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:   || 2 | 3 |

Разработка проектно – диагностического комплекса для оптимизации жизненного цикла силовых трансформаторов с принудительным охлаждением

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Комков Евгений Юрьевич

Разработка проектно диагностического комплекса

для оптимизации жизненного цикла силовых трансформаторов с принудительным охлаждением

Специальность:

05.13.12. – Системы автоматизации проектирования

(электротехника и энергетика)

05.14.02 – Электростанции и электроэнергетические системы.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иваново 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина» (ИГЭУ).

Научный руководитель: д.т.н., профессор Попов Г.В.

Научный консультант: д.т.н., доцент Тихонов А.И.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Пантелеев Е.Р.;

кандидат технических наук, профессор Белов В.П.;

Ведущее предприятие: ЗАО «РТСофт», г. Москва

Защита состоится 26 декабря 2008 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.064.02 при Ивановском государственном энергетическом университете по адресу: 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, корп. Б, ауд. Б-237.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного энергетического университета (ул. Рабфаковская, 34).

Автореферат разослан "___"____________ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета В.В. Тютиков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное состояние энергетики характеризуется ростом потребляемых мощностей. При этом повышенные требования предъявляются к силовым трансформаторам, суммарная мощность которых в 5-6 раз превышает генераторную мощность. Наиболее ответственными в этом отношении являются блочные трансформаторы с принудительным охлаждением, работающие в паре с генератором.

Поэтому актуальной является проблема оптимизации жизненного цикла блочных трансформаторов, предполагающая создание математических моделей, позволяющих на основе информации о конструкции трансформатора и результатах мониторинга прогнозировать протекание физических процессов в различных режимах и повысить надежность эксплуатации трансформатора. Решение задачи повышения эффективности эксплуатации трансформатора предполагает разработку программно-технических средств, позволяющих оценивать текущее состояние в режиме реального времени, выдать необходимые рекомендации и рассчитать технико-экономические параметры оборудования. Такая работа может быть классифицирована как решение актуальной научной проблемы с использованием современных средств и методов, позволяющее сократить расходы на эксплуатацию и обслуживание трансформаторов.

Состояние проблемы. Среди российских ученых, которые внесли значительный вклад в теорию САПР электротехнических устройств можно отметить Д.А. Аветисяна, С.И. Маслова, И.П. Норенкова, И.Н. Орлова, А.И. Половинкина, А.А. Терзяна. В области САПР трансформаторов можно выделить работы Ю.Б. Бородулина, А.Г. Бунина, Л.Н. Конторовича, В.М. Бутовского, Г.В. Попова.





Традиционно теория САПР рассматривается со стороны производителя технических устройств. Потребитель, имеющий свои требования к ним, вынесен за пределы САПР. Для построения математических моделей процессов в трансформаторе необходимо иметь детальную информацию о его конструкции. Поэтому в диссертации предлагается альтернативный подход к созданию САПР, ориентированной на эксплуатирующую организацию. Здесь акцент делается на разработке подсистем функционального проектирования, способных решать задачи с произвольной формулировкой технического задания, которые могут быть использованы для детализации конструкции существующего устройства при недостаточной информации о нем.

Помимо информации о конструкции трансформатора для оптимизации жизненного цикла требуется информация о текущем состоянии объекта, источником которой являются системы мониторинга, к которым относятся такие системы, как ШУМТ, TDM, Sterling Group, Areva, СКИТ. Они позволяют оценивать состояние трансформатора и выявлять быстроразвивающиеся дефекты. В современных системах оптимизации жизненного цикла оборудования (ALM, EAM) существует тенденция к интеграции подсистем технического контроля оборудования с подсистемами экономической оценки состояния.

Цель работы заключается в повышении надежности и экономичности эксплуатации силового трансформатора на протяжении жизненного цикла путем использования программно-технических средств, позволяющих оценить технологические параметры трансформатора, оптимизировать его работу, продлить срок службы или оценить варианты замены.

Данная цель достигается путем решения следующих задач:

  1. Разработка проектной модели трансформатора, позволяющей уточнить его конструкцию по имеющейся документации и результатам измерений.
  2. Разработка подсистемы мониторинга силовых трансформаторов.
  3. Разработка диагностической модели, позволяющей выявить дефекты в трансформаторе.
  4. Разработка проектно-диагностической модели трансформатора, призванной оптимизировать работу системы охлаждения.
  5. Разработка подсистемы принятия решений по замене трансформатора.

Методы исследования. Поставленные задачи решались с использованием методов теории САПР, теории электромеханических преобразователей энергии, теории тепловых цепей, теории нелинейного программирования, теории нейронных сетей.

Научная новизна:

      1. Разработка нового подхода к созданию САПР трансформаторов, ориентированной на потребности эксплуатирующей организации, при котором проектная модель используется для детализации параметров конструкции существующего устройства.
      2. Разработка проектно-диагностической модели, позволяющей осуществить оптимальное управление системой охлаждения трансформатора с использованием математической модели тепловых процессов, построенной на основе детальной информации о конструкции трансформатора, и нейронных сетей, обучающихся по результатам мониторинга.
      3. Разработка алгоритмов принятия решений по замене трансформатора, учитывающих технико-экономические факторы его функционирования с использованием проектной модели.

Практическая значимость результатов работы состоит в разработке моделей, алгоритмов и программно-технических средств, позволяющих производить оптимизацию режимов работы трансформатора, своевременный ремонт и замену. В частности, разработаны: подсистема проектирования трансформатора с принудительным охлаждением; подсистема мониторинга трансформатора; подсистема управления системой охлаждения на основе уравнений динамики тепловых процессов и нейронной сети, обученной по результатам мониторинга; подсистема расчета срока окупаемости нового трансформатора с использованием метода динамического программирования.

Реализация результатов работы. Результаты диссертации были использованы в хоздоговорных работах: «Разработка системы оценки состояния маслонаполненного оборудования» (2005 г., отчет № 275/05), «Разработка системы оценки состояния маслонаполненного оборудования» (2006 г., отчет № 317/06), «Разработка системы оценки состояния маслонаполненного оборудования» (2007 г., отчет № 124/07). В диссертации приведены акты внедрения результатов работы на Костромской ГРЭС (г. Волгореченск, Костромской обл.), ОАО «Ивэлектроналадка» (г. Иваново), Ивановский государственный энергетический университет, ЗАО «РТСофт» (г. Москва).

Использование в учебном процессе. Теоретические результаты данной работы были использованы при разработке курсов лекций и комплексов лабораторных работ по дисциплинам: «Компьютерные технологии», «Основы САПР», «Надежность электооборудования». Данные курсы читались в ИГЭУ для студентов специальностей «Электромеханика» и «БЖД».

Апробация работы. Результаты работы докладывались на конференциях: на международной научно-технической конференции «Современное состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостроении» в ИГЭУ в 2005, 2007 г.г.; на симпозиумах ТРАВЭК в 2005, 2007 г.г.

Публикации. По результатам работы опубликовано: 2 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК, 2 статьи в межвузовских сборниках и периодических изданиях, 7 тезисов докладов на конференциях. Получено 1 свидетельство на программный продукт, 1 диплом за участие в областном конкурсе научных работ среди молодых ученых.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 97 наименований. Основная часть работы изложена на 168 страницах и содержит 57 иллюстраций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении проанализировано состояние проблемы, обоснована актуальность темы, сформулирована цель и задачи работы, научная новизна, практическая ценность, использование в учебном процессе, апробация.

В первой главе дано определение оптимального жизненного цикла трансформатора, под которым понимается жизненный цикл, характеризующийся наименьшими затратами на проектирование, технологическую проработку, производство, транспортировку, монтаж, эксплуатацию и замену объекта. Намечены пути оптимизации жизненного цикла трансформатора:

  1. оптимальное проектирование трансформатора;
  2. диагностика состояния трансформатора в процессе эксплуатации;
  3. оптимальное управление системой охлаждения трансформатора;
  4. непрерывный анализ экономической целесообразности замены существующего трансформатора.

Задача диссертации состоит в разработке математических моделей, позволяющих осуществить поиск оптимальных решений на этапах проектирования, эксплуатации и замены трансформаторов, и в разработке программно-технического комплекса, обеспечивающего их функционирование.

Снижение затрат на эксплуатацию трансформатора может быть достигнуто путем организации оптимального температурного режима работы, своевременного ремонта и замены. Для этого необходимо создать подсистему мониторинга, осуществляющую непрерывный сбор и обработку информации о трансформаторе. Математическая модель, строящаяся на результатах мониторинга трансформатора, позволяющая оценить в реальном времени его состояние и сделать прогноз изменения состояния с целью выдачи рекомендаций по его эксплуатации, названа диагностической моделью.

Ввиду инерционности тепловых процессов и нецелесообразности реализации частых управляющих воздействий проблема оптимального управления системой охлаждения трансформатора требует построения прогноза теплового состояния при различном количестве охладителей. Такой прогноз может быть построен на основе динамической модели тепловых процессов, требующей детальной информации о конструкции эксплуатируемого устройства. Для детализации конструкции существующего устройства рекомендуется использовать подсистему функционального проектирования, способную решать задачи с произвольной формулировкой технического задания. Математическая модель, заложенная в подсистеме функционального проектирования трансформатора, названа проектной моделью.

Под проектно-диагно­стической моделью транс­форматора понимается математическая модель, построенная путем комбинации проектной и диагностической моделей, в которой за счет обмена информацией достигается синергетический эффект, позволяющий снизить уровень неопределенности обеих моделей. Это может быть модель, позволяющая на основе результатов мониторинга и уравнений динамики тепловых процессов строить прогноз изменения температуры верхних слоев масла трансформатора, или технико-экономическая модель, позволяющая путем расчета оптимального варианта трансформатора оценить сроки замены эксплуатируемого устройства.

Таким образом, идея работы состоит в разработке системы оптимизации жизненного цикла силовых трансформаторов (СОЖЦСТ), организующей следующий цикл (рис. 1):

    1. детализация конструкции трансформатора с помощью специализированной подсистемы проектирования, способной функционировать как на предприятии-изготовителе, так и в эксплуатирующей организации;
    2. сбор, архивация, обработка и визуализация информации о состоянии трансформатора, осуществляемая подсистемой мониторинга;
    3. построение прогноза состояния трансформатора, осуществляемого с помощью динамической тепловой модели, функционирующей на основе данных, получаемых из проектно-диагностической модели;
    4. выдача рекомендаций по управлению системой охлаждения;
    5. оценка целесообразности дальнейшей эксплуатации трансформатора, осуществляемая на основании технико-экономической информации о его работе, получаемой из проектно-диагностической модели.

В качестве объекта исследований выбран блочный трансформатор ТДЦ-400000/500, установленный на Костромской ГРЭС. В диссертации приведены его характеристики, рассмотрена конструкция системы охлаждения.

Далее рассмотрено состояние дел по частным вопросам, касающимся обозначенной проблемы, а именно: вопросы построения проектной модели трансформатора, расчета тепловых процессов, использования нейронных сетей и методов нелинейного программирования при моделировании. Дан анализ современного состояния проблемы поддержки жизненного цикла силовых трансформаторов и замены оборудования.

Вторая глава посвящена разработке модели информационного обмена (МИО) в системе оптимизации жизненного цикла силовых трансформаторов. МИО СОЖЦСТ, прототипом которой является сетевая модель взаимодействия в компьютерной сети (OSI), состоит из семи уровней, разделенных по назначению и физической принадлежности (рис. 2):

Рис.2. Структура многоуровневой МИО СОЖЦСТ

  1. прикладной уровень - решение прикладных задач (детализация конструкции трансформатора, прогнозирование теплового состояния трансформатора, поиск вариантов его замены и т.п.);
  2. уровень принятия решений - обработка и визуализация информации, необходимой для принятия решений по оптимальной эксплуатации трансформатора на протяжении всего срока службы;
  3. аналитический уровень - оценка параметров трансформатора в режиме реального времени по диагностическим моделям;
  4. информационный уровень - хранение и обмен данными между высшими уровнями системы;
  5. системный уровень - сбор и первичная обработка данных по работе всей сети контроллеров;
  6. цифровой уровень - передача данных и команд управления от контроллера до сервера в цифровой форме;
  7. аналоговый уровень - сбор данных с датчиков системы мониторинга в аналоговом виде.

Структура системы, основана на принципе модульности, что позволяет оптимизировать процесс ее создания и развития, применить узкую специализацию при разработке уровней МИО, облегчить поиск неисправностей, упростить процесс интеграции с другими системами.

Рис. 3. Процесс формирования единицы информации «тег»

МИО СОЖЦСТ основана на технологии ОРС (OLE for Process Control), что позволяет стандартизировать обмен данными в системе. ОРС-сервер при помощи контроллера опрашивает датчики, установленные на трансформаторе, и записывает информацию в теги. ОРС-клиент получает список тегов и производит считывание информации с заданной периодичностью. При изменении параметра на заданную величину или один раз в 30 мин информация сохраняется в базе данных и становится доступной для высших уровней системы (рис. 3).

Подсистема мониторинга использует следующие алгоритмы:

Контроль повышений напряжения над максимально допустимым рабочим напряжением на стороне высокого напряжения (ВН).

Контроль температуры наиболее нагретой точки обмотки (ННТ). Превышение температуры ННТ над температурой верхних слоев масла (ТВСМ) представляется в виде разности двух составляющих:

, (1)

которые определяются решением дифференциальных уравнений:

, (2)

, (3)

где k21, k22, y – параметры расчетной модели, определяемые конструкцией трансформатора; К – коэффициент нагрузки трансформатора; hr – расчетное превышение температуры ННТ над ТВСМ в номинальном режиме; w, o – тепловые постоянные времени обмотки и ТВСМ соответственно. Температура ННТ h определяется как сумма ТВСМ 0 и вычисленного превышения:

. (4)

Контроль содержания влаги в изоляции осуществляется по измеренной относительной влажности масла и основан на законе равновесия влаги в системе «масло-бумага», обладающей при одной и той же температуре одинаковым относительным насыщением. Расчетная влажность твердой изоляции:

, (5)

где A, B, k, a – табличные данные для определенного вида изоляции; p – парциальное давление паров воды.

Контроль старения изоляции. В интервале температур от 80 до 140°С скорость износа изоляции удваивается при каждом увеличении температуры на 6°С (закон Аррениуса). При этом относительная скорость износа изоляции определяется по формуле:

, (6)

где 0 = 98°С – значение температуры ННТ при номинальной нагрузке.

При учете влияния температуры ННТ и влажности твердой изоляции коэффициент старения определяется как:

. (7)

Функция К2(W), отражающая влияние влажности на процесс старения, определяется как:

, (8)

где W0 – опорная влажность бумажной изоляции (не более 0,5 %).

Контроль температуры верхних слоев масла (ВСМ) основан на наблюдении за превышением допустимых пределов: t < 45 – ниже нормы; 45 <= t <= 65 – температура ВСМ в норме; 65 < t – перегрев масла.

Третья глава посвящена разработке проектной модели трансформатора. Модель позволяет рассчитать трансформатор с заданными свойствами. Система предназначена для расчета трансформатора мощностью до 400000 кВА, классом напряжения до 500 кВ с принудительной системой охлаждения.

Математическую модель трансформатора W можно представить как

W = < P, F>, (9)

, (10)

. (11)

Здесь Р – множество переменных, являющееся подмножеством множества вещественных чисел ; F – множество логических выражений, описывающих отношения между переменными.

 Структурная схема подсистемы-14

Рис.4. Структурная схема подсистемы проектирования трансформатора



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 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.