Введение к работе
Актуальность темы. Высокие технико-экономические требования, предъявляемые к качеству и эффективности сельскохозяйственных технологических процессов, диктуют необходимость решения задачи обеспечения надёжности систем электрооборудования, задействованных в сельскохозяйственном производстве. В составе таких систем имеется значительное количество коммутационных устройств (КУ) источников питания, аппаратов защиты и управления. Данные КУ работают в тяжелых эксплуатационных условиях при большом количестве различных возмущений, приводящих к существенному сокращению нормативного срока их службы и появлению коммутационных неисправностей, ведущих к снижению эксплуатационной надежности КУ на 30...40 % ниже расчетной, а также к возникновению факторов, приводящих к снижению пожарной электробезопасности. Последнее связано с тем, что одним из проявлений коммутационных неисправностей является возникновение искрения (микродуги), развитие которого приводит к повышенному выделению тепла и возможному возгоранию. Согласно статистическим данным, только в 2009 г. зарегистрировано более 60 тысяч так называемых электропожаров.
Поэтому важным направлением повышения технико-экономического уровня технологий и техники сельскохозяйственного производства является обеспечение высокой надёжности и электропожаробезопасности работы КУ. Известные методы и технические средства оценки состояний КУ недостаточно эффективны, узко специализированы, сложны, дороги, и не соответствуют современным требованиям. Следовательно, разработка эффективных инженерных методов и технических средств диагностирования состояний КУ электрооборудования, эксплуатируемого в условиях АПК, является актуальной и практически значимой задачей сегодняшнего дня.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является повышение надежности систем электрооборудования АПК путем диагностирования состояний их КУ.
Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:
- анализ основных факторов отказов сельскохозяйственного
электрооборудования, обзор существующих средств и методов
диагностирования состояний его КУ;
разработка электрической и математической моделей системы электроснабжения с учетом состояний КУ сельскохозяйственных потребителей электроэнергии;
разработка нового метода диагностирования текущего состояния КУ и прогнозирования наступления коммутационных неисправностей;
разработка технических требований, алгоритмического и программного обеспечения средств диагностирования состояний КУ;
создание комплексной системы диагностирования и прогнозирования состояний КУ;
проведение экспериментальных исследований разработанной системы и оценка экономической эффективности от ее применения в АПК.
\
Объект исследования. Системы электрооборудования в АПК.
Методическая база и методы исследования. Решение поставленных задач проведено на основе моделирования физических состояний КУ электрооборудования с использованием методов дифференциального и матричного исчислений, средств компьютерного моделирования, теории алгоритмов, автоматического управления и переходных процессов, программирования, вычислительной математики, спектрального анализа.
Проверка полученных результатов осуществлена на компьютерных моделях, а также на реальных объектах.
Научная новизна исследования.
разработаны электрическая и математическая модели системы электроснабжения для различных состояний КУ;
разработан новый метод диагностирования и прогнозирования неисправных состояний КУ, отличающийся определением их локальных месторасположений;
Практическая ценность работы заключается в:
создании аппаратных средств диагностирования и прогнозирования состояний КУ электрооборудования АПК;
разработке комплексной системы для определения локальных месторасположений неисправных КУ.
Реализация результатов исследования. Результаты исследований внедрены в ОАО «Восточные электрические сети» (г. Ногинск), ОАО «Рязанские электрические сети» (г. Рязань), ОАО «Плазма» (г. Рязань), ЗАО «Инженерно-экспериментальный центр ВНИИЭТО» (Московская область), а также в учебном процессе ФГОУ ВПО МГАУ и ГОУ «Московский государственный Университет технологии и управления».
Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждена применением математических и компьютерных моделей, а также экспериментальными исследованиями системы диагностирования состояний КУ.
Апробация результатов работы. Основные положения научной работы и результаты исследования доложены и обсуждены на: IX международной научно-практической конференции «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве» (Углич, 2006 г.); Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2005», «НТТМ-2006» (Москва, 2005, 2006, гг.); 59-ой, 60-ой студенческих научных конференциях ФГОУ ВПО МГАУ (Москва 2004, 2005гг); 1-ой международной студенческой научной конференции «Молодые ученые - сельскому хозяйству» (Москва, 2006г.); международной научно-технической конференции: «Системные проблемы надежности, качества информационных технологий в инновационных проектах» (Сочи, 2004 г.); Всероссийских конкурсах научных работ молодых ученых аграрных вузов (Орел, 2006, 2007 гг, Рязань, 2008г, Москва, 2007, 2008гг.)
Публикации. Основные положения научной работы отражены в 7 научных публикациях, из них в 2-х - согласно перечню ВАК, и 2-х патентах РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и приложения, изложена на 127 страницах, включая 25 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 144 наименований.
На защиту выносятся:
математическая и электрическая модели системы электроснабжения с учетом состояний КУ;
метод диагностирования неисправных состояний КУ и определения их локальных месторасположений;
новые средства диагностирования и прогнозирования состояний КУ электрооборудования АПК.
