CC BY
23
iyflK 658.26
ВЕКТОРНЫЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ ЕМКОСТНОЙ КОМПЕНСАЦИИ НА НАПРЯЖЕНИЕ НА ЭЛЕКТРОДАХ
РУДОВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ
Е.В. Иванова, И.В. Кулинич, Д.С. Шеломенцев
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, М.З. Рамазанов
/7/7 «Казахэнергоэкспертиза», г. Павлодар,
В.Ф. Клименко
АЗФ филиал ТНК «Казхром»
Аталмыш жумыста бойльщ сиымдыльщ втемииц рудоны цалгына келпиретш neiumepdin электрод Kepueyine ecepi жэне оны к,олдшуы жон1ндег1 мэселелер к,аралдц. Эр турл1 индуктивпик жэне сиымдыз.ьщ кедерг\лерт\ц арасындагы ара цатынасы ушш цурылган, векторльщ диограммды талдау нег1зи<де алынган жэне тужырымдамалар усынъшы.
В данной работе рассматриваются вопросы влияния продолыой емкостной компенсации на напряжение на электродах рудовосс/пановителъной печи и ее назначение. Представлены выводы, полученные на основе анализа векторных диаграмм, построенных для различных соотношений между индуктивным и емкостшм сопротивлениями.
The questions of influence of longitudinal capacitor indemnificationon a voltage on ore-restoration furnaces electrodes and its assignment are considered in this work. The conclusions received on the basis of the analysis of vector diagrams, constructed for various parities between inductive and capacitor resistance are submitted.
Рудовосстановительные печи (РВП) в Павлодарском Прииртышье применяются на Аксуском заводе ферросплавов для получения продукции, имеющей спрос на мировом рынке продукции черной металлургии. Эти
печи оборудованы установками продольной емкостной компенсации (УПК), в силу объективных причин, обусловивших снижение электропотребления в регионах Казахстана, изменился баланс реактивной мощности в энергетических сетях 110 кВ и выше. Из-за недогрузки некоторые линии электропередачи Павлодарского региона начали генерировать реактивную мощность, изменился уровень напряжения в воздушных линиях (ВЛ) напряжением 110 кВ и выше [1, 2].
В связи с этим отпала острая необходимость у потребителей электроэнергии оставлять включенными в работу различные установки по компенсации реактивной мощности. К этой категории потребителей относят и РВП. Поэтому обострилась об основном назначении УПК на РВП.
Для ответа на поставленный вопрос осуществим векторный анализ влияния УПК на величину напряжения на электродах РВП.
Схема установки продольной компенсации (УПК) реактивной мощности, которыми оснащаются все три печных трансформатора рудовосстано-вительной печи показана, на рисунке 1.
ил
Рис. 1. Схема установки продольной ёмкостной компенсации на печном трансформаторе
На этой схеме обозначено:
Т1 - первый печной трансформатор;
РВП - рудовосстановительная печь;
FV1 - искровой промежуток;
TV1 - трансформатор напряжения;
С - конденсаторы;
FUI - предохранитель плавкий;
L1 - дроссель;
TVD - вольтодобавочный трансформатор;
Q - разъединитель;
Un - линейное напряжение сети ЮкВ;
U s - напряжение вторичной обмотки печного трансформатора Т1 ;
Ul2 - напряжение на третьей обмотке печного трансформатора.
Исследование влияния устойчивости продольной ёмкостной компенсации на напряжение на электродах целесообразно осуществить по векторным диаграммам напряжения участков короткой сети. В связи с этим на рисунке 2,а приведена схема замещения УПК для одной фазы короткой сети рудовосстановительной печи.
На этой схеме обозначено:
U(]) - фазное напряжение вторичной обмотки печного трансформатора;
Rn - активное сопротивление печи, которое в соответствии со схемой замещения рудовосстановительной печи [2] зависит от активных сопротивлений шихты R)u и электрической дуги Яд и определяется по формуле
и,, - напряжение в третьей обмотке печного трансформатора, к которой подключены конденсаторы;
X, К - соответственно индуктивное и активное сопротивления короткой сети рудовосстановительной печи; С - ёмкость конденсаторов; и - напряжение на электродах печи.
Однако для осуществления развернутого научного анализа влияния УГК на напряжение в короткой сети, указанную схему замещения приведем к схеме (рисунок 2,6), которая наиболее полно соответствует определению продольной ёмкостной компенсации в электрической сети. На этой схеме замещения Сэ представляет эквивалентную ёмкость конденсаторов, которые необходимо включить в короткую сеть без вольтодобавочного трансформатора Т\Т>, конденсаторов С и третьей обмотки трансформатора Т1,
чтобы компенсировать по величине реактивную мощность, равную действительной схеме компенсации (рисунок 2,а).
а)
X
Хсэ
Кп
б)
Рис. 2. Схемы замещения УПК для одной фазы короткой сети рудовосстановцтельной печи
Действующее значение тока определяется по формуле [3]:
где X - индуктивное сопротивление контура, которое составляет
Х = Х + ХГ
(2)
(3)
2 тг / Су '
где /- частота переменного тока;
Ь - индуктивность контура короткой сети. Действующие значения напряжений на участках последовательной цепи определяются выражениями
г/я = /(Я + Яя); (4)
их = IX; (5)
- ' А',: • (6)
Угол сдвига фаз между током I и напряжением 1}ф определяется выражением
X
(р = arc/g--п\
R+R,, '
В зависимости от соотношения между индуктивным и ёмкостным сопротивлениями векторная диаграмма напряжения схемы (рисунок 2.6) может иметь три вида. Рассмотрим более подробно все три случая.
Случай 1. Пусть AV, >Х, тогда
<Р\ ~ orctg —-—< О R + Rn
Вектор тока / опережает вектор напряжения Î7 на угол ср ,. Векторная диаграмма напряжений и тока показана на рисунке 3. Видно, что короткая сеть имеет ёмкостной характер цепи.
ох и« \ / /
/
Рис. 3. Векторная диаграмма УПК при ёмкостном характере короткой сети
Случай 2. Пусть Хс< <Х, тогда
= ягс/г-> 0
Вектор тока I отстает от вектора напряжения Оф на угол (р ,. Векторная диаграмма тока и напряжений для этого режима работы УПК приведена на рисунке 4. В нашем случае короткая сеть имеет индуктивный характер цепи.
Случай 3. При Xс =Хугол
х - хс ч>ъ = п ' = 0
Вектор тока 7 совпадает по фазе с вектором напряжения йф, а падения напряжения в индуктивности IX и ёмкости IX ^ равна и компенсируется, так как взаимно противоположны по направлению (рисунок 5).
Этот случай является резонансом напряжений, характеризуется максимальным значением тока в цепи
/ =___
^Н+ИПУ-+{Х-Х(1)2 + (8)
В короткой сети рудовосстановительной цепи активное сопротивление Я не велико по сравнению с индуктивным сопротивлением X, поэтому при резонансе напряжений могут наблюдаться недопустимо большие напряжения на индуктивности и ёмкости. Поэтому такой режим работы УПК исключается.
Рис. 4. Векторная диаграмма УПК при индуктивном характере короткой сети
/ к йх
<Р-< = 0
иф л г 1 ——-►
— —►
Рис. 5. Векторная диаграмма УПК при резонансе напряжения в короткой сети
Технико-экономические показатели УПК на рудовосстановительных печах, как источников реактивной мощности, значительно хуже подобных показателей установок с поперечной компенсацией, применяемых в систе-
мах электроснабжения ферросплавного производства на напряжении 10 кВ. В связи с этим режим работы УПК, когда ХСг >Х (случай 1) также не применяется.
Влияние УПК на соотношение напряжений в начале иф и конце и короткой сети видно из векторной диаграммы (рисунок 6,а,б). При наличии в цепи только сопротивлений Я. и X напряжение на электродах иик меньше напряжения иф на величину падений напряжений 1Я и IX (сплошные линии на рисунке 6,б),т.е. иф > (/„„., Если же включить последовательно ёмкость Л-,,,, то появится еще одна составляющая падения напряжения IX,. . Ее направление на диаграмме противоположно индуктивной составляющей IX (прерывистые линии на рисунке 6,6), т.е. иф > и, ср] > ср.
Рис. 6. Влияние продольной компенсации на соотношение напряжений на вторичной обмотке печного трансформатора и на электродах рудовосстановительной печи
На основании данных анализа векторной диаграммы (рисунок 6, б) можно сделать следующие выводы:
- напряжение на электродах при продольной ёмкостной компенсации и больше напряжения на электродах , если УПК отключено, так как вектор и больше вектора йип,;
- вектор и отстает по фазе от вектора 0ф меньше чем вектор и . Это свидетельствует о том, что коэффициент мощности печи при включении УПК повышается.
Таким образом, основное назначение продольной ёмкостной компенсации на рудовосстановительной печи - частичная компенсация индуктивного сопротивления короткой сети для уменьшения потери напряжения и, следовательно, для повышения напряжения на электродах. Поэтому, учитывая линейную зависимость производительности РВП от напряжения на электродах, отключать УПК нельзя.
1. Сальников В.Г., Токомбаев Т.Ж., Иванова Е В. и др. Энергоресурсосбережение в электроэнергетике Прииртышья: Аналитический обзор,- Павлодар- ЦНТИ 2002,- 37 с.
2. Иванова Е.В., Клименко В.Ф., Мустафина P.M. и др. Исследование возможностей повышения показателей работы электропечей.//Энергетика,экология, энергосбережение, транспорт: Тр. науч.-техн. конф., посвящ. 80-летию утверждения плана ГОЭЛРО, 18-19 дек. 2002 г.-Новосибирск, 2002.-126-135 с.
3. Иванов B.C., Соколов В.И. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий,- М.: Энергоатомиздат,
ЛИТЕРАТУРА
1987.- 336 с.
