Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE \* MERGEFORMAT 12
Вопрос №22. Укажите принципы выбора аппаратов по номинальным параметрам с учетом технических условий энергосистем и требований потребителей.
Точность определения электрических нагрузок в решающей степени определяет объемы капитальных вложений на сооружение системы электроснабжения (СЭС) строящегося или реконструируемого предприятия. С определения параметров электропотребления (максимума нагрузки и расхода электроэнергии) начинается проектирование СЭС промышленного предприятия, намечаются источники электроэнергии, ориентировочно определяется стоимость сооружения электрохозяйства объекта. Ошибки при расчете электрических нагрузок (РЭН), более чем другие ошибки при проектировании СЭС, способны увеличить стоимость и сроки сооружения предприятия, "заморозить" в лишнем металле СЭС существенные капитальные вложения. И тому есть достаточно примеров.
Многообразие условий и особенностей РЭН, в соответствии с разными целями и уровнями СЭС, приводит к различным методам и подходам, используемым при определении величин расчетной нагрузки и расходов электроэнергии (ЭЭ). С другой стороны, нельзя сказать, что эта задача полностью решена при достаточно большом количестве работ, посвященных этому вопросу, при, казалось бы, достаточно строгих математических преобразованиях фундаментальных законов, на которых базируется большинство известных методов.
Принципиально задача определения допустимости применения различных проводников для протекания известного тока успешно и достаточно строго решена с использованием классических физических законов. Конкретная реализация решения не представляет трудностей при использовании современных средств вычислительной техники. В нормативных документах, справочной литературе представлены зависимости допустимого тока от факторов, характеризующих параметры проводника в уравнении энергетического баланса: материал, вид проводника, способ, вид и условия прокладки.
При изменяющимся во времени токе, температура проводника в любой момент времени может быть определена через тепловой эквивалент реального тока - это такой неизменный по величине ток, который вызывает тот же перегрев проводника над окружающей средой, что и реально изменяющийся ток. Определение эквивалентного тока связано с временем осреднения Тоср=3*То. За указанное время при неизменном токе проводник достигает 95 % от установившейся температуры. С точки зрения выбора проводника нас интересует тепловой эквивалентный ток, соответствующий максимальной температуре нагрева проводника, так называемый "греющий максимум" или расчетный ток. Так как основная трудность РЭН состоит в определении активной мощности, то соответственно вводят понятие расчетная мощность Рр, связанной с расчетным током известным соотношением. При известном графике изменения тока (мощности) определение расчетного тока не представляет труда. Однако, определение расчетного тока для всего многообразия нагрузки, то есть разнообразных электроприемников и режимов их работы, которые встречаются в инженерной практике, представляет значительные трудности и получило название - расчет электрических нагрузок.
Так как цели и методы РЭН отличаются для разных уровней СЭС удобно использовать терминологию, предлагаемую в /1/, аналогичное выделение уровней используется в /2/. Выделяют шесть уровней СЭС: отдельный ЭП - 1УР, групповой щиток питания, распределительный пункт до 1 кВ (РП), шинопровод (ШП) - 2УР, распределительное устройство (РУ) низкого напряжения цеховой трансформаторной подстанции - 3УР, РУ высокого напряжения (6-10 кВ) - 4УР, РУ 6-10 кВ ГПП-ПГВ - 5УР, граница раздела с энергосистемой - 6УР.
В наиболее простом виде РЭН и выбор проводников были представлены в первых отечественных учебниках: в 1915 году вышел учебник В.В.Дмитриева "Электрическое распределение механической энергии на фабриках и заводах", в 1925 году - учебник С.А.Ринкевича "Электрическое распределение механической энергии". Наиболее простым и одним из первых методов РЭН для группы электроприемников (ЭП) пожалуй, следует считать метод коэффициента спроса - Кс, предложенный в 1891 году английским электротехником Р.Э.Б.Кромптоном: Рр= Кс* Руст , где Руст - установленная мощность электроприемников (в общем случае – сумма номинальных мощностей), кВт. В нашей стране на практике этот метод начал применять с 1936 года Ю.Л.Мукосеев, с определением Кс по результатам обследования действующих предприятий, а в 1940 году Ю.Л.Мукосеев для цехов малого и среднего машиностроения предложил метод удельной нагрузки на единицу площади.
Бурное развитие промышленности в 30-ые годы потребовало развития и повышения точности методов РЭН. Именно к этому периоду относятся работы, полностью или большей частью посвященные проблеме расчета нагрузок, Петрова И.И., Шафранского Б.Г., Лакса М.П., Либермана А.С. и ряда других ученых. Н.В.Копытов /3/ первый применил вероятностные методы при определении электрической нагрузки группы ЭП, работающих в повторнократковременном режиме, ввел понятие эффективного числа ЭП (1933 г.), используемого и до настоящего времени. В.П. Тихонов продолжил исследования для сетей, питающих электросварочную нагрузку. В 1937 году Д.С. Лившицем /4/ была предложена двухчленная формула для определения расчетной мощности, используемая в практике проектирования вплоть до пятидесятых годов. Известны работы С.М. Лифшица по определению коэффициента спроса для действующих предприятий. В этот период разработан метод парциальных максимумов /5/, предложенный Г.М.Каяловым (1937 г.).
Дальнейшее развитие методов РЭН (40 - 60-ые годы) шло в направлении внедрения теории вероятностей, математической статистики и широким обследованием различных групп ЭП на действующих предприятиях. Этот период связан с именами таких ученых, как Н.П.Афанасьев, С.Д.Волобринский, Б.В.Гнеденко, С.Е.Гродский, А.А.Денисов, Г.М.Каялов, Б.А.Князевский, В.С.Лившиц, С.М.Лифшиц, Б.С.Мешель, М.К.Харчев, и ряда других.
В конце 50-х годов проектные институты (в первую очередь "Тяжпромэлектропроект" и "Электропроект") проводили многочисленные обследования графиков нагрузки (в основном металлургических, металлообрабатывающих и машиностроительных предприятий), на основании которых были получены коэффициенты, характеризующие режимы работы потребителей. В 1957 году была создана специальная Комиссия по электрическим нагрузкам при секции электроснабжение НТО энергетической промышленности. Результатом работы, которой стали вышедшие в 1961 году "Временные руководящие указания по определению электрических нагрузок промышленных предприятий" /6/, подготовленные совместно с ГПИ "Тяжпромэлектропроект". Это был первый опыт издания таких рекомендаций в мировой практике. В 1964 году Комиссия по электрическим нагрузкам выпустила "Методические указания по обследованию электрических нагрузок промышленных предприятий" /7/, в которых рекомендовались два метода: упорядоченных диаграмм (УД) Г.М.Каялова /8/ и статистический метод Б.С.Мешеля /9/. Затем было произведено уточнение ряда положений, численных значений, не затрагивающих основ, и в 1968 году ГПИ "Тяжпромэлектропроект" выпустил "Указания по определению электрических нагрузок в промышленных установках" /10/. Основным методом РЭН рекомендовался метод УД, разработанный Г.М.Каяловым. До настоящего времени этот метод не претерпел серьезных изменений /11/. А, пожалуй, самой полной книгой посвященной такому подходу к РЭН остается /12/.
Дальнейшие исследования по определению расчетной нагрузки, то есть "греющего максимума" можно разделить на два основных направления: первое направление связано с уточнением ряда величин и соотношений для конкретных производств и групп ЭП, не затрагивающих основ метода УД, второе - связано с принципиальными усовершенствованиями метода УД, с разработкой новых методов. В рамках первого направления, анализируя причины завышения расчетных мощностей при применении метода УД, ряд авторов предлагал различные корректировки коэффициентов и других величин, составляющих метод. В рамках второго направления разрабатываются новые методы РЭН на тех же физических основах. Это методы, основанные на прямом решении уравнений теплового баланса проводника. Так, например, предлагается метод с использованием кривых допустимых параметров распределения нагрузочного тока, и метод квантилей электрической нагрузки, которые учитывают "адекватную термическую модель" выбираемого проводника, то есть реальное значение постоянной нагрева. К этой группе методов можно отнести также инерционный метод, а также метод с уточненным определением эквивалентного "греющего" тока отдельно для проводников, отдельно для трансформаторов. С другой стороны, для учета тепловых характеристик различных элементов СЭС при их выборе, предлагаются различные корректировки времени осреднения, вероятности не превышения расчетной нагрузки, отличные от принятого в методе УД.
Это также методы развивающие подход, использованный в статистическом методе. (Хотя, деление тут несколько условно, так как методы, упомянутые ранее, часто также опираются на вероятностное описание изменения нагрузки). Теоретические основы такого подхода исследованы в /13/. В ряде работ, используя статистический подход, уточняются различные константы, коэффициенты, предлагаются иные методы на этих принципах.
Названы эти методы - аналитическими, так как полностью формализуют РЭН, основываясь на классических законах физики и электротехники, на их аналитических преобразованиях. Следует отметить, что аналитические методы, кроме директивно рекомендованного метода УД, имеют в проектной практике ограниченное применение и в большей мере являются теоретическим развитием проблемы.
В последующий период появились задачи определения максимальной мощности группы электроприемников со значительно меньшим интервалом осреднения (минуты, секунды), т.е. определение пиковой нагрузки (и связанные с этим, вопросы определения колебаний нагрузки). На этом этапе уточнение известных и разработка новых методов происходит с использованием моделирования нагрузки различными способами, в том числе с использованием аналого-физических комплексов, вероятностного суммирования графиков нагрузки и т.п. А решение задач расчета пиковой нагрузки потребовало привлечения теории случайных процессов, случайных импульсных потоков, теории массового обслуживания. Существенный вклад в эти исследования внесли Г.Я. Вагин, В.И.Гордеев, И.В. Жежеленко, Г.М. Каялов, Э.Г. Куренный, В.П. Степанов, Ю.А. Фокин и ряд других ученых.
Таким образом, на примере черной металлургии показан комплекс методов и процедур переработки исходной информации, полученной из эксплутационной отчетности предприятий, которые позволяют определять основные параметры электропотребления предприятия, имея минимум информации, который характерен для ранних этапов проектирования. Указанные методы опираются на единственно возможный, на этих этапах проектирования, принцип расчета - «сверху-вниз». При этом обязательно использование информации об объектах аналогах, объектах отрасли. Переработка такой информации требует использования: известных традиционных статистических методов – регрессионный анализ; известных, но нетрадиционных для электроэнергетики методов – кластерный анализ, распознавание образов; так и новых методов, основанных на ценологическом подходе к анализу структуры систем.