WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Разработка многоканальной системы мониторинга асинхронных электродвигателей электростанций

На правах рукописи

ПУСТАХАЙЛОВ Сергей Константинович

Разработка многоканальной системы

мониторинга асинхронных электродвигателей

электростанций

05.14.02 - Электростанции и электроэнергетические системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ставрополь - 2006

Работа выполнена в Министерстве образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОМ АГЕНТСТВЕ ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ» (СевКавГТУ) доктор технических наук, профессор

Научный руководитель:

Минаков Владимир Федорович доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Хорольский Владимир Яковлевич кандидат технических наук, доцент Шихкеримов Ибрагим Агасултанович ОАО “Ставропольская ГРЭС”

Ведущая организация:

Защита состоится “29“ сентября 2006 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.245.06 при ГОУ ВПО СевКавГТУ по присуждению ученой степени кандидата технических наук: 355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Кавказского государственного технического университета.

Автореферат разослан “24” августа 2006 г.

Ученый секретарь диссертационно- В. И. Наац го совета, д.ф.-м.н., доцент

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Проблема повышения эксплуатационной надежности электрических машин на современном этапе развития промышленного производства приобрела большое экономическое значение. Это объясняется тем, что электротехническая промышленность в целом, и в особенности электромашиностроение, являются технической базой всех отраслей производства. В связи с этим технический и технологический уровень производства, базирующегося на широком использовании электрических машин для привода рабочих и исполнительных механизмов и систем автоматического управления производственными процессами, в значительной степени определяется надежностью этих машин.





Основное оборудование электростанций, вспомогательные устройства и механизмы собственных нужд жестко связаны между собой в едином технологическом цикле. Нарушения работы большинства механизмов собственных нужд, особенно отнесенных к группе ответственных, оказывают прямое воздействие на работу основного оборудования. Такие нарушения приводят к значительному материальному ущербу. Средний ущерб от отказа электродвигателя на промышленных предприятиях и электростанциях доходит до нескольких десятков тысяч рублей. В сумму ущерба входят затраты: прямые, связанные с ремонтом и заменой электродвигателей, и технологические, связанные с убытками от пожаров и простоев технологического оборудования.

Практика эксплуатации асинхронных электродвигателей показывает, что увеличение срока службы и повышение надежности работы машин дает относительно больший экономический эффект, чем улучшение других техникоэкономических показателей: КПД, коэффициента мощности, коэффициента использования и т. д. Так, например, для электродвигателя мощностью кВт повышение КПД на 5% при его круглосуточной работе приводит к экономии средств на электроэнергию около 4000 руб. в год. Выход такого электродвигателя из строя повлечет за собой расходы только на его замену около 20000 руб., а затраты от нарушения технологического процесса могут многократно превышать его стоимость. Это предопределяет необходимость повышения качества и эксплуатационной надежности электрических машин как основного способа снижения материальных затрат на производстве.

Работы по анализу причин и исследованию процессов повреждаемости асинхронных электродвигателей собственных нужд электростанций проведены Сивокобыленко В.Ф., Костенко В.И., Иноземцевым Е.К. и рядом других ученых. Первые целенаправленные исследования по вопросам диагностики асинхронных электродвигателей по параметрам эксплуатационных режимов были проведены Овчаровым В.В., Минаковым В.Ф., а в части вибродиагностики - Барковым А.В., Барковой Н.А., Азовцевым А.Ю. Однако, перечисленными авторами не рассматривались вопросы создания и внедрения на электростанциях многоканальных систем мониторинга, которые позволят осуществлять централизованный контроль работоспособности асинхронных электродвигателей и, как следствие, гарантировать надежность функционирования всего парка электрических машин. Поэтому разработка способов повышения эксплуатационной надежности асинхронных электродвигателей за счет внедрения многоканальных систем мониторинга является актуальной задачей.

Тема диссертационного исследования соответствует паспорту специальности ВАК 05.14.02 - Электростанции и электроэнергетические системы: п. - разработка методов диагностики электрооборудования электроустановок; п.

6 - разработка методов математического и физического моделирования в электроэнергетике.

В рамках проводимых в настоящее время мероприятий в соответствии с федеральной “Комплексной программой повышения надежности работы оборудования и персонала и снижения аварийности в ЕЭС России” определена цель работы, которая заключается в повышении эффективности эксплуатации асинхронных двигателей электростанций за счет внедрения многоканальных систем мониторинга для принятия обоснованных решений по их эксплуатации путем выявления аварийных режимов работы, скрытых дефектов и прогнозирования их развития в реальном времени.





В соответствии с данной целью в работе сформулированы и решены следующие задачи:

анализ факторов, влияющих на эксплуатационную надежность асинхронных электродвигателей собственных нужд электростанций, а также существующих методов и средств их мониторинга;

разработка алгоритмов функционирования многоканальных систем мониторинга асинхронных электродвигателей электростанций;

разработка и экспериментальная проверка методики прогнозирования срока службы асинхронного электродвигателя в условиях повышенного износа;

разработка методики эксплуатационного мониторинга аварийных режимов асинхронных электродвигателей;

разработка технических средств многоканальных систем мониторинга асинхронных электродвигателей электрических станций.

Научная новизна работы.

Обоснована иерархически структурированная модель многоканальных систем мониторинга, отличающаяся разграничением функций подсистем верхнего и нижнего уровней, а также уровня самодиагностики.

Разработана методика и алгоритм прогнозирования срока службы асинхронного электродвигателя, позволившие выполнять оценку скорости износа и срока службы двигателей электростанций от комплексного воздействия температуры, загрузки электродвигателей и несимметричных режимов работы.

Разработана модель и номограмма для определения износа изоляции, позволяющая оценить скорость износа изоляции при изменении длительности пуска электродвигателя по ее относительному значению.

Практическая ценность результатов работы.

Предложенная программа прогнозирования срока службы электродвигателей позволяет определить как остаточный ресурс, так и скорость износа их изоляции. Новизна подтверждена Роспатентом регистрацией программы для ЭВМ.

Определены технические требования к многоканальной системе мониторинга, обеспечивающие интеграцию методов и средств энергетического и электромеханического мониторинга асинхронных электродвигателей.

Предложена структура многоканальной системы мониторинга и разработаны схемотехнические решения ее реализации, имеющие новизну в части цифровой обработки и анализа информации.

Разработано устройство для определения длительности пуска электродвигателя, новизна которого защищена патентом РФ на полезную модель.

Использование устройства совместно с разработанной номограммой позволяет производить оценку скорости износа изоляции в конкретных условиях эксплуатации без дополнительного использования дорогостоящего оборудования.

Реализация результатов работы. В ОАО “Ставропольская ГРЭС” на асинхронных электродвигателях насосов газоохладителей генератора установлена система мониторинга, которая на основе измерений основных параметров электродвигателей в режиме реального времени проводит автоматическое определение отклонений режимов работы от номинальных. По результатам контроля рассчитывается скорость износа изоляции обмотки, и прогнозируется ее остаточный ресурс.

Технические предложения по расширению функций систем сбора данных и алгоритм самодиагностирования использованы в ЗАО “Корпоративный институт электротехнического приборостроения Энергомера” в научноисследовательских и опытно-конструкторских работах по созданию трехфазных счетчиков электроэнергии и АСКУЭ.

Основные положения, выносимые на защиту.

Иерархически структурированная модель многоканальных систем мониторинга асинхронных двигателей собственных нужд электростанций и алгоритмы ее функционирования, позволяющие организовывать системы с открытой архитектурой, что дает возможность осуществлять их переконфигурирование в режиме реального времени Методика определения износа изоляции при изменении длительности пуска асинхронного электродвигателя, позволяющая с помощью разработанной номограммы и устройства для определения времени пуска АД определять скорость износа, перегрузку, либо остаточный ресурс электрической машины.

Методика, алгоритм и компьютерная программа прогнозирования износа и сроков службы асинхронных электродвигателей по результатам измерений эксплуатационных параметров: температуры среды, токов и напряжений фаз, вибрационных смещений.

Средства мониторинга состояния асинхронных двигателей.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и получили одобрение на 5 конференциях, в том числе: V региональной научно-технической конференции “Вузовская наука – СевероКавказскому региону”, Ставрополь, 2003 г.; VI региональной научнотехнической конференции “Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону”, Ставрополь, 2004 г.; XXXIV научно-технической конференции по результатам работы профессорско - преподавательс-кого состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 2004 г, Ставрополь, 2005 г.; V Международной научнопрактической конференции “Современные энергетические системы и комплексы и управление ими”, Новочеркасск, 2005 г.; VI Международной научно-практической конференции “Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики”, Новочеркасск, 2005 г.

Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано3 статьи, 3 тезисов докладов, получен патент РФ на полезную модель, прошла экспертизу заявка на получение патента РФ на изобретение, произведена официальная регистрация программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, содержание которых изложено на 136 страницах, 7 приложений, содержит 47 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 124 наименований.

Во введении обоснована актуальность проблемы повышения эксплуатационной надежности электрических двигателей (ЭД) собственных нужд электростанций, сформулированы цель и задачи исследования, и отражена структура диссертации.

В первой главе проведен анализ повреждаемости электродвигателей электростанций и сопоставление результатов со статистическими данными.

Распределение аварий по типам механизмов собственных нужд представлено на рисунке 1. Показано, что основной причиной выхода из строя электродвигателей являются повреждения обмотки статора, вызванные нарушением витковой, корпусной и межфазной изоляции вследствие старения (29,7%) и неправильной эксплуатации (33,5%). Результаты анализа представлены в виде гистограмм на рисунке 2.

Показана степень изученности характера влияния факторов на старение изоляции, и методов прогнозирования развития дефектов с целью учета естественного износа изоляции, а также целесообразность перехода от плановопредупредительного обслуживания к обслуживанию по фактическому состоянию, которое определяется системами мониторинга.

Исследованы механизмы влияния факторов на эксплуатационную надежность асинхронных двигателей. Основными из них являются следующие:

а) качество активных и конструкционных материалов, используемых при изготовлении электрических машин;

б) качество изготовления электрических машин;

в) параметры окружающей среды при эксплуатации машин;

г) несоответствие применения машин их исполнению, пусковым и рабочим характеристикам;

д) отсутствие надлежащего обслуживания машин и недостаточное качество их ремонта;

е) качество электроэнергии.

Рисунок 1 – Гистограмма распределения аварий по типам приводных механизмов ЭД собственных нужд электростанций Рисунок 2 – Гистограммы распределения видов аварий (а) и причин аварий (б) ЭД собственных нужд электростанций Рассмотрены характерные типы отказов электродвигателей электростанций, их физическая природа и способы устранения.

Проведенный аналитический обзор существующих методов диагностики асинхронных двигателей (АД) и их классификация позволили установить, что к настоящему времени они имеют недостатки принципиального характера, в результате система не обнаруживает возможный дефект, который влечет за собой аварию электрической машины.

На основе анализа методов диагностики электрических двигателей автором предложена их классификация, представленная на рисунке 3, объединившая в себе как известные и широко используемые методы, так и перспективные, экспериментально внедряемые в современные системы мониторинга.

Предложенная классификация методов диагностики электрических двигателей основана на обобщении, во-первых, способов диагностики состояния, требующих прерывания рабочих режимов АД, во-вторых, способов функциональной диагностики непосредственно в процессе эксплуатации машин.

Предложена авторская концепция развития методов мониторинга и диагностики, состоящая в том, что для компенсации недостатков различных методов анализа технического состояния электродвигателя, необходимо использование системы комплексного мониторинга, математический аппарат которой совмещает несколько взаимодополняющих методов, например:

энергетический метод, позволяющий контролировать режим работы электродвигателя и прогнозировать состояние изоляции, совмещать с методами вибродиагностики, которая дает возможность заблаговременно определять механические дефекты конструкции.

Проведено обобщение отечественного и зарубежного опыта, которое позволило определить тенденции развития систем мониторинга и диагностики и показать возможности совершенствования мониторинга путем создания многоканальной системы c открытой архитектурой.

Вторая глава диссертации посвящена разработке алгоритмов функционирования многоканальных систем мониторинга, отличающихся разграничением функций подсистем верхнего и нижнего уровней, а также уровня самодиагностики. Принципы, заложенные в данные алгоритмы, позволяют организовывать системы с открытой архитектурой.

В многоканальных системах мониторинга предлагается использование трех иерархических уровней алгоритмов: верхнего, нижнего уровней, а также алгоритм самодиагностирования – рисунок 4.

Алгоритмы верхнего уровня:

1) Алгоритм выбора двигателя позволяет определить двигатель из общего парка, обслуживаемого многоканальной системой мониторинга, для обследования в приоритетном порядке в момент времени отработки алгоритма.

2) Алгоритм анализа параметров двигателя является основным алгоритмом работы системы мониторинга. Именно в результате работы системы по данному алгоритму формируется заключение о фактическом состоянии электрического двигателя и прогноз его технического состояния в последующие моменты времени.

МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ЭД

Рисунок 3 – Классификация методов диагностики электрических двигателей Алгоритмы нижнего уровня:

1) Алгоритм обеспечения протоколов сбора информации определяет последовательность измерения основных параметров двигателя, необходимых для получения информации о состоянии двигателя.

Рисунок 4 –Иерархически структурированная модель многоканальной системы мониторинга 2) Алгоритм обеспечения протоколов передачи информации определяет последовательность действий, необходимых для преобразования измеренной информации к виду, требуемому для дальнейшей передачи по каналу связи.

3) Алгоритм приема и обработки первичной информации определяет последовательность действий, необходимых для декодирования поступающей от системы сбора данных (ССД) информации и преобразования к виду, необходимому для последующего анализа состояния электродвигателя.

Алгоритм самодиагностики используется как для повышения надежности, так и для адаптации системы к текущим условиям функционирования путем блокирования неисправных подсистем и распределения ресурсов при условии частичного отказа оборудования.

В многоканальных системах мониторинга предлагается использование двух уровней организации процедуры самодиагностики – для систем нижнего и верхнего уровней. Задачей процедуры нижнего уровня является своевременное определение неработоспособности системы сбора данных, ее блокирования, с целью предупреждения передачи заведомо ложных данных, и информирование системы верхнего уровня об отказе. В задачу процедуры верхнего уровня входит участие в формировании карты приоритетов, т.е. определение наличия в системе мониторинга конкретных систем сбора данных, распределение ресурсов на взаимодействие с определенной ССД и самодиагностика собственных ресурсов.

Рассмотрены альтернативные способы определения последовательности обследования электрических двигателей и распределения ресурсов системы мониторинга: критерий последовательного опроса, экономический критерий, технологический критерий, априорный критерий, критерий ресурса.

Проведенный анализ альтернативных критериев определения последовательности обследования электрических двигателей позволил сделать заключение, что более гибким является критерий, согласно которому приоритетным является двигатель с постоянно изменяющимися параметрами по сравнению с двигателем с неизменными характеристиками. Выбор приоритета производится в порядке уменьшения энтропии параметров двигателя в последующем цикле опроса:

где i – энтропия параметров i-го электродвигателя.

Для эквивалентирования энтропии предлагается использование коэффициента приоритета, который определяется как математическое ожидание относительных отклонений основных параметров электродвигателя:

где UA, UB, UC, IA, IB, IC – действующие значения фазных напряжений и токов соответственно в последнем цикле опроса;

где U`A, U`B, U`C, I`A, I`B, I`C – действующие значения фазных напряжений и токов соответственно в предпоследнем цикле опроса.

При энтропийном подходе исследуемый электродвигатель выбирается в порядке, определенном выражением:

Алгоритм, созданный на базе данного критерия и представленный на рисунке 5, позволяет не только определять очередность опроса систем сбора данных двигателей, но и частоту опроса, что дает возможность реализовать динамическое распределение ресурсов системы мониторинга.

Рисунок 5 – Алгоритм выбора двигателя в системе технического Рассмотрены и проанализированы методы реализации элементарных проверок как составляющих алгоритма диагностирования и обеспечивающих требуемую глубину диагностирования, в частности: методы последовательного функционального анализа, половинного разбиения, времявероятностные, с использованием информационных критериев и т.д.

На основании проведенного анализа предложено использовать информационный метод с коррекцией, учитывающей специфику работы многоканальных систем мониторинга и позволившей уменьшить число ветвлений алгоритма диагностирования.

Предлагается в первую очередь исследовать тот параметр, данные о котором не нуждаются в уточнении с помощью других проверок, и от которого зависят наибольшее количество изменений остальных параметров. Например, для асинхронного двигателя целесообразно анализировать в первую очередь изменение напряжения на обмотках статора, а затем тока обмоток.

Так, увеличение напряжения на обмотках свидетельствует об изменении параметров питающей сети и, имея эту информацию, можно сделать вывод, что пропорциональное уменьшение тока статора вызвано именно изменением параметров питающего напряжения. Наоборот, если приоритет отдается исследованию тока, то без дополнительного анализа, влияющих на него параметров, невозможно однозначно установить причину изменения величины тока.

Анализ факторов, влияющих на надежность асинхронных двигателей, а также известных и перспективных методов диагностики, привел к выводу о целесообразности использования в качестве информативных диагностических параметров двигателей их основные электрические параметры (напряжения и токи фаз), температуру окружающей среды, а также вибрационное смещение корпуса машины и, кроме того, необходимые дополнительные параметры, которые рассчитываются с помощью существующих математических моделей.

Выбор этих параметров в качестве основных продиктован следующими соображениями:

1) Повышение среднеквадратичного значения электрического тока сверх номинального в установившемся режиме является диагностическим признаком возможности анормального развития процессов в электрическом двигателе.

Поэтому действующее значение тока является одним из основных диагностических параметров теплового процесса, так как определяет потери активной мощности в обмотках, являющиеся в свою очередь причиной нагрева проводников обмотки.

2) Превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды может служить довольно объективным диагностическим параметром теплового процесса. Однако, оно не отражает полностью протекание теплового процесса, так как не учитывается влияние температуры окружающей среды.

Поэтому более точным диагностическим параметром, характеризующим текущее состояние теплового процесса, является температура обмотки. Но при быстропротекающих процессах, таких как пуск двигателя или кратковременные перегрузки, ее измерение в процессе эксплуатации возможно только косвенными методами.

3) Вибрация и шум - естественные процессы, возникающие в машинах и оборудовании, и возбуждаются они теми же динамическими силами, которые являются причинами износа и разных видов дефектов. Таким образом, исследуя показатели уровня вибрации, можно установить развивающиеся механические дефекты задолго до возникновения аварии.

4) Контроль напряжения фазных обмоток позволяет обнаруживать возможные несимметричные режимы работы двигателя, которые также являются причинами многих аварий.

Определена основная последовательность действий системы мониторинга: измерение основных диагностических параметров, расчет дополнительных диагностических параметров, определение аварийного режима, прогнозирование остаточного ресурса электродвигателя.

Такая последовательность объясняется тем, что расчет дополнительных параметров производится с использованием информации об основных параметрах, определение аварийного режима и прогноз остаточного ресурса производится анализом основных и дополнительных параметров. Определение аварийного режима предшествует прогнозированию, так как при появлении аварии дальнейший прогноз нецелесообразен.

Система сбора данных производит измерение электрических параметров входных аналоговых сигналов фазных токов и напряжений iА, iВ, iС, uА, uВ, uС, также измеряются температура окружающей среды и вибрация электродвигателя. Все величины измеряются с частотой, позволяющей восстановить форму сигнала.

На основании измеренных параметров производится расчет следующих 1) линейных напряжений U AB,U BC, U CA ;

2) активной и реактивной мощности P, Q;

3) составляющих обратной последовательности I 2 и U 2 ;

4) составляющих нулевой последовательности 3U 0, 3I 0 ;

5) основного электромагнитного момента электродвигателя М1 и дополнительного тормозного М2, вызванного составляющей обратной последовательности;

6) коэффициента дополнительной загрузки электродвигателя моментом, вызванного несимметрией питающего напряжения;

7) нагрева электродвигателя по тепловой математической модели;

8) направления активной мощности.

Описаны способы определения возможных анормальных и аварийных режимов на основании измеренных и рассчитанных параметров электродвигателя.

Получена математическая модель процесса теплового старения и выполнена оценка ее погрешности.

Математическое описание процесса изменения ресурса (R) изоляции от изменения температуры () имеет вид:

Модельная оценка определяется выражением:

Цель оценки – вычислить изменение ресурса изоляции обмотки R (k h) на основе измерений температуры (k h).

Проведенные в работе натурные эксперименты по прогнозу остаточного ресурса АД в условиях повышенного износа показали наличие возможных погрешностей оценки модели, вызванных неточным определением начального ресурса электродвигателей и методикой вычисления скорости износа.

Точное моделирование износа невозможно, но его можно заменить прямой (1), построенной после эксперимента по двум точкам: точка (a) – начальный ресурс изоляции (определен, например методом сопротивления), точка (b) – пробой изоляции. На рисунке 6 представлены прямая (1) изменения ресурса электродвигателя и различные оценочные кривые (2, 3, 4). Правильность выбора начальных условий моделирования определяет точность прогноза. Так, кривая (2) характеризуется максимальным уровнем сходимости к реальной кривой и, как следствие, минимальной погрешностью, а динамическая модель содержит в основном аддитивную погрешность, определяемую лишь энтропией начальных условий. Кривая (3) определена нестабильной оценочной моделью, в результате с течением времени погрешность накапливается и достоверный прогноз оказывается невозможен. Модель, описанная кривой (4), корректна только на определенном интервале времени, длительность которого зависит от допустимой погрешности прогноза.

Рисунок 6 – Возможные оценки износа электродвигателя Разработана методика диагностирования срока службы асинхронного двигателя и ее программная реализация.

Методика диагностики срока службы электродвигателей состоит в следующем. Первичная информация является результатом экспериментальных измерений: температуры окружающей среды, напряжений трех фаз, токов трех фаз статора, вибрации статора, которые осуществляются в соответствии с алгоритмом сбора информации. Последующие этапы реализованы в алгоритме анализа информации. Второй этап включает расчет эквивалентирования тока по результатам измерения токов фаз, величина которого используется для моделирования теплового режима. Далее по результатам измерения напряжений фаз рассчитывается составляющая обратной последовательности и дополнительный тормозной момент, вызванный данной составляющей.

На следующем этапе рассчитывается коэффициент загрузки электродвигателя по моменту, вызванного несимметрией питающего напряжения. В результате расчета нагрева электродвигателя с учетом температуры окружающей среды определяется сокращение (повышение) срока службы двигателя на основе математической модели теплового старения изоляции, а соответственно - срока службы изоляции двигателя. Выполняется интегрирование на интервале измерения и расчет относительного значения срока службы и его снижения по сравнению с нормативным значением. Для расчета дополнительного износа изоляции электродвигателя, вызванного несимметричным режимом работы, на каждом интервале измерения используется коэффициент загрузки, расчет производится аналогично методике расчета теплового износа. Производится измерение вибрации двигателя и по информации, полученной в результате спектрального анализа сигнала вибрации, определяются механические дефекты электрического двигателя, и прогнозируется их развитие.

Разработанная методика прогнозирования срока службы изоляции электродвигателей обеспечивает выполнение количественной оценки (по результатам измерения токов, напряжений фаз, температуры окружающей среды и вибрации двигателя) снижения или повышения срока службы в результате: воздействия повышенного (пониженного) напряжения, несимметрии питающего напряжения, перегрузки (недогрузки) машины, асимметрии токов фаз двигателя, отклонения температуры окружающей среды от расчетной.

Математическое моделирование остаточного ресурса машины выполнено автоматизировано с использованием авторских алгоритмов и программ.

Исходными данными для них являются паспортные данные и результаты натурных экспериментальных измерений параметров электродвигателя в течение определенного эксплуатационным персоналом интервала времени.

Результатами работы программы являются количественные показатели снижения (повышения) срока службы изоляции обмоток электродвигателя от воздействия совокупности эксплуатационных параметров - таблица 1. На рисунке 7 представлены результаты работы программы при пуске электродвигателя из холодного состояния, перегрузке АД и заклинивании ротора.

Таблица 1 – Результаты работы программы прогнозирования ресурса электродвигателя 4А112М4У 10 231.2 231.2 230.0 11,9 12,0 11,8 25 157.2 18.664 19946, 11 228.4 224.4 223.4 11,9 12,0 11,8 25 168.1 39.703 19907, 12 231.6 231.2 232.0 11,9 12,0 11,8 25 168.5 40.786 19866, 13 224.4 226.4 224.0 12,5 12,6 12,4 25 179.5 87.314 19778, 14 224.0 227.2 223.4 12,5 12,6 12,4 25 191.9 206.4 19572, 15 229.0 229.5 230.0 12,5 12,6 12,4 25 192.3 212.8 19359, 16 230.5 230.0 231.0 13,1 13,3 13,0 25 205.7 537.47 18822, 17 231.2 230.4 232.0 13,1 13,3 13,0 25 219.9 1438 17384, 18 232.0 228.8 230.8 13,1 13,3 13,0 25 220.4 1489 15895, 19 228.4 225.6 226.6 13,8 13,9 13,7 25 236.9 4689 11206, 20 226.4 224.8 226.0 13,8 13,9 13,7 25 253.3 14530 1. При использовании номограммы для определения износа изоляции асинхронного электродвигателя обслуживающему персоналу необходимо измерять длительность пуска с точностью до десятых долей секунды, что практически невозможно в ручном режиме. Этот факт определил необходимость разработки устройства, которое осуществляет измерение автоматически при включении двигателя.

Автором предложено устройство (патент РФ на полезную модель №2006101797), которое решает задачу как измерения длительности пуска АД, так и защиты электрооборудования от анормальных и аварийных режимов, связанных с недопустимым повышением тока и может быть использовано в производственных и бытовых электрических, технологических или других установках, например, для защиты электродвигателей от перегрузок и других анормальных режимов работы при достижении током предельно допустимого значения. Принципиальная электрическая схема устройства представлена на рисунке 11.

Рисунок 11 - Схема электрическая принципиальная устройства для защиты электрооборудования и измерения длительности пуска асинхронного двигателя В четвертой главе разработаны технические требования и схемотехнические решения для многоканальной системы мониторинга асинхронных двигателей. В соответствии с принципами построения отказоустойчивых систем определены следующие требования: система сбора данных как модуль общей системы, является независимым устройством со встроенным алгоритмом самодиагностики; канал передачи данных строится по топологии многолучевой звезды, либо на основе шинной архитектуры (например, RSпри частичном выходе системы сбора данных из строя, модуль самодиагностики выставляет информацию об этом системе верхнего уровня, при полном отказе ССД не оказывает влияния на оставшиеся подсистемы; для замены неисправной ССД новый модуль достаточно подключить лишь к датчикам, каналу связи и питанию.

Модуль системы сбора данных выполняет следующие операции: использование сигналов трансформаторов тока (ТТ), использование сигналов трансформаторов напряжения, использование сигнала датчика температуры, использование сигнала датчика вибрации, аналого-цифровое преобразование входных сигналов, восстановление формы сигнала при погрешностях первичных ТТ, расчет действующих значений первой гармонической составляющей входных сигналов, расчет действующих значений токов с учетом гармонических составляющих входных сигналов, обслуживание логической схемы устройства, индикация состояния устройства, опрос управляющих кнопок, обслуживание каналов связи, непрерывный оперативный контроль работоспособности (самодиагностику) в течение всего времени работы, блокировку всех выходов при неисправности устройства для исключения ложных срабатываний. В соответствии с предъявляемыми требованиями предложена структурная схема микропроцессорной системы сбора данных, представленная на рисунке 12, которая является низшим звеном в автоматизированной многоканальной системе мониторинга асинхронных электродвигателей.

Разработано устройство для защиты трехфазных асинхронных двигателей в однофазных сетях от анормальных и аварийных режимов, связанных с возникновением заклиниваний, перегрузок, витковых и коротких замыканий (заявка на изобретение № 2005132694). Как правило, это одиночные электродвигатели, и они не предусматривают использование системы мониторинга по причине экономической нецелесообразности. Тем не менее, использование устройств защиты от анормальных и аварийных режимов является обязательным условием эксплуатации таких ЭД, которые используются на электростанциях в качестве аварийных маслонасосов смазки, аварийных насосов уплотнения, зарядных мотор - генераторов и т.д.

Рисунок 12 - Структурная схема микропроцессорной системы сбора данных Изобретение по сравнению с другими техническими решениями имеет следующие преимущества: обеспечение возможности защиты как одного, так и группы двигателей; упрощение схемотехнического решения: оно не требует наличия датчиков тока и тахогенератора; повышение коммутационной способности исполнительного органа по сравнению с контактными устройствами; обеспечение возможности использования устройства в составе цифровых систем диагностики, управления и контроля; повышение устойчивости как отключенного, так и включенного состояний за счет триггерного построения управляющей части схемы; повышение помехоустойчивости схемы за счет построения управляющей части на триггерных элементах.

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований диссертационной работы сводятся к следующему:

1) Анализ повреждаемости асинхронных электродвигателей собственных нужд электростанций показал, что значительная часть аварий вызвана нарушением норм обслуживания, которое является следствием как некомпетентности персонала, так и некорректным подходом к эксплуатационному контролю состояния электродвигателей. Это свидетельствует о необходимости интеграции планово-предупредительного обслуживания и обслуживания по фактическому состоянию, которое определяет система мониторинга.

2) Выполнена классификация существующих методов мониторинга и диагностики асинхронных электродвигателей собственных нужд электростанций, позволившая определить круг задач, которые требуют решения для построения эффективных систем мониторинга.

3) Предложена иерархически структурированная модель многоканальных систем мониторинга АД, отличающаяся разграничением функций систем верхнего и нижнего уровней, а также уровня самодиагностики.

4) Разработан алгоритм выбора исследуемого электродвигателя на базе априорного критерия, позволяющий организовать динамическое распределение ресурсов многоканальной системы мониторинга.

5) Разработана методика, алгоритм и программа прогнозирования износа и сроков службы асинхронных электродвигателей, позволяющая выполнять оценку скорости износа и срока службы двигателей от комплексного воздействия температуры среды, загрузки двигателей и несимметричных режимов работы.

6) Разработана номограмма для определения износа изоляции, позволяющая оценить скорость износа изоляции по относительному изменению длительности пуска двигателя.

7) Разработано устройство для определения длительности пуска двигателя (патент РФ на полезную модель № 2006101797), отличающееся тем, что, помимо основной функции, оно может быть использовано для защиты электрооборудования от анормальных и аварийных режимов, связанных с недопустимым повышением тока, например, для защиты электродвигателей от перегрузок и других анормальных режимов работы при достижении током предельно допустимого значения.

8) Разработано устройство для защиты трехфазных асинхронных двигателей в однофазных сетях от анормальных и аварийных режимов, связанных с возникновением заклиниваний, перегрузок, витковых и коротких замыканий, отличающееся тем, что по - сравнению с аналогами имеет расширенные функциональные возможности и повышенную надежность работы.

9) Определены технические требования к многоканальной системе мониторинга, обеспечивающие комплексную интеграцию методов и средств энергетического и электромеханического мониторинга асинхронных электродвигателей.

10) Предложена структура многоканальной системы мониторинга асинхронных электродвигателей и разработаны схемотехнические решения ее реализации, имеющие новизну в части цифровой обработки и анализа информации.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

Статья в ведущем рецензируемом журнале, определенном перечнем 1 Минаков В.Ф., Корчагин Д.Н., Король А.С., Шевцов М.А., Пустахайлов С.К. Математическое моделирование автоматизированных информационных процессов. // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета, 2006, № 3, с.15-20.

2 Пустахайлов С.К., Минаков В.Ф. Определение структуры алгоритмов функционирования многоканальных систем мониторинга асинхронных двигателей. // Современные энергетические системы и комплексы и управление ими – Материалы V Международной научно-практической конференции. - Новочеркасск: ЮрГТУ, 2005. – с. 4-6.

3 Пустахайлов С.К., Минаков В.Ф. Информационные методы мониторинга электрических машин. // Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики - Материалы VI Международной научно-практической конференции. - Новочеркасск: ЮрГТУ, 2005. – с. 6-8.

4 Пустахайлов С.К., Минаков В.Ф. Обзор современных методов мониторинга электрических машин // Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону: Материалы VII регион. науч.-техн. конф. – Ставрополь: СевКавГТУ, 2003. – с. 48-49.

5 Пустахайлов С.К., Минаков В.Ф., Минакова Т.Е., Шевцов М.А. Схемотехника снижения ударных и пусковых токов. // Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону: Материалы VIII регион. науч.-техн. конф. – Ставрополь: СевКавГТУ, 2004. – с. 94.

6 Пустахайлов С.К., Минаков В.Ф. О некоторых подходах к технической диагностике асинхронных двигателей интегральными методами. // Материалы XXXIV научно-технической конференции по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов Северо-Кавказского государственного технического университета за 2004 год.

- Ставрополь: СевКавГТУ, 2005. – с. 116.

7 Патент РФ на полезную модель № 2006101797. Устройство для защиты электрооборудования и измерения времени действия перегрузочного тока.

/ Пустахайлов С.К., Минаков В.Ф., Шевцов М.А. Приоритет 23.01.2006 г.

8 Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006611588. Прогнозирование срока службы асинхронного электродвигателя. / Пустахайлов С.К. – Зарегистрирована 12.06.2006 г.



Похожие работы:

«Колбасин Андрей Александрович НОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К СРЕДСТВАМ ТУШЕНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ НА ОБЪЕКТАХ ЭНЕРГЕТИКИ Специальность: 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (технические наук и, отрасль энергетика) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2012 1 Работа выполнена в Академии Государственной противопожарной службы МЧС России на кафедре пожарной техники Научный руководитель : кандидат...»

«Хассан Моайед Р. Повышение эффективности работы ТЭЦ, оснащенных противодавленческими турбинами, путем совершенствования программ управления тепловой и электрической мощностью Специальность 05.14.14 – Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург - 2002 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность...»

«Берсенев Максим Валерьевич История развития открытой угледобычи в Кузбассе (1948 — 1985) Специальность 07.00.02 — Отечественная история Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата исторических наук Томск — 2006 1 Работа выполнена на кафедре археологии и исторического краеведения ГОУ ВПО Томский государственный университет Научный доктор исторических наук, профессор руководитель: Валерий Павлович Андреев Официальные доктор исторических наук, профессор...»

«Коновалов Дмитрий Александрович АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СКАНИРУЮЩИЙ МАГНИТОПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учной степени кандидата технических наук Казань – 2011 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Казанский физико-технический институт имени Е.К. Завойского Казанского научного центра РАН Научный руководитель : доктор...»

«Сысоева Маргарита Олеговна ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ СПЕКТРАЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНОЙ СРЕДЫ С ХАРАКТЕРИСТИКАМИ МИКРОЧАСТИЦ Специальность 01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехника Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Бийск 2008 2 Работа выполнена в Бийском технологическом институте (филиал) ГОУ ВПО Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова Научный...»

«Кокуева Ирина Геннадьевна СОГЛАСОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ИНТЕРЕСОВ В УПРАВЛЕНИИ РЕГИОНОМ (теоретико-методический аспект) Специальность 08.00.05 - Экономика и управление народным хозяйством Специализации: теория управления экономическими системами, региональная экономика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Москва - 2006 3 Работа выполнена на кафедре теории организации и управления Государственного университета управления Научный...»

«БЕЛАШОВА Елена Семеновна ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ НЕОДНОМЕРНЫХ НЕЛИНЕЙНЫХ ВОЛНОВЫХ СТРУКТУР СОЛИТОННОГО ТИПА В СРЕДАХ С ПЕРЕМЕННОЙ ДИСПЕРСИЕЙ Специальности: 25.00.29 – Физика атмосферы и гидросферы 01.04.03 – Радиофизика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Казань – 2007 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Казанский государственный энергетический...»

«СидоровВиктор Владимирович ФОРМИРОВАНИЕ ПАРТИЙНЫХ КОАЛИЦИЙ В ПАРЛАМЕНТСКИХ СИСТЕМАХ Специальность 23.00.02 – политические институты, процессы и технологии АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата политических наук Казань – 2013 Работа выполнена на кафедре политологии Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования Казанский (Приволжский) федеральный университет Научный руководитель : Зазнаев Олег...»

«СЫСОЕВ Павел Николаевич МОДЕЛИ КАЛИБРОВОЧНЫХ ПОЛЕЙ С АБЕЛЕВОЙ И НЕАБЕЛЕВЫМИ ГРУППАМИ СИММЕТРИИ. Специальность 01.04.02 - теоретическая физика Автореферат Диссертация на соискание Ученой степени кандидата Физико-математических наук Москва-2012 Работа выполнена на кафедре квантовой статистики и теории поля физического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. Научный руководитель : доктор физико-математических наук, профессор Иноземцева Н.Г....»

«Барков Константин Владимирович АНАЛИЗ И МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ МАЛЫХ ГЭС Специальность 05.14.08 “Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии” Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2005 Работа выполнена на кафедре “Возобновляющиеся источники энергии и гидроэнергетика” ГОУ ВПО “Санкт-Петербургский государственный политехнический университет”. Научный руководитель – доктор технических наук, профессор...»

«Селиванов Василий Николаевич Исследование феррорезонансных колебаний в воздушных сетях 35 кВ с изолированной нейтралью с электромагнитными трансформаторами напряжения Специальность 05.14.12 - Техника высоких напряжений Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2004 2 Работа выполнена в институте физико-технических проблем энергетики Севера Кольского научного центра Российской Академии наук Научный руководитель : доктор...»

«Приложение № 2 СВЕДЕНИЯ О СОИСКАТЕЛЕ И ПРЕДСТОЯЩЕЙ ЗАЩИТЕ Ф.И.О.: СУ МЕН ЕЛ Тема диссертации: Разработка модели и исследование теплового режима охлаждаемых конструкций силовой установки самолета Специальность: 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергетические установки летательных аппаратов Отрасль наук и: Технические науки Шифр совета: Д 212.110.02 Тел. ученого секретаря 915-31- диссертационного совета E-mail: dc2mati@yandex.ru Предполагаемая дата защиты 27 октября 2011г. в 15-...»

«Асанбаев Юрий Алексеевич ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ Специальность 05.09.12 – Силовая электроника Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук Санкт-Петербург – 2002 1 Общая характеристика работы Актуальность проблемы. Интенсивное внедрение в электроэнергетику преобразовательных устройств большой единичной мощности вызывает появление в электрической системе искажений синусоидальности токов и...»

«ШЕРГИН ВАЛЕРИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НА БАЗЕ ПОВЫШАЮЩЕГО ПРОМЕЖУТОЧНОГО ЗВЕНА Специальность 05.09.03 Электротехнические комплексы и системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2011 УДК 621.314 Работа выполнена на кафедре Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский авиационный институт...»

«Баширов Фэрид Исрафилович СПЕКТРОСКОПИЯ ЗАТОРМОЖЕННЫХ ДВИЖЕНИЙ МОЛЕКУЛ В КРИСТАЛЛАХ 01.04.07 – физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Казань – 2006 2 Работа выполнена на кафедре общей физики Казанского государственного университета им. В. И. Ульянова-Ленина Официальные оппоненты : заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор физико-математических наук, профессор Жижин Герман Николаевич доктор...»

«Дмитриев Михаил Викторович Методика выбора ОПН для защиты оборудования сетей 110 – 750 кВ от грозовых и внутренних перенапряжений Специальность: 05.14.02 – Электростанции и электроэнергетические системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2006 Работа выполнена на кафедре Электрические системы и сети в ГОУ ВПО Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет. Научный руководитель : доктор технических...»

«Кабанов Игорь Александрович ПРИМЕНЕНИЕ СВЕРХПРОВОДНИКОВОГО ИНДУКЦИОННОГО НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СТАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Специальность 05.14.02. – Электростанции и электроэнергетические системы Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2001 Работа выполнена на кафедре Электрические системы и сети СанктПетербургского государственного технического университета Научный...»

«УДК 316.344.2:004:378(575.3) Рахмонов Зоир Файзалиевич СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВНЕДРЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В СФЕРЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН Специальность 08.00.13 – Математические и инструментальные методы экономики (экономические наук и) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук Душанбе – 2011 Работа выполнена на кафедре Информационные системы в экономике Института предпринимательства...»

«Equation Chapter 1 Section 1 Усков Антон Евгеньевич АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР, ПОВЫШАЮЩИЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ АПК Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учной степени кандидата технических наук Краснодар – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Кубанский государственный...»

«Хохлов Григорий Григорьевич МОЛНИЕЗАЩИТА ВЛ 150 – 220 кВ ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТИ И ГАЗА Специальность: 05.14.12 – Техника высоких напряжений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2011 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (ФГБОУ ВПО СПбГПУ). Научный руководитель : доктор...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.