ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ АГРЕГАТЫ МЕТРОПОЛИТЕНА Логутенко Н. С. – студент группы ЭММ-63, Бирюков В. М. – к.т.н., доцент РФ, Новосибирская область, г. Новосибирск, ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Современный метрополитен – это сложный транспортный комплекс, который оснащен различным электротехническим оборудованием. С развитием метрополитена:
Все оборудование подстанции выделяет вредные вещества и ухудшает состояние внутренней атмосферы. Состояние микроклимата оказывает влияние на:
Поэтому возникает необходимость в надежной и бесперебойной работе системы вентиляции. Вентиляция – это важнейший объект жизнеобеспечения подземных сооружений. Она необходима для обеспечения регламентированных параметров воздушной среды. И выполняет две основные задачи: подает свежий и извлекает отработанный воздух. Проветривание станций метрополитена может осуществляться с помощью:
В состав вентиляционной установки входят:
Общий вид вентилятора метрополитена представлен на рисунке 1.
а)
б) Рисунок 1 – Вентилятор ВОМД-24: а) общий вид; б) ротор Вентиляционные агрегаты являются крупными потребителями электрической энергии на метрополитене. Энергия, которую потребляют электроприемники, содержит активную P и реактивную Q составляющие. Активная составляющая энергии расходуется на совершение полезной работы. Она преобразуется в необходимые формы энергии. А реактивная составляющая энергии необходима для создания электромагнитного поля. Оно обеспечивает нормальный режим работы приёмников. Приемники в свою очередь обладают реактивной составляющей электрического сопротивления цепей. Соотношение между активной Р и полной S мощностями потребляемой энергии характеризуется величиной, которая называется коэффициентом мощности. На рисунке 2 показан треугольник мощностей Рисунок 2 – Треугольник мощностей Коэффициент мощности более известен как cosφ и вычисляется по формуле [1]: (1) где P – активная мощность потребителя, Вт; Q – реактивная мощность потребителя, Вар; S – полная мощности потребителя, ВА. Циркуляция реактивной составляющей энергии между источником и потребителем приводит к возрастанию потерь в питающей сети. Увеличение реактивной энергии ведет к снижению коэффициента мощности. А это дополнительно нагружает все элементы цепи. Функционирование вентиляционных агрегатов оказывает влияние на качество потребляемой электрической энергии. Требования к качеству электрической энергии, которые сформулированны соответствующим ГОСТом, довольно жёсткие. В качестве электропривода осевых двухступенчатых вентиляторов используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Одним из недостатков таких двигателей является низкое значение cosφ в неноминальном режиме работы. Помимо этого, асинхронные двигатели чувствительны к колебаниям питающего напряжения. Такие колебания вызывают дополнительный нагрев двигателей[3]. Высшие гармоники вызваны обусловленной работой питающих двигатели преобразователей. Гармоники являются причиной таких колебаний и негативным образом сказываются на качестве электроэнергии. Например, действующее эксплуатационное значение КПД тоннельных вентиляторов находится в пределах 0,22-0,33. Иначе говоря, 75 % потребляемой метрополитеном электрической энергии тратится нерационально. Что свидетельствует о неэкономичной работе установок. Из этого можно сделать вывод о том, что питающие вентиляционные агрегаты трансформаторы также недогружены. И в силу специфики их характеристик потребляют большое количество реактивной энергии. Что вызывает снижение общего коэффициента мощности. Низкое значение cosφ сопровождается: - искажением кривых токов и напряжений; - увеличением протекающего в цепях тока, потерь и потребляемой энергии; - снижением уровня питающего напряжения сторонних потребителей. Возможные пути решения данных проблем: - установка модернизированных вентиляторов. Целесообразно при проектировании новых станций метрополитена. Отличительная особенность таких вентиляторов заключается в более простом конструктивном исполнении: - наличие одного рабочего колеса; - отсутствие входных и выходных направляющих аппаратов; - исключение вала (рабочее колесо крепится на вал электродвигателя специального исполнения); - оригинальное исполнение крепления лопаток рабочего колеса, позволяющего исключить риск соморазворота при работе. - установка менее мощного двигателя на существующих вентиляторах; Неправильный выбор мощности двигателя может привести к быстрому выходу установки из строя вследствие работы на предельных режимах. - использование активных компенсаторов реактивной энергии. Такое решение позволит существенно уменьшить не только сдвиг по фазе между током и напряжением. Но и подавить высшие гармоники [2]. Данное устройство состоит из конденсаторных батарей и ключевых элементов. Конденсаторные батареи являются источником реактивной энергии. В таких устройствах в качестве ключевых элементов используются IGBT-транзисторы. Транзисторы управляются микроконтроллером. Микроконтроллер обрабатывает информацию о режиме работы вентиляционного агрегата на основе сигналов, которые получены с датчиков. Главным функциональным назначением компенсатора является: - повышение коэффициента мощности и поддержание его на заданном уровне; - улучшение формы кривой тока; - снижение полной потребляемой мощности; - снижение потерь в электрических цепях, которые питают вентиляционный агрегат. Значение cosφ системы с компенсатором реактивной мощности может достигать величины 0,97…0,98 [1]. Величина мощности, которая развивается вентиляционными агрегатами метрополитена, зависит от его производительности. Производительность в конечном итоге определяется пассажиропотоком. На рисунке 3 приведены кривые мощности (S) и пассажиропотока (ПП), которые характерны для новосибирского метрополитена. Рисунок 3 – Кривые развиваемой агрегатами мощности и пассажиропотока В заключении хотелось бы добавить, что повысить энергоэффективность вентиляционной системы можно с помощью автоматизированной системы управления. Такая система позволяет: - быстро и качественно оценивать ситуацию на подстанциях (микроклимат на станции, пассажиропоток, сезонность, время суток); - регулировать работу вентиляционных агрегатов. Кроме того, аналогичные мероприятия могут использоваться и в горнодобывающей промышленности. Список использованных источников: 1. Нос О. В. Методы анализа и синтеза трехфазных систем с активными силовыми фильтрами в гиперкомплексном пространстве: дисс. докт. техн. наук: 05.09.03. [Текст] – Новосибирск, 2015. – 385 с. 2. Мельников М. А. Электроснабжение промышленных предприятий: учеб. пособие. [Текст] – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 144 с. 3. Тимофеев А. С. Компенсация реактивной мощности: учеб. пособие. [Текст] – Новокузнецк: Изд. СибГИУ, 2010. – 66 с. |