WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Показано, что старение автоматических выключателей приводит к увеличению вероятности возникновения и увеличению скорости развития дефектов в кабелях и двигателях. На примере имеющихся статистических данных показано, что по мере старения ограничителей перенапряжения и изменения их вольт-амперных и вольт-секундных характеристик изменяются процессы в сторону ускорения старения двигателей, кабелей и автоматических выключателей. С учетом этого обоснована модель изменения ТС, которая учитывает взаимное влияние различных электроустановок друг на друга. Модель позволяет обнаружить и отсеять второстепенные факторы, выделить и определить ключевые составляющие, учитывающие старение ЭУ.

На основе проведенных исследований в главе 1 сформулированы следующие задачи поставленной цели: разработка модели, позволяющей провести анализ динамических свойств технического состояния электроустановок до 1000 В, учитывающей свойства автоматических выключателей, кабелей, двигателей и их взаимное влияние; разработка методики определения динамических свойств текущего состояния, ресурсных показателей и оценки остаточного ресурса автоматических выключателей, кабелей и двигателей; разработка методики учета влияния коммутационных перенапряжений на триинговые процессы, как в водной фазе, так и в фазе частичных разрядов, а также методики анализа динамических свойств развития дефекта в кабелях с полимерной изоляцией; усовершенствование модели тепловых процессов в электроустановках.

Во второй главе разработана модель, позволяющая провести анализ динамических свойств ТС ЭУ до 1000 В. Выполнен анализ свойств развития триинговых процессов и влияние на них коммутационных свойств автоматических выключателей. Разработана модель системы управления ТС с учетом результатов диагностики автоматических выключателей.

Модель основана на учете временных характеристик начальной стадии горения электрической дуги и изменении кривой напряжения на дуге по мере увеличения количества циклов включений и отключений. Отличительной особенностью модели является учет кинематической схемы автоматического выключателя на этапе включения и отключения, свойств коммутируемых присоединений (активная, индуктивная и емкостная нагрузки).

Для исследования кинематических свойств автоматических выключателей разработано программное обеспечение, которое реализовано в математическом пакете MatCad (рис.1). С помощью математической модели проводились исследования при разных интервалах изменений углов поворотов входных звеньев (входных обобщённых координат) и при разных линейных составляющих коэффициентов внутренних и внешних пружин включения и отключения. Выполнена экспериментальная проверка адекватности модели. Получены данные влияния свойств автоматических выключателей на надежность кабелей и двигателей.

Проведен анализ процессов, влияющих на коммутационную и механическую износостойкость, отключающую способность автоматических выключателей. На базе чего обоснована методика определения динамических свойств текущего состояния и ресурсных показателей.

Разработана новая методика оценки остаточного ресурса автоматических выключателей. Найдены диагностические параметры – время начальной стадии горения электрической дуги и изменение напряжения на дуге. С увеличением времени начальной стадии горения электрической дуги техническое состояние автоматических выключателей значительно ухудшается.

Показано, что по мере старения автоматических выключателей, увеличивается длительность разрыва тока, что приводит к увеличению термического воздействия на кабели и пускового тока двигателей.

Обоснованная методика позволяет организовать обслуживание и ремонт автоматических выключателей по состоянию, что обеспечивает увеличение межремонтных периодов.

Опираясь на разработанную математическую модель, был проведен анализ коммутационных перенапряжений, воздействующих на изоляцию кабеля.

Рис. 1. Алгоритм расчета ресурсных свойств выключателей

Показано, что при коммутациях присоединений в виде кабельной и двигательной нагрузки возникают высокочастотные перенапряжения, ускоряющие рост триингов, как в водной фазе, так и в фазе возникновения частичных разрядов. Существенное изменение скорости развития триингов происходит в диапазоне частот до 30 кГц, а в диапазоне 30 кГц – 400 кГц скорость развития триингов меняется незначительно (рис.2).

На этой основе обоснована методика учета динамических свойств ресурса и развития дефекта.

Рис.2. Количественные характеристики развития триингов в кабелях с полимерной изоляцией

Во второй главе также разработана модель системы управления ТС с учетом результатов диагностики автоматических выключателей. Оценка ТС ЭУ является одним из неотъемлемых элементов систем управления режимами работы, ремонтом и обслуживанием. Функции оценки ТС в общей системе обслуживания и ремонта является установление соответствия между текущими значениями ТС и состояниями, характеризующими надежность.

В третьей главе выполнено исследование методов и технологий теплового контроля ЭУ. Усовершенствована модель тепловых процессов в ЭУ, учитывающая конвективные потоки среды.

Выделяющаяся в ЭУ тепловая мощность распространяется как внутри ЭУ, так и за его пределы в окружающее пространство. При этом могут действовать различные механизмы теплопередачи. Рассмотрены теоретические методы теплового контроля ЭУ, в которых источниками тепловой мощности являются: джоулево тепловыделение, диэлектрические потери, тепловыделение при трении, нагрев и охлаждение теплопроводностью.

Показано, что при моделировании теплового состояния ЭУ, необходимо учитывать конвективные потоки среды, так как конвективное течение во многом определяет тепловой режим и картину его теплового поля.

Наиболее сложными с точки зрения анализа тепловых процессов являются автоматические выключатели, так как имеют неоднородное выделение тепловой энергии, что представляет сложность определения области для оценки его состояния. Тепловое состояние всех элементов автоматических выключателей определяется процессами, происходящими в нем при коммутации. В момент отключения тока короткого замыкания температура внутри дугогасительных устройств достигает высоких значений, после отключения – температура падает. По динамике изменения температуры можно проводить оценку состояния элементов автоматических выключателей.

Моделирование теплового состояния автоматических выключателей с учетом конвективных потоков среды выполнено с использованием программного пакета FlexPDE путем решения методом конечных элементов нелинейного дифференциального уравнения теплопроводности:

, (2)

с граничными условиями:. (3)

Выполнена экспериментальная проверка адекватности модели.

Результат моделирования теплового состояния автоматических выключателей позволяет сформулировать требования для проектирования автоматических выключателей с большей отключающей способностью.

На основании данных исследований усовершенствована модель тепловых процессов в ЭУ, которая позволяет априорно определить признаки ТС, а также решить обратную задачу.

В четвертой главе выполнено исследование динамических свойств возникновения и развития повреждений в кабелях и двигателях, разработаны неразрушающие методы их выявления.

В современных условиях в распределительных кабельных сетях работает большое количество кабелей с полимерной изоляцией, которые в процессе эксплуатации часто выходят из строя значительно раньше гарантийного срока службы. Это связано с возникновением и развитием в полимерной изоляции триинговых процессов. Показан комбинированный процесс развития повреждений в полимерных изоляциях (водный и электрический триинг).

Методика исследования динамических свойств триинговых процессов основана на учете в теории термофлуктуационных колебаний комбинированного процесса воздействия влаги и электрического поля, а также позволяет определить ресурсные свойства кабеля из полимерной изоляции.

Зависимость потерь энергии от частоты определяется формулой:

(4)

где ­m –фактор потерь энергии в области максимума, – параметр распределения времен релаксации, x = lnf/fm – частотный параметр.

Проведя измерения на двух частотах, составим в соответствии с (4) систему из двух уравнений; далее, решая эту систему относительно ­m и принимая во внимание, что ­= tg получим формулу для определения fm:

. (5)

Исследованы расчетные и экспериментальные зависимости tg от частоты для исходного и состаренного кабеля с поливинилхлоридной изоляцией. Старение приводит к уменьшению параметра распределения.

На рис. 3 представлены частотные зависимости tg при старении кабелей с поливинилхлоридной изоляцией, где зависимость 1 соответствует частотной зависимости tg исходного кабеля, зависимость 2 – частотной зависимости состаренного кабеля. По мере старения кабеля происходит сдвиг релаксационного максимума.

Рис. 3. Частотные зависимости tg при старении кабелей с поливинилхлоридной изоляцией

Определения ресурса кабеля выполняется по формуле:

, (6)

где – предельное значение ресурса в формированном режиме испытаний; Тф – температура старения в форсированном режиме; Тр – рабочая температура кабеля; W – условная энергия активации процесса разрушения (для ПЭ–W =54 кДж / моль).

После измерения tg на частотах f1 и f2 по формуле (5) рассчитывается fм и определяется параметр fм. Затем для расчета наработанного ресурса используется формула (6). Возможность определения ресурса кабеля неразрушающим методом позволяет в процессе эксплуатации кабеля определять степень выработки ресурса и уделять большее внимание кабелям с малым остаточным ресурсом, тем самым, повышая надежность работы кабельной сети.

Предложен способ оценки технического состояния двигателя на основе двухчастотного метода, позволяющий определять параметры, характеризующие состояние изоляции обмотки двигателя.

В пятой главе представлены итоги экспериментальных исследований автоматических выключателей, кабелей и электрических двигателей. Получены количественные данные подтвердившие результаты теоретических разработок.

Исследования ресурсных свойств автоматических выключателей, при ударном токе 90 кА показали сильный износ дугогасительного устройства без разрушения металлических пластин, а эрозионные следы дуги носят локальный характер (рис. 4). Вся плазма перемещается в первую половину дугогасительной камеры и практически не распределяется равномерно по пластинам.

а)

б)

Рис.4. Электродуговая эрозия металлических пластин дугогасительной камеры, при отключении тока 90 кА:

а – внешний вид металлических пластин; б – площадь следов дуговой эрозии S (см2) по пластинам N дугогасительной камеры

Увеличение термической нагрузки при ударном токе 105 – 120 кА суммарной длительностью 0.074 с приводит к разрушение металлических пластин. Электродуговая эрозия металлических пластин дугогасительных камер после коммутационного цикла: О–П–ВО–П–ВО имеет вид сплошного оплавления с видимым разрушением и сопровождается выносом массы металла и засорением межконтактного промежутка продуктами эрозии. Анализ показал, что существенную роль в разрушении пластин играют электродинамические усилия, которые воздействуют на электрическую дугу отключения. Экспериментально удалось установить пути уменьшения смещения дуги.

Проведено экспериментальное исследование кабелей с поливинилхлоридной и резиновой изоляцией. Выполнено измерение электрического сопротивления, емкости и тангенса угла диэлектрических потерь при различных частотах. Исследования подтвердили количественные данные при определении степени старения в зависимости от частотных свойств.

Испытания устройства двухчастотного контроля обмотки электродвигателя позволили не только подтвердить результаты теоретических исследований, но и определить оптимальные граничные линии состояний электродвигателя.

Проведены комплексные экспериментальные исследования при коммутации в системе электроснабжения до 1000 В системы кабель-двигатель. Получены данные по воздействию на все элементы сети, найдены предельные значения дугогасительных свойств выключателей по уровню допустимых напряженностей влияющих на свойства двигателей и кабелей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Исследования, выполненные в диссертационной работе, обеспечили решение ряда научных и технических задач, направленных на повышение эффективности оценки технического состояния электроустановок до 1000 В электростанций. Повышение эффективности основывается на учете динамических свойств технического состояния электроустановок. Наиболее существенные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Разработана модель, позволяющая провести анализ динамических свойств технического состояния электроустановок до 1000 В. Отличительной особенностью её является учет кинематической схемы автоматического выключателя на этапе включения и отключения, свойств коммутируемых присоединений (активная, индуктивная и емкостная нагрузки). Модель основана на учете временных характеристик начальной стадии горения электрической дуги и изменении кривой напряжения на дуге по мере увеличения количества циклов включений и отключений. Модель является базой для анализа влияния процессов в автоматических выключателях на смежные электроустановки, на их ресурсные показатели.

2. На основе разработанной математической модели проведен анализ процессов, влияющих на коммутационную и механическую износостойкость, отключающую способность автоматических выключателей. Обоснована методика определения динамических свойств текущего состояния и ресурсных показателей. Показано, что существенно влияют линейные составляющие коэффициентов внутренних и внешних пружин включения и отключения. Получены данные влияния свойств автоматических выключателей на надежность кабелей и двигателей. Показано, что по мере старения автоматических выключателей, увеличивается длительность включения и отключения, что приводит к увеличению термического воздействия на кабели и двигатели.

3. Опираясь на разработанную математическую модель, был проведен анализ коммутационных перенапряжений, воздействующих на изоляцию кабеля. Показано, что при коммутациях присоединений в виде кабельной и двигательной нагрузки возникают высокочастотные перенапряжения, ускоряющие рост триингов, как в водной фазе, так и в фазе возникновения частичных разрядов. На этой основе обоснована методика учета динамических свойств ресурса и развития дефекта.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»