WWW.DISS.SELUK.RU

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

 

«ИСАКОВ Роман Романович Обоснование методИКИ оЦЕНКИ УСЛОВИЙ ТРУДА ГОРНОРАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТНОГО КОМПЛЕКСА ШАХТ И КАРЬЕРОВ СЕВЕРА Специальность 05.26.01 – Охрана труда (в горной промышленности) А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2009 Работа выполнена в государственном...»





Разработка частотного метода о беспече ния безопасно й эксплуатации электропривод ов машинных агрегатов нефтегазовых производств

На правах рукописи

ЗАВАРИХИН ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ЧАСТОТНОГО МЕТОДА ОбеспечеНИЯ безопасноЙ эксплуатации ЭЛЕКТРОПРИВОДов МАШИННЫХ агрегатОВ нефтегазовых производств

Специальность 05.26.03 – «Пожарная и промышленная безопасность»

(нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа – 2009

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете.

Научный руководитель доктор технических наук

Баширов Мусса Гумерович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ураксеев Марат Абдуллович;

доктор технических наук, профессор

Абдуллин Рафиль Сайфуллович.

Ведущая организация ООО «НТЦ Промбезопасность-Оренбург»,

(г. Оренбург).

Защита состоится « 29 » декабря 2009 года в 10-00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан « » ноября 2009 года.

Ученый секретарь совета Лягов А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Предприятия нефтегазовой отрасли характеризуются разнообразием технологических процессов с пожаровзрывоопасными производствами. Порядка 35% всего оборудования, используемого для ведения технологических процессов, составляют машинные агрегаты с электрическим приводом, которые расходуют более 70% всей потребляемой предприятием электрической энергии. Их работоспособность во многом определяет надежность всего технологического комплекса. Машинные агрегаты, с одной стороны, через электропривод взаимодействуют с системой электроснабжения промышленного предприятия, с другой стороны, через механическую часть, с технологическим процессом. Отказ любого элемента этой цепочки приводит к нарушению технологического процесса. Для определения технического состояния механической части разработаны и успешно применяются многочисленные методы диагностики, такие как вибрационный, тепловизионный, акустический, электромагнитный. Методы диагностики, применяемые для обеспечения необходимого уровня безопасности эксплуатации элементов электрической части машинных агрегатов – аппаратов управления электроприводом, кабелей, электродвигателей, в основном ориентированы на использование в системе планово-предупредительных ремонтов и испытаний. Эти методы не позволяют отслеживать развитие деградационных процессов в элементах электропривода машинных агрегатов в процессе эксплуатации.

Изоляция является наиболее ответственным и вместе с тем наиболее подверженным повреждениям элементом электрической части машинных агрегатов. В процессе эксплуатации электрическая изоляция подвергается воздействию электрических, механических и тепловых нагрузок, испытывает действие влаги, химически активных веществ, живых организмов, пыли и загрязнений, которые вызывают изменение свойств электрической изоляции и, как правило, ускоряют ее отказ. Неисправная изоляция способствует утечке электрического тока из электросистемы и не обеспечивает безопасную работу машинных агрегатов. Эффективность оценки состояния изоляции может быть обеспечена использованием интегральных критериев, полученных на основе анализа совокупности диагностических параметров. Исследования отечественных и зарубежных ученых показывают, что диагностические параметры, отражающие состояние изоляции, могут быть получены на основе анализа частотных характеристик контролируемых изделий.

Из всех элементов электропривода машинных агрегатов в наиболее тяжелых условиях эксплуатируются силовые кабели, соединяющие устройства управления с электрическими двигателями. Помимо электрических нагрузок на изоляцию кабелей машинных агрегатов нефтегазовых производств оказывают воздействие пожаровзрывоопасные и агрессивные среды, высокие перепады температур, вибрации и механические воздействия. Перечисленные факторы способствуют развитию деградационных процессов в изоляции, снижают уровень надежности машинных агрегатов в целом и делают неэффективными распространенные методы оценки технического состояния и прогнозирования ресурса изоляции. В настоящее время закономерности изменения свойств изоляции электропривода в зависимости от режимов работы и условий эксплуатации машинных агрегатов нефтегазовых производств исследованы недостаточно полно, результатом чего является отсутствие методов и средств, позволяющих обеспечить безопасность эксплуатации электропривода машинных агрегатов. В связи с этим проблема повышения эксплуатационной надежности машинных агрегатов нефтегазовых производств путем определения фактического уровня деградации диэлектрических свойств изоляции является актуальной.

Цель работы

Разработка метода обеспечения безопасности эксплуатации электроприводов машинных агрегатов нефтегазовых производств, основанного на определении уровня деградации диэлектрических свойств изоляции элементов электропривода путем анализа их частотных характеристик.





Задачи исследования

1 Анализ влияния состояния изоляции электропривода машинных агрегатов на безопасность технологических процессов предприятий нефтегазовой отрасли.

2 Исследование влияния условий эксплуатации и режимов работы машинных агрегатов на развитие процессов деградации диэлектрических свойств, показателей функционального назначения изоляции и выявление параметров, позволяющих идентифицировать состояние изоляции.

3 Исследование динамики изменения диагностических параметров в процессе деградации диэлектрических свойств изоляции электропривода машинных агрегатов, определение значений диагностических параметров, соответствующих предельному состоянию изоляции.

4 Разработка метода количественной оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции элементов электропривода машинных агрегатов нефтегазовых производств.

Научная новизна

1 Предложен частотный метод оценки состояния изоляции, с помощью которого установлены критические пределы эксплуатации кабеля электропривода машинного агрегата.

2 Получена математическая модель в операторной форме, позволяющая определить уровень деградации диэлектрических свойств изоляции элементов электропривода, на основании полученных данных определены значения параметров модели в пределах 20% от критического состоянию изоляции.

Практическая ценность

Разработанный частотный метод диагностики технического состояния изоляции кабелей машинных агрегатов, позволяющий количественно определить уровень её деградации, передан в ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» для дальнейшего использования при оценке текущего состояния изоляции и проведения неразрушающего контроля, а также используется в учебном процессе Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной научно-технической конференции «Проблемы нефтегазового дела» (г.Уфа, 2006 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (г. Уфа, 2007 г.); XI Межрегиональном конкурсе научных работ молодых учёных, аспирантов и студентов вузов Приволжского федерального округа «Безопасность жизнедеятельности» (г. Уфа, 2007 г.); Всероссийской студенческой научно-технической конференции «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов» (г. Тольятти, 2007 г.); III Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики» (г. Екатеринбург, 2007 г.); молодежной Международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань, 2007 г.); Международной научно-технической конференции «Энергетика - 2008: Инновации, решения, перспективы» (г. Казань, 2008 г.); научно-практическом семинаре «Энергосбережение на предприятиях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства» (г. Уфа, 2009 г.); Международной научно-технической конференции «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (г. Тольятти, 2009 г.).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 1 публикация в ведущем научном рецензируемом журнале, рекомендованных экспертным советом ВАК.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 143 наименований, изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и 7 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, сформулированы цель и основные задачи исследования.

В первой главе рассмотрены проблемы обеспечения безопасности технологических процессов на предприятиях нефтегазовой отрасли, проведен анализ аварийности из-за отказов машинных агрегатов, рассмотрены причины отказов, существующие методы оценки текущего технического состояния и прогнозирования ресурса безопасной эксплуатации машинных агрегатов. Безотказность электрического привода в значительной степени определяется состоянием изоляции элементов электропривода - устройств управления электроприводом, кабелей, электродвигателей.

Процесс деградации диэлектрических свойств изоляции в зависимости от вида воздействия можно условно разделить на электрическое, тепловое, механическое старение и увлажнение изоляции. Последствия деградации свойств изоляции могут быть устранены путем восстановительного ремонта, поэтому важнейшими задачами эксплуатационного персонала является определение уровня деградации диэлектрических свойств и своевременное принятие мер по предотвращению пробоя изоляции. Пробой изоляции приводит к отказу всего агрегата. В настоящее время для подержания диэлектрических свойств изоляции на требуемом уровне применяется система планово-предупредительного ремонта по времени наработки, которая не учитывает реальных условий эксплуатации. Условия эксплуатации машинных агрегатов неодинаковые, следовательно, неодинаково происходит и старение изоляции. Для того чтобы перейти от системы обслуживания по пробегу к альтернативной системе обслуживания по реальному техническому состоянию, нужны объективные оценки состояния изоляции. Методы контроля состояния изоляции подразделяются на неразрушающие и разрушающие методы контроля. В настоящее время наиболее распространенным способом получения сведений о состоянии изоляции является разрушающий метод испытания повышенным напряжением (в 4 - 6 раз превышающим номинальное). Такое испытание травмирует изоляцию - по статистическим данным, порядка 16% кабелей, испытанных повышенным напряжением, выходят из строя до истечения установленного срока следующего испытания. Кроме того, пробивное напряжение характеризует лишь кратковременную прочность изоляции и в ряде случаев она может быть достаточно высокой. Однако электрическая прочность при длительном воздействии напряжения оказывается недостаточной из-за ухудшившихся электрических характеристик изоляции. В частности, в процессе деградации изоляции увеличиваются диэлектрические потери, которые могут привести к тепловому пробою изоляции при длительном приложении напряжения.





Применяемые в настоящее время персоналом, эксплуатирующим машинные агрегаты с электрическим приводом, методы неразрушающего контроля состояния изоляции основаны в основном на измерении сопротивления с помощью мегаомметра. Из-за недостаточности уровня напряженности электрического поля измерение сопротивления изоляции позволяет выявить лишь грубые дефекты в изоляции.

Исследования физических процессов, протекающих в изоляции в переходных и установившихся режимах, проведенные в последние годы известными российскими и зарубежными учеными, такими как Холодный С.Д., Канискин В.А., Таджибаев А.Ю., Лебедев М.Г., Давыдов А.В., Образцов Ю.В., Крюгер Ф.Х. (Kreuger F.H.), Немет Е. (Nemeth E.) и научными коллективами Московского энергетического университета (технического университета), а также ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт кабельной промышленности», позволили установить наличие взаимосвязи между изменениями диэлектрических свойств и изменениями диагностических параметров изоляции. Последние исследования ученых показывают, что диагностические параметры, отражающие состояние изоляции, могут быть получены на основе анализа частотных характеристик контролируемых изделий, что может быть использовано для создания методов диагностики, не травмирующих изоляцию.

Из всех элементов электропривода машинных агрегатов в наиболее тяжелых условиях эксплуатируются силовые кабели, соединяющие устройства управления с электрическими двигателями. Устройства управления и электродвигатели, как правило, располагаются соответственно в распределительных пунктах и машинных залах, в которых созданы благоприятные для данного вида оборудования условия эксплуатации, уже на стадии их проектирования закладывается стойкость к возможным перегрузкам в различных режимах работы, разработаны и успешно используются методы и средства оценки их технического состояния. Кабели машинных агрегатов выбираются исходя из номинальных токов электродвигателей, при пусках и регулировании технологических параметров они подвергаются перегрузкам токами, превышающими номинальные токи в 5 – 7 раз. Помимо электрических нагрузок, на изоляцию кабелей машинных агрегатов нефтегазовых производств оказывают воздействие пожаровзрывоопасные и агрессивные среды, высокие перепады температур, вибрации, а также механические воздействия при проведении работ по ремонту и профилактическому обслуживанию агрегатов. Перечисленные факторы способствуют развитию деградационных процессов в изоляции, снижают уровень надежности машинных агрегатов в целом и делают неэффективными распространенные методы оценки технического состояния и прогнозирования ресурса изоляции оборудования, эксплуатируемого при постоянных значениях воздействующих факторов. В настоящее время закономерности протекания деградационных процессов в изоляции кабелей машинных агрегатов нефтегазовых производств исследованы недостаточно полно, результатом чего является отсутствие методов и средств, позволяющих определить фактический уровень деградации диэлектрических свойств и оценить остаточный ресурс безопасной эксплуатации изоляции кабелей машинных агрегатов. Одной из особенностей кабелей машинных агрегатов является то, что их длина обычно не превышает нескольких десятков метров, что позволяет применять для оценки состояния их изоляции специфические методы, малопригодные для диагностирования обычных силовых кабельных линий электрических сетей.

Наиболее ответственные машинные агрегаты нефтегазовых производств – насосы, компрессоры – имеют электропривод и, соответственно, кабели электропитания на напряжение 6-10 кВ. Порядка 80% силовых кабелей машинных агрегатов составляют кабели с бумажно-пропитанной изоляцией, значительная часть которых к настоящему времени физически и морально устарела. Массовая замена этих кабелей на современные кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена в условиях существующих экономических реалий является неразрешимой задачей. Единственным способом обеспечения безопасности эксплуатации электроприводов машинных агрегатов является применение методов и средств, позволяющих оценивать реальное техническое состояние силовых кабелей, и принятие превентивных мер по предупреждению их отказов.

Во второй главе рассмотрены электрофизические и механические свойства изоляционных материалов, применяемых в элементах электропривода машинных агрегатов нефтегазовых производств, их характеристики и параметры, причины и закономерности протекания деградационных процессов в изоляции, влияние на них конструктивных особенностей, способов монтажа, условий эксплуатации, окружающей среды. На рисунке 1 изображена структурная схема машинного агрегата, которая состоит из прямоугольников (звеньев), изображающих элементы агрегата, и стрелок, соединяющих выходы и входы отдельных элементов согласно связям между ними. Стрелками показаны также внешние воздействия f(p), приложенные к агрегату. Внутри каждого прямоугольника записана математическая модель элемента агрегата в операторной форме – его передаточная функция (Wуу(p) – устройство управления агрегатом; Wкаб(p) - кабель, соединяющий устройство управления с двигателем электропривода агрегата; Wэд(p) - электродвигатель; Wио(p) - исполнительный орган с механической передачей; Wос(p) – звено обратной связи). Входными (заданными) g(p) и выходными y(p) величинами машинного агрегата являются расход, напор, скорость, частота, момент или другие величины в зависимости от функционального назначения агрегата, они представляют собой векторы соответствующих размерностей. На схеме также показаны: e(p) отклонение между выходной и заданной величинами; x(p) – управляющее воздействие.

Рисунок 1 – Структурная схема машинного агрегата

Для получения передаточной функции кабеля Wкаб(p) = u(p)/x(p) cоставлена электрическая схема замещения машинного агрегата (рисунок 2), содержащая схему замещения кабеля с распределенными параметрами и схему замещения двигателя с исполнительным органом. Схема замещения кабеля с распределенными электрическими параметрами содержит погонные значения активного сопротивления токопроводящей жилы R1i, индуктивности Li, емкости Ci и сопротивления изоляции R2i на единицу длины линии. Схема замещения двигателя с исполнительным органом представлена параметрами обмоток статора и ротора, магнитной цепи и сопротивлением нагрузки на валу электродвигателя R2 нагр. на валу, учитывающим изменение активной мощности, передаваемой в исполнительный орган при различных режимах работы машинного агрегата.

Рисунок 2 – Схема замещения машинного агрегата с кабелем с распределенными параметрами

В процессе деградации диэлектрических свойств изоляции и местных изменений сопротивления токопроводящей жилы изменяются значения эквивалентных емкостей, индуктивностей, активных сопротивлений. Местные неоднородности формируют колебательные контуры с резонансными частотами, определяемыми эквивалентными значениями емкостей, индуктивностей и активных сопротивлений, что отражается на амплитудно-фазовых частотных характеристиках кабеля. Анализ амплитудно-фазовых частотных характеристик силового кабеля позволяет идентифицировать уровень деградации диэлектрических свойств изоляции и выявить локальные изменения электрических параметров кабеля. Сигнал на входе кабеля задается напряжением U0 и током I1. На выходе кабеля соответственно имеем Uн и Iн. Падение напряжения и утечка тока на произвольном участке dx линии определяются уравнениями

-d U0/dx = I1(R1i+jLi), (1)

-d I2i/dx = Ui(R2i+jCi). (2)

Решение данных уравнений для напряжения и тока в произвольной точке х линии дает следующие выражения:

Ux = U0ch x – I1Zв sh x, (3)

Ix= I2ich x – (Ui/Zв) sh x, (4)

Zв = (R1+jL)/ =, (5)

где Zв волновое сопротивление кабеля, - коэффициент (постоянная) распространения сигнала в кабеле:

= + j =. (6)

Схема замещения кабеля содержит распределенные параметры, но ввиду того, что длина волны в спектре исследуемого сигнала много меньше физических размеров кабеля, в данной работе предлагается использовать схему замещения с сосредоточенными параметрами (рисунок 3).

Рисунок 3 – Схема замещения машинного агрегата с кабелем с сосредоточенными параметрами

В третьей главе рассмотрены вопросы разработки экспериментальной установки, метрологического обеспечения результатов измерений, методик экспериментальных исследований и обработки результатов исследований, выбора образцов для проведения исследований. В качестве объектов для исследования взаимосвязи параметров частотных характеристик элементов электропривода машинных агрегатов с уровнем деградации диэлектрических свойств изоляции были выбраны наиболее широко применяемые на практике силовые кабели машинных агрегатов с пропитанной бумажной изоляцией марок ААШВ-6 и СБ-6.

При оценке текущего состояния изоляции ориентируются на электрические критерии предельного состояния изоляции, определяемые при доведении модели или натурного образца до предельного состояния (пробоя изоляции) согласно РД 34.45-51.300-97. Для выявления закономерностей взаимосвязи между уровнем деградации диэлектрических свойств изоляции и значениями диагностических параметров, образцы изоляции подвергались следующим видам испытаний: повышенным напряжением, испытании на стойкость к механическим воздействиям (навивание), на долговечность (тепловое воздействие) и увлажнением. Данные методы испытания изоляции предусмотрены ГОСТ 18410-73.

При исследовании изменения электрофизических свойств изоляции и частотных характеристик исследуемых образцов при механических воздействиях применялся метод навивания. В качестве образцов изоляции при проведении исследований использовались отрезки силового кабеля марки ААШВ с пропитанной бумажной изоляцией длиной 5 метров, с алюминиевой оболочкой и открытыми концами. После каждого цикла испытания механическим воздействием снимается амплитудно-фазовая частотная характеристика образца, производится регистрация диагностических параметров, отражающих изменение диэлектрических свойств изоляции. Испытания образца продолжают до тех пор, пока не произойдет пробой изоляции.

При проведении исследований на долговечность использовались образцы изоляции, которые подвергались воздействию циклами нагрева и охлаждения согласно ГОСТ 18410-73. При исследовании изменения диэлектрических свойств изоляции в процессе увлажнения образец погружался в емкость с водой, при этом концы образца должны выступать над поверхностью воды не менее, чем на 300 мм. Перед началом исследований и после каждого цикла снимается амплитудно-фазовая частотная характеристика образца, производится регистрация в соответствии с ГОСТ 3345-76 диагностических параметров, отражающих изменение диэлектрических свойств изоляции.

Деградация диэлектрических свойств изоляции в процессе испытаний сопровождается изменением параметров амплитудно-фазовых частотных характеристик образцов (рисунок 4).

Рисунок 4 – Амплитудно-фазовые частотные характеристики образцов изоляции

Для исследования частотных характеристик образцов использовался измерительный комплекс, состоящий из программно-аппаратного комплекса Tie Pie ТР-801, интегрированного в персональный компьютер, и приборов для измерения активного сопротивления R, емкости C, угла диэлектрических потерь tg и коэффициента абсорбции Кабс образца изоляции (рисунки 5, 6).

Рисунок 5 – Структурная схема экспериментальной установки

Рисунок 6 – Внешний вид экспериментальной установки

Программное обеспечение комплекса Tie Pie ТР-801 (фирма TiePie engineering Netherlands, класс точности 0,1) обеспечивает его работу в режиме генератора сигналов произвольной формы, осциллографа, цифрового вольтметра, анализатора спектра, регистратора переходных процессов. Измерительный прибор 2801 1N (класс точности 0,5) позволяет измерять значения активного сопротивления R через 15 и 60 секунд с момента приложения напряжения и определять значения коэффициента абсорбции Кабс образца изоляции, измерительный прибор Е7-22 позволяет измерять электрическую емкость и тангенс угла диэлектрических потерь образца изоляции при частотах 0,120 и 1 кГц (класс точности 0,5). Метрологическое обеспечение экспериментальных исследований осуществлялось в соответствие с ГОСТ 14014-91 и ГОСТ 22261-94.

Таблица 1 – Изменение контролируемых параметров в процессе деградации диэлектрических свойств изоляции кабеля ААШВ-6

Контролируемые параметры Состояние поставки Навивание 3 цикла Долговечность 250 циклов Увлажнение 100 циклов
1 2 3 4 5
R60, МОм 387,7303 236,7895 155,7112 0,3000
R15, МОм 265,7143 183,8571 139,7143 0,3000
Kaбс 1,4592 1,2879 1,1145 1,0000
C1, пФ 3,7870 3,7020 3,5910 3,5350
tg 1 0,0786 0,0803 0,0807 0,0820
C0,120, пФ 4,1450 4,0680 3,9560 3,9060
tg 0,120 0,0520 0,0615 0,0633 0,0662

Частотные характеристики исследуемого образца изоляции снимались при подаче на его вход синусоидального напряжения с постоянной амплитудой 10 В и с частотой, изменяющейся от нуля до 1000 Гц. На рисунке 4 представлены изменения амплитудно-фазовых частотных характеристик (АФЧХ) образцов изоляции кабеля марки ААШВ-6 в процессе деградации диэлектрических свойств при тепловых и механических воздействиях, а также в процессе увлажнения. В таблице 1 представлены соответствующие изменения значений диагностических параметров в процессе деградации диэлектрических свойств исследуемых образцов изоляции.

Аналогичные исследования были проведены с образцами изоляции кабеля СБ-6 и с изоляцией асинхронного электродвигателя 4А80В2У3 привода центробежного вентилятора Ц4-70№3.

В четвертой главе проведен анализ результатов экспериментальных исследований взаимосвязи изменения параметров частотных характеристик элементов электропривода машинных агрегатов с уровнем деградации диэлектрических свойств их изоляции и сделан вывод о возможности оценки состояния изоляции по значениям параметров частотных характеристик. Определены диагностические параметры, отражающие изменения частотных характеристик элементов и, соответственно, состояние их изоляции. Теоретически и экспериментально определены диапазоны изменения диагностических параметров, характеризующих уровень деградации диэлектрических свойств изоляции. Для конкретных типов кабелей электроприводов определены численные значения диагностических параметров, соответствующих предельному состоянию изоляции. Разработаны метод количественной оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции и программно-аппаратный комплекс для оценки состояния изоляции кабелей машинных агрегатов нефтегазовых производств.

В данной работе для оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции элементов электропривода машинных агрегатов предлагается использование передаточных функций этих элементов – их математических моделей в операторной форме. Передаточная функция W(p) полностью определяет динамические свойства линейного элемента электропривода и может быть получена из выражения амплитудно-фазовой частотной характеристики W(j) при замене параметра (j ) на комплексный параметр p. Передаточная функция элемента электропривода может быть также определена по электрической схеме замещения элемента как отношение преобразованной по Лапласу выходной величины к преобразованной по Лапласу входной величине. В качестве примера рассмотрена методика определения передаточной функции кабеля электропривода машинного агрегата по электрической схеме замещения (см. рисунок 3). Система уравнений для мгновенных значений токов и напряжений схемы замещения кабеля с сосредоточенными параметрами, записанная на основе законов Кирхгофа, имеет вид

(7)

Применением прямого преобразования Лапласа система уравнений приведена в операторную форму:

(8)

Из системы уравнений получено выражение для передаточной функции как отношение в операторной форме выходного напряжения к входному напряжению схемы замещения

. (9)

Передаточная функция W(p) зависит только от параметров схемы замещения и выступает как интегральный параметр, позволяющий идентифицировать состояние изоляции кабеля машинного агрегата. Полином знаменателя передаточной функции называется ее характеристическим уравнением. Расположение корней характеристического уравнения на комплексной плоскости зависит от параметров изоляции, поэтому изменение координат корней характеризует изменение свойств изоляции. Для получения передаточной функции в реальных производственных условиях на вход кабеля подается единичный ступенчатый сигнал, на выходе кабеля регистрируется кривая переходного процесса. С помощью программы Simou_df осуществляется аппроксимация кривой переходного процесса (рисунок 7) и определяются параметры передаточной функции. Определение численных значений корней характеристического уравнения передаточной функции осуществляется с помощью программы Lapnew. Оба программных продукта являются авторской разработкой кафедры АХТП ГОУ ВПО УГНТУ.

Рисунок 7 – Кривые переходного процесса при разных уровнях деградации диэлектрических свойств изоляции кабеля

Пользуясь передаточной функцией и нормированными значениями основных электрических параметров кабеля – сопротивлением изоляции и емкости в состоянии поставки и предельными значениями сопротивления и емкости кабеля, можно определить расчетным путем область G расположения корней характеристического уравнения на комплексной плоскости, которая соответствует исправному состоянию изоляции. Границы области G, соответствующие предельному состоянию изоляции, уточняются экспериментально, путем доведения изоляции до состояния пробоя. В результате сопоставления координат корней характеристического уравнения, полученных экспериментально, с границами области G делается заключение о состоянии изоляции кабеля. Для количественной оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции использован метрический метод распознавания образов. Мерой уровня деградации диэлектрических свойств изоляции служит расстояние между текущими значениями координат корней характеристического уравнения и координатами корней, соответствующих либо исходному, либо предельному состоянию изоляции. В общем случае евклидово расстояние между точками х и а в пространстве нескольких параметров записывается как

n

l(x, a) = | x - a | = ((x1 – a1)2 + ··· + (xn – an)2)1/2 = {(xj – aj)2}1/2. (10)

J = 1

Расстояние между текущими координатами корней характеристического уравнения и их координатами при исходном или предельном состоянии изоляции можно охарактеризовать с помощью угла между векторами, соединяющими начало координат с координатами корней

cos = (x · a)/(|x| |a|). (11)

На рисунке 8 изображена область G на комплексной плоскости корней характеристического уравнения, построенная по результатам расчета, и нанесены координаты корней, полученных экспериментальным путем при разных уровнях деградации диэлектрических свойств изоляции кабеля марки ААШВ-6 3х150 длиной 5 метров. Приняты предельные значения сопротивления изоляции Rпред = 0,3Rном и емкости Cпред = 0,95Сном. Область G расположения корней характеристического уравнения на комплексной плоскости, соответствующая исправному состоянию изоляции кабеля, описывается выражением

G:. (12)

Область G может быть представлена через угол между векторами

G:, (13)

G:, (14)

где X, Y – действительная и мнимая части комплексного корня характеристического уравнения передаточной функции.

Рисунок 8 – Расположение корней характеристического уравнения передаточной функции кабеля ААШВ-6 3х150 длиной 5 метров при различных уровнях деградации диэлектрических свойств изоляции

В разработанном частотном методе диагностики изоляции кабелей машинных агрегатов, по аналогии с методом вибродиагностики машинных агрегатов, состояние изоляции подразделяется, в зависимости от расположения корней передаточной функции на комплексной плоскости, на 3 подгруппы – «Нормальное», «Удовлетворительное» и «Неудовлетворительное», которым соответствуют следующие состояния поврежденности: «Повреждение не обнаружено», «Повреждение обнаружено», «Обнаружено критическое повреждение». Состояние «Повреждение не обнаружено» соответствует расположению корней передаточной функции в области G. Расположение корней передаточной функции, не принадлежащее области G, соответствует состоянию «Обнаружено критическое повреждение». Порог состояния «Повреждение обнаружено» составляет 20 процентов от уровня состояния «Обнаружено критическое повреждение» и соответствует расположению корней передаточной функции в области G20.

Описание области G20={(X,Y}}:

G20 :, (15)

G20 :. (16)

Алгоритм оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции кабелей машинных агрегатов представлен на рисунке 9.

Рисунок 9 – Алгоритм оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции кабелей машинных агрегатов

Для реализации предложенного метода разработан программно-аппаратный комплекс, состоящий из персонального компьютера типа ноутбук, устройства Tie Pie ТР-801 и программного обеспечения. В составе программно-аппаратного комплекса используются также приборы для измерения электрических параметров изоляции 2801 1N и Е7-22.

Общие результаты и выводы

1 Установлено, что состояние изоляции электропривода машинных агрегатов влияет на безопасность технологических процессов предприятий нефтегазовой отрасли, и уровень деградации диэлектрических свойств изоляции может быть определен по совокупности параметров частотных характеристик.

2 На основе анализа системы дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитные процессы в силовом кабеле электропривода машинного агрегата, его динамических и частотных характеристик, получена математическая модель в операторной форме, описывающая процесс деградации диэлектрических свойств изоляции кабеля в зависимости от условий эксплуатации и режимов работы.

3 На основе анализа математической модели и экспериментальных исследований ее корневых годографов определены области расположения корней характеристического уравнения на комплексной плоскости, соответствующие исправному состоянию изоляции кабеля. Для конкретных марок кабелей определены значения корней характеристического уравнения, в пределах 20% от критического состояния изоляции.

4 Разработан частотный метод оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции элементов электропривода машинных агрегатов нефтегазовых производств, с помощью которого определены критические пределы, позволяющие повысить безопасность их эксплуатации.

5 Разработанный метод оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции силовых кабелей машинных агрегатов принят к внедрению в ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», используется в учебном процессе в филиале ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1 Баширов М.Г. Диагностика силовых кабельных линий / Баширов М.Г., Заварихин Д.А., Вишневский Д.А. // Материалы межвуз. науч.-технич. конф.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. – С. 284.

2 Баширов М.Г. Разработка метода диагностики кабельных линий 6 – 10 кВ / Баширов М.Г., Заварихин Д.А., Вишневский Д.А. // Материалы межвуз. науч.-технич. конф.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. – С. 291.

3 Баширов М.Г. Неразрушающий контроль и диагностика высоковольтных кабельных линий методом анализа гармонических составляющих / Баширов М.Г. Заварихин Д.А., Миндолин М.А // Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов – 2007: материалы Всерос. науч.-технич. конф. - Тольятти: Изд-во ТГУ, 2007. - С.160.

4 Баширов М.Г. Способ диагностики состояния изоляции кабельных линий / Баширов М.Г., Заварихин Д.А., Миндолин М.А., Мокшанцев С.К. // Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий – 2007: материалы Всерос. науч.-технич. конф. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. – С.157.

5 Баширов М.Г. Метод гармонического анализа в задачах диагностики силовых кабельных линий / Баширов М.Г. Заварихин Д.А., Миндолин М.А. // Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий – 2007: материалы Всерос. науч.-технич. конф. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2007. – С.169.

6 Заварихин Д.А. Неразрушающий контроль и диагностика технического состояния кабельных линий на основе анализа гармонических составляющих / Заварихин Д.А., Миндолин М.А. // Актуальные проблемы энергетики – 2007: материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Екатеринбург: Изд-во «ИРА УТК», 2007. – С.225.

7 Заварихин Д.А., Способ диагностики состояния изоляции кабельных линий / Заварихин Д.А., Миндолин М.А. // Актуальные проблемы энергетики – 2007: материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Екатеринбург: Изд-во «ИРА УТК», 2007. – С.227.

8 Заварихин Д.А., Диагностика технического состояния кабельных муфт на основе анализа гармонических составляющих / Заварихин Д.А., Миндолин М.А., Мокшанцев С.К. // Тинчуринские чтения – 2007: материалы Междунар. науч.-практ. конф.: в 4т. - Казань: Изд-во Казан. гос. энерг. ун-т., 2007. – С.140.

9 Заварихин Д.А. Исследование частотных методов диагностики кабельных линий / Заварихин Д.А., Скрипкин Е.И.// Тр. Филиала АН РБ в г. Стерлитамак – 2007.- Уфа: Гилем, 2007. – Вып.5. – С 96.

10 Баширов М.Г. Диагностика силовых кабельных линий методом гармонического анализа / Баширов М.Г., Заварихин Д.А., Миндолин М.А. // Безопасность жизнедеятельности -2007: материалы XI Межрегион. конкурса науч. работ молодых учёных, аспирантов и студентов вузов Приволжского федерального округа. - Уфа: Изд-во УГАТУ, 2007. – С. 208.

11 Баширов М.Г. Анализ высших гармоник в задачах диагностики кабельных линий / Баширов М.Г., Заварихин Д.А., Сидрочев Б.Н., Плотникова Е.А. // Энергетика-2008. Инновации, решения, перспективы: материалы Междунар. науч.-техн. конф. – Казань: Изд-во КГЭУ, 2008. – С. 244.

12 Заварихин Д.А. Локализация потерь электроэнергии в высоковольтных кабельных линиях / Заварихин Д.А., Миндолин М.А. // Энергосбережение на предприятиях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства -2009:труды науч.-практ. семинара (26 февраля 2009 г.).– Уфа: Гилем, 2009. С.75.

13 Заварихин Д.А. Обеспечение надежности передачи и распределения электроэнергии на основе частотных методов определения технического состояния высоковольтных кабельных линий / Заварихин Д.А., Миндолин М.А., Интересова О.Н. // Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии - 2009: материалы Междунар. науч.-техн. конф: (Тольятти, 12-15 мая 2009г.): в 3ч.- Тольятти: ТГУ, 2009.-Ч.2. – С.159.

14 Баширов М.Г. Оценка технического состояния и прогнозирование ресурса безопасной эксплуатации кабельных линий 6-10 кВ магистральных перекачивающих станций/ Баширов М.Г., Заварихин Д.А., Миндолин М.А. // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов: науч.-техн. журнал.- 2009.- № 2 (76) – С.83-88.



 


Похожие работы:

«кАрначев Игорь Павлович НАУЧНОЕ обоснование метод ОВ анализа производственного травм а тизма и профессиональной заболеваемости при подземной добыче полезных ископа е мых Специальность 05.26.01 – Охрана труда (в горноперерабатывающей промышленности) Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Тула 2013 Диссертация подготовлена в ФГБОУ ВПО Тульский государственный университет на кафедре геотехнологий и строительства подземных сооружений. Научный...»

«булатова С ветлана И льгизовна обоснование комплекса санитарно-противоэпидемических мероприятий по предупреждению и снижению медико-санитарных последствий биолого-социальных чрезвычайных ситуаций ( на примере Республики Марий Эл) 05.26.02 – безопасность в чрезвычайных ситуациях (медицина катастроф) 14.00.30 – эпидемиология...»

«Козлов Егор Валериевич ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ ПОДГОТОВКИ ВОДИТЕЛЕЙ Специальность: 05.26.02 - безопасность в чрезвычайных ситуациях (медицина катастроф) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук г. Москва 2012г. Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении Всероссийский центр медицины катастроф Защита Министерства здравоохранения и социального развития Российской...»

«КРАСИЛЬНИКОВА ОЛЬГА ВЛАДИМИРОВНА ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ДОБЫЧЕ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩЕГО УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ НА ОСНОВЕ ИДЕНТИФИКАЦИИ МЕЖКОЛОННЫХ ПРОЯВЛЕНИЙ (на примере Астраханского ГКМ) Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс) А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа 2009 Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии Институт...»

«РЫБНИКОВА АННА ВИКТОРОВНА ПСИХОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПРИГОДНОСТИ СПЕЦИАЛИСТОВ ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ К ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ 05.26.03 – пожарная и промышленная безопасность Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата психологических наук Санкт-Петербург 2013 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России Научный руководитель: доктор психологических наук, доцент Иванова...»

«ПОЛЕГОНЬКО ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ СЕРТИФИКАЦИИ УСЛУГ (РАБОТ) В ОБЛАСТИ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА ОБЪЕКТАХ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа – 2009 Работа выполнена в ГОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет. Научный руководитель доктор технических наук, профессор Хафизов...»

«ЧИРКОВ ЮРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Уфа – 2010 Работа выполнена в ГОУ ВПО Оренбургский государственный университет. Научный консультант - доктор технических наук, профессор Кушнаренко Владимир Михайлович Официальные оппоненты:...»

«ЛАЗУК ПЕТР ВИКТОРОВИЧ ВЛИЯНИЕ ПСИХОГЕННОГО СТРЕССА, ВОЗНИКШЕГО В УСЛОВИЯХ ЧРЕЗВЫЧАЙНОЙ СИТУАЦИИ, НА ОРГАН ЗРЕНИЯ 05.26.02 - безопасность в чрезвычайных ситуациях (медицина катастроф) 14.00.08 – глазные болезни Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Москва - 2008 г. Работа выполнена во Всероссийском центре медицины катастроф Защита Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию. Научные руководители : доктор медицинских...»

«Кондратьева Ольга Евгеньевна РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ОХРАНЫ ТРУДА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ Специальность - 05.26.01 Охрана труда (энергетика, электроэнергетика) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва - 2008 Работа выполнена на кафедре инженерной экологии и охраны труда Московского энергетического института (Технического университета) Научный руководитель: доктор биологических наук, кандидат технических наук...»

«Клаптюк Ирина Викторовна Ультразвуковая и твердофазная экстракци я в исследовании светлых нефтепродуктов при мониторинге чрезвычайных ситуаци й 05.26.02 – безопасность в чрезвычайных ситуациях (нефтегазовая отрасль) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2012 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский университет...»

«ВИШНЕВСКАЯ МАРИНА ВЛАДИМИРОВНА ДИАГНОСТИКА НАРУШЕНИЙ АДАПТАЦИИ У СПАСАТЕЛЕЙ И ИХ КОРРЕКЦИЯ НА САНАТОРНОМ ЭТАПЕ РЕАБИЛИТАЦИИ 05.26.02. - Безопасность в чрезвычайных ситуациях (медицина катастроф) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Москва 2009 г. Работа выполнена во Всероссийском центре медицины катастроф Защита Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию Научный руководитель: доктор медицинских наук Башир-Заде...»

«ГАСПАРЬЯН Никита Александрович ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЕ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ВЛАГИ ПРИ ВЕДЕНИИ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ Специальность 05.26.01 – Охрана труда (в горной промышленности) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2008 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом...»

«Джумаев Сергей Джалилович Совершенствование системы безопасности персонала АЭС на основе информационно-измерительной системы Скала-микро Специальность 05.26.01 Охрана труда (энергетика и электротехника) АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2009 Работа выполнена на кафедре инженерной экологии и охраны труда Московского энергетического института (технический университет) Научный руководитель Заслуженный деятель науки РФ, доктор...»

«Рябов Игорь Анатольевич БЕЗОПАСНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИ НЕОДНОРОДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА Специальность 05.26.03 Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа 2009 Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии Институт проблем транспорта энергоресурсов (ГУП ИПТЭР) Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Гумеров...»

«Закирова Альфия Резавановна ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРСОНАЛА ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОТ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ Специальность 05.26.01 – Охрана труда (электроэнергетика) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Екатеринбург 2013 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Уральский государственный университет путей сообщения на кафедре...»

«МАКАРЕНКО ОЛЕГ АНАТОЛЬЕВИЧ УПРАВЛЕНИЕ РЕСУРСОМ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ Специальности 05.26.03 Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовая отрасль); 25.00.19 Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Уфа-2010 Работа выполнена на кафедре Технология нефтяного аппаратостроения Уфимского государственного нефтяного технического...»

«Дроговоз Виктор Анатольевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБСЛУЖИВАНИЯ ПОСТРАДАВШИХ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ С ПОМОЩЬЮ МОБИЛЬНЫХ ТЕЛЕМЕДИЦИНСКИХ КОМПЛЕКСОВ Специальность 05.26.02 – Безопасность в чрезвычайных ситуациях (авиационная и ракетно-космическая техника) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2009 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Государственном научном центре Российской Федерации- Институте...»

«Байтурина Сария Рустэмовна совершенствование методов обеспечения безопасности производственных объектов нефтедобывающих предприятий Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (нефтегазовый комплекс) автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук...»

«Александров АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ Особенности внутригрупповых процессов в учебных группах вуза МЧС России 05.26.03 – пожарная и промышленная безопасность Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата психологических наук Санкт-Петербург 2013 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России



наверх

 
<<  ГЛАВНАЯ   |    КОНТАКТЫ
2014 www.avtoreferat.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты 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.