Введение к работе
Актуальность работы. Электрическое хозяйство современных промышленных предприятий необходимо рассматривать как сложную систему, состоящую из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов (на крупных металлургических заводах может эксплуатироваться более 100 000 электрических двигателей). Обеспечение предприятия электроэнергией связано с решением задач по трём крупным разделам: 1) электроснабжение; 2) электропривод, силовое оборудование и автоматизация, электроосвещение; 3) ремонт электрооборудования. В настоящее время, в области ремонта электрооборудования, промышленные предприятия пользуются документами, разработанными более трех десятилетий назад. Их значимость уменьшилась после появление современных видов электрооборудования и прекращения масштабных исследований в области ремонта электрооборудования. Существующая система планово-предупредительного ремонта основана на однозначном планировании (не учитывает вероятностных свойств энергетических комплексов) и требует постоянного финансирования и достаточного количества квалифицированных трудовых ресурсов. Оказалось, что для электрического хозяйства промышленных предприятий состоящего из 1010 элементов (электротехнических изделий, блоков, узлов, деталей, комплектующих, простейших и иных изделий, материалов, конструкций и узлов), проявляется неизбежное ценологическое многообразие. Это привело к тому, что в системе планово-предупредительного ремонта длительности цикла ремонта, межремонтные периоды, трудоёмкости текущего и капитального ремонтов сильно различаются даже для одной отрасли.
Большой износ установленного электрооборудования (60% и более) приводит к фактическому росту аварийности. В современном мире вопросам энергоэффективности уделяется особое внимание, требуя снижения потребления электроэнергии, увеличения надежности работы как предприятий в целом, так и отдельных агрегатов и снижения вредного экологического воздействия. Развитие науки и техники позволило создавать новые энергоэффективные виды электрических двигателей, отличающихся повышенным КПД. Также большое распространение завоёвывают регулируемые электроприводы, используемые как для обеспечения основных технологических характеристик (режимов работы) механизмов, так и с целью энергосбережения. 23 ноября 2009 г. был утвержден Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» (далее – закон № 261-ФЗ). Закон формирует принципиально новое отношение к процессу повышения энергетической эффективности и конкурентоспособности промышленных предприятий РФ. В связи с этим актуализируется не только вопрос о ремонте электрооборудования как таковом, но и о его замене на современные энергоэффективные типы.
Актуальность решаемой задачи обусловлена: большим количеством установленного электрооборудования и его высоким износом; большим видовым разнообразием установленного оборудования; завышенными затратами на техническое обслуживание и капитальный ремонт оборудования.
Целью работы является создание нового подхода к организации технического обслуживания, ремонта и замены электрических двигателей на энергоэффективные типы в условиях технического перевооружения и внедрения инноваций, заключающегося в:
оптимизации структуры установленного электрооборудования за счет частичного сокращения видового разнообразия установленных электрических двигателей;
разработке методики проведения замены электрических двигателей на энергоэффективные типы;
организации технического обслуживания и ремонта электрических двигателей до и после проведения их замены.
Достижение конечной цели диссертационной работы осуществляется путем последовательного решения следующих задач:
-
Анализ структуры парка установленного и ремонтируемого оборудования.
-
Разработка методики определения перечня электрических двигателей, подлежащих замене.
-
Проведение качественной оценки надежности работы электрических двигателей при применении различных стратегий ремонта.
-
Минимизация объема технического обслуживания и ремонта электрических двигателей за счет применения современных средств диагностики состояния электрооборудования.
-
Организация технического обслуживания и ремонта энергоэффективных электрических двигателей.
-
Составление основных требований к организациям, осуществляющим фирменный ремонт двигателей.
-
Оценка экономии электроэнергии при внедрении энергоэффективных двигателей и соблюдении технологии производства.
Основные методы научных исследований. Исследования, проведенные в ходе диссертационной работы, базируются на использовании методов математического моделирования и статистики, теории электрических машин, ценологической теории, теории проведения кластерного анализа, методов решения дифференциальных и алгебраических уравнений. Результатом теоритических исследований стала разработанная универсальная методика, реализованная посредством разных программных пакетов.
Научная новизна заключается в следующем:
-
Разработана методика проведения замены электрических двигателей на энергоэффективные с целью снижения электропотребления и повышения надежности функционирования промышленного предприятия в целом.
-
Доказано повышение надежности работы комплекса электрооборудования при применении стратегии ремонта по техническому состоянию и предложена методика ее внедрения на промышленное предприятие.
-
Проведён комплексный анализ структуры установленных и ремонтируемых на промышленном предприятии электрических двигателей, позволивший определить типы электрических двигателей, имеющих наиболее высокий потенциал повышения надежности работы и энергоэффективности.
-
Обоснован выбор системы проведения технического обслуживания и ремонта двигателей, подлежащих замене, позволяющей повысить надежность работы предприятия в целом и сохранить устойчивые структуры видовых Н-распределений установленных и ремонтируемых двигателей.
-
Доказана необходимость проведения технического обслуживания и ремонта устанавливаемых энергоэффективных двигателей силами сторонних организаций (проведение фирменного ремонта), осуществляющих их ремонт и техническую поддержку. На основании полученных данных сформулированы основные требования к организациям, осуществляющим сервисное обслуживание и ремонт.
Практическая ценность работы и ее реализация заключаются в возможности использования полученных моделей, методик в службах главного энергетика промышленных предприятий. Созданная методика, основанная на использовании математического аппарата гиперболических H-распределений, позволяет определить основные направления изменения видового разнообразия установленного электрооборудования для определения оптимального перечня электрических двигателей, подлежащих замене. Применение стратегии ремонта по техническому состоянию позволит снизить параметр потока отказов электрических двигателей. Предложенная система организации технического обслуживания двигателей, до проведения их замены, позволит снизить затраты на эксплуатацию и их ремонт. Разработанная методика проведения замены и предложенная система организации технического обслуживания и ремонта электрических двигателей ориентированы на широкий круг пользователей и могут быть рекомендованы к использованию на предприятиях химической промышленности.
Достоверность результатов исследования подтверждается корректностью исходных посылок, корректным использованием математического аппарата гиперболических H-распределений и методов кластерного анализа.
Реализация результатов работы.
Результаты работы внедрены в систему организации технического обслуживания, ремонта и замены электрических двигателей на промышленном предприятии ОАО «Аммофос».
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Методика проведения замены электрических двигателей на энергоэффективные с целью повышения надежности их работы, снижения электропотребления и улучшения основных показателей функционирования промышленного предприятия за счет оптимизации видового H-распределения установленных электрических двигателей.
-
Обоснование применения стратегии ремонта по техническому состоянию для снижения скорости возрастания параметра потока отказов двигателей при их длительной эксплуатации.
-
Система организации технического обслуживания и ремонта электрических двигателей до и после проведения их замены на энергоэффективные.
-
Перечень требований к организациям, осуществляющим фирменный ремонт и продажу электрооборудования.
Апробация. Основные результаты диссертационной работы были доложены на: XV–XIX международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и электроэнергетика» (Москва, 2009–2013); всероссийской научно-практической конференции с элементами научной школы для молодёжи (с международным участием) «Фёдоровские чтения – 2012» (Москва, 2012); VIII межрегиональной (международной) научно-технической конференции студентов и аспирантов «Информационные технологии, энергетика и экономика» (Смоленск, 2011); научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Энергия-2012» (Иваново, 2012); на научных семинарах кафедры «Электроснабжения промышленных предприятий» МЭИ.
Публикации. Основные результаты по теме диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах, в том числе в четырех изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов диссертаций на соискание учёных степеней доктора и кандидата наук.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 278 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков и 9 таблиц. Список использованной литературы включает 106 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Приложения представлены на 144 страницах.
