автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка энергосберегающих режимов комплекса "система электроснабжения - дуговая сталеплавильная печь" с учетом электромагнитной совместимости

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Современное состояние проблемы.

1.2. Задачи исследования.

ГЛАВА 2. ОБЩИЙ АНАЛИЗ КОМПЛЕКСА СЭС-ДСП

2.1. Общая модель комплекса СЭС-ДСП.

2.2. Критерии оптимизации электротехнологических режимов комплекса СЭС-ДСП.

2.3. Ограничения на параметры комплекса СЭС-ДСП в условиях электромагнитной совместимости.

ГЛАВА 3. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ РЕЖИМОВ КОМПЛЕКСА СЭС-ДСП

3.1. Методика расчета электрических и рабочих характеристик комплекса СЭС-ДСП.

3.2. Рабочие характеристики ДСП для разных ступеней электропечного трансформатора и параметров СЭС.

3.3. Анализ условий работы ДСП с учетом нагрузки электропечного трансформатора.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ КОМПЛЕКСА СЭС-ДСП

4.1. Математическая модель комплекса СЭС-ДСП.

4.2. Исследование электротехнологического процесса комплекса СЭС-ДСП в режиме расплавления.

4.3. Анализ влияния тока дуги на электротехнологические режимы ДСП.

4.4. Анализ влияния параметров СЭС на электротехнологические режимы ДСП.

4.5. Анализ энергосберегающих режимов комплекса СЭС-ДСП.

4.6. Условия обеспечения электромагнитной совместимости комплекса СЭС-ДСП.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ РЕЖИМОВ КОНКРЕТНОГО КОМПЛЕКСА СЭС-ДСП

5.1. Экспериментальные исследования электротехнологического режима расплавления конкретного комплекса СЭС-ДСП-40.

5.2. Экспериментальные исследования эффективности энергосберегающих режимов для конкретного комплекса СЭС-ДСП-40.

ВЫВОДЫ.

Металлургические предприятия потребляют около 30 % вырабатываемой электроэнергии и являются наиболее энергоемкой отраслью промышленности.

С переходом на рыночные отношения составляющая энергетических затрат в себестоимости металлургической продукции выросла с 0,8 % до 30 % [17]. Одновременно наблюдается опережающий рост стоимости энергоресурсов по сравнению с ростом цен на металлопродукцию, что смещает акцент с задачи достижения максимальной производительности на задачу более эффективного использования ресурсов и, в частности, электроэнергии.

В современном производстве широкое применение получили энергоемкие энергетические установки, наиболее мощными из которых являются дуговые сталеплавильные печи (ДСП). Причем доля мирового производства стали в ДСП непрерывно возрастает и в настоящее время превышает 30% общего производства стали. Одновременно возрастают емкости электропечей и мощности печных трансформаторов. Введены в эксплуатацию сверхмощные ДСП-100 с печными трансформаторами мощностью 80 МВА.

Увеличение доли производства стали в ДСП определяется рядом причин, в том числе тем, что ДСП могут выплавлять любые марки стали, включая высококачественные, специальные, а процесс ведения плавки поддается высокой степени автоматизации.

С ростом мощностей ДСП и интенсификацией процесса плавки повышаются требования к качеству управления режимом работы ДСП с позиций энергосбережения, особенно в период расплавления металла, характеризующийся наибольшими электрическими мощностями и ухудшением показателей качества электроэнергии в питающей сети. Отклонения от энергосберегающих режимов ДСП в этот период приводят к существенным потерям электроэнергии, и могут вызвать нарушение условий электромагнитной совместимости в системе электроснабжения (СЭС).

Улучшение технико-экономических показателей электротехнологического процесса производства металлопродукции и эффективное использование электроэнергии является в настоящее время актуальной задачей.

Для ее решения требуется проведение всесторонних исследований и проведенный анализ показывает, что ряд вопросов до настоящего времени остается открытым, а их решение позволит реализовать существующие потенциальные возможности дополнительного повышения экономичности работы комплекса СЭС-ДСП.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, 15 страниц списка литературы из 122 наименований, и приложения; содержит 130 стр. основного текста, 33 иллюстраций и 17 таблиц, 49 стр. приложений.

выводы

В диссертационной работе изложены научно обоснованные технические разработки, обеспечивающие решение актуальной задачи в области электрических комплексов и систем. Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана математическая модель комплекса СЭС-ДСП для исследования рабочих и электротехнологических характеристик процесса расплавления в ДСП.

2. Разработаны и обоснованы критерии оптимизации электротехнологических режимов комплекса СЭС-ДСП.

3. Разработана методика расчета энергосберегающих и оптимизационных электротехнологических режимов комплекса СЭС-ДСП.

4. Усовершенствована методика учета ограничений по электромагнитной совместимости комплекса СЭС-ДСП, а также учета допустимых нагрузочных режимов электропечного трансформатора ДСП.

5. Выполнен анализ влияния вариаций режимов и параметров СЭС на основные показатели электротехнологического процесса режима расплавления ДСП.

6. Предложены практические рекомендации по энергосберегающим режимам для конкретного комплекса СЭС-ДСП.

7. Разработан пакет прикладных программ для оптимизационных расчетов электротехнологических режимов комплекса СЭС-ДСП на ЭВМ.

1. Аракелов В.Е. Комплексная оптимизация энергоустановок промышленных предприятий. -М.: Энергоатомиздат, 1984.

2. Вагин Г.Я., Лоскутов А.Б., Головкин Н.Н. Концепция применения мощных дуговых сталеплавильных печей на промышленных предприятиях// Промышленная энергетика. 1990. - №11.- С. 19 - 24.

3. Веников В.А., Глазунов А.А., Тюханов Ю.М. Математические модели формирования схем электроснабжения при автоматизированном проектировании. Электричество, 1983, №1.

4. Влияние дуговых электропечей на системы электроснабжения. Под ред. М.Я. Смелянского, Р.В. Минеева. М.: Энергия, 1975. 184 с.

5. Воронов А.А. Основы теории автоматического управления: Автоматическое регулирование непрерывных линейных систем -2-е изд., перераб. М.: Энергия, 1980.

6. Высокомощные электрические печи и новая технология производства стали. Тематический отраслевой сборник. Под ред. А.Н.Морозова. М.: Металлургия, 1986.

7. Григорьев В.П., Нечкин Ю.М., Егоров А.В., Никольский J1.E. Конструкции и проектирование агрегатов сталеплавильного производства. М-: Изд. МИСИС, 1995.

8. Евсеева Н.В. Электрические характеристики дуги переменного тока в дуговой сталеплавильной печи// Электромеханика. (Изв. высш. учеб. заведений). 1994. - №3. - С.64 - 70.

9. Ермилов А.А., Соколов Б.А. Электроснабжение промышленных предприятий. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 144 с.

10. Ермуратский П.В. Нетушил А.В. Электрические процессы в цепях с электрической дугой. Электричество, 1993, №3.

11. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промышленных предприятий. 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1994. 272 с.

12. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. -2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 186 с. - ( Экономия топлива и электроэнергии ).

13. Жежеленко И.В., Божко В.М, Вагин Г.Я., Рабинович M.J1. Эффективные режимы работы электротехнологических установок. Киев.: Техника, 1987.- 183 с.

14. Иванов B.C., Соколов В.И. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энерго-атомиздат, 1987. 336 с. - ( Экономия топлива и электроэнергии ).

15. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1978. 736 с.

16. Каганов В.Ю., Блинов О.М., Беленький A.M. Автоматизация управления металлургическими процессами. М.: Металлургия, 1974. 416 с.

17. Карманов В.Г. Математическое программирование. М.: Наука, 1975 -272с.

18. Карякин Н.А. Угольная дуга высокой интенсивности, М.: Госэнергоиздат, 1978.

19. Кучумов J1.A., Маркелов В.В. Электрические схемы замещения дуговой сталеплавильной печи, работающей в режиме расплавления при несинусоидальных и несимметричных токах. Электротермия. 1973. №12, с. 136.

20. Майзель М.М. Автоматика, телемеханика и системы управления производственными процессами. М.: Высшая школа, 1972. 464 с.

21. Макаров А.Н. Методика расчета КПД дуг дуговых сталеплавильных печей. //Энергосбережение в промышленности: Межвуз. сб. научных трудов. Тверь: Изд. ТГТУ, 1999. С. 14-16.

22. Макаров А.Н. Теплообмен в дуговых сталеплавильных печах. Тверь.: Тверской государственный университет, 1998 - 184 с.

23. Макаров А.Н., Рубцов В.П., Пешехонов В.И., Папков Д.С. Влияние изменения мощности трансформатора на эффективность работы дуговой печи // Электротехника. 1999. № 2. С 40-43.

24. Макаров А.Н., Шимков М.Б. Влияние КПД дуг на потребление электроэнергии дуговыми сталеплавильными печами постоянного и трехазного токов. Электротехника, 2002, №7.

25. Марков Н.А. Электрические цепи и режимы дуговых электропечных установок.-М.:Энергия, 1975.

26. Методики проведения инструментальных обследований при энергоаудите / НИЦЕ. Н. Новгород, 1998. - 80 с.

27. Методические указания по организации приборного контроля качества электроэнергии у потребителей// Промышленная энергетика. 1984. - №3. -С.48 - 50.

28. Минеев А.Р. Малозатратные методы и структуры фильтросимметрирова-ния и компенсации реактивности (на примере электрических печей). -Электротехника, 1997, №4.

29. Минеев А.Р. Энергосберегающая статистическая и динамическая оптимизация параметров и структур компьютеризованных электроприводов (на примере электрических печей). Электротехника, 1998, №10.

30. Минеев Р.В., Михеев А.П., Рыжнев Ю.Л. Графики нагрузок дуговых электропечей. М.: Энергия, 1977. 120 с.

31. Никифоров Г.В. Повышение эффективности электропотребления энергоемких производств в условиях ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат": Автореф. дис. канд. техн. наук. Челябинск, 1998.

32. Никольский JI.E., Бортничук Н.И. и др. Промышленные установки электродугового нагрева и их параметры; Под ред. J1.E. Никольского. М.: Энергия, 1971 г.

33. Нормирование показателей качества электрической энергии и их оптимизация / Под ред. А. Богуцкого, А.З. Гамма, И.В. Жежеленко. Гливице: Изд-во Силезского политехнического института. 1988.

34. Окороков Н.В., Никольский JT.E. Исследование распределения излучения однофазной и трехфазной дуг на моделях цилиндрической сталеплавильной печи. Известия вузов. Черная металлургия, 1958, №12.

35. Петров Ю.П. Синтез оптимальных систем управления при не полностью известных возмущающих силах.: Учебное пособие. JL: Изд-во Ленинградский университет, 1987. - 292 с.

36. Минеев Р.В., Михеев А.П., Рыжнев Ю.Л. Повышение эффективности электроснабжения электропечей. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 208 с. - (Экономия топлива и электроэнергии).

37. Поликарпов Е.А. Об оптимизации систем промышленного электроснабжения. Промышленная энергетика, 2001, №8.

38. Салтыков В.М., Салтыкова О.А. Электромагнитная совместимость дуговых сталеплавильных печей в системах электроснабжения. Тольятти: Изд. Кассандра, 1998. 88 с.

39. Развитие теории энергосбережения электротехнологических процессов. Отчет по г/б 03540 / ТолПИ: Салтыков А.В. и др. №01.9.70008894. - Тольятти, 2000. - 103 с

40. Развитие теории энергосбережения электротехнологических процессов: Отчет по г/б 03540/ ТолПИ: Салтыков А.В. и др. №01.9.10031751. - Тольятти, 1997. - 67 с.

41. Разработка энергосберегающего метода и автоматизированной системы управления: Отчет по г/б 03537 / ТолПИ: Салтыков А.В. и др. № ГР 01.9.10031751. - Тольятти, 1995. - 103 с.

42. Рациональные режимы ДСП-40 по себестоимости. Салтыков А.В. и др. Материалы всероссийской научно-технической конференции "Технический ВУЗ наука, образование и производство в регионе". Тольяттинский государственный университет, 2001. - 390 с.

43. Рубцов В.П., Дмитриев И.Ю., Минеев А.Р. Параметры дугового разряда и их влияние на эффективность работы электротехнологических установок. Электричество, 2000, №8.

44. Савченко В.Д., Зориков Ю.П., Самыгин Р.П., Платонов П.М., Тихонов П.Г. Выбор структуры и параметров системы автоматического регулирования мощных дуговых и ферросплавных печей// Промышленная энергетика. -1989. №9. - С.65 - 70.

45. Салтыков А.В., Евграфов А.В. Постановка на ЭВМ расчетов параметров печного контура и характеристик дуговых электропечей. Тезисы докладов студенческой научно-технической конференции, Тольятти, 1993, с. 67.

46. Салтыков А.В., Салтыков В.М., Борисов В.И. Особенности технологических режимов дуговых сталеплавильных печей. Тезисы докладов Юбилейной научно технической конференции, Тольятти, 1997, с.8.

47. Салтыков А.В., Абакумов A.M. и др. Определение тепловых потерь технологического режима ДСП. Межвузовский сборник научных трудов "Наука, техника, образование Тольятти и Волжского региона" Выпуск 4. Часть 2. ТолПИ, Тольятти, 2001, с.354.

48. Салтыков А.В., Салтыкова О.А. Влияние регулятора мощности дуговой сталеплавильной печи на изменения средней мощности дуги. Тезисы докладов Всероссийского XVII семинара "Кибернетика электрических систем", Новочеркасск, "Электромеханика", № 6, 1995 г.

49. Салтыков В.М. Исследование вероятностных характеристик резкопере-менных электрических нагрузок и их влияние на качество электроэнергии в сетях промышленных предприятий: Автореф. дис. канд. техн. наук. Ленинград, 1978.

50. Салтыков В.М., Вахнина В.В. Анализ и расчет высших гармоник тока и напряжения дуговых сталеплавильных печей// Электромеханика. (Изв. высш. учеб. заведений). -2000. №1.

51. Салтыков В.М., Салтыкова О.А. Определение тока и параметров печного контура для рационального режима дуговой сталеплавильной печи// Энергетика. (Изв. высш. учеб. заведений). 1989. - №1. - С.56-57.

52. Салтыкова О.А. Электромагнитная совместимость дуговых сталеплавильных печей и электроприемников промышленных предприятий: Автореф. дис. канд. техн. наук. Горький, 1987.

53. Экономика в электроэнергетике и энергосбережение посредством рационального использования электротехнологий. Учебное пособие для вузов/ Коллектив авторов. СПб., Энергоатомиздат, Санк - Петербургское отделение. 1998. - 368 е.: ил.

54. Сапко А.И. Исполнительные механизмы регуляторов мощности дуговых электропечей. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1963.

55. Свенчанский А.Д., Трейзон З.Л., Мнухин Л.А. Электроснабжение и автоматизация электротермических установок. М.: Энергия, 1980.

56. Смоляренко В.Д., Кузнецов Л.Н. Энергетический баланс дуговых сталеплавильных печей. М.: Энергия, 1973 г.

57. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Корн Г., Корн Т. М.: Наука, 1984. - 832 с.

58. Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных установок/ Под ред. Я.М. Большама, В.И. Круповича, М.Л. Самовера. -М.: Энергия, 1974.-728 с.

59. Справочник по проектированию электроснабжения/ Под ред. Ю.Г. Бары-бина и др. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 576 с.

60. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию/ Под ред. А.А. Федорова. М.: Энергоатомиздат, 1986. 568 с.

61. Статические источники реактивной мощности в электрических сетях/ В.А. Веников, J1.A. Жуков, И.И. Карташев, Ю.П. Рыжов. М.: Энергия, 1975.

62. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М.: Радио и связь, 1982. -624 с.

63. Фарнасов Г.А. Автоматизация процессов электроплавки стали. 4.1. М.: Металлургия, 1971. 231 с.

64. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1983. 208 с.

65. Хитрик С.И., Чуйко Н.М. Зависимость между напряжением и длиной дуги переменного тока, ДОМЕЗ, 1935, №10.

66. Черепанов В.В. Расчеты несинусоидальных и несимметричных режимов систем электроснабжения промышленных предприятий.: Учебное пособие. Горький: изд. ГТУ, 1989. - 88 с.

67. Шевцов М.С., Бородачев А.С. Развитие электротермической техники/ Под ред. А.Ф. Белова. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 208 с.

68. Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества энергии в электрических сетях. Киев: Наукова думка, 1985. - 265 с.

69. Шидловский А.К., Куренный Э.Г. Введение в статистическую динамику систем электроснабжения. Киев: Наукова думка, 1984. - 273 с.

70. Шидловский А.К., Таранов С.Г. , В.В. Брайко и др. Серийные средства измерения показателей качества электрической энергии// Промышленная энергетика. 1983. - №8. - С. 19 - 21.

71. Экономия энергии в промышленности. Учебное пособие/ Г.Я. Вагин, А.Б. Лоскутов. Нижегородский технический университет. Н. Новгород, 1998. -220 с.

72. Электрические промышленные печи: Дуговые печи и установки специального нагрева: Учебник для вузов/ А.Д. Свенчанский, И.Т. Жердев, A.M. Кручинин и др.; Под ред. А.Д. Свенчанского. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоиздат, 1981.

73. Электрические системы. Передача энергии переменным и постоянным током высокого напряжения / Под ред. В.А. Веникова М.: Высшая школа, 1972.- 368 с.

74. Электрические системы. Электрические сети/ Под ред. В.А. Веникова. -М.: Высшая школа, 1971. 438 с.

75. Электрооборудование и автоматика электротермических установок: Справочник/ Под ред. А.П.Альтгаузена, М.Д. Бершицкого, М.Я. Смелянского и др. -М.: Энергия, 1978.

76. Электрооборудование и элементы автоматизации электроплавильных установок/ Г.А. Фарнасов, В.Л. Рабинович, А.В. Егоров. М.: Металлургия, 1976.- 336 с.

77. Электроснабжение электротехнологических установок/ Борисов Б.П., Вагин Г.Я. Киев: Наук. Думка, 1985. - 248 с.

78. Электротермическое оборудование: Справочник/ Под общ. Ред. А.П. Альт-гаузена. -2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1980. - 416 с.

79. Электротехнический справочник: В 3 т. Т. 3. В 2 кн. Кн. 1. Производство и распределение электрической энергии (Под общ. ред. Профессоров МЭИ: Орлова (гл.ред.) и др.) 7-ое изд., испр. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1988. -880 с.

80. Элементы теории управления в расчетах переходных процессов в системах электроснабжения. Учебное пособие/ A.M. Абакумов. Авиационный институт. Куйбышев, 1985. - 60 с.

81. A methodology for assessment of Harmonic Impast and compliance with standards for distributions systems/ G.T.Heyclt, D.J.Kish, J.Hill // Proc. 4-th Intern. Conf. On Harmonic in Power System. Budapest. 1990.

82. A new control strategy for reducing flicker of electric arc furnaces/ Schnahnerelle Jochen, Horger Woltgang// MPT Int. MPT: Met. Plant. And Techn. 1997. - [ 20 ], №4. - c.60 - 62.

83. Asupra unor astecte ale regimului electroenergetic la cuptoare trifazafe cu are electric/ Sora I., Balteanu St., Bacila D.// Bui. Sti. Si. Tehn. Inst. Politehn. Timisoura. Electrotehn. 1991. - 36. №1 - 2. - C.59 - 68.

84. Berges Harald. Mittag Peter The comelt electric arc furnace with side electrodes // Metallurgical Plant and Technology International. 1995. № 4. P. 64-66.

85. Bruhim J. Spannungsverzrrung in Energieversorgungsnetzeneine Ueberafichio. -Elektrizitatsverwertung, 1974, 49, 9. A. 337 - 346, 336.

86. Carpanelli G., Gagliargi F., Piccolo A., Verde P. Threephase modelling of Active Passive Filtres.// Proc. 4-th Intern. Conf. On Harmonic in Power System. Budapest. 1990.

87. Gemini Gianni, Garrito Valerio. New developments in electric aerofurnace technology // Metallurgical Plant and Technology. 1991. № 1. P. 52-54.

88. Grosjean J.C., Destannes Ph., Maurer G. a.o. Etude et developpement du four electrique monoarc a courant continu ARP // Review metall. 1992. Vol. 89, № 2. P. 147-154.

89. Harmonic analysis in electric arc furnace steelmaking facilities/ Gilker Clyde, Mendis Reginald S., Bishop Martin T.// Iron and Steel Engineer. 1993. - 70, №5. - C.40 - 44.

90. Higher harmonic currents and voltages in the power of a three phase electric are furnace/ Hradilek Zdenek// Sb. Veb. pr. VSB Ostare R. Elektotechnic. -1992. - 1,№1.-C. 1 - 11.

91. Ioanovic R. Surtensions intervenant au cours du fonctionnement des fours electriques des reduction et nouveau procede pour compenser 1 energie absrbee par ces fours. VI Congress International d Electrothermie, 1968, № 116.

92. Krabiell H. Der Anschluss von Lichtbogenofen zum stahlschmelzen an die offenlichen stromversorgunge Netze. Electro-Anz.Ausg.desInd. 1968. № 21.

93. Lemmemmier J. Einflusse des Lichtbogenofene auf die apeisenden Netze. -Elektri. Zitatsvermertung, 1971, 46, 12. - A. 339 - 352.

94. Lemmenmeier J. Netzstorungen durch den Betrieb von Lichtbogenofen und Schweissmaschinen // Eiektrizitatsverwertung, 1968, 43, № 9-10.

95. Mollenkamp F.W. Die Zukunft des Electrostahle "Klepsing Fachber". 1968, 76, № 10.

96. New high performance electric arc furnace concept / Haissig Manfred // Iron and Steel Engineer. - 1992. - 69, №7. - C.43-47.

97. New steel melting technologies/ Jones J.A.T.// Iron and Steelmaker. 1996. - 23 №4. - c.49 - 50.

98. PLC reduces furnace running cots// Steel Times. 1994. - 222, №10. - C.396.

99. Szabados B. Field measurement of power system impedance at harmonic frequencies. In: Intern. Electrical, Electronics Conf. and Expos., 1979, S.l.

100. Untersuchung elektro mechanischer Schwingungen der Electroden - Tragarm -System von Lichtbogenofen. Tag. "Selbsterregte Schwingungen", Fulda, 1-2. April, 1992/ Timm K// VDI - Berlin. - 1992. - №957. - C.59 - 76.

101. Verfahren zur Regelung des Sepmelz prozesses in einem Drchstrom -Lichbogesofen: Заявка 4415727 ФРГ, МКИ H 05 В 7/148, Н 05 В 7/144/ Рорре Thomas, Hohendahl Kurt, Martinetz Thomas; Siemens AG. -№4415727.4; Заявл. 5.5.94; Опубл. 9.11.95.