Вплив різкозмінних навантажень дугових сталеплавильних печей на електротехнічне обладнання електротехнологічних комплексів

,

,

.

Кількість поштовхів в режимах, еквівалентуючих технологічні короткі замикання, складало 274000. Випробування виконано в трьох схемних режимах з'єднання обмоток: ВН-НН, (ВН+РО) -НН, (ВН-РО) -НН. Діючі струми складали 500,0; 531,5; і 571,2 А. Кратність еквівалентних струмів складала 2,0±5%, а тривалість поштовхів і пауз дорівнювали 0,2 і 1,0 с. У симетричному режимі ВН-НН фазні струми були рівні (IА= IВ= IС), а кількість налагоджувальних і залікових дослідів складала 1020 і 100000. У схемному режимі (ВН+РО)-НН фазні струми витримувалися наступними IА= IВ; IС=0,8 ІА, а кількість налагоджувальних і залікових дослідів складала 50 і 99000. У несиметричному і несинусоїдальному режимі (ВН-РО) -НН струми витримувалися у співвідношеннях IА= IВ; IС=0,8IВ при кількості 52 і 75000. При випробуваннях в еквівалентних режимах використовані однофазні трансформатори ОДЦТРН-175000/±400 кВ і ОДЦНП-175000/±750 кВ. Різкозмінний характер навантажень імітувався за допомогою високовольтних тиристорних мостів, система управління яких узгоджена з лазерними генераторами управління мостами.

Після кожної серії випробувальних еквівалентних режимів технічний стан випробовуваного трансформатора контролювався з використанням багатопараметричної трирівневої системи електромагнітної діагностики. Результати випробувань підтвердили ефективність розроблених науково-прикладних рішень.

Оптимізована система електромагнітного шунтування бака силового трансформатора спеціального призначення показана на рис.17. Науково-технічна новизна запропонованої системи електромагнітного шунтування підтверджена авторським свідоцтвом.

Силовий трансформатор, з концентричними внутрішньою 2 і зовнішньою 3 обмотками, розміщеними на стрижнях 1 магнітопровода, розділеними ізоляційним каналом 4. На стінці бака 5 встановлені шунти 6 - 8 з пакетів пластин електротехнічної сталі. Суть рішення полягає в тому, що товщина шунтів 8 рівномірно зменшена щодо осьового 6. Це забезпечує зниження додаткових втрат до 50%, а витрати сталі до 35%. Дослідження показали, що оптимальним варіантом є зменшення товщини шунтів. При цьому в розробленій конструкції всі шунти однаково завантажені магнітним потоком. Ефективність оптимізованої системи магнітного шунтування оцінювалася за кількісною оцінкою додаткових втрат, виміряних в стінці бака, згідно (34), (35): , , при синусоїдальних:

,

і різкозмінних магнітних:

,

полях при встановлених шунтах і при їх відсутності.

Результати випробувань представлені на рис.18. З рис. 18 видно, що втрати від вихрових струмів в баку при синусоїдальному (Д) в порівнянні з різкозмінним (о) струмах в обмотках на 21,3% менші. При запропонованій системі електромагнітного шунтування питомі втрати в баці (- - - ) на 50% менші в порівнянні, як без магнітних шунтів (-).

Еквівалентування додаткових втрат в масивних деталях конструкції ЕТО і ЕТК, що працюють в електромагнітних полях і які змінюються в часі за різкозмінним ймовірнісним законом (37):

,

зводиться до знаходження епюр магнітного поля, падаючого на відповідні деталі конструкції згідно (38):

,

де а і ? - половина ширини і довжина поверхні деталі еквівалентній прямокутній формі; ; kз = 2-1 (a?) - параметр, що характеризує вплив геометричних розмірів на втрати від вихрових струмів:

Питомі втрати, викликані різкозмінним магнітним полем Py?(д,t), виражаємо через втрати при еквівалентному синусоїдальному полі Py(д,t) і коефіцієнті еквівалентування:

.

Втрати в досліджуваній деталі знаходимо шляхом інтегрування питомих втрат по епюрам поздовжної і радіальної складових магнітного поля.

Експериментальна перевірка методики здійснювалася на макетному взірці силового трансформатора ОДЦНП-135000/±400кВ. Результати досліджень показали,

що для феромагнітних деталей коефіцієнт еквівалентування додаткових втрат дорівнював 1.13-1,18, а для немагнітних - 1,62-1,69. Розраховані коефіцієнти по гармонійному складу на 3-3,5% більші. Результати досліджень підтверджують ефективність використання запропонованої методики в інженерних розрахунках і виборі еквівалентних експлуатаційних режимів ЕТО спеціального призначення.

Багатопараметрична трирівнева структурна схема пристрою електромагнітної діагностики складається з трьох рівнів контролю і аналізу сукупності зовнішніх і внутрішніх електромагнітних параметрів. На першому рівні здійснюється вимірювання і автоматизований аналіз різкозмінних струмів, кратності яких перевищують допустимі. Одночасно виконується їх класифікація по кратностях, тривалості, кількості і характеру. Вимірювання перевищень різкозмінного навантаження силових трансформаторів здійснюється за допомогою спеціалізованого пристрою автоматизованого аналізу кратностей струмів електротехнологічних і зовнішніх коротких замикань.

На другому рівні вимірюється звукова потужність в спектрі октавних частот. По змінах їх інтенсивності у відповідному спектрі оцінюється наявність відхилень в конструкції досліджуваного електроустаткування. Зміни в спектрі низьких частот характеризують наявність відхилень в масивних деталях, а високих - в магнітопроводі і обмотках.

На третьому рівні визначається наявність відхилень в обмотках по динаміці зміни фазних електромагнітних параметрів. Оскільки в системах електропостачання ЕТК в складі ДСП високовольтні (ВН) і низьковольтні (НН) обмотки силових трансформаторів сполучені по схемі Y/Д , то при однофазному живленні повний опір короткого замикання представляємо в наступному вигляді:

,

Взаємозв'язок між зміною геометричних розмірів пари обмоток і змінами міжфазних опорів трансформатора характеризуються рівняннями:

,

Для оперативної обробки результатів досліджень розроблено алгоритм і програма перетворення виміряних міжфазних електромагнітних параметрів до внутрішніх фазних. По даній методиці виконані дослідження технічного стану силових трансформаторів потужностей 63 і 160 МВА. Дослідження по запропонованій методиці трьох сітьових трансформаторів ТРДН-160000/150 з умовними позначеннями Т1, Т2, Т3 дозволили запобігти аварії трансформатора Т2, який витримав сім зовнішніх і 968 електротехнолгічних коротких замикань. Дослідження показали відхилення стрижньових опорів фази “В” розчепленої низьковольтної обмотки НН2 на 2,41%. Найбільший рівень шума спостерігається також на Т2 і складає 74,75 дБ в порівнянні з Т1 (72, 625 дБ) і Т3 (72, 375дБ). Спектральний склад октавних частот шума також істотно відрізняється. Розбирання цього трансформатора підтвердило наявність деформацій в обмотці НН2.

У сьомому розділі дисертації також приведені технічні вимоги до силових трансформаторів спеціального призначення і методика інженерних розрахунків додаткових втрат потужності в масивних деталях конструкції силових трансформаторів з масляним і повітряним охолоджуванням.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі дано теоретичне узагальнення і нове рішення актуальної науково-прикладної проблеми підвищення функціональної надійності електропостачання і ефективності роботи електротехнологічних комплексів у складі потужних дугових сталеплавильних печей і тиристорних компенсаторів реактивної потужності, шляхом розвитку теорії нестаціонарних електромагнітних процесів у електротехнічному обладнанні і системах електропостачання в рамках початкових і граничних умов, що відображають характерні риси електротехнологічних режимів.

Основні наукові та практичні результати роботи полягають в наступному:

1. Розроблена математична модель нестаціонарних електромагнітних процесів в мережах 35 кВ електротехнологічного комплексу, яка відрізняється тим, що в ній враховується нелінійна вебер-амперна характеристика електропічного трансформатора. Рішення здійснюється методом Гауса у поєднанні з принципом Хілла за початковими і граничними умовами, що відображають специфіку електричних режимів дугових сталеплавильних печей. Це дозволило встановити закономірності впливу струмів включення і характерних особливостей навантажень дугових сталеплавильних печей на трансформаторне обладнання і ферорезонансі явища у фільтрах вищих гармонік компенсаторів реактивної потужності.

2. Розроблено метод багатопараметричного цільового аналізу впливу сукупності параметрів різкозмінних навантажень потужних дугових сталеплавильних печей і порушуваних ними нестаціонарних електромагнітних процесів в електротехнічному обладнанні електротехнологічних комплексів. Це дозволило одночасно враховувати: несиметрію, несинусоїдальність, вищі гармоніки, кратності, кількість, тривалість струмів технологічних коротких замикань на втрати потужності; різкозмінних струмів на рівні шуму, індуктивності в магнітних системах і несинусоїдального потоку в шунтуючих елементах мережних трансформаторів напругою 220кВ; зміни фазних реактансів і вебер-амперних характеристик електропічних трансформаторів на формування ферорезонансних явищ в мережах електротехнологічних комплексів.

3. Запропоновано моделі фізичного, математичного і комп'ютерного моделювання сукупності параметрів нестаціонарних електромагнітних процесів і формування заданих співвідношень коефіцієнтів несинусоїдальності і несиметрії, що відрізняються можливістю спотворення електротехнологічних струмів дугових сталеплавильних печей. Це дозволило встановити нові нелінійні залежності їх взаємозв'язків, розробити еквівалентні режими трансформаторного обладнання і підвищити ефективність роботи електротехнологічних комплексів.

4. Розроблено математичну модель шуму трансформатора спеціального призначення, яка відрізняється тим, що в її основу покладена система нелінійних диференціальних рівнянь другого порядку в часних похідних. Її рішення отримано на підставі модифікованої задачі Коші у поєднанні з перетвореннями Лейбніца. Це дозволило враховувати вплив електротехнологічних коротких замикань дугових сталеплавильних печей на шум трансформатора в спектрі октавних частот і зміни в конструкції. Впровадження цих результатів сприяло зниженню аварійності електротехнічного обладнання в системах електротехнологічних комплексів.

5. Запропоновано новий підхід до узагальнення нестаціонарного поверхневого ефекта в масивних феромагнітних деталях електротехнічного обладнання спеціального призначення, який відрізняється тим, що враховується вплив характерних рис режимів дугових сталеплавильних печей і нелінійна магнітна проникливість. Це дозволило встановити взаємозв'язки між вищими гармоніками, додатковими втратами і електромагнітним полем з урахуванням апроксимації нелінійної магнітної проникності від різкозмінного магнітного поля показовою і поліномінальними функціями третього і п'ятого порядків, а також в абсолютних і відносних одиницях. При цьому похибки між теоретичними і експериментальними дослідженнями не перевищують 3 і 5% для областей магнітних полів, в яких працює електротехнічне обладнання, і середніх, відповідно. Це дозволило вибрати найбільш оптимальні конструкції силових трансформаторів спеціального призначення, при нормованих додаткових втратах, для живлення електротехнологічних комплексів з різкозмінними навантаженнями.

6. Отримано нелінійні залежності вищих гармонік, додаткових втрат і нестаціонарних електромагнітних процесів у електротехнічному обладнанні і мережах від несинусоїдальності і несиметрій навантаження електротехнологічніх комплексів. Це дозволило сформулювати нові технічні вимоги і технічні умови для розробки, проектування і експлуатації мережних трансформаторів спеціального призначення і модернізації діючих з урахуванням впливу електротехнологічних режимів дугових сталеплавильних печей.

7. Отримано залежності розподілу несинусоїдального магнітного потоку у феромагнітних шунтах, які відрізняються тим, що дозволяють враховувати його щільність щодо просторового їх розміщення в трансформаторі спеціального призначення відносно обмоток. Це дозволило розробити нову систему електромагнітного шунтування неактивних деталей з рівномірним завантаженням шунтів несинусоїдальним магнітним потоком, зменшити додаткові втрати від вихрових струмів і нагріви в баці на 50%, а витрати електротехнічної сталі до 35% (1,7т), при підвищенні технологічності. Науково-прикладна новизна рішення підтверджена авторським свідоцтвом.

8. Розроблено багатопараметричну систему електромагнітної діагностики технічного стану мережних трансформаторів, яка відрізняється тим, що електричні параметри аналізуються на трьох рівнях. На першому рівні, за допомогою спеціалізованого пристрою, науково-технічна новизна якого підтверджена авторським свідоцтвом, контролюються параметри електротехнологічних режимів потужних дугових сталеплавильних печей, які перевищують нормовані і є першопричиною формування відхилень в конструкції. На другому - аналізується шум в спектрі октавних частот, а на третьому - деформації в системах обмоток. Це дозволило встановити причинно-наслідкові чинники, що впливають на аварійність і умови експлуатації силових трансформаторів потужностей 160 і 63 МВА напругою 220 і 150 кВ в мережах електротехнологічних комплексів і систематизувати їх на постійно і періодично діючі.

9. Запропонована методика розрахунку втрат від вихрових струмів в неактивних деталях електротехнічного обладнання, порушуваних різкозмінним магнітним полем розсіяння, і дослідження нестаціонарних електромагнітних процесів на простих фізичних і масштабних моделях, макетних взірцях і реальному електротехнічному обладнанні.

10. Розроблено програму і алгоритм зведення міжфазних зовнішніх електричних параметрів силових трансформаторів до внутрішніх електромагнітних параметрів, які відрізняються тим, що дозволяють аналізувати динаміку зміни градієнтів фазних реактивних опорів. Це дозволяє оперативно визначати наявність відхилень в конструкції і передбачити аварійні виходи мережних трансформаторів.

11. Розроблено спеціалізований пристрій для експериментальних досліджень сукупності електротехнологічних режимів дугових сталеплавильних печей, який відрізняється можливістю їх класифікації по кратностям, кількості, тривалості, характеру, а також технологічним і аварійним коротким замиканням, несиметрії і несинусоїдальності. Це дозволило удосконалити ідеалізовані математичні моделі і уточнити закономірності взаємозв'язків параметрів електричних режимів і електромагнітних процесів в електротехнічному обладнанні і системах комплексів.

12. Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджені послідовними математичними доказами основних тверджень і рішеннями математичних модельних задач. Достовірність результатів досліджень підтверджена багаточисельними експериментальними данними, отриманими на простих, фізичних і масштабних моделях, макетних взірцях, реальних силових трансформаторах потужностей 63, 160, 100/200 МВА, напругою 150 і 220кВ і електротехнічному обладнанні в умовах випробувальної станції заводу-виготівника, на спеціалізованому стенді напругою 500 кВ і електротехнологічному обладнанні (ДСП-25-150) в умовах реальної експлуатації.

13. Впроваждення результатів теоретичних і експериментальних досліджень та практичних рекомендацій дозволило підвищити функціональну надійність електропостачання і ефективність функціонування електротехнологічних комплексів у складі потужних сталеплавильних печей, за рахунок суттєвого зниження аварійності і електро-масо-габаритних показників трансформаторного обладнання спеціального призначення при збереженні номінальних електричних параметрів. Вони використані при виконанні програми енергозбереження в Запорізькому промисловому регіоні і на електрометалургійних підприємствах України, безпосередньо у ВАТ „Український науково-дослідний, проектно-конструкторський і технологічний інститут трансформаторобудування”, ВАТ „Запоріжтрансформатор”, ВАТ “НДІ Перетворювач”, ВАТ „Дніпроспецсталь”, ВАТ „Мотор-Січ” м. Запоріжжя, ЗАТ „ІСТІЛ” (Україна) м. Донецьк, АОЗТ „Енерготерм” м. Москва безпосередньо при:

-проектуванні і модернізації трансформаторного обладнання і перетворювачів спеціального призначення потужностей 63, 90, 160, 100/200, 400, 750 МВА;

-розробці методики і вперше проведених приймально-здавальних випробуванях трансформатора спеціального призначення ТРДЦНМ 100000/200000/ 220-У1 на мережевому стенді напругою 500 кВ;

-фізичному моделюванні нестаціонарних електромагнітних процесів, порушуваних сукупністю параметрів різкозмінних навантажень дугових сталеплавильних комплексів на стадіях пошуку і розробки оптимальних енергозберігаючих рішень;

- проектуванні силових трансформаторів типів ТРДЦНМ -100000/200000-220 і модернізації ТРДЦН -160000/220, що працюють в системах електропостачання потужних електротехнологічних комплексів;

- дослідженні умов експлуатації і причинно-наслідкових чинників аварійності трансформаторного обладнання в системах електротехнологічних комплексів.

14. Теоретичні положення, методи математичного, фізичного і комп'ютерного моделювання навантажень потужних дугових сталеплавильних печей і нестаціонарних електромагнітних процесів в масивних деталях, електротехнічному обладнанні і мережах електротехнологічних комплексів, а також прикладні результати дисертаційної роботи використані в учбовому процесі при підготовці аспірантів, магістрів і фахівців в Запорізькому національному технічному університеті.

ОСНОВНІ НАУКОВІ РЕЗУЛЬТАТИ І ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В 41 ДРУКАРСЬКІЙ ПРАЦІ, ОСНОВНІ З ЯКИХ НАСТУПНІ

1. Анализ повреждаемости силовых трансформаторов при резкопеременной нагрузке / П.П.Фещенко, В.В.Зиновкин, Д.В.Зозуля, С.И. Сергиенко // Энергетика и электрификация. -1993. - № 4. - С.24 - 26.

2. Анализ электротехнологических особенностей и пути повышения эффективности энергоемких электротехнологических комплексов /А.П. Лютый, В.В. Зиновкин, М.В. Зиновкин // Праці ІЕД НАН України. Електротехніка' - 2001.- С. 85 - 91.

3. Аналитическое исследование и анализ методик оценки звуковой мощности силового трансформаторного оборудования / А.П.Лютый, В.В.Зиновкин, Е.В.Бояринцева, М.В.Зиновкин // Електротехніка та електроенергетика. - 2001.- № 1.- С.27-33.

4. Анализ исследований совокупности параметров резкопеременных нагрузок энергоемких электротехнологических комплексов в составе дуговых сталеплавильных печей / В.В.Зиновкин, В.И.Бондаренко, М.Ю.Залужный, Р.П.Кулик, В.В.Карпенко, А.В.Таран // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2005. - № 5/2 (17). - С.62-67.

5. Зиновкин В.В., Маликов В.И., Зайц А.А. Особенности электроснабжения дуговых электропечей // Промышленная энергетика. - 1990. - № 7. - С.22 - 24.

6. Исследование потерь в трансформаторах при резкопеременных нагрузках / В.В.Зиновкин, Д.В.Зозуля, А.Н.Кравченко, П.П.Фещенко // Технічна електродинаміка. -1993. - № 6. - С.11 - 15.

7. Нестационарные режимы силовых трансформаторов при резкопеременной нагрузке / В.В.Зиновкин, О.И.Сисуненко, С.Л.Сергиенко, Д.В.Зозуля // Энергетика и электрификация. - 1994. - № 5. - С. 48 - 52.

8. Зиновкин В.В., Рассальский А.Н. Особенности электротехнологических режимов энергоемких металлургических комплексов // Нові матеріали i технології в металургії та машинобудуванні. -1998. - № 2. - С.151 - 154.

9. Зиновкин В.В., Рассальский А.Н. Нормализация эквивалентной магнитной проницаемости массивных ферромагнитных материалов, применяемых в электромашиностроении // Електротехніка та електроенергетика. - 1999. - № 2. - С.39 - 44.

10. Зиновкин В.В. Исследование звуковой мощности силовых трансформаторов энергоемких электротермических комплексов // Праці ІЕД НАН України. Енергоефективність. - К.: ІЕД НАН України. - 2000. - С. 128 - 139.

11. Зиновкин В.В. Исследование потерь в ферромагнитном баке силовых трансформаторов на физических моделях при синусоидальном и несинусоидальном токах // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. -1999. - № 1. - С. 78-82.

12. Зиновкин В.В. Специализированное устройство и методика исследований нестационарных токов резкопеременной загрузки // Праці інституту

електродинаміки НАН України. Електротехніка: - К.: ІЕД НАН України. -1999. - С. 215 - 221.

13. Зиновкин В.В. Исследование поверхностных потерь в массивних конструкционных сталях при одновременном намагничивании резкопеременными и постоянными магнитными полями // Праці ІЕД НАН України. Електроенергетика 200. - К.: ІЕД НАН України. - 2000. - С. 17-30.

14. Зиновкин В.В. Специализированное измерительно-регистрирующее устройство и методика исследований эксплуатационных параметров потребителей резкопеременной нагрузки // Праці ІЕД НАН України. Електродинаміка. - К.: ІЕД НАН України. - 2000. - С. 159-166.

15. Зиновкин В.В., Лютый А.П., Зиновкин М.В. Исследование электромагнитной совместимости трансформаторного и электротехнологического оборудования // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск: "Проблеми сучасної електротехніки", - ч. 5 - 2000. - С. 13-16.

16. Исследование оптимизационных тепловых коэффициентов трансформаторов с воздушным охлаждением / В.В.Зиновкин, А.Н.Рассальский, А.Н.Андриенко, В.Г.Савельев // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія: гірничо-електромеханічна. Вип.16. - Донецьк. -2000. -С.131-143.

17. Зиновкин В.В. Эквивалентные параметры поверхностного эффекта в массивных ферромагнитных телах при резкопеременном электромагнитном поле // Електротехніка та електроенергетика. - 2000. - №2. - с.38-45.

18. Оптимизационные исследования нагрева активных деталей конструкции трансформаторов с естественным воздушным охлаждением / В.В.Зиновкин, А.Н.Рассальский, А.Н.Андриенко, В.П. Метельский // Електротехніка та електроенергетика. - 2000. - № 1. - С.28 - 34.

19. Технико-экономическое исследование непроизводительных потерь электроэнергии в системах энергоемких электрометаллургических установок / В.В.Зиновкин, А.П.Лютый, Н.С.Балабуха, М.В.Зиновкин // Електротехніка та електроенергетика. - 2000. - № 1 - С. 69 - 74.

20. Эксплуатационные особенности трансформаторного оборудования в системах электроснабжения энергоемких электротермических комплексов типа ДСП / В.А.Лейбензон, А.П.Лютый, Н.С.Балабуха, В.В.Зиновкин и др. // Технічна електродинаміка. - 2000. - № 5. - С. 56 - 60.

21. Зіновкін В.В., Бондаренко В.І., Метєльский В.П. Електромагнітна діагностика енергоємного електротехнічного обладнання в системах різкозмінних навантажень // Електроінформ. - 2001. - № 2. - С.11-13.

22. Лютый А.П., Зиновкин В.В., Зиновкин М.В. Анализ и динамика производства электрометаллургической продукции по странам мирового экономического сотрудничества // Праці ІЕД НАН України. Енергоефективність. - К.: ІЕД НАН України. - 2001, - С. 99 - 104.

23. Зиновкин М.В., Лютый А.П., Зиновкин В.В. Анализ экономического ущерба в системах электроснабжения энергоемких промышленных предприятий // Техн. електродинаміка. - 2001. - № 5.- С.60-63.

24. Зіновкін В.В. Дослідження системи магнітного шунтування бака силових трансформаторів спеціального призначення // Вісник Національного університету „Львівська політехніка”. Електроенергетичні та електромеханічні системи. -2001. - № 435. - С.67-74.

25. Зиновкин В.В., Залужный М.Ю. Исследование нестационарных электромагнитных процессов в энергоемком электротехническом оборудовании на физических моделях // Електротехніка та електроенергетика. - 2002. - № 1. - С.77-82.

26. Зиновкин В.В., Кущ В.В. Методологические основы и методика исследований нестационарных электромагнитных процессов в энергоемком оборудовании систем электроснабжения резкопеременных нагрузок // Труды 2-й научн.-техн. конф.: „Метрология электрических измерений в электроэнергетике”. РАО „ЕС России”, ОАО „ВНИИЭ”, НУЦ „ЭНАС”. - М.: - 2002. - С.356-365.

27. Зиновкин В.В. Двухуровневая система оценки технического состояния трансформаторного оборудования в системах резкопеременных нагрузок // Збірник наукових праць Донецького національного технічного університету. Серія „Електротехніка і енергетика”. Випуск 50. - Донецьк.: - 2002.- С.70 - 75.

28. Зиновкин В.В., Лютый А.П., Шамрай А.В. Исследование потерь в массивном ферромагнетике при намагничивании электромагнитным полем, характерном для систем резкопеременных нагрузок // Електротехніка та електроенергетика. - 2001. - №2. - С.10-17.

29. Зиновкин В.В., Метельский В.П. Методологические основы обеспечения электродинамической стойкости систем возбуждения трансформаторного оборудования, питающего электротехнологические комплексы // Електротехніка та електроенергетика. - 2003. - № 2. - С. 15-20.

30. Зиновкин В.В. Экспериментальные исследования особенностей резкопеременной нагрузки группы энергоемких электротехнологических комплексов // Праці інституту електродинаміки національної академії наук України.- 2004. - № 3 (9). - С. 36-42.

31. Зиновкин В.В., Кущ В.В., Залужный М.Ю. Методика экспериментальных исследований физических процессов на моделях силового электрооборудования при резкопеременных токах // Труды 4-й научн.-техн. конф.: „Метрология электрических измерений в электроэнергетике”. РАО „ЕС России”, ОАО „ВНИИЭ”, НУЦ „ЭНАС”. - М.: - 2004. - С. 264 - 268.

32. Зиновкин В.В., Андриенко А.Н. Эквивалентирование потерь от вихревых токов в массивных деталях, работающих в резкопеременном электромагнитном поле // Електротехніка та електроенергетика. - 2004. - № 1. - С. 27-32.

33. Зиновкин В.В. Исследование влияния совокупности параметров резкопеременных нагрузок электротехнологических комплексов на электромагнитные процессы в электрооборудовании систем электроснабжения // Електротехніка та електроенергетика. - 2005. - № 1. - С. 44-50.

34. Зиновкин В.В. Многопараметрический анализ совокупности параметров резкопеременных нагрузок и электромагнитных процессов в электротехническом оборудовании систем электроснабжения энергоемких электротехнологических комплексов // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2005. - № 5/2 (17). - С.72 - 76.

35. Зиновкин В.В. Нестационарные электромагнитные процессы в электрооборудовании энергоемких электротехнологических комплексов с резкопеременным характером нагрузки // Радіоелектроніка, Інформатика, Управління.-2005.-№ 2. - С.142 - 148.

36. Зиновкин В.В. Вероятностные параметры резкопеременных нагрузок энергоемких электротехнологических комплексов // Праці ІЕД НАН України. - 2005. - № 1(10) - С.136 - 144.

37. Зиновкин В.В., Зиновкин М.В. Анализ вероятностных показателей нагрузки группы электротехнологических комплексов // Праці ІЕД НАН України.- 2005. - № 3 (12)- С. 136 - 144.

38. Зіновкін В.В. Електротехнологічні режими потужних електросталеплавильних комплексів та їх вплив на нестаціонарні електромагнітні процеси в системах електропостачання // Електротехніка та електроенергетика. - 2005. - № 2. - С.15 - 20.

39. Зиновкин В.В., Залужный М.Ю. Программно-аналитический анализ технического состояния систем возбуждения энергоемкого трансформаторного оборудования // Електротехніка та електроенергетика. - 2002. - №2, - С. 59-64.

40. А.с. №1081681 СССР, МКЛ. 3 Н01F. 27/34. Индукционный аппарат / В.В.Зиновкин, Г.И.Калайда, А.А.Кобылецкий, Т.Л.Ярымбаш (СССР) - № 3489260/24-07; Заявлено 13.09.1982; Опубл. 23.03.1984, Бюл. № 11. -180с.

41. А.с. № 1709453 СССР, Мкл. Н02Н 3/08. Устройство для регистрации бросков токов резкопеременной нагрузки и токов к.з. в трансформаторах / В.В.Зиновкин, В.А.Матусевич, А.С.Жагров, И.В.Линьков, В.И.Маликов, (СССР) - № 4751965/21; Зявл.23.10.1989; Опубл. 30.01.1992, Бюл. № 4. -221с.

АНОТАЦІЯ

Зіновкін В.В. Вплив різкозмінних навантажень дугових сталеплавильних печей на електротехнічне обладнання електротехнологічних комплексів - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 - електротехнічні комплекси і системи. - Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2006.

Дисертація присвячена розвитку теорії нестаціонарних електромагнітних процесів в електротехнічному обладнанні і системах з метою підвищення ефективності роботи та функціональної надійності електропостачання електротехнологічних комплексів у складі дугових сталеплавильних печей. В роботі запрорпоновано багатопараметричний метод і розроблено математичні моделі для дослідження впливу сукупності параметрів різкозмінних навантажень на збуджувані ними нестаціонарні електромагнітні процеси в електротехнічному обладнанні. Рішення отримано в межах початкових та граничних умов, відображаючих характерні риси електротехнологічних комплексів з урахуванням нелінійною залежністю магнітної проникливості від напруженості магнітного поля.

Запропоновано методики аналізу і класифікації електричних параметрів різкозмінних навантажень по кратності, тривалості та характеру, а також ефективні енерго- та масо-зберігаючі інженерні рішення та система електромагнітного шунтування неактивних деталей, які підтверджено багаточисельними експериментальними дослідженнями і впровадженням на електрометалургійних підприємствах України.

Ключові слова: електротехнологічний комплекс, дугова сталеплавильна піч, різкозмінні навантаження, електротехнічне обладнання, нестаціонарні електромагнітні процеси, технічний стан, функціональна надійність.

Zinovkin V.V. Influence variable loading of arc steel-smelting furnaces on the electrotechnical equipment of electrotechnological complexes. - the Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Dr.Sci.Tech. on a speciality 05.09.03 - electrotechnical complexes and systems. Donetsk national technical university, Donetsk, 2006.

Dissertation is devoted development of theory of non-stationary electromagnetic processes in technical equipment and systems with the purpose of increasing efficiency work efficiency and functional reliability of electric supply of electro-technological complexes in composition arc steel-smelting stoves. In work of is offered multiparametric method and mathematical models are developed for research influence of aggregate of parameters of the variable loadings on excited by them non-stationary electromagnetic processes in the electric-technical are equipment. A solution is within the limits of initial and maximum conditions, which shows characteristic featceres the personal touches of electro-technological complexes with the account of the magnetic penetrating nonlinear dependence from tension of the magnetic field.

The methods of analysis and classification of electric parameters of the variable loadings are offered on multiple ness, duration and character, and also effective power and bulk are keepings engineer decisions and system of the electromagnetic shunting of nonactive details which are confirmed by numerous experimental researches and introduction on the electrometallurgy enterprises of Ukraine.

Keywords: an electro-technological complex, arc steel-smelting stove, variable loading, electrical engineering equipment, non-stationary electromagnetic processes, technical state, functional reliability.

Зиновкин В.В. Влияние резкопеременных нагрузок дуговых сталеплавильных печей на электротехническое оборудование электротехнологических комплексов - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.09.03 - электротехнические комплексы и системы. - Донецкий национальный технический университет, Донецк, 2006.

Диссертация посвящена развитию теории нестационарных электромагнитных процессов в электротехническом оборудовании и системах с целью повышения эффективности функционирования электротехнологических комплексов в составе дуговых сталеплавильных печей и тиристорных компенсаторов реактивной мощности.

В дисертационной работе приведен анализ существующих методов исследования качества электрической энергии и электромагнитной совместимости электротехнического и электротехнологического оборудования в системах электроснабжения електросталеплавильних промышленных предприятий. Показано, что в настоящее время учитывается влияние только превалирующих параметров или факторов. Однако, при увеличении мощности, второстепенные факторы в сочетании с превалирующими приводять к снижению функциональной надежности электроснабжения электротехнологических комплексов в составе мощных дугових сталеплавильних печей. Определены причинно-следственные факторы аварийности трансформаторного оборудования в системах электротехнологических комплексов, укомплектованных дуговими сталеплавильними печами, тиристорными компенсаторами реактивной мощности и фильтрами высших гармоник.

Разработан многопараметрический метод и математические модели формирования совокупности параметров резкопеременных нагрузок дуговых сталеплавильных печей и возбуждаемых ими нестационарных электромагнитных процессов в электротехническом оборудовании специального назначения. Многопараметрический метод базируется на анализе ряда параметров, которые характеризуют условия работы электротехнического оборудования в системах с резкопеременными нагрузками. Приведен пример практической реализации метода для расчета оптимального тока для сетевого трансформатор мощностью 160 МВА. Решение разработанных математических моделей осуществляется в области новых начальных и граничных условий, отражающих характерные особенности резкопеременных нагрузок дуговых сталеплавильных печей.

Разработана математическая модель нестационарных электромагнитных процессов в сети 35 кВ с учетом гальванических взаимосвязей электропечного трансформатора с фильтрами высших гармоник и нелинейной вебер-амперной характеристикой отдельных стержней. При ее решении использованы метод Гаусса в сочетании с принципом Хилла. Она позволила установить причину развития резонансных электромагнитных процессов в цепях фильтров, их дальнейшее развитие на частотах, которые кратны промышленной и увеличения до аварийных кратностей тока.

В диссертации впервые обобщена совокупность характерных особенностей электротехнологических режимов дуговых сталеплавильных печей и изучено их влияние на условия эксплуатации и техническое состояние энергоемкого электротехнического оборудования и, в значительной степени, сетевых и электропечных трансформаторов с учетом нелинейных электромагнитных характеристик, несиметрии и несинусоидальности тока в системах и магнитного поля в массивных ферромагнитных деталях.

Предложена математическая модель шума сетевых трансформаторов в спектре октавных частот. Ее решение получено с использованием модифицированной

задачи Коши в сочетании с преобразованием Лейбница и позволяет предопределить формирование начальных отклонений в трансформаторах.

На основании результатов теоретических исследований адаптированы методики физического и компьютерного моделирования нестационарных электромагнитных процессов, возбуждаемых совокупностью параметров электротехнологических режимов дуговых сталеплавильных печей.

Предложены методики и специализированные устройства формирования характерных особенностей электротехнологических режимов дуговых сталеплавильных печей и исследования их влияния на электротехническое оборудование и нестационарные электромагнитные процессы в системах электроснабжения комплексов. Разработаны метод и специализированное устройство классификации параметров резкопеременных нагрузок дуговых сталеплавильных печей по количеству, кратности, продолжительности и характеру. Это специализированное устройство в сочетании с методикой шума в спектре октавных частот являются основными для разработки многопараметрической трехуровневой системы электромагнитной диагностики силового трансформаторного оборудования специального назначения. На первом уровне анализируются параметры электрических режимов, которые превышают нормируемые государственными стандартами. На втором - исследуется звуковая мощность в спектре октавных частот, что позволяет предопределить наличие деформаций в обмотках или деталях конструкции. На третьем уровне выполняется анализ отклонений в системе обмоток по динамике изменения градиентов фазных сопротивлений. При этом здесь используются разработанные алгоритм и программа приведения межфазных внешних электрических параметров к внутренним электромагнитным, по динамике и характеру изменения которых определяется техническое состояние силовых трансформаторов или формирование начальных отклонений.

Получены зависимости неравномерного распределения плотности потока электромагнитной индукции в магнитных шунтах, которые использованы при разработке и внедрении оптимизированной системы электромагнитного шунтирования баков сетевых трансформаторов. Ее внедрение позволило уменьшить электро-массо-габаритные показатели и расход электротехнической стали до 30% и уменьшить потери от вихревых токов до 50%. оптимальные эксплуатационные и эквивалентные испытательные режимы силовых трансформаторов специального назначения.

Разработана методика приемо-сдаточных испытаний силовых трансформаторов к воздействиям резкопеременного характера нагрузки предназначенных для питания энергоемких дуговых сталеплавильных печей. По этой методике выполнены испытания сетевого масляного трансформатора мощностью 100/200 МВА на сетевом испытательном стенде напряжением 500 кВ. Результаты испытаний подтвердили эффективность использования результатов теоретических исследований.

Основные положения, результаты исследований и предложенные прикладные решения подтверждены многочисленными экспериментальными измерениями на физических, масштабных и компьютерных моделях, макетных образцах и реальном электрооборудовании, работающем в системах электроснабжения электротехнологических комплексов в составе ДСП, и внедрены на ведущих промышленных электросталеплавильных предприятиях Украины и проектных организациях, а также использованы в учебном процессе при подготовке аспирантов, магистров и специалистов в Запорожском национальном техническом университете.

Ключевые слова: электротехнологический комплекс, дуговая сталеплавильная печь, резкопеременная нагрузка, электротехническое оборудование, нестационарные электромагнитные процессы, техническое состояние, функциональная надежность.

Віддруковано на ризографі

ТОВ фірма “Друк-ІНФО”

Підп. До друку 11.05.2006 р.

Ум. -друк. Арк. 2,0.

Тираж 100 прим. Замовлення №1365

83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, к. 113

Размещено на Allbest.ru