ANALYSIS AND MITIGATION OF EFFECTS OF ELECTRIC ARC FURNACE OPERATION ON SHAFT OF SYNCHRONOUS GENERATOR

Abstract

الهدف من هذه الرسالة البحثية هو تقييم تأثير أفران القوس الكهربائية الصناعية المستخدمة للفولاذ على عمود المولد المتزامن. تم أخذ القراءات الفعلية سواء كانت للفولتية أو التيار لأفران القوس باستخدام عدادات الطاقة النوعية (PQ). بالاضافة الى ذلك، تم استعمال تقنية النمذجة التحليلية الصحيحة لبناء نموذج فرن القوس الكهربائي (EAF). النموذج المستخدم في ذلك يستعمل التغير العشوائي لطول القوس لدمج الخصائص الديناميكية لهذا الفرن. تم بناء هذا النموذج باستخدام برنامج PSCAD . تم تخمين معاملات النموذج بناء على قيم اشتعال وخمود الفولتية المنبثقة من مجموعة البيانات المستقاة من قيم البيانات المقاسة. بالاضافة الى ذلك، تم مقارنة قيم الفولتية والتيار بالقيم المقاسة بناء على التشوه التوافقي الكلي (THD) وأيضا تحويلة فوريير السريعة (FFT) للتأكد من صحة هذا النموذج. ولتقييم تأثيرات تشغيل أفران القوس الكهربائية على عامود المولد، تم بناء نظام الطاقة (IEEE First Bench Mark Power System)على برنامج (PSCAD) وأيضا توصيل فرن القوس الكهربائي على نقطة ربط المولد. يمر تشغيل الفرن الكهربائي بمرحلتين أساسيتين كما الواقع العملي لأفران القوس الكهربائي. فأما المرحلة الأولى فتمثل المرحلة المبدئية حيث يتم صهر الخردة مع تغير سريع لطول القوس الكهربائي حيث أن هذه المرحلة تمثل نموذج المقاومة المعتمدة على المعادلات الزمنية المتغيرة غير الخطية مع تغير عشوائي لطول القوس. أما المرحلة الثانية فهي تمثل مرحلة الصهر الأخيرة أو ما يدعى بمرحلة الصهر التام حيث أنه في هذه المرحلة يكون تغير طول القوس أقل بكثير من المرحلة السابقة. هذه المرحلة يتم تمثيلها ونمذجتها باستخدام نموذج المقاومة ذات التيار المتحكم به بالمعادلات غير الخطية البسيطة مع المحافظة على طول ثابت لطول القوس الكهربائي. مما سبق تبين أن أفران القوس الكهربائي (EAF)تسبب التواءات تذبذبية خلال المرحلة الأولى من تشغيلها و أن القيم الذاتية الالتوائية الثانية والثالثة والرابعة والخامسة لعامود توربين المولد حساسة. لا تسبب هذه الأفران الكهربائية أيا من الرنين المتزامن الفرعي (SSR)خلال المرحلة الاولى من التشغيل لأن الترددات المتزامنة الفرعية لعزم التوربين لا تساوي تلك الترددات المتذبذبة للقيم الذاتية الالتوائية لنظام توربين المولد. وحيث أن أفران القوس الكهربائي لا تسبب هذا الرنين المتزامن الفرعي فلم يطبق أيا من تقنيات التخفيف. على أية حال، بناء على التحليل الحرج في أدبيات الموضوع فانه تم التوصية بتقنية التخفيف لتحسين نوعية الطاقة والتقليل من التذبذبات الالتوائية الناتجة من افران القوس الكهربائي. وأما المرحلة الثانية فان هذه الأفران الكهربائية لا تسبب أيا من تلك التذبذبات الالتوائية.