Изследване отклонението и несиметрията на напрежението при работа на мощни електродъгови стоманодобивни пещи

Проблемите с качеството на електрическата енергия с всяка изминала година стават все по-актуални. Необ­ходимостта от провеждане на мероприятия за повишаване качеството на електроенергията нараства с развитието и широкото прилагане в производството на вентилни преобразователи и различни технологични установки като електродъгови стоманодобивни пещи, заваръчни агрегати и др. Проблемите, свързани с качеството на електри­ческата енергия в системите на електроснабдяване на промишлените предприятия са предмет на редица публикации (Хацевский и др., 2012, Коновалов и др., 2014, De Keulenaer, 2002). Методика за оценка на щетите от влошено качество на електро-енергията е дадена в (Chapman, 2001).

Управление качеството на електроенергията чрез стандарта ISO 50001 е предложено в (Савин и др., 2012). Изследвания на хармоничния състав на напрежението и тока при работа на мощни електродъгови стоманодобивни пещи са описани в (Стоилов и др., 2015).

Целта на настоящото изследване е да се определят някои от показателите за качество на напрежението при работа на мощни електродъгови стоманодобивни пещи. Отклонението и колебанието на напрежението при работа на електродъговите пещи се определя от динамиката на тока на товара. Друг параметър, определящ колебанието на напрежението, е динамично генерираната реактивна мощност и скоростта, с която се извършва компенсацията. Размахът на колебанието на напрежението и честотата на повторение в дадена точка от системата зависят и от броя на едновременно работещите електродъгови пещи. Неравномерното натоварване на отделните фази при работа на електродъговите пещи води и до значителна несиметрия на напрежението.

Изследването е проведено на мощна електродъгова стоманодобивна пещ (ЕДП), работеща с кофъчно-пещна инсталация (КПИ) в електростоманодобивен цех (ЕСДЦ) на „Стомана Индъстри“ АД гр. Перник. Топенето на стоманата се извършва в електродъгова пещ с три въглеродни електрода с вместимост 125t скрап. Окончателното легиране на стоманата се извършва в кофъчно-пещна инсталация (КПИ). Пещният трансформатор на ЕДП е с мощност 120MVA, с диапазон на регулиране на напре­жението 35/0,780-1,302kV.

Пещният трансформатор на КПИ е с мощност 18MVA. Компенсацията на реактивните товари при работа на пещните инсталации се осъществява с шест блока за динамична компенсация, захранвани от трансформатор с мощност 45MVA и напрежение 35/2,4kV.

Всички експериментални изследвания са извършени със съвременни цифрови мрежови анализатори FLUKE 437-II и FLUKE 435-II.

Уредите са свързани към вторичните вериги на измервателните трансформатори (фиг. 1).

Клас на точност на уредите при измерване:

- на напрежение 0,1% от номиналното (1000V);

- по ток за съответните амперклещи 1,5% .

На фиг. 2 е показано изменението на линейното напрежение при едновременна работа на ЕДП-1 и КПИ-1. Кривите показват ефективните стойности на линейните напрежения, осреднени на интервал от 250ms. Регистри-раното напрежение на празен ход на трансформатора в отделните фази е в границите 233 до 234kV, като разликата не надхвърля 0,5%. По време на работа на електродъговите пещи напрежението е сравнително постоянно и със стойност около 230kV. Единствено в моментите на рязко спадане на тока са регистрирани

Резултатите от статистическата обработка на данните от измерването на линейното напрежение АВ с продължител-ност 1 час са дадени на фиг. 3. От обработените 14 400 данни са определени:

- максимална регистрирана стойност на линейното напрежение - 233,77kV;

- минимална регистрирана стойност на линейното напрежение - 224,00kV;

- средна стойност на линейното напрежение - 230,48kV;

- средно квадратично отклонение - 1,505kV.

- 5%-ият процентил показва, че 5% от данните в извадката са под 228,14kV;

- 95%-тият процентил показва, че 95% от данните в извадката са под 232,76kV.

Изменението на напрежението, регистрирано при работа на ЕДП 1 и КПИ-1, е показано на фиг. 4. Регистрираното напрежение на празен ход на трансформатора е около 35kV. По време на работа на пещите напрежението се изменя главно в границите 33-34kV. В моментите на рязко спадане на тока са регистрирани пикове в напрежението с малка продължителност. Максималната регистрирана стойност е 36kV. Минималната регистрирана моментна стойност на напрежението по време на плавката е 30,5kV.

- максимална регистрирана стойност на линейното напрежение - 35,588kV;

- минимална регистрирана стойност на линейното напрежение - 30,450kV;

- средна стойност на линейното напрежение - 33,004kV;

- средно квадратично отклонение - 0,645kV;

- 5% -тият процентил е 32,949kV;

- 95%-тият процентил е 34,895kV.

Отклонението на напрежението е основно в отрицателна посока и за средната стойност е:

Това отклонение не надвишава допустимите стойности съгласно нормативните документи.

Несиметрията в напрежението е в резултат на несиметричния товар при работа на електродъговите пещи. Показателите за качество на електроенергията, дефинирани в БДС EN 50160:2010, са коефициент на несиметрията на напрежението по обратна последовател-ност K_2U=U₂/U₁ и коефициент на несиметрията на напрежението по нулева последователност K_0U=U₀/U₁, където:

- U₁ - напрежение с права последователност;

- U₂ - напрежение с обратна последователност;

- U₀ - напрежение с нулева последователност.

За указаните показатели са установени следните норми:

Стойностите на коефициента на несиметрия на напрежението по обратна последователност K_2U и на коефициента на несиметрия на напрежението по нулева последователност K_0U в точката на предаване на електрическата енергия, осреднени в 10-минутен интервал, не трябва да превишават 2% в продължение на 95% от времевия интервал на една седмица.

Стойностите на коефициента на несиметрия на напрежението по обратна последователност K_2U и на коефициента на несиметрия на напрежението по нулева последователност K_0U в точката на предаване на електрическата енергия, осреднени в 10-минутен интервал, не трябва да превишават 4% в продължение на 100% от времевия интервал на една седмица.

Измерването на основната съставяща на входния сигнал трябва да се извършва на база на основния времеви интервал – 10 периода за система за електроснабдяване с честота 50 Hz.
В трипроводните електрически системи коефициентът на несиметрия на напрежението по нулева последователност K_0U = 0.
ІІІ.1. Коефициент на несиметрия на напрежението по обратна последователност K_2U на страна 220kV

Изменението във времето на коефициента на несиметрия на напрежението по обратна последовател-ност K_2U на страна 220kV е дадено на фиг. 6. По време на работа на електродъговите пещи K_2U е основно в границите 0,2%-0,4%. Регистрирани са единични стойности над 1%, но те са с малка продължителност. Максималната регистрирана стойност на коефициента на несиметрия на напрежението по обратна последователност K_2U е 1,58%.

Резултатите от статистическата обработка на извадката са дадени на фиг. 7. Получени са следните резултати: - максимална регистрирана стойност на K_2U - 1,58%;

- минимална регистрирана стойност на K_2U - 0%;

- средна стойност на K_2U - 0,247%;

- средно квадратично отклонение - 0,126%;

- 5% -тият процентил е 0,11%;

- 95%-тият процентил е 0,49%.

Коефициентът на несиметрия на тока е дефиниран аналогично на коефициента на напрежение по обратна последователност. Трябва да се отбележи, че в нормативните документи не се регламентират стойности на коефициента на несиметрия на тока. Презумпцията е, че за качеството на напрежението носи отговорност доставчикът на електроенергия, а за качеството на тока отговаря потребителят. Проведени са изследвания и на качествените показатели на тока, тъй като той е задължи-телна входна величина в цифровите релейни защити.

Кривата на фиг. 8 показва изменението на коефициента на несиметрия по обратна последователност K_2I на страна 220kV. В по-голямата част от времето K_2I е в границите 0-20%. В отделни моменти от време са регистрирани много високи стойности на K_2I с неголяма продължителност (до 4 min). Стойностите на K_2I в тези случай надхвърлят 80%. Регистрирани са и единични стойности на K_2I, по-високи от 160%. Предполага се, че това са моментите от техноло-гичния процес, когато се запалва електрическата дъга.

От статистическата обработка на данните от измервани-ята, показани на фиг. 9, ясно се очертават две зони:

- със сравнително ниски стойности на K_2I – около 10%;

- със високи стойности на K_2I – около 90%.

- максимална регистрирана стойност на K_2I – 174,2%;

- минимална регистрирана стойност на K_2I – 0,07%;

- средна стойност на K_2I – 19,93%;

- средно квадратично отклонение – 29,055%;

- 5%-тият процентил е 2,35%;

- 95%-тият процентил е 86,47%.

Фиг. 8



Фиг. 9

ІІІ.3. Коефициент на несиметрия на напрежението по обратна последователност K_2U на страна 35kV.

Голямата динамика в кривата на коефициента на несиметрия на напрежението по обратна последовател-ност за времето на плавката е илюстрирана на фиг. 10. За отделните фази на технологичния процес стойностите на K_2U са различни, като в началото на плавката те са с по-високи стойности, а към края намаляват. Регистрирани са единични стойности на K_2U, надвишаващи 4%.

Статистическата обработка на извадката от измерва-нията е илюстрирана на фиг. 11. Получени са следните резултати:

- максимална регистрирана стойност на K_2U – 4,79 %;

- минимална регистрирана стойност на K_2U – 0% ;

- средна стойност на K_2U – 0,463 %;

- средно квадратично отклонение – 0,452%;

- 5%-тият процентил е 0,04%;

- 95%-тият процентил е 1,36%.
Получените резултати за стойностите на коефициента на несиметрия на напрежението по обратна последовател-ност K_2U на страна 35kV ще служат за изготвяне на лабораторен модел за изпитване на различни видове цифрови релейни защити. Тези параметри не касаят електроснабдителното дружество на предприятието и нямат отношение към заложените в стандарта (БДС EN 50160:2010) изисквания.

Фиг. 10


Фиг. 11

Заключение
Проведените експериментални изследвания на коле­банието и несиметрията в напрежението при различни режими на работа на пещните трансформатори дават основание за следните изводи:

1. Едновременната работа на електродъговата стомано-добивна пещ и кофъчно пещната инсталация в „Стомана Индъстри“ АД не допринасят за влошаване на качеството на систeмното напрежение 220kV.

2. Получените експериментални данни са предпоставка за оптимален избор на цифрови релейни защити, на защитните им функции и техните настройки. Те са основа за определяне оптималната структура на релейните защити на пещните трансформатори, което е актуален въпрос за металургичните предприятия.

3. На база на резултатите от изследванията ще се извърши проектиране и избор на методика за настройване на подходящи цифрови защити на пещни трансформатори. С помощта на съвременно товарно устройство (ARTES) в лабораторни условия ще се проведат експериментални изследвания на различни видове цифрови релейни защити, като се генерират напрежения и токове с регист­рираните стойности на колебанието и несиметрията в напре­жението. На база на тези експерименти обосновано може да се избере най-подходящата релейна защита за пещните трансформатори на ЕДП и КПИ.

Литература
БДС EN 50 160:2010, Характеристики на напрежението на

електрическата енергия, доставяна от обществените електрически мрежи, 2014.

Коновалов Ю.В.,И.И.Воробьов. Анализ качества электро­энергиина предприятии. Вестник АГТА №8, 2014.

Савин К.Н., Г.Л. Попова, В.А. Сыщиков Управление

качеством электроэнергии через стандарт ISO 50001. Фундаментальные исследования № 9, 2012, с. 410-413.

Стоилов И.Г., К.С.Джустров, Т.З.Николов. Изследване

хармоничния състав на напрежението и тока при работа на електродъгови стоманодобивни пещи. Енергиен форум, бр.15/16, 2015, c.64-69.

Хацевский К.В., Ю.М. Денчик, В.И.Клеутин, Д.А.Зубанов,

А.В. Бубнов, В.В. Харламов. Проблемы качества электроэнергии в системах электроснабжения. Омский научный вестник №2 (110 )2012, с.212-214.

ARTES, Automatic Relay Test Systems, User Manual.

Chapman D. The Cost of Poor Power Quality. Copper

Development Association, March 2001. www.eurocopper.org.

De Keulenaer H., Power Quality Self-assessment Guide,

European Copper Institute, May 2002.

IEC 61000-4-30:2008 Electromagnetic compatibility (EMC) –

Part4-30: Testing and measurement techniques - Power quality measurement methods (MOD).

Статията е препоръчана за публикуване от кат.„Електрификация на минното производство ”.

Каталог: sessions
sessions -> Изследване чистотата на слънчогледово масло за производство на експлозиви anfo
sessions -> Laser “Raman” spectroscopy of anglesite and cubanite from deposit “Chelopech” Dimitar Petrov
sessions -> Св иван рилски
sessions -> Modeling of
sessions -> Управление на риска от природни бедствия
sessions -> Oценка на риска от наводнениe в елховското структурно понижение в района на гр. Елхово красимира Кършева
sessions -> Гравиметрични системи използвани в република българия и оценка точността на системи igsn-71 и unigrace при точки от гравиметричните и мрежи
sessions -> Toxicological assessment of photocatalytically destroyed mixed azo dyes by chlorella vulgaris
sessions -> Field spectroscopy measurements of rocks in Earth observations

Изтегляне 127.63 Kb.

Сподели с приятели: