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
|
Определение электрических нагрузок комплексным методом
Комплексный метод основан на том, что любой объект описывается числовыми показателями и словесно (качественно) - образом, представляющим модель объекта. При этом любые два объекта могут быть похожими или различными, иметь или не иметь между собой ничего общего. Под объектом понимается предприятие, производство, цех, отделение, участок или здание, сооружение, т. е. любая выделяемая объемно-территориальная или административная единица, для которой должна быть определена электрическая нагрузка. В процессе распознавания образа находится класс объектов, называемый кластером, описывается объект и относится к определенному классу (кластеру). Компьютеризация способствовала теории распознавания образов, рассматривающей принципы и методы классификации и идентификации предметов, явлений, процессов, сигналов — всех объектов, которые могут быть описаны конечным набором признаков или свойств. Если два завода имеют одинаковые максимумы Ртах> электропотребление А, среднюю мощность электродвигателей рс и другие показатели, можно ли сделать вывод о равноценности их электрических хозяйств? Если они разные, то, какое из них лучше, эффективнее? Однозначного ответа на это нет, что объясняется техноценологическими свойствами. Назначение существующих методов определения электрических нагрузок состоит в попытке формализовать расчеты. Подразумевалось, что процесс электропотребления описывается (математически или графически) каузально однозначно (или вероятностно: математическим ожиданием, дисперсией и другими характеристиками), т. е. для заданных исходных данных может быть предложен алгоритм вычислений Ртах, ведущий к вычисляемому результату. Фактически теория расчета электрических нагрузок должна учитывать изменения материальной основы — превращение электрического хозяйства в техноценозы — и информационной основы (проектной документации) — превращение в информценозы. Проектирование нового строительства, расширения, реконструкции и технического перевооружения действующих предприятий осуществляется на основании решений, принятых в технико-экономических обоснованиях (ТЭО) или технико-экономических расчетах (ТЭР) строительства, которые и являются предплановым и предпроектным документом. Необходимость выполнения ТЭО (ТЭР) сохраняется при любой самостоятельности предприятий и любой системе управления народным хозяйством, подходе к инвестиционному циклу. ТЭО, например в виде тендера, остается основным документом и в развитых странах, где решаются применительно к электроснабжению вопросы относящиеся к 6УР (5УР). При выполнении ТЭО не только не известны отдельные электроприемники, но определяются и не все цеха, здания и сооружения, а в основных цехах - не все отделения и участки. Есть документация, где определяются лишь важнейшие цеха (агрегаты) и возможность присоединения к энергосистеме. После утверждения ТЭО разрабатывается проектно-сметная документация (где и обозначается каждый электроприемник и решаются все вопросы его электроснабжения). В рабочем проекте (проекте) выделяются пусковые комплексы. На ГПП и РП отдельно ТЭО и проект (как стадия) не выполняются. В электрической части ТЭО предприятий приводятся нагрузка и расходы электроэнергии по производствам и цехам, удельные расходы Ауд. На схеме электроснабжения указываются источники питания (районные! подстанции и ТЭЦ), ГПП, основные РП (ЦРП) (рис. 1.2); для средних! предприятий могут указываться все РП 10(6) кВ (для предприятий, электроснабжение которых осуществляется от ЗУР, как правило, ТЭО не выполняется) При выполнении ТЭО на сооружение крупного агрегата - пускового комплекса - рассматривается предприятие в целом - 6УР (см. рис. 1.2) и более подробно ЗУР. Применительно к схеме электроснабжения, на-
пример, района современной доменной печи (рис. 2.8) это означает определение состава ГПП, способа питания двигателей 2 х 30 МВт ЭВС, количества РП, значения напряжения и способа питания 42 высоковольтных двигателей мощностью 373 МВт (точное количество и мощность, как правило, не указываются, уточнение - в рабочих чертежах), напряжения и единичной мощности трансформаторов 0,4 кВ. Первое принципиальное положение, отражающее усложнение окружающего мира и заключающееся в определении электрических нагрузок сверху вниз: для 6УР расчет производится до полного перечня цехов, зданий и сооружений; решение по ГПП (рис. 2.8) принимается до определения РП и высоковольтных двигателей; по РП — до выявления всех трансформаторов 10/0,4 кВ (двигателей). Определение места установки и мощности трансформаторов ЗУР предшествует, как правило, определению всех шкафов 2УР и всех электроприемников, которые будут подключены к этому трансформатору. Лишь выбор элемента 2УР (см. рис. 1.6), производимый на стадии рабочей документации, определяется конкретными электроприемниками (хотя для гибких производств и для ряда цехов и отделений известны проекты, где шкафы 2УР определялись строительным модулем). Устойчивыми во времени остаются технологические и электрические показатели, характеризующие в целом предприятия, — 6УР, производство - 5УР, цех - 4УР. Из-за изменения технических решений на стадии рабочей документации, выпускаемых за 1 год до строительства, в любую часть проекта (их десятки) и в любое время до пуска (и после него) вносятся корректировки, в результате которых электроприемники исчезают, возникают, меняют напряжение, частоту, род тока, мощность. При этом схемы электроснабжения 5УР и 4УР сохраняются. Вопросы, определяющие показатели 6УР, в рабочей документации вообще не рассматриваются. Второе принципиальное положение отражает количественное увеличение установленного электрооборудования и заключается в практической счетности установленных электроприемников (см. § 1.5). С проблемой практической счетности связана проблема фрактальности, ведущая к Н-распределению и заключающаяся в потенциальной возможности описания бесконечного количества свойств объекта по мере углубления исследований. Если обобщить исходные данные для расчета электрических нагрузок, которые считаются необходимыми теоретическими работами по электроснабжению, то может быть представлен следующий перечень: наименование электроприемника; количество электроприемников, из них — резервных по условиям расчета электрических нагрузок; род тока, напряжение, фазность, частота; требуемая мощность механизма [см. (2.1), (2.2)], определяющая коэффициент загрузки Кз; номинальная мощность двигателя; режим работы электроприемников, включая ПВ; график электропотребления электроприемников; фонд в реме-
ни работы оборудования в году (число рабочих суток); часы работы в сутки; технологический график (циклограмма) работы механизма, определяющий коэффициент включения Кв коэффициент интенсивности использования основного технологического оборудования, отражающий потери времени в работе оборудования; коэффициент неравномерного потребления и производства; коэффициент потерь номинального фонда времени; параметры и вид корреляционной функции; учет закономерностей вероятностей взаимосвязи между ординатами группового графика нагрузки независимых электроприемников и параметрами процесса; не стационарность и некоррелируемость индивидуальных графиков и построение кратчайшей функции; изменение потребляемой мощности, КПД и cosy при изменении параметров нагрузки; (и даже) несоосность ротора и статора. Исследуем режим работы электродвигателя. Результат определится целью, принятыми допущениями (упрощениями), временем измерения [понимаемым и как длительность интервала, и как время года (дня), конец—начало месяца, года, пятилетки], точностью измерительных приборов, сопоставимостью параметров источника питания, состоянием механической части, квалификацией персонала и другими техническими и социальными факторами. Есть и причины внешние, которые мы отбрасываем, теряя физику явления, скатываясь к различным вероятностным построениям, включающим теорию игр, массового обслуживания. Исключаемыми из интервала осреднения оказываются режим короткого замыкания, простои при работе на холостом ходу, аварийные и наладочные режимы и т. д. Любой элемент электрического хозяйства настолько неисчерпаем, что вопрос о необходимости исследований, основанных на одном элементе [за исключением единичных, таких как ЭВС (см. рис. 2.8), или массовых и сосредоточенных, таких как сварочные производства], должен быть решен однозначно - исследование не нужно, экономически невыгодно. Для каждого уровня (см. рис. 1.1) существует экономически целесообразное значение погрешности. Количество отходящих линий от шкафов 2УР определяется количеством электроприемников. Уточнением расчетов 2УР можно заменить вводный автоматический выключатель (рубильник) на меньший по Ip, выбрать питающий кабель меньшего сечения. Но количество шкафов и отходящих линий сохранится (уточнение по стоимости меньше 1%). Важнейшим остается вопрос, как определить количество трансформаторов ЗУР, как совместить нагрузки секций одной РП или ГПП, трансформаторов двухтрансформаторной подстанции, точнее, как определить Рр, если количество электроприемников практически счетно, а данные по каждому из них не могут быть получены. Третье принципиальное положение заключается в превращении электрического хозяйства в систему нового типа — техноценоз. Это требует
нового стиля мышления, перехода от изучения отдельного изделия к изучению их множества как целого. Изучение техноценозов начинается с выделения семейств изделий генераторов, электродвигателей, трансформаторов, электросталеплавильных печей, низковольтной аппаратуры. Каждое изделие, обладая только ему присущими особенностями (это же относится к процессам и режимам работы), индивидуально, и его можно рассматривать как своеобразное изделие (особь и Î U), которое можно перенумеровать, составив неупорядоченный перечень Т º U (текст). Но одновременно каждое изделие есть вид s Î S. Для любого Т можно составить перечень видов - словарь объемом V º S, Т > V. Очевидно, что любые два элемента-особи неотличимы (одного sr вида): иi Î sr º иj Î sr, sr Ç sl, = ф, i ¹ j, r¹ l, или различимы (разных sr и Sl видов). Особи одного вида образуют популяцию. Составление перечня особей T и их классификация по видам (составление словаря S1..., S) позволяют составить таблицу рангового распределения где виды располагаются в порядке уменьшения численности их популяций. Ранговое распределение лучше описывает непрерывные величины: Ртах, Ру, рс, Рср, А, АТ, аэ, Кс, КТ и др. Для дискретных величин, например электродвигателей, установленных в цехе (на предприятии), информативнее видовое распределение, получаемое из Т непосредственно. Вначале выбираются все виды, встретившиеся по одному разу, т. е. популяции, состоящие из одной особи, а1 = 1; они образуют тем самым первую касту (ноеву) К = 1, общее число видов в которой w1, численность особей в касте a1, w1. Затем выбираются все виды, представленные двумя особями: К = 2, a 2 = 2, число видов во второй касте, например, w2 = 5, тогда число особей во второй касте а2 w2 = 10, а затем выбираются виды, представленные тремя особями, и т. д. Последовательность wi называется эмпирическим видовым распределением (распределением видов) W (wi) и аппроксимируется непрерывной кривой распределения wi: где x Î [1, ¥) - непрерьшный аналог численности популяции i (i — всегда дискретная величина, может быть аi = 0); y = 1 + a, a > 0 — постоянная распределения (характеристический показатель); w0 = = AS, w1 = [w0], 0< A < 1 - константа; wi = wi/S. Некоторое идеальное гиперболическое распределение, соответствующее (2.31), назовем Н-распределением (см. § 16.5). Изложенный подход получил широчайшее распространение в различных областях человеческой деятельности, выражение (2.31) лишь развивает этот подход. Математический аппарат относится к теории
устойчивых распределений, которые обладают следующими существенными свойствами: при 0 < а £ 1 не существует конечных моментов первого и второго порядков, т. е. видовое распределение (2.31) не имеет ни математического ожидания, ни дисперсии (математическое ожидание теоретически отсутствует, а дисперсия стремится к бесконечности). При 1< а < 2 имеются лишь конечные моменты первого порядка. Для систем, рассматриваемых как ценоз, свойство Н-распределения проявляется при нескольких десятках элементов; наиболее полно свойство проявляется, когда их количество составляет сотни и тысячи. Превращение электрического хозяйства, где по законам классической физики жестко рассчитывалось появление каждого электродвигателя, в систему, где появление его во многом случайно и не зависит от других, а существование (сохранение) определяется законом информационного отбора, послужило причиной (неосознанной) отказа в 50—60-е годы от показателей, ранее характеризовавших цех, производство, предприятие. Отсутствие математического ожидания и достаточно большая ошибка (бесконечность дисперсии) делали невозможным оперирование с приводимыми средними (потеря смысла). Устойчивость показателей сохраняется для каждого из заводов, т. е. как бы становится внутренним свойством и отличием данной системы. При изготовлении, например, дуговой сталеплавильной печи емкостью 100 т определяются электрические параметры, разброс которых можно принять распределенным по нормальному закону. Когда ДСП-100 устанавливают на конкретном металлургическом предприятии, то окружающие условия превращают пусковой комплекс в индивидуальный. Система превратилась в техноценоз, а электрические и другие параметры могут сколько угодно отличаться от отраслевого (или другого) среднего параметра. Комплексный метод опирается на теоретические представления, включающие: 1) создание информационного обеспечения; 2) классификацию объектов электроснабжения, применение распознавания образов, экспертных систем и кластер-анализа; 3) использование прогноза на всех уровнях системы электроснабжения, включая сооружение крупных агрегатов (аналогичных случаю, приведенному на рис. 2.8). Расчет комплексным методом осуществляется специалистом, решающим вопросы электроснабжения 4УР-6УР. Расчеты производятся от верхних уровней к нижним и заканчиваются определением количества и мощности трансформаторов 0,4 кВ (ЗУР). При наличии статистики и опыта метод применим и для ЗУР (мелких предприятий и отделений цеха), и для 2УР (мини-предприятий и участков). Для известной технологии используют информационную базу аналогов, создавая некоторый образ, качественные стороны которого принципиально неформализуемы. Комплексный метод предусматривает одновременное применение
нескольких способов расчета максимальной нагрузки Ртах по следующим параметрам: электроемкости продукции Эi на уровне 6УР где Мi — объем технологической продукции i-го вида; общегодовому электропотреблению А или среднегодовой мощности Pсг на уровнях 6УР, 5УР, 4УР где КM — среднегодовой коэффициент максимума; ТГ = 8760 — число часов в году; удельным годовым расходам электроэнергии Ауд на уровнях 5УР, 4УР, ЗУР где Тi - годовое число часов работы цеха (производства, отделения); сренегодовому коэффициенту спроса kc на уровнях 6УР-2УР удельным мощностям нагрузок на уровнях 6УР-2УР где у - удельная мощность (плотность нагрузки); F - площадь предприятия, района, цеха, отделения, участка; прогнозированию временных рядов на уровнях 6УР-2УР где Wj - функция технологического и электрического показателя, определяемая временным рядом; профессионально-логическому анализу (в том числе и в режиме САПР) где po - электрические показатели, характеризующие уровень. В качестве расчетной мощности Рp =Ртах. Для каждого электроприемника 1УР с длительным режимом работы при выборе коммутационной аппаратуры и проводников принимается его номинальная (уста-
новленная) мощность Рр = Рmax = Рном = Ру. Изменением значения КПД и коэффициента мощности при изменении нагрузки пренебрегаем. Расчетный ток определяется из выражения (2.5): Для агрегата с многодвигательным приводом как электроприемника под его номинальной мощностью понимают сумму номинальных мощностей всех двигателей агрегата. Если два и три приемника образуют группу, питающуюся по одному проводнику, от одного коммутационного аппарата, то Рр = Ртах определяется как сумма их номинальных мощностей. Для одного крана расчетная нагрузка принимается равной мощности двух наиболее мощных электроприемников. Таким образом, для 1УР расчет электрических нагрузок для целей электроснабжения не производится. Выбор электрооборудования для этого уровня осуществляется по рном. Определение коэффициентов Кв, Кс, Ки, Км, Кф и выделение резервных электроприемников не требуются. Понятие наиболее загруженной смены не используется. Комплексный метод предполагает, что специалист умеет оценить полученные результаты, принимая за основу электрические показатели. Тогда, например, 6УР описывается системой электрических показателей Р0 как некоторое векторное пространство (1.4), используемое для принятия решения (табл. 2.4). Пусть требуется определить Ртах для завода с полным металлургическим циклом, который будет производить агломерат объемом Ма, кокс объемом Мк, чугун объемом Мч сталь объемом М c, прокат объемом Мп. Определим Рр =Ртах. По данным табл. 2.5 (сравним с табл. 1.3) выбирается завод-аналог с близкими составом и объемом производства. Составляется перечень основных цехов, совместно с технологами анализируются близкие производства и отличия проектируемого завода. Через электроемкость Эi по выражению (2.32) предварительно рассчитывается Ртах. Значение Ттах принимается по по-
Таблица 2.4. Основные электрические показатели для крупных металлургических комбинатов
Таблица 2.5. Технические и электрические показатели некоторых металлургических предприятий
казателям завода-аналога или по среднему, (средневзвешенному) Ттах для группы подобных заводов (для крупных металлургических Ттах =69004). Электроемкость Эi есть количество электроэнергии, планируемой или расходуемой, на выпуск, например, 1 т стали с учетом расхода электроэнергии на производство чугуна, получение кислорода, очистку воды и т. д. Например, электроемкость Магнитогорского комбината по агломерату составляет 400 кВт • ч/т, а удельный расход на производство собственно агломерата - 24 кВт - ч/т. Если задаются объемы нескольких видов продукции, то (2.32) дает несколько, как правило, несовпадающих результатов. Например, чугун может вывозиться, кокс поставляться с другого завода. После уточнения Ртах по (2.32) снова анализируются ближайшие заводы-
аналоги по основным показателям, соответствующим табл. 2.4 и 1.3. Если Ртах для всех видов продукции не отличается более чем на 10% друг от друга и от Ртах, приведенной в табл. 2.4, то результат инженерно удовлетворителен. Прогнозирование достоверно для общего электропотребления и числа электродвигателей на 6УР. Менее достоверны прогнозы Тmax, Кc, АT, Аэ. Хорошо прогнозируются общие и удельные расходы Ауд для 5УР, 4УР. В простейшем случае прогнозирование осуществляется экстраполяционными методами. Задача аппроксимации результатов, выбор класса функций для определения рс и критериев наилучшего соответствия Ртах, Ауд эмпирическим значениям, модели прогноза и оценка точности определяются методами математической статистики. Для цепей прогноза перспективным оказалось применение Н-распределения. По окончании расчета должно быть проведено сравнение результа Практика применения комплексного метода для определения электрических нагрузок по предприятию и производствам (цехам) с учетом требований высокой квалификации специалиста как электрика и зна-
ния им особенностей технологии завода показывает, что недостаточно сформулировать задачу следующим образом: определить основные электрические показатели P0 для металлургического завода с мощностью, например, по стали 5 млн. т/год. По электроемкости стали Эст заводов, имеющих близкие производства (Западно-Сибирский, им. Ильича, Азовсталь, Запорожсталь, Челябинский, Эст соответственно 408, 425, 323, 461, 456 кВт. ч/т), можно определить по (2.32) А =АСТ Мс = 430 кВт * ч / т * 5 млн. т =2150 ГВт * ч. При Ттах = 7000 ч, что характерно для крупных заводов, Ртах = = 307 МВт, Рс = А/8760 =245 МВт,Км = 1,25 (фактический КМ по группе, определенный по данным 20 крупных заводов, составляет 1,23). В действительности всегда задаются некоторые параметры состава завода, принятые в стране и за рубежом. Например, завод мощностью по стали 2 млн. т/год имеет в составе: две коксовые батареи (1,1 млн. т), доменную печь (1,9 млн. т), два кислородных конвертера (2 млн. т), блюминг-слябинг (3 млн. т), заготовочный стан (2,6 млн. т), крупносортный (0,9 млн. т), среднесортный (0,9 млн. т). Такие данные уже позволяют, опираясь на отраслевой банк и используя данные, аналогичные приведенным в табл. 2.6, уточнить нагрузки 6УР и составить схему электроснабжения для 5УР (4УР). Например, для доменного цеха (см. рис. 2.8) уточняются объем печи, наличие электровоздуходувок и ГТРС, способы охлаждения (насосные), наличие грану стыковок. Дальнейшее уточнение идет по "расшифровке" производства до уровня цеха и его отделений, например цех холодной прокатки сможет содержать: отделение отжигательных колпаковых печей, конвейер горячекатаных рулонов, непрерывно-травильный агрегат, одноклетьевой дрессировочный стан 1700, непрерывный пятиклетьевой стан 1700, два агрегата поперечной и два продольной резки, три агрегата упаковки рулонов, два агрегата упаковки пачек и один некантующихся листов, агрегат защитного газа, электролизер. Или по складскому хозяйству: склад оборудования и запчастей, цинка и химикатов, слитков, горючесмазочных материалов, огнеупоров, сыпучих материалов и т. д. Как бы ни были разнообразны цеха и агрегаты любого производства, специалисту-электрику, решающему вопросы электроснабжения, необходимо знать их возможный перечень (существующую классификацию) и уметь оценивать электрические показатели. Теоретически вопрос связан с теорией нечетких множеств, на которую опирается теория распознавания и классификации. Например, для горных предприятий предложено 48 факторов, разбитых на пять групп (климатические, горно-геологические и др.), которые формируют электропотребление. Пусть заданы показатели-признаки W1,..., Wn и выбирается подмножество значимых признаков Wk (k Î V, V Ì {1,...,n}), которые могут
Таблица 2.6. Фактические сведения по цехам крупного металлургического комбината с полным циклом
быть заданы интервалами, например, с шагом 5%. Тогда множество возможных пересечений Ç Wк рассматривается как допустимое для согласованного разбиения. Вопрос о выборе множества V может быть сформулирован как вопрос о взятии медианы в классе пересечений произвольных множеств {1,...,n} или определенных экспертно. Множество пересечений Wn по возможным подмножествам признаков V превращается в область (функцию)
Оптимизация области приведет к такому V, которое наиболее согласовано со всеми исходными признаками в классе их возможных пере-
сечений. Существенно выделение редких объектов, производимое в соответствии с (2.31), определение степени близости (например, эвклидовой) и др. Приведем пример эффективности комплексного метода. Для Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК) в декабре 1975 г. был подписан протокол, определивший нагрузку на 01.01.83 г. по комбинату 1700 МВт (первоначальное предложение определяло 2500 МВт). Когда подошел срок, нагрузка оказалась в 50 раз меньше. Вероятно, это пример самой большой ошибки, явившейся одной из причин многолетней нерентабельной работы ОЭМК. В 1976 г. был выполнен расчет комплексным методом, определивший нагрузку комбината на 1990 г. в размере 300 МВт и на полное развитие - не свыше 600 МВт. Прогноз 1981 г. по (2.37), (2.38) подтвердил нагрузку Ртах на 1990 г. в размере 300 МВт при расходе электроэнергии 2300 ГВт • ч и 280 МВт при Т = 8036 ч. Фактически за 1990 г. Ртах = 290 МВт, Т = = 7200 ч, А = 2080 ГВт • ч. Прогноз 1976 г. исходил из максимально достижимых в черной металлургии темпов строительства (освоение строймонтажа и ежегодное увеличение Ртах, А, Ру). С учетом того, что схема электроснабжения ОЭМК и района ориентировалась на 1700 МВт (а не на 600 МВт, как предполагалось прогнозом, а тем более не на 300 МВт), были построены до 1983 г. районная подстанция 750/500/330/110 и подстанция 500/330/110 кВ. Заводская подстанция 330/110 кВ питается по четырем кабельным линиям 330 кВ и имеет ЗРУ 330 и 110 кВ. В здании подстанции, выполненном на семь трансформаторов по 320 MB - А, установлено четыре трансформатора. Анализ временного ряда t > 10 лет, А = ¦ (t), Ртах= ¦ (t), совмещенного с временем пуска технологических агрегатов, позволяет знать увеличение электропотребления и нагрузки, определить скачок, связанный с освоением агрегата. Так, при пуске (освоении) комплекса ДП (см. рис. 2.8) удельный расход в целом (с учетом существующих доменных печей) возрос с 13,2 до 43,1 кВт • ч/т чугуна. Собственно по цеху (4УР) - 110 кВт - ч/т - прогнозируемая величина Ауд (фактическая 102 кВт - ч/т) — против 285 заявленной проектными организациями и 320 кВт - ч/т, заявленной заводом по прямому счету. Date: 2015-06-11; view: 1754; Нарушение авторских прав |