автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Режимы электропотребления производства низковольтных аппаратов и эмальпроводов

1. ВВЕДЕНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СБОРОЧНОГО И ЭМАЛЬПРОИЗ-ВОДСТВА ПРИ ОТКЛОНЕНИЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ.

2.1. Особенности системы электроснабжения предприятий электротехнической промышленности

2.2. Анализ влияния качества электрической энергии на работу ее приемников

2.3. Математическая обработка результатов экспериментальных исследований

2.4. Методика расчета производительности сборочного производства низковольтных аппаратов

2.5. Методика расчета производительности эмаль-агрегатов

2.6. Выводы.

3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА УБЫТКОВ СБОРОЧНОГО И ЭМАЛЫ1Р0ИЗ-ВОДСТВА ПРИ НЕКАЧЕСТВЕННОМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ.

3.1. Аналитическая методика расчета убытка эмальпро-изводства при нарушениях электроснабжения

3.2. Инженерная методика расчета убытка эмальпроизводства при нарушениях электроснабжения

3.3. Убытки сборочного производства низковольтных аппаратов при перерывах электроснабжения

3.4. Убытки производства низковольтных аппаратов и эмалированных проводов при отклонениях напряжения и частоты.

3.5. Выводы.

4. УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМАМИ НАПРЯЖЕНИЯ И ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СБОРОЧНОГО И ЭМАЛЬПРО

ИЗВОДСТВА

4.1. Анализ режимов работы системы электроснабжения сборочного и эмальпроизводства

4.2. Расчет параметров режима работы системы электроснабжения при несинусоидальном напряжении

4.3. Статические характеристики и регулирующий эффект нагрузки ручных электрических инструментов и эмаль-агрегатов

4.4. Оптимизация режимов напряжения и реактивной мощности

4.5. Оптимальный режим электропотребления сборочного и эмальпроизводства

4.6. Выводы.

Реализация Энергетической программы СССР /54/ является одним из необходимых условий для ускорения перевода экономики страны на интенсивный путь развития. Она позволит существенно увеличить энерговооруженность отраслей народного хозяйства, особенно агропромышленного комплекса.

На предприятиях всех отраслей народного хозяйства страны широко применяется такая продукция электротехнической промышленности как низковольтные аппараты и эмалированные провода. Например, только на одном из крупных предприятий черной металлургии используется 10 низковольтных аппаратов /35/. Таким образом, для увеличения энерговооруженности отраслей народного хозяйства необходимо дальнейшее развитие электротехнической промышленности. Широко известна продукция Чебоксарского электроаппаратного завода (ЧЭАЗ) и Чебоксарского завода "Чувашкабель". Свыше 50 тыс. типо-исполнений - такова номенклатура ЧЭАЗ. Изделия завода получают 12500 потребителей. ЧЭАЗ специализируется на выпуске низковольтной аппаратуры: реле защиты, реле управления, контакторы постоянного и переменного тока, магнитные станции, крупноблочные щиты, панели и комплекты защиты. ЧЭАЗ изготовляет 97% выпускаемых в стране реле защиты, 80% контакторов постоянного тока, 100% панелей защиты.

ЧЭАЗ и завод "Чувашкабель" относятся к предприятиям с малой (10МВт) установленной мощностью. Номинальная мощность приемников электрической энергии сборочного производства низковольтного электроаппаратостроения и эмальпроизводства имеет значения от 0,12 до 70 кВт, но в условиях массового производства особенную важность преобретают правильные схемные решения на низшей ступени системы электроснабжения и требования к оптимальным режимам работы электрооборудования.

Режимы работы электрооборудования определяются качеством электрической энергии и влиянием на него производственного механизма.

За последние 10-15 лет проблеме качества электроэнергии в нашей стране и за рубежом уделяют большое внимание. Несмотря на достигнутые успехи в этом направлении, вопросы качества электрической энергии в системах электроснабжения промышленных предприятий являются актуальными.

Вопросы регулирования напряжения и качества электрической энергии рассматривались на Всесоюзных научно-технических совещаниях и конференциях /18,42,66/. Актуальность проблемы привела к принятию /17/ и утверждению ГОСТ 13109-67 /22/. Это первый в мировой электротехнической практике официальный документ, нормирующий комплекс показателей качества электрической энергии, которые должны быть обеспечены с интегральной вероятностью не менее 0,95.

Нормы ГОСТ 13109-67 играют положительную роль в деле повышения качества электроэнергии, но многие современные промышленные предприятия имеют величину отклонения напряжения + 10% от номинального значения, а иногда + 15%, "Плохое" качество электроэнергии вызывает значительные убытки промышленных предприятий. Исследования, проведенные в шурупном цехе метизно-металлургического завода,показали, что при отклонении напряжения на 10% от номинального производительность накатных автоматов снизилась, что только на 10 автоматах привело к убытку 20 тыс. руб. в год /3/.

Проблема качества электрической энергии должна решаться не только по пути соблюдения установленных норм, но и определения такого целесообразного уровня показателей качества для каждого конкретного производства, при котором достигается максимальная эффективность процессов производства. В настоящее время еще не выработаны вполне обоснованные допустимые значения показателей качества электроэнергии для всего разнообразия существующих приемников электрической энергии. Это положение относится в полной мере и к приемникам электрической энергии электротехнической промышленности. Таким образом, вопрос нормирования показателей качества электрической энергии и их оптимизации требует серьезных исследований, связанных с повышением качества электроэнергии в промышленности.

Важнейшей и наиболее сложной является задача по определению функциональной зависимости показателей качества электроэнергии и условий работы технологического оборудования. Для получения достоверной информации о влиянии показателей качества электроэнергии на работу приемников электрической энергии необходимо обследование не только отдельных приемников, но и целых групп и производств. Это позволит определить народнохозяйственные убытки при изменении показателей качества электроэнергии и, следовательно, экономический эффект при проведении мероприятий по повышению экономичности режимов работы системы электроснабжения. Выявление народнохозяйственных убытков будет способствовать уточнению допустимых норм отклонения показателей как с технической, так и с экономической точки зрения, а так же определению оптимальных значений этих показателей. Теория оптимального управления разработана уже достаточно глубоко /45/, но методы решения конкретных задач оптимизации режима систем электроснабжения разработаны еще недостаточно.

Проблема оптимизации системы электроснабжения должна решаться в комплексе с задачами выбора рационального уровня напряжения в системе электроснабжения промышленного предприятия с учетом перспективы его развития; рационального размещения подстанций на территории предприятия, что способствует снижению потерь электроэнергии и облегчает регулирование напряжения; выбора рацио -нальных сечений линии электропередачи; определения целесообразной мощности компенсирующих и регулирующих устройств.

В настоящее время большое внимание уделяется вопросам экономии всех видов энергии. Как отмечается в /37,70/, реальная экономия энергии невозможна без знания технологии и правильно определенных нормативов, без контроля и отчетности. Одним из путей экономии электроэнергии в системах электроснабжения является снижение расхода электроэнергии на её транспорт и преобразование, называемого в дальнейшем "потери". Для разработки мероприятий по снижению потерь электроэнергии важно правильно рассчитать их величину. Методы расчета потерь мощности и электроэнергии достаточно полно изложены в /24,49,50,52,53,55,56,62,70/. Современная электротехническая промышленность является достаточно крупным потребителем электрической энергии, которую в основном потребляет электропривод. Режим потребления электроэнергии существенно зависит от уровня напряжения в сети. При отклонениях напряжения, например, резко изменяется потребление реактивной мощности двигателями, это приводит к дополнительным потерям мощности и напряжения, снижению коэффициента мощности предприятия, что приводит к установке дополнительных компенсирующих устройств. Возрастают потери электроэнергии во всех элементах системы электроснабжения. Поэтому поддержание рациональных режимов напряжения в системе электроснабжения является одним из путей экономии электрической энергии и её эффективное использование.

В энергосистеме возможны случаи возникновения дефицита мощности и энергии, вынуждающие энергосистему частично отключать нагрузку потребителей или ограничивать временно отпуск им электроэнергии. Требование потребителей о том, чтобы электроснабжающая организация полностью обеспечивала их электроэнергией надлежащего напряжения и частоты при 100%-ой надежности практически неосуществимо, так как стремление выполнить это потребовало бы огромных затрат, что явно нецелесообразно.

В настоящее время вопросам определения экономических убытков от нарушения электроснабжения по отдельным категориям потребителей уделяется большое внимание /14,20,34,43/. Проведенные исследования убытков по промышленным предприятиям показали, что обычно применяемые методы оценки убытков промышленных потребителей из-за перерыва электроснабжения для выбора их оптимальных схем электроснабжения не могут быть использованы в полной мере для определения последствий нарушения электроснабжения предприятий со стороны энергосистемы. В /20/ изложен материал по данным обследования промышленных предприятий от нарушения электроснабжения из-за временного дефицита мощности и энергии в энергосистеме. Среди обследованных предприятий имеется и кабельный завод. Но наличие суммарных убытков при компенсации недовыпуска продукции за счет сверхурочных работ позволяет сделать вывод о том, и V и U V У что исследованным кабельный завод имеет прерывный график работы. К тому же приведенные данные убытков определены при полном от -ключении предприятия.

В зарубежных странах тоже уделяют внимание оценке экономического убытка от перерывов электроснабжения. Однако там понятие народнохозяйственного убытка фактически подменяется понятием коммерческого ущерба, регламентируемого соглашением между энерго-снабжающей компанией и потребителем. На конференции (Лондон,1967) по вопросам надежности электроснабжения в докладе Шепперда оценка стоимости внезапных перерывов электроснабжения промышленных цредприятий, питающихся от распределительных сетей Великобритании, произведена исходя из часовой оплаты труда приблизительно каждого из 10 млн. работников, занятых в промышленности, и потребляемой электрической мощности всех промышленных предприятий около 12 млн. кВт. Однако, такой метод оценки убытка не может быть признан достоверным.

Энергосистема вынуждена обязательно распространять режимные мероприятия на предприятия, работающие по непрерывному графику. Это необходимо для разгрузки энергосистемы в выходные дни и ночные часы, когда одно- и двухсменные предприятия не работают.

В связи с отмеченным обстоятельством, разработку режимов электроснабжения потребителей целесообразно вести с учетом убытка от нарушения электроснабжения промышленных предприятий с непрерывным режимом работы. Для разработки оптимальных режимов электро -снабжения потребителей и приемников электрической энергии важно знать удельные показатели их убытков от перерывов электроснабжения.

Мероприятия по оптимизации режимов электропотребления систем электроснабжения (СЭС) предприятий электротехнической промышленности определяется режимом напряжений на зажимах приемников электрической энергии и в узлах нагрузки, режимом активной и реактивной мощностей, количественным составом высших гармонических ка -чественных показателей режима, схемными решениями.

Диссертационная работа основана на ^богатом экспериментальном материале: исследованы параметры работы 3300 агрегато-час произ -водства низковольтных аппаратов и 18000 агрегато-час производства эмальпроводов.

В работе исследуется в основном первая (низшая) ступень СЭС и уделяется особое внимание увеличению производительности и снижению удельного расхода электроэнергии в условиях массового производства.

Делая выводы по вышеизложенному материалу, определяются цель работы к задачи исследования.

Целью работы является оптимизация режимов электроснабжения производства низковольтных аппаратов и эмалированных проводов путем управления рабочим напряжением.

В работе решаются следующие задачи:

1. Определение количественных оценок влияния качества напряжения на работу приемников электрической энергии основных производств предприятий электротехнической промышленности.

2. Выявление оптимальных отклонений напряжения на низшей ступени системы электроснабжения основных производств электротехни -ческой промышленности.

3. Разработка методики расчета производительности удельного и общего расходов электроэнергии сборочных конвейеров и эмаль-агрегатов.

4. Разработка аналитической и инженерной методики расчета убытка эмальпроизводства при нарушении электроснабжения.

5. Разработка схемы управления эмаль-агрегатами, обеспечивающей увеличение производительности механизмов и снижение расхода электроэнергии на единицу выпускаемой продукции.

6. Экспериментальные исследования разработанной схемы и внедрение её в промышленную эксплуатацию.

Методы проведения исследований. В работе использовался аппарат спектрального и регрессионного анализа, статистической оценки и обработки экспериментальных результатов. Расчеты выполнялись на ЕС ЭВМ по стандартным црограммам, переработанным применительно к условиям исследований. Аналитическая методика расчета убытка разрабатывалась с учетом особенностей технологии производства эмалированных проводов и низковольтных аппаратов на основе корреляционных зависимостей электрических и технико-экономических показателей.

Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в следующем:

1. Для сборочного производства низковольтных аппаратов и эмальпроизводства электротехнической промышленности определены диапазоны напряжений, не влияющие на качество выпускаемой продукции, и выявлены оптимальные уровни напряжения, соответствующие максимальной производительности при минимальном расходе электроэнергии.

2. Разработана методика аналитического расчета производительности, удельного и общего расхода электроэнергии сборочного и эмальпроизводства при отклонениях параметров режима.

3. Разработана методика расчета оптимального напряжения по условию минимума потерь мощности в синхронном двигателе.

4. Разработана методика, получены статические характеристики и определен регулирующий эффект нагрузки ручных электрических инструментов и эмаль-агрегатов.

5. Получены зависимости убытков сборочного и эмальпроизводства при отклонениях напряжения.

6. Разработаны аналитическая и инженерная методики расчета убытков сборочного и эмальпроизводства при нарушении электроснабжения.

7. Разработана схема автоматического управления эмаль-агрегатами и методика определения допустимой границы её применения в системе электроснабжения.

Практическая ценность. Предложенные схемы автоматического управления низшей ступенью электроснабжения эмальпроизводства позволяют стабилизировать температурный режим эмальпечей, улучо шить качество выпускаемой продукции, значительно увеличить производительность эмаль-агрегатов при одновременном снижении расхода электроэнергии на единицу выпускаемой продукции. Использованные в новых разработках серийно выпускаемые тиристоры, диоды и электромагнитные стабилизаторы напряжения значительно снижают затраты на модернизацию электроустановок.

Предложенные инженерная методика расчета, удельные показатели и зависимости дают возможность определить убытки при внезапных и плановых отключениях, различной длительности перерыва электроснабжения как отдельных агрегатов так и эмальпроизводства в целом.

Результаты, полученные в работе, могут быть использованы для разработки агрегатов непрерывного процесса производства волочения и эмалирования проволоки, в приборостроении, электротермии, при производстве высоковольтных аппаратов, микрокабелей, исполнительных механизмов и в сборочно-монтажном производстве.

Реализация работы. Разработанные методики расчета удельного и общего расхода электроэнергии, производительности сборочного и эмальпроизводства, аналитическая и инженерная методики расчета убытков используются на предприятиях электротехнической промыт -ленности, энергонадзоре РЭУ Чувашэнерго г. Чебоксары и в учебном процессе по специальности 0303 Чувашского госуниверситета им. И.Н. Ульянова.

Внедрение результатов работы на заводе "Чувашкабель" г. Чебоксары позволило обеспечить экономический эффект 15 тыс. руб. при росте производительности труда на 2,3% и снижении удельного расхода электроэнергии на 3,4%.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном научно-техническом совещании "Оптимизация и снижение потерь энергии в электрических сетях" (г. Тернополь, 1978 г.); конференциях Чувашского государственного университета им. И.Н.Ульянова (г. Чебоксары 1974-84 гг); научно-технических семинарах кафедры ЭПП МЭИ (1978-84 гг.); Республиканских конкурсах на лучшее предложение по экономии тепло вой и электрической энергии (г. Чебоксары, I98I-I983 гг.).

Выносятся на защиту результаты экспериментальных исследований параметров режима работы электрооборудования систем электроснабжения сборочного производства низковольтных аппаратов и эмаль-производства электротехнической промышленности; методика аналитического расчета производительности, удельного и общего расходов электроэнергии сборочных конвейеров и эмаль-агрегатов; аналитическая и инженерная методики расчета убытков сборочного и эмаль-производства при нарушениях электроснабжения и их удельные величины; схема автоматического управления эмаль-агрегатами; методика расчета оптимального напряжения по условию минимума потерь мощности в синхронном двигателе; статические характеристики нагрузок и зависимости убытков производства низковольтных аппаратов и эмалированных проводов от отклонений напряжения.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 статей.

Объем и структура работы. Диссертационная работа содержит 100 страниц машинописного текста, 40 иллюстраций, 10 таблиц, 4 приложения и библиографический список из 87 наименований. Общий объем диссертационной работы 180 страниц.

На основании выполненных исследований и расчетов можно сде лать следующие выводы,

1. Качество выпускаемой проду1сции не зависит от отклонения напряжения в диапазонах от - 5% до + 7,5% в сборочном производ стве низковольтных аппаратов, от - 2,5 до + 5% в производстве эмалированных проводов.2. Разработана методика аналитического расчета производитель ности, удельного и общего расходов электроэнергии сборочных кон вейеров и эмаль-агрегатов, позволяющая определить экономические характеристики для оценки убытков от отклонений напряжения и час тоты.3. При отклонении напряжения + 5% производительность эмаль агрегатов повышается на 2,84%, сборочных конвейеров - на 1,65%.4. Экономические показатели сборочных конвейеров и эмаль агрегатов ухудшаются даже в тех случаях, когда отклонения напря жения не выходят за пределы ГОСТ 13109-67. Для каждого типа обсле дованных агрегатов выявлены уровни рабочих напряжений, обеспечи вающие заданную производительность. Рекомендуемые диапазоны откло нений напряжения на агрегатах: сборочного производства (0*2,5)%; эмальпроизводства (0+5)%. Оптимальными отклонениями напряжения на агрегатах являются: +2,5% для сборочного производства; + 5% для эмальпроизводства.5. Разработаны аналитическая и инженерная методики расчета убытков сборочного и эмальпроизводства при нарушениях электроснаб жения и определены их удельные величины.Ввиду относительно большой величины убытков, сложности налад ки технологического процесса и значительной величины брака меди рекомендуется обеспечивать бесперебойное электроснабжение эмаль агрегатов при дефиците мощности в энергосистеме.6. С ростом длительности нарушения электроснабжения эмаль производства удельные убытки на I кВт отключенной мощности уве личиваются, а удельные убытки на I кВт.ч недоотпущенной электро энергии снижаются и при f = 6 ч составляют соответственно б р/кВт и 1,35 р/кВт.ч.7. Регулирующий эффект нагрузки имеет значения от 1,0 до 4,8 для ручных электрических инструментов и от 2,0 до 4,3 для эмаль агрегатов.8. Разработана и внедрена в производство схема автоматичес кого управления эмаль-агрегатами, обеспечивающая рост производи тельности труда на 2,3% и снижедие удельного расхода электроэнер гии на 3,4%,

9. Определены допустимые границы применения разработанной схемы управления эмаль-агрегатами на основе спектрального анализа качественных показателей режима системы электроснабжения.