Садров Д.Р.
КЛЮЧЕВЫЕ СТРАТЕГИИ И ТЕХНОЛОГИИ ОПТИМИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ *
Аннотация:
оптимизация систем электроснабжения на промышленных предприятиях необходима для повышения энергоэффективности, надежности работы и непрерывности производства. В данной статье рассматриваются ключевые стратегии и технологии, используемые для повышения качества и эффективности распределения электроэнергии. Для иллюстрации этих концепций используется пример российского предприятия «МагМайн». Основные элементы исследования охватывают вопросы проектирования системы, анализа потерь электроэнергии, компенсации реактивной мощности за счет использования конденсаторных батарей и интеграции автоматизированных систем управления. Тщательное изучение статистических данных позволяет выявить основные причины отказов системы, включая факторы окружающей среды и неисправности оборудования. Внедрение автоматизированных систем учета и контроля (АСКУЭ), таких как «Стриж», и имитационных моделей с использованием MATLAB еще раз подтверждает возможности современных инструментов для оптимального управления нагрузкой и устранения неисправностей. Рассматриваемая статья подчеркивает необходимость комплексного, многоуровневого подхода к обеспечению стабильного, эффективного и устойчивого промышленного энергоснабжения.
Ключевые слова:
промышленное электроснабжение, энергоэффективность, компенсация реактивной мощности, автоматизированные системы управления, АСУТП, качество электроэнергии, электрические потери, управление нагрузкой
Оптимизация систем электроснабжения промышленных предприятий - важнейший фактор достижения энергоэффективности, надежности и рентабельности современного производства. В условиях стремительного роста промышленного спроса энергосистемы должны адаптироваться, чтобы обеспечить минимальные потери энергии, стабильные уровни напряжения и частоты, а также соответствие стандартам качества. Промышленные объекты обычно обслуживаются системами электроснабжения и распределения (СЭС), которые классифицируются в зависимости от их роли в транспортировке электроэнергии от источников к подстанциям или распределении ее между конечными потребителями. Выбор между внутренней и внешней схемами электроснабжения зависит от конкретных производственных требований и характеристик нагрузки. Например, предприятия, работающие с потребителями первой категории, обязаны иметь резервные источники питания для обеспечения бесперебойной работы.Значительные потери электроэнергии часто объясняются неэффективностью производства и распределения, а не только инфраструктурой передачи. Стратегии по снижению таких потерь включают в себя законодательное обеспечение ответственности за энергоэффективность, внедрение автоматизированных систем контроля и учета, глубокий анализ происхождения потерь электроэнергии и обучение специализированного персонала. На промышленной площадке «МагМайн» в Волгоградской области России основной целью усилий по оптимизации энергопотребления было снижение потерь электроэнергии в результате частых отключений. Анализ отказов показал, что 53,8 % отказов произошли на шинах, 36,7 % - на воздушных линиях и 9,5 % - на подстанциях [4, 512 с.]. Основными факторами, способствующими этому явлению, были названы скопление льда, ветровая нагрузка и повреждение изоляторов.Проектирование эффективной системы электроснабжения начинается с тщательной оценки потребностей предприятия в нагрузке, выбора подходящих источников питания и составления детальной схемы системы. Эти схемы включают в себя схемы внешнего и внутреннего электроснабжения, прокладку линий электропередач и расчеты режимов нагрузки. Необходимо, чтобы каждый проект соответствовал местным стандартам и включал такую необходимую информацию, как спецификации кабелей, устройства защиты и системы резервного копирования. Традиционные схемы включают в себя такие ключевые компоненты, как приемно-распределительные устройства, консолидированные сети, приборы учета и системы заземления. Применяются как воздушные, так и подземные кабельные вводы, каждый из которых имеет свои преимущества. Подземные вводы отличаются повышенной безопасностью и долговечностью, в то время как воздушные линии более просты в монтаже.Такое оборудование, как автоматические выключатели, устройства остаточного тока, счетчики и различные распределительные устройства, имеет решающее значение для оптимизации электроснабжения. Группировка потребителей электроэнергии по месту расположения и типу нагрузки облегчает реализацию рациональной прокладки кабелей и эффективных схем защиты. Обязательным условием является наличие надлежащего заземления, сопротивление которого не должно превышать 4 Ом, а сечение проводников должно быть тщательно подобрано в соответствии с текущими нагрузками [1, 352 c.]. Для обеспечения эксплуатационной безопасности и отказоустойчивости необходимо, чтобы все цепи были проложены через защитные устройства. Размеры проводки также имеют значение: 4 мм² должны использоваться для магистральных линий, 2,5 мм² - для мощного оборудования и 1,5 мм² - для освещения [3, 337 с.].Постоянной проблемой в промышленных энергосистемах является значительное присутствие реактивной мощности, которая, как было показано, приводит к экономическим потерям и неоптимальной эффективности оборудования. Предварительные исследования, проведенные в компании «МагМайн», показали, что реактивные потери составляют 7,55% от годового потребления. Для решения этой проблемы было предложено использовать конденсаторные установки и компенсаторы реактивной мощности. Применение конденсаторных установок, таких как КРМ-0,4-75-7,5 УЗ мощностью 750 кВАр и 10-ступенчатым регулированием, позволило существенно снизить эти потери. Управляемые такими устройствами, как контроллер RVC от ABB, эти системы работают в автоматическом режиме, поддерживая оптимальный коэффициент мощности и снижая гармоники (рисунок 1, 2).Рисунок 1. Контроллер RVC.Рисунок 2. Схема монтажа контроллера RVC.Качество электроэнергии в «МагМайн» оценивалось с помощью прибора METREL Power Q4 MI 2592, который выявил отклонения в симметрии напряжения и гармонических искажениях, хотя частота оставалась стабильной. Для того чтобы соответствовать стандартам, изложенным в ГОСТ 32144-2013, необходимо решить проблемы, связанные с фликером, гармониками и дисбалансом напряжения. Стратегии компенсации включают в себя внедрение конденсаторных батарей в сетях 10-0,4 кВ, а также использование трансформаторов с зигзагообразным соединением или симметричных устройств [2, 41 с.]. Для дальнейшего повышения эффективности необходима интеграция современных систем автоматизации и передачи данных.Автоматизированные системы управления, основанные на микропроцессорной технике, позволяют контролировать напряжение, ток и другие параметры в режиме реального времени. Эти системы, как показывает практика, улучшают обнаружение неисправностей, распределение нагрузки и переключение между источниками питания. Это, в свою очередь, позволяет свести к минимуму перебои в работе и ручное вмешательство. Современные системы, как правило, состоят из четырех уровней: приборов учета с выходными данными, блоков предварительной обработки, центральных серверов с аналитическим программным обеспечением и внешних узлов связи, взаимодействующих с регулирующими органами. Эти системы обеспечивают тщательный мониторинг энергопотребления и позволяют выявлять случаи несанкционированного использования.Передовые автоматизированные системы учета и контроля (АСКУЭ), примером которых является «Стриж», обладают существенными преимуществами, включая широкий охват, доступ к данным в режиме реального времени, обнаружение хищений и автоматическое выставление счетов. В компании «МагМайн» предлагаемое внедрение «Стрижа» позволит модернизировать устаревшую инфраструктуру учета, обеспечив прозрачность учета и повышение эффективности (рисунок 3). Доказано, что эти системы надежно работают до 16 лет, а обновления программного обеспечения проводятся каждые 2-3 года для обеспечения стабильной надежности [5, 2544 с.].Рисунок 3. Схема работы системы «Стриж».Реализация методов компенсации реактивной мощности предполагает использование сложных инструментов моделирования, таких как MATLAB Simulink, для моделирования и оптимизации систем при различных сценариях нагрузки и условиях повреждения. Было продемонстрировано, что независимая компенсация фаз, особенно в несбалансированных трехфазных системах, помогает смягчить перегрузки в нейтральных проводниках и предотвратить тепловое повреждение. Согласно результатам моделирования, реализация методик с использованием адаптивных синхронных фильтров (ASRF) и инверторов на базе IGBT показала свою эффективность в поддержании желаемых профилей напряжения и снижении гармоник. Эти системы характеризуются способностью адаптироваться в реальном времени к условиям сдвига, что позволяет управлять как индуктивной, так и емкостной реактивной мощностью.В контексте глобальных тенденций, ставящих во главу угла энергосбережение и сокращение выбросов, промышленные предприятия вынуждены внедрять комплексные стратегии оптимизации энергопотребления. Они включают в себя модернизацию энергоэффективных трансформаторов, применение принципов интеллектуальных сетей, управление спросом и интеграцию возобновляемых источников, где это возможно. Оптимизация энергоснабжения представляет собой двойной императив, являясь одновременно техническим и экономическим требованием. Она оказывает непосредственное влияние на конкурентоспособность и устойчивость современной промышленности.
Номер журнала Вестник науки №6 (87) том 2
Ссылка для цитирования:
Садров Д.Р. КЛЮЧЕВЫЕ СТРАТЕГИИ И ТЕХНОЛОГИИ ОПТИМИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ // Вестник науки №6 (87) том 2. С. 2369 - 2376. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/24172 (дата обращения: 17.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+