К. т. н. Бардик Є.І., доц., ст. викладач Безбереж’єв Ю.В., магістрант Каращук В.В.

Національний технічний університет України «КПІ ім. Ігоря Сікорського»

ОЦІНКА РИЗИКУ ВІДМОВИ АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ ВЛАСНИХ ПОТРЕБ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ НА ОСНОВІ РЕЗУЛЬТАТІВ ОПЕРАТИВНОЇ ДІАГНОСТИКИ

Забезпечення необхідного рівня надійності та живучості електростанцій потребує безвідмовної роботи усіх механізмів власних потреб (ВП), приводами яких в основному є асинхронні двигуни (АД). Існуючий на сьогоднішній день високий рівень пошкоджуваності (щорічно пошкоджується 20-21% від загальної кількості встановлених АД) внаслідок вичерпання їх ресурсу, призводить до порушення безперервності технологічних процесів, підвищення ремонтних витрат, зниження рівня стійкості енергосистеми. Тому задачі адекватного оцінювання технічного стану (ТС) АД, визначення спрацьованого ресурсу, імовірності відмови з урахуванням усіх факторів впливу та оцінки ризику виникнення аварійних ситуацій є наразі актуальними. На практиці контроль і діагностування ТС АД здійснюється в основному шляхом випробувань, які проводять до і після ремонту, що не дозволяє в більшості випадків виявляти дефекти на ранній стадії їх розвитку. Більш зручним і ефективним в експлуатації є діагностування в робочому режимі тобто без відключення електрообладнання. Здійснення діагностування в робочому режимі дозволяє рівень розвитку і впровадження мікропроцесорних приладів для вимірювання і обробки результатів параметрів режиму.

У переважній кількості випадків відмови АД відбуваються через ушкодження обмоток (ізоляції обмотки статора, стрижнів обмоток ротора) – 70-80%. Другою складною ланкою АД є підшипниковий вузол (5-11%) і відносно невеликий відсоток пов’язаний з порушенням ексцентриситету повітряного зазору. Аналіз існуючих вітчизняних і закордонних систем моніторингу АД показує, що в якості діагностованих параметрів двигунів зазвичай використовують їх основні електричні параметри – напруги U_А, U_В, U_С, струми І_А, І_В, І_С окремих фаз, температуру навколишнього середовища, температуру обмоток, а також рівень вібрації. На сьогоднішній день достатньо складно отримати необхідну статистичну інформацію по відмовам АД певного виду, класу, напруги і сформувати на цій основі функцію розподілу імовірності відмови АД F(t). Тому в [1] на основі теоретичних і експериментальних даних запропоновано визначити імовірність безвідмовної роботи АД за формулою:

,

де P₁(t) – імовірність відмов, що викликана дефектами і старінням всипних обмоток асинхронних двигунів при рівні експлуатаційних впливів, що відповідають номінальним умовам експлуатації; P₂(t) – імовірність відмов, що викликані дефектами, зносом і старінням механічних частин двигунів за нормальних умов експлуатації; P₃(t) – імовірність відмов викликаних швидким тепловим руйнуванням ізоляції обмоток статора і інших елементів конструкцій двигуна в результаті аварійних ситуацій. На основі даних експлуатації і лабораторних досліджень АД в форсованих режимах, аналізу законів розподілу імовірності відмови отримана залежність середнього напрацювання на відмову АД , від зміни основних експлуатаційних факторів: температури обмотки статора, частоти пусків, вібраційних швидкостей. Температура обмотки статора, яка залежить в загальному випадку від еквівалентного струму статора , визначається:

,

де – максимальний із фазних струмів – струм зворотної послідовності, що визначається за результатами вимірювання поточних фазних струмів АД. Перевищення температури обмоток статора визначається:

;

де - - коефіцієнт номінальних витрат в двигуні; -температурний коефіцієнт; - температура навколишнього середовища.

Напрацювання на відмову та інтенсивність відмови можна визначити [1]:

;

де – n – частота пусків двигунa; v – вібраційна швидкість; K – постійна величина, що характеризує рівень надійності двигунів отриманий на стадії проектування і виготовлення; а₁-а₆ – постійні коефіцієнти. Залежність справедлива для будь яких сполучень експлуатаційних факторів в діапазонах змінення параметрів

, , .

Приймаючи експоненціальні закони розподілу для номінальних умов експлуатації, імовірність безвідмовної роботи для любого терміну напрацювання від 0 до 40000 годин АД визначається :

В таблиці 1 наведено результати розрахунків температури обмоток статора, для функції розподілу імовірності відмови, інтенсивності відмови, параметрів функції розподілу відмови F(t) АД для різних ділянок напрацювання, при роботі з різними навантаженнями частотою пусків, та значень вібраційної швидкості.

Таблиця 1. Експлуатаційні параметри електродвигуна на окремих ділянках експлуатації

0	4380	8760	13140	17520	21900	30660	35040	39420
155	167	160	161	158	169	158	167	158
2	6	27	53	8	16	14	29	9
5	6	15	20	6	10	36	28	12
0,074	0,18	0,15	0,22	0,946	0,2406	0,346	0,459	0,109
0	0,087	0,153	0,242	0,277	0,36	0,479	0,586	0,608

Базова залежність P(t) для функціїї імовірності відмов АД ВП наведена на рисунку 1. Разом з цим в залежності від режиму роботи на любому інтервалі спостереження в межах нормативної імовірності напрацювання параметр потоку відмов може змінюватись. Крім того для конкретної одиниці асинхронного двигуна значення базової величини і повинні експертно уточнюватись шляхом урахування відмінностей реальних умов експлуатації відносно базових. Це можна врахувати представленням значення у вигляді трикутного нечіткого числа з певним розкидом, що визначається експертним шляхом:

де - ліве і праве розширення (розкид) на інтервалі часу. Рис. 1. Функції розподілу імовірності відмови асинхронного двигуна з урахуванням реальних експлуатаційних даних

Представлена модель АД є складовою комплексної моделі програмного забезпечення аналізу ризику виникнення аварійної ситуації RISR- VP в системі

власних потреб електростанції.

Висновок. Запропоновано підхід щодо моделювання АД для оцінки ТС і ризику відмови, що враховує результати оперативної і ремонтної діагностики. Отримано модель відмови АД, що враховує вплив експлуатаційних факторів.

Перелік посилань

1. Кузнецов Н.Л. Надежность электрических машин :учебное пособие для вузов 2006. – 432 с.

2. Назарычев А. Н., Андреев Д. А. Методы и математические модели комплексной оценки технического состояния электрооборудования. - Иваново. ИГЭУ, 2005 - 224с

3. Бардик Є.І. Моделювання і оцінка ризику відмов електрообладнання електроенергетичних систем з урахуванням рівня ресурсу після ремонту. Науковий вісник НГУ, Дніпропетровськ: 2014р.,с.82-90

4. Костерєв М.В., Бардик Є.І., Літвінов В.В. Нечітко-статичний підхід до оцінювання експлуатаційної та режимної надійності об’єктів підсистем електроенергетичної системи, Наукові праці ДонНТУ Серія «Електротехніка і енергетика», 2013 р., - №1