РАСЧЕТ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ДОЗЫ ФЛИКЕРА

P_St = sqrt(0.0314*P0.1 + 0.0525*P1S + 0.0657*P3S + 0.28*P10S + 0.08*P50S);

Для отображения результатов расчета ПКЭ в модели анализатора предусмотрен блок визуализации сигналов (рис. 1.11). Его структура приведена на рис. 1.22.

Рис. 1.22. Структура блока визуализации сигналов

При его построении были использованы известные элементы основной библиотеки Simulink «From», «Demux» и «Gain». Отображения мгновенных значений напряжений и токов ДСП, а также рассчитанных ПКЭ осуществляется в осциллографах «Scope» библиотеки «Simulink-Sinks». В качестве примера на рис. 1.23 приведено окно осциллографа с кривыми мгновенных значений линейных напряжений и токов дуг шахтной печи ШП-120 ОАО «Северсталь» для момента включения печного трансформатора и зажигания дуг.

Рис. 1.23. Мгновенные значения линейных напряжений на шинах 35 кВ
и токов шахтной печи, наблюдаемые через рабочее окно осциллографа «Scope»

Последним элементом математической модели анализатора ПКЭ является блок записи обработанных данных (рис. 1.11). Его структура приведена на рис. 1.24.

Рис. 1.24. Структура блока записи обработанных данных

Основное назначение данного блока – запись рассчитанных ПКЭ в отдельные массивы для последующей графической обработки результатов расчетов, а также формирование исходных сигналов для вспомогательных программ вычисления установившегося отклонения напряжения и кратковременной дозы фликера.

При создании блока использовались элементы библиотеки Simulink «From», «To Workspace» и «Clock». Последний элемент («Clock» - часы) служит для записи массива модельного времени «Time_1», который необходим для построения графиков сигналов с использованием внутренней команды «plot», а также для запуска программы расчета показателя δ U _у. Еще одним назначением рассматриваемого блока является запись массивов мгновенных значений токов и напряжений для анализа n-ых гармонических составляющих с помощью инструмента быстрого преобразования «FFT Analysis».

Во всех изображенных на рис. 1.24 блоках «To Workspace» необходимо указывать формат сохранения данных «Array». Исключение составляют два блока «I_Line» и «U_Line» - в них для правильной работы инструмента «FFT Analysis» нужно выбрать формат данных «Structure with Time».

Для демонстрации работы созданной математической модели анализатора качества электроэнергии на рис. 1.25 приведены результаты расчета ПКЭ на шинах РУ 35 кВ электросталеплавильного цеха ЧерМК ОАО «Северсталь», от которых получают питание мощная шахтная печь ШП-120 (85 МВА) и установка печь-ковш (25 МВА). Схема электроснабжения комплекса «ШП-УПК» приведена в приложении к данному учебному пособию.

Анализ ПКЭ на рис. 1.25 показывает, что наиболее тяжелым с точки зрения ухудшения показателей качества является начальный период расплавления шихты в ШП. Здесь наблюдаются сильные колебания токов и реактивной мощности, вызванные частыми короткими замыканиями и обрывами дуг (рис. 1.25, а). Это приводит к сильным колебаниям напряжения на шинах 35 кВ (рис. 1.25, б) и большим дозам фликера, его максимальное десятиминутное значение составляет 8, 4 единицы, что на 740 % превышает предельно допустимое значение по ГОСТ 13109-97 (Р _{St пред. доп.} = 1, 0 о.е.).

Из-за плохих условий горения электрической дуги токи ШП сильно искажены, что проявляется высоких значениях коэффициента K _U, его максимальная величина достигает 6, 2 %, что на 3, 3 % превышает предельно допустимое значение. Значение коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности К _2U на начальной стадии плавки ШП также выходит за предельно допустимые значения (К _2U = 7, 5 – превышение на 87, 5 %) (рис. 1.25, д). Оставшийся показатель – установившееся отклонение напряжения δ U _у находятся ниже предельно допустимых значений (рис. 1.25, в).

В процессе расплавления шихты происходит постепенное уменьшение коэффициентов K _U, K _2U ниже предельно допустимых значений, уменьшается также и кратковременная доза фликера. На конечной стадии доводки металла до нужной температуры 10-минутная доза равна Р _St = 5, 8.

Влияние работы УПК на показатели качества электроэнергии незначительное. Из рисунка видно, что на интервалах времени 0 –800 с и 3200 – 3600 с, когда ШП выведена из работы, исследуемые коэффициенты находятся ниже предельно допустимых значений, оговоренных в ГОСТ 13109-97, за исключением дозы фликера (20% превышение).

Следует отметить, что дуговые сталеплавильные и шахтные печи по классификации электроприемников относятся к категории резкопеременной нелинейной несимметричной нагрузке. Изменение токов, потребляемой активной и реактивной мощности ДСП и ШП носит случайный характер и не поддается точному прогнозированию. Дисперсия токов, степень несимметрии и состав высших гармоник печи изменяются в широком диапазоне в зависимости от стадии плавки. Работа ДСП в большинстве случаев оказывает негативное влияние на качество напряжения в узле нагрузки – возникают значительные просадки напряжения, ухудшается гармонический состав, растет несимметрия напряжения, увеличивается фликер. Это негативным образом влияет на режимы работы других потребителей электроэнергии, питаемых от общих шин.

Помимо ухудшения качества электроэнергии негативный эффект от работы ДСП заключается в значительном потреблении реактивной мощности, которое обусловлено присутствием индуктивных элементов в электрическом контуре печи – индуктивностей короткой сети, трансформатора и дополнительного реактора. Исключение или снижение результирующего индуктивного сопротивления с целью повышения коэффициента мощности печи не является целесообразным, поскольку наличие индуктивности – это необходимое условие стабильного горения электрических дуг переменного тока и ограничения токов коротких замыканий. Для современных ДСП номинальная величина коэффициента мощности на высокой стороне трансформатора составляет (). При данных значениях достигается режим максимальной производительности печи.

В соответствии с Правилами устройства электроустановок [6] систему электроснабжения предприятия, где установлены ДСП и ШП, следует выполнять с учетом обязательного соблюдения основных показателей качества электроэнергии, которые нормируются ГОСТ 13109-97. Здесь необходимым требованием является проверка следующего условия: , где – номинальная мощность печного трансформатора ДСП [МВА]; – мощность короткого замыкания питающей сети в точке подключения дуговой печи [МВА].

При выполнении этого условия ДСП и ШП могут эксплуатироваться без дополнительных устройств компенсации реактивной мощности и фильтрации высших гармоник. Напротив, при несоблюдении неравенства необходимо проведение детальных исследований показателей качества электроэнергии в точке общего подключения дуговой печи и других электроприемников. Если один или несколько показателей будут превышать предельно допустимые значения, оговоренные ГОСТ 13109-97, то эксплуатация ДСП в данных условиях недопустима и требуется, либо установка силовых фильтров или быстродействующего статического компенсатора реактивной мощности, либо подключение ДСП к питающей сети с большей мощностью короткого замыкания.

Учитывая вышесказанное, в лабораторной работе после расчетов ПКЭ для одного из трех электросталеплавильных комплексов (ДСП-180, ШП-120 или ДСП-5) необходимо сделать вывод о необходимости применения компенсирующих устройств.