Разработка методов повышения эффективности эксплуатации участковых карьерных трансформаторных подстанций

Актуальность темы

В последние годы тенденции развития экономики в Российской Федерации диктуют необходимость повышенного внимания к проблемам электроэнергетики. Это обусловлено произошедшим за прошедшее десятилетие переходом к рыночным отношениям между производителями и потребителями электроэнергии, изменением структуры энергоснабжающих организаций, выходом предприятий-потребителей на фондовый оптовый рынок электрической мощности (ФОРЭМ), а также многократно возросшими тарифами за пользование электроэнергией. Практика показывает, что в настоящее время доля платы за электроэнергию в конечной цене продукции многих предприятий (особенно в горнометаллургической отрасли промышленности) значительно превышает 50%.

В таких условиях вопросы снижения потерь электроэнергии и увеличение эффективности применения электрического оборудования приобретают повышенную остроту и актуальность. В настоящее время потери электрической энергии в распределительных сетях карьера составляют около 14%, половина которых приходится на потери в цеховых (участковых) трансформаторах.

Для горно-добывающих предприятий, использующий открытый способ разработки, характерна большая протяжённость распределительных сетей и большое количество участковых трансформаторных подстанций. Поэтому задача повышения эффективности эксплуатации трансформаторных подстанций в условиях открытых горных работ является важной частью снижения потерь электрической энергии в системах электроснабжения предприятий.

Несмотря на многочисленные исследования, проведённые различными институтами и организациями, закономерности формирования графиков нагрузок потребителей на открытых горных работах изучены в недостаточной степени, что обусловлено большим разнообразием технологий ведения открытых горных работ и постоянно появляющимися новыми типами оборудования.

На участковых подстанциях горнодобывающих предприятий, использующих открытые системы разработки, в подавляющем большинстве случаев установлены трансформаторы серий общепромышленного назначения (как правило, типа ТМ). Однако современные серии трансформаторов общего назначения по своим характеристикам предназначены, в основном, для двухтрансформаторных ГПП, поэтому их применение на карьерных участковых подстанциях, которые резко отличаются по режиму работы от ГПП, приводит к неэффективному использованию активных материалов трансформаторов, а также неоправданно высоким потерям электрической энергии.

Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что повышение эффективности эксплуатации участковых карьерных трансформаторных подстанций путём снижения потерь электрической энергии, основанное на исследовании электрических нагрузок потребителей в условиях открытых горных разработок, является актуальной научной задачей.

Целью работы является установление закономерностей формирования электрических нагрузок карьерных участковых трансформаторных подстанций для разработки методов повышения эффективности их использования, направленных на уменьшение эксплуатационных потерь электрической энергии.

Идея работы заключается в том, что повышение эффективности эксплуатации карьерных подстанций может быть достигнуто путём применения трансформаторов с параметрами, требования к которым разработаны на основе анализа специфических условий эксплуатации и режимов работы карьерных электроприёмников.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна.

1. Вероятностное распределение электрических нагрузок карьерных трансформаторных подстанций представляется полимодальным с составляющими, определяемыми технологическими режимами и характером электропотребления индивидуальных электроприёмников.

2. Выбор интервала осреднения графиков нагрузок обосновывается учётом вида и параметров автокорреляционных функций графиков, а также задаваемой допустимой погрешности определения их статистических характеристик.

3. Параметры трансформаторов для карьерных подстанций определяются на основе типового графика нагрузки, смоделированного по принципу минимизации отклонений вероятностных характеристик совокупности исходных реализаций с учётом их неоднородности путём задания весовых коэффициентов, зависящих от длительности реализаций.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: достаточным объёмом экспериментальных исследований, проведённых в реальных условияхприменением для обработки результатов исследований методов теории вероятностей и математической статистикиудовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных зависимостей с погрешностью, не превышающей 10%.

Научное значение работы заключается в следующем: установлении закономерности формирования групповых графиков нагрузок потребителей на открытых горных работах, учитывающей условия и режимы работы горно-технологического оборудованияразработке вероятностной модели графиков нагрузок, позволяющей создать метод определения параметров трансформаторов, предназначенных для карьерных участковых трансформаторных подстанций.

Практическое значение работы состоит в разработке: методики определения потерь электрической энергии в трансформаторах, учитывающей вероятностные характеристики графиков нагрузокразработке методики определения расчётной мощности силовых трансформаторов карьерных участковых подстанций, основанной на принципе минимизации эксплуатационных потерь мощности и максимального использования активных материаловпредложении рекомендаций по созданию трансформаторов, предназначенных для карьерных подстанций и позволяющих снизить потери электрической энергии.

Реализация выводов и рекомендаций. Основные положения диссертационной работы в части методики определения расчётной мощности силовых трансформаторов участковых подстанций, основанной на принципе минимизации эксплуатационных потерь мощности и максимального использования активных материалов, а также методики определения потерь мощности и электроэнергии в силовых трансформаторах, основанной на учёте вероятностных характеристик электрических нагрузок, внедрены на ТОО «Фирма РОСИЯ».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технической конференции «Электропотребление, энергосбережение, электрооборудование» (Новомосковск, 1998 г.), на всероссийской научно-технической конференции «Электропотребление, энергосбережение, электрооборудование» (Оренбург, 1999 г.), на научно-технической и методической конференции «Энергосбережение. Электроснабжение. Электрооборудование» (Санкт-Петербург, 1999 г.), на федеральной научно-технической конференции «Электроснабжение, энергосбережение и электроремонт» (Новомосковск, 2000 г.).

Публикации. Результаты выполненных исследований опубликованы в 8 печатных работах.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения, содержит 16 таблиц, 35 рисунков, список литературы из 68 наименований.

4.5 Выводы.

Проведённый в четвёртой главе анализ данных исследования позволяет получить следующие результаты:

1. Приведены статистические характеристики графиков нагрузок карьерных потребителей электрической энергии.

2. По результатам обработки графиков нагрузок карьерных потребителей электрической энергии рассчитаны потери электроэнергии и мощности в трансформаторах участковых подстанций серии ТМ.

3. Показано, что КПД существующих трансформаторов, используемых на карьерных участковых трансформаторах, существенно отличается от максимально возможного.

4. Предложено оптимальное отношение номинальных потерь холостого хода и короткого замыкания трансформаторов, предназначенных для карьерных участковых подстанций.

5. Рассмотрены конструктивные особенности трансформаторов, предназначенных для карьерных участковых подстанций, с оптимальными параметрами.

6. Рассчитаны потери электроэнергии в предлагаемых трансформаторах при их работе по реальным графикам нагрузок.

7. Установлена эффективность применения на карьерных участковых подстанциях трансформаторов с оптимальными параметрами, позволяющая снизить потери электрической энергии на 30%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация является квалификационной работой, в которой представлено решение актуальной научной задачи повышения эффективности эксплуатации участковых карьерных подстанций путём снижения потерь электрической энергии в установленных в них силовых трансформаторах.

Основные научные выводы и практические результаты заключаются в следующем:

1. Статистические характеристики графиков нагрузки карьерных электроприёмников могут быть определены, исходя из величин установленных мощностей и характера технологических условий эксплуатации.

2. Повышение точности определения потерь электрической энергии, а также средневзвешенных потерь мощности достигается путём использования вероятностных характеристик графиков нагрузки.

3. Предложен метод, позволяющий определять оптимальное соотношение номинальных потерь короткого замыкания и холостого хода в трансформаторах, предназначенных для электроснабжения карьерных электропотребителей, исходя из реальных графиков нагрузки.

4. Произведена запись графиков нагрузок экскаваторов и приведены статистические характеристики, полученные в результате их анализа.

5. Полученные автокорреляционные функции графиков нагрузок экскаваторов могут быть аппроксимированы экспоненциальными зависимостями, либо функциями, представляющими собой сумму двух экспонент, что даёт возможность выбора интервала осреднения записей реализаций графиков нагрузок, позволяющего определять их статистические характеристики с заданной точностью.

6. Подтверждена гипотеза о подчинении графиков электрических нагрузок экскаваторов закону распределения, представляющему собой смесь двух нормальных и одного дискретного распределений.

7. Выбраны оптимальные параметры трансформаторов, предназначенных для карьерных участковых подстанций, позволяющие снизить потери электрической энергии.