книги / Надежность дизель-электрических агрегатов и их систем автоматизации
..pdfисключает закипание жидкости и системе охлаждения при остановке электроагрегата и обеспечивает нормаль ный режим дизеля при остановке.
Система автоматизации предусматривает также про грев или самопрогрев электроагрегата, управление вспо могательными устройствами электроагрегата и электро станции, зарядку аккумуляторных батарей, связь с внешним вводом (с энергосистемой).
Принципиальные электрические схемы систем авто матизации подобных технологических операций доволь но просты н не представляют трудностей при их прак тическом осуществлении. Для этого используют в основ ном тс же первичные приборы, реле и исполнительные устройства, которые были рассмотрены в электрических системах защиты и остановки электроагрегатов.
Системы автоматизации электроагрегатов с дизеля ми, имеющими воздушный пуск, отличаются от преды дущих тем, что в них учтена специфика технологии дан ного вида пуска, а именно: предусмотрена одна попытка пуска продолжительностью 25—30 сек. В остальном они идентичны системам автоматизации электроагрегатов со стартерным пуском.
§ 9. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ, ВЫПОЛНЕННЫХ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
В настоящее время нашей промышленностью еще не освоено серийное производство дизель-электрическнх агрегатов с системами автоматизации, выполненными на бесконтактных элементах. Однако такие электроагрега ты разрабатываются. ВЫИИэлектропрнвод разработал типовые системы автоматического бесконтактного управления стационарными дизель-генераторами мощ ностью 100—630 кет, напряжением 400 в и мощностью 1000—4000 кет, напряжением 6,3 и ,10,5 кв, их защиты, сигнализации и регулирования.
Такая типовая система для стационарных дизель-ге нераторов мощностью 100—630 кет, разработанная на базе использования транзисторных элементов единой серии ЭТ, выполнена в трех исполнениях:
I — для дизель-генераторов мощностью до 300 кет, имеющих синхронные генераторы с самовозбуждением; I I — для дизель-генераторов мощностью до 300 кет,
5* 131
имеющих синхронные генераторы с машинным!! возбу дителями;
III — для дизель-генераторов мощностью 300— 630 кет.
Каждое исполнение конструктивно выполнено в виде комплектного устройства, состоящего из двух панелей (в виде шкафов): силовой и управления. В силовой па нели размещена аппаратура первичной коммутации: ав томат генератора, трансформаторы тока, силовые шины, автоматы отходящих фидеров. В панели управления смонтированы: измерительная аппаратура, блоки бес контактной автоматики, аппаратура управления и регу лирования напряжения.
Технологическая последовательность операций в ука занной системе автоматического управления соответст вует типовой технологии ЦНИДИ, принятой в серийно выпускаемом устройстве АКУ-61. При этом система управления пригодна как для воздушного, так и для стартерного пуска дизель-генератора.
В качестве датчиков дизельной автоматики могут быть использованы как комбинированные реле КР, так и бесконтактные датчики РК. В качестве исполнитель ных механизмов системы предусмотрен комплект уст ройств, выпускаемых Усть-Каменогорским заводом авто матики.
Система бесконтактного управления предусматри вает возможность использования двух видов синхрони зации дизель-генератора с сетью или дизель-генерато ром соизмеримой мощности: методом точной синхрони зации при помощи автоматического синхронизатора УСГ-1П, выполненного на транзисторах; методом само синхронизации без применения каких-либо специальных аппаратов.
Регулирование напряжения генераторов с электромашинными возбудителями осуществляют автоматиче ским регулятором напряжения РНА-60. При использо вании в электроагрегатах генераторов с самовозбужде нием, выпускаемых Бараичинским электромеханическим заводом им. Калинина, регулирование напряжения осу ществляют аппаратурой статической системы возбуж дения.
Система автоматического управления и защиты ди зель-генераторов мощностью 1000—4000 кет иапряже-
132
иием 0,3 и 10,5 кв также выполнена с применением транзисторных элементов единой серии ЭТ. Она отли чается от типовой системы автоматического бесконтакт ного управления низковольтными стационарными ди зель-генераторами мощностью до 630 кет только неко торыми особенностями в технологической последова тельности операций пуска и остановки, а также нали чием защит высоковольтного синхронного , генератора.
Конструктивно логическая и функциональная часть дизельной автоматики стационарных низковольтных и передвижных высоковольтных дизель-генераторов вы полнена в виде блоков, встраиваемых в панели управ ления. Для настройки и проверки блоков автоматики в комплекте предусмотрен блок-имитатор. Переключения ми тумблеров на нем можно имитировать всю техноло гию пуска и остановки дизель-генератора с контрольной проверкой правильности работы блока автоматики по загоранию ламп, имитирующих срабатывание исполни тельных механизмов.
Глава III
КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ
§ 10. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ !
Как известно, под качеством любого изделия пони мают совокупность его свойств, определяющих степень пригодности изделия для использования по назначению. Важнейшие качественные показатели электроагрегатов следующие:
надежность работы в различных условиях приме
нения; |
качество вырабатываемой электроэнергии; |
высокое |
|
быстрота |
ввода в действие в различное время суток |
и года; |
|
простота управления и обслуживания; минимальные расходы горюче-смазочных материалов
при работе.
Из основных качественных показателей электроагре гатов только четыре последних имеют вполне определен ные количественные выражения. Так, качество выраба тываемой электроэнергии определяется стабильностью и точностью регулирования напряжения и частоты тока, временем переходного процесса, а также величиной мак симального изменения напряжения и частоты тока при включении и отключении нагрузки. Быстроту ввода в
действие электроагрегата измеряют временем прогрева и пуска первичного двигателя и принятия номинальной нагрузки и т. д .,
Однако надежность электроагрегатов, являясь одним из самых важных, решающих показателей их качества, до последнего времени количественно не определена, и, как правило, не включена в технические условия на
134
электроагрегаты. Конечно, нельзя утверждать, что во просами повышения надежности электроагрегатов и вхо дящих в их состав комплектующих изделий вообще не занимались. Однако при этом не проводили количест венного определения надежности электроагрегатов и их элементов, без чего практически нельзя определить ре зультаты, получаемые при выполнении тех или иных мероприятий по повышению надежности.
В настоящее время разработка вопросов надежности становится одной из первостепенных народнохозяйствен ных задач. При этом решение проблемы надежности следует основывать на научном подходе и предусматри вать разработку целого комплекса мероприятий, в том числе выработку количественных показателей надежно сти и методов их экспериментального определения.
Однако необходимо указать, что в электротехниче ской промышленности и машиностроении и, в частности, в области электроагрегатостроеиия, до настоящего вре мени вопросам исследования надежности изделий не уделяли достаточного внимания. Так, до последнего вре мени количественно не определена надежность электро агрегатов и их комплектующих изделий, не полностью выявлены факторы, влияющие на надежность, не нала жен систематический сбор и анализ эксплуатационных данных по надежности электроагрегатов и не решены другие важные вопросы этой проблемы.
Практически отсутствует литература по вопросам на дежности электроагрегатов и их основных комплектую щих изделий, хотя литература по надежности других изделий (например, радиоэлектронной аппаратуры) и теории надежности весьма обширна.
Следует отметить, что повышение надежности элек троагрегатов, как и других изделий связано с некото рым увеличением экономических затрат на их разработ ку и производство. Однако более надежные электроаг регаты дешевле в эксплуатации. Существует так назы ваемая оптимальная надежность электроагрегатов, при которой расходы на производство и эксплуатацию элек троагрегатов будут минимальными. Определение и до стижение такой надежности электроагрегатов даст боль шой экономический эффект. Необходимо добавить, что повышение надежности таких сложных изделий, как электроагрегаты, является большой многоплановой и
135
трудной проблемой, решением которой следует зани маться на всех этапах проектирования, изготовления и эксплуатации электроагрегатов.
Бурное развитие техники, происшедшее за последние годы, непосредственно связано с ее усложнением и рас ширением области и условий применения. Это вносит определенные трудности в решение проблемы обеспе чения высокой надежности сложных изделий. В свою очередь, повышение ответственности выполняемых та кими изделиями задач требует все более высокой их на дежности. В этом наглядно проявляются диалектиче ские противоречия технического развития.
Принимая за основу общие положения теории на дежности и используя статистические данные, собран ные по результатам эксплуатации в течение гарантий ного срока службы нескольких сотен дизель-электриче- ских агрегатов на реальных объектах, проведем коли чественную оценку надежности электроагрегатов и их основных комплектующих изделий, определим законы распределения величин, характеризующих надежность электроагрегатов, а также проанализируем характер происходящих в них отказов и причины их возникно вения.
§11. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ I И ИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
ВГОСТе 13377—67 «Надежность в технике. Терми ны» надежность определена как свойство изделия вы полнять определенные функции, сохраняя свои эксплуа
тационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой нара ботки. При этом указано, что надежность изделия обу словливается безотказностью, ремонтопригодностью, со храняемостью, а также долговечностью его частей.
В ряде источников (например, литература [10]) на дежность характеризуется как свойство системы (эле мента), обусловленное главным образом ее безотказ ностью и ремонтопригодностью н обеспечивающее вы полнение задания в установленном для системы (эле мента) объеме. Долговечность и сохраняемость изделия выделяются в самостоятельное свойство более общего понятия качества изделия.
136
Учитывая специфику источников электропитания, це лесообразно определить в соответствии с изложенным надежность электроагрегатов как основное свойство их качества, обусловленное безотказностью их работы, ре монтопригодностью, долговечностью н сохраняемостью * и обеспечивающее выработку электрической энергии в установленном техническими условиями объеме и с за данными параметрами в течение определенного проме жутка времени.
Из основных понятий надежности электроагрегатов безотказность работы и ремонтопригодность являются определяющими. Так, при электроснабжении ответствен ных потребителей, ие допускающих перерыва, решаю щим фактором надежности является безотказность ра боты источников ! электропитания, т. е. их свойство сохранять работоспособность без вынужденных переры вов в течение заданного времени н в определенных ус ловиях эксплуатации. Немаловажное значение имеет безотказность работы электроагрегатов и для всех дру гих потребителей электроэнергии, так как с потерей работоспособности источника электропитания прекра щается (частично или полностью) функционирование и потребителей. Под работоспособностью понимают такое состояние электроагрегата, в котором он соответствует всем требованиям, установленным в отношении основ ных параметров, т. е. обеспечивает выработку' электри ческой энергии в необходимом объеме и при заданном техническими условиями качестве.
Следует отметить, что, кроме работоспособности из делия, при анализе надежности иногда ошибочно при меняют понятие исправность, понимая под этим такое состояние изделия, при котором оно в данный момент времени соответствует всем /требованиям, установлен ным как в отношении основных параметров, характери зующих нормальное выполнение заданных функций, так и второстепенных параметров, определяющих внешний вид, удобство эксплуатации и т. п .;
При работе электроагрегата иногда наступают такие
моменты, когда он |
полностью или частично теряет ра |
|
ботоспособность, |
т. |
е. в нем возникает отказ, при кото |
* Долговечность |
и |
сохраняемость электроагрегатов в настоя |
щей работе не рассмотрена.
137
ром элсктроагрегат перестает выполнять все или часть возлагаемых на него основных функции. Чтобы наибо
лее точно определить самое понятие отказ, укажем |
на |
|||
основные функции, |
выполняемые |
электроагрегатамн. |
||
Как известно, электроагрегаты предназначены |
для |
пи |
||
тания потребителей |
электрической |
энергией |
высокого |
качества. Основные параметры, характеризующие каче ство электроэнергии, следующие:
точность регулирования напряжения и частоты тока при изменениях нагрузки в различных пределах;
стабильность поддержания напряжения и частоты тока при неизменной нагрузке;
время переходного процесса при включении и отклю чении нагрузки.
Кроме выработки электроэнергии высокого качества, основной функцией электроагрегатов является также своевременная подача энергии потребителю и обеспече ние отдачи полной мощности (номинальной — при дли тельной работе и 110% номинальной — в течение 1 ч). Следовательно, полное или частичное прекращение пи тания потребителей электрической энергией или ее не соответствие одному из основных параметров качества будет являться отказом электроагрегата.
Вместо понятия отказ при исследовании надежности изделий в некоторых случаях ошибочно применяют по нятие неисправность, под которым понимают такое со стояние изделия, при котором в данный момент времени оно не соответствует хотя бы одному из требований технической документации, установленных как в отно шении основных, так и второстепенных параметров.
Таким образом, понятия исправность и неисправность
являются более общими и широкими, чем работоспособ ность и отказ. При исследовании надежности изделий следует применять лишь последние два понятия, кото рые действительно связаны с основными параметрами изделия, характеризующими нормальное выполнение за данных функций.
При возникновении отказа электроагрегат подлежит ремонту. Ремонтопригодность электроагрегата — это приспособленность его конструкции к предупреждению, обнаружению и устранению отказа, т. е. обеспечению восстановления утраченной работоспособности. Электро агрегаты относят к восстанавливаемым изделиям, так
138
как после устранения отказа они вновь включаются в работу. Это диктуется технической возможностью про ведения такого ремонта и подтверждается экономиче ской целесообразностью.
Отказы электроагрегатов являются следствием поте ри работоспособности отдельных деталей и узлов и пре кращения ими выполнения своих основных функций. Как показывает опыт эксплуатации электроагрегатов, некоторая часть отказов возникает в результате внезап ного выхода из строя деталей или узлов, т. е. как не ожиданная их поломка без предшествующих симптомов разрушения.
Внезапные отказы происходят из-за некачественной сборки и изготовления отдельных деталей и узлов, при менения нестандартных материалов, нарушения техно логии изготовления, неправильно выбранных или уста новленных режимов работы, ошибочных действий об служивающего персонала и в результате воздействия других многочисленных факторов. Физическая природа таких отказов заключается во внезапной концентрации нагрузок, действующих внутри и вне детали или узла. Внезапные отказы могут возникнуть в любые моменты времени, а поэтому в период нормальной эксплуатации не могут быть предотвращены путем замены ненадеж ных деталей или узлов запасными.
Часть отказов возникает из-за износа, старения или усталостных явлений в деталях и узлах, что приводит к возникновению так называемых постепенных (нзносных) отказов в электроагрегатах, следствием которых является выход его отдельных параметров за установ ленные техническими условиями допуски. Постепенные отказы носят закономерный характер, а поэтому их воз никновение можно заранее предвидеть (прогнозиро вать) .
Л . СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ИХ НАДЕЖНОСТИ
Дизель-электрический агрегат — относительно слож ное электротехническое устройство, состоящее из сле дующих основных изделий и узлов: первичного двига теля), электрического генератора, щита управления, сое динительной муфты, рамы электроагрегата. В автоматн-
139