Введение к работе
Актуальность темы. В соответствии с системой планово-предупредительных ремонтов электрооборудования в сельском хозяйстве приходится выполнять большой объем работ, связанных с техническим обслуживанием электродвигателей ОД), а в ряде случаев с их разборкой и демонтажом. Периодичность и объем проведения данных работ могут быть недостаточно обоснованными, поскольку система не учитывает индивидуальные особенности эксплуатации конкретных электродвигателей и их реальное состояние. Поэтому работы по техническому обслуживанию части электродвигателей для обеспечения достаточно высокого уровня их эксплуатационной надежности могут производиться необоснованно часто, что повышает общие затраты на эксплуатацию парка ЭД.
В связи с этим проблема совершенствования системы обеспечения эксплуатационной надежности электродвигателей является актуальной. Одним из путей ее решения является разработка эффективных методов прогнозирования состояния электродвигателей на основе использования достаточно полных многофакторных моделей процесса старения изоляции.
Прогнозирование состояния электродвигателей, как неотъемлемая часть системы обеспечения их эксплуатационной надежности, создает научно обоснованные предпосылки для определения оптимальных сроков проведения профилактических мероприятий и ремонтов. Такое прогнозирование целесообразно проводить на основе использования математических моделей изменения состояния наиболее "слабого" элемента данной электротехнической системы. В подавляющем большинстве случаев отказы асинхронных двигателей (АД) средней мощности происходят из-за позреядения обмоток статора (85-95%), причем значительную часть (30%) из них составляют из-носовые отказы, обусловленные старением изоляции под воздействием множества факторов окружающей среды и режимов работы. Именно поэтому прогнозирование технического состояния АД должно осуществляться с применением многофакторных моделей старения изоляции обмоток статора.
Разработанные к настоящему времени модели старения изоляции электродвигателей не позволяют эффективно прогнозировать изменение ее технического состояния в реальных условиях эксплуатации, так как они либо не полностью учитывают комплекс существенных воздействующих факторов (условий окружающей среды и режимов ра-
боты), либо техническое состояние изоляции описывается информативными параметрами, использование которых приводит к определенным трудностям при адекватном и комплексном описании динамики изменения состояния объекта в процессе эксплуатации.
Таким образом, указанная проблема и сейчас является актуальной, а ее решение способствует повышению уровня эксплуатации и обеспечению надежной работы электродвигателей на сельскохозяйственных предприятиях.
Целью настоящей диссертационной работы является совершенствование системы обеспечения эксплуатационной надежности электродвигателей в сельском хозяйстве путем использования метода прогнозирования состояния изоляции асинхронных двигателей, основанного на многофакторном моделировании процесса ее старения, и создание информационно-программного сопровождения системы.
Основными задачами исследования являются;
анализ механизмов влияния окружающей среды и режимов работы асинхронных двигателей (АД) на процессы старения их изоляции и определение комплекса существенных воздействующих факторов;
выбор вида математических моделей процесса старения изоляции электродвигателей и прогнозирования ее технического состояния;
обоснование входных и выходных параметров модели старения
изоляции электродвигателей;
экспериментальные исследования процесса старения изоляции электродвигателей;
структурная и параметрическая идентификация моделей старения изоляции электродвигателей на основе полученных экспериментальных данных;
разработка метода и алгоритмов прогнозирования технического состояния изоляции асинхронных двигателей на основе полученных моделей ее старения;
разработка методики прогнозирования технического состояния изоляции асинхронных двигателей;
разработка информационно-программного сопровождения системы обеспечения эксплуатационной надежности электродвигателей.
Объект исследований: процессы старения и прогнозирования состояния изоляции обмоток асинхронных двигателей, эксплуатируемых в условиях сельскохозяйственного производства.
Методы исследования. При решении поставленных задач исполь-
зевались методы математической статистики, анализа временных рядов, математического моделирования и численные методы решения дифференциальных уравнений. Экспериментальные исследования заключались в проведении ускоренных лабораторных и производственных испытаний АД. Для получения практических результатов разработаны базы данных и прикладные программы, по которым проводились расчеты на персональных ЭВМ (ПЭВМ) типа IBM PC/AT.
Научная новизна исследований заключается: в использовании в качестве выходного параметра модели старения изоляции модифицированного обобщенного диагностического параметра (МОДП), полученного путем объединения ранее известных диагностических параметров, определяемых при тестировании изоляции обмотки статора импульсом напряжения, для прогнозирования технического состояния электродвигателей; получении зависимостей технического состояния изоляции АД, описываемого с помощь» МОДП, от времени эксплуатации, воздействий окружающей среды и режимов их работы в сельскохозяйственном производстве; построении динамической стохастической и детерминированной моделей старения изоляции АД для целей прогнозирования ее технического состояния; разработке метода и алгоритмов прогнозирования технического состояния изоляции обмоток статора низковольтных АД средней мощности на основе предложенных математических моделей ее старения; разработке методики прогнозирования технического состояния изоляции АД, эксплуатируемых в сельскохозяйственной производстве; обосновании и разработке информационно-программного сопровождения системы обеспечения эксплуатационной надежности электродвигателей.
Практическая ценность работы. Изменение модифицированного обобщенного диагностического параметра технического состояния изоляции асинхронных двигателей позволяет объективно оценить динамику старения данной электроизоляционной системы. Полученные зависимости модифицированного обобщенного диагностического параметра от времени эксплуатации, воздействий окружающей среды и режимов работы дают возможность"охарактеризовать процесс старения изоляции асинхронных двигателей, эксплуатируемых на сельскохозяйственных предприятиях. Построенные модели старения изоляции асинхронных двигателей позволяют учесть широкий комплекс воздействующих факторов и адекватно моделировать данный процесс, что является основой для разработки эффективного метода прогнозирования технического состояния изоляции обмоток. Разработанные метод, алгоритмы и методика прогнозирования обеспечивают доста-
точно высокую точность предсказания изменения технического состояния изоляции асинхронных двигателей в зависимости от условий их работы на сельскохозяйственных предприятиях. Разработанное информационно-программное сопровождение системы обеспечения эксплуатационной надежности электродвигателей повышает эффективность ее функционирования и уровень эксплуатации электрооборудования в сельском хозяйстве.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты работы внедрены на объектах аграрно-промышленного комплекса Алтайского края. Методические рекомендации по прогнозированию технического состояния изоляции асинхронных двигателей утверждены и рекомендованы к внедрению главным управлением сельского хозяйства и продовольствия Алтайского края. Разработанная методика прогнозирования технического состояния изоляции асинхронных двигателей и информационно-программное обеспечение внедрены на сельскохозяйственных предприятиях Павловского и Калманского районов Алтайского края. Разработанное программное обеспечение внедрено в учебный процесс на энергетическом факультете Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползу-нова для студентов специальности 10.04 по курсу "Современные технологии обработки информации".
Работа выполнена в Алтайском государственном техническом университете (АлтГТУ) им. И. И. Ползунова в 1994-1997 годах в соответствии с научным направлением "Повышение эксплуатационной надежности электрооборудования в сельскохозяйственном производстве", государственной научно-технической программой на 1986-1990 гг. и до 2000 года 0.51.21 "Разработать и внедрить новые методы и технические средства электрификации сельского хозяйства", в рамках научно-исследовательской работы АлтГТУ им. И.И. Ползунова, финансируемой из средств федерального бюджета по единому заказ-наряду 45.29.33 "Исследование надежности электрооборудования и разработка энергосберегающих, экологически чистых технологий его восстановления" на 1994-1998 гг.
Апробация работы. Основные результаты исследований долояены и обсуждены на научно-технической конференции "Охрана природы, гидротехническое строительство, инженерное оборудование" в Новосибирской государственной академии строительства (Новосибирск, 1994 г.); всероссийской научно-методической конференции "Пути и механизмы повышения мотивации обучения студентов в вузах" (Барнаул, 1994г.); третьей международной конференции "Измерения,
контроль и автоматизация производственных процессов (ШПП-94)"
(Барнаул, 3394г.); ежегодных научно-технических конференциях
АлтГТУ им. И. И. Ползукова и научных семинарах кафедры "Электрос
набжение промышленных предприятий" в 3994-1997 годах.
На защиту выносятся: .
зависимости технического состояния изоляции электродвигателей от времени эксплуатации, воздействий окружающей среды и режимов работы;
динамическая стохастическая и детерминированная модели старения изоляции асинхронных двигателей для прогнозирования ее технического состояния;
метод, алгоритмы и методика прогнозирования технического состояния изоляции АД, разработанные на основе математических моделей;
комплекс информационно-программного сопровождения системы обеспечения эксплуатационной надежности электродвигателей.
Публикации. По материалам выполненных в диссертации исследований опубликовано 15 печатных работ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из ведения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы, без приложений, составляет 178 страниц машинописного текста, 30 рисунков, 9 таблиц. Список литературы включает 267 наименований.
