Качество электроэнергии на промышленных предприятиях - Состояние качества электрической энергии на промышленных предприятиях

Интенсификация производства, развитие электротехнологии обусловливают на современном этапе и в перспективе увеличение энергоемкости промпредприятий и концентрацию нагрузок. Например, электрическая нагрузка современного широкополосного прокатного стана черной металлургии составляет порядка 150—200 МВт, а нагрузка производства хлора и каустика на химических заводах — 50—80 МВт и более. Электрическая нагрузка предприятий основных отраслей промышленности в целом достигает: в черной металлургии 700— 1000 МВт (при полном металлургическом цикле), в химической и нефтеперерабатывающей промышленности — 200—600 МВт» в машиностроении — 100—300 МВт (при наличии электросталеплавильного производства), в цветной промышленности 100— 800 МВт (при наличии электролиза).
Происходит качественная и количественная эволюция промышленных электроприемников (ЭП). Растет число нелинейных, несимметричных и резкопеременных ЭП. Это полупроводниковые преобразователи большой единичной мощности в прокатном производстве металлургических предприятий (тиристорные преобразователи на 10 000 А, 1050 В) и в электролизном производстве предприятия химической и цветной промышленности (25 000—50 000 А, 450 В). 

 Намечается увеличение емкости печей до 400 т и мощности трансформаторов до 160 MB *А. Дуговые, электрические печи являются резкопеременными, нелинейными нагрузками, потребляющими много реактивной мощности (tg фест = 0,88).
Для улучшения качества электростали широко распространены в металлургии и машиностроении установки электрошлакового переплава (ЭШП) мощностью 5—10 MB * А, являющиеся несимметричными нагрузками (1- или 2-фазной в зависимости от режима работы).
Нагрузки главных приводов прокатных станов— резкопеременные (синхронные электродвигатели мощностью 10—20 MB * А и тиристорные преобразователи). Набросы реактивной мощности при прокатке металла превышают 100 000 кВАр. Скорость наброса и сброса реактивной мощности достигает, например, для станов горячего проката величины 400 000 кВАр/с, а для станов холодного проката — 2 000 000 кВАр/с. Частота этих набросов для таких станов, как блюминг или слябинг, достигает 1000 раз в час.
На современных металлургических предприятиях ЭП большой мощности (5—10 MB * А) имеются также синхронные электродвигатели кислородных турбокомпрессоров, электровоздуходувок доменных печей и др. Мощность этих двигателей в ближайшей перспективе достигнет 40—60 МВт. С одной стороны, они имеют ровный график нагрузки и могут использоваться для выработки реактивной мощности и улучшения КЭ, а с другой,— для системы электроснабжения возникает проблема обеспечения пусковых режимов. В машиностроении, помимо ДСП, рост суммарной мощности нелинейных, резкопеременных нагрузок вызывается развитием сварочного производства и применением полупроводниковых преобразователей для питания сварочных установок и привода металлообрабатывающих станков.
Приведенные направления в развитии электропотребления, структуры и характера ЭП при недостатке стабилизирующих средств вызывают ухудшение ПКЭ, напряженный баланс реактивной мощности на промышленных предприятиях.
Рассмотрим результаты исследований КЭ. Обобщенные данные, полученные на предприятиях различных отраслей народного хозяйства, приведены в табл. 1. Интегральная вероятность появления значений ПКЭ, выходящих за пределы, допустимые согласно ГОСТ 13109—67, находится в пределах 75—99% Это свидетельствует о том, что во многих случаях КЭ в электросетях предприятий не соответствует требованиям ГОСТа. Из табл. 1 следует также, что для ряда отраслей промышленности задача улучшения КЭ является многопараметрической. Так, в электросталеплавильных цехах, некоторых цехах машиностроительных заводов оптимизируемыми параметрами являются все показатели качества (кроме относящихся к частоте); в сетях прокатных станов — отклонения, колебания и несинусоидальность напряжения; в сетях химических комбинатов — отклонения и несинусоидальность напряжения.

При малом удельном весе или отсутствии нелинейных нагрузок нужно снизить только отклонения напряжения (химические комбинаты, некоторые цехи машиностроительных предприятий); при удовлетворительном режиме напряжения и наличии мощных источников высших гармоник необходимо уменьшить несинусоидальность напряжения.
В большинстве случаев ПКЭ являются случайными величинами, между которыми имеется как детерминистическая, так и вероятностная связь. Распределение отклонений напряжения обычно отлично от нормального из-за наличия того или иного доминирующего фактора (автоматическое регулирование напряжения). Остальные показатели качества, как правило, распределены по нормальному закону. На предприятиях и в цехах со стабильным режимом работы (например, электролизное производство) ПКЭ являются детерминированными величинами. Таким образом, задача улучшения качества электроэнергии должна рассматриваться как в детерминистической, так и в вероятностной постановке.