличение расстояния между шинами низкого напряжения и баком до 500 мм даст положительные результаты и в связи с необждимостью ожидания проекта на проведение данной работы, этот вариант также не был реализован.
С учетом особенностей фундамента трансформатора АПК представлялось возможным отодвинуть трансформатор от сети низкого напряжения на 400 мм, что, в свою очередь, обеспечит смещение расширительного бака от шин низкого напряжения дальше, чем при реализации предыдущего варианта. Данная операция не вносит никаких изменений в конструкцию трансформатора.
Для осуществления данного способа решения проблемы были изготовлены необходимые приспособления и удлинительные шины для компенсаторов сети низкого напряжения. Шины представляют собой медные пластины длиной около 500 мм и сечением 190х 30 мм. Общий вес всех удлинительных шин - около 630 кг, поэтому появилась необждимость установки дополнительной опоры под шины низкого напряжения из-за опасения разрушения токоподводов. Была разработана опора с незамкнутым контуром для исключения замыканияв ней магнитного потока и дальнейшего ее нагрева.
После проведения данного мероприятия и пуска трансформатора АПК в работу были проведены измерения температуры расширительного бака. Температура составила не более 60°С.
Возможно, существуют более рациональные и технически совершенные методы решения данной проблемы, но в условиях ЭСПЦ ОАО «ММК» самым оперативным и наиболее доступным оказалось именно смещение непосредственно самого трансформатора.
Точных регламентов по поводу расположения трансформатора и других его деталей относительно сети низкого напряжения нет, но на практике выяснилось, что при разработке проекта на установку подобных трансформаторов необждимо учитывать и этот факт.
Список литературы
1. ЖуравлевА.Н., ПоповГВ. Технология телловизионного контроля в диагностике силовых трансформаторов // Энергетик. 2000. № 2. С. 34-35.
2. КирееваЭ.А. Диагностика силовых трансформаторов // Электрооборудование. 2008. № 9. С. 59-64.
3. Алексеев Б. А. Контроль состояния (диагностика) крупных силовых трансформаторов. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. 216 с.
Bibliography
1. Zhuravlev A.N., Popov G.V. Thermal control technology in diagnostic of mains transformers // Power engineerings. 2000. № 2. with. 34-35.
2. Kireeva E.A. Diagnostic of mains transformers // the Electric equipment 2008. № 9. With. 59-64.
3. Alexeys B.A. Control states (diagnostic) of large mains transformers. M: Publishers NTS ENAS, 2002. 216 with.
УДК 621.33
Селиванов И.А., Омельченко Е.Я.
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Асинхронные электродвигатели занимают главенствующее положение в промышленных электроприводах, интенсивно внедряется система «преобразователь частоты - асинхронный двигатель» [1]. Переходные процессы в электроприводах переменного тока более колебательные и значительно сложнее в математическом описании по сравнению с электроприводами по -стоянным током, поэтому вопросы изучения электромеханических свойств асинхронных двигателей при питании отмногофазныхцепей остаются актуальными.
В статье сделана попытка анализа совместного влияния многофазной питающей сети и асинхронного двигателя, выполнен анализ переходных процессов активной и реактивной мощности, потребляемой в многофазной Ь-К цепи при различных вждных напряжениях и частотах, проанализировано влияние коэффициента мощности на качество электромеханических пережд-ных процессов в различныхсистемахэлектропривода.
Учебная литература [2] расчет активной и реактивной мощности для трехфазных цепей дает для установившихся режимов при неизменных напряжении и частоте. В специальной литературе [3] дается расширенное понятие реактивной мощности, но только в установившемся режиме и для нужд электроснабжения. Понятия активной и реактивной мощности связываются с интегральной оценкой за период питающего напряжения. В статье все выводы сделаны для суммарных мгновенных значений активной и реактивной мощности в многофазных цепях [4].
Исходные предпосылки:
1. Питающее напряжение является симметричным трехфазным напряжением прямой последовательности.
2. Нагрузка в виде последовательных Ь-К цепей соединена в звезду без нулевого провода.
3. Параметры нагрузки по фазам равны и постоянны.
Фазное напряжение в ]-фазе трехфазной цепи
и- (() = ит яп(П1* + ф-),
где 01=2я/1 - круговая частота питающего напряжения, рад/е; щ - начальный угол фазы, рад (%=Да, % =Ла-2я/3, фс=Ла+2я/3); Да- угол включения нагрузки, рад; ит - амплитуда входного напряжения, В.
Уравнение переходного процесса фазного тока на Ь-К нагрузку
I- () = !т£т(ЦГ + (р} - )- япф, - ) • е~*/Т), (1)
где Im=UJZ - амплитуда установившегося значения
тока, A; Z =-JR2 + (Q.1L)2 - полное сопротивление
фазы, Ом; ^=arctg(Q 1L/R - угол сдвига между фазами напряжения и тока в установившемся режиме, рад; T=L/R - постоянная времени цепи нагрузки, с.
Картина переходного процесса тока (1) при различных частотах входного напряжения претерпевает значительные изменения, так как параметры Z и ^1 зависят от частоты. Существенные изменения в картину переходного процесса вносит начальный угол включения нагрузки Да. Остается неизменным время затухания переходного процесса, зависящее только от постоянной времени Т.
Мгновенная активная мощность фазы определяется как произведение мгновенных значений напряжения и тока:
Pj (t) = Uj (t) • i. (t) =
= 0,5 um/Z • (cos^1 -cos(2Q1t + 2^. -^1) - (2)
-2e~l/T sin(Q1t + (pj) • sm(^. - q\)),
включает в себя постоянную составляющую, переменную составляющую с двойной частотой сети и затухающую переходную составляющую с частотой сети. В общем случае Pj(t) имеет сложный гармонический рисунок и зависит от вждной частоты и напряжения, параметров нагрузки, начальной фазы и угла включения.
Мгновенная активная мощность, потребляемая из трехфазной сети, определяется как сумма мгновенных активных мощностей трех фаз (скалярное произведение трехмерного вектора фазного напряжения на трехмерный вектор тока [5]):
PE(t) = ]T(Uj (t) • ij (t)) =
J =1
= Ua (t)ia (t) + Ub (t)4 (t) + uc (t)ic (t) = (3)
= 3/2-U2m/Z • (cos q\ - cos(Q1t + ^)• e~l/T) = = 3 • U■ I • cos q\ • (1 - e t/T • cos(Q1t + ^)/cos q\),
где U=Um/ -Jl - действующее значение напряжения,
