Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Діагностування допоміжних трансформаторів та систем технологічних захистів енергоблока теплової електростанції

Скачати 326.21 Kb.

Діагностування допоміжних трансформаторів та систем технологічних захистів енергоблока теплової електростанції




Скачати 326.21 Kb.
Сторінка1/3
Дата конвертації24.05.2017
Розмір326.21 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2   3

ВІННИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ


Березницький Дмитро Олександрович

УДК 681.518.5



ДІАГНОСТУВАННЯ ДОПОМІЖНИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ ТА СИСТЕМ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ЗАХИСТІВ ЕНЕРГОБЛОКА ТЕПЛОВОЇ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ

Спеціальність 05.14.

Теплова електростанція (ТЕС), електростанція, в якій первинна енергія має хімічну форму і вивільняється шляхом спалювання вугілля, рідкого палива чи газу; на парових електростанціях (з паровими турбінами) у топці парового котла відбувається перетворення хімічної енергії палива в тепло газів - продуктів згоряння; це тепло передається воді та водяній парі, пара з котла надходить до парової турбіни, де тепло перетворюється на кінетичну енергію обертання електрогенератора, з'єднаного з турбіною; відпрацьована в турбіні пара надходить до конденсатора і віддає тепло охолоджувальній воді (наприклад, з ріки); на деяких електростанціях застосовують замість парової газову турбіну.

02 – Електричні станції, мережі і системи




Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Вінниця – 2009


Дисертацією є рукопис.

Технічні науки - науки, що вивчають закономірності розвитку техніки і визначають способи найкращого її використання.


Робота виконана у Вінницькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.


Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор

Грабко Володимир Віталійович,

Вінницький національний технічний університет,

завідувач кафедри електромеханічних систем автоматизації в промисловості і на транспорті



Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, доцент

Гребченко Микола Васильович,

Донецький національний технічний університет,

професор кафедри електричних станцій




доктор технічних наук, професор



Кутін Василь Михайлович,

Вінницький національний технічний університет,

професор кафедри електричних станцій та систем

Захист відбудеться “15” травня 2009 р. о 1230 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 05.052.05 у Вінницькому національному технічному університеті за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, ауд. 210, ГУК.


З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького національного технічного університету за адресою: 21021, м.

Міністе́рство осві́ти і нау́ки Украї́ни (МОН України) - центральний орган виконавчої влади України.

Хмельницьке шосе - одна з центральних і найдовших вулиць Вінниці. Частина автошляху М12 і, ширше, європейського автошляху E50.

Вíнницький націона́льний технічний університе́т - вищий навчальний заклад четвертого рівня акредитації.

Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.
Автореферат розісланий “ 10 ” квітня 2009 р.


Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради





В.Ц. Зелінський




ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. В сучасних умовах економічного розвитку нашої держави однією із основних задач господарювання постає питання продовження експлуатації понад встановлений термін служби обладнання та устаткування, зокрема електроенергетичного, із забезпеченням надійності роботи.

Економічний розвиток - поняття економічної науки, що позначає перехід від одного етапу економіки до іншого, при якому в новому періоді не тільки збільшується виробництво тих самих товарів і послуг, що вже вироблялися раніше, а має місце й виробництво нових товарів і послуг з використанням нових технологій порівняно з попереднім періодом.

Ті капіталовкладення, що здійснюються на цей час в електроенергетичну галузь, є незначними і не вирішують загальної проблеми надійної експлуатації електрообладнання, яке в переважній більшості було введено в роботу ще у 70-80 роках минулого століття.

Саме тому за умови обмеженого фінансування здійснюється перехід на експлуатацію обладнання за технічним станом. Це особливо актуально, коли нормативний термін експлуатації вже вичерпано, а обладнання знаходиться ще у робочому стані.

Експлуатація - використання. Використовувати можна що завгодно - знаряддя праці, людей, чи корисні копалини.

Але такий підхід вимагає застосування надійних засобів діагностування, ігнорування яких може мати важкі наслідки при виникненні аварійних ситуацій.

Як відомо, не існує єдиних підходів до визначення технічного стану різних видів електрообладнання, а тому для виявлення діагностичних ознак адаптуються відомі рішення. Слід зазначити, що в деяких випадках необхідна інформація подається в технічному паспорті на відповідне обладнання, що частково спрощує аналіз його функціонування та можливість автоматизації процесу діагностування.

До електрообладнання та устаткування теплової електростанції ставляться особливі вимоги по надійності роботи. Нормою стало виведення всіх параметрів режиму та технічного стану обладнання на екран комп’ютера автоматизованої системи керування технологічним процесом.

Технологі́чний проце́с - це впорядкована послідовність взаємопов'язаних дій та операцій, що виконуються над початковими даними до отримання необхідного результату.

Автоматизо́вана систе́ма керува́ння (АСК), Автоматизована система управління (АСУ), Комп'ютерна система управління (КСУ) - автоматизована система, що ґрунтується на комплексному використанні технічних, математичних, інформаційних та організаційних засобів для управління складними технічними й економічними об'єктами.

Якщо параметри режиму роботи вимірювати та передавати порівняно просто, то інформацію про технічний стан обладнання в багатьох випадках отримати дуже складно.

Техні́чний стан об'є́кта - стан, який характеризується в певний момент часу, за певних умов зовнішнього середовища значеннями параметрів, установлених технічною документацією на об'єкт.

Важливу роль в генеруванні електроенергії має не тільки основне обладнання, але і допоміжне та керуюче, яке забезпечує надійність функціонування основного.

Так, до силових трансформаторів власних потреб електростанції (в тому числі і сухих трансформаторів) ставляться високі вимоги по надійності роботи.

Силови́й трансформа́тор (англ. power transformer) - стаціонарний прилад, трансформатор з двома або більше обмотками, який за допомогою електромагнітної індукції перетворює систему змінної напруги та струму в іншу систему змінної напруги та струму, як правило, різних значень за тієї-ж частоти задля передавання електроенергії та її використання.

Їх особливістю є короткотривала робота в режимі перевантаження, що пов’язано з частими пусками енергоблоків теплових електростанцій. Але якщо питанням діагностування силових трансформаторів в нормальному режимі роботи присвячено багато публікацій, то підходи до визначення ступеню спрацювання технічного ресурсу ізоляції обмоток силових трансформаторів в режимі перевантаження розроблені недостатньо.

Не менша відповідальність за функціонування обладнання теплової електростанції покладається на засоби автоматизації. Наприклад, турбіна енергоблока містить 9 основних систем захисту і вихід будь-якої із них з ладу призводить до її аварійної зупинки. Тому діагностування технологічних систем автоматики займає одне з чільних місць в плані надійного функціонування компонент енергоблока.

Вказані проблеми обумовлюють актуальність наукової задачі – підвищення надійності функціонування елементів допоміжного та керуючого електрообладнання енергоблока теплової електростанції шляхом їх діагностування.

Дослідженню та створенню методів та засобів діагностування електрообладнання присвячена велика кількість робіт, авторами яких є Аракелян В.Г., Ванін В.Б., Голоднов Ю.М., Кучинський Г.С., Кутін В.М., Мокін Б.І., Таран В.П., Львов Ю.М., Стогній Б.С., Шинкаренко Г.В. та багато інших.



Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основний зміст роботи складають результати досліджень, що проводились протягом 2004-2008 років. Науково-дослідна робота виконувалась відповідно до наукового напрямку “Розробка математичних методів та моделей процесів, що протікають в енергетичних та електромеханічних системах, синтез інформаційно-вимірювальних систем автоматичного і автоматизованого керування цими процесами” кафедри “Електромеханічні системи автоматизації в промисловості і на транспорті” у ролі виконавця за держбюджетною темою “Розробка математичних моделей і засобів підвищення надійності систем контролю та керування в електроенергетиці” (номер державної реєстрації 0104U010158), у ролі виконавця за держбюджетною темою “Розробка математичних моделей і засобів підвищення надійності та енергозбереження в транспортних системах” (номер державної реєстрації 0107U002089) та у ролі виконавця за госпдоговірною темою “Тепловізійне обстеження силового електрообладнання і розробка методики діагностування елементів електрообладнання блока генератор-трансформатор теплової електростанції” (номер державної реєстрації 0108U010000).

Державна реєстрація (лат. registratio - внесення до списку, переліку) - письмовий запис або фіксація іншим чином фактів, явищ, відомостей чи певних матеріальних об'єктів з метою їх державного обліку та контролю, засвідчення дійсності й надання їм законного (легітимного) статусу, а також вчинення інших реєстраційних дій.

Математи́чна моде́ль - система математичних співвідношень, які описують досліджуваний процес або явище. Математична модель має важливе значення для таких наук, як: економіка, екологія, соціологія, фізика, хімія, механіка, інформатика, біологія та ін.



Мета і завдання дослідження. Метою даної дисертаційної роботи є підвищення рівня надійності функціонування елементів допоміжного та керуючого електрообладнання енергоблока теплової електростанції за рахунок їх діагностування і, як наслідок, підвищення надійності генерування електричної енергії.

Еле́ктрика (від грец. ήλεκτρον - бурштин; раніше також громови́на ) - розділ фізики, що вивчає електричні явища: взаємодію між зарядженими тілами, явища поляризації та проходження електричного струму.

Для досягнення мети необхідно розв’язати такі задачі:



  • проаналізувати існуючі методи і засоби діагностування елементів допоміжного та керуючого електрообладнання енергоблока теплової електростанції, а саме діагностування силових трансформаторів власних потреб та технологічних захистів турбіни;

  • розробити математичні моделі спрацювання робочого ресурсу, придатні для діагностування силових сухих трансформаторів власних потреб;

  • розробити математичну модель для діагностування системи технологічного захисту турбіни;

  • синтезувати структурні схеми пристроїв для діагностування силового сухого трансформатора власних потреб та технологічного захисту турбіни;

  • розробити алгоритми та функціональні схеми мікропроцесорних засобів для діагностування силового сухого трансформатора власних потреб та технологічного захисту турбіни;

  • оцінити похибку вимірювань синтезованих пристроїв.

Об’єктом дослідження є процеси, що протікають в силовому сухому трансформаторі власних потреб та в системі технологічного захисту турбіни і відображаються в автоматизованій системі керування технологічним процесом.

Предметом дослідження є засоби діагностування силового сухого трансформатора власних потреб та технологічного захисту турбіни.

Методи дослідження. В дисертації для вирішення і аналізу поставлених задач використані такі методи дослідження: методи технічної діагностики для формування підходів до визначення технічного стану обладнання, теорії кінцевих автоматів для синтезу структур пристроїв діагностування, теорії ймовірностей для знаходження помилок розроблених пристроїв, аналітичні можливості комп’ютерної алгебри для здійснення розрахунків математичних моделей.

Скінче́нний автома́т - особливий різновид автомату - абстракції, що використовується для описання шляху зміни стану об'єкта в залежності від поточного стану та інформації отриманої ззовні. Його особливістю є скінченність множини станів автомату.

Технічна діагностика - галузь науково-технічних знань, сутність якої складають теорія, методи і засоби постановки діагнозу про стан технічних об'єктів.

Теорія ймовірності - розділ математики, що вивчає закономірності випадкових явищ: випадкові події, випадкові величини, їхні функції, властивості й операції над ними. Математичні моделі в теорії ймовірності описують з деяким ступенем точності випробування (експерименти, спостереження, вимірювання), результати яких неоднозначно визначаються умовами випробування.



Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

  • вперше розроблено математичну модель для оцінки залишкового ресурсу силового сухого трансформатора власних потреб, працюючого в режимі перевантаження, за відомими температурою навколишнього середовища, перевантаженням та навантаженням, яке мало місце безпосередньо перед початком перевантаження, що дозволяє автоматизувати відслідковування процесу старіння ізоляції силового трансформатора;

  • удосконалено математичну модель для побудови ресурсних характеристик силового сухого трансформатора власних потреб, працюючого в режимі перевантаження, що дозволяє визначити допустиму тривалість перевантаження за різних умов впливу на ізоляцію силового трансформатора;

  • вперше розроблено математичну модель для діагностування системи технологічного захисту зниження вакууму турбіни, за допомогою якої враховуються всі можливі комбінації вхідних і вихідних сигналів об’єкта, що дозволяє своєчасно виявляти помилки в роботі захисту та запобігти аварійній ситуації;

  • дістав подальший розвиток метод синтезу структурних схем пристроїв для діагностування електрообладнання на основі математичного апарату секвенцій, що дозволяє за мінімізованими виразами безпосередньо реалізувати структури пристроїв для діагностування електрообладнання.

    Математичний апарат - сукупність математичних знань, понять і методів, що застосовуються в деякій області науки, а тому необхідних для її розуміння й успішної в ній роботи. Наприклад, математичним апаратом класичної механіки є математичний аналіз та теорія диференціальних рівнянь, математичним апаратом квантової механіки є функціональний аналіз, математичним апаратом статистики є теорія ймовірності тощо.



Практичне значення одержаних результатів полягає в наступному:

  • синтезовано структурну схему пристрою для діагностування силового сухого трансформатора власних потреб з врахуванням роботи в режимі перевантаження, придатна для технічної реалізації у відповідності до запропонованої математичної моделі, що дає можливість відслідковувати процес старіння ізоляції силового сухого трансформатора і, як наслідок, підвищити надійність його роботи;

    Структу́рна схе́ма - схема, яка визначає основні функціональні частини виробу, їх взаємозв'язки та призначення. Під функціональною частиною розуміють складову частину схеми: елемент, пристрій, функціональну групу, функціональну ланку.



  • синтезовано структуру пристрою для діагностування системи захисту зниження вакууму турбіни енергоблоку теплової електростанції згідно розробленої математичної моделі, що запобігає виникненню відмови в роботі системи захисту та дозволяє підвищити надійність функціонування турбіни;

  • запропоновано методику синтезу структурних схем пристроїв для діагностування систем захисту енергоблоку теплової електростанції, що дозволяє синтезувати з використанням математичного апарату секвенцій пристрої для діагностування інших технологічних захистів;

  • розроблено алгоритми та функціональні схеми мікропроцесорних засобів, які розширюють функціональні можливості діагностування силового сухого трансформатора власних потреб і системи захисту зниження вакууму турбіни, що підвищує достовірність визначення технічного стану вказаного електрообладнання.

Результати, отримані в дисертаційній роботі, впроваджено на підприємстві ВАТ “Західенерго” – Ладижинській ТЕС та в навчальний процес Вінницького національного технічного університету.

Дисерта́ція (лат. dissertatio - твір, обговорення, розсуд, доповідь) - спеціально підготовлена наукова праця на правах рукопису, яку виконують для прилюдного захисту на здобуття наукового ступеня. В Україні розрізняють дисертацію для здобуття наукового ступеня кандидата наук (кандидатська дисертація) та доктора наук (докторська дисертація).

Підтвердженням впровадження результатів дисертаційної роботи є наявність відповідних актів.



Особистий внесок здобувача. Основні положення та результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. У роботах, опублікованих у співавторстві, автором розроблена математична модель та алгоритм роботи мікропроцесорного пристрою для її реалізації [2], а також синтезована структура пристрою діагностування системи захисту зниження вакууму турбіни [1]; знайдені залежності [3], які дозволяють побудувати сімейство ресурсних характеристик для оцінки спрацювання робочого ресурсу ізоляції силового сухого трансформатора, працюючого в режимі перевантаження; виведені математичні залежності [4] математичної моделі, яка характеризує спрацювання робочого ресурсу силового сухого трансформатора, працюючого як в нормальному режимі роботи, так і в режимі перевантаження; реалізована структура пристрою для діагностування стану ізоляції силового сухого трансформатора з використанням математичного апарату секвенцій [5]; обґрунтовано застосування елементної бази та розроблені складові алгоритму роботи системи діагностування силового сухого трансформатора [6]. У роботах [8–10] автором запропоновані компоненти структур пристроїв для діагностування системи захисту технологічного об’єкта.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати виконаних в дисертації досліджень доповідались та обговорювались на VІІІ Міжнародній конференції “Контроль і управління в складних системах”, (Вінниця, 2005 р.), Міжнародній науково-технічній конференції  “Електромеха-нічні системи, методи моделювання та оптимізації”, (Кременчук, 2005 р.), XII Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми автоматизованого електроприводу. Теорія і практика”, (Крим, 2005 р.), Х ювілейній міжнародній науково-технічній конференції “Електромеханічні системи, методи моделювання та оптимізації”, (Кременчук, 2008 р.), щорічних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів університету з участю працівників науково-дослідних організацій та інженерно-технічних працівників підприємств м. Вінниці та області на базі ВНТУ в 2004-2008 роках.

Публікації. Основний зміст роботи опублікований в 10 друкованих працях, в тому числі 6 статей у наукових журналах, що входять до переліку ВАК України, одні тези доповідей у збірнику праць науково-технічної конференції, 3 патенти України на корисну модель.

Кор́исна мод́ель - нове технічне рішення, що не випливає із існуючого рівня техніки і є промислово придатним; результат інтелектуальної діяльності людини в будь-якій сфері технології.

Науковий журнал, академі́чний журна́л або науковий журнал, що рецензується або рецензований науковий журнал - журнал, в якому публікуються роботи із певної галузі академічної науки. Статті, що надсилаються до таких журналів, перед публікацією рецензуються незалежними фахівцями, які зазвичай, не входять до складу редакції журналу, а ведуть дослідження в областях, близьких до тематики статті.



Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел (184 найменувань), трьох додатків. Основний зміст викладений на 122 сторінках друкованого тексту, містить 25 рисунків, 8 таблиць. Загальний обсяг роботи 153 сторінок.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність проблеми досліджень, зазначено зв’язок роботи з науковими програмами, темами. Вказано мету та задачі досліджень. Приведено характеристику наукової новизни та практичного значення одержаних результатів, а також описано їх апробацію, публікації та впровадження.

У першому розділі проведено огляд та аналіз існуючих методів та засобів діагностування силових трансформаторів. Встановлено, що відомі методи та засоби діагностування спрямовані на дослідження силових трансформаторів в нормальному режимі роботи, а задача діагностування ізоляції обмоток в режимі перевантаження розв’язана не в повній мірі. Характерною роботою трансформаторів власних потреб енергоблока є забезпечення запусків потужних двигунів та іншого обладнання з короткотривалою роботою їх в режимі перевантаження.

Проаналізовано методи і засоби діагностування технологічних захистів енергоблока, на які покладено особливу відповідальність роботоздатності обладнання в разі виникнення ненормальних режимів роботи. Показано, що перевірка технологічних захистів здійснюється лише на етапі запуску енергоблока, хоча існує необхідність неперервної або періодичної перевірки їх роботоздатності.

На підставі проведеного аналізу сучасного стану проблеми діагностування силових трансформаторів здійснено класифікацію відповідних методів та засобів. В підсумку обґрунтовано і сформульовано мету і задачі дисертаційних досліджень.

У другому розділі розроблені математичні моделі для діагностування силового сухого трансформатора за станом ізоляції обмоток та для діагностування системи технологічного захисту турбіни.

Розроблена математична модель ресурсної характеристики силового сухого трансформатора, працюючого в режимі перевантаження, шляхом гіперболічної нормалізації паспортних даних із застосуванням методу найменших квадратів в поєднанні з зовнішнім критерієм Івахненко.

Метод найменших квадратів - метод знаходження наближеного розв'язку надлишково-визначеної системи. Часто застосовується в регресійному аналізі. На практиці найчастіше використовується лінійний метод найменших квадратів, що використовується у випадку системи лінійних рівнянь.

Запропонована математична модель дозволяє визначати допустимий термін ввімкнення трансформатора в режимі перевантаження в залежності від навантаження, що передувало режиму перевантаження, та температури навколишнього середовища. На підставі зазначеної математичної моделі розроблена модель для діагностування стану ізоляції обмоток силового сухого трансформатора, яка дозволяє визначати спрацювання робочого ресурсу ізоляції трансформатора у вигляді послідовності імпульсів, частота яких змінюється в залежності від режимів навантаження та перевантаження. Вказана математична модель має вигляд

(1)

за умови


(2)

в якій - поточне значення температури навколишнього середовища, Pj – поточне значення навантаження трансформатора безпосередньо перед моментом перевантаження, - поточне значення перевантаження трансформатора, Tm – період частоти m – го значення, яка в даний момент характеризує швидкість спрацьовування робочого ресурсу, Tmn – n – й період частоти m – го значення, - кількість імпульсів частоти m – го значення, - сумарна кількість імпульсів від чередування m – тих частот (вичерпаний ресурс), nн –номінальна кількість імпульсів, що характеризує повний робочий ресурс, M, N – попередньо невідомі значення різної кількості частот та кількість імпульсів кожної з них відповідно.

В роботі також пропонується математична модель, за якою можна діагностувати систему захисту від зниження вакууму турбіни, як одну із найвідповідальніших систем, що входять у комплекс систем технологічних захистів.

Таблиця 1


  1   2   3


Скачати 326.21 Kb.

  • Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
  • Грабко Володимир Віталійович
  • Гребченко Микола Васильович
  • Кутін Василь Михайлович
  • Хмельницьке шосе
  • ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуальність теми.
  • Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
  • Мета і завдання дослідження.
  • Предметом дослідження
  • Наукова новизна одержаних результатів
  • Практичне значення одержаних результатів полягає в наступному: синтезовано структурну схему
  • Особистий внесок здобувача.
  • Апробація результатів дисертації.
  • Публікації
  • Обсяг і структура дисертації.
  • ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ У вступі