В данной статье рассматривается проект модернизации системы управления установки охлаждения входящей в состав оборудования системы компенсации реактивной мощности для дуговых сталеплавильных печей.
Ключевые слова: реактивная мощность, система охлаждения, жидкостное охлаждение, тиристорная компенсация, система компенсации.
Сталеплавильная печь переменного тока — специфическая нелинейная нагрузка, характеристики которой меняются в ходе производственного процесса в зависимости от рабочей точки плавления, времени работы и типа сырья. При этом в питающую электросеть вносятся сильные возмущения, в результате чего в цепи питания возникают токовые гармоники 2–7-го порядков, а также субгармоники. Субгармоники и изменчивость реактивной мощности вызывают колебания напряжения в сети, называемые фликером [8]. Особенно сильно сказывается влияние печи в снижении коэффициента мощности и падении напряжения, которое пропорционально коэффициенту мощности и квадрату напряжения. Это может напрямую отражаться на качестве выпускаемой стали. Совместное влияние гармоник, падения коэффициента мощности и фликера ведет к нарушению технологического процесса и снижению качества электроэнергии.
Для устранения вышеперечисленных негативных последствий на энергоемких производствах повсеместно применяются системы компенсации реактивной мощности [8]. Также система компенсации может быть реализована с большинством электроустановок, которые производят и потребляют негативную реактивную энергию индуктивного характера: трансформаторы, индукционные и дуговые печи, электроприводы насосов, вентиляторы и компрессора, а так же асинхронные двигатели.
Одним из представителей таких систем являются статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности (далее СТК). Данный вид компенсаторов обеспечивает повышение эффективности работы и энергосбережения систем передачи и распределения электрической энергии, а так же в соответствии с ГОСТ 13109–97: осуществляют разгрузку сетевых трансформаторов и питающих линий электропередачи от реактивной мощности и, тем самым, снижают в них величину действующего тока и активных потерь, что позволяет увеличить передаваемую активную мощность без установки нового оборудования. Состав данной системы представлен на рисунке 1.
Рис. 1. Состав системы тиристорной компенсации реактивной мощности
Немаловажным узлом СТК является система водяного охлаждения [2, 6], которая необходима для отвода избыточного тепла от оборудования тиристорной группы, состав системы водяного охлаждения представлен на рисунке 2.
Рис.2. Состав системы водяного охлаждения
Принцип работы системы охлаждения заключается в следующем.
Система охлаждения СТК обеспечивает отвод тепловых потерь с тиристорных вентилей через теплообменник. Техническая воды поступает с Водоподготовки циркуляционными насосами определённой температуры и давлением. Охлаждаемая среда — дэионизированная вода с определенной электропроводимостью. Дэионизированная вода в системе делится на 2 контура: первый охлаждает вентиля тиристорных групп, а вторая через ионообменный фильтр. В системе охлаждения так же имеется система азотного наддува, которая обеспечивает необходимое давление в системе и предотвращает попадания кислорода в систему. Для подпитки необходимого уровня в системе имеется два аквадистиллятора с баком,осуствляющий необходимый запас дистиллированной воды для пополнения системы охлаждения.
Эффективность работы СТК напрямую зависит от качества работы данного узла. Так в рассматриваемой системе, эксплуатируемой на АО «ВТЗ» с 1989 года позволило увеличить коэффициент мощности с 0.7 до 0.97 для дуговых сталеплавильных печей снизило колебания напряжения питающей сети в 3 раза, уменьшило время одной плавки и удельный расход электроэнергии на 1 тонну продукции выплавленной стали на 4 %, а так же сократило расход графитовых материалов. Средства автоматизации уже морально и физически устарели, так как не модернизировались с момента введения ее в работу. По сути существенной автоматизированной системы там нет, присутствует контроль над технологическими параметрами и их ручное регулирование. Из-за морального устаревания оборудования, входящего в систему управления, наблюдается много ложных срабатываний систем сигнализации и защит.
К основным проблемам действующей системы можно отнести:
– Давление азота (азотное дыхание) в системе регулируется вручную, в том числе и его сброс;
– Показания с поточного кондуктометра часто с большой погрешностью. Приходиться прибегать к лабораторному анализу.
– Управление подпиткой системы дистиллированной водой осуществляется.
– Заполнение баков осуществляется вручную.
Модернизация рассматриваемой системы заключается в применении современных средств автоматизации, а именно программируемого логического контроллера Modicon M340 фирмы Schneider Electric [3], датчиков давления ПД100И [4], температуры ОВЕН ДТС [4], поплавковые датчики уровня фирмы ОВЕН ПДУ-И и ПДУ-1.1 [4], а так же ротаметра ЭМИС-МЕТА 215 [7]. Дополнительно планируется, для промышленного контроллера, разработка алгоритмов управления всей системой охлаждения. Такой подход позволит устранить недостатки действующей системы управления, а также улучшить регулирование, увеличит срок службы ионообменных смол, повысит уровень защиты оборудования вследствие отказа подачи технической воды или протечек в системе. Все применяемые меры существенно скажутся на эффективности работы оборудования, а применяемое оборудование с большим гарантийным сроком и межпроверочным интервалом позволит сэкономить на ежегодных проверках оборудования.
Литература:
- PSC-150 кондуктометр-солемер (монитор-контроллер) с токовым выходом [Электронный ресурс]// Торговый Дом «Автоматика» — КИПиА, средства измерения, промышленное оборудование. URL: https://td-automatika.ru/catalog/kontrolno_izmeritelnye_pribory/fiziko_ khimicheskiy_sostav_veshchestv/analiz_vody_i_vodnykh_rastvorov/konduktometry_solemery/psc_150_konduktometr_solemer_monitor_kontroller_s_tokovym_vykhodom/(дата обращения 19.03.2020)
- Антонова Д. О. Анализ систем жидкостного охлаждения электронной аппаратуры // Молодой ученый. — 2016. — № 27. — С. 36–41.
- Каталог продукции «Scheider electric». [Электронный ресурс]// Schneider Electric Russia | Мировой эксперт в управлении энергией и автоматизации. URL: https://www.se.com/ru/ru/ (дата обращения 19.03.2020)
- Каталог продукции «ОBEH» [Электронный ресурс]// Контрольно-измерительные приборы «ОВЕН». URL: http://www.owen.ru (Дата обращения: 19.03.2020).
- Каталог продукции ABB [Электронный ресурс]// ABB Group — Leading digital technologies for industry. URL: https://new.abb.com/products/ 1SFA619403R5024/compact-pilot-light-blue-led-24v-ac-dc (дата обращения: 19.03.2020)
- Пономаренко, В. С. Градирни промышленных и энергетических предприятий: Справочное пособие / В. С. Пономаренко, Ю. И. Арефьев. — М.: Энергоатомиздат, 1998. — 376 с.
- Расходомеры ЭМИС — Мета 215 [Электронный ресурс]// Компания АО «Эмис». URL: [https://emis-kip.ru/ru/prod/vihrevoj_rashodomer/] (дата обращения 19.03.2020)
- Статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности [Электронный ресурс]// Усть-Каменогорский конденсаторный завод по производству конденсаторов в России. URL: [https://www.ukkz.com/ru/catalog/ staticheskie-tiristornye-kompensatory-reaktivnoj-moshchnosti.html] (дата обращения 19.03.2020)
