Направления комплексной текущей диагностики и мониторинга оборудования

План

Общие контуры энергетической эффективности.

Технические системы для повышения экономической эффективности

Направления комплексной текущей диагностики и мониторинга оборудования

 

    Проблема повышения энергетической эффективности электрооборудования промышленных предприятий решается различными путями, разными исследователями. При этом характерно отсутствие единого подхода к проблеме, которая характеризуется в первую очередь многофакторностью и многоплановостью. Это существенно усложняет как ее корректную постановку, так, естественно, и ее решение. В большинстве исследований рассматриваются вопросы энергетической эффективности непосредственно электроприводов; другая часть посвящена вопросам технологической эффективности, обусловленной применением качественных в энергетическом отношении систем электропривода. При этом взаимная связь между одним направлением и другим, затрагивающая как особенности систем электропривода так и технологические аспекты рабочих машин, просматривается достаточно прозрачно. Совершенно изолировано стоят вопросы и исследования взаимосвязей между энергетической эффективностью, надежностью и текущими расходами на обслуживание электрооборудования.

    Рассмотрение этих направлений исследований с учетом элементов, их связывающих, показывает на их единство, как разных сторон проблемы энергосбережения в электрохозяйстве предприятия. Таким образом, системный подход к вопросу решения проблемы повышения энергетической эффективности промышленных электроприводов, вполне очевиден.

Общие контуры системы включают:

,

где  - постоянные коэффициенты; W - потребляемая из сети энергия; P_m - мощность потребляемая из сети; Q - потребляемая (генерируемая) из сети реактивная мощность; K - коэффициент, учитывающий некачественное потребление электрической энергии; N - число находящихся в эксплуатации электрических двигателей.

Составляющая C₄ формально не входит в оплату за электроэнергию, а оценивает ущерб от некачественных характеристик энергии собственно анализируемого предприятия, энергопитающей сети и подключенных к ней других потребителей.

Составляющая C₅ определяет дополнительную плату за некачественное состояние электрооборудования. Эта плата выступает как затраты ремонт электрооборудования выходящего из строя из-за несоответствия реальных параметров нагрузки сертификационным.

Сущность вопроса в том, что из-за экономических трудностей машинный парк предприятия заполнен ранее отремонтированными электродвигателями. Упомянутое оборудование по своим параметрам не соответствует паспортным данным и как правило не подвергается сертификации.

Снижение C₁ осуществляется путем оптимизации энергетических характеристик самого электропривода, а также за счет управления технологическим процессом средствами электропривода. Очевидно, что уменьшение C₁ возможно в случае наличия управляющих возможностей как со стороны электропривода (регулируемый электропривод, системы облегченного запуска, ограничение динамических нагрузок и т.п.), так и со стороны технологических механизмов.

Составляющая C₂ может быть уменьшена за счет наличия систем регулируемого и управляемого электропривода, а также информационно-технических систем, обеспечивающих контроль потребления активной мощности в период максимума. Составляющая C₃ определяет штрафные санкции за tg j. Снижение C₃ достигается за счет установления компенсирующих устройств (регулируемых и нерегулируемых). Плата за реактивную мощность тем выше, чем выше C₄ и C₅.

Плата за некачественное потребление энергии не входит в тариф на электроэнергию в форме отдельной ставки. Определенно можно сказать, что этот показатель уже входит составляющей в тариф на электроэнергию в целом ряде стран и в ближайшее время будет включен в соответствующий тариф и на Украине. Снижение показателей качественности потребляемой электроэнергии достигается различными путями (глубокого реактирования, рациональных законов управления тиристорными преобразователями и др.).

Снижение C₅ достигается путем определения реальной нагрузочной способности электродвигателей прошедших стадию электроремонта (их диагностики) и формировании технологической нагрузки электроприводов в соответствии с сертификационными параметрами.

В условиях спада производства важным параметром, характеризующим характеристики энергопотребления электроприводов является уровень питающего напряжения. Его увеличение приводит к существенному увеличению потребляемой реактивной мощности тиристорными электроприводами, асинхронными двигателями снижению генерируемой мощности электроприводами с синхронными электродвигателями. Установлено, что каждые +2,5% приращения питающего напряжения приводят к росту потерь в асинхронном двигателе на +3-----3,9% и увеличению потребляемой реактивной мощности почти на 5%. При напряжении более 1,1 U_н указанные показатели резко возрастают. Характерно, что рост потерь происходит в основном за счет потерь в стали статора. Этот фактор является одним из основных, определяющих работоспособность асинхронных машин. Указанные обстоятельства подтверждают вывод о том, что управление уровнем питающего напряжения является одним из факторов, снижающих показатель С .

Анализ показывает, что существенное снижение энергопотребления за счет широкого применения регулируемого электропривода в настоящее время нереализуемо в виду ограниченных возможностей капиталовложений с целью реконструкции электроприводов, следовательно, при решении практических задач повышения энергетической эффективности следует ориентироваться на существующий уровень и состояние промышленных электроприводов.

Установлено, что любой технологический процесс в той или иной мере управляем.Эта управляемость связана также с техническими возможностями периодических остановок процесса или существенного снижения производительности. В такой возрастает роль устройств для плавного запуска электрических двигателей, обеспечивающих снижение экстремальных моментов и токов, т.е. прямо и косвенно способствующих повышению ресурса работоспособности как электроприводов, так и технологических механизмов. Опыт и исследования показывают, что в отдельных случаях применение пусковых систем повышает время наработки на отказ синхронных двигателей в несколько раз, рабочих колес центробежных насосов на 15-75% и др.

Исследования эффективности работы фильтров для снижения гармоник тока и напряжения показывают, что в основном не работают в проектном режиме или не находятся в эксплуатации. Ощутимое улучшение качественных характеристик параметров электроэнергии, как показывают исследования, достигается за счет глубокого реактирования преобразовательных устройств или применения ряда параллельно работающих систем с различными углами управления. Эквивалентное увеличение угла коммутации преобразователей снижает коэффициент гармоник тока и напряжения сети.    

 

Выполненные исследования включают следующие технические системы для повышения экономической эффективности:

- системы облегченного запуска синхронных двигателей электроприводов по схеме Г-Д, обеспечивающие экономию электроэнергии на 13-18% и повышение технической надежности СД в 2-3 раза;

- системы плавного запуска группы синхронных двигателей мощностью по 3.5 МВт турбокомпрессоров, насосов, вентиляторов по схеме ТРН-СД, обеспечивающие повышение надежности электрических машин в 1.3-1.8 раза, турбомеханизмов в 1.4 раза и снижение платы за электроэнергию до 23%;

- устройства и системы для управления уровнем питающего напряжения, обеспечивающие существенное снижение энергозатрат и повышение работоспособности электрооборудования;

- формирование технологической загрузки электродвигателей в соответствии с сертификационными параметрами, получаемыми в ходе послеремонтных испытаний или при эксплуатации.

- системы диагностики электроприводов, базирующихся на энергетических критериях, обеспечивающие определение распределения потерь и сертификацию двигателей после их ремонта на специализированных предприятиях;

- устройства для снижения энергозатрат предприятий при существенной недогрузке электродвигателей за счет регулирования в функции упомянутой недогрузки;

- формирование графиков нагрузки с мощными электроприводами, техническими емкостями и др.

Разработанный комплексный подход к решению задачи повышения энергетической эффективности электроприводов позволяет выявить взаимосвязи между различными сторонами единого процесса энергопотребления. Учет этих факторов, а не акцентирование внимания на одном показателе (плате за электроэнергию) дает наиболее полный эффект, превышающей в несколько раз упомянутую составляющую.

    Указанные выше мероприятия реализуемы с использованием различных технических устройств и электротехнического оборудования различной сложности, т.е. с введением определенных капиталовложений. Выбор решений полностью базируется на технико-экономическом обосновании вариантов или их сочетании. Этот вопрос детализируется в заключительной главе и принципиальных особенностей не имеет.

    Здесь следует остановиться на мало изученной проблеме комплексной текущей диагностики и мониторинга оборудования. Решение проблемы видится в таких направлениях:

· введение в практику периодического диагностического обследования работающего оборудования с помощью переностного диагностического оборудования с целью выявления развивающихся неисправностей до формирования аварийной ситуации;

· применения диагностических наблюдателей с целью непрерывного контроля наиболее ответственных узлов электрифицированных агрегатов;

· создание и применение мобильного диагностического оборудования с целью определения реальных параметров электрических машин и определения остаточного ресурса работоспособности в конкретных производственных условиях. Выполнение нового вида работ оправдано совмещать с капитальными ремонтами технологических агрегатов;

· внедрение сертификационного аппарата для оценки допустимой технологической загрузки электрических машин при их послеремонтных испытаниях в условиях электроремонтных цехов и участков. При этом под сертификатом наряду с известными параметрами соответствия нормам подразумевается и новый паспорт с допустимой токовой нагрузкой, мощностью, коэффициентом полезного действия.