VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Аннотация. В данной статье производится моделирование режимов работы системы электроснабжения насосной станции водоотлива пульпы (смесь пустой породы и воды) на хвосты (хранилище рассола) обогатительной фабрики. Рассмотрен центробежный насос ГрАТ-4000. Приведены технические характеристики и рабочие показатели насоса. Собрана информация об установленном двигателе и его параметрах. Произведено моделирование режимов работы системы электроснабжения, которая кроме насосной установки ГрАТ-4000 включает в себя вспомогательное оборудование. Сняты характеристики тока, напряжения и нагрузки (мощности) основного и вспомогательного оборудования. Показаны моменты включения и выключения оборудования, смоделирован режим короткого замыкания.

Ключевые слова: MatLab, моделирование, режимы работы, система электроснабжения, электропривод, насос, энергоэффективность.

ГрАТ-4000 – это центробежный грунтовый насос, конструктивно выполненный в виде консольного одноступенчатого насоса, горизонтально расположенного на отдельной стойке, с приводом от электродвигателя через упругую муфту. Рабочее колесо у таких насосов закрытого типа. Они предназначены для перекачивания гравийных, песочно-гравийных, шлаковых, золошлаковых и других абразивных гидросмесей с водородным показателем рН 6,8 плотностью до 1300 кг/м³, с температурой до 70°С. У насосов типа ГрАТ внутренний корпус выполнен из износостойкого сплава. Конструкция насоса дает возможность относительно легко и быстро заменять подвергающийся износу внутренний корпус, состоящий из улитки и защитного диска.

Таблица 1. Технические параметры насоса ГрАТ-4000.

Марка насоса	Тип насоса	Подача, м3/час	Напор, м.в.ст.	Габариты, мм ШхВхГ	Масса, кг
ГрАТ-4000	Центробежный	4000	71	3402х2670х2370	15210

В качестве электродвигателя насоса ГрАТ-4000 выступает синхронная машина. Синхронные машины имеют широкое распространение и выпускаются в большом диапазоне мощностей и частот вращения. В энергетике их применяют в качестве турбогенераторов и гидрогенераторов на электростанциях. В промышленных установках большое применение находят синхронные двигатели и генераторы. Синхронные двигатели предназначаются для приводов, не требующих регулирования частоты вращения, таких как насосы, компрессоры, шаровые мельницы, вентиляторы, двигатель-генераторные установки. Мощность установленного синхронного двигателя насоса составляет 1600 кВт. Остальные параметры двигателя приведены в виде таблицы.

Таблица 2. Технические параметры синхронного двигателя насоса ГрАТ-4000.

Марка двигателя	Номинальная мощность, кВт	Напряжение, кВ	Скорость вращения, об/мин	КПД, %	Масса, кг
СДНЗ-2	1600	6000	500	96,9	7580

Целью моделирования является построение характеристики зависимости напряжения, тока и мощности, потребляемой объектами, от суточного времени работы оборудования. Исходными данными являются технические характеристики установленного на объекте оборудования.

Таблица 3. Характеристики электрооборудования насосной станции.

№	Оборудование	Кол., шт	Р, кВт	, кВт	Uн, кВ	КПД	Cos	Кисп	Кспр	Мощности		Sp, кВА	Ip,А
										Рр, кВт	Qp, кВар
1	ГРАТ-4000	2	1600	3200	6	0,955	0,9	0,9	0,85	2880	1296	3158	304
2	Освещение	6 20	0,4 0,03	2,4 0,6	0,22	0,95 0,85	- -	0,95 0,9	0,95 0,9	2,8	1,3	3,1	8,1
3	Насос Д200	4	75	300	0,4	0,91	0,89	0,7	0,55	223	118	252	364
4	Задвижки	2	11	22	0,4	0,875	0,87	0,6	0,65
	ИТОГО:			3525						3106	1415	3413	676
	Из них на 6 кВ			3200						2880	1296	3158	304
	Из них на 0,4 кВ			325						226	119	255	372

Для моделирования необходимо рассчитать недостающие параметры для трансформатора, сопротивления линий и др. Найдём значения активного сопротивления и индуктивности обмоток трансформатора:

1) Мощность первичной и вторичной обмоток трансформатора:

2) Напряжение первичной и вторичной обмоток трансформатора:

,;

3) Ток первичной и вторичной обмоток трансформатора:

,;

4) Активное сопротивление первичной и вторичной обмоток трансформатора:

,;

5) Индуктивность первичной и вторичной обмоток трансформатора:

,.

Чтобы найденные данные подставить в модель, нужно привести их к следующему виду: .

После проведенных расчетов подставляем все значения в модель трансформатора.

Рис. 1. Окно параметров блока трансформатора модели.

Готовая модель системы электроснабжения насосной станции приведена на рисунке ниже.

Рис. 2. Модель системы электроснабжения насосной станции.

Результаты моделирования представляем в виде графиков зависимостей искомого параметра от времени моделирования. В процессе моделирования были проанализированы значения напряжения, тока и мощностей (полной, активной, реактивной) как основного, так и вспомогательного оборудования. Так же было смоделировано трехфазное короткое замыкание для оценки работоспособности защитного отключения.

На рисунках 3 и 4 показаны графики зависимостей напряжения и тока от времени моделирования. На них видны моменты включения и выключения электрооборудования: максимальный ток при включении всего вспомогательного оборудования достигает значения около 70 А, при работе основного оборудования составляет примерно 130 А. После 2 с моделирования наступает короткое замыкание, в результате чего срабатывает защита и отключает питание вспомогательного оборудования, не затрагивая при этом линию 6 кВ основного оборудования. На графике тока основного оборудования во время режима короткого замыкания наблюдается небольшое увеличение значения тока до 140 А.

Рис. 3. Характеристики напряжения и тока вспомогательного оборудования.

Рис. 4. Характеристики напряжения и тока основного оборудования.

Рис. 5. Суточный график нагрузки вспомогательного оборудования.

Рис. 6. Суточный график нагрузки основного оборудования.

На рисунках 5 и 6 показаны графики зависимости мощностей от времени моделирования (так называемый суточный график нагрузки). На рис. 5 при работе всего вспомогательного оборудования максимальная мощность не превышает 200 кВА и опускается практически до 3 кВА в случае работы только освещения. Основное оборудование (насос) потребляет из сети немногим больше 1 МВА. На интервале времени 1,5 с показано резкое отключение питания насоса и переход на резервное оборудование. Процесс повторного включения занимает менее 0,1 с, что удовлетворяет условиям быстродействия системы защиты.

В заключении можно сделать выводы о том, что построенная модель системы электроснабжения насосной станции является полностью работоспособной и соответствует требованиям процессов математического моделирования электротехнических систем. Полученные результаты отражают следующие режимы работы системы: нормальный (номинальный) режим работы, режим короткого замыкания, режим отключения и повторного включения электрооборудования. Результаты моделирования могут быть применимы на практике при изучении режимов работы насосной станции в условия реальных производственных процессов. Модель может быть адаптирована для подобных систем электроснабжения горного производства, имеющих основное оборудование с питающим напряжением 6 кВ и вспомогательное оборудование на 0,4 кВ.

Список литературы:

1. Семёнов А.С. // Наука в центральной России. 2012. № 2S. С. 23-27.

2. Семёнов А.С. // Научная дискуссия: вопросы технических наук материалы II Международной заочной научно-практической конференции. Международный центр науки и образования. 2012. С. 52-56.

3. Семёнов А.С., Саввинов П.В., Рушкин Е.И. // Достижения и перспективы естественных и технических наук Сборник материалов II Международной научно-практической конференции. Центр научного знания Логос. 2012. С. 60-63.

4. Семёнов А.С., Шипулин В.С. // Наука XXI века: новый подход материалы II молодежной международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, 28 сентября 2012 года, г. Санкт-Петербург. Науч.-изд. центр "Открытие". Петрозаводск, 2012. С. 63-65.

5. Семёнов А.С., Шипулин В.С., Рушкин Е.И. // Современные исследования в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности сборник научных статей по материалам I Международной научно-практической конференции. Минобрнауки России, Юго-западный государственный университет (ЮЗГУ); редколлегия: А. В. Филинович. 2012. С. 102-107.

6. Семёнов А.С. // Современная наука: тенденции развития материалы II Международной научно-практической конференции, (30 июля 2012 г.): сборник научных статей: в 3 томах. Редактор: Бисалиев Р. В.. Краснодар, 2012. С. 112-116.

7. Semenov A.S., Shipulin V.S. // Europaische Fachhochschule. 2013. № 1. С. 228-230.

8. Семёнов А.С. Моделирование автоматизированного электропривода. Методические указания по выполнению лабораторных работ / Москва, 2012. 60 с.

9. Семёнов А.С. Программа MATLAB. Методические указания к лабораторным работам / Москва, 2012. 40 с.

10. Семёнов А.С. Основы теории надежности электротехнических систем. Лабораторный практикум / Москва, 2012. 49 с.

11. Семёнов А.С. // Мир современной науки. 2013. № 1 (16). С. 12-15.

12. Рушкин Е.И., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8-2. С. 341-342.

13. Саввинов П.В., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8-2. С. 342-344.

14. Шипулин В.С., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8-2. С. 344-347.

15. Семёнов А.С. // Естественные и технические науки. 2013. № 4 (66). С. 296-298.

16. Семёнов А.С., Кугушева Н.Н., Хубиева В.М. Моделирование режимов работы электроприводов горного оборудования: монография. Подробный анализ систем электроприводов, их моделирование, сопоставление параметров и выводы о возможном применении / Saarbrucken, 2013. 112 с.

17. Семёнов А.С. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 9-2. С. 29-34.

18. Семёнов А.С. // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. 2014. Т. 11. № 1. С. 51-59.

19. Саввинов П.В., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-1. С. 232.

20. Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-1. С. 232-236.

21. Семенов А.С., Кугушева Н.Н., Хубиева В.М., Матул Г.А. // Естественные и технические науки. 2014. № 3 (71). С. 165-171.

22. Егорова А.А., Семёнов А.С., Петрова М.Н. // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2-2. С. 840.

23. Семёнов А.С., Хубиева В.М., Петрова М.Н. // Фундаментальные исследования. 2015. № 10-3. С. 523-528.

24. Волотковская Н.С., Семёнов А.С., Мартынова А.Б. Методические указания по выполнению расчетно-графических работ по дисциплине «Электроснабжение горного производства». МПТИ (ф) СВФУ. Мирный, 2015. 20 с.

25. Волотковская Н.С., Семёнов А.С., Черенков Н.С. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Электроснабжение горного производства». Мирный, 2015. 44 с.

26. Семёнов А.С., Бебихов Ю.В., Самсонов А.В. Проектирование и расчет внешней электроэнергетической системы. Методические указания к курсовому проекту. Приводится пример расчета замкнутой энергосистемы внешней электрической сети, проектируются узлы нагрузки и ТЭЦ / Saarbrucken, Deutschland, 2015. 56 с.

27. Семёнов А.С. Основы теории надежности электротехнических систем. Учебное пособие для горных инженеров специальности 130400 «Горное дело» специализации «Электрификация и автоматизация горного производства» / Политехнический институт (филиал) Северо-Восточного федерального университета имени М.К. Аммосова. Москва, 2015. 106 с.

28. Семёнов А.С., Хубиева В.М., Кугушева Н.Н. Моделирование режимов работы систем электроснабжения горных предприятий: монография. Политехнический институт (филиал) Северо-Восточного федерального университета имени М.К. Аммосова. Москва, 2015. 100 с.

29. Кугушева Н.Н., Семёнов А.С. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Системы электроснабжения». Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Системы электроснабжения» разработаны для студентов специальности 140211 «Электроснабжение» очной и заочной форм обучения / Москва, 2015. 24 с.

Код для цитирования: Скопировать