Совершенствование системы технического сервиса и повышение эффективности работы сельских

Российская академия сельскохозяйственных наук

Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства

(ГНУ ВИЭСХ)

УДК 631.22: 628.8.004.58

На правах рукописи

Некрасов Алексей Иосифович

Совершенствование системы технического сервиса

и повышение эффективности работы сельских электроустановок

Специальность 05.20.02 – электротехнологии

и электрооборудование в сельском хозяйстве

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва – 2007

Работа выполнена в Государственном научном учреждении

Всероссийский научно-исследовательский институт

электрификации сельского хозяйства

( ВИЭСХ)

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Сырых Николай Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Воробьёв Виктор Андреевич

доктор технических наук, профессор Гольдберг Оскар Давидович

доктор технических наук, профессор Мамедов Фуад Алиевич

Ведущая организация:

Государственное научное учреждение Северо-Западный НИИ механизации и электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии (г. Санкт-Петербург - Пушкин).

Защита состоится « » 2007 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 006.037.01 в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ),

по адресу: 109456, г. Москва, 1-ый Вешняковский проезд, д.2.

Тел.: (095) 171-19-20

Факс: (095) 170-51-01

Е-mail: viesh@dol.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВИЭСХ.

Автореферат разослан « » 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета В.Р. Краусп

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Вопросы совершенствования системы технического сервиса и повышения эксплуатационной надежности электрооборудования в современных условиях развития агропромышленного комплекса страны приобретают исключительно важное значение.

Проблема устойчивого энергетического обеспечения сельского хозяйства включает ряд неотложных мер по совершенствованию организации системы технического сервиса электрооборудования для сельскохозяйственного производства и быта сельского населения. Надежная и экономичная работа электрооборудования в сельском хозяйстве зависит от комплекса организационных и технических мероприятий, осуществляемых при разработке, изготовлении, монтаже и эксплуатации электротехнических изделий. Возрастающие требования сельскохозяйственного производства к надежности работы электрооборудования и повышение удельного веса затрат, связанных с его обслуживанием и ремонтом, требуют внедрения системы эксплуатации, при которой обеспечиваются минимальные затраты на проведение техобслуживания и устранение аварийных отказов оборудования с учетом возможных технологических ущербов, наносимых выходом из строя электроустановок и электрооборудования.

Многоукладность сельскохозяйственного производства и неоднородность форм организации сельских товаропроизводителей при недостатке материальных средств на приобретение нового электротехнического оборудования и материалов, высоких тарифов на электроэнергию и недостатке квалифицированного электротехнического персонала требует разработки и внедрения новых методов и форм организации технического обслуживания и ремонта электрооборудования.

Проведение научных исследований и разработка научно-обоснованных рекомендаций по совершенствованию системы технического сервиса электрооборудования в изменяющихся условиях развития сельскохозяйственного производства, обеспечивающей повышение эксплуатационной надежности и эффективности работы сельских электроустановок для увеличения выпуска сельскохозяйственной продукции, является актуальной задачей, результаты решения которой необходимы развивающемуся отечественному сельхозтоваропроизводителю.

В работе представлены результаты исследований, проводимых с участием автора, при выполнении государственных и отраслевых научно-технических программ, планов и контрактов. Государственная научно-техническая программа 0.51.21. «Разработать и внедрить новые методы и технические средства электрификации сельского хозяйства 1981-1985г. и 1986-1990г.»; Отраслевая научно-техническая программа О.сх 71 «Осуществить поиск и разработку высокоэффективных методов и средств рационального использования электроэнергии в сельскохозяйственном производстве и быту сельского населения 1986-1990г.»; Государственные контракты с Минсельхозом РФ №148.21.2.26.2000 «Разработка нормативно-методических технологических основ интенсивного машинного производства продукции» - 2000 г. и №1409/26 «Проведение исследований и разработка рекомендаций по выбору энергоносителей и ресурсосбережению в АПК» - 2002г.; Планы НИОКР ВИЭСХ по программам фундаментальных и приоритетных прикладных исследований РАСХН (ВАСХНИЛ) - 1983-2007гг.

Цель работы. Совершенствование системы технического сервиса и повышение эффективности работы сельских.

Предмет исследования. Система электрооборудования сельскохозяйственных предприятий, взаимосвязи и закономерности параметров, обеспечивающих повышение эффективности использования сельских электроустановок.

Методика исследования. Системный подход к комплексу теоретических и экспериментальных данных в области использования электрифицированной техники в условиях сельского хозяйства, полученных при помощи методов математической статистики, теории вероятностей, теории массового обслуживания, математического моделирования, теоретических основ электротехники.

Научная новизна.

Разработаны математические модели оптимизации основных параметров различных стратегий технического обслуживания электрооборудования по критерию минимума средних эксплуатационных затрат с использованием информации о надежности и соотношении затрат на проведение профилактики и устранение отказов.

Исследованы зависимости средних удельных эксплуатационных затрат от периодичности выполнения профилактических мероприятий, а также зависимости средних эксплуатационных затрат и среднего времени безотказной работы электрооборудования при возможных отклонениях от оптимальной периодичности.

Предложен графический метод определения оптимальной периодичности технического обслуживания электрооборудования на основании численного определения параметров и характеристик процесса восстановления.

Разработаны математические модели обоснования потребности электротехнических служб в невосстанавливаемых элементах при эксплуатации электроустановок по критерию достаточности при заданной степени риска для различных законов надежности.

Разработана математическая модель обоснования потребности в восстанавливаемых электротехнических изделиях, на примере электродвигателей, с использованием в качестве критерия допускаемую по нормативам продолжительность простоев технологических процессов.

Получены аналитические зависимости и выявлены характерные эксплуатационные закономерности неполнофазных режимов работы асинхронных электродвигателей различных типоразмеров со схемами соединения обмоток «звезда» и «треугольник» при изменяющихся нагрузочных, пусковых и неполнофазных режимах, позволяющие повысить эффективность защит при перегрузках.

Предложены новые технические решения с разработкой экспериментальных и макетные образцов электрооборудования для реализации резонансных методов передачи и применения электрической энергии с обоснованием перспективных направлений их эффективного использования в сельскохозяйственном производстве. Новизна разработок защищена 10 патентами на изобретения.

Положения выносимые на защиту

Математические модели и методики обоснования основных параметров различных стратегий технического обслуживания электрооборудования. Методика и графический метод определения оптимальной периодичности технического обслуживания электрооборудования при различных законах надежности и соотношениях затрат на выполнение профилактических мероприятий и устранение возможных отказов электрооборудования.

Математические модели и методики обоснования потребности электротехнических служб в невосстанавливаемых и восстанавливаемых запасных электротехнических изделиях для технического обслуживания и ремонта сельских электроустановок.

Результаты исследования параметров аварийных режимов асинхронных электродвигателей при потере фазы в системе питания для совершенствования защит.

Новые технические решения по созданию электрооборудования для реализации резонансных методов передачи и применения электрической энергии в сельском хозяйстве.

Практическая ценность и реализация

1.Методические рекомендации и научно-технические материалы в количестве 6 наименований /1, 14, 23, 26, 84, 85,/ по организации технического сервиса и повышения надежности сельских электроустановок с примерами расчетов, в установленном порядке рассмотрены и утверждены Минсельхозом РФ и Россельхозакадемией, изданы и рекомендованы для практического применения инженерно-техническими работниками энергетических служб сельскохозяйственных предприятий, служб Агротехсервиса и другими специалистами.

2.Результаты научных исследований и разработок по совершенствованию эксплуатации электрооборудования в сельском хозяйстве используются при обосновании дополнений и уточнений нормативов Системы ППРЭсх, использованы в исходных требованиях на разработку технико-эксплуатационных показателей кормоприготовительной техники для личных подсобных хозяйств, утвержденных Госагропромом СССР, а также приняты предприятием «Агропромэнерго» Верхне-Мамонского района Воронежской области для использования в работе.

3.Разработанная научно-техническая продукция используется в учебном процессе энергетических факультетов. По заявкам в библиотеку МГАУ им. В.П. Горячкина направлено 60 экз. Методических рекомендаций /14, 23/ и 20 экз. монографии /82/, в библиотеку АЧГАА 20 экз. монографии /82/, указанных в списке публикаций автора.

4.Новые технические решения на уровне изготовленных образцов электрооборудования для резонансных методов передачи и применения электрической энергии с перспективами использования их в производстве.

Экспериментальный образец оборудования для резонансного метода передачи электрической энергии по результатам испытаний на объекте КС-5, с комплектом техдокументации приняты комиссией ООО “Cургутгазпром’’ для внедрения в производство.

Макетные образцы разработок с резонансной системой питания мобильных и стационарных потребителей неоднократно демонстрировались на выставках, конференциях, докладах и отмечены медалью Лауреат ВВЦ в 1995г., Золотыми медалями и Дипломами 5 и 6 Московского международного салона инноваций и инвестиций ВВЦ в 2005 и 2006гг., Золотой и Серебряной медалями 10 Международного салона промышленной собственности «АРХИМЕД-2007», Золотой медалью Выставки–демонстрации День Российского поля в 2007г.

Внедрение разработок позволит снизить аварийность электроустановок в 1,5-2 раза, уменьшить эксплуатационные затраты на 20-30%, значительно снизить ущербы от отказов и повысить эффективность работы электрооборудования.

Апробация результатов исследований. Выполненные по теме диссертации исследования и разработки в течение 1983-2007гг. доложены, обсуждены и одобрены на 35 Международных, Всесоюзных, Всероссийских, Республиканских и других научно-технических саммитах, симпозиумах, конференциях, семинарах, советах и совещаниях, проводимых в Москве, Санкт-Петербурге, Краснодаре, Тамбове, Кирове, Йошкар-Оле, Минске, Киеве, Алма-ате, Севастополе, Харькове, Варшаве, Праге, Вене, Дели и других городах. Название и время проведения конференций отражены в публикациях автора.

Публикация. Результаты исследований и основное содержание диссертации опубликовано в 127 печатных работах, в том числе в монографии, 9 книгах и брошюрах, из них 11 публикаций в изданиях Перечня ВАК для докторских диссертаций, 10 патентах РФ на изобретения. Общий объём публикаций на долю соискателя составляет более 20 печатных листов.

Структура и объем работы. Диссертации состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Работа содержит 257 с. основного текста, 67 рис., 50 табл., 359 библ. наим.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель исследований и научная новизна, приведены основные положения, выносимые на защиту, указана связь работы с научно-техническими программами и контрактами.

Глава 1. Состояние и направления развития системы технического сервиса сельских электроустановок

На основании выполненного анализа рассмотрено состояние и направления развития системы технического сервиса и эффективности использования электрооборудования в сельском хозяйстве. Рассмотрена структура технического обслуживания и ремонта сельских электроустановок, приведена классификация мероприятий по повышению эксплуатационной надежности и эффективности использования электрооборудования в сельском хозяйстве.

Становление и совершенствование системы эксплуатации происходит в непосредственной взаимосвязи с решением общих проблем сельской электрификации, уровня насыщенности сельскохозяйственного производства электротехническим оборудованием, увеличения объемов электропотребления. Включение вопросов эксплуатации в государственные научно-технические программы и их целевое финансирование позволили значительно поднять уровень эксплуатации сельских электроустановок. Были разработаны новое электрооборудование и электродвигатели специального сельскохозяйственного исполнения, разработаны и утверждены система планово-предупредительного ремонта и технического обслуживания электрооборудования сельскохозяйственных предприятий (Система ППРЭсх, 1987г.), система условных единиц, штатные нормативы энергетических служб, действующие до настоящего времени.

Совершенствованию системы технического сервиса и повышению надежности работ сельских электроустановок посвящены работы многих известных ученых: Будзко И.А., Прищеп Л.Г., Бородин И.Ф., Стребков Д.С., Кормановский Л.П., Морозов Н.М., Гольдберг О.Д., Пястолов А.А., Сырых Н.Н., Мусин А.М., Славин Р.М., Русан В.И., Казимир А.П., Ерошенко Г.П., Таранов М.А., Овчаров В.В., Шувалов А.М., Ромашин М.С., Грундулис А.О., Мамедов Ф.А., Литвин В.И., Хомутов О.И., Воронин Е.А., Буторин В.А., Данилов В.Н., Оськин С.В. и их учеников.

Многолетний опыт эксплуатации используемого в сельском хозяйстве электрооборудования показал, что несмотря на появление нового, более совершенного электрооборудования и устройств защиты от аварийных режимов, выход из строя электродвигателей по прежнему остается на уровне 20-25 % в год. Выполненный анализ и опыт применения действующей системы ППРЭсх свидетельствует о том, что наряду с неукомплектованностью электротехнических служб сельхозпредприятий и не выполнением основных требований технического обслуживания, а также тяжелыми условиями окружающей среды, причиной этому являются имеющиеся недостатки в научном обосновании отдельных её положений и использование в связи с этим принятых усредненных показателей, что не может обеспечить требуемую надежность и поддержание работоспособности электрооборудования с минимальными затратами материальных и трудовых ресурсов.

Выполненная работа свидетельствует о необходимости дополнения и уточнения ряда эксплуатационных показателей по периодичности выполнения профилактических мероприятий, характеристикам надежности электрооборудования, режимам работы и степени ответственности технологических процессов, по обоснованию потребностей электротехнических служб в запасных изделиях, а также разработке нового более совершенного и эффективного в применении электрооборудования для сельского хозяйства. На основании анализа состояния вопроса сформулированы следующие задачи исследования.

Задачи исследования.

Разработать математические модели оптимизации основных параметров различных стратегий технического обслуживания электрооборудования по критерию минимума средних эксплуатационных затрат с использованием информации о надежности и соотношении затрат на проведение профилактики и устранение отказов.

Исследовать зависимости средних удельных эксплуатационных затрат от периодичности выполнения профилактических мероприятий, а также зависимости средних эксплуатационных затрат и среднего времени безотказной работы электрооборудования при возможных отклонениях от оптимальной периодичности.

Разработать графический метод определения оптимальной периодичности технического обслуживания электрооборудования на основании численного определения параметров и характеристик процесса восстановления.

Разработать математические модели обоснования потребности электротехнических служб для технического обслуживания и ремонта электрооборудования в невосстанавливаемых элементах по критерию достаточности (при заданной степени риска) для различных законов надежности, и в восстанавливаемых электротехнических изделиях (на примере электродвигателей) с использованием в качестве критерия допускаемую по нормативам продолжительность простоев технологических процессов.

Исследовать неполнофазные режимы работы асинхронных электродвигателей для различных схем соединения обмоток, при различной мощности и нагрузке в целях совершенствования их защиты.

Разработать методику энергетического мониторинга сельскохозяйственных электроприводов для выявления резервов и потенциала экономии электроэнергии. Разработать рекомендации по рациональному применению и экономии электроэнергии в личных подсобных хозяйствах и быту сельского населения.

Разработать и исследовать новые технические решения для реализации резонансных методов передачи и применения электрической энергии с обоснованием перспективы их использования в сельскохозяйственном производстве.

Глава 2. Разработать математические модели оптимизации основных параметров стратегий технического обслуживания электрооборудования и расчета потребности в неремонтируемых запасных элементах

При разработке математических моделей функционирования электрооборудования использованы труды известных ученых по теории надежности Гнеденко Б.В., Соловьева А.Д., Барзиловича Е.Ю., Каштанова В.А. и других.