Обзор инженерных решений и расчетов для прикладного применения. Публикации по теме промышленное оборудование и автоматизация.
Большинство водогрейных котлов промышленных и муниципальных котельных, работающих на угле, в настоящее время оснащены устаревшими системами управления. Топливо и электроэнергия, потребляемые котлоагрегатами, расходуются не оптимально, что связано с суточными (технологическими) колебаниями потребления теплоносителя (горячей воды). Около 60% электроэнергии собственных нужд котельных потребляют тягодутьевые машины - вентиляторы и дымососы. Практически на всех котлах применяется нерегулируемый асинхронный электропривод, регулирование расхода воздуха и разряжения в топке осуществляется изменением положения заслонок направляющих аппаратов с центрального пульта, а контроль технологических параметров работы котла - с помощью регистрирующих вторичных приборов. При таком способе регулирования потоков воздуха и отходящих газов (дыма) потери на дросселирование достигают 70%. Кроме этого, при эксплуатации котлов в связи с изменением параметров воздуховодов и дымоходов, топок котлов и свойств топлива устанавливаемые по наладочным технологическим картам режимы отличаются от оптимальных, что вызывает перерасход топлива.
В электрических сетях промышленных предприятий большинство электроприемников наряду с активной мощностью потребляет также и реактивную. В отличие от активной, реактивная мощность не совершает непосредственно полезной работы и служит лишь для создания переменных магнитных полей в индуктивных приемниках электрической энергии, непрерывно циркулируя между генератором и потребляющими ее электроприемниками.
Вместе с тем реактивная мощность оказывает существенное влияние на такие параметры системы электроснабжения, как потери мощности и электроэнергии и уровни напряжения в узлах сети. Значительные перетоки реактивной мощности приводят к дополнительным, не вызванным потребностями производства, потерям электроэнергии, снижению ее качества, уменьшению пропускной способности электрических сетей, а также к ряду других нежелательных последствий.
В настоящее время все более важным становится выявление участков электрических сетей с высокой долей коммерческих потерь, величина которых в отдельных районах может превышать 50% в структуре отчетных потерь. В связи с этим возникает актуальность задачи проведения анализа небалансов электроэнергии по элементам распределительной сети 0,4 и 10 кВ и выявления участков, где величина коммерческих потерь наиболее значима.
Баланс электроэнергии - система показателей, характеризующая соответствие потребления электроэнергии в энергосистеме, расхода ее на собственные нужды и потерь в электрических сетях величине выработки электроэнергии в энергосистеме с учетом перетоков мощности из других энергосистем
При построении прогнозной модели электропотребления промышленного предприятия на основе искусственной нейронной сети одним из первых этапов является определение входных параметров для искусственной нейронной сети - параметров, которые в той или иной мере определяют величину электропотребления предприятия. Согласно методике указанной в статье, все электроприемники предприятия сначала должны быть разбиты на группы по тем или иным технологическим признакам, а затем для каждой группы должны быть выделены параметры, «определяющие» и «влияющие» на электропотребление этой группы.
Разбиение всех электроприемников на группы и определение «влияющих» и «определяющих» параметров - достаточно сложная, трудоемкая и трудно формализуемая задача. Для решения этой задачи мы предлагаем использовать один из коллективных методов экспертных оценок - метод «Дельфи»
Основой для построения любых прогнозов, в том числе и прогноза электропотребления, является прогнозная модель. Прогнозная модель - модель объекта прогнозирования, исследование которой позволяет получить информацию о возможных состояниях объекта в будущем и путях и сроках их осуществления.
Процесс построения прогнозной модели включает в себя следующие этапы:
1. Выбор метода прогнозирования, определяющего суть прогнозной модели.
2. Выбор входных параметров модели.
3. Выбор выходных параметров модели.
4. Построение внутренней структуры прогнозной модели, определяющей зависимость выходных параметров от входных.
5. Формирование обучающего и проверочного множества.
6. Выбор параметров модели.
7. Верификация прогнозной модели, определение качества получаемых прогнозов.
Водогрейные котлы являются важнейшими элементами в системах отопления и горячего водоснабжения.
Эти котлы могут работать на различном виде топлива:
• Газ
• Мазут
• Угольная пыль
• Кусковом угле
В связи с постоянно растущими ценами на газ и мазут актуальна замена этих дорогих энергоносителей более дешевым угольным топливом, особенно для Кузбасса, являющегося одним из крупнейших поставщиков угля в России.
Прогнозирование, как таковое, широко используется в промышленности, финансовой и коммерческой деятельности. Прогнозирование спроса на те или иные товары и услуги, роста или падения котировок ценных бумаг, потребности предприятия в сырье и энергоресурсах - эти задачи решаются с помощью разных алгоритмов прогнозирования, в том числе, и с применением нейронных сетей. При этом каждый раз возникает задача определения необходимого и достаточного набора входных данных при заранее известных выходных параметрах.
Одной из технологических процедур на оптовом рынке электроэнергии и мощности (далее - ОРЭМ) является прогнозирование предприятиями-участниками рынка своего планового почасового потребления. Прогнозная величина потребления используется при проведении конкурентного отбора ценовых заявок на производство и покупку электроэнергии в процессе проведения торгов на ОРЭМ.
На сегодняшний день, как на отечественных, так и на зарубежных разрезах, большинство скальных и полускальных пород разрабатываются одноковшовыми экскаваторами-мехлопатами с предварительной буровзрывной подготовкой массива к выемке.
Электрооборудование одноковшовых экскаваторов работает в сложных природно-климатических и эксплуатационных условиях. Основной особенностью рабочего режима механизмов экскаватора является постоянная работа на резкопеременную нагрузку, которая сокращает ресурс основных узлов электроприводов экскаватора.
Для оценки остаточного ресурса элементов электроприводов экскаваторов целесообразно оснащать их системой диагностирования. Для построения такой системы нужно знать текущее состояние, как электрических, так и механических подсистем электроприводов.
В угольных шахтах, опасных по газу и пыли, основой электрификации производственных процессов служит рудничное взрывобезопасное электрооборудование (РВЗЭО).
В соответствии с ГОСТ Р 51330.0 взрывобезопасное электрооборудование - взрывозащищенное электрооборудование, в котором взрывозащита обеспечивается как при нормальном режиме работы, так и при признанных вероятных повреждениях, определяемых условиями эксплуатации, кроме повреждений средств взрывозащиты. Из определения этого стандарта видно, что основным условием безопасного применения РВЗЭО является безопасное состояние средств взрывозащиты (СВЗ).
Известна математическая модель и схема электроснабжения приводов горных машин, состоящая из отдельных электромеханических модулей. В статье рассмотрена методология расчетов и решений по электроснабжению промышленной сети.
Определим, что диапазон регулирования электромагнитного момента АД будет вычисляться в соответствии с выражением
В предыдущих статьях рассматривался вариант управления моментом электрической машины (ЭМ) переменного тока. При использовании этого способа электромагнитный момент двигателя поддерживаться в соответствии с заданным значением, но модуль вектора потокосцепления изменяется таким образом, что его годограф описывает в пространстве геометрическую фигуру с точками разрыва 2-го рода (ромб для двухфазной обобщенной машины).
Для оценки свойств безопасности рудничного взрывозащищенного электрооборудования (РВЗЭО) необходимо располагать показателями, учитывающими особенности его функционирования.
Для их получения введем условия:
• РВЗЭО обладает функциональной избыточностью при повреждении средств взрывозащиты (СВЗ) работоспособность РВЗЭО сохраняется
• СВЗ не обладают отказными признаками
При использовании котельного агрегата (КА) в составе водогрейной котельной установки, работающей на угольном топливе, предлагаемая ниже микропроцессорная система автоматизации КА является важнейшим элементом нижнего уровня управления распределенной АСУ технологическими процессами котельной.
Водогрейные котельные установки, работающие на угле, широко используются на предприятиях промышленности и ЖКХ для решения задач автономного теплоснабжения (технологических нужд, отопления, горячего водоснабжения). Большинство таких установок в настоящее время оснащены морально и физически устаревшими системами управления на основе средств релейноконтактной автоматики и аппаратно реализованных промышленных регуляторов.
Производство цемента требует существенных затрат электроэнергии на основных и вспомогательных стадиях процесса. Так на ООО «Топкинский цемент» общий средний удельный расход электроэнергии на выпуск 1 т продукции составляет 135,8 кВт ч со среднеквадратическим отклонением σ = 3,08 кВт ч. При годовом объеме производства цемента 2700 тыс.т общее электропотребление в 2007 г. составило 366660 тыс. кВт ч. Из приведенных цифр видно, что даже экономия 5 % от общего расхода электроэнергии может привести к снижению годовой себестоимости продукции примерно на 15,6 млн. рублей.
В соответствии с Федеральным законом № 35-ФЗ «Об электроэнергетике», Постановлениями Правительства РФ №529 «О совершенствовании порядка функционирования оптового рынка электроэнергии (мощности)» и №530 «Об утверждении правил функционирования розничных рынков электрической энергии в переходный период реформирования электроэнергетики» предусмотрено разделение электроэнергетической отрасли Российской федерации на конкурентную и монопольную составляющие. К естественным монополиям относится передача электроэнергии по сетям, а также управление режимами работы энергосистемы. Оптовые и территориальные генерирующие компании, гарантирующие поставщики (ГП) и энергосбытовые организации (ЭСО) представляют конкурентный сектор оптового рынка электроэнергии и мощности (ОРЭМ).
Как известно, к стационарным электросетям относятся воздушные линии электропередач (ВЛ), питающие подстанции разрезов, отдельных участков или распределительные пункты (РП), электрооборудование этих подстанций, а также комплектные стационарные трансформаторные подстанции 110/35/6 кВ и 35/6 кВ.
Стационарные линии электропередачи разрезов (СЛЭПР) выполняются в одно- или двухцепном исполнении с ответвлениями к подстанциям или РП.
Построение систем электроснабжения (СЭС) разрезов отличается от общепринятых принципов, применяемых на промышленных предприятиях рядом особенностей, а именно:
1. Электрические сети не являются автономными по отношению к факторам горного производства, поскольку они «привязаны» к горным работам и схеме вскрытия разреза или месторождения.
2. Передвижной характер горных работ приводит к необходимости перемещать электрические сети по мере отработки участков месторождения, а поэтому в пределах одного разреза имеются стационарные сети, располагающиеся в безугольной зоне и служащие для питания главных подстанций, и передвижные, располагающиеся в зоне ведения горных работ.
3. Срок службы электросетей ограничен длительностью отработки участка месторождения или группы пластов.
Многолетняя практика эксплуатации рудничного взрывозащищенного электрооборудования (РВЗЭО) на угольных шахтах свидетельствует об имеющих место фактах повреждения его средств взрывозащиты (СВЗ), что приводит РВЗЭО в опасное для эксплуатации во взрывоопасной среде состояние. Наибольшее число повреждений СВЗ возникает при переносе РВЗЭО на новое место установки при продвигании горных работ.
Существенного повышения надежности главных электроприводов карьерных экскаваторов можно добиться применением системы функционального диагностирования их технического состояния. На основании данных специализированного монтажно-наладочного цеха Нерюнгринского угольного разреза нами был произведен анализ простоев экскаваторов ЭКГ-20, в результате которого выявлено, что наибольшее время простоев вызывают отказы тиристорного преобразователя, на втором месте находятся простои из-за отказов электродвигателей постоянного тока, на третьем - простои из-за отказов системы импульсно-фазового управления.
Известно множество вариантов управления координатами асинхронного электродвигателя (АД). Но лишь некоторые из этих вариантов нашли широкое применение и, по сути, являются стандартами современного электропривода.
Существуют следующие методы управления электроприводом:
• Скалярное частотное управление.
• Поле-ориентированное управление (FOC - Field Oriented Control).
• Прямое управление моментом (DTC - Direct Torque Control).
Основными особенностями подготовительных забоев являются высокая вероятность их загазирования и, следовательно, образования взрывчатой метано-воздушной среды, периодическое удлинение кабельной сети по мере подвигания забоев и повышение потребляемой мощности за счет ввода в работу новых ленточных или скребковых конвейеров.
Работа большинства горных машин сопровождается достаточно большими вибрациями корпуса, что негативно отражается на надежности установленного там оборудования. Большая часть вибраций обусловлена реакцией машины на изменяющуюся нагрузку и наличием упругой податливости в элементах рамы, связывающих статоры приводных двигателей с землей. Помимо этого, резкопеременный характер нагрузки способствует возникновению упругих колебаний в элементах трансмиссии, которые негативно влияют на надежность этих элементов.
Для построения современных систем управления асинхронных электроприводов необходимо знание текущего значения потокосцепления статора, которая является одной из наиболее важных переменных величин, характеризующих состояние асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором (АД) в процессе его работы. При известном потокосцеплении и токе статора АД возможен расчет электромагнитного момента, а также, если известны индуктивности обмоток статора и ротора, а так же значение тока потокосцепления ротора.
В ранних статьях были рассмотрены основные методы прогнозирования электропотребления промышленных предприятий, как в долгосрочной, так и в краткосрочной перспективе, и был сделан вывод о целесообразности применения для решения этих задач искусственных нейронных сетей (далее - ИНС).
По оценке органов Росэнергонадзора Госстандарта России значение погрешности измерений электроэнергии, отпускаемой потребителям, достигает 13%. Основной причиной этого является преобладающее влияние систематических погрешностей средств учёта, входящих в состав измерительных комплексов, в том числе измерительных трансформаторов напряжения (ТН), систематические погрешности которых могут достигать минус 2-3%.
