авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Развитие методов оценки технического состояния электродвигателей газоперекачивающих агрегатов

На правах рукописи

Бабичев Сергей Александрович РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2012

Работа выполнена на кафедре «Электроэнергетика и электроснабже ние» ФГБО УВПО «Нижегородский государственный технический уни верситет им. Р.Е. Алексеева».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Папков Борис Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Серебряков Александр Сергеевич кандидат технических наук, Петрухин Андрей Алексеевич

Ведущая организация: ФГАОУ ДПО «Петербургский энергетический институт повышения квалификации» (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится 23 марта 2012 года в 14.00 часов в аудитории 1258 на заседании диссертационного совета Д 212.165.02 при ФГБО УВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.

Алексеева (603950, ГСП-41, г. Нижний Новгород, ул. Минина, д.24) Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью ор ганизации просим направлять по адресу: 603950, ГСП-41, г. Нижний Нов город, ул. Минина, 24, НГТУ им. Р.Е. Алексеева, ученому секретарю дис сертационного совета Д 212.165.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБО УВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.

Алексеева». Автореферат диссертации размещен на сайте:

http://www.nntu.ru/rus/aspir_doktor/avtoreferat Автореферат разослан «16» февраля 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент В.В. Соколов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В последнее время, после ряда круп ных техногенных аварий на опасных производственных объектах (ОПО), многочисленными нормативными документами установлены требования по оснащению их оборудования системами мониторинга для контроля со стояния, диагностирования и прогнозирования ресурса.

В соответствии с Федеральным законом РФ «О промышленной без опасности» компрессорные станции (КС) магистральных газопроводов (МГ) являются опасными производственными объектами. Большинство га зоперекачивающих агрегатов (ГПА), эксплуатируемых на КС ОАО «Газ пром», выработали нормативный срок эксплуатации или близки к этому. К оборудованию ОПО с истекшим нормативным сроком эксплуатации предъявляются особые требования по контролю технического состояния и продлению сроков безопасной эксплуатации.

В ОАО «Газпром» активно ведутся работы по созданию и внедрению систем мониторинга и прогнозированию технического состояния интегри рованных в системы автоматического управления (САУ) ГПА. Такие си стемы развиты для газотурбинных ГПА (ГГПА) и в меньшей степени для электроприводных ГПА (ЭГПА). Существующие системы мониторинга и прогнозирования технического состояния ЭГПА построены по тем же принципам (и, как правило, теми же разработчиками), что и системы для ГГПА. В них основной акцент делается на механические узлы и элементы ЭГПА, практически отсутствуют системы мониторинга и современные ме тоды оценки технического состояния приводных высоковольтных син хронных двигателей (ПВСД).

Отмеченные обстоятельства определяют актуальность темы, связан ной с развитием методов оценки показателей надёжности ЭГПА, совер шенствованием существующих и разработкой новых методов оценки их технического состояния с использованием независимых многокритериаль ных универсальных систем мониторинга. Актуальность работы подтвер ждается ее соответствием приоритетным направлениям развития науки и техники, а также основными положениям энергетической стратегии Рос сии на период до 2020 года, Программой повышения надежности работы и эффективности КС с ЭГПА и вопросами, связанными с проблемами разви тия энергетики ОАО «Газпром».

Обоснование соответствия диссертации паспорту научной спе циальности 05.09.03. – «Электротехнические комплексы и системы».

Диссертационная работа соответствует формуле специальности в части ис следования самостоятельных электротехнических комплексов, в качестве которых, рассматриваются мощные высоковольтные электродвигатели, требующие анализа, оценки и мониторинга показателей надёжности.

Отраженные в диссертации научные положения, соответствуют об ласти исследования специальности по п.4 – исследование работоспособно сти и качества функционирования электротехнических комплексов и си стем в различных режимах при разнообразных внешних воздействиях (глава 2) и п.5 – разработка безопасной и эффективной эксплуатации, элек тротехнических комплексов и систем (глава 3 и глава 4).

Степень разработанности проблемы. Решению проблемы исследо вания эксплуатационной надёжности и диагностики состояния электриче ских машин, посвящены работы Великого С.Н., Гольдберга О.Д., Кузнецо ва Н.Л., Кулаковского В.Б., Львова Ю.Н, Назарычева А.Н., Савельева В.А., Серебрякова А.С., Таджибаева А.И., Хренникова А.Ю., Хомутова О.И. и др. Отметим, что проблема оценки показателей надёжности и мониторинга состояния крупных высоковольтных электродвигателей, работающих в со ставе электротехнических комплексов, не решена и за рубежом. Исследо ваниям в этой области посвящены работы И. Кулберта, Г. Стоуна, Н. Тей лора, М. Шашеча и др.





Несмотря на большую актуальность, поставленные задачи решаются медленно, так как процессы деградации элементов крупных электрических машин достаточно сложно поддаются точному математическому описанию и зависят от многочисленных факторов. Кроме того, исследования надеж ности крупных электрических машин связаны с необходимостью проведе ния натурных испытаний (в том числе и разрушающих) на дорогостоящем действующем оборудовании.

Целью диссертационной работы, является развитие и разработка ме тодов оценки технического состояния ПВСД и оптимальной структуры си стемы мониторинга параметров его работы.

В соответствии с указанной целью необходимо решить следующие за дачи.

1. Выполнить обзор и критический анализ современных средств и ме тодов оперативной диагностики и мониторинга технического состояния электрических машин.

2. Произвести сбор, обработку и анализ исходных данных по аварийно сти ПВСД на КС ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород».

3. Исследовать режимы работы ПВСД, влияющие на ресурс изоляции, с оценкой диапазонов изменения основных эксплуатационных факторов и определить степень их корреляции с наработкой до отказа.

4. Разработать оптимальную структуру системы мониторинга режимов работы ПВСД, приводящих к ускоренному старению изоляции, алгоритм ее функционирования и компьютерную модель наработки до отказа.

Объект исследования - приводные высоковольтные синхронные электродвигатели ЭГПА напряжением 10кВ и мощностью 12500кВт.

Предмет исследования - эксплуатационная надежность высоко вольтных синхронных электродвигателей ЭГПА.

Методы исследования. Использован математический аппарат тео рии вероятностей и математической статистики, теории нечетких мно жеств, теории надежности, общей теории электрических машин и техники высоких напряжений. Экспериментальные исследования проводились на действующих электроприводных КС ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород».

Научная новизна.

1. Детально проанализирована совокупность эксплуатационных факто ров, влияющих на показатели надёжности ПВСД типа СТД-12500 исполь зуемых в ОАО «Газпром», что позволило выявить основные механизмы старения изоляции и оценить их корреляцию с наработкой до отказа.

2. Разработана универсальная автоматизированная система мониторин га основных рабочих параметров ПВСД с оригинальными архитектурой и алгоритмом, отличающаяся использованием модуля оценки текущего со стояния изоляции в режиме реального времени, позволяющая выявлять режимы ускоренного старения изоляции. Оригинальность системы под тверждена патентом РФ на полезную модель.

3. Предложен метод, позволяющий на основе теории нечетких мно жеств, прогнозировать наработку до отказа ПВСД при различных значени ях эксплуатационных факторов.

Практическая ценность.

1. Выявлены основные причины повреждений приводных электродви гателей ЭГПА на КС ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород».

2. Обнаружены и устранены недостатки эксплуатации электродвигате лей СТД-12500-2, что позволило внести изменения в схему измерения па раметров температурных режимов ПВСД.

3. Разработанная структурная схема, алгоритм и методика прогнозиро вания остаточного ресурса изоляции ПВСД подготовлены для промыш ленной реализации системы мониторинга с функцией прогнозирования в составе САУ ЭГПА для КС ОАО «Газпром».

4. Реализация мероприятий по совершенствованию методов оценки технического состояния электродвигателей на КС ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород», привела к замене на одном из ЭГПА капитального ре монта ПВСД текущим и сокращению времени простоя более чем в 10 раз.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при разработке и внедрении автоматизированных систем мониторинга и управления ЭГПА для КС «Сеченовская» и КС «Починковская» ООО «Га зпром трансгаз Нижний Новгород». Теоретические результаты диссерта ционной работы используются в учебном процессе кафедры «Электро энергетика и электроснабжение» Нижегородского государственного тех нического университета им. Р.Е. Алексеева в рамках курсов «Надежность электроснабжения» и «Современные проблемы электроэнергетики», а так же в процессе дипломного проектирования.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Систематизированные результаты статистических исследований не исправностей и отказов элементов оборудования ЭГПА с объективным анализом причин аварий и возможностей повышения ресурса.

2. Оценки статистических закономерностей влияния основных эксплу атационных факторов на наработку до отказа изоляции ПВСД.

3. Структура и алгоритм системы мониторинга, позволяющие предот вращать режимы работы ПВСД, приводящие к ускоренному износу изоля ции.

4. Методика разработки нечеткой модели прогнозирования наработки до отказа ПВСД в зависимости от значений основных эксплуатационных факторов.

Апробация результатов работы. Основные положения, результаты, выводы и рекомендации диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительные отзывы на всероссийских и международных научно-технических конференциях: VII-й Всероссийской конференции «Новые технологии в газовой промышленности», МГУНГ им. И.М. Губки на, Москва, 2007;

XVIII-й Всероссийской научно-технической конферен ции с международным участием «Неразрушающий контроль и техническая диагностика», НГТУ им. Р.Е. Алексеева, Н. Новгород, 2008;

Международ ных научно-технических конференциях «Состояние и перспективы разви тия электротехнологии» (XV и XVI Бенардосовских чтениях), ИГЭУ, Ива ново, 2009, 2011 гг.;

Международных научно-технические конференциях «Информационные системы и технологии», НГТУ им. Р.Е. Алексеева, Н.

Новгород, 2009, 2010 гг.;

82-м и 83-м заседаниях международного научно го семинара им. Ю.Н. Руденко «Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики» (Ялта 2010 г., Решма 2011 г.);

ре гиональных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы электроэнергетики», НГТУ им. Р.Е. Алексеева, Н. Новгород (2007, гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 работ, включая 7 статей в периодических журналах, рекомендованных ВАК, 2 па тента на полезные модели и коллективная монография. Две работы опуб ликованы в зарубежных научно-технических журналах.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и 7 приложений. Объем диссертации составляет 140 страниц основного тек ста, включая 48 рисунков и список использованных источников из наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена общая характеристика работы, показана ее актуальность, сформулированы цели и задачи исследования, научная но визна и практическая значимость, связанная с совершенствованием мето дов оценки технического состояния ПЭВД, что позволяет снизить затраты на ремонт статора, как одного из наиболее важных и дорогостоящих эле ментов ЭГПА, а также сократить время ремонта.

В первой главе приведена общая структура Единой системы газо снабжения России и изложены основные принципы процесса транспорта природного газа по магистральным трубопроводам большого диаметра на большие расстояния. Показано, что для обеспечения заданной производи тельности газопровода требуются мощности десятки и даже сотни МВт.

Для обеспечения столь значительных мощностей на КС ОАО «Газ пром» используются ГПА различных типов и единичной мощности. Про веден анализ ГПА используемых на КС.

Всего на КС ОАО «Газпром» эксплуатируются 725 ЭГПА разных типов. Из них 338 ЭГПА наиболее распространенного типа СТД-12,5 с приводом от высоковольтного синхронного электродвигателя типа СТД 12500-2(10). ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород» является третьим по объемам транспортируемого газа и единственным в системе ОАО «Газ пром» газотранспортным предприятием, в котором доля ЭГПА, участву ющих в транспорте газа, составляет более 50%. Парк электроприводных газоперекачивающих агрегатов ООО «Газпром трансгаз Нижний Новго род» составляет 130 шт.

Более 70% парка ГПА ОАО «Газпром» имеет срок службы свыше лет, а отдельные агрегаты находятся в эксплуатации более 30 лет и полно стью выработали свой ресурс. Учитывая, что объекты магистральных га зопроводов, в том числе и КС, относятся к ОПО, диагностика и контроль технического состояния установленного оборудования является одной из важнейших задач обеспечения надежной и безопасной эксплуатации по добных объектов.

Анализ современных систем, приборов и методов диагностики ГПА ОАО «Газпром» показал, что подсистемы диагностики и мониторинга тех нического состояния для ГГПА, встроенные в САУ, получают в последнее время соответствующее развитие, чего нельзя сказать о ЭГПА. Такая ситу ация, прежде всего, связана с отсутствием активных исследований в обла сти надежности ПЭВД в условиях действующих КС, а также со сложно стью объективной оценки технического состояния высоковольтной изоля ции их статорных обмоток.

Современные методы диагностики и мониторинга технического со стояния электрических машин, проанализированные в диссертации, имеют те или иные особенности, не позволяющие в полной мере использовать их для ПЭВД.

Во второй главе приведены результаты анализа надежности ЭГПА как сложной технической системы, в которой отказ основных элементов, как правило, приводит к аварийному или вынужденному останову агрега та. Анализ и классификация отказов различных систем ЭГПА (механиче ских, гидравлических, электрических, электронных и микропроцессорных) показал, что они значительно отличаются по экономическим последствиям и степени риска для производственного процесса и обслуживающего пер сонала.

Установлено, что к наиболее существенным последствиям приводит пробой изоляции статора ПЭВД типа СТД-12500-2. В связи с высокой сто имостью и отсутствием возможности заранее запланировать ремонт стато ра, простой ЭГПА может превышать 8760 час./год.

Для выявления наиболее характерных причин пробоев изоляции, проанализированы материалы актов расследования аварий ПЭВД на шести КС ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород» с 1985 по 2010 год. Полу ченные данные классифицированы по режимам работы электродвигателя, виду, месту и характеру повреждений. Классификация причин отказов изоляции статоров ПЭВД приведена на рис. 1.

Рис. 1. Классификация причин отказов статоров ПЭВД Распределение наработки изоляции ПВСД до отказа, представлено диаграммой на рис. 2. При её построении использованы только данные об отказах, связанных с электрическим пробоем изоляции. Анализ гисто граммы на рис. 2, позволяет выдвинуть гипотезу об экспоненциальном за коне распределения отказов.

Количество отказов, шт.

0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80- Наработка изоляции до отказа, тыс.час.

Рис 2. Диаграмма частоты отказов изоляции статоров ПЭВД Для определения числовых характеристик надежности выполнена статистическая обработка результатов полученной классификации и реше ны следующие задачи: 1) определен вид функции плотности распределе ния;

2) вычислены параметры полученного распределения;

3) с помощью критерия согласия установлена степень совпадения эмпирического с пред полагаемым теоретическим распределением.

В результате расчета, для доверительной вероятности = 0,95 и числа степеней свободы = 2, получено значение =7,0573. Расчет ное значение расч. табл.=14,1 и гипотеза об экспоненциальном распре делении наработки на отказ электродвигателей ЭГПА не отвергается.

Для выявления причин отказов изоляции проанализированы режимы работы ПЭВД, которые в соответствии с проведенными исследованиями и результатами исследований других авторов, влияют на их возникновение.

Это температурные режимы, воздействие питающего напряжения в номи нальных и переходных режимах, механические нагрузки на обмотку стато ра ПЭВД и соответственно ее изоляцию.

Установлено, что основным фактором деградации изоляции обмотки статора является ее температура. Измерения распределения температуры вдоль сердечника статора ПЭВД, выполненные на работающих ЭГПА по казали, что средняя точка сердечника имеет температуру на 54,7% выше, чем крайние точки. По статистическим данным, около 90% всех пробоев изоляции статора происходит именно в этой, наиболее нагретой части сер дечника.

В результате проведенных исследований, получены статистические данные о наиболее характерных диапазонах изменения температуры об мотки, охлаждающего воздуха и кратности перенапряжений в различных режимах.

Ре су рс изол я ции,% 50 60 70 80 90 100 120 Средняя годовая температура изоляции, С° Рис. 3. Зависимость ресурса изоляции статора ПЭВД от среднегодовой температуры обмотки На рис. 3 приведена зависимость сработки ресурса изоляции ПВСД от среднегодовой температуры, полученная на основе уравнения Вант Гофа-Аррениуса:

=, (1) где T0 – средний срок службы изоляции;

– среднегодовая температура изоляции, К;

В = 0,99 10 К, для микалентной изоляции G=14,33.

Поскольку в ходе проведения исследований установлено, что отказы изоляции чаще происходят на электродвигателях имеющих более высокую среднегодовую температуру обмотки, (1) скорректировано с учетом стати стического распределения среднегодовых температур обмоток статоров ПЭВД на различных КС и распределения их средней наработки на отказ.

Моделирование перенапряжений, возникающих в сети 10кВ в раз личных режимах и воздействующих на изоляцию электродвигателей, вы полнено с использованием специализированного программного обеспече ния NRAST. Кратности перенапряжений, полученные в результате моде лирования различных режимов, приведены в таблице 1.

Установленные диапазоны кратностей перенапряжений, воздейству ющих на изоляцию ПВСД и статистические данные о частоте их возникно вения, позволили построить зависимость количества перенапряжений от их кратности в электрических сетях 10кВ КС (рис. 4).

Воздействие температуры и перенапряжений, являются факторами постепенного накопления дефектов изоляции и не приводят к быстрому ухудшению параметров ее технического состояния. Эти факторы можно использовать для прогноза изменения состояния изоляции, однако для по вышения достоверности прогнозирования необходима информация о ее текущем состоянии.

Таблица Кратности перенапряжений возникающих в сети 10кВ питающей ПВСД № Кратность пере Вид возмущения Примечания п/п напряжений Дуговое однофазное замыкание 20% пробоев изоляции элек 1 на землю в питающей сети 4,0 тродвигателей, связано с 10кВ этим режимом Включение электродвигателя Режим возможен на 70% 2 при неодновременном замыка- 2,7 электродвигателей имеющих нии контактов выключателя выключатели типа ВМПЭ- Включение электродвигателя В связи с запретом пуска при при неодновременном замыка наличии замыкания в сети, 3 нии контактов выключателя и 3, режим практически исклю наличии однофазного замыка чен.

ния на землю в сети 10кВ Из-за значительной емкости Отключение электродвигателя в 4 - КЛ-10кВ перенапряжения нормальном режиме исключены.

По статистике, каждый чет Отключение выпавшего из син 5 4,5 вертый электродвигатель 1- хронизма электродвигателя раза в год имеет такой режим Для определения текущего технического состояния изоляции ПЭВД, использованы приборы TGA-B фирмы IRIS POWER (Канада), позволяю щие в режиме реального времени проводить измерение уровня, интенсив ности и фазового распределения частичных разрядов (ЧР) в каждой фазе электродвигателя.

12, 10, Количество, 1/год 8, 6, 4, 2, 0, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 4, 4, Кратность перенапряжений, КU Рис. 4. Распределение кратности перенапряжений в сети 10кВ КС В третьей главе приведено описание алгоритма оперативного мони торинга основных параметров ПЭВД, разработанного на основе изучения взаимодействия и влияния основных эксплуатационных факторов на ре сурс изоляции статора. Использование системы мониторинга на основе разработанного алгоритма, позволяет выявлять режимы работы и неис правности ПЭВД, не являющиеся аварийными, однако приводящие к уско ренному старению изоляции.

Для разработки методики прогнозирования ресурса и отказов изоля ции электрических машин, как правило, используются принципы теории планирования эксперимента. Такие методы хорошо подходят для электри ческих машин малой и средней мощности, для которых возможно прове дение натурных экспериментов в лабораторных условиях и точный расчет коэффициентов полинома, устанавливающего взаимосвязь входных и вы ходных переменных модели изоляции.

Поскольку точно установить подобную зависимость ресурса изоля ции ПЭВД от эксплуатационных факторов в условиях реальной эксплуата ции практически невозможно, для прогнозирования остаточного ресурса предложено использовать метод на основе теории нечетких множеств.

Основным исходным положением разработанного метода является предположение, что интенсивность сработки ресурса изоляции электро двигателя зависит от интенсивности воздействия на нее наиболее харак терных эксплуатационных факторов, а остаточный ресурс Rост.из, является результатом разности множеств возможных значений среднего ресурса и возможных значений основных эксплуатационных факторов:

( ост.из. ) = ( ср. ) ( ( ) ( ) ( )), (2) где ( ср. ) – математическое ожидание среднего ресурса;

( ) – матема тическое ожидание значений температуры;

( ) – математическое ожи дание значений напряжения;

( ) – математическое ожидание значений механических нагрузок.

Очевидно, что если значения перечисленных эксплуатационных фак торов стремятся к максимальным значениям, интенсивность сработки ре сурса также максимальна.

В связи со сложностью количественного учета влияния механиче ских, термомеханических нагрузок и электрических полей на процесс ста рения изоляции, эти факторы в модели заменены одним общим показате лем состояния изоляции – уровнем частичных разрядов Qm.

Использование теории нечетких множеств предполагает наличие функций принадлежности, которыми описываются лингвистические термы каждой из входной и выходной переменных нечеткой модели. Эта задача решена с использованием статистических зависимостей, полученных во второй главе и метода парных сравнений Саати. Для каждой пары элемен тов универсального множества эксперт оценивает преимущество одного элемента над другим, по отношению к свойству нечеткого множества.

Парные сравнения представляются матрицей:

… … … =…, (3) … … над (, = 1, ) определяе где – уровень преимущества элемента мый по девятибалльной шкале Саати.

1 – если преимущество элемента над элементом отсутствует;

3 – если преимущество над слабое;

5 – если преимущество над существенное;

7 – если преимущество над явное;

9 – если преимущество над абсолютное;

2,4,6,8 – промежуточные сравнительные оценки:

2 – почти слабое преимущество, 4 – почти существенное преимущество, 6 – почти явное преимущество и 8 – почти абсолютное преимущество.

При разработке функций принадлежности эксплуатационных факто ров, воздействующих на изоляцию ПЭВД, - уровень преимущества од ного из значений исследуемого фактора над другим. Матрица парных сравнений является диагональной ( = 1, = 1, ) и обратно симметрич ной ( = 1,, = 1, ). Степени принадлежности принимаются, = равными соответствующим координатам собственного вектора (,, …, ) матрицы парных сравнений А: ( ) =, = 1,.

Собственный вектор находится из следующей системы уравнений:

= (4) + + + = 1, – максимальное собственное значение матрицы A.

где Парные сравнения, для составления расчетной матрицы входной пе ременной «уровень ЧР» по терму «высокий» ( ), представлены в табли це 2.

Таблица Парные сравнения элементов входной переменной «уровень ЧР» Qm, мВ 29 74 181 382 563 1 1/2 1/4 1/5 1/7 1/ 2 1 1/3 1/5 1/6 1/ 4 3 1 1/3 1/5 1/ 5 5 3 1 1/2 1/ 7 6 5 2 1 1/ 9 8 7 6 4 Для получения функции принадлежности лингвистической перемен ной «уровень ЧР» по терму «высокий», используя математический пакет Matcad, определены координаты собственного вектора ( ):

= (,, …, ) матрицы парных сравнений 11111 6. 1 0.02 1.626i 2457 2 0.02 1.626i 8 eigenvals ( Q( H) ) 356 0. 0.187 0.082i 11 4 35 Q( H) 0.187 0.082i 5 531 2 (5) 7 4 0. 9 0. 0. eigenvec ( Q( H) 6.421) 0. 0. 0.882.

( ) – рассчитывает вектор собственных зна где, оператор чений для квадратной матрицы ( ) (часть координат вектора в ком плексной форме).

( ( ), 6.421) – рассчитыва = 6,421.

Следовательно, ет нормализованный собственный вектор матрицы Q(H), отвечающий соб ственному значению.

Искомый собственный вектор ( ( )), удовлетворяющий системе (4), определяется как:

0. 0. 0. eigenvec ( Q( H) 6.421) ( ( )= (6) 0. eigenvec ( Q( H) 6.421) 0. 0.507.

Нечеткое множество получилось субнормальным. Для его нормали зации необходимо разделить все степени принадлежности на максималь ( ) =0,507. Результаты расчетов ное значение координаты вектора функции принадлежности «уровень ЧР» по терму «высокий» сведены в таблицу 3.

Таблица Результаты расчета функции принадлежности «уровень ЧР» Q(H), мВ 29 74 181 382 563 Q(H) субнормальное 0,0280 0,0380 0,0720 0,1360 0,2180 0, Q(H) нормализованное 0,0552 0,0750 0,1420 0,2682 0,4300 1, Аналогичным образом рассчитаны термы «средний» и «низкий» входной переменной «уровень ЧР», а также координаты функций принад лежности еще двух входных переменных - «температура изоляции», «кратность перенапряжений» и одной выходной переменной - «наработка до отказа». Параметры расчетных функций принадлежности использованы в компьютерной модели «Прогнозирование отказов изоляции электродви гателей ЭГПА» в программном продукте MATLAB 7.11 с пакетом расши рения Fuzzy Toolbox.

Для создания модели прогнозирования с тремя входными и одной выходной переменной, содержащих по три терма каждая, разработана не четкая база знаний, включающая 27 правил с соответствующими весовыми коэффициентами.

На основе проведенных исследований разработана общая структура системы мониторинга основных параметров работы ПЭВД, оригиналь ность, которой, подтверждена патентом РФ на полезную модель.

В четвертой главе приведены результаты внедрения предложений, позволяющие в режиме реального времени контролировать текущее состо яние изоляции ПЭВД по характеристикам ЧР. На рис.5 приведен сравни тельный анализ измерения уровня ЧР выполненного на семи ЭГПА двух КС.

Рис. 5. Результаты измерений уровней ЧР на электродвигателях ЭГПА Очевидно, что ЭГПА №4 КЦ г/п «Уренгой-Центр-2» КС «Починков ская» имел наихудшие характеристики и на нем был выполнен внеочеред ной ремонт по фактическому состоянию, что исключило длительный ава рийный простой ЭГПА. Кроме того, капитальный ремонт ПВСД, был за менен текущим, что позволило снизить затраты на 2,5 млн. руб.

На основе методики прогнозирования разработанной в третьей главе, в системе MATLAB 7.11, создана модель прогнозирования отказов изоля ции ПЭВД, позволяющая вычислять значение наработки до отказа, при различных значениях наиболее характерных эксплуатационных факторов.

Выполнена экономическая оценка последствий отказов ПЭВД при выходе из строя обмотки статора. Установлено, что основной составляю щей ущерба является повышение вероятности срыва планового задания КЦ при длительном нахождении в ремонте ЭГПА.

В случае внезапного выхода из строя статора ПЭВД и выведенным в ремонт по другим причинам еще одного или нескольких ЭГПА, возникает вероятность срыва планового задания по транспорту газа. Вероятность вы полнения планового задания по перекачке природного газа КЦ может быть определена из уравнения состояний (уравнение теории гибели и размно жения) при числе ремонтных бригад С=1:

М =, (7) вз ( ) ( ) где = - параметр надежности;

– интенсивность отказов, – интен сивность восстановления;

N – количество резервных агрегатов в КЦ;

M количество работающих агрегатов.

В результате расчетов установлено, что для КЦ с семью ЭГПА (че тыре в работе, два в резерве и один в плановом ремонте), вероятность сры ва выполнения планового задания по перекачке газа при внезапном ава рийном отказе и длительном простое ЭГПА из-за повреждения изоляции статора ПЭВД, нпз = 0,15. Вероятностный ущерб в этом случае Унпз =45,2 млн.руб./год. Внедрение разработанных мероприятий по мони торингу технического состояния ПЭВД позволяет сократить время простоя ЭГПА в среднем до 2160 час./год. При этом вероятность срыва планового задания, составит нпз = 0,08, что приводит к снижению ожидаемого ущерба в 1,9 раза (Унпз = 24 млн.руб./год).

Внедрение разработанных методов мониторинга технического состо яния позволяет в среднем в 4 раза сократить время нахождения ЭГПА в ремонте и на 30-50% затраты на капитальный ремонт ПВСД.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. В диссертационной работе решена важная научно-техническая за дача - обеспечение эксплуатационной надежности и повышение уровня эксплуатации ЭГПА на КС ОАО «Газпром».

2. В результате проведенных измерений на действующих ЭГПА и статистического анализа данных повреждаемости статоров ПЭВД, доказа но, что главной причиной ускоренного износа и выхода из строя их изоля ции является повышенная температура обмотки.

3. Путем аналитических расчетов и компьютерного моделирования получены расчетные кратности перенапряжений возникающих в сетях 10кВ компрессорных станций, на которых проводились исследования, в различных режимах работы ПЭВД.

4. Разработана структура и алгоритм системы мониторинга режимов работы ПЭВД, позволяющие выявлять режимы, приводящие к ускоренно му износу изоляции обмотки статора.

5. Разработана методика создания нечеткой модели прогнозирования наработки до отказа электродвигателей ЭГПА-12,5, которую рекомендует ся использовать для прогнозирования наработки на отказ электродвигате лей различной мощности, по наиболее характерным для их режимов рабо ты параметрам.

6. Разработана оригинальная компьютерная модель «Прогнозирова ние наработки до отказа изоляции электродвигателя ЭГПА-12,5» на базе стандартного пакета компьютерной математики MATLAB 7.11, позволя ющая оценивать наработку до отказа изоляции статора в зависимости от изменения основных эксплуатационных факторов.

7. На восьми ЭГПА КС ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород» внедрены приборы TGA-B (IRIS POWER) измерения параметров частич ных разрядов в изоляции обмоток статоров в режиме реального времени, создана система мониторинга, обеспечивающая контроль износа изоляции и позволяющая выполнять ремонт ПЭВД по фактическому состоянию.

8. Результаты проведенных исследований учтены при составлении рабочих инструкций по эксплуатации ЭГПА-12,5 для персонала электро приводных КС ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород».

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ Научные работы, опубликованные в изданиях, рекомендуемых ВАК:

1. Бабичев, С.А. Анализ повреждаемости синхронных двигателей электроприводных газоперекачивающих агрегатов / С.А. Бабичев, Б.В.

Папков // Известия ВУЗов «Электромеханика» Спецвыпуск «Электро снабжение», 2007. С. 88 – 89.

2. Бабичев, С.А. Комплексный анализ условий эксплуатации изоля ции обмоток статоров электродвигателей газоперекачивающих агрегатов / С.А. Бабичев // Вестник ИГЭУ - 2009. Выпуск 2. – С.102 – 109.

3. Бабичев, С.А. Автоматизированная система оперативного монито ринга приводных двигателей газоперекачивающих агрегатов / С.А. Баби чев, П.А. Захаров, О.В. Крюков // Автоматизация в промышленности, 2009.

- №6. С.3 – 6.

4. Бабичев, С.А. Мониторинг технического состояния приводных электродвигателей газоперекачивающих агрегатов / С.А. Бабичев, П.А. За харов, О.В. Крюков // Контроль. Диагностика, 2009. - №7. – С.33 – 39.

5. Бабичев, С.А. Анализ технического состояния и безопасности электроприводных газоперекачивающих агрегатов /С.А. Бабичев, Е.В.

Бычков, О.В. Крюков // Электротехника, 2010. - № 9.С. 30 – 36.

6. Бабичев, С.А. Автоматизированная система безопасности электро приводных газоперекачивающих агрегатов / С.А. Бабичев, О.В. Крюков, В.Г. Титов // Электротехника, 2010. - №12. С.24 – 31.

7. Рубцова, И.Е. Управление и мониторинг электроприводов ком прессорных станций в условиях стохастических возмущений / И.Е. Рубцо ва, С.А. Бабичев, Б.В. Папков, О.В. Крюков // Известия Тульского государ ственного университета. Технические науки, 2010. - Вып. 3, ч. II. С. 209 – 215.

Научные работы, опубликованные в иностранных научно технических журналах:

8. Babichev, S.A. Analysis of Technical Condition and Safety of Gas Pumping Units / S.A. Babichev, E.V. Bychkov, O.V. Kryukov // Russian Elec trical Engineering, 2010. - vol.81,No 9, pp.489-494.

9. Babichev, S.A. Automated Monitoring System for Drive Motors of Gas-Compressor Units / S.A. Babichev, P.A. Zakharov, O.V. Kryukov //Automation and Remote Control, 2011. - vol.72,No1, pp.175-180.

Патенты на полезные модели:

10. Устройство для контроля изоляции электродвигателя // Патент №91631 на ПМ / Киянов Н.В., Крюков О.В., Захаров П.А., Бабичев С.А., Сыса А.Ю. Приоритет от 05.10.2009. БИ №5, 2010.

11. Устройство лингвистического диагностирования отказов асин хронного электропривода // Патент №91636 на ПМ / Киянов Н.В., Крюков О.В., Захаров П.А., Бабичев С.А., Сыса А.Ю. Приоритет от 05.10.2009. БИ №5, 2010.

Работы, опубликованные в сборниках научных трудов международ ных и российских конференций:

12. Бабичев, С.А. Разработка стационарной системы мониторинга технического состояния электроприводных газоперекачивающих агрегатов / С.А. Бабичев, А.Ю. Мамонов // Тезисы докладов VII-й Всероссийской конференции «Новые технологии в газовой промышленности», МГУНГ им. И.М. Губкина, Москва, 2007. – С.9.

13. Бабичев, С.А. Надёжность приводных электродвигателей газопе рекачивающих агрегатов / С.А. Бабичев, Б.В. Папков // Тезисы XVIII ВНТК «Неразрушающий контроль и техническая диагностика».– НГТУ:

Машиностроение, 2008.– С.128 – 129.

14. Бабичев, С.А. Лингвистические алгоритмы прогнозирования тех нического состояния электроприводных газоперекачивающих агрегатов / С.А. Бабичев, О.В. Крюков // Материалы III МНТК «Информационные си стемы и технологии» (ИСТ-09), Н. Новгород, НГТУ, 2009. – С. 159 – 160.

15. Бабичев, С.А. Опыт разработки интеллектуальных систем мони торинга электроприводов большой мощности./ С.А. Бабичев, О.В. Крюков, Б.В. Папков// В сб. Интеллектуальные системы: труды девятого междуна родного симпозиума. – М.: РУСАКИ, 2010. С. 688 – 692.

16. Бабичев, С.А. Опыт разработки системы мониторинга техниче ского состояния электродвигателей газоперекачивающих агрегатов / С.А.

Бабичев, Б.В. Папков // Методические вопросы исследования надежности либерализованных систем энергетики: Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2011.

Вып. 61. – с. 111 – 119.

17. Бабичев, С.А. Методы оценки состояния изоляции статоров ЭГ ПА / С.А. Бабичев, Б.В. Папков// Сб. научных трудов международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XVI Бенардосовские чтения), т.1. ИГЭУ, 2011. – С.213-216.

Прочие работы.

18. Бабичев, С.А. Анализ повреждаемости синхронных двигателей ГПА на КС ООО «Газпром трансгаз Нижний Новгород» // Энергосбереже ние и автоматизация электрооборудования компрессорных станций: кол лективная монография. Под ред. О.В. Крюкова / Н.Новгород, 2010. С. – 146.

19. Папков, Б.В. Методика прогнозирования технического состояния электродвигателей газоперекачивающих компрессорных станций / Б.В.

Папков, С.А. Бабичев// Энергоэксперт. 2011. - №5(28). С.84 – 88.

Личный вклад соискателя. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит сбор исходных данных и их обработка [1,4,5,13,17], выполнение статистических расчетов [13,17], разработка ал горитма мониторинга параметров электродвигателей ЭГПА и общей структуры системы [14,15,16], разработка методики и создание компью терной модели [3,12,15], выводы и рекомендации [1, 3 – 7, 12 – 18,19].

Подписано в печать 13.02.2012 Формат 60х84 1/16 Бумага офсетная Печать офсетная Уч.-изд. л. 1,0 Тираж 100 экз.

Заказ 92.

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева Типография НГТУ. 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, д. 24.



 



Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

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.