Разработка методики расчета высших гармоник тока и напряжения дуговых электропечей в точке общего присоединения

• Автор: Черненко, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Тольятти
• Количество страниц: 146 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ РАСЧЕТА ВЫСШИХ ГАРМОНИК. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Особенности технологических процессов и характеристик нагрузки установок дуговой плавки металлов
1.2. Анализ методов определения и нормирования несинусоидальности кривой напряжения
1.3. Задачи исследования
2. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ДУГОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ДУГОВЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧАХ
2.1. Параметры и показатели работы современных дуговых электропечей
2.2. Особенности дуги переменного тока в ДСП
2.3. Методы расчета дуги переменного тока
2.4. Выводы по второй главе
3. РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПЕЧНОЙ ДУГИ В МАТЬАВ (ЗМиПНК)
3.1. Выбор метода моделирования электрической дуги
3.2. Временные динамические модели
3.3. Сравнение результатов расчета высших гармоник тока и напряжения с использованием моделей ВАХ дуги
3.4. Повышение достоверности расчетной модели
3.5. Выводы по третьей главе
4. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ НА НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТЬ КРИВОЙ НАПРЯЖЕНИЯ В ТОЧКЕ ОБЩЕГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ
4.1. Программная реализация расчетов влияния дуговой нагрузки на уровень высших гармоник. Выбор среды моделирования
4.2. Математические модели элементов системы электроснабжения с дуговыми электропечами
4.3. Экспериментальное исследование уровней высших гармоник напряжения в точке общего присоединения печи 6ДСП
4.4. Расчет высших гармоник напряжения в точке общего присоединения печи 6ДСП
4.4. Выводы по четвертой главе
РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Максимальные значения высших гармоник напряжения на
стороне 10 кВ для 6ДСП
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Акт о внедрении Энергетическим производством
ОАО «АВТОВАЗ»
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акты-справки о внедрении Жигулевским производственным отделением филиала ОАО «МРСК Волги» «Самарские распределительные сети» и об использовании в учебном процессе ТГУ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В настоящее время распространенным видом искажений в электрических сетях являются высшие гармоники [1, 2]. Основными источниками искажения кривой тока и напряжения в системах электроснабжения являются вентильные преобразователи [3]. Однако в последнее время приходится считаться и с высшими гармониками (ВГ), генерируемыми дуговыми сталеплавильными печами (ДСП), так как растет производство стали в дуговых электропечах и их мощность.
Несинусоидальные режимы оказывают негативное воздействие на силовое электрооборудование, системы релейной защиты, автоматики и телекоммуникации [4]. Экономический ущерб, возникающий в результате воздействия высших гармоник, обусловлен ухудшением энергетических показателей и сокращением срока службы электрооборудования, общим снижением надежности функционирования электрических сетей. В отдельных случаях возможно ухудшение качества и снижение количества выпускаемой продукции. Гармонические искажения, вызванные нелинейной нагрузкой, приводят к появлению в системе электроснабжения токов большей амплитуды, чем ожидалось. Эти токи не могут быть адекватно измерены с помощью недорогих переносных контрольных приборов, широко используемых многими специалистами по установке и эксплуатации электрооборудования, что приводит к значительному занижению фактических уровней токов - иногда на 40% [5]. Стоимость аварийного отключения электрооборудования, как и любого другого незапланированного ограничения, может быть весьма значительной. Сниженный эксплуатационный срок оборудования, возможно, очень дорого обойдется владельцу.
По результатам анкетирования 150 крупных промышленных потребителей в различных регионах России, проведенного Комитетом по стандартизации в области электромагнитной совместимости (ЭМС), 30 % респонден-

для постоянного тока. При наличии в дуговом промежутке паров легко-ионизующихся элементов пик зажигания уменьшается, и устойчивость горения дуги переменного тока повышается.
С увеличением силы тока физические условия горения дуги улучшаются, что также приводит к снижению пика зажигания и повышению устойчивости дугового разряда. Таким образом, величина пика зажигания является важной характеристикой дуги переменного тока и оказывает существенное влияние на ее устойчивость. Чем хуже условия для повторного возбуждения дуги, тем больше разница между пиком зажигания и напряжением дуги. Чем выше пик зажигания, тем выше должно быть напряжение холостого хода источника питания дуги током.
При работе ДСП в системе электроснабжения возникают возмущения, причинами которых являются изменения длины дуги, изменения физических условий в разрядном промежутке, а также колебания напряжения сети.
Электрическая дуга имеет нелинейную вольт-амперную характеристику и потребляет из системы электроснабжения несинусоидальный ток при подведении синусоидального напряжения [80]. Токи высших гармоник, проходя по элементам сети, создают падения напряжения в сопротивлениях этих элементов и, накладываясь на основную синусоиду напряжения, приводят к искажениям формы кривой напряжения в узлах электрической сети.
Искажение кривой напряжения неблагоприятно сказывается на работе всех видов электроприемников (ЭП). Наличие в сети высших гармоник тока и напряжения вызывает: дополнительные потери электроэнергии в сетях, трансформаторах и электрических машинах; паразитные поля и электромагнитные моменты в синхронных и асинхронных двигателях, которые ухудшают механические характеристики и КПД машин; необратимые физикохимические процессы, приводящие к ускоренному старению изоляции электрических машин, трансформаторов и кабелей; нарушение работы систем автоматики, телемеханики, связи, компьютерной техники и других устройств;