авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 |

Разработка частотного метода обеспечения безопасной эксплуатации электроприводов машинных агрегатов нефтегазовых производств

-- [ Страница 2 ] --

В процессе деградации диэлектрических свойств изоляции и местных изменений сопротивления токопроводящей жилы изменяются значения эквивалентных емкостей, индуктивностей, активных сопротивлений. Местные неоднородности формируют колебательные контуры с резонансными частотами, определяемыми эквивалентными значениями емкостей, индуктивностей и активных сопротивлений, что отражается на амплитудно-фазовых частотных характеристиках кабеля. Анализ амплитудно-фазовых частотных характеристик силового кабеля позволяет идентифицировать уровень деградации диэлектрических свойств изоляции и выявить локальные изменения электрических параметров кабеля. Сигнал на входе кабеля задается напряжением U0 и током I1. На выходе кабеля соответственно имеем Uн и Iн. Падение напряжения и утечка тока на произвольном участке dx линии определяются уравнениями

-d U0/dx = I1(R1i+jLi), (1)

-d I2i/dx = Ui(R2i+jCi). (2)

Решение данных уравнений для напряжения и тока в произвольной точке х линии дает следующие выражения:

Ux = U0ch x – I1Zв sh x, (3)

Ix= I2ich x – (Ui/Zв) sh x, (4)

Zв = (R1+jL)/ = , (5)

где Zв волновое сопротивление кабеля, - коэффициент (постоянная) распространения сигнала в кабеле:

= + j =. (6)

Схема замещения кабеля содержит распределенные параметры, но ввиду того, что длина волны в спектре исследуемого сигнала много меньше физических размеров кабеля, в данной работе предлагается использовать схему замещения с сосредоточенными параметрами (рисунок 3).

  Схема замещения машинного-4

Рисунок 3 – Схема замещения машинного агрегата с кабелем с сосредоточенными параметрами

В третьей главе рассмотрены вопросы разработки экспериментальной установки, метрологического обеспечения результатов измерений, методик экспериментальных исследований и обработки результатов исследований, выбора образцов для проведения исследований. В качестве объектов для исследования взаимосвязи параметров частотных характеристик элементов электропривода машинных агрегатов с уровнем деградации диэлектрических свойств изоляции были выбраны наиболее широко применяемые на практике силовые кабели машинных агрегатов с пропитанной бумажной изоляцией марок ААШВ-6 и СБ-6.

При оценке текущего состояния изоляции ориентируются на электрические критерии предельного состояния изоляции, определяемые при доведении модели или натурного образца до предельного состояния (пробоя изоляции) согласно РД 34.45-51.300-97. Для выявления закономерностей взаимосвязи между уровнем деградации диэлектрических свойств изоляции и значениями диагностических параметров, образцы изоляции подвергались следующим видам испытаний: повышенным напряжением, испытании на стойкость к механическим воздействиям (навивание), на долговечность (тепловое воздействие) и увлажнением. Данные методы испытания изоляции предусмотрены ГОСТ 18410-73.

При исследовании изменения электрофизических свойств изоляции и частотных характеристик исследуемых образцов при механических воздействиях применялся метод навивания. В качестве образцов изоляции при проведении исследований использовались отрезки силового кабеля марки ААШВ с пропитанной бумажной изоляцией длиной 5 метров, с алюминиевой оболочкой и открытыми концами. После каждого цикла испытания механическим воздействием снимается амплитудно-фазовая частотная характеристика образца, производится регистрация диагностических параметров, отражающих изменение диэлектрических свойств изоляции. Испытания образца продолжают до тех пор, пока не произойдет пробой изоляции.

При проведении исследований на долговечность использовались образцы изоляции, которые подвергались воздействию циклами нагрева и охлаждения согласно ГОСТ 18410-73. При исследовании изменения диэлектрических свойств изоляции в процессе увлажнения образец погружался в емкость с водой, при этом концы образца должны выступать над поверхностью воды не менее, чем на 300 мм. Перед началом исследований и после каждого цикла снимается амплитудно-фазовая частотная характеристика образца, производится регистрация в соответствии с ГОСТ 3345-76 диагностических параметров, отражающих изменение диэлектрических свойств изоляции.

Деградация диэлектрических свойств изоляции в процессе испытаний сопровождается изменением параметров амплитудно-фазовых частотных характеристик образцов (рисунок 4).

  Амплитудно-фазовые частотные-5

Рисунок 4 – Амплитудно-фазовые частотные характеристики образцов изоляции

Для исследования частотных характеристик образцов использовался измерительный комплекс, состоящий из программно-аппаратного комплекса Tie Pie ТР-801, интегрированного в персональный компьютер, и приборов для измерения активного сопротивления R, емкости C, угла диэлектрических потерь tg и коэффициента абсорбции Кабс образца изоляции (рисунки 5, 6).

  Структурная схема-6

Рисунок 5 – Структурная схема экспериментальной установки

Рисунок 6 – Внешний вид экспериментальной установки

Программное обеспечение комплекса Tie Pie ТР-801 (фирма TiePie engineering Netherlands, класс точности 0,1) обеспечивает его работу в режиме генератора сигналов произвольной формы, осциллографа, цифрового вольтметра, анализатора спектра, регистратора переходных процессов. Измерительный прибор 2801 1N (класс точности 0,5) позволяет измерять значения активного сопротивления R через 15 и 60 секунд с момента приложения напряжения и определять значения коэффициента абсорбции Кабс образца изоляции, измерительный прибор Е7-22 позволяет измерять электрическую емкость и тангенс угла диэлектрических потерь образца изоляции при частотах 0,120 и 1 кГц (класс точности 0,5). Метрологическое обеспечение экспериментальных исследований осуществлялось в соответствие с ГОСТ 14014-91 и ГОСТ 22261-94.

Таблица 1 – Изменение контролируемых параметров в процессе деградации диэлектрических свойств изоляции кабеля ААШВ-6

Контролируемые параметры Состояние поставки Навивание 3 цикла Долговечность 250 циклов Увлажнение 100 циклов
1 2 3 4 5
R60, МОм 387,7303 236,7895 155,7112 0,3000
R15, МОм 265,7143 183,8571 139,7143 0,3000
Kaбс 1,4592 1,2879 1,1145 1,0000
C1, пФ 3,7870 3,7020 3,5910 3,5350
tg 1 0,0786 0,0803 0,0807 0,0820
C0,120, пФ 4,1450 4,0680 3,9560 3,9060
tg 0,120 0,0520 0,0615 0,0633 0,0662

Частотные характеристики исследуемого образца изоляции снимались при подаче на его вход синусоидального напряжения с постоянной амплитудой 10 В и с частотой, изменяющейся от нуля до 1000 Гц. На рисунке 4 представлены изменения амплитудно-фазовых частотных характеристик (АФЧХ) образцов изоляции кабеля марки ААШВ-6 в процессе деградации диэлектрических свойств при тепловых и механических воздействиях, а также в процессе увлажнения. В таблице 1 представлены соответствующие изменения значений диагностических параметров в процессе деградации диэлектрических свойств исследуемых образцов изоляции.

Аналогичные исследования были проведены с образцами изоляции кабеля СБ-6 и с изоляцией асинхронного электродвигателя 4А80В2У3 привода центробежного вентилятора Ц4-70№3.

В четвертой главе проведен анализ результатов экспериментальных исследований взаимосвязи изменения параметров частотных характеристик элементов электропривода машинных агрегатов с уровнем деградации диэлектрических свойств их изоляции и сделан вывод о возможности оценки состояния изоляции по значениям параметров частотных характеристик. Определены диагностические параметры, отражающие изменения частотных характеристик элементов и, соответственно, состояние их изоляции. Теоретически и экспериментально определены диапазоны изменения диагностических параметров, характеризующих уровень деградации диэлектрических свойств изоляции. Для конкретных типов кабелей электроприводов определены численные значения диагностических параметров, соответствующих предельному состоянию изоляции. Разработаны метод количественной оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции и программно-аппаратный комплекс для оценки состояния изоляции кабелей машинных агрегатов нефтегазовых производств.

В данной работе для оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции элементов электропривода машинных агрегатов предлагается использование передаточных функций этих элементов – их математических моделей в операторной форме. Передаточная функция W(p) полностью определяет динамические свойства линейного элемента электропривода и может быть получена из выражения амплитудно-фазовой частотной характеристики W(j) при замене параметра (j ) на комплексный параметр p. Передаточная функция элемента электропривода может быть также определена по электрической схеме замещения элемента как отношение преобразованной по Лапласу выходной величины к преобразованной по Лапласу входной величине. В качестве примера рассмотрена методика определения передаточной функции кабеля электропривода машинного агрегата по электрической схеме замещения (см. рисунок 3). Система уравнений для мгновенных значений токов и напряжений схемы замещения кабеля с сосредоточенными параметрами, записанная на основе законов Кирхгофа, имеет вид

(7)

Применением прямого преобразования Лапласа система уравнений приведена в операторную форму:

(8)

Из системы уравнений получено выражение для передаточной функции как отношение в операторной форме выходного напряжения к входному напряжению схемы замещения

. (9)

Передаточная функция W(p) зависит только от параметров схемы замещения и выступает как интегральный параметр, позволяющий идентифицировать состояние изоляции кабеля машинного агрегата. Полином знаменателя передаточной функции называется ее характеристическим уравнением. Расположение корней характеристического уравнения на комплексной плоскости зависит от параметров изоляции, поэтому изменение координат корней характеризует изменение свойств изоляции. Для получения передаточной функции в реальных производственных условиях на вход кабеля подается единичный ступенчатый сигнал, на выходе кабеля регистрируется кривая переходного процесса. С помощью программы Simou_df осуществляется аппроксимация кривой переходного процесса (рисунок 7) и определяются параметры передаточной функции. Определение численных значений корней характеристического уравнения передаточной функции осуществляется с помощью программы Lapnew. Оба программных продукта являются авторской разработкой кафедры АХТП ГОУ ВПО УГНТУ.

  Кривые переходного процесса-11

Рисунок 7 – Кривые переходного процесса при разных уровнях деградации диэлектрических свойств изоляции кабеля

Пользуясь передаточной функцией и нормированными значениями основных электрических параметров кабеля – сопротивлением изоляции и емкости в состоянии поставки и предельными значениями сопротивления и емкости кабеля, можно определить расчетным путем область G расположения корней характеристического уравнения на комплексной плоскости, которая соответствует исправному состоянию изоляции. Границы области G, соответствующие предельному состоянию изоляции, уточняются экспериментально, путем доведения изоляции до состояния пробоя. В результате сопоставления координат корней характеристического уравнения, полученных экспериментально, с границами области G делается заключение о состоянии изоляции кабеля. Для количественной оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции использован метрический метод распознавания образов. Мерой уровня деградации диэлектрических свойств изоляции служит расстояние между текущими значениями координат корней характеристического уравнения и координатами корней, соответствующих либо исходному, либо предельному состоянию изоляции. В общем случае евклидово расстояние между точками х и а в пространстве нескольких параметров записывается как

n

l(x, a) = | x - a | = ((x1 – a1)2 + ··· + (xn – an)2)1/2 = {(xj – aj)2}1/2. (10)

J = 1

Расстояние между текущими координатами корней характеристического уравнения и их координатами при исходном или предельном состоянии изоляции можно охарактеризовать с помощью угла между векторами, соединяющими начало координат с координатами корней

cos = (x · a)/(|x| |a|). (11)

На рисунке 8 изображена область G на комплексной плоскости корней характеристического уравнения, построенная по результатам расчета, и нанесены координаты корней, полученных экспериментальным путем при разных уровнях деградации диэлектрических свойств изоляции кабеля марки ААШВ-6 3х150 длиной 5 метров. Приняты предельные значения сопротивления изоляции Rпред = 0,3Rном и емкости Cпред = 0,95Сном. Область G расположения корней характеристического уравнения на комплексной плоскости, соответствующая исправному состоянию изоляции кабеля, описывается выражением

G:. (12)

Область G может быть представлена через угол между векторами

G: , (13)

G: , (14)

где X, Y – действительная и мнимая части комплексного корня характеристического уравнения передаточной функции.

  Расположение корней-15

Рисунок 8 – Расположение корней характеристического уравнения передаточной функции кабеля ААШВ-6 3х150 длиной 5 метров при различных уровнях деградации диэлектрических свойств изоляции

В разработанном частотном методе диагностики изоляции кабелей машинных агрегатов, по аналогии с методом вибродиагностики машинных агрегатов, состояние изоляции подразделяется, в зависимости от расположения корней передаточной функции на комплексной плоскости, на 3 подгруппы – «Нормальное», «Удовлетворительное» и «Неудовлетворительное», которым соответствуют следующие состояния поврежденности: «Повреждение не обнаружено», «Повреждение обнаружено», «Обнаружено критическое повреждение». Состояние «Повреждение не обнаружено» соответствует расположению корней передаточной функции в области G. Расположение корней передаточной функции, не принадлежащее области G, соответствует состоянию «Обнаружено критическое повреждение». Порог состояния «Повреждение обнаружено» составляет 20 процентов от уровня состояния «Обнаружено критическое повреждение» и соответствует расположению корней передаточной функции в области G20.

Описание области G20={(X,Y}}:

G20 :, (15)

G20 :. (16)

Алгоритм оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции кабелей машинных агрегатов представлен на рисунке 9.

Рисунок 9 – Алгоритм оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции кабелей машинных агрегатов

Для реализации предложенного метода разработан программно-аппаратный комплекс, состоящий из персонального компьютера типа ноутбук, устройства Tie Pie ТР-801 и программного обеспечения. В составе программно-аппаратного комплекса используются также приборы для измерения электрических параметров изоляции 2801 1N и Е7-22.

Общие результаты и выводы

1 Установлено, что состояние изоляции электропривода машинных агрегатов влияет на безопасность технологических процессов предприятий нефтегазовой отрасли, и уровень деградации диэлектрических свойств изоляции может быть определен по совокупности параметров частотных характеристик.

2 На основе анализа системы дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитные процессы в силовом кабеле электропривода машинного агрегата, его динамических и частотных характеристик, получена математическая модель в операторной форме, описывающая процесс деградации диэлектрических свойств изоляции кабеля в зависимости от условий эксплуатации и режимов работы.

3 На основе анализа математической модели и экспериментальных исследований ее корневых годографов определены области расположения корней характеристического уравнения на комплексной плоскости, соответствующие исправному состоянию изоляции кабеля. Для конкретных марок кабелей определены значения корней характеристического уравнения, в пределах 20% от критического состояния изоляции.

4 Разработан частотный метод оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции элементов электропривода машинных агрегатов нефтегазовых производств, с помощью которого определены критические пределы, позволяющие повысить безопасность их эксплуатации.

5 Разработанный метод оценки уровня деградации диэлектрических свойств изоляции силовых кабелей машинных агрегатов принят к внедрению в ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», используется в учебном процессе в филиале ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» в г. Салавате.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1 Баширов М.Г. Диагностика силовых кабельных линий / Баширов М.Г., Заварихин Д.А., Вишневский Д.А. // Материалы межвуз. науч.-технич. конф.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. – С. 284.

2 Баширов М.Г. Разработка метода диагностики кабельных линий 6 – 10 кВ / Баширов М.Г., Заварихин Д.А., Вишневский Д.А. // Материалы межвуз. науч.-технич. конф.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2005. – С. 291.

3 Баширов М.Г. Неразрушающий контроль и диагностика высоковольтных кабельных линий методом анализа гармонических составляющих / Баширов М.Г. Заварихин Д.А., Миндолин М.А // Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов – 2007: материалы Всерос. науч.-технич. конф. - Тольятти: Изд-во ТГУ, 2007. - С.160.



Pages:     | 1 || 3 |
 








 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.