Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск
№ 4 (2014)

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА 

5-14 554
Аннотация

Произведен анализ надежности невосстанавливаемых резервированных систем электроснабжения промышленных предприятий и других потребителей электрической энергии. Основное внимание уделено влиянию множественных отказов, вызванных отказами всех элементов системы по одной общей причине. Указаны основные возможные причины возникновения множественных отказов. Рассматриваются два основных показателя надежности невосстанавливаемых систем: среднее время безотказной работы и средняя вероятность безотказной работы. Моделирование отказов производили путем разделения исследуемой системы на две последовательно включенные подсистемы, одна из которых отражает независимые отказы, а другая – множественные отказы. В соответствии с совместным моделированием одиночных и множественных отказов результирующая интенсивность отказов представляет собой сумму взаимоисключающих составляющих: интенсивности статистически независимых отказов и интенсивности множественных отказов элементов и системы в целом.

Показано существенное влияние множественных отказов элементов на среднее время безотказной работы системы. Построена шкала предпочтений систем по критерию максимума среднего времени безотказной работы в зависимости от доли множественных отказов. Отмечено, что на шкалу предпочтений по критерию средней вероятности безотказной работы множественные отказы не влияют, однако изменяют интервалы времени, определяющие моменты отказа систем и исключения их из числа сравниваемых. Рассмотрены две задачи условной оптимизации выбора системы резервирования с учетом ее надежности и стоимости. Первая задача решается по критерию минимальной стоимости системы при условии обеспечения заданной средней вероятности безотказной работы, вторая – исходя из критерия максимума средней вероятности безотказной работы при ограничении на стоимость системы.

 


15-22 493
Аннотация

Статья посвящена алгоритмизации методов поиска эффективной замены потребительских трансформаторов в распределительных электрических сетях. Как и любое оборудование энергосистем, силовые трансформаторы имеют свой ограниченный срок службы, определяемый как естественными процессами деградации материалов, так и непредвиденным износом в результате различных перегрузок и перенапряжений. Согласно стандарту, принятому в Республике Беларусь, нормативный срок эксплуатации силовых трансформаторов составляет 25 лет. Однако до достижения этого срока могут возникать ситуации, при которых замена трансформаторов будет экономически целесообразна. Рассмотрена необходимость такой замены с целью повышения эффективности функционирования электрической сети, связанного с его физическим износом и старением.

Отмечены недостатки разработанной ранее математической модели замены трансформатора, в которой трансформатор, отработавший свой ресурс, всегда списывается, в то время как на практике возможны ситуации, когда эксплуатируемый трансформатор, будучи замененным на новый на одной подстанции, будет вполне работоспособным и может быть установлен на другой подстанции энергосистемы, продолжив свое функционирование. Такая практика замены оправдана при ограниченных финансовых ресурсах и требует тщательного технико-экономического обоснования.

В ходе исследования авторами разработан эффективный алгоритм определения оптимального размещения трансформаторов на подстанциях распределительных электрических сетей, основанный на поиске наилучшего решения из всей совокупности перестановок в ориентированном графе. Предложенный алгоритм позволяет значительно сократить время расчета оптимального размещения трансформаторов, используя ряд упрощений. Результатом работы алгоритма является последовательность перестановки трансформаторов в сети, позволяющая получить больший экономический эффект по сравнению с заменой одиночного трансформатора.
23-30 396
Аннотация

В статье рассматривается задача синтеза и качественной оценки гармонического состава одно- и многократных широтно-импульсных модуляций (ШИМ) напряжений при временном регулировании, являющемся, наряду с амплитудным, частотным и фазовым, одним из способов управления асинхронным двигателем. Сущность временного регулирования состоит в том, что при нем изменяется пауза после каждых двух разнополярных импульсов однократных ШИМ или двух разнополярных последовательностей импульсов многократных ШИМ. Особенностью временного регулирования является то, что двигатель в области малых сигналов управления имеет повышенную чувствительность и хорошую линейность механических характеристик во всем диапазоне регулирования. Получены аналитические выражения параметров ШИМ импульсов ai и ti, позволяющие значительно упростить процесс формирования и реализацию временного регулирования с использованием табличных или индексно-табличных способов. Благодаря этим аналитическим выражениям можно не только определить амплитуду  напряжения n-й гармоники, но и провести качественную оценку гармонического состава выходных напряжений при временном регулировании. Установлено, что при регулировании частоты гармоник wi = w0/q изменяются обратно пропорционально величине параметра q и происходит замещение основной частоты w0 частотами высших гармоник.

Предлагаемый подход позволяет синтезировать напряжения равномерных одно- и многократных ШИМ, провести их сравнительный и качественный анализ, а полученные выражения могут быть использованы при моделировании работы электродвигателя переменного тока. Лучшими показателями по критерию минимума гармонических составляющих и максимума коэффициента несинусоидальности Kнс при временном регулировании обладают напряжения многократных ШИМ, при формировании которых использовано ступенчатое эталонное напряжение, имеющее четное число ступенек в полупериоде и содержащее паузу на нулевом уровне.

30-41 458
Аннотация

В настоящее время большое внимание уделяется повышению энергоэффективности на эксплуатируемом электрифицированном городском транспорте. Перспективным направлением по повышению энергоэффективности на данном виде транспорта является применение рекуперативного торможения. Для дополнительного повышения энергоэффективности предложено использовать емкостной накопитель электроэнергии на шинах тяговой подстанции. Одна из важных задач – оценка применения энергии рекуперации с накопителем и без него.

Проведенный анализ работ показал, что существующие алгоритмы расчета не позволяют в полном объеме выполнять расчеты количества и стоимости энергии рекуперации без накопителя и при его использовании. Исходя из этого вытекает актуальность данной темы. Цель работы – составление методики расчета и алгоритма для определения количества и стоимости потребляемой, рекуперируемой и избыточной энергии электрифицированного городского транспорта исходя из заданного режима движения на перегоне. Разработан алгоритм, позволяющий рассчитывать количество и стоимость потребляемой, рекуперируемой и избыточной электроэнергии с учетом режима движения электрифицированного городского транспорта на перегоне при установке емкостного накопителя на тяговой подстанции. На основании разработанного алгоритма для заданного режима движения поезда метрополитена выполнен пример расчета количества энергии рекуперации и ее стоимости, в том числе при ограниченной энергоемкости накопителя, для одновременно находящихся четырех поездах на перегоне.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА 

42-55 513
Аннотация

Выполнено компьютерное моделирование процесса трехмерной конвекции на основании расчетов термодинамических параметров пневмоопорных объектов при вынужденной конвекции воздуха. Разработана математическая модель численного расчета температурных, скоростных, полей давлений воздуха в объекте в системе Solid Works и с помощью программных средств представлена сеточными элементами. Для объекта, где функционируют приточно-вытяжные сечения, через которые транспортируется более и менее нагретый воздух, использованы уравнения Навье – Стокса, сплошности, теплопроводности, Клапейрона – Менделеева. Дифференциальные уравнения представлены системами алгебраических уравнений, начальные и граничные условия заменены разностными условиями для сеточных функций, и их решения выполнены алгебраическими операциями. Показано, что в пневмоопорных объектах конвективные, тепловые потоки идентичны структурам у поверхностей в неограниченном пространстве, а в одно- и многослойных оболочках имеют место циркуляционные контуры, геометрические размеры которых зависят от теплофизических характеристик газа (воздуха) в оболочках, радиационных взаимодействий более и менее нагретых поверхностей оболочек с небосводом, поверхностью земли, соседними объектами. Выполнены натурные обследования пневмоопорных объектов различного назначения (спортивные и складские объекты, дельфинарии и т. д.) в летнее и зимнее время в Минске и других городах Беларуси и России, включающие температурные поля внешних и внутренних поверхностей оболочек воздуха в помещениях, подвижности воздуха, относительные влажности, тепловые потоки, радиационные характеристики и т. д.

Результаты аналитических и натурных исследований иллюстрированы графическими зависимостями скорости, температуры, плотности, давления от координат, времени.

56-62 460
Аннотация

В настоящей работе, в отличие от исследований [1–10], рассмотрена теплоотдача на боковой поверхности рабочего объема при несимметричных вводе и выводе газов, когда значения относительных площадей входа и относительных диаметров выходного отверстия различны в каждой из половин рабочего объема. Теплоотдачу конвекцией к закрученному потоку воздуха изучали по методу изменения агрегатного состояния греющего агента – конденсации слегка перегретого (на 2–3 оС) водяного пара. Сбор конденсата с рабочего участка производили через гидрозатвор, обеспечивающий поддержание постоянного давления в калориметре. Переданное за время опыта количество теплоты определяли по массе собранного конденсата.

В опытах на камере с двусторонним несимметричным выводом газов варьировали относительный диаметр выходного отверстия с одной из сторон камеры Относительный диаметр выходного отверстия с другой стороны сохранялся постоянным. В опытах на камере с двусторонними несимметричными условиями ввода газов несимметрию ввода потока создавали за счет изменения относительной площади входа которая оставалась постоянной. Местный коэффициент теплоотдачи определяли при различных значениях безразмерной продольной координаты, совпадающей с осью камеры, направленной в сторону выходного отверстия, отсчитываемой от среднего сечения рабочего объема. Полученные уравнения для расчета коэффициентов теплоотдачи на боковой поверхности циклонных камер с несимметричными вводом и выводом газов дают удовлетворительное совпадение расчетных и опытных данных, что позволяет рекомендовать их для практического применения.

63-74 572
Аннотация

Работа регулятора в типовой трехимпульсной системе автоматического регулирования уровня воды в барабане котла не обеспечивает качественную отработку внутреннего и крайнего внешнего возмущений (наличие статических ошибок регулирования). Это делает актуальными вопросы ее модернизации. Рассмотрены различные методы настройки ПИ-регулятора типовой трехимпульсной системы автоматического регулирования питания. Предложены способы, позволяющие существенно улучшить качество регулирования уровня воды в барабане котла, устранив при этом недостатки типовой системы автоматического регулирования. Обусловлена актуальность использования каскадной системы автоматического регулирования на основе передаточной функции оптимального регулятора.

Выявлено, что оптимальные переходные процессы обеспечивают расчет численных значений коэффициента передачи регулятора при g = 2,618, что больше, чем рекомендуемые в литературе, однако при этом сохраняются статические ошибки регулирования при отработке внутреннего и внешнего возмущений с явлением «набухания уровня». Рекомендован метод моделирования переходных процессов в ускоренном масштабе времени, что позволяет значительно раньше установить величину статической ошибки регулирования при возмущении расходом перегретого пара и соответствующим образом изменить задание корректирующему устройству каскадной системы автоматического регулирования. При этом численные значения постоянных времени критериев оптимальности стабилизирующего и корректирующего регуляторов следует вычислять на основе ряда чисел правила золотого сечения, приняв за целое соответствующие постоянные времени опережающего участка и запаздывания, запаздывания по каналу регулирующего воздействия, с учетом максимальной величины регулирующего и корректирующего воздействий. Такое решение позволяет в два раза сократить полное время регулирования, уменьшить абсолютную ошибку регулирования в три раза, а максимальную величину регулирующего воздействия расходом питательной воды – в 1,7 раза.

75-82 449
Аннотация

На сегодняшний день явственно видна необходимость более рационального использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР), имеющихся в газотранспортной системе страны. В данной системе ВЭР в первую очередь представлены дымовыми газами газоперекачивающих агрегатов с газотурбинными приводными установками.

Для использования ВЭР газотурбинных приводов независимо от утилизационной схемы необходимо предусматривать установку теплообменного оборудования, которое является причиной увеличения аэродинамического сопротивления выпускного тракта. Это, в свою очередь, оказывает влияние практически на все параметры газотурбинной установки (ГТУ) и в результате сказывается на режиме работы установки в целом. Экспериментальным путем было определено, что использование утилизационного оборудования – причина снижения эффективных мощности и КПД. Для определения количественного влияния аэродинамического сопротивления на параметры ГТУ использован метод малых отклонений, позволяющий найти коэффициенты влияния, зная которые можно достаточно точно пересчитать выходные характеристики ГТУ при изменении сопротивления выхлопного тракта вследствие установки утилизационного теплообменника. Удобство метода состоит в том, что независимо от поставленной задачи, числа переменных и характера связи между ними решение может быть получено в виде явной аналитической зависимости.

Используя метод малых отклонений, получены коэффициенты влияния изменения сопротивления выпускного тракта на эффективные мощность и КПД установки конкретного типа. Кроме того, графическим образом представлена зависимость коэффициентов влияния от начальных параметров цикла: температуры продуктов сгорания перед турбиной и степени сжатия воздуха в компрессоре.

83-94 444
Аннотация

В статье представлена комплексная малоотходная технология использования местных видов топлива, которая может применяться при получении некоторых пористых строительных материалов. Приводятся новые методики получения пористых строительных материалов на основе аглопорита с использованием местных видов топлива и вторичных энергоресурсов на основе фрезерного торфа, топливных брикетов и древесных опилок, позволяющих заменить дорогостоящие импортные составляющие, которые входят в состав сырьевых смесей (каменный уголь, антрацит).

На основании математического моделирования процессов охлаждения в методических печах с толкающим приводом разработана методика инженерного расчета режима затвердевания шихты при агломерации. Представлено конструктивное решение для разработки  режима охлаждения шихты с теплофизическим обоснованием рациональных режимов охлаждения. Проведено исследование распределения поля температур внутри шихты в зависимости от различных скоростей движения ленты агломерационной машины, а следовательно, от времени охлаждения.

Определены характеристики сырья месторождения «Фаниполь» и оптимальный состав шихты, в которую входят суглинок, уголь, фрезерный торф. При промышленном исследовании полученного аглопорита данный состав показал положительные результаты по прочности и плотности. Установлено, что при уменьшении крупности топливных частиц повышается восстановительный потенциал продуктов горения, что приводит к уменьшению высоты окислительной зоны и скорости спекания сырьевой смеси. Эти процессы увеличивают производительность агломерационной машины.

Технология реализована в ОАО «Минский завод стройматериалов». В результате испытаний проведен анализ технологии производства аглопоритовых песка и щебня с использованием фрезерного торфа и добавлением опилок. Результаты исследования позволяют рекомендовать в дальнейшем применение сапропеля, который по себестоимости значительно ниже представленных материалов сырьевой смеси, а по физико-механическим характеристикам более приближен к свойствам фрезерного торфа.


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


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