Анотація до роботи:

Кухарєв О. Л. Методи та засоби підвищення ефективності систем електроживлення феросплавних печей. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук із спеціальності 05.09.03 – електротехнічні комплекси та системи. - Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2008.

Дисертація присвячена розробці методів та технічних засобів для підвищення ефективності систем електроживлення феросплавних печей. На підставі розроблених автором комплексу комп’ютерних моделей та проведених теоретичних і експериментальних досліджень запропоновано удосконалені схеми електроживлення феросплавних печей з тиристорно-контакторними пристроями РПН в електропічних трансформаторах. Розроблено алгоритми й схеми керування тиристорними комутаторами, що дозволяють обмежити кидки струму намагнічування реактора РПН при перемиканні ступенів напруги.

Моделі реалізовано у середовищі Matlab/Simulink, та на їх основі досліджено електромагнітні процеси у системах електроживлення з урахуванням параметрів розподілу електричної енергії у ванні печі. Основні результати роботи впроваджено у промислову експлуатацію.

У дисертації вирішено комплекс задач, які направлені на розв’язання науково-практичної проблеми розвитку методології аналізу режимів роботи СЕЖ феросплавних печей, удосконаленню технічних засобів регулювання напруги в ЕПТ, чим забезпечуються умови ефективного функціонування електротехнічного і електротехнологічного обладнання феросплавного виробництва в сучасних соціальних та економічних умовах.

Основні результати теоретичних і експериментальних досліджень полягають у наступному:

1. На основі аналізу режимів роботи, відомих методів та технічних рішень, що використовуються при створенні та експлуатації систем електроживлення феросплавних печей, виявлено їхні недоліки, які пов'язані з недостатньою електричною зносостійкістю й експлуатаційною надійністю пристроїв РПН в ЕПТ, та обґрунтована доцільність удосконалення методів розрахунку стаціонарних і динамічних режимів їхньої роботи.

2. Удосконалено схеми СЕЖ феросплавних печей з ТКП, що виконані на базі контакторів з містковим ДК й контакторів із ВДК, які дозволяють забезпечити комутаційний ресурс, порівнянний з їхнім механічним ресурсом. При номінальних струмах ТКП до 1 кА ресурс по електричній зносостійкості становить не менше 0,5 мільйона перемикань, що набагато перевищує ресурс існуючих пристроїв РПН з гасінням дуги в маслі або у вакуумі. На підставі виведених аналітичних співвідношень удосконалено методику розрахунку стаціонарних режимів СЕЖ, що додатково враховує зміну параметрів електропічних трансформаторів і тиристорно-контакторних пристроїв при перемиканні ступенів напруги.

3. Розвинуто методи розрахунку режимів роботи СЕЖ феросплавних печей шляхом виконання наступних заходів:

- на базі застосування пакета Matlab/Sіmulіnk уперше створено комплексні комп’ютерні моделі, які включають усі основні елементи електроживлення триелектродних феросплавних печей, такі як параметри системи зовнішнього електропостачання, електропічні трансформаторні агрегати, пристрої ППК, та електричне коло феросплавної печі, що у свою чергу включає опори зон шихти, розплаву й дугового розряду. Причому підмодель дугового розряду представлена на основі чисельно-аналітичного рішення енергобалансу стовпа дуги, що дозволяє додатково визначати її електрофізичні, теплофізичні та геометричні характеристики. При розрахунках комутаційних процесів комп’ютерна модель СЕЖ дозволяє адекватно враховувати нелінійні характеристики намагнічування трансформаторів й реакторів, та ємність їхніх обмоток.

- розроблено програмні модулі, що дозволяють значно підвищити ефективність аналізу стаціонарних і динамічних режимів СЕЖ, та дозволяє скоротити часові витрати більш ніж на 50%.

4. Методом комп'ютерного моделювання досліджено енергетичні характеристики СЕЖ феросплавних печей при виплавці високопроцентних марок феросиліцію, уточнено основні закономірності розподілу енергії у ванні печі при регулюванні напруги в ЕПТ, що дає змогу удосокналити методику вибору їх раціональних режимів роботи в практиці проектування і експлуатації. На основі теоретичних та експериментальних досліджень комутаційних режимів СЕЖ визначено характер процесів намагнічування реактора РПН й відновлювання напруги на ТК, що мають місце при перемиканні ступенів напруги в електропічних трансформаторах. Розроблено алгоритми керування тиристорними комутаторами, які ґрунтуються на вмиканні тиристорів у фіксовані зони комутації відповідно до фази напруги РО. Вірогідність отриманих результатів й адекватність запропонованих моделей підтверджена результатами експериментальних досліджень у діючих СЕЖ феросплавних печей.

5. Отримано основні розрахункові співвідношення для інженерного проектування ТКП. За участю здобувача з використанням теоретичних і практичних досліджень даної роботи вдосконалено й впроваджено в експлуатацію промислові зразки тиристорно-контакторних пристроїв, що містять додаткові блоки керування, які забезпечують обмеження кидків струму намагнічування реактора РПН до рівня його номінального струму. Результати дисертації також використовуються на ВАТ “Стахановський завод феросплавів” при аналізі й керуванні електричними режимами діючих систем електроживлення феросплавних печей та при модернізації пристроїв РПН електропічних трансформаторів. Впровадження ТКП у СЕЖ феросплавних печей дозволило біля чим в 5 разів скоротити витрати при експлуатації пристроїв РПН електропічних трансформаторів.

Публікації автора:

1. Артюх С. Ф., Кухарев А. Л. Современное состояние проблемы регулирования напряжения силовых трансформаторов под нагрузкой // Энергетика и электрификация. - Київ: ТОВ «Корвус». - 2004.- №6.- С. 47-51.

Здобувачем виконано аналіз способів удосконалення пристроїв РПН силових трансформаторів та запропоновано класифікацію тиристорних перемикаючих пристроїв.

2. Солошенко В. П., Чеботарев В. А., Кухарев А. Л. Анализ повреждаемости электропечных трансформаторов в системах питания ферросплавных печей // Сучасні проблеми металургії. - Дніпропетровськ: ДНВП «Системні технології». - 2003. – Т. 6. - С. 169-173.

Здобувачем виконано аналіз пошкоджень електропічних трансформаторів у системах електроживлення феросплавних печей і розрахунок економічного збитку від низької експлуатаційної надійності існуючих пристроїв РПН.

3. Кухарев А. Л., Недвига Л. А. Исследование коммутационных процессов в устройствах регулирования напряжения электропечных трансформаторов систем электропитания ферросплавных печей // Праці Інституту електродинаміки Національної академії наук України. - Київ: ІЕД НАНУ. - 2006. - №1(13).- С. 91-95.

Здобувачем проведено планування й участь в експериментальних роботах, статистична обробка результатів експериментів, оцінка впливу кидків струму намагнічування реактора на електричну зносостійкість контактів пристроїв РПН.

4. Кухарев А. Л., Солошенко В. П., Чеботарев В. А., Шепляков И. А. Усовершенствование методики расчета выходных параметров систем электропитания ферросплавных печей // Металлургическая и горнорудная промышленность. - Днепропетровск: ООО «НИИ Укрметаллургинформ». - 2006.- №6(240). - С. 24-26.

Здобувачем виконано удосконалення аналітичних співвідношень для аналізу режимів роботи систем електроживлення.

5. Кухарєв А. Л., Кохан П. Г., Недвига Л. А. Коммутационные процессы в реакторных устройствах РПН электропечных трансформаторов // Технічна електродинаміка. - Київ: ІЕД НАНУ. - 2006. - № 5. - С. 38-43.

Здобувачем виконано комп’ютерне моделювання комутаційних процесів у СЕЖ, аналіз процесів намагнічування реактора РПН, встановлення зон вмикання тиристорних комутаторів.

6. Кухарев А. Л., Филимоненко К. В., Филимоненко Н. Н. Математическая модель электрической цепи ванны ферросплавной печи // Праці Луганського відділення Міжнародної академії інформатизації. - Луганськ: СУНУ ім. В. Даля . - 2007. - № 2(15). - С. 78-84.

Здобувачем удосконалено математичні моделі електричного кола феросплавної печі на основі чисельно-аналітичного рішення рівняння енергобалансу стовпа дуги.

7. Артюх С. Ф., Кухарєв А. Л. Имитационное моделирование систем электропитания ферросплавных печей // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут“. - Харків: НТУ «ХПІ». - 2007.- №18.- С. 322 - 329.

Здобувачем розроблено комплексні комп’ютерні моделі систем електроживлення феросплавних печей та необхідних компонентів алгоритмічного й програмного забезпечення та на їх основі приведено результати обчислень енергетичних характеристик систем електроживлення феросплавних печей при регулюванні напруги.

8. Патент на корисну модель 18730 Україна, МПК⁶ H02P13/00, H01F29/00, G05F1/16. Тиристорно-контакторний пристрій для перемикання відводів регулювальної обмотки трансформатора під навантаженням / Кухарєв О. Л.; заявник та патентовласник Кухарєв Олексій Леонідович. - №200605962; заявл. 30.05.06; опубл. 15.11.06, Бюл. № 11. - 10 с.

9. Патент на корисну модель 18729 Україна, МПК⁶ H01F29/00, H02P13/00. Пристрій для перемикання відводів регулювальної обмотки трансформатора під навантаженням / Кухарєв О. Л.; заявник та патентовласник Кухарєв Олексій Леонідович. - №200605960; заявл. 30.05.06; опубл. 15.11.06, Бюл. № 11. - 6 с.