Введение к работе
Актуальность темы. Срок службы электродвигателей на объектах сельскохозяйственного водоснабжения не превышает 2,2 года, при расчётном сроке службы в 8 лет. Это связано с тяжёлыми условиями работы электродвигателей при постоянной высокой влажности и низкой температуре, а также отсутствием постоянного обслуживающего персонала. Существующая защита электродвигателей не эффективна и не надёжна, требует настройки параметров защиты под конкретный электродвигатель. Новые типы защит, основанные на микропроцессорной технике, на данном этапе не нашли широкого применения в сельскохозяйственном производстве из-за их высокой стоимости, низкой надёжности при грозовых перенапряжениях, сложности обслуживания и настройки. Выход из строя электродвигателя насоса наносит большой ущерб сельскохозяйственному производству, нарушая технологические процессы, вызывая простой оборудования и нарушая нормальное функционирование коммунально-бытового сектора. Кроме того, затраты на замену электродвигателей ложатся на себестоимость сельскохозяйственной продукции.
Анализ причин отказов электродвигателей показал, что, несмотря на тяжелые условия работы в сельском хозяйстве, большинство электродвигателей можно было бы сохранить при надежной, правильно выбранной и настроенной защите.
Разработка простых в исполнении, недорогих и в то же время эффективных устройств контроля и защиты электрооборудования потребовала соответствующих исследований, чему и посвящена настоящая диссертация.
Научная проблема заключается в неэффективности существующих методик расчета параметров и анализа работы новых средств защиты электрооборудования от ненормальных режимов работы.
Концепция научного решения проблемы.
Основываясь на исследованиях, проведённых ведущими учёными и автором, а также объективно существующих закономерностях процессов, происходящих в системе "электрическая сеть - устройства защиты - электродвигатели ",
4 обусловленных возникновением ненормальных и аварийных режимов работы,
предлагается использовать групповые системы диагностики и защиты электрооборудования, контролирующие токовые перегрузки, несимметрию напряжений и состояние изоляции одновременно нескольких потребителей.
Объектом исследования является совокупность вопросов теории и практики повышения эффективности устройств защиты электрооборудования насосных станций второй ступени подъёма от ненормальных и аварийных режимов работы.
Предметами исследования являются:
параметры системы "электрическая сеть - устройство защиты -потребитель" в ненормальных и аварийных режимах работы;
устройства защиты и диагностики состояния электрооборудования насосных станций второй ступени подъёма.
Целью исследования является повышение эффективности работы электрооборудования насосных станций второй ступени подъёма путём совершенствования устройств защиты и средств диагностики состояния электрооборудования.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
Исследовать влияние различных ненормальных режимов на работу электрооборудования насосных станций второй ступени подъёма.
Разработать эффективные средства защиты электрооборудования от следующих режимов работы: несимметрии питающего напряжения, перегрузок и снижения сопротивления изоляции.
Использовать метод фазных координат для анализа работы новых устройств защиты от несимметрии напряжений.
Обосновать и показать возможность использования средств визуального моделирования для анализа работы и расчёта параметров защитных устройств.
Методы исследования.
В работе использовались методы симметричных составляющих и фазных координат, теория электрических цепей и теория релейных устройств, теоретических основ электротехники и операционного исчисления, средств компьютерного моделирования.
5 Научная новизна и практическая ценность работы состоит в следующем:
Предложена методика расчета параметров и анализа работы разработанной новой защиты от несимметрии напряжений на базе фильтра напряжения обратной последовательности (ФНОП-М) методом фазных координат.
С использованием пакета визуального блочного моделирования Simulink системы MATLAB показано влияние собственных параметров фильтра и параметров питающей сети на работу ФНОП-М в пятипроводных сетях любой конфигурации.
Выполнен анализ динамических режимов разработанной и внедренной защиты нескольких потребителей от несимметрии питающего напряжения.
Предложены методики анализа работы и расчета параметров токовой защиты от перегрузки и устройства контроля сопротивления изоляции нескольких электродвигателей насосных станций второй ступени подъёма.
Результаты научного исследования нашли отражение в технических решениях повышения эффективности работы защиты электрооборудования от различных ненормальных режимов, которые защищены тремя патентами РФ.
На защиту диссертации выносится:
методика расчета параметров и анализа работы новой защиты от несимметрии напряжений на базе фильтра напряжения обратной последовательности (ФНОП-М) методом фазных координат;
методика построения схем групповой защиты электрооборудования насосных станций второй ступени подъёма от токовой перегрузки, от несимметрии напряжений и снижения сопротивления изоляции.
использование средств визуального моделирования для анализа работы разработанных устройств защиты.
Внедрение результатов исследования. Основные положения диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке инженеров электриков по специальности 110302 "Электрификация и автоматизация сельского хозяйства" в Костромской ГСХА. Разработанное на основе ФНОП-М устройство
защиты электродвигателей от несимметрии напряжений установлено на электродвигателе привода сетевого насоса котельной Семёновского СДИ с. Семёновское Костромской обл.
Научная апробация работы. Основные положения и результаты научной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях ФГОУ ВПО КГСХА (г. Кострома, 2007-2009 гг.), ГНУ ВИЭСХ (г. Москва, 2008 г.), ФГОУ ВПО ОГАУ (г. Орел, 2008 г.), ФГОУ ВПО СПбГАУ (г. Санкт-Петербург, 2009 г.)
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 печатных работах общим объёмом 17 п.л., из них на долю соискателя приходится 7,2 п.л., в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК. На учебное пособие "Эксплуатация погружных электродвигателей в сельскохозяйственном производстве" получен гриф Учебно-методического объединения вузов РФ по агроинженерному образованию (гриф УМО).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общего заключения и списка литературы из 103 наименований и 5 приложений, включает 154 страницы, 53 рисунка, 14 таблиц.
