3.4 Підвищення ефективності роботи технологічних БСК електропічних установок

3.4.1 Енергетична суть задачі

Все електрообладнання системи електропостачання повинно працювати з максимальною віддачею. Тому, перш ніж приймати технічні рішення для поліпшення режимів електроживлення, які потребують додаткових капітальних вкладень, треба провести аналіз роботи діючого електрообладнання, в тому числі і технологічного (яке використовується для забезпечення технології виробництва) на предмет виявлення можливостей більш ефективної його роботи. Як свідчать дослідження, в промислових електромережах можуть зустрічатись такі не використані можливості. Значна їх кількість пов’язана з роботою таких електроустановок як БСК. БСК – це багатофункціональні пристрої і в більшості випадків підвищення ефективності їх роботи можливе саме при використанні цих їх властивостей. Для прикладу детально розглянемо саме таку ситуацію, яка мала місце на одному із заводів електродної промисловості, де основними споживачами електроенергії були однофазні печі графітації.

Для розуміння суті задачі, яка буде розглянута, та процесу побудови математичної моделі керування треба ознайомитись з електрообладнан-ням електропічної установки, її схемою та збагнути суть технологічного процесу графітації.

Графітаційна піч є основним елементом електропічної установки (ЕПУ), в схему якої входять також пічний трансформатор T₁, компенсаційний трансформатор T₂, технологічна БСК та необхідна комутаційна апаратура. Схема ЕПУ зображена на рис. 3.3. Пічний трансформатор T₁ та компенсаційний T₂ однакові за конструкцією та потужністю і мають великий діапазон регулювання напруги під навантаженням (РПН): 23 ступеня регулювання. Потужності цих трансформаторів можуть сягати 5-18 МВА. Технологічна БСК, що міститься в схемі, сягає потужності до 10 Мвар і під’єднана до сторони високої напруги компенсаційного трансформатора T₂. ЕПУ несиметричного виконання, а група таких установок під’єднується до збірних шин 35 кВ.

Технологічний процес графітації триває декілька діб і полягає в забезпеченні заданого графіка зміни активної потужності електропічної установки (рис. 3.4, а), де t – час від початку технологічного циклу. Хід графіка залежить від виду електродної продукції, яка виготовляється. Як видно з рис. 3.4, а, на початку технологічного циклу має місце зростання активної потужності, а потім тривалий час вона залишається незмінною і зменшується в кінці. Коефіцієнт потужності також змінюється від 0,9 – 0,95 на початку технологічного циклу до 0,4 – 0,5 в середині та в кінці.

Заданий закон зміни активної потужності забезпечується зміною на-пруги на печі графітації шляхом перемикання РПН пічного трансформатора T₁, яке дистанційно виконує людина – диспетчер-електротехнолог. На початку технологічного циклу вся потужність (активна і реактивна), що споживається ЕПУ, передається через трансформатор T₁. При цьому трансформатор T₂ і технологічна БСК залишаються від’єднаними. Починаючи з деякої фази технологічного процесу, пропускна здатність трансформатора T₁ стає недостатньою, щоб пропустити повну потужність, активна складова якої має далі зростати відповідно до технології. Тоді вмикають компенсаційний трансформатор T₂ та технологічну БСК, якою і генерується реактивна потужність, необхідна для продовження технології виробництва. Трансформатор T₁ при цьому розвантажується від реактивної потужності, а це дає змогу для подальшого збільшення активної потужності через трансформатор T₁.

Потужність БСК – керована. Її можна змінювати шляхом зміни напруги, використовуючи для цього РПН трансформатора T₂.

Таким чином, при звичайній схемі ведення технологічного процесу реактивна потужність БСК використовується лише для технологічних потреб (для забезпечення необхідного графіка активної потужності печі графітації). Підвищити її ефективність можна, якщо використати наявну потужність на рівні вузла електропічних навантажень (при умові беззастережного забезпечення потрібного графіка активної потужності печі графітації).

а – активної потужності електропічної установки протягом технологічного циклу;

б – додаткової реактивної потужності технологічної БСК, що залишилась не використаною протягом того ж технологічного циклу

За результатами вивчення суті задачі стає зрозумілим, що від технологічної БСК можна отримувати додаткову реактивну потужність (потужність, яка перевищує ту, що потрібна для забезпечення ходу технологічного процесу). Додаткова потужність – це різниця між максимальною потужністю технологічної БСК і її потужністю, яка забезпечує технологію виробництва.

Графік додаткової реактивної потужності, яку можна було б отримати від БСК протягом технологічного циклу – Q_д, зображено на рис. 3.4, б. Таким чином, потужність БСК повністю не використовується як в часі, так і за величиною.

Максимальна потужність БСК обмежується найбільш жорсткою умо-вою із числа таких.

1. Умова пропускної здатності пічного трансформатора T₁:

2. Умова пропускної здатності компенсаційного трансформатора T₂:

де Q_nv – реактивна потужність, що генерується БСК n-ої ЕПУ при реалізації v-ого регулювального відгалуження на трансформаторі T₂;

– номінальна потужність трансформаторів T₁ та T₂;

P_n, – активна потужність n-ої електропічної установки;

cosa_n – коефіцієнт потужності n-ої електропічної установки.

3. Умова забезпечення технічного обмеження за наявною потужністю БСК (наявна потужність БСК – це потужність, що відповідає встановленій потужності і найбільшій допустимій напрузі):

де Q _доп.п– наявна потужність для БСК n-ої електропічної установки.