Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Системное описание электрического хозяйства
Электрическое хозяйство современного промышленного предприятия представляет собой сложную систему со множеством взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов, организованных в подсистемы. Систему и подсистемы можно рассматривать и определять не только как параметры электрических цепей со сложившихся позиций, опираясь на курсы "Теоретические основы электротехники", "Электрические машины", "Автоматизированный электропривод", "Электрические сети и системы", но и как сообщество слабосвязанных и слабовзаимодействующих изделий (техноценоз) систем нового типа, свойства которых начинают проявляться с определенной степенью сложности, точнее, с определенного уровня знаний о нем. Описание (математическая модель) электрической части отрасли, предприятия, производства, цеха, отделения, участка, отдельной едини-
цы оборудования как объекта проектирования можно реализовать системой показателей (образов — графических, цифровых, таблично текстовых), соблюдая иерархию систем и выдерживая принципы целостности, автономности, дополнительности (сложная система во взаимодействии со средой представляет разные свойства в различных ситуациях), действия, начинающиеся с порогового значения, неопределенности, выбора, структурированности (устойчивости структуры любого ценоза) и устойчивости развития. Оценим количественно электрическое хозяйство как систему на примере крупного металлургического комбината. На нем установлено 101 тыс. электрических машин средней мощностью 50,1 кВт (эксплуатируется 111 711 шт., 48,4 кВт), в том числе до 100 кВт (подключаются к 2УР) 76,7 тыс., 10,4 кВт; трансформаторов I—III габаритов, практически соответствующих ЗУР, установлено 2626 шт. средней мощностью 854 кВ • А; IV габарита и выше - 165 шт., 28 500 кВ • А (5УР); высоковольтных выключателей - 6136 шт.; количество шкафов и другого оборудования второго уровня — около 10 тыс. шт., количество низковольтной аппаратуры всех видов — около 10 шт. на один электродвигатель. Такое количество элементов системы электроснабжения не дает возможности изобразить полную схему электроснабжения завода. Даже для 6УР и 5УР она может быть лишь упрощена аналогично рис. 1.2. Общее количество изделий, узлов, деталей, образующих электрическое хозяйство крупных предприятий, оценивается в 1010 (общее количество, образующее предприятие в целом, 1011). Это и есть техноценоз — сообщество изделий. Для средних предприятий количество элементов меньше в 10 раз, для мелких - в 100 раз. Введем меру ¦ взаимодействия элементов х множества X и через x1 обозначим количество элементов, мера взаимодействия которых имеет наибольший порядок f(x). При количестве элементов хi-1 мера взаимодействия которых на порядок ниже ¦(xi-1), i =1,2,...,n, может быть образована система 5, состоящая из набора элементов x1 + х2 +... + xk +... + хп, где k < n, которая характеризуется функционалом S = [¦(x1), ¦(x2),…, ¦(xn),x1,x2,…xn]. (1.2) Изменяя порядок k, получаем различные системы. Последовательно используя системный анализ, можно выделить подсистемы электроснабжения, обслуживания и др. Подсистемы имеют последовательно все большую меру взаимодействия, превращаясь на каком-то разбиении в жесткие однозначно рассчитываемые электрические цепи: электроснабжение завода в целом, электроснабжение на стороне 110 кВ, электроснабжение отдельного сооружения и далее до отдельного электроприемника.
При разработке проектов электроснабжения не уделяется должного внимания технико-экономическому обоснованию принимаемых решений, допускаются неэкономичные и нерациональные решения, перерасход электротехнического оборудования, ошибки в определении расчетных нагрузок. Оценка работы электрического хозяйства действующих предприятий по существующим критериям приводит к ошибочным выводам об экономической целесообразности дополнительных капитальных вложений на реконструкцию системы электроснабжения. Для целей прогнозирования развития электрического хозяйства предприятий и оценки эффективности использования электрической энергии нужны объективные критерии, основывающиеся на системе обобщающих показателей, которые позволяют оценить варианты проектных решений и уровень эксплуатации электрического хозяйства. Принятие решений все в большей мере основывается на решениях, принимаемых на более высокой ступени иерархии. В проектировании сложилась последовательность: а) схема развития отрасли (региона); б) ТЭО предприятия (тендер); в) проект (как стадия) предприятия или цеха (комплекса); г) рабочая документация на объект и отдельные части проекта. Но и в момент принятия решения на i-м уровне иерархии полных электрических данных по элементам получить нельзя из-за практической счетности и множества данных по каждому из элементов, которых, строго говоря, требуют теоретические основы электротехники для расчета электрических нагрузок, переходных режимов (свойство фрактальности). Эти понятия независимы от неполноты и неопределенности исходной информации, от несогласованности технологических требований, сроков строительства, выделяемых ресурсов, от противоречивости отдельных норм и др. Счетным множеством называют множество, которое приводится во взаимно однозначное соответствие множеству натуральных чисел (целых положительных чисел) N = { 1, 2...}. Назовем практически счетным такое множество Nt, число элементов которого к моменту принятия решения точно не может быть определено, но может быть предложена система нумерации, обозначений. Тогда для целей курса применима теория множеств и строго можно записать Nt = Nt – a = Nt + a, (1.3) т. е. добавление или исключение конечного числа элементов а не меняет мощности практически счетного множества. Этим положением инженеры интуитивно руководствуются: добавление или исключение некоторого числа элементов не меняет технического решения, например изменение нескольких электроприемников на 1УР не меняет схему электроснабжения, расчетную нагрузку, не требует индексации заказных спецификаций, корректировки кабельных трасс, смет. Может возникнуть вопрос о числе элементов, начиная с
которого следует учитывать практическую счетность. Это в определенной степени связано с природой элемента. Системные свойства, проявляющиеся в устойчивости гиперболического Н-распределения структуры электрического хозяйства как техноценоза, обнаруживаются при числе элементов 100-200, а особо выражены при 1000—1200 элементах (применительно к электродвигателям 1УР). Проблема фрактальности заключается в том, что любое изучение может быть сколь угодно глубоким и широким: обнаруживаются все (новые возможные зависимости, которые на 10-200% могут изменить результаты. Например, расчетная нагрузка электродвигателя определяется технологическим режимом (зависящим от множества факторов), КПД и коэффициентом мощности (которые зависят от режима, изношенности и др.), законом распределения, отклонениями частоты и напряжения, цикличностью, температурой окружающей среды, условиями вентиляции, состоянием с обслуживанием и др. Крупный комбинат выплавляет сталь 250 марок и выпускает прокат 1000 профилеразмеров, изменяющих загрузку основной технологической линии. Очевидно, что практически невозможно выполнить все измерения или просчитать все сочетания. Практическая счетность множества элементов, образующих электрической хозяйство, неисчерпаемость каждого элемента вглубь и вширь делают необходимым системное описание, опирающееся на иерархическую систему показателей (рис. 1.8). При выполнении проектов величина электрических показателей (соответствующих уровням системы электроснабжения, объектам и стадиям проектирования) есть прогнозируемая величина, а для действующих - реализация показателя из множества возможных значений (проектных вариантов). Система технико-экономических показателей определена основными электрическими показателями, которые описывают электрическое хозяйство по 6УР системы электроснабжения. К ним отнесены: получасовой максимум нагрузки Ртах, МВт; коэффициент спроса kc — отношение максимальной нагрузки к установленной мощности электроприемников по заводу Р МВт; годовое число часов использования максимума Т, ч, — отношение годового расхода электроэнергии А, МВт • ч, по предприятию к максимальной нагрузке; количество установленных электродвигателей Д, шт., и их средняя мощность рср, кВт (условный электродвигатель); электровооруженность труда А — годовое потребление электроэнергии, приходящееся на одного трудящегося, Чт, МВт -ч/чел; производительность электротехнического персонала аэ — годовое потребление электроэнергии, приходящееся на одного электрика, Чэ МВт • ч/чел (весь электротехнический персонал предприятия в целом). Основные показатели функционально определяют ряд других показателей (табл. 1.2). В табл. 1.3 указаны значения основных показателей для некоторых предприятий.
На числовой оси каждый показатель изображается точкой, а все вместе основные показатели образуют многомерное пространство Po = PmaxKcТДРсрАТАэ, (1.4)
определяющее электрическое хозяйство как систему. Представляя (1.4) в виде матрицы [Ро], можно сравнивать различные предприятия между собой, применив теорию распознавания образов, кластер-анализ, профессионально-логические методы и экспертные системы. Электрические показатели при создании информационного банка
Wб = {A} * {P} * {B} * {C} * {П} (1.5)
перегруппировываются соответственно на матрицы: удельных и общих расходов электроэнергии; электричерких данных, относящихся к системе электроснабжения; количества электрооборудования; стоимостей и штатов; проектных данных. В банк помещается и матрица {М} технологических показателей. Если электрическое хозяйство или его часть выделены как система (1.2) и описаны (1.5), то для целей принятия решений по электроснабжению и для их оптимизации электрическое хозяйство как система описывается тремя классами моделей: 1) агрегативными; 2) экономико-математическими; 3) (техно) ценологическими. В условиях проектирования общее электропотребление А находится, как правило, для предприятия и производств (цехов) в целом и определяет вместе с Ртах условия присоединения к энергосистеме. Значение Ртах рассчитывается для всех уровней системы электроснабжения, начиная от группы электроприемников, цеховой ТП и т. д. до предприятия в целом. Поскольку при проектировании Р устанавливается для каждого уровня системы электроснабжения на основании расчетов, в соответствии со сложившейся терминологией этот показатель называется расчетной нагрузкой. Для действующих предприятий Ртах указывается в договоре на пользование электроэнергией и называется заявленным Ртахз, а при контроле параметров электропотребления определяется его фактическое значение Pmax Число часов использования максимума нагрузки определяется по аналогии с энергосистемами. Если показатель Ттах находится для действующего предприятия, то А и Ртах берутся с учетом собственных нужд, потерь в сетях, трансформаторах и преобразователях. В задачах по электроснабжению Ттах также используется для вычисления потерь электроэнергии (через время максимальных потерь t ) в элементах системы электроснабжения (питающих ЛЭП, трансформаторах ГПП), а также для оценки неравномерности режимов потребления электроэнергии.
Коэффициент спроса определяется через Ртах и Ру. При этом под Ру понимается установленная мощность электроприемников, т. е. сумма номинальных (паспортных) активных мощностей электроприемников. Значения коэффициента спроса Кс для различных групп электроприемников, производств и предприятий в целом разных отраслей промышленности принимаются при проектировании по справочным материалам. Установленная мощность электроприемников предприятия может быть определена по отчетным данным. Показатели Д и Рср (условный электродвигатель) являются основными критериями, которые определяют электроремонтную базу и систему обслуживания электрического хозяйства, включая численность электротехнического персонала. Электровооруженность труда определяется среднесписочной фактической численностью промышленно-производственного персонала за отчетный год. Необходимость максимального использования электрооборудования, применение электроэнергии в технологических процессах обусловливают целесообразность оценки производительности труда электротехнического персонала согласно табл. 1.2, а не по штатному коэффициенту, получившему широкое распространение на электростанциях. Опыт применения системы электрических показателей позволяет выделить ряд общих свойств в формировании и развитии электрического хозяйства предприятий: 1) электрическое хозяйство является устойчивой системой, что означает прогнозируемое изменение показателей во времени. Существует 2) оптимальное значение каждого из показателей для различных 3) низки фактические значения коэффициента использования Ки и высоки значения коэффициента максимума Км, наблюдаемые практически на всех промышленных предприятиях независимо от отрасли промышленности. Фактические значения коэффициента спроса оказались вдвое ниже проектных, принимаемых при расчете электрических нагрузок. Превращение электрического хозяйства в сложную систему, в систему нового типа, и оптимизация его построения и функционирования требуют адекватных математических моделей, восходящих к кибернетике, системотехнике и системологии, к теории нечетких множеств
прогнозирования и катастроф. Этот аппарат не укладывается в рамки понятий, обычно применяемых в курсе электроснабжения. Ниже поясним основные модели, а также лежащие в их основе постулаты. Агрегат как система задается формальным пространством
S = {T, X, Г, Y, Z, G, В}, (1.6)
где Т — множество рассматриваемых моментов времени t G Т; х £ X — входной, у Î Y — выходной, g Î Г — управляющий сигналы; z Î Z — состояние; H и G — операторы переходов и выходов, реализующих z(t) и y(t)\ В — пространство параметров агрегата b Î В. По существу агрегат есть "черный ящик", а траектория его "движения" во времени и есть развитие электрического хозяйства. Разница между тем, что мы проектируем, и фактической траекторией характеризует оиибку. Агрегативный подход реализуется следующим образом. Требуется получить электрические показатели на 6УР, 5УР, 4УР (стоимости, штаты и др.) Р = у (t) при заданных технологических показателях М = x(t). Тогда из множества показателей Wб, хранящихся в информационном банке [см. (1.5)], машина рекомендует множество {Р}, наиболее соответствующее заданным {М} и времени. Проектировщик, осуществляя профессионально-логический анализ, задает управляющие сигналы, воздействуя на состояние (1.6), меняет параметры и принимает окончательное решение. Экономико-математические модели — широкий класс моделей, применяющихся для описания электрического хозяйства. Эти модели тесно. Переплелись с методами оптимизации, их трудно отделить от исследования операций, кибернетики. Экономико-математические модели - это исследование формы (не обязательно выпуклой) некоторого множества (не обязательно плотного) в пространстве определенной проектировщиком размерности (см. гл. 15). Задача сводится к определению предположительной области (точки), когда накладываются, например, ограничения Парето. Третий класс моделей отражает новое научное направление. Исследования основаны на утверждении: любые два элемента, режима, состояния системы электроснабжения считаются одинаковыми (одного вида) или различными. Электрическое хозяйство рассматривается состоящим из случайно попавших в нее элементов (особей), как своеобразное сообщество изделий (техноценоз), образованное из практически счетного количества слабо связанных и слабо взаимодействующих изделий в условиях дефицита ресурсов. Главным результатом подхода является обнаружение широкого класса явлений, для которых отсутствует математическое ожидание, а дисперсия теоретически бесконечна. Явление проявляется при проектировании всегда, когда сказываются системные свойства. Поэтому при проектировании для любого завода нельзя использовать сред-
ние удельные расход электроэнергии, средние стоимости; среднее количество электрооборудования, кабельной продукции. Все три класса моделей действуют, по-видимому, от ЗУР и выше, не используя явно законы Максвелла, Ома, Кирхгофа и другие законы классической электротехники, действующие на 2УР, 1УР. Мы основываемся на следующих допущениях: 2) электрическое хозяйство W É М есть целое, обладающее количественными характеристиками, которые не сводятся к суммированию 3) электрическое хозяйство W может быть описано иерархически 4) процесс принятия проектного решения неформализуем и должен Процессы выбора электрооборудования и проводников, как указывалось, опираются в пределе на законы Ньютона—Максвелла-Лоренца, в основе которых лежат фундаментальные постулаты классической физики: 1К) справедлив принцип невозможности. Нельзя различить две электрические цепи, если параметры их неотличимы; 2К) состояние (физическое) электрической цепи, электрической машины, любого изделия в любой момент времени полностью определяется его параметрами в тот же момент времени; ЗК) пространство и время однородны и изотропны. Качественное совершенствование проектирования, построение и функционирование электрического хозяйства в целом опираются на другие постулаты, которые применительно к электрическому хозяйству интерпретируются следующим образом: 1T) существует достаточно много систем отсчета, относительно которых два электрических хозяйства как техноценозы могут быть равноправны и неравноправны. Введение иерархической системы показателей есть соглашение — конвенционный акт; 2Т) состояние электрического хозяйства в любой момент времени не определимо системой показателей тождественно точно. Чем больше параметров и точнее каждый из них определяется, тем менее точно для каждого времени описьюается система; ЗТ) для электрического ценоза существует направленность развития, исключающая обратимость. Пространство кусочно анизотропно. Цикл техноэволюции квазистационарен, а ценоз существует лишь как открытая система, сформировавшаяся под действием закона информационного отбора.
Практика строительства и эксплуатации, реальные трудности управления электрическим хозяйством, трудности проектирования, оценки и планирования развития делают необходимой реализацию теоретически неизбежного перехода от К-постулатов к Т-постулатам. Но такой переход требует и психологической перестройки. Трудно осознать, что часть и целое "одинаковы" (равномощны), что вычитание или прибавление конечной величины не меняет результата, что основная часть процессов и структур, с которыми имеет дело проектировщик, не имеет математического ожидания (среднее не имеет смысла), а ошибка может быть теоретически сколь угодно большой (дисперсия стремится к бесконечности). Любой проектируемый объект при иерархическом разбиении моделируется иерархической системой показателей: отрасль, предприятие,..., рольганговый двигатель, подшипник. Технолог-проектировщик определяет основные технические решения на уровне цеха, отделения, сооружения и оперирует системой показателей (параметров, признаков) или схемами, упрошенными планами. Можно выделить k признаков R для предприятия i из общего количества существующих признаков W, Rki Î W. Если каждый признак есть точка на оси признака, то геометрически Ç Rki. можно представить как некоторую область в многомерном пространстве. Это есть образ проектируемого объекта, понятный ЭВМ. Если задать эталон (объект-аналог, желаемый объект) Rkэ Î W, то ЭВМ осуществит сравнение по заданным проектировщиком критериям. Осознание первого Т-постулата и использование его в режиме САПР означает решение проблем экспертизы, оценки, выбора решения (при информационном обеспечении). Устраняется субъективизм- договариваться следует не о выборе аналога [это делает ЭВМ, определив область D(F) = ånэ (Ç Rki Rkэ)® min], а о показателях, которые существенны. Вопросы для самопроверки
1. Попытайтесь выделить электрику известных Вам объектов и оценить ее границы и относительную стоимость. 2. Какие объективные стороны электрики требуют решений, основанных на строгих законах электротехники, и какие - творческих решений, опирающихся на интуицию, общую культуру и информационно- 3. Что такое электроприемник, потребитель, система электроснабжения? 4. В чем качественные различия между: 1) электроустановками как
ским хозяйством промышленного предприятия; 3) энергосистемой как производителем и продавцом электрической энергии? 5. Что такое подстанция, ТП, КТП, РУ, РП, ЦРП, ГРУ, ОРУ, ЗРУ, КРУ, 6. Поясните особенности каждого из уровней системы электроснабжения. 7. Конкретизируйте технические условия при питании предприятия 8. Как подразделяются электроустановки по величине напряжения, 9. Охарактеризуйте каждый из уровней системы электроснабжения 10. Рассмотрите особенности графического изображения схем и 11. Классифицируйте промышленные предприятия по величине электрической нагрузки и условиям подключения к соответствующему уровню системы электроснабжения. 12. Поясните необходимость категорирования электроприемников 13. Напишите формулы, определяющие основные и вспомогательные 14. Какие объективные стороны отражают модели системного описания электрического хозяйства? 15. Сравните фундаментальные постулаты, определяющие электроснабжение как науку, с постулатами классической физики. ГЛАВА ВТОРАЯ Date: 2015-06-11; view: 2481; Нарушение авторских прав |