Введение к работе
Актуальность темы. Эффективность работы различных энергетических объектов промышленных, сельскохозяйственных предприятий и жилищно-коммунального хозяйства, в значительной степени зависят от работы перекачивающих станций. Наиболее распространённым перекачиваемым энергетическим ресурсом является вода.
Снабжение населения чистой, доброкачественной водой в достаточном количестве имеет важное санитарно-гигиеническое значение, предохраняет людей от возможных эпидемических заболеваний, распространяемых через воду, а так же создать запас воды для пожаротушения. В качестве базовой перекачивающей станции для исследования была выбрана наиболее распространённая станция - водонасосная.
Эффективность работы перекачивающих станций обусловливается надежной работой системы электроснабжения и оборудования. При этом практически все регулируемые электроприводы этих станций представляют собой нелинейные нагрузки, которые вызывают искажения синусоидальности кривой напряжения, и нарушают электромагнитную совместимость технических средств. При коммутации двигателя на присоединениях РУ 0,4 и (6–10)кВ возникают значительные временные перенапряжения. Неоднократные воздействия на изоляцию присоединений вызывают ее пробой. В результате эффективность электропотребления снижается. Из-за этого на многих энергетических объектах за год фактический объем ремонтных работ превосходит в два-три раза по отношению к нормативному. Это говорит об актуальности темы диссертационной работы.
Объектом исследования является процесс изменения надежности электротехнического оборудования (ЭО) водонасосной станции, эксплуатируемого в реально изменяющихся производственных условиях.
Предметом исследования является электрооборудование водонасосной станции.
Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и планом работы академии:
Работа выполнялась в соответствии: с научными направлениями технического комитета №77 «Электромагнитная совместимость электрооборудования, присоединённого к общей электрической сети» Международной электротехнической комиссии (МЭК), Международной конференции по большим энергетическим системам (СИГРЭ), с постановлением Правительства РФ №588 от 15.06.1998 г. «О дополнительных ме-3
рах по стимулированию энергосбережения в России»; с научной целевой комплексной темой ФГОУ ВПО «НГАВТ» (Гос. регистр №0188.0004137), раздел «Повышение уровня электромагнитной совместимости технических средств в региональных технических электроэнергетических системах», с основными направлениями научных исследований этой академии на 2007-2010г.г. (раздел 1.10) «Разработка мероприятий и технологий по модернизации систем теплоэлектросбережения объектов России».
Идея работы заключается в оценке и прогнозировании надежности электрооборудования водонасосной станции по эксплуатационному показателю (наработке на отказ) и разработке плана проведения технического обслуживания электрооборудования.
Целью работы является сокращение количества отказов систем электроснабжения и электрооборудования насосных станций путем периодичности ТО при заданном уровне надежности в реально изменяющихся условиях эксплуатации и сохранения изоляции распределительных устройств.
Для достижения этой цели в работе были поставлены следующие задачи:
- рассмотреть технологические особенности работы насосных
станций с учетом Q - Н характеристик и определить требования, предъ
являемые к электрооборудованию насосных станций;
исследовать поток отказов изоляции присоединений РУ 0,4 кВ узла нагрузки с электрическими двигателями;
рассчитать минимальную допустимую кратность повышения внутренних напряжений переходных процессов на изоляции различных элементов присоединения РУ- 0,4 кВ;
оценить и спрогнозировать надежность электрооборудования водонасосной станции по эксплуатационному показателю (наработке на отказ) и разработать план проведения технического обслуживания электрооборудования;
разработать вероятностную математическую модель для оценки состояния электротехнического оборудования и провести экспериментальные исследования для определения эффективности предлагаемых решений.
Методы исследования. В основу теоретических исследований положен математический аппарат с применением методов теории вероятностей и теории надежности. Использованы аналитические и численные методы решения нелинейных (трансцендентных) уравнений, теории
случайных процессов, теории алгоритмов, теории массового обслуживания, методы математического регулирования процессов изменения надежности ЭО. Для обработки и анализа экспериментальных данных использовались методы математической статистики и планирования эксперимента.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
выбранными методами исследований и средствами измерений. Общепринятыми уровнями допущений при математическом описании явлений; обоснованностью исходных посылок, вытекающих из фундаментальных законов естественных наук; достаточным объемом выполненных исследований, позволившим определить удовлетворительное совпадение результатов теоретических исследований с результатами экспериментов практической реализацией основных выводов и рекомендаций. Достоверность результатов теоретических исследований проверялась в сравнении с результатами натурных экспериментов в ходе практических испытаний электротехнического оборудования в реальных условиях.
На защиту выносятся:
модель надёжности РУ 0,4 кВ
вероятностно-диагностическая модель прогнозирования технического состояния электротехнического оборудования
экспериментальные результаты, подтверждающие теоретические исследования надёжности электрооборудования.
Научная новизна работы:
обоснован процесс функционирования электрической сети, питающей энергетические объекты, включающие водонасосные станции;
предложена методика определения вероятности безотказной работы присоединений РУ узлов нагрузок насосных установок путём корректировки межпрофилактического времени с предварительным диагностированием систем электроснабжения и электрооборудования;
доказано, что закон распределения времени безотказной работы электрооборудования водонасосных станций приближается к экспоненциальному закону по мере износа оборудования;
получены зависимости вероятности безотказной работы от времени наработки на отказ при различных сроках диагностирования, которые позволяют уточнить периодичность ТО.
Практическая ценность работы заключается в:
- повышении надёжности и безаварийном сроке службы, увели-
чении межремонтного периода эксплуатации электрооборудования системы электроснабжения и коммутационной аппаратуры;
разработке алгоритма диагностирования, который позволяет при существующей системе технического обслуживания выбирать оптимальные сроки диагностирования в зависимости от заданного уровня надёжности для каждого вида электрооборудования;
применении разработанной модели для оценки надёжности, на основе которой можно определять техническое состояние электрооборудования при эксплуатации.
Реализация результатов исследований.
Полученные научные положения и выводы внедрены в ОПКТБ СибНИПТИЖа СО РАСХН и в системе водоснабжения г.Куйбышева Новосибирской области (СХТ «Куйбышевский»).
Результаты работы используются в учебном процессе Новосибирского государственного аграрного университета для специальности 110302 – «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» при чтении курса «Электроснабжение».
Апробация. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований обсуждены и одобрены на следующих научно-технических конференциях:
– 2-й международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» - г. Тобольск, НГАВТ, 8 – 11 сентября 2004г.
– XLIV-й международной научно-технической конференции «Достижения науки – агропромышленному производству» - г. Челябинск, ЧГАУ, 2005.
– V-й международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» - г. Москва, ГНУ ВИЭСХ, 2006.
– заседаниях научно-технических семинаров кафедры «Электроэнергетические системы и электротехника» Новосибирской государственной академии водного транспорта (2008-2009г.г.) и кафедры «Электропривода и автоматизации промышленных установок Новосибирского государственного технического университета (2004-2009 г.г.).
Личный вклад. Постановка задач исследования, выбор способов их решения, экспериментальные исследования, полученные научные результаты и выводы принадлежат автору.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ общим объемом 3 печатных листа, в том числе две в периодиче-6
ском издании по перечню ВАК. Личный вклад в работах, опубликованных в соавторстве, составляет не менее 50%.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Изложена на 161 странице машинописного текста, содержащего 33 рисунка и 18 таблиц, а также список используемой литературы из 104 наименований и 3 приложения.
