Производство электроэнергии на малых гидроэлектростанциях привлекательно как с экологической, так и с экономической точки зрения. Технологические инновации и меры по снижению воздействия на окружающую среду делают малые гидроэлектростанции недорогим и оправданным источником возобновляемой энергии, который обеспечивает возможность выработки на независимой основе и помогает не только защитить окружающую среду, но и ослабить зависимость человека от ископаемого топлива. Это исследование посвящено поиску решений, основанных на технологиях и инновациях возобновляемых источников энергии на примере Челябинской области. Экспериментальная модель водяного колеса для микроГЭС, представленная в данной статье, и проведенные исследования на основе данной модели были использованы для проведения предварительных расчетов. В итоге нами было получено, что представленные микроГЭС способны вырабатывать около 9-13 кВт•ч, около 170-266 кВт•ч/день и от 63 до 99 МВт•ч/год.
Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
2022. — Выпуск 1
Содержание:
В статье рассматривается комплекс научных подходов и технических мероприятий, направленных на повышение эффективности электроснабжения предприятий черной металлургии, прорабатываемых научными школами МГТУ им. Г.И. Носова совместно с ПАО «ММК». Описаны принципы формирования математических моделей энергопотребления, основы их оптимизации, а также практические вопросы нормирования и планирования энергозатрат и оперативного управления энергохозяйством. Приведены примеры реализации энергосберегающих мероприятий на собственных заводских электростанциях, а также на таких энергоемких объектах, как дуговые сталеплавильные печи и прокатные станы. Представлен опыт ПАО «ММК» по внедрению современных средств автоматизации в энергохозяйстве и системах электроснабжения в рамках перспективной программы развития «Индустрия 4.0».
Ключевые слова
Асинхронный двигатель с кольцевыми обмотками (АДКО) предназначен для переработки ядерных отходов в условиях повышенной радиации и температуры. Для увеличения срока службы машины в тяжелых рабочих условиях катушки обмотки статора АДКО покрываются керамической изоляцией, обладающей повышенной устойчивостью к радиации, но при этом данный тип изоляции обладает высокой хрупкостью, что приводит к необходимости выполнять катушки обмотки статора концентрической формы, чтобы минимизировать угол сгиба катушки при изготовлении обмотки, в то время как обмотки статора классических машин выполняются в форме «лодочки». Статор АДКО также имеет специфическую конструкцию, отличную от конструкции статора классического асинхронного двигателя, состоящую из зубцовых наконечников, расположенных вокруг оси вращения, и зубцовых сердечников, размещенных поверх зубцовых наконечников по спирали. Первый опытный образец АДКО, изготовленный УрФУ совместно с ЗАО «Уралэлектромаш», выполнен на тех же диаметрах, что и асинхронный двигатель классической конструкции мощностью Р = 2,2 кВт, с синхронной скоростью вращения n = 1000 об/мин. Одной из задач на данном этапе разработки АДКО является проверка возможности изготовления нового двигателя в тех же габаритах и с теми же параметрами, которые присущи серийному асинхронному двигателю серии АО2. Одним из способов оценки характеристик АДКО является определение параметров схемы замещения и электромагнитных моментов двигателя и сравнение полученных параметров с данными двигателя серии АО2. Принципиально новая конструкция якоря предполагает поиск новых решений для определения параметров машины: индуктивных сопротивлений, электромагнитных моментов. В статье рассматривается метод расчета параметров схемы замещения АДКО с помощью прикладного программного пакета ANSYS Maxwell в 3D-режиме. Для определения индуктивного сопротивления рассеяния обмотки статора используется статический анализ модели с вынутым ротором; взаимное индуктивное сопротивление определяется как разность между полным индуктивным сопротивлением фазы обмотки статора и индуктивным сопротивлением рассеяния. В работе проводится анализ параметров схемы замещения с помощью характеристик холостого хода и короткого замыкания АДКО, полученных в ANSYS Maxwell. Расчет механической характеристики двигателя типа АДКО проводится двумя способами: с помощью аналитического метода (АМ), предполагающего использование расчетных параметров схемы замещения, и методом конечных элементов (МКЭ). Использование МКЭ для расчета механической характеристики подразумевает анализ АДКО в динамическом режиме, что позволяет при заданной пользователем скорости вращения ротора определить электромагнитный момент. В заключение приводится сравнительный анализ параметров двигателя классического исполнения серии АО2 и АДКО, выполненных в одном габарите, проводится оценка возможности выполнения двигателя АДКО мощностью Р = 2,2 кВт в тех же габаритах, что и серийный двигатель АО2, даются рекомендации по дальнейшему улучшению конструкции двигателя типа АДКО.
Ключевые слова
Как показывает статистика аварийных отключений и предельные сроки эксплуатации элементов электрических сетей и электрооборудования в целом, основной задачей для подключения перспективных промышленных и жилых комплексов является обеспечение бесперебойного электроснабжения. Для этого необходимо проводить реконструкцию или прокладывать новые перспективные и востребованные линии электропередачи для ответственных потребителей. В связи с этим требуется разработка и реализация системы автоматизированного расчета с заложенной усовершенствованной методикой выбора сечений проводников линий электропередачи 10–35 кВ с помощью учета дополнительных экономических параметров, одним из которых является критерий минимума дисконтированных затрат. В результате получены новые значения экономической плотности тока для каждого субъекта Российской Федерации, соответствующие новым экономическим условиям, которые существенно отличаются от приведенных в ПУЭ. В исследовании был выполнен анализ влияния экономической плотности тока от территориального разброса цен на электроэнергию, нормы дисконта, динамики роста нагрузки и цен на ремонт и обслуживание, что подтверждает её зависимость от экономической ситуации в стране. Разработанный программный продукт позволяет произвести перерасчет линии электропередачи для последующей реконструкции и модернизации. Кроме этого, как сказано выше, имеются рассчитанные значения для всех регионов России с учетом времени наибольшей загрузки. Применение системы автоматизированного расчета позволит сократить время расчетов при определении типа линии, сечения и напряжения для дальнейшего прогнозирования вновь подключаемых объектов и действующих, а также выполнить правильный и обоснованный выбор при минимуме исходной информации.
Ключевые слова
Рассмотрена работа известного тиристорного устройства гашения магнитного поля синхронного генератора. Показано, что для улучшения характеристик устройства и расширения его функциональных возможностей при известном алгоритме управления требуется увеличение числа гасящих цепей. Предложен алгоритм управления гасящими цепями, основанный на принципе двоичного кодирования десятичного значения требуемого эквивалентного сопротивления устройства. Для двух вариантов схем тиристорных устройств гашения поля получены вольтамперные характеристики устройства. Отмечены увеличение среднего значения напряжения на выводах обмотки возбуждения и повышение качества синтезирования требуемой вольтамперной характеристики. Выявлены достоинства и недостатки предложенных алгоритмов и схем. Доказано, что переход на новый алгоритм управления гасящими цепями улучшает характеристики тиристорного устройства гашения магнитного поля синхронного генератора без необходимости изменений в силовой части, однако требует принятия мер по повышению надежности системы управления.
Ключевые слова
В статье рассмотрена необходимость обеспечения надежного электроснабжения высокотехнологичных предприятий для двух вариантов их расположения: вблизи города или ЛЭП и на отдаленной от нее территории. Показана проблема использования только одного источника питания для таких предприятий в случае нестабильности тока по частоте и при изменении напряжения, а также планового или внепланового отключения питания в сети ЛЭП. В качестве резервного источника предлагается вариант автоматизированной системы электроснабжения (АСЭ), включающей в себя питание переменным током от внешней сети и питание от комбинированной ветро-солнечной установки (ВСУ). Предложены схемы совместного использования ВСУ и внешних источников для предприятий, расположенных вблизи ЛЭП и схема совместного использования ВСУ с рекуператорами и термоэлектрическими генераторами для варианта, когда предприятия расположены вне зоны досягаемости ЛЭП. Результатом данного предложения является достижение постоянного, высококачественного и бесперебойного электроснабжения высокотехнологичных энергоустановок в любое время года и при любых погодных условиях.
Ключевые слова
Предлагаемая работа предназначена для углубления теоретических основ построения систем диагностики повреждений короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя в режиме выбега. В ней представлен способ диагностики повреждения стержней короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя по ЭДС, индуктируемой в обмотке статора затухающими токами в короткозамкнутой обмотке ротора. Устройство по этому способу реализуется на базе персонального компьютера, в котором в качестве АЦП используется звуковая карта, данные обрабатываются в специально созданном программном обеспечении. Представлены две блок-схемы устройства диагностики АД, в которых информацию о повреждении ротора получают из ЭДС статора, а начало выбега определяют по разности ее амплитуд или по замыканию блок-контактов выключателя. В последнем случае при размыкании блок-контактов выключателя нагрузки формируется сигнал на измерение ЭДС обмотки статора и осуществляется запись этой ЭДС. Рассмотренная система диагностики позволяет достаточно просто осуществлять диагностику АД напряжением до 1000 В. Однако необходимость подключения для диагностики к блок-контактам высоковольтных АД, например, в ячейках КРУ значительно усложняет процесс диагностики и по технологическим причинам может применяться не на всех АД. Этого в значительной мере можно избежать, если начало режима выбега АД определять по разности амплитуд. Опытный образец системы диагностики обрыва стержней ротора показал, что такая ее реализация способна достаточно эффективно выявлять обрыв стержня ротора в режиме выбега АД. При этом экспериментальные данные были проведены как с использованием звуковой карты компьютера, так и внешнего сертифицированного модуля АЦП, установлено, что погрешность измерений звуковой картой допустима. При этом стоимость всего устройства невысока и определена в основном стоимостью ПК и программного обеспечения, что делает ее доступной для практически любого промышленного предприятия и некоммерческих организаций.
Ключевые слова
В работе представлены результаты исследований, направленные на выявление асинхронного режима возбужденных синхронных электродвигателей и сохранение их устойчивости. Выявление асинхронного режима предложено выполнять с помощью степенного полинома из отношения степеней активной и реактивной мощностей, определяемых на основе измеряемых мгновенных значений токов и напряжений статора синхронного электродвигателя. Управление системой возбуждения синхронного двигателя предлагается выполнять путем циклического переключения обмотки возбуждения на добавочное сопротивление или возбудитель на основе критерия, представляющего собой производную степенного полинома из отношения степеней активной и реактивной мощностей синхронного двигателя. Предложенные способы выявления асинхронного режима возбужденного синхронного двигателя и управления его системой возбуждения для обеспечения успешной ресинхронизации синхронного двигателя без разгрузки приводимого агрегата могут быть использованы в микропроцессорных устройствах защиты синхронных электродвигателей. Эффективность предложенных методов выявления асинхронного режима и управления возбуждением синхронного электродвигателя подтверждены результатами математического моделирования.
Ключевые слова
The purpose of the study is to develop an automated system for technical diagnostics of the state and regulation of the electric drive of the rollers of the collector roller table at a wide hot rolling mill based on change in the load currents of the rollers electric motors. The system allows the quality of finished rolled products and the productivity of the mill to be enhanced due to the timely detection of faulty equipment and its rapid replacement based on the results of diagnostics. The following methods of diagnostics of the electric drive of the diverting roller table and its possible malfunctions which can negatively affect the quality of the finished rolled products were analyzed: experimental identification of the relation of the forms of change in the load currents of the electric motors of the rollers with specific types of malfunctions; determination of diagnostic signs of malfunctions in the values of change in the load currents of the electric motors of the rollers; creation of a mathematical model for calculating the forces of strip transportation; development of methods and algorithms for technical diagnostics of the electric drive of the collector roller table based on characteristics of change in the load currents of the electric motors of the rollers; development of a generalized algorithm for the operation of the automated technical diagnostics system; experimental evaluation of the effectiveness of the proposed methods and algorithms for diagnostics on the operating mill. Analytical methods of solving algebraic and differential equations and systems were used in the study. As a result of the research, the technical effectiveness of the methods and algorithms developed to diagnose the eccentricity of the roller barrel of the diverting roller table, malfunctioning of the brush-collector device of the roller electric motor, the destruction of the couplings in the roller electric drive line, malfunctioning of the bearing units in the roller electric drive line or the roller sides, the correct alignment of the roller relative to the technological plane of the diverting roller was experimentally confirmed. The diagnostic methods and algorithms developed can be used to create diagnostic systems for electric drives of diverting roller table at operating mills during their reconstruction, as well as at newly built mills. The system thus developed was installed at the industrial plant's 2000 hot rolling mill.
Ключевые слова
The article considers the main requirements for pumping stations, in particular, for methods of regulating the water supply at the first lift pump unit. A description of the pumping unit and equipment is provided. The article provides a comparison of the types of the main drive units of pumping stations. It also provides a rationale for the choice of electric drive system between classical asynchronous and synchronous electric drives, as well as a system with a field regulated reluctance machine (FRRM) with a comparison of energy indicators. A description and substantiation of the control system work are also given. The articles provide the technical characteristics of the motor parameters and the daily flow rate of the station fluid. The optimal method for regulating the power supply system was chosen based on research. A mathematical model of the device which implements the chosen control method is presented. The results of mathematical modeling are presented in the graphs. A graph of the transient process is given in the case of changing speeds depending on the required fluid supply. Conclusions about the efficiency of the system are drawn and further action plans are outlined.
Ключевые слова
Статья посвящена исследованию закономерностей процесса образования накипи и его влияния на эффективность работы теплообменных аппаратов. Обычно проектирование теплообменников осуществляется при постоянном коэффициенте запаса поверхности, чтобы учесть процесс отложения накипи. Указанное обстоятельство приводит к необоснованному увеличению расхода цветного металла. В связи с этим целесообразно установить закономерности влияния на теплопередачу возрастающего во времени термического сопротивления слоя накипи. Получение расчетных рекомендаций дает возможность снизить перерасход топлива и повысить эффективность работы турбоагрегатов. Необходимость для практики решения указанных задач позволяет считать рассматриваемую работу актуальной. Проанализированы и идентифицированы факторы, влияющие на процесс образования неорганических отложений в трубках конденсаторов турбоустановок. Показано наличие определенной противоречивости выводов о влиянии на отложение накипи тепловой нагрузки, скорости и температуры воды, геометрии канала и концентрации солей в теплоносителе. Это обстоятельство затрудняло прогнозирование снижения теплосъема в процессе эксплуатации. В данной работе определена зависимость для расчета интенсивности накипеобразования в трубах при изменении скорости, температуры, жесткости теплоносителей за большой промежуток времени. Экспериментально установлено, что в диапазоне испытанных тепловых нагрузок с увеличением скорости охлаждающего теплоносителя замедляется снижение тепловой эффективности в связи с уменьшением интенсивности накипеобразования. С ростом длины трубы, температуры воды и ее жесткости повышается среднее количество отложившейся на поверхности стенки накипи. Сравнением относительной интенсивности накипеобразования в гладких и шероховатых трубах количественно показано преимущество профилированных трубок определенной геометрии.
Ключевые слова
Рациональное решение вопросов, связанных с профилактикой электротравматизма, а также с безопасностью эксплуатации и надежностью электроснабжения потребителей электроэнергии невозможно без определения параметров изоляции электроустановок. Если в процессе эксплуатации электрооборудования выявлять участки, где наблюдается устойчивое снижение уровня изоляции и заблаговременно выводить их в ремонт, то можно значительно повысить надёжность электроснабжения и безопасность эксплуатации. Таким образом, полная информация о состоянии изоляции электроустановок может быть получена при применении соответствующих методов контроля изоляции. В статье рассматривается краткая характеристика существующих методов определения параметров изоляции сети относительно земли, проанализированы погрешности косвенного метода, основанного на подключении к одной из фаз дополнительной емкости. Приведены результаты исследований на компьютерной модели влияния различных факторов на точность измерений параметров изоляции фаз сети относительно земли, которые показали, что при несимметрии фазных напряжений и изменении величины и вида нагрузки погрешность измерения не превышает 8 %.