Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск
Том 64, № 2 (2021)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-2

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА 

95-108 187
Аннотация

Использование ортогональных составляющих (ОС) лежит в основе построения измерительных органов современных устройств защиты и автоматики. В большинстве микропроцессорных защит выделение ОС входного сигнала осуществляется с использованием дискретного преобразования Фурье (ДПФ). Недостатками ДПФ являются его невысокое быстродействие, превышающее один период основной частоты, а также чувствительность к свободной апериодической составляющей, создающей, в зависимости от постоянной времени ее затухания, существенные погрешности преобразования. Для построения быстродействующих измерительных органов такое время установления истинного выходного сигнала часто является неприемлемым. В статье предлагается формировать ОС эквивалентного сигнала по значениям косинусной и синусной ОС основной гармоники, сформированных с использованием ДПФ, путем их умножения на результирующий корректирующий коэффициент. Разработанный алгоритм формирования ОС входных сигналов в микропроцессорных защитах отличается высоким быстродействием в переходных режимах и обладает широкими функциональными возможностями. Так, предлагаемое цифровое устройство формирования ОС эквивалентного сигнала по сравнению с цифровым фильтром на основе ДПФ отличается повышенным быстродействием функционирования как в режиме возникновения короткого замыкания, так и при спаде контролируемого сигнала, сохраняя такие же, как у ДПФ, характеристики в остальных режимах. Разработана структурная схема предлагаемого цифрового устройства формирования ОС эквивалентного сигнала, все блоки которого могут быть реализованы на микроэлектронной и микропроцессорной элементной базе. В соответствии со структурной схемой разработана цифровая модель указанного устройства в системе динамического моделирования MatLab-Simulink. В результате проведенных расчетов установлено существенное (до двух раз) повышение быстродействия предлагаемого цифрового устройства формирования ОС в переходных режимах по сравнению с формирователями, основанными на ДПФ.

109-120 109
Аннотация

Предложена методика механического расчета гибких проводов распределительного устройства при наличии одной отпайки к электрическому аппарату, расположенной в середине пролета, с учетом ее реального расположения. Принимаются во внимание наличие натяжных гирлянд изоляторов, разные высоты подвеса проводов. Нагрузки на токопровод и отпайку зависят от климатического режима, ветровых и гололедных условий, а также изменения температуры. Переход к другому климатическому режиму выполняется решением уравнения состояния с учетом коэффициентов горизонтальной и вертикальной нагрузки данного и исходного режимов. Приводятся формулы для определения коэффициентов нагрузки, учитывающих весовые, ветровые и гололедные нагрузки на провода и гирлянды изоляторов, а также наклон пролета. Расчеты производятся для каждого климатического режима исходя из реального расположения отпайки к электрическому аппарату и усилий от нее на ошиновку. Показано хорошее совпадение результатов, полученных по предложенной методике и с помощью компьютерной программы. Приведены формулы для расчета стрелы провеса и горизонтальных отклонений токопроводов при расположении отпайки в середине пролета. Предложена методика определения составляющих усилий на ошиновку от отпайки с учетом ее реального расположения в распределительном устройстве. Даны формулы расчета этих составляющих для разных вариантов ориентации отпайки. Знание значений составляющих сосредоточенных сил от отпайки позволяет повысить точность расчета стрел провеса и тяжений токопроводов распределительных устройств. Приведены формулы для определения коэффициентов увеличения стрелы провеса с учетом составляющих сил от отпайки.

121-129 87
Аннотация

. В электрических сетях с номинальным напряжением 10 кВ при реконструкции существующих и сооружении новых промышленных предприятий предпочтение отдается кабельным линиям с изоляцией из сшитого полиэтилена. Нормативный срок службы таких кабелей составляет не менее 30 лет (при соблюдении условий хранения, транспортировки, монтажа и эксплуатации), а фактический определяется техническим состоянием кабеля. Ресурс кабельной линии зависит от состояния ее изоляции, старение которой происходит под действием нескольких факторов. Условно все факторы, влияющие в той или иной степени на ресурс изоляции кабелей, можно разделить на тепловые, электромагнитные, климатические, механические и эксплуатационные. Наиболее существенной причиной старения изоляции является высокая температура, ускоряющая реакцию термоокислительной деструкции, в ходе которой распадаются высокомолекулярные соединения полимеров. Поскольку в действительности кабели эксплуатируются при температурах, значения которых ниже длительно допустимых, следовательно, старение изоляции происходит медленнее и фактический срок службы больше нормативного. В настоящее время состояние изоляции контролируется с применением испытаний повышенным напряжением, относящихся к методам разрушающего контроля. При проектировании и эксплуатации кабельных линий необходимо оценивать продолжительность фактического срока службы в различных условиях работы. В теории существует несколько выражений для расчета срока службы кабельной линии при воздействии температуры, влажности, электрического поля и агрессивных сред, однако все они неприменимы на практике из-за большого числа коэффициентов, значения которых неизвестны. В статье представлено полученное автором аналитическое выражение для определения срока службы силовых электрических кабелей, учитывающее старение изоляции под действием температуры и электрического поля.

130-142 88
Аннотация

С помощью математического и физического моделирования получены сведения о распределении электромагнитного поля в торцевой зоне мощного турбогенератора. На основе сравнения осевой составляющей магнитной индукции на поверхности крайнего пакета сердечника статора масштабной физической и математической моделей с данными натурного эксперимента сделаны выводы о достоверности полученных результатов. Данные моделирования и натурного эксперимента соответствуют одному и тому же турбогенератору, что позволяет оценивать корректность построения математической модели. Показано, что физическое моделирование дает возможность оценить закономерности распределения электромагнитного поля (без получения точных количественных показателей) и может использоваться для качественного сравнения эффективности различных конструктивных решений торцевой зоны статора. Однако такие модели не нашли широкого применения, поскольку для формирования содержательных и достаточно подробных выводов относительно параметров и характеристик объекта требуется проведение многочисленных исследований, конструкции торцевой зоны мощных генераторов сложны, а вычисление трехмерных моделей является трудоемким и даже при современной компьютерной технике связано с рядом упрощающих факторов. При математическом моделировании применен последовательный логический переход от простой модели центральной части машины к более сложной модели торцевой зоны с использованием предварительных результатов, что позволяет получить данные о распределении электромагнитного поля в сложных областях. С помощью специализированного программного обеспечения создана достаточно гибкая в плане модификации отдельных составляющих модель, характеризующаяся доступностью, наглядностью и неограниченными возможностями для экспериментирования, в том числе прогнозирования ситуаций, которые ранее не встречались или могут дать непредсказуемый результат.

 

143-151 100
Аннотация

В статье проанализированы основные техники и технологии добычи нефтяного флюида в условиях значительного роста цен на электроэнергию за последнее десятилетие. Отмечен стабильный рост публикаций по теме энергоэффективности. Для российской нефтегазодобывающей промышленности актуальна задача снижения энегозатрат при  сохранении или даже увеличении темпов производства. Она осложняется тем, что большинство месторождений либо уже вступило (Волго-Уральский регион), либо вступает (Западная Сибирь) в последнюю стадию разработки, тогда как новые месторождения Восточной Сибири еще только вводятся в эксплуатацию. Кроме того, многие новые месторождения, обеспечивающие высокий дебет, рентабельны априори, на первом этапе эксплуатации не требуют механизации, поскольку разрабатываются фонтанным способом, без использования скважинных насосных установок. Но при этом немало и новых месторождений с низкопроницаемыми коллекторами, на которые необходимо воздействовать системой поддержания пластового давления либо проведением периодически гидравлического разрыва пласта. На месторождениях поздней стадии разработки необходимо регулярно осуществлять ремонтно-восстановительные работы, вести борьбу с отложениями солей, асфальтосмолопарафинов, механическими примесями, обводнением и пр., что негативно сказывается на рентабельности скважин. Для решения этих задач в статье рассмотрены существующие методики и проведены расчеты удельных энергозатрат при использовании различных насосных установок для условных скважин, отличающихся дебитом. По результатам исследований выявлено, что с точки зрения энергоэффективности низко- и малодебитные скважины желательно оснащать штанговыми винтовыми насосными установками, среднедебитные – электровинтовыми с вентильными двигателями, средне- и высокодебитные – электровинтовыми или электроцентробежными в зависимости от характеристик выкачиваемого нефтяного флюида.

152-163 77
Аннотация

Смешанная задача для хорошо известного в электротехнике и электронике телеграфного уравнения при условии, что линия свободна от искажений, сводится к аналогичной задаче для одномерного неоднородного волнового уравнения. Эффективный способ решения этой задачи основан на использовании специальных функций – полилогарифмов, которые представляют собой комплекс­ные степенные ряды  со степенными же коэффициентами, сходящиеся в единичном круге. Точное решение задачи выражается в интегральной форме через мнимую часть полилогарифма первого порядка на единичной окружности, а приближенное – в виде конечной суммы через действительную часть дилогарифма и мнимую часть полилогарифма третьего порядка. Все указанные части полилогарифмов являются периодическими функциями, имеющими полиномиальные выражения соответствующих степеней на отрезке длиной в период, что позволяет получить решение задачи в элементарных функциях. В работе исследуется смешанная задача для хорошо известного в приложениях телеграфного уравнения. Эта задача линейной подстановкой искомой функции с экспоненциальным по времени коэффициентом сводится к аналогичной задаче для уравнения Клейна – Гордона. Решение последней можно найти методом разделения переменных в виде ряда по тригонометрическим функциям точки линии с коэффициентами, зависящими от времени. Такое решение малопригодно для практического применения, так как для него требуется вычисление большого числа коэффициентов-интегралов и при этом трудно оценить погрешность вычислений. В настоящей статье предлагается другой способ решения этой задачи, основанный на использовании специальных He-функций, которые представляют собой комплексные степенные ряды определенного вида, сходящиеся в единичном круге. Точное решение задачи представляется в интегральной форме через He-функции второго порядка на единичной окружности. Приближенное решение выражается в конечном виде через He-функции третьего порядка. В работе также найдена простая и эффективная оценка погрешности приближенного решения задачи. Она линейна относительно шага разбиения линии с экспоненциальным по времени коэффициентом. Приведен пример решения задачи для уравнения Клейна – Гордона разработанным способом, построены графики точного и приближенного решений

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА 

164-177 145
Аннотация

В работе представлен термодинамический анализ вторичного перегрева в турбодетандерных установках на низкокипящих рабочих телах. Изучена возможность оптимизации параметров рабочего тела во вторичном пароперегревателе. Исследования проводились для двух характерных турбодетандерных циклов: с теплообменным аппаратом на выходе из турбодетандера, предназначенным для охлаждения перегретого низкокипящего рабочего тела, и без теплообменного аппарата. Для исследуемых схем построены циклы в T–s-координатах. Изучено влияние давления и температуры в промежуточном перегревателе на эксергетический коэффициента полезного действия турбодетандерной установки. Получены зависимости эксергетического КПД и потерь по элементам турбодетандерного цикла при изменении температуры и неизменном давлении рабочего тела в промежуточном пароперегревателе, а также при изменении давления и неизменной температуре. В качестве низкокипящего рабочего тела рассмотрен озонобезопасный фреон R236EA, имеющий «сухую» характеристику линии насыщения, нулевой потенциал разрушения озонового слоя и потенциал глобального потепления, равный 1370. Установлено, что повышение параметров низкокипящего рабочего тела перед турбодетандером низкого давления (независимо от схемы турбодетандерного цикла) не всегда приводит к повышению эксергетического КПД. Так, перегрев рабочего тела при давлении, превышающем критическое, приводит к положительному эксергетическому эффекту. Однако для каждой температуры существует оптимальное давление, при котором КПД будет максимальным. При давлении ниже критического перегрев приводит к снижению эксергетического КПД и максимальный эксергетический эффект достигается при отсутствии вторичного пароперегревателя. При прочих равных условиях турбодетандерный цикл с теплообменным аппаратом более эффективен, чем без него, на всем исследуемом интервале температур и давлений низкокипящего рабочего тела.

178-186 86
Аннотация

На современной атомной электростанции предусмотрены локализующие системы безопасности для удержания при аварии радиоактивных веществ и ослабления ионизирующего излучения. Вместе с радиоактивными веществами удерживается и водород, образующийся при разложении теплоносителя первого контура. Накопление водорода в присутствии кислорода из атмосферы в зоне локализации аварии несет опасность формирования горючих и взрывоопасных концентраций этих компонентов. В проектах АЭС с ВВЭР предусмотрена система удаления водорода, включающая пассивные каталитические рекомбинаторы водорода. Производительность устройств подтверждается экспериментально в эталонных условиях (бедная воздушно-водородная смесь, давление и температура близки к нормальным, отсутствие помех для газообмена). Производительность – важный для безопасности параметр. Внутри герметичного ограждения локализующей системы безопасности АЭС с ВВЭР при аварии условия могут отличаться от эталонных и влиять на производительность. На основе расчетов исследована работа рекомбинаторов при недостатке кислорода и при затрудненном газообмене. Снижение производительности при недостатке кислорода достигает 50 %, что вызвано в основном ростом недожога. По сравнению с эталонными условиями, при аварии эффект выражен сильнее – 60–70 %. Затрудненный газообмен моделируется уменьшением высоты тягового канала рекомбинатора. К этому случаю можно свести размещение устройства в стесненных условиях и влияние скорости атмосферы внутри ограждения. Независимо от концентрации водорода рабочая характеристика устройства остается линейной, двукратное уменьшение высоты приводит к снижению производительности на 20 %. Результаты могут использоваться при обосновании безопасности АЭС с ВВЭР и экспертизе отчетов по обоснованию безопасности энергоблоков.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1029-7448 (Print)
ISSN 2414-0341 (Online)