Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALS-технологии в э

данные, полученные с датчиков фотоэлектрической энергосистемы; адаптивный нейроконтроллер в сравнении с традиционными регуляторами точки максимальной мощности обеспечивает более высокий КПД фотоэлектрической системы в условиях случайных возмущений и резкого изменения внешних воздействий.

Список литературы

1.Бахтадзе Н.Н., Моржин Ю.Н., Ядыкин И.Б. Mультиагентная интеллектуальная иммунная система электроэнергетической системы с активно-адаптивной сетью // Автоматизация в про-

мышленности. – 2012. – № 4. – С. 61–64.

2.Устойчивость интеллектуальных систем автоматического управления / И.М. Макаров, В.М. Лохин, С.В. Манько, М.П. Романов, М.С. Ситников // Приложение к журналу «Информационные технологии». – 2013. – № 2.

3.Энгель Е.А. Энергосберегающая технология фотоэлектрической энергосистемы на базе адаптивного нейроконтроллера

//Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALSтехнологии в энергетике: материалы VIII Всерос. (с междунар. участ.) науч.-техн. интернет-конф. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015. – С. 65–73.

Сведения об авторе

Энгель Екатерина Александровна – кандидат техниче-

ских наук, доцент кафедры программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем Хакасского государственного университета им. Н.Ф. Катанова (г. Абакан), e-mail: Ekaterina.en@gmail.com.

41

В.А. Лоскутников, Д.А. Опарин, В.А. Трефилов, Д.С. Крыласов, П.А. Сивков

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА НАСОСНОЙ СТАНЦИИ

Для повышения энергетических показателей асинхронного двигателя электропривода насосной станции предлагается компенсация реактивной мощности намагничивания путём подключения батареи конденсаторов к дополнительной обмотке, уложенной в пазы статора двигателя.

Ключевые слова: асинхронный электропривод; насосная станция; компенсация реактивной мощности.

V.A. Loskutnikov, D.A. Oparin, V.A. Trefilov,

D.S. Krylasov, P.A. Sivkov

Perm National Research Polytechnic University

IMPROVING OF ASYNCHRONOUS ELECTRIC DRIVE

PUMPING STATION ENERGY PARAMETERS

To improve the energy performance of the induction motor electric drive pumping station proposed reactive power compensation of magnetization by connecting an additional capacitor to the winding laid in the stator slots of the motor.

Keywords: asynchronous electric drive; pumping station; reactive power compensation.

На насосной станции I подъема ОАО ПЦБК для привода центробежных насосов Д400-35 применен асинхронный электропривод на базе двигателей А103-6М. Установленная мощность этих двигателей значительно превышает реальную мощность на валу, поэтому двигатели потребляют из сети большую реактивную мощность и работают с низким коэффициентом мощности.

42

В [1] рассматривается возможное энергосбережение в случае, если провести модернизацию электропривода насосной станции путём замены двигателей мощностью 160 кВт на двигатели мощностью 55 кВт.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя 5АМ250М6 мощностью Рн = 55 кВт представлены на рис. 1. Режим работы выбранного двигателя при реальной нагрузке Р2 = 46 кВт характеризуетсяследующими величинами: I1 = 87 А, cosφ1 = 0,89, η = 0,88.

Рис. 1. Рабочие характеристики двигателя 5АМ250М6 мощностью 55 кВт

В результате замены двигателей возможно получить следующие результаты:

♦суммарное потребление активной мощности и потерь мощности в питающей линии уменьшаетсянавеличину 1,281 кВт;

♦суммарное снижение потребления активной мощности всеми четырьмя двигателями составляет 5,124 кВт;

♦потребление из сети реактивной мощности снижается на 54 %.

43

За счёт этого к трансформатору для более полного использования его установленной мощности можно подключить дополнительную нагрузку.

Большие возможности по уменьшению реактивного тока и реактивной мощности в системах электроснабжения открываются за счёт использования компенсированных асинхронных электродвигателей, в которых вращающееся магнитное поле при условии полной компенсации создаётся не токами, потребляемыми из сети, а токами дополнительной трёхфазной обмотки, соединённой с батареей конденсаторов [2].

Проведённые в [2] исследования подтверждают возможность разработки трёхфазных асинхронных электрических двигателей с коэффициентом мощности, близким к единице. Использование таких двигателей позволит решить одну из важнейших проблем энергетики: уменьшить реактивную мощность и реактивный ток в элементах систем электроснабжения, сделать передачу и преобразование электрической энергии с повышенными энергетическими показателями.

Схематичный вид такого электродвигателя представлен на рис. 2.

Рис. 2. Схематичный вид скомпенсированного трёхфазного асинхронного электродвигателя

Трёхфазная сетевая обмотка соединяется по схеме «звезда», а её начала С1, С2, С3 подключаются к питающей сети пере-

44

менного напряжения. Дополнительная трёхфазная обмотка, уложенная в те же пазы, что и сетевая обмотка, также соединяется по схеме «звезда», а её начала СД1, СД2, СД3 подключаются к конденсаторам, соединённым по схеме «треугольник». Сетевая и дополнительная трёхфазные обмотки не имеют между собой электрической связи, т.е. изолированы друг от друга. Конструктивное исполнение дополнительной обмотки не отличается от конструктивного выполнения сетевой обмотки, однако значения параметров обмоток различны.

Расчёт необходимой ёмкости батареи конденсаторов

ЭДС фазы сетевой обмотки:

Е1 = 0,85 Uнф = 187 В,

где Uнф = 220 В при значении линейного напряжения в питаю-

щей сети 380 В.

ЭДС фазы дополнительной обмотки:

Е2 = kтр Е1 = 22,44 В,

где коэффициент трансформации kтр = 0,12 , выбираемый в диа-

пазоне 0,1…0,15.

Намагничивающий ток сетевой обмотки до компенсации

(примем cosφ1 = 0,89):

I р1 = I1 sin φ1 = 87 0,456 = 39,67 A.

Намагничивающий ток сетевой обмотки после компенсации

(примем cosφ2 = 0,95):

I р2 = I1 sin φ2 = 87 0,312 = 27,14 A.

Компенсируемый батареей конденсаторов ток сетевой обмотки:

Iк = I р1 − I р2 = 12,53 А.

45

Токфазыдополнительной обмотки отбатареиконденсаторов:

IД = Iк 1 = 104,42 А.

kтр

Ток фазы батареи конденсаторов для схемы «треугольник»:

Фазное напряжение батареи конденсаторов для схемы «треугольник»:

UФС = 3 Е2 = 3 22,44 = 38,87 В.

Ёмкостное сопротивление фазы батареи конденсаторов:

xС = UФС = 0,645 Ом.

IС

Ёмкость конденсатора фазы батареи конденсаторов:

Полная ёмкость батареи конденсаторов:

СБК = 3С = 14805 мкФ.

Выводы

1.Применение компенсированных асинхронных двигателей позволяет повысить величину коэффициента мощности до значений 0,96…0,98, т.е. близких к единице;

2.Ток, потребляемый из питающей сети асинхронным двигателем с ёмкостной компенсацией, во всём диапазоне изменения нагрузки меньше тока, потребляемого асинхронным двигателем без ёмкостной компенсации;

3.Ёмкостная компенсация особенно целесообразна для низкоскоростных асинхронных электродвигателей, для которых характернынизкиезначенияноминальногокоэффициентамощности.

46

Список литературы

1.Трефилов В.А., Крыласов Д.С., Мошев С.А. Энергосбережение при замене асинхронного двигателя электропривода насосной станции // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системыуправления. – 2014. – №12.

2.Экспериментальные исследования рабочих характеристик асинхронного электродвигателя с ёмкостной компенсацией реактивной мощности / Е.Ф. Беляев, П.Н. Цылёв, И.Н. Щапова, Ю.А. Горцунов, В.А. Лоскутников // Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALS-технологии в энергетике: матер. конф. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн.

ун-та, 2012.

Сведения об авторах

Лоскутников Василий Алексеевич – аспирант кафедры электротехники и электромеханики Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: loskutnikov.vasily@gmail.com.

Опарин Денис Андреевич– аспирант кафедры электротехники и электромеханики Пермского национального исследовательского политехническогоуниверситета. e-mail: dlowarp@gmail.com.

Трефилов Владимир Алексеевич – кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники и электромеханики Пермского национального исследовательского политехнического университета, e-mail: trefilovva@yandex.ru.

Крыласов Дмитрий Сергеевич– студент Пермского нацио-

нального исследовательского политехническогоуниверситета. Сивков Павел Андреевич – студент Пермского националь-

ного исследовательского политехнического университета.

47

И.Н. Трус, Н.Д. Гомеля, В.Н. Грабитченко, В.И. Воробьева

Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»

МЕМБРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ШАХТНЫХ ВОД

В последнее время наблюдается уменьшение запасов пресной воды, пригодной для питьевого водопользования и промышленных нужд. Важной экологической проблемой является засоление поверхностныхи подземных водных источников. Обратный осмос является наиболее экологически и экономически выгодным методом опреснения воды. В работе представлены исследования по опреснениюрастворовнаобратноосмотическойустановкеFilmtec TW-30-1812-50.

Ключевые слова: баромембранные процессы, опреснение воды, концентрат, пермиат, минерализация.

I.N. Trus, M.D. Gomelya, V.M. Hrabitchenko, V.I.Vorobyova

National Technical University of Ukraine

«Kiev Polytechnic Institute»

MEMBRANE TECHNOLOGY OF MINE WATER TREATMENT

Recently there is a reduction reserves of fresh water suitable for drinking water consumption and industrial needs. Important ecological problem is salinification of underground and surface water sources. Reverse osmosis is the most ecological and economical from the well-known methods. The results about researching of solutions demineralization on reverse osmosis membrane Filmtec TW-30-1812-50 are presented in this work.

Keywords: baromembrane processes, desalination, concentrate, permeate, mineralization.

Загрязнение и нерациональное водопользование приводят к уменьшению запасов чистой пресной воды. В последнее время наблюдается тенденция увеличения водопотребления. При этом промышленность использует около 20 % воды, которая потребляется, на сельское хозяйство приходится 70–80 %. Стоит отметить, что к значительному загрязнению поверхностных, подземных и грунтовых источников воды приводят строительство и эксплуатация предприятий угольной промышленности. В результате деятельности горнодобывающих и перерабатывающих

48

предприятий ежегодно сбрасывается около 500 млн м3 минерализованных вод. Поэтому в водоемы поступают около 3 млн т. минеральных солей, что приводит к значительному обмелению рек, а иногда и их пересыханию, вследствие чего реки становятся непригодными для питьевого и технического водоснабжения. Для предотвращения дефицита пресных вод и их качественного истощения необходимо разрабатывать методы их комплексной очистки. Разработка ресурсосберегающих технологий для очистки шахтных вод с целью их использования позволит решить проблему дефицита воды для технического и хозяйственнопитьевого водоснабжения и предотвратить сброс этих минерализованных вод в водоемы, что позволит улучшить экологическую ситуацию в промышленных регионах.

Одним из наиболее распространенных методов для опреснения минерализованных сточных вод является дистилляция (выпаривание). Однако недостатком этого метода являются значительные капитальные вложения, высокая энергоемкость термических опреснителей, нехватка энергоресурсов и высокая стоимость тепло- и энергоносителей, экономические проблемы

спереработкой и захоронением рассолов, недостаточные способы борьбы с накипеобразованием и многие другие [1].

Впоследнее время достаточно широко применяются мем-

бранные технологии. Основными преимуществамиобратноосмотическогообессоливанияводыявляютсясравнительнонебольшиеибыстроокупаемыекапитальныезатраты. Установки просты и надежны, легко автоматизируются и не требуют больших трудозатрат [2, 3]. При этом, наряду с экономическими, успешно решаются и экологические проблемы.

На первом этапе работы для повышения производительности мембраны было произведено осветление раствора через фильтр «синяя лента». Мутность раствора после фильтрования снизилась

с50,0 до 0,0 мг/дм3; цветность с 90,0 до 22,0 град ПКШ. После

чего раствор объемом 10 дм3 фильтровали через обратноосмотическую мембрану Filmtec TW-30-1812-50. Модельный раствор

49

был близок по составу к шахтной воде и имел следующие показатели: Ж = 9,4 мг-экв/дм3, С (Са2+) = 2,9 мг-экв/дм3, С (Mg2+) = = 6,5 мг-экв/дм3, Щ = 5,0 мг-экв/дм3, С (SO42–) = 570,0 мг/дм3,

С (Сl–) = 106,0 мг/дм3, рН = 8,5. Использование обратноосмотической мембраны при рабочем давлении 0,3 МПа позволяет эффективно обессолить воду, снижая концентрацию сульфатов, хлоридов, ионов жесткости до значений меньше 0,8 мг-экв/дм3 (рисунок, а). Селективность по сульфатам и ионам жесткости была достаточно высокой – 98–99 %, по хлоридам этот показатель был несколько ниже – 89–94 %. Концентраты, что образуются при обратноосмотическом опреснении воды (рисунок, б), можно очищать с помощью реагентных методов при использовании алюминийсодержащихреагентов.

Таким образом, в работе установлено, что предварительная очистка воды на механическом фильтре перед баромембранным

Рис. Влияние степени отбора на характеристики пермиата (а) и концентрата (б) при рабочем давлении 0,3 МПа: характеристики

раствора: 1 – CCl− , 2 – CSO24− , 3 – жесткость, 4 – щелочность

50