Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск
№ 1 (2015)
Скачать выпуск PDF

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА

5-11 786
Аннотация

Рассмотрен принцип выполнения токовой защиты линий с односторонним питанием от междуфазных коротких замыканий. Предложено выражение для определения места короткого замыкания по относительному значению расстояния от места установки защиты до точки повреждения только по результатам оперативного контроля токов короткого замыкания поврежденных фаз. Также представлено выражение для определения выдержки времени срабатывания такой защиты с учетом определенного места короткого замыкания.

Предложена и подробно описана функциональная схема токовой защиты, обеспе- чивающая реализацию изложенных принципов ее выполнения. Рассматриваемая схема защиты содержит входные преобразователи тока, подключаемые к измерительным трансформаторам тока защищаемой линии, макси- и миниселектор, блок определения вида режима, измерительный орган с блоком задания уставок, блок определения места короткого замыкания с блоком задания параметров, блок расчета и контроля выдержки времени с блоком задания параметров, логический элемент ИЛИ, исполнительный эле- мент, отключающий выключатель защищаемой линии. Рассмотрено функционирование предложенной схемы. Все блоки и элементы функциональной схемы токовой защиты могут быть реализованы на базе средств аналоговой и цифровой техники. В качестве последней предполагается использование современных микропроцессорных средств.

Работоспособность  изложенных  принципов  выполнения  токовой  защиты  линий с  односторонним  питанием  от  междуфазных  коротких  замыканий  применительно к цифровой реализации исследована методом вычислительного эксперимента. Полученные результаты подтверждают эффективность предлагаемых решений, а также то, что отключение короткого замыкания  в пределах основной зоны защиты линии обеспечивается без выдержки времени, а в конце зоны резервирования – с выдержкой времени, не превышающей 2Δt на всех участках, включая головные участки сети.

12-24 2631
Аннотация

Представлена методика расчета параметров модели силового трехфазного двухобмоточного трансформатора из библиотеки SimPowerSystems  системы динамического моделирования  MatLab-Simulink. Данная  методика основана на использовании  ката- ложных данных силового трансформатора. Особое внимание уделено расчету парамет- ров характеристики намагничивания стали магнитопровода для модели силового трансформатора. Методика расчета параметров модели силового трехфазного двухоб- моточного трансформатора с учетом нелинейности его характеристики намагничивания в доступных русско- и англоязычных источниках отсутствует. В руководстве пользователя SimPowerSystems рассматриваются демонстрационные модели трансформаторов с уже готовыми параметрами, но без ссылок на источники по их определению. Силовой трансформатор является нелинейным элементом энергосистемы, поэтому для анализа его работы в различных режимах необходимо располагать параметрами характеристики намагничивания стали магнитопровода.

Особый интерес представляет анализ процессов при включении ненагруженного трансформатора под напряжение. Данный режим сопровождается возникновением со стороны питания трансформатора броска тока намагничивания, который по своему зна- чению превосходит в несколько раз номинальный ток трансформатора. Резкое возрас- тание тока намагничивания объясняется насыщением стали магнитопровода. Поэтому учет  характеристики  намагничивания  при  моделировании  работы  трансформатора в данном режиме является обязательным условием. Предпринята попытка привести все расчетные выражения к виду, удобному для инженерного использования, а также обосновать расчет нелинейной характеристики намагничивания силового трансформатора. Осциллограммы броска тока намагничивания, полученные в ходе выполнения вычисли- тельного эксперимента c применением рассматриваемой модели трансформатора, подтвердили адекватность рассчитанных параметров модели.

24-33 404
Аннотация

Актуальность исследований динамических режимов многодвигательного тягового электропривода определяется его широким применением в рельсовом электрическом транспорте.  В  статье  выполнен  анализ  двухдвигательного  тягового  электропривода с питанием двух параллельно включенных асинхронных электродвигателей от одного преобразователя частоты с векторным управлением и датчиками скорости каждого из электродвигателей. Методом лабораторных исследований и имитационного моделиро- вания проведен анализ двухдвигательного асинхронного электропривода с учетом параметрических возмущений, а также с учетом ограниченного момента сцепления колес с рельсами. Так как двигатели одной серии могут иметь отличия в параметрах, для включения на параллельную работу необходим подбор машин с наименьшим отличием сопротивлений и индуктивностей обмоток. Для этого использовали метод параметрической идентификации каждого из электродвигателей, а также электродвигателя, эквива- лентного  двум,  включенным  параллельно.  Результат  идентификации  был  применен в настройке управления.

Анализ режима буксования тягового электропривода в связи с трудностями его воспроизведения в лабораторных условиях проводили математическим и имитацион- ным моделированием с учетом ограничения силы сцепления, характерного для рель- сового транспорта. Предложенная имитационная модель построена с учетом упругих деформаций в кинематической цепи, передающей тяговое усилие. Модель позволяет проанализировать динамику системы в различных условиях при буксовании.

Представлены результаты лабораторных исследований и имитационного моделирования динамических режимов двухдвигательного электропривода. На основании полученных данных можно сделать вывод, что близость параметров двигателей, подключаемых парал- лельно к преобразователю, имеет важное значение для устойчивости к буксованию.

33-43 356
Аннотация

Представлены результаты анализа параметров ветра на территории строительства ветроэнергетических парков на севере Азербайджанской Республики.  С помощью экстраполяции рассчитаны скорости потока ветра на высотах 80 и 100 м. В условиях Азербайджанской Республики потенциал ветра вначале определяли на высоте 10–15 м от поверхности земли на основе данных флюгера, установленного на гидрометеорологиче- ской станции, расположенной в черте города Баку. Последующие измерения проводили на высоте 40 м с помощью анемометра, расположенного за чертой города в южном направлении. Установлено, что на высоте 100 м скорость ветра существенно превышает скорость ветра на высоте 22 м. Следовательно, высота 100 м является рентабельной для построения и эксплуатации ветряных сооружений. Результаты фактических измерений показали, что скорость ветра зависит от высоты и времени суток. Изменение в течение месяца потока ветра соответствует изменению суточного графика мощности энергети- ческой станции, и коэффициент корреляции двух процессов оказывается достаточно высоким  и  составляет  0,61.  Для  построения  парка  ветровой электрической  станции необходимо в течение одного года на различных высотах (до 100 м) беспрерывно про- водить фактические измерения параметров ветра. В противном случае размещение ветровой станции на данном участке может быть нерентабельным. КПД ветряных агрегатов, помимо их конструктивных особенностей,  также зависит от правильного выбора места их установки.

Передача энергии, вырабатываемой с помощью ветряных электростанций, в энергосистемы потребителю тесно связана со скоростью ветра, плотностью воздуха, распределением потока ветра и другими параметрами. Поэтому исследование параметров ветра имеет экономическое и даже юридическое значение.

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

44-53 435
Аннотация

В статье рассмотрены моделирование и исследование аэродинамических процессов на участках пространства (включающих группу строительных сооружений сложной конфигурации для различных режимов капельных и воздушных потоков и температурных условий) и в строительных сооружениях сложной конфигурации (для различных режимов отопления и вентиляции). Разработаны специализированные программы для решения инновационных задач в области тепло- и массообмена в трехмерном пространстве давлений – скоростей – температур объекта.

Область применения пневмоопорных объектов – строительство и покрытие теннисных кортов, хоккейных площадок, бассейнов, а также выставки, цирки, кафе, аквапарки, киностудии, мобильные объекты медицинского назначения, ангары, гаражи, строительные площадки, станции техобслуживания и т. д. Достоинствами таких объектов яв- ляются  возможность  и  простота  многократного  монтажа  и демонтажа.  Их широкое внедрение определяется температурно-влажностными условиями под оболочкой.

Аналитико-расчетные исследования, натурные обследования тепло- и массообменных термодинамических параметров, многофакторных процессов воздушной среды в пневмоопорных объектах, их оболочках, в широком диапазоне климатических параметров воздуха (январь – декабрь) в Республике Беларусь, в различных географических широтах многих стран показали, что предел возможности оптимизации от ветровых нагрузок, потоков теплоты, акустических воздействий бесконечен (спортивные, жилые, промышленные, складские, военные технические единицы (танки, самолеты и т. д.)). В продолжение к моделированию конвективных потоков в пневмоопорных объектах (часть 1) представлены процессы с более высокими динамическими параметрами воздушных потоков для характерных размеров пневмоопорных объектов, проведен расчет полей скоростей, температур, давлений с увеличенной до 5 м/с скоростью поступления воздуха через приточные отверстия в различные моменты времени (20, 100, 200, 400 с). Расчет осуществлялся с использованием разработанной математической модели про- цессов конвекции, тепло- и массообмена в неограниченном пространстве на основе за- конов сохранения импульса, неразрывности, теплопроводности и граничных условий для пневмоопорных объектов, позволяющих анализировать и рассчитывать тепловые и конвективные потоки в трехмерном пространстве (часть 1 (2014, №4)).

54-61 364
Аннотация

Дифференциальное приближение, получаемое путем усреднения по телесному углу уравнения переноса излучения, является одним из наиболее эффективных методов инженерного расчета лучистого теплообмена в сложных многомерных теплоэнергетических системах с селективной и рассеивающей средой. Представлен подход для улучшения точности расчета лучистого теплообмена методом дифференциального приближения в многомерных системах за счет использования самосогласованных граничных условий. Продемонстрирована эффективность предложенного подхода на примере модельных двумерных систем. Записаны самосогласованные граничные условия, учитывающие  неортогональность  падающего  потока  излучения  к  поверхности  границы и алгоритм их использования. Показано, что учет неортогональности падающего потока повышает качество расчета радиационного теплообмена в многомерных системах, особенно вблизи угловых зон.

Расчеты, проведенные с использованием традиционных и самосогласованных граничных условий, сравниваются с «точным» расчетом, выполненным методом дискретных ординат. Показано, что использование нового подхода позволяет уменьшить среднеквадратичную погрешность расчета результирующего потока излучения на стенку в 1,5–2 раза. Использование самосогласованных граничных условий дает возможность вы- явить скачок результирующего потока в угловых точках многомерной системы, который невозможно получить при расчетах с использованием традиционных граничных условий.

62-72 333
Аннотация

Цифровые микропроцессорные средства автоматизации позволяют гораздо шире использовать приемы конструирования систем автоматического регулирования, а также применять в них оптимальные способы регулирования, например можно объединить метод структурно-параметрической оптимизации и теории инвариантности. Метод структурно-параметрической оптимизации позволяет существенно повысить быстродействие системы при отработке скачка задания и сократить время отработки крайнего внешнего возмущения до двух величин запаздывания по каналу регулирующего воздействия. Использование принципа инвариантности основано на дополнительном измерении наиболее опасного возмущающего воздействия, по отношению к которому и достигается улучшение качества регулирования.

В данном исследовании для существенного улучшения отработки внешнего возмущения расходом перегретого пара применен принцип инвариантности. Компенсация влияния возмущения на регулируемую величину достигается за счет введения дополнительного сигнала на вход корректирующего регулятора с выхода устройства компенсации соответствующей структуры. При этом внешнее возмущение измерено расходом перегретого пара.

Результаты моделирования переходных процессов каскадной системы автоматиче- ского регулирования, на базе которой было реализовано объединение указанных методов, показали, что при отработке внешнего возмущения расходом пара происходит уменьшение максимальной динамической ошибки регулирования в шесть раз и сокращение времени регулирования на 30 % по сравнению с каскадной системой без устройства компенсации внешнего возмущения. При этом уменьшение заданной постоянной времени критерия оптимальности отработки задания по основной регулируемой величине ведет к дальнейшему уменьшению максимальной динамической ошибки регули- рования при отработке внешнего возмущения расходом пара, что и далее позволяет повысить качество регулирования.

72-81 355
Аннотация

Приведено сравнение расчетов топлива на приготовление горячей сетевой воды с помощью различных технологических установок, преобразующих теплоту высокого потенциала от продуктов сгорания топлива либо в процессе необратимого теплообмена с теплоносителем, либо с помощью тепловых двигателей, позволяющих снизить потери работоспособности и тем самым сэкономить топливо. Рассмотрены пять типов установок – от самой простой до самой сложной в двух вариантах, когда теплообменники и машины идеальны и когда оборудование имеет известную степень совершенства:

1) водогрейная котельная на органическом топливе;

2) электрокотельная, получающая энергию по линии электропередачи от конденса- ционной электростанции;

3) сетевой подогреватель ТЭЦ, получающий пар от теплофикационной турбины;

4) сетевой подогреватель КЭС, питаемый паром от редукционно-охладительной установки;

5) тепловой насос, получающий энергию по линии электропередачи от ТЭЦ.

Исследованы три идеальных обратимых способа трансформации теплоты высокого потенциала в теплоту низкого потенциала с помощью понижающего, повышающего и предложенного авторами комбинированного термотрансформаторов и показана их полная термодинамическая равноценность. Для реализации идеального цикла комбинированного термотрансформатора предложена универсальная установка для выработки электроэнергии, холода и теплоты двух потенциалов для горячего водоснабжения и отопления на базе газовых компрессоров и газовых турбин. Данные результаты представляются весьма актуальными для энергетиков стран с неуклонным ростом потребления органическо- го топлива и его стоимости, реализующих программы энергосбережения.

Анализ показал, что количество полученной теплоты низкого потенциала на единицу затраченной теплоты высокого потенциала составило для идеальных установок: электрокотельной – 0,7; водяной котельной – 1,0; для теплового насоса, теплофикационной турбины и комбинированного термотрансформатора – 4,9. Увеличение количества теплоты низкого потенциала по сравнению с затраченной теплотой высокого по тенциала не является нарушением законов термодинамики, а наоборот, прямым их следствием, поскольку при этом преобразовании сохраняется постоянной работоспособность теплоты. Для реальных вариантов этих установок коэффициенты преобразования составили соответственно: 0,415; 0,9; 1,53; 2,8; 1,47. Таким образом, еще раз получено, что ТЭЦ является самым эффективным источником теплоты для отопления и  превосходит  электрокотельную  в  семь  раз,  а  установки  с  тепловыми  насосами  – в два раза. Универсальная энергоустановка сопоставима по эффективности с тепловым насосом, но превосходит его благодаря своей многофункциональности.

82-92 388
Аннотация

Надежность бесперебойной эксплуатации магистральных трубопроводов является актуальной проблемой на этапе их эксплуатации. Решение этой задачи заключается в  разработке  эффективной  системы  предупреждения  поломок  и  аварий  магистральных трубопроводов как при проектировании и эксплуатации, так и при выборочном ремонте. Изменение прямолинейного, не нагруженного изгибающими моментами расположения приводит к изменению напряженно-деформированного состояния трубопровода. При этом нужно определить и контролировать напряженно-деформированное состояние в процессе проведения ремонтных работ.

Приведена математическая модель деформирования участка трубопровода в вязкоупругой постановке с учетом ползучести грунтов и моментального напряженного состояния трубопровода с целью оценки напряжений и несущей способности ремонтного участка трубопровода в зависимости от времени. Расчет напряженно-деформированного состояния трубопровода включает определение осевых (продольных) и окружных (кольцевых) напряжений с учетом осенесимметричного деформирования и выполнен на основе полубезмоментной теории оболочек. Для обоснования достоверности данных выполнено сравнение результатов расчета с результатами решений аналитическими методами для различных случаев (деформация длинномерного участка трубопровода только под влиянием поперечного действия; деформация длинномерного участка под влиянием продольного напряжения; деформация длинномерного участка трубопровода, который лежит на упругом основании, под влиянием поперечного действия). Результаты сравнения показали, что погрешность расчетов не превышает 3 %.

С использованием разработанной модели выполнен анализ изменения напряженнодеформированного состояния участка трубопровода, который показал увеличение прогиба пролета по сравнению с решением задачи в упругой постановке. Расчетами также показано, что для корректной оценки условий эксплуатации трубопровода необходимо учитывать изменение ореола реологических процессов почв. На основании комплексного расчета трубопровода определены напряжения и зависимость прогиба трубопровода от времени для двух почв с различными реологическими свойствами.



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


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