Содержание к диссертации
Введение
1. Информация и статистика об отказах судового электрического, электронного оборудования и средств автоматизации в отрасли водного транспорта 11
1.1 Типовые неисправности, отказы судового электрооборудования при эксплуатации на судах речного флота 11
1.2. Оценка влияния качества технической эксплуатации, обслуживания и ремонта судового электрооборудования на его безопасность и срок службы 20
1.3. Информация об отказах, неисправностях, повреждениях, авариях электрического, электронного оборудования и средств автоматизации судов речного флота 30
1.4. Повышение надежности судового электрооборудования и ремонтно-восстановителыше сварочные работы на судах речного флота 46
1.5. Электроснабжающие комплексы «берег-судно» в отрасли водного транспорта и их эксплуатация . 49
2. Методы и технические средства прогрева, подсушки, сушки, восстанов ления сопротивления изоляции электрических машин в отрасли водного транспорта 53
2.1 Техническое обслуживание, уход за изоляцией и чистка изоляционных систем электрооборудования судов, портов, гидросооружений 53
2.2. Способы и устройства для сушки, восстановления сопротивления изоляции асинхронных двигателей перед их включением в работу на судах, в портах, гидросооружениях 57
2.3. Сушка электрических машин внешним нагреванием 62
2.4. Сушка изоляции электрических машин под действием инфракрасных лучей 64
2.5. Сушка электрических машин методом потерь в стали 64
2.6. Сушка электрических машин посторонним источником тока 69
2.7. Сушка электрических машин током короткого замыкания 76
2.8. Электроосмотическая сушка и контроль состояния изоляции прибором ЭСКИ-М 78
2.9. Выбор метода и режима сушки изоляции электрических машин 80
2.10. Контроль влажности изоляции электрических машин в процессе сушки 82
2.11. Активные методы зашиты электрических машин промышленного и судового исполнения от воздействия окружающей среды 84
2.11.1. Обогрев отключенного асинхронного двигателя 84
2.11.1.1. Требуемая активная мощность для нагревания асинхронного двигателя 86
2.11.1.2. Периодическое проворачивание механизмов по отдельному графику 88
2.11.1.3. Обогрев с помощью встраиваемых внутренних и наружных активных сопротивлений 88
2.11.1.4. Низковольтный обогрев пропусканием постоянного тока через обмотку асинхронного двигателя 90
2.11.1.5. Обогрев пропусканием через обмотку двигателя переменного тока частотой 50Гц 99
2.11.1.6. Обогрев пропусканием через обмотку двигателя переменного тока повышенной частоты 101
2.11.1.7. Обогрев асинхронного двигателя импульсным током 102
2.11.1.8. Обогрев высоковольтных асинхронных двигателей 106
2.11.1.9. Использование емкости для ограничения величины тока 107
2.11.2. Электроосмотический способ поддержания высокого сопротивления изоляции 108
2.11.3. Осушение изоляции токами утечки 113
2.11.4. Осушение охлаждающей среды 114
2.11.5. Требования к устройству поддержания высокого сопротивления изоляции 114
2.12. Анализ способов, технических средств защиты от увлажнения и сушки изоляции асинхронных двигателей 116
2.13. Интенсификация процесса сушки изоляции в эксплуатационных условиях 125
2.14. Цель и задачи исследований 127
3. Теоретические исследования сушки, испытаний, диагностики изоляционных систем и аварийных режимов тиристорного преобразователя 130
3.1. Математическая модель для оценки параметров управляемой токовой сушки асинхронных двигателей на судах 130
3.2. Оценка влияния сушки на тепловой износ изоляции трансформатора 138
3.3. Оценка работоспособности универсального тиристорного преобразователя с перестраиваемой структурой 141
3.4. Импульсная прочность изоляции высоковольтных асинхронных двигателей 145
3.5. Допустимые эксплуатационные воздействия на изоляцию высоковольтных двигателей 147
3.6. Автоматизация расчетов переходных процессов в судовых электроэнергетических системах с управляемым аварийным режимом 149
3.7. Математическая модель для оценки аварийных воздействий на тиристоры энергосберегающего преобразователя 158
3.8. Метод множественного регрессионного анализа 170
4. Экспериментальные исследования сушки, пропитки, испытаний, диагностики изоляции электрооборудования судов, портов и гидросооружений 173
4.1. Принцип действия энергосберегающего, универсального, тиристорно го преобразователя с перенастраиваемой структурой силового модуля для управления сушкой, прожиганием изоляционных систем 173
4.2. Проектирование печатной платы электронной системы управления тиристорным преобразователем 193
4.3. Монтаж и наладка энергосберегающего, портативного, универсального, тиристорного преобразователя с перестраиваемой структурой вентильного модуля 194
4.4. Экспериментальные исследования процессов безразборной, управляемой токовой сушки электрооборудования на водном транспорте 202
4.5. Обеспечение надежности работы энергосберегающего универсального тиристорного преобразователя 204
4.6. Требования проведения эксперимента 209
4.7. Разработка схемы и конструкции установок 210
4.8. Исследование режимов сушки 210
4.9. Пропитка электрической изоляции 220
4.10. Новая технология пропитки и управляемой токовой сушки статорных обмоток электродвигателей на водном транспорте 226
5. Разработка устройств для управления сушкой, испытаниями, диагностикой изоляции, рекомендаций по повышению эксплуатационной надежности электрооборудования на водном транспорте и технико-экономическая эффективность использования результатов исследований 244
5.1.. Методика сушки электрическим током и восстановления изоляции асинхронных двигателей в судовых условиях с помощью портативного тиристорного преобразователя 244
5.2. Методика подогрева обмоток статоров асинхронных двигателей с помощью переносного тиристорного преобразователя для восстановления сопротивления изоляции на штатном месте установки без демонтажа с судов 251
5.3. Рекомендации по повышению эксплуатационной надежности судовых электродвигателей 252
5.4. Рекомендации по защите асинхронных двигателей от повышенной влажности 258
5.5. Расчет надежности энергосберегающего, универсального, тиристорного преобразователя 261
5.6. Методика расчета экономической эффективности внедрения ресурсосберегающей технологии управляемой токовой сушки судового электрооборудования 269
5.7. Эффективность ресурсосберегающей технологии сушки мощного
электрооборудования судов, портов и гидросооружений 274
5.8. Передвижной мобильный испытательно-прожигающий комплекс для диагностики изоляционных систем 279
5.9. Энергосберегающая установка для испытаний и диагностики изоляции электротехнического комплекса «берег-судно» 292
5.10. Установка для диагностики повреждения изоляции асинхронных двигателей 302
Заключение 314
Список литературы
- Оценка влияния качества технической эксплуатации, обслуживания и ремонта судового электрооборудования на его безопасность и срок службы
- Способы и устройства для сушки, восстановления сопротивления изоляции асинхронных двигателей перед их включением в работу на судах, в портах, гидросооружениях
- Оценка влияния сушки на тепловой износ изоляции трансформатора
- Проектирование печатной платы электронной системы управления тиристорным преобразователем
Введение к работе
Актуальность темы. Диссертационная работа направлена на решение одной из задач ресурсо- и энергосбережения, связанной с реализацией ряда положений "Энергетической стратегии России на период до 2020г." На современных автоматизированных судах тяжелые условия эксплуатации, обусловленные повышенной влажностью, постоянной вибрацией, механическими ударами, резкой сменой климатических условий окружающей среды, предъявляют повышенные требования к качеству изготовления, ремонта судового электрооборудования и автоматики. Причем величина сопротивления изоляции обмоток является одним из главных факторов, влияющих на эксплуатационную надежность судовых электрических машин и трансформаторов различного назначения.
Проблема увлажнения изоляции обмоток продолжает оставаться одной из главных причин аварийности электродвигателей, особенно на водном транспорте. По данным исследований более 40% электродвигателей в отрасли водного транспорта требуют периодической сушки, в том числе при судоремонте. В связи с этим разработка эффективных способов сушки, позволяющих оперативно и качественно подсушить увлажненные обмотки электродвигателей, является актуальной задачей.
Традиционные методы сушки изоляционных систем чрезвычайно трудоемки, сложны и трудны в исполнении в условиях судна. Поэтому применительно к судам речного, морского, промыслового флотов необходимы наиболее эффективные и легко выполняемые способы сушки изоляции увлажненных обмоток электрических машин в судовых эксплуатационных условиях на штатном месте установки без демонтажа и разборки, а также при судоремонте.
В отрасли водного транспорта одним из возможных перспективных направлений решения этой проблемы является совершенствование методов и средств оперативного и достоверного диагностирования состояния электрооборудования судов. При этом обеспечивается улучшение характеристик надежности судового электрооборудования, систем полупроводниковой автоматики, как в процессе эксплуатации, так и при проведении ремонтных операций, что способствует повышению общих технических и экономических показателей использования водного транспорта.
В судостроении и судоремонте эксплуатационная надежность, пожаробезопасность и электробезопасность электрооборудования в значительной степени определяется техническим состоянием его электрической изоляции. Поэтому актуальна разработка новых технических решений по способам диагностирования и прогнозирования изменения состояния изоляции судового электрооборудования, в частности, асинхронных двигателей, и создание опытных образцов диагностических приборов и мобильных установок, комплексов диагностики пов
Tgfo
Объектом исследований является судовое электрооборудование, в частности, асинхронные двигатели, сопротивление изоляции которых восстанавливается сушкой при проведении ремонтных операций в процессе судоремонта
Предметом исследования являются методы сушки изоляционных систем электрооборудования судов и вопросы повышения эффективности технологических режимов процесса прогрева, подсушки, сушки, восстановления сопротивления изоляции увлажнённых обмоток судовых асинхронных двигателей в эксплуатационных условиях, а также при судоремонте.
Целью работы является обеспечение ресурсосбережения, снижение энергозатрат, повышение эффективности, интенсификация и оптимизация технологических режимов процесса прогрева, подсушки, сушки, восстановления сопротивления изоляции увлажненных обмоток судовых асинхронных двигателей после зимнего отстоя речных судов, при судоремонте, а также в эксплуатационных условиях на водном транспорте
Задачи работы. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
провести исследование процессов внутреннего тепломассопереноса в увлажненной изоляционной системе при управляемом токовом нагреве обмоток электродвигателя судового исполнения;
теоретически обосновать и разработать новый, энергосберегающий, рациональный способ повышения эффективности и увеличения интенсивности токовой сушки изоляции отсыревших обмоток при судоремонте;
создать портативные устройства для сушки, профилактических испытаний, диагностики изоляции асинхронных двигателей в эксплуатационных условиях на судах и предложить рекомендации по их использованию в судостроении и судоремонте,
разработать методику для обеспечения ресурсосбережения, снижения энергозатрат, повышения эффективности, интенсификации и оптимизации технологических режимов процесса прогрева, подсушки, сушки, восстановления сопротивления изоляции увлажненных обмоток судовых асинхронных двигателей в эксплуатационных условиях на водном транспорте, а также при судоремонте;
определить закономерности и исследовать тепловые процессы в силовых модулях портативных преобразователей с перестраиваемыми структурами;
разработать методику расчета надежности предложенных, портативных, энергосберегающих, универсальных, тиристорных преобразователей с перестраиваемыми структурами силовых вентильных модулей;
произвести синтез мобильных установок диагностики повреждения изоляционных систем.
Методы исследования. Методологической основой работы является системный подхода при решение задач исследования использованы методы теории сушки, теории теплопроводности, теории автоматического
регулирования, теории технической диагностики и теории обработки результатов эксперимента.
Достоверность выводов обеспечивается многоэтапным рассмотрением проблемы, применением общепризнанных физических и математических методов, а также использованием удовлетворяющих требованиям действующих нормативных документов приборов и оборудования. Достоверность аналитических результатов подтверждается их апробацией на экспериментальной установке.
Теоретические результаты подтверждаются математическим и имитационным моделированием на ЭВМ. Достоверность теоретических положений подтверждена результатами исследований, полученных с помощью физических моделей энергосберегающих, портативных, универсальных, тиристорных преобразователей с перестраиваемыми структурами силовых вентильных модулей, а также результатами испытаний и промышленной эксплуатации преобразовательных устройств, разработанных на основе научных работ автора и положений данной диссертационной работы. Достоверность научных положений и основных выводов обоснована результатами лабораторных и натурных исследований, а также данными численного моделирования.
Научная новизна результатов диссертационных исследований состоит в следующем:
для судостроения и судоремонта предложен новый способ безразборной сушки увлажненных обмоток асинхронных двигателей электрическим током, управляемым энергосберегающим, портативным, универсальным, тиристорным преобразователем;
создан информационный автоматизированный комплекс для экспресс-расчетов оптимальных параметров сушки изоляции судовых асинхронных двигателей на базе ПЭВМ;
разработана математическая модель для автоматизированных оценок на ПЭВМ аварийных воздействий на тиристоры энергосберегающих универсальных преобразователей с перестраиваемыми структурами силовых вентильных модулей;
предложен способ пропитки обмоток асинхронных двигателей судового исполнения при одновременном нагреве обмоток электрическим током, управляемым тиристорным преобразователем, и разработана технология пропитки-сушки статорных обмоток ремонтируемых асинхронных двигателей. Основные положения, выносимые на защиту:
метод безразборной управляемой сушки электрическим током изоляции
асинхронных двигателей на штатном месте их установки без демонтажа с
судов посредством портативных, энергосберегающих, универсальных,
тиристорных преобразователей;
информационный автоматизированный комплекс для экспресс- расчетов
оптимальных параметров сушки изоляции судовых асинхронных
двигателей на основе ПЭВМ;
новый способ пропитки обмоток асинхронных двигателей судового исполнения при одновременном нагреве обмоток электрическим током, управляемым тиристорным преобразователем, и технология пропитки-сушки статорных обмоток ремонтируемых асинхронных двигателей в электроцехах судорсмонтно-судостроительного предприятия;
энергосберегающие, портативные, универсальные, тиристорные преобразователи с перестраиваемыми структурами силовых вентильных модулей для сушки, испытаний и диагностики изоляционных систем электрооборудования в эксплуатационных условиях на водном транспорте, включая судоремонт.
Практическая значимость работы. Сформулированы принципы построения и разработаны новые, энергосберегающие, портативные, универсальные, тиристорные преобразователи с перестраиваемыми структурами силовых вентильных модулей для сушки, испытаний и диагностики изоляционных систем электрооборудования в эксплуатационных условиях на водном транспорте, включая судоремонт.
В период открытия навигации после зимнего отстоя речных судов необходимо в больших объемах выполнять трудоемкие работы по восстановлению сопротивления изоляции и требуется производить массово сушку увлажненных обмоток судового электрооборудования в эксплуатационных условиях на водном транспорте. В соответствии с требованиями Российского Речного Регистра и Морского Регистра судоходства РФ при сопротивлении изоляции обмоток судового электрооборудования ниже допустимых норм и составляющего ОДМОм необходимо использовать метод управляемой сушки их с помощью разработанного тиристорного преобразователя с перестраиваемой структурой силового вентильного модуля.
С целью снижения трудозатрат при дефектации судового электрооборудования в судоремонте, определения обмоток с пониженным сопротивлением изоляции (меньше допустимых норм) и восстановления изоляционных систем на объектах водного транспорта предлагается созданная мобильная установка для диагностики изоляции асинхронных двигателей с тиристорным управлением. При вводе речных судов для эксплуатации в летнюю навигацию мобильная установка для диагностики судового электрооборудования с тиристорным управлением позволяет быстро, в кратчайшие сроки выявить и отбраковать отсыревшие обмотки, требуя восстановления их изоляционных свойств посредством универсального тиристорного преобразователя, который входит в ее состав.
На основании рассчитанных графических зависимостей можно определить допустимую оптимальную мощность, подаваемую в отсыревшие обмотки электродвигателя при сушке на штатном месте установки без демонтажа с судна в эксплуатационных условиях, а также при судоремонте. Предложенное аналитическое определение параметров управляемой токовой безразборной сушки изоляции асинхронных двигателей по разработанной структурной схеме
с реализацией на ПЭВМ соответствует наиболее оптимальному способу решения задачи.
Создан алгоритм и реализована на ПЭВМ рабочая программа, составленные на основе разработанной теплофизической модели, для исследования тепловых процессов в силовых модулях преобразователей.
Разработаны мобильные установки с тиристорным (или симисторнып) управлением для обеспечения энергосберегающей технологии испытаний, оптимизации технологического процесса обнаружения дефектной изоляции, интенсификации определения скрытых мест повреждения и повышения эффективности диагностирования изоляционных систем электрооборудования судов.
Разработана методика расчета надежности предложенных, портативных, энергосберегающих, универсальных, тиристорных преобразователей с перестраиваемыми структурами силовых вентильных модулей.
На основании созданной методики расчета определен годовой экономический эффект от внедрения ресурсосберегающей технологии управляемой токовой сушки электрооборудования судов, равный 45,5 тыс. руб.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с Федеральной целевой программой «Внутренние водные пути России» (1996 - 2000 гг.), межвузовской программой «Университеты России - фундаментальные исследования» по разделу «Физика современных радиоэлектронных технологий» (1997 - 1998 гг.).
Апробация работы. Основные положения диссертации и ее результаты докладывались, обсуждались и были одобрены: на VI международной научно-технической конференции «Проблемы повышения технического уровня электроэнергетических систем и электрооборудования кораблей, плавучих сооружений и транспортных средств» (Санкт-Петербург, 1998); научно-методической конференции НМК-98 СПГУВКа (Санкт-Петербург, 1998); научно-методической конференции, посвященной 190-летию транспортного образования (Санкт-Петербург, 1999); международном семинаре «Современные технологии эксплуатации энергетического оборудования в малой энергетике с применением продукции Thomson Technology Inc. и Marathon Electric» (Санкт-Петербург, 2002); кафедральных научно-методических семинарах; на научно-технических конференциях СПГУВК (2002, 2003, 2004г.), Международной научно-практической конференции "Безопасность водного транспорта» (Санкт-Петербург, 2003г.), совместном заседании кафедр Судостроения и Технологии судоремонта (2004г.).
Реализации работы. Метод управляемой сушки асинхронных электродвигателей по энергосберегающей технологии внедрен при судоремонте паромов-ледоколов "Н.Каплунов" и "Андрей Коробицын". Результаты диссертационной работы нашли практическое применение в учебном процессе ФГОУ ВПО СПГУВК при подготовке специалистов по технологии судостроения и судоремонта.
Публикации. Основные материалы диссертации офажены в 25 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,
Оценка влияния качества технической эксплуатации, обслуживания и ремонта судового электрооборудования на его безопасность и срок службы
Оценка влияния качества технической эксплуатации, обслуживания и ремонта электрооборудования судов на его электро -, пожаро -, взрывобе-зопасность и срок службы выполнена по речному флоту, приписанному к СРСЗ им. В.В. Куйбышева пароходства "Волготанкер". Судоремонтно-судостроительный завод имени В.В. Куйбышева речного пароходства "Волголтанкер" имеет электроцех для перемотки обмоток, их пропитки, сушки, испытаний изоляции повышенным напряжением после сушки, ремонта судового электрооборудования как приписанного речного флота, так и электрооборудования предприятий. В начале 90 - годов численность работников электроцеха составляла 16...21 человек в зависимости от времени года. Личный состав электроцеха в среднем составляет: электромонтажник 6 разряда - 2 человека, электромонтажник 5 разряда- 2 человека, электромонтажник 4 разряда - 4 человека, электромонтажник 3 разряда — 5 человек. Остальные работники электроцеха составляют электрики низшего разряда и ученики. В период зимнего отстоя на среднем ремонте отдельных судов внутреннего и смешанного река-море плавания работают судовые электромеханики, а также участвуют в ремонте механики-наставники. Возглавляет электроцех главный энергетик завода и мастер (менеджер), имеющий средне-техническое образование. Групповой механик по судовому электрооборудованию контролирует и организовывает правильную техническую эксплуатацию электрооборудования судов, средств автоматизации, а также обеспечивает производство ремонта, технической помощи в центре технической эксплуатации (ЦТЭ) флота.
Электроцех завода имеет стенды для проверки автоматических регуляторов напряжения РК-1500, РРТ-32, импульсных отмашек СИУ-18У, а также распределительный щит для испытаний, проверки, контроля судовых элек 21 тродвигателей постоянного и переменного токов. В электроцехе смонтирована рабочая схема для проверки, настройки, испытаний сварочных преобразователей и трансформаторов, установлен поддон для пропитки лаком обмоток электрического оборудования судового и промышленного исполнения, электрическая печь для сушки обмоточных элементов после пропитки, электронаждак, токарный и два сверлильных станка, а также электротельфер и др. В соответствии с требованиями электро -, пожаро -, взры-вобезопасности оборудовано аккумуляторное помещение с зарядными устройствами (преобразователями) и устройством для нейтрализации использованного электролита аккумуляторных батарей с судов.
В 1981-1982 годах на техническом обслуживании СРСЗ им. В.В. Куйбышева речного пароходства "Волголтанкер" находилось 40 судов внутреннего и смешанного река-море плавания, причём из них 16 танкеров проекта 587 типа "Лось", "Олень" грузоподъёмностью 3300 тонн, имеющих бортовую сеть напряжением ПО В постоянного тока. Эти суда имеют два главных дизеля по 500 л.с, два вспомогательных дизель-генератора по 25 кВт каждый, а также два тепловых двигателя типа Д6 по 150 л.с. для выгрузки нефтепродуктов. Два валогенератора в зависимости от числа оборотов главных двигателей могут развивать мощность от 12 до 17 кВт. В пароходстве 22 танкера "Волгонефть" проектов 558 (8 единиц), 1577 (11 единиц), Р-77 (3-"Ленанефть") имеют бортовую сеть напряжением 220 вольт трёхфазного переменного тока, два главных двигателя по 1000 л.с, три вспомогательных тепловых двигателя по 100 кВт, два электропривода грузового насоса, подруливающее устройство. В пароходстве "Волготанкер" 7 танкеров имеют электрогидравлические рулевые машины, остальные имеют рулевые электрические машины системы генератор-двигатель (Г-Д). На обслуживании завода имеется буксир-толкач проекта 749 Б и дизель-электроход "Шлюзовой". Ежегодно в межнавигационный период силами электроцеха производится средний ремонт электрооборудования 6...8 судов приписанного флота, а также несколько единиц вспомогательного флота, не приписанных на техническое обслуживание к заводу. На остальных судах, не производящих среднего ремонта, а вставших на зимний отстой с осенней, весенней профилактикой или текущим ремонтом ремонт электрооборудования производится силами судовых электромехаников. Групповой механик по электрооборудованию при постановке судов на ремонт производит дефекта-цию всего электрооборудования (сопротивление изоляции электрических машин, кабельной проводки, состояния коллекторов, контактных колец, щёток, осветительной аппаратуры, заземляющих перемычек, схем автоматизации), составляет соответствующий акт, составляет или контролирует составление ремонтных ведомостей. При ремонте электрооборудования групповой механик производит контроль за качеством ремонта, производимого электроцехом и судовыми электромеханиками, оказывая теоретическую и практическую помощь, а затем производит приём электрооборудования из ремонта, подписывая соответствующие акты. Все модерниза-ционные работы на судах по электрооборудованию производит электроцех.
Способы и устройства для сушки, восстановления сопротивления изоляции асинхронных двигателей перед их включением в работу на судах, в портах, гидросооружениях
Асинхронные двигатели промышленного и судового исполнения длительное время находящиеся в отключенном состоянии в местах с повышенной влажностью, уменьшают сопротивление изоляции настолько, что их включение может вызвать аварию на водном транспорте. Поэтому осуществляют сушку и восстановление сопротивления их изоляции в эксплуатационных условиях.
Сушка изоляции асинхронных двигателей может осуществляться одним из следующих методов [13-15,17-19,31-33] (внешний обогрев и нагрев потерями в стали применяют, если электрическая машина была сильно увлажнена): нагреванием электрическим током или пропусканием постоянного или переменного тока через увлажненные статорные обмотки; внешним нагреванием (обогревом); действием инфракрасных лучей; нагреванием вследствие индукционных потерь или потерями в стали за счет отдельной намагничивающей обмотки, временно наматываемой на статор (ротор при этом вынимается).
Перед сушкой электрическую машину необходимо осмотреть, устранить замеченные дефекты, вычистить и продуть сухим сжатым воздухом.
При сушке особое внимание следует уделять скорости нарастания температуры обогреваемого асинхронного двигателя. Эта скорость должна быть не выше 5 С в час для того, чтобы исключить отслаивание изоляции. Сушка изоляции крупных электрических машин может продолжаться 2... суток. Прогрев прекращается, если характеристики изоляции соответствуют требования норм при условии, что установившееся сопротивление изоляции при неизменной температуре остается постоянным в течение 6 ч.
На время сушки должно устанавливаться непрерывное дежурство с ведением журнала сушки, в котором отмечаются дата, результаты измерения температуры, сопротивления изоляции, силы тока, напряжения и др.
Для ускорения и улучшения сушки целесообразно ее вести при предельно допустимой температуре для данного класса изоляции. Кривая сопротивления изоляции Rm в начале сушки с повышением температуры Тш падает, а затем, по мере высыхания изоляции, растет и в конце сушки не изменяется (рис.2.1.). Схемы сушки изоляции при пропускании постоянного тока через отсыревшую статорную обмотку асинхронного двигателя приведены на рис.2.2. Аналогичным образом обмотки асинхронного двигателя могут соединяться и при обогреве переменным током. Величина тока, необходимого для сушки, находится в пределах (0,4...0,6)1„, где 1н - номинальное эффективное значение фазного тока обогреваемого асинхронного двигателя. Напряжение обогрева определяется по величине эквивалентного сопротивления обмоток в зависимости от их схемы соединения.
Изоляцию сильно отсыревших электрических машин (которые были залиты водой, длительное время находились во влажной атмосфере) запрещается сушить постоянным током, протекание которого может вызвать электролитическое повреждение спаек. Кроме того, сушка током сильно отсыревших электрических машин может вызвать вспучивание изоляции. Такие электрические машины следует сушить внешним обогревом или нагреванием потерями в стали. Сушку потерями в меди обмоток можно осуществлять, если сопротивление изоляции электрической машины в холодном состоянии превышает 2000 Ом [34].
В качестве источника питания может служить генератор постоянного тока, выпрямительное устройство, сварочный трансформатор, сварочный генератор. В случае сушки асинхронных электродвигателей на судах традиционно для питания используется или источник постоянного тока, например сварочный генератор, или источник периодического тока -сварочный трансформатор.
При сушке переменным током для поддержания тока сушки равным 0,5 1н необходимо напряжение сушки (0,08...0,12)U н; для асинхронных двигателей с номинальным напряжение 380 В напряжение сушки равно 30...65 В. Для получения такого напряжения можно использовать сварочные трансформаторы. При доступности всех шести выводов ток пропускают через последовательно соединенные обмотки трех фаз, как показано на схеме рис. 2,3,а. Если у двигателя доступны только четыре вывода, то обмотки фаз сушат поочередно, производя включение каждой из них через час, если три - то подключают по одной согласно схеме рис. 2.3, б. Роток при этом способе не должен вращаться. Подводимое напряжение лежит в пределах 20...30% номинального. При сушке постоянным током устройств коммутации в цепь нужно ввести реостат (резистор), чтобы избежать пробоя изоляции вследствие воздействия коммутационных перенапряжений.
Сушку машин в режиме короткого замыкания производят при надежно заторможенном роторе. Питание осуществляют от сети трехфазного тока напряжением 10... 15% номинального. При наличии фазного ротора его обмотки закорачивают с помощью специальных перемычек.
Оценка влияния сушки на тепловой износ изоляции трансформатора
В отрасли водного транспорта при управляемой токовой сушке электрооборудования судов, портов, гидросооружений знание превышения температуры не дает еще возможности сделать вывод о том, что допустимо оно или нет, так как для ответа на этот вопрос необходимо оценить влияние температуры на изоляцию, которое заключается в ее старении. Время, в течение которого изоляция практически теряет механическую прочность, называется продолжительностью жизни изоляции и определяется эмпирической формулой [143] Z = Be-ae, (1) где Z-продолжительность жизни в годах; В и а-коэффициенты, которые могут считаться постоянными для сравнительно узкого диапазона температур, в котором работает изоляция трансформатора; 0 - температура изоляции. Согласно [144] при повышении температуры на 6С срок жизни изоляции сократится вдвое. Этому в уравнении (1) соответствует значение коэффициента a = 0,115.Действительно,
По данным [144] известно, что при постоянной температуре наиболее горячей точки, равной 98С, срок службы изоляции составляет 20...25 лет. При этом коэффициент В в уравнении (1) имеет значение (15,38... 19,23)105, так как (15,38...19,23)10V 115,98=20...25.
Степень старения изоляции, т.е. её износ, пропорциональна времени эксплуатации: 86=t/2 = t/Beae. (2) Степень старения (за любой отрезок времени) при температуре, равной 98С, будем считать нормальной, то есть є„= (to/B)e98a (3) Относительная степень старения определяется отношением действительной степени старения к нормальной S = Ee/E„ = (t/to)ea(e-98). (4)
По этой формуле можно подсчитать относительное значение износа изоляции при прогреве, подсушке, сушке (работе) трансформатора с постоянной температурой 9 в течение времени t ,причем за единицу принимают износ при 9 = 98С и времени to = 1ч.
Тогда, принимая среднее время технологического процесса сушки , подсушки , прогрева в сутки t = 2часа , определим относительное значение износа изоляции для первичной и вторичной обмоток трансформатора Єі= (2/1) е 115(93-4-98)= 1,178, где 9і = 93,4С - температура наиболее нагретой точки первичной обмотки трансформатора; є2=(2/1)е 115(113-98)=5,63, где 02 = 113 С - температура наиболее нагретой точки вторичной обмотки трансформатора.
Из этого следует, что за 2 часа управляемой токовой сушки с помощью универсального, энергосберегающего, тиристорного преобразователя с перестраиваемой структурой силового вентильного модуля износ изоляции для первичной обмотки трансформатора будет таким, как при нормально нагруженном трансформаторе в течение 1,178 часа, а износ изоляции для вторичных обмоток при этом будет таким, как при нормальной температуре (98С) в течение 5,63 часа.
Таким образом, при производстве энергосберегающей технологии сушки трансформатора по методу постоянного тока посредством универсального тиристорного преобразователя в таком режиме в течение суток его можно нагревать (включать) всего 4 раза со средним временем прогрева(работы) не более 1 часа и средним временем охлаждения (отключения) не менее 1 часа. При таком технологическом режиме сушки трансформатор может прослужить не менее 20 лет, тем более если учесть, что в данном режиме он будет работать только в случае прогрева, подсушки и сушки увлажненных обмоток. Оптимальный выбор параметров сушки отсыревших обмоток трансформатора не оказывает влияния на тепловой износ изоляции, не сокращает продолжительность ее жизни и не уменьшает срок службы электроустановок на водном транспорте.
Проектирование печатной платы электронной системы управления тиристорным преобразователем
Создание новых типов судов с прогрессивными технико-экономическими характеристиками и большим водоизмещением неразрывно связано с ростом мощности автономных (судовых, корабельных) электроэнергетических систем (ЭЭС) и проблемой ограничения токов коротких замыканий (к.з.), защитой, а также управлением переходными процессами в аварийных режимах работы автоматизированных электростанций. Оптимизация управления токами к.з. в ударной зоне мощных автономных ЭЭС определяет надежность и экономичность работы многоагрегатных автоматизированных электростанций. Для решения проблемы ограничения ударных токов к.з. и защиты автономных ЭЭС судов, кораблей, подводных аппаратов, плавсредств и плавсооружений необходима разработка теории переходных процессов в мощных электроэнергетических системах с управляемым аварийным режимом.
Однако управление токами к.з. в ударной зоне является чрезвычайно сложным переходным процессом, который сопровождается интенсивными межфазовымн дугообразованиями и теплообменом. Аналитическое решение данной задачи в общем виде в настоящее время не представляется возможным, а упрощения, обычно используемые при этом, приводят либо к заметному искажению исследуемого явления, либо к изучению его частных вопросов. Наряду с этим хорошо известно, что и комплексное экспериментальное исследование переходных процессов при коротких замыканиях в мощных автономных ЭЭС с управляемым аварийным режимом ввиду значительных ударных токов к.з., существенной нестационарности дуги и их быстротечности исключительно затруднено.
В последнее время при исследовании явлений, где аналитический расчет бессилен, а натурный эксперимент невозможен (управление токами к. з. в ударной зоне мощных автономных ЭЭС относится именно к такому случаю), с успехом начал применяться так называемый вычислительный эксперимент. Здесь вместо опытной установки используется ПЭВМ, работающая по заданной программе, а вместо физического явления - его математическая модель [147]. Уже сейчас при помощи этого метода в различных областях науки и техники получены весьма обнадеживающие результаты (решен ряд сложнейших задач, которые обычным путем решить невозможно; сделаны открытия и др.). Большие возможности вычислительный эксперимент открывает и при исследовании переходных процессов в автономных ЭЭС с управляемым аварийным режимом. Рассмотрим некоторые результаты его использования для численного моделирования переходных процессов при коротких замыканиях в автономной ЭЭС с управляемым аварийным режимом [148,149].
Первым этапом численного исследования является построение математической модели исследуемого явления [147,150] . Наиболее достоверно с физической точки зрения рассматривать управляемый аварийный режим как развитие переходных процессов по полным уравнениям Горева-Парка при наличии в автономной ЭЭС тиристорного токоограничителя шунтового типа. Именно на такой основе при помощи этих уравнений разработана математическая модель переходного процесса к.з. в судовой (корабельной) ЭЭС с управляемым аварийным режимом [150].
Вторым этапом численного исследования является разработка алгоритма решения задачи. В основу численного исследования процесса защитного шунтирования ЭЭС судов (кораблей) тиристорным токоограничителем шунтового типа положен метод О.Н.Климанова [150], с помощью которого осуществляется редукция исходной задачи к последовательности подзадач более простой физической природы. Алгоритм реализован по полным уравнениям Парка-Горева. Экспериментально проверено время установления стационарного процесса.
Основные сведения о численном методе расчета переходного процесса при коротком замыкании в судовой ЭЭС (СЭЭС) с управляемым аварийным режимом (тиристорным токоограничителем шунтового типа) приведены в работе [150]. Метод реализован в программе на алгоритмическом языке Фортран. Программа предназначается для оценки эффективности мероприятий по ограничению токов к.з. и защите от экстремальных токов в аварийных режимах при автоматизированном проектировании и эксплуатации автономных ЭЭС. Специфика задачи построения САПР и технические характеристики ПЭВМ потребовали ряда преобразований и доработок алгоритма, в частности, обеспечения эффективного использования машинной памяти и повышения быстродействия программы. Разработанная программа по ряду показателей (таких, например, как затраты машинного времени, объем моделируемой схемы и удобство использования) превосходит другие программы анализа качества электроэнергии. Укрупненная блок-схема программы расчета переходных процессов в автономных ЭЭС с управляемым аварийным режимом приведена на рис.3.4. Экспериментальные исследования обеспечили комплексную проверку уровня работоспособности математического и технического обеспечения разработанной подсистемы САПР при наличии в составе СЭЭС быстродействующего тиристорного токоограничивающего управляемого шунтирующего устройства (УШУ) защиты.
