CC BY
16
Abbazov Grigory Albertovich, magister, Kafelene@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРИОДИЧНОСТИ ОБСЛУЖИВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Е.П. Зацепин
Представлен анализ безотказности системы электроснабжения промышленного предприятия, позволяющий определить периодичность обслуживания оборудования систем промышленных предприятий. Приведен качественный график зависимости вероятности безотказной работы от наработки на отказ, который наглядно показывает, как можно найти требуемую периодичность обслуживания для заданной наработки на отказ.
Ключевые слова: система, электрооборудование, уровни, вероятность, наработка на отказ, надежность, обслуживание, функционирование, промышленное предприятие.
Рабочее состояние технологических машин, в основном на промышленных предприятиях, обеспечивается электрической энергией. Как правило, электрическую энергию получают от внешних электрических станций, хотя на мощных предприятиях для этой цели имеются и собственные электростанции. Оснащение электрической энергии приемников осуществляется системой электроснабжения. Система электроснабжения состоит из отдельных элементов (электрооборудования). Отказ отдельного элемента системы может вызвать прекращение подачи электрической энергии к отдельному или группе рабочих машин. В результате из-за нарушения технологического процесса сокращается выпуск продукции предприятием. Поэтому любое предприятие заинтересованно в том, что бы его оборудование в процессе эксплуатации находилось в рабочем состоянии, не отказывало. Решить эту проблему довольно сложно, практически обычными подходами невозможно. Предлагается для этих целей использовать управление безотказностью систем промышленного предприятия. Базируется этот подход на надежности оборудования.
Основной системой на промышленном предприятии служит технологическая система, образованная рабочими машинами. Системы электроснабжения, транспорта, связи, водоотлива и другие являются вспомогательными. От их надежности зависит безотказность основной системы, технологической. Решение этой проблемы предлагается осуществить путем анализа безотказности системы электроснабжения промышленного предприятия. Рассмотренный подход может быть распространен и на другие вспомогательные системы, в том числе и основную систему технологическую. При этом необходимо иметь в виду, что в практике наблюдаются случаи, когда из элементов менее надежных функционирование системы оказывается более безотказным, чем системы, состоящей из более надежного оборудования. Определяется это структурой системы, наличием ее избыточностей и периодичностью проведения ремонтно-профилактического обслуживания оборудования системы. Оценку осуществим на примере системы электроснабжения конкретного промышленного предприятия. В качестве такого предприятия предлагается рассмотреть систему «Комбината Панельного Домостроения».
Теоретический анализ функционирования системы предлагается осуществлять на базе использования теории случайных импульсных потоков. Длительность импульсов потока отображает наработку на отказ электрооборудования, паузы перерыв (простой) в его работе. По этим характеристикам определяются остальные зависимости надежности электрооборудования. К ним относятся: функции отображающие изменение вероятностей во времени; математические ожидания наработки на отказ и простоев; частота следования простоев оборудования в системе [1 - 5].
Наша задача состоит в не допуске возникновения отказов в системе. При этом имеется в виду, что при возникновении отказов от случайных негативных факторов, таких как перенапряжения, провалы напряжения и других в системе должна применяется избыточность. Постепенные отказы необходимо предупреждать предварительным обслуживанием оборудования. В нашем случае гарантированное электроснабжение приемников (рабочих машин) обеспечивается за счет обеспечения необходимой величины вероятности безотказной работы электрооборудования. При планируемой периодичности простоев (диагностики) осуществляется обнаружение и ликвидация развивающихся отказов оборудования на стадии их зарождения. Следовательно, предотвращается возникновение аварий и выход из строя оборудования. Принятое необоснованное решение о периодичности проведения ремонтов снижает надежность и ресурс оборудования [6 — 8]. В настоящее время для работающих предприятий обоснование ремонт-но-профилактического обслуживания выполняется на основании статистических данных. Предлагается эту проблему решить теоретически.
На первоначальном этапе, рассматриваемую систему, необходимо разбить на уровни. Последовательно соединённое оборудование уровней заметается одним эквивалентным элементом. Обычно для систем электроснабжения промышленных предприятий различают шесть уровней. На первом уровне находятся отдельные электроприемники, агрегаты, станки. Ко второму уровню относятся щиты распределительные напряжением до 1 кВ, распределительные шкафы, вводно-распределительные устройства, шины. На третьем уровне располагается щит низкого напряжения трансформаторной подстанции. К четвертому уровня относят шины распределительной подстанции 10 (6) кВ. На пятом уровне находятся шины главной понизительной подстанции, трансформаторы, выключатели. К шестому уровню относят разъединитель, то есть границу раздела предприятия и энергосистемы. Указанное число уровней следует считать условным, оно может быть и другим [9 - 15].
Для «Комбината Панельного Домостроения» схемы питания отдельных электроприемников аналогичны. В качестве примера рассмотрим, каким образом запитана дробилка СМД-108. На первом уровне находится асинхронный двигатель типа АИР 200Ь4. Второй уровень состоит из пускателя ПМА-3000, автоматического выключателя ОУЗР1Э1, кабельной линии ВВГнг 3x10 длинной 40 м. На третьем уровне располагаются трансформатор ТМ-160/6/0,4, рубильник РС-36, а так же секция шин. Четвертый уровень включает: выключатель ВВ/ТЕЬ-10-20/1 ООО, кабельную линию Ь=520 мАП-вВнг-ЬБ-б 1x120/35, выключатель ВВ/ТЕЬ-10-20/1000. Пятый уровень состоит из выключателя ВГТ-110-40/2000, трансформатора ТДН-10000/110, выключателя ВГТ-6/2000 и секции шин. На шестом уровне находится разъединитель РНДЗ-2-110/1000.
В таблице приведено технологическое оборудование системы (столбец 1). Столбец 2 отображает первый уровень. К нему относятся приводные электродвигатели. Второй уровень в таблице отображен столбцом три. Он состоит из пускателя, автоматического выключателя и кабельной линии. Такое электрооборудование относится к каждому электродвигателю. Столбец четыре представляет третий уровень системы электроснабжения, включающий трансформатор, рубильник и шины. Четвертый уровень -выключатель, кабельная линия, выключатель, столбец пять. Уровень пять - вы-
ключатель, трансформатор, выключатель (столбец шесть). Последний уровень шестой, седьмой столбец ее в таблице состоит из разъединителя. В столбцах таблицы указаны вероятности безотказной работы, математические ожидания наработки на отказ и длительности ремонтно-профилактических осмотров.
Качественный график зависимости вероятности безотказной работы от наработки на отказ представлен на рисунке. Из данного графика видно, что треугольники ЛВБ и АСЕ подобны, следовательно, из справочных данных мы можем найти требуемую периодичность облуживания для заданной наработки на отказ в соответствии с следующими формулами:
ЛВ _ АС ВБ _ СЕ,
(1)
т
1 - Р
т
_ т1
1 - Р
1
Рх)
1 - Р
Для эквивалентного элемента уровня определяется из выражения:
— _ — + — + —
ТС Т2 Т3
(2)
(3)
где Тс - наработка на отказ эквивалентного элемента; т^ - наработки на отказоборудова-ниярассматриваемого соединениярассматриваемого уровня.
Р(т)
Л
В
Б
С
Е
Р
х
0
т
т
т
х
График зависимости вероятности безотказной работы от наработки на отказ
В качестве примера определим требуемую периодичность обслуживания для шестого уровня. На шестом уровне располагается разъединитель типа РНДЗ-2-110/1000. Вероятность безотказной работы Р его равна 0,9949999, при наработке на отказ т = 67-105. Расчётная наработка в соответствии с (2) будет:
т, • (1 - Рх) 67 • 105 • (1 - 0,999999) „„
тх -^_-^---'-_ 1339ч_55,8суток.
х 1 - Р1 1 - 0,9949999
Следовательно, планируемое ремонтно-профилактического обслуживание оборудования шестого уровня должно выполняться после пятидесяти шести суток его работы. Аналогичным образом определяется периодичность обслуживания оборудования любого уровня системы электроснабжения комбината.
Вероятность безотказной работы, наработка на отказ час., периодичность обслуживания сут. оборудования
Наименование технологического оборудования Наименование уровня
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6 7
Дробилка СМД-108 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,04. 0,95; 85104; 1,04. 0,97; 93104; 1,04. 0,9995; 25103; 4,75 0,9997; 35103; 4,75. 0,9993; 12103; 4,75. 0,9996; 5 104; 7,2 0,9997; 12104; 7,2; 0,9996; 4104; 7,3. 0,999998; 23104; 7,4 0,999998 42-104; 7,4. 0,999996; 2104; 7,4. 0,999999; 30-104; 7,4. 0,999999; 67105; 55,8.
Дробилка СМД-108 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,05. 0,95; 85104; 1,05. 0,97; 93104; 1,05.
Дробилка СМД-108 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,05. 0,95; 85104; 1,05. 0,97; 93104; 1,05.
Насос К 65-50-160 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,1. 0,95; 85104; 1,1. 0,97; 93104; 1,1
Бетономешалка ВТМ70 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,1. 0,95; 85104; 1,1. 0,97; 93104; 1,1 0,9995; 25103; 4,72 0,9997; 35103; 4,72. 0,9993; 12103; 4,72. 0,9996; 5 104; 7,3 0,9997; 12104; 7,3; 0,9996; 4104; 7,3.
Бетономешалка ВТМ350 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,1. 0,95; 85104; 1,1. 0,97; 93104; 1,1
Бетономешалка ВТМ350 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,05. 0,95; 85104; 1,05. 0,97; 93104; 1,05.
Насос К 65-50-160 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,04. 0,95; 85104; 1,04. 0,97; 93104; 1,04.
Насос К 65-50-160 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,05. 0,95; 85104; 1,05. 0,97; 93104; 1,05.
Вибростол СМЖ-187Б 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,05. 0,95; 85104; 1,05. 0,97; 93104; 1,05. 0,9995; 25103; 4,71 0,9997; 35103; 4,71. 0,9993; 12103; 4,71. 0,9996; 5 104; 7,3 0,9997; 12104; 7,3; 0,9996; 4104; 7,3.
Вибростол СМЖ-187Б 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,1. 0,95; 85104; 1,1. 0,97; 93104; 1,1.
Бетонораздатчик БТМ-324 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,1. 0,95; 85104; 1,1. 0,97; 93104; 1,1.
Бетонораздатчик БТМ-324 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,1. 0,95; 85104; 1,1. 0,97; 93104; 1,1.
Насос К 65-50-160 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,05. 0,95; 85104; 1,05. 0,97; 93104; 1,05.
Дробилка СМД-108 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,05. 0,95; 85104; 1,05. 0,97; 93104; 1,05. 0,9995; 25103; 4,75. 0,9996; 5 104; 7,2
Окончание таблицы
1 2 3 4 5 6 7
Дробилка СМД-108 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,04. 0,95; 85104; 1,04. 0,97; 93104; 1,04. 0,9997; 35103; 4,75. 0,9993; 12103; 4,75. 0,9997; 12104; 7,2 0,9996; 4104; 7,2. 0,999998; 23104; 7,4 0,999998 42-104; 7,4. 0,999996; 2104; 7,4. 0,999999; 30-104; 7,4. 0,999999; 67105; 55,8.
Дробилка СМД-108 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,05. 0,95; 85104; 1,05. 0,97; 93104; 1,05.
Насос К 65-50-160 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,05. 0,95; 85104; 1,05. 0,97; 93104; 1,05.
Бетономешалка ВТМ70 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,1. 0,95; 85104; 1,1. 0,97; 93104; 1,1. 0,9995; 25103; 4,78. 0,9997; 35-103; 4,78. 0,9993; 12-103; 4,78. 0,9996; 5104; 7,3. 0,9997; 12104; 7,3. 0,9996; 4104; 7,3.
Бетономешалка ВТМ350 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,1. 0,95; 85104; 1,1. 0,97; 93104; 1,1.
Бетономешалка ВТМ350 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,1. 0,95; 85104; 1,1. 0,97; 93104; 1,1.
Насос К 65-50-160 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,05. 0,95; 85104; 1,05. 0,97; 93104; 1,05.
Насос К 65-50-160 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,05. 0,95; 85104; 1,05. 0,97; 93104; 1,05.
Вибростол СМЖ-187Б 0,94; 31102; 2,15. 0,94; 94102; 1,1. 0,95; 85104; 1,1. 0,97; 93104; 1,1. 0,9995; 25103; 4,72. 0,9997; 35103; 4,72. 0,9993; 12103; 4,72. 0,9996; 5104; 7,3. 0,9997; 12104; 7,3. 0,9996; 4104; 7,3.
Вибростол СМЖ-187Б 0,94; 31102; 2,15 0,94; 94102; 1,1. 0,95; 85104; 1,1. 0,97; 93104; 1,1.
Бетонораздатчик БТМ-324 0,94; 31102; 2,15 0,94; 94102; 1,1. 0,95; 85104; 1,1. 0,97; 93104; 1,1.
Бетонораздатчик БТМ-324 0,94; 31102; 2,15 0,94; 94102; 1,05. 0,95; 85104; 1,05. 0,97; 93104; 1,05.
Насос К 65-50-160 0,94; 31102; 2,15 0,94; 94102; 1,05. 0,95; 85104; 1,05. 0,97; 93104; 1,05.
В результате проведенного расчета установлено, что для поддержания высокой вероятности безотказной работы на существующих предприятиях требуется достаточно частое обслуживание. Прослеживается закономерность, согласно которой оборудование, находящееся уровнем ниже, требуется обслуживать чаще. Данный факт осложняется тем, что со снижением уровня увеличивается количество оборудования. Это требует большого количества рабочего персонала. В том же случае, если требуется повысить безотказность работы и почти полностью устранить отказы, на предприятии необходимо увеличивать число работников, которые обслуживают оборудование или устанавливать оборудование, обладающее большей надежностью. Одним из выходов является автономное наблюдение за отдельными узлами электрооборудования и проведение ремонтов и обслуживания, когда это необходимо.
Следующий путь решения состоит в создании роботизированных систем, которые могут производить обслуживание оборудования без участия человека. Для упрощения обслуживания требуется максимально унифицировать узлы оборудования. Это позволит значительно повысить скорость ремонта, используя автоматизированные устройства.
Работа выполнена в рамках научного проекта № 17-48-480083 при финансовой поддержке РФФИ и администрации Липецкой области.
Список литературы
1. Шпиганович А.Н., Шпиганович А. А. Бош В.И. Случайные потоки в решении вероятностных задач. Липецк, 2003. 224 с.
2. Шпиганович А.А. Научно-технические основы анализа функционирования систем электроснабжения. Липецк: ЛГТУ, 2012. 99 с.
3. Шпиганович А.А. Современное состояние вопроса безотказности систем электроснабжения. Липецк: ЛГТУ, 2012. 79 с.
4. Шпиганович А.Н., Пестунов В.А. Повышение эффективности функционирования систем электроснабжения. Липецк: ЛГТУ, 2004. 281.с.
5. Шпиганович А.Н., Шпиганович А.А., Пушница К.А. Повышение безотказности кислородно-конверторных производств путем улучшениязащит систем их электроснабжения от коммутационных перенапряжений. // Сталь. 2015. №6. С. 55-57.
6. Akagi H. New Trends in Active filters for Power Conditioning / H. Akagi // IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, 1996. №6. P.1312-1322.
7. Yu-Long C., Hong L., Jing-Gin W. Simulation and reliability analysis of shunt active power theory // Journal of Zhejiang University Science, 2007. № 3. P. 416-421.
8. Ajami A., Hosseini S.H. Implemention of a Novel Control Strategy for Shunt Active Filter // Ecti transactions on electrical eng., electronics and communications, 2006. №1. P. 40-46.
9. Erickson R.W. Some Topologies of High Quality Rectifiers // First International Conference on Energy, Power, and Motion Control, 1997. P.1-6.
10. Graovac D., Katic V., Rufe^. Universal power quality system - an extension to universal power quality conditioner // 9th international conference on power electronics and motion control, 2000. №4. P. 32-38.
11. Шпиганович А.Н., Шпиганович А.А. Оценка эффективности безотказности систем // Вести вузов Черноземья, 2013. №1. С. 25-33.
12. Зацепина В.И., Шпиганович А.А. Математическое описание функционирования элементов систем электроснабжения // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока, 2008. №2. С. 239-242.
13. Зацепина В.И., Зацепин Е.П., Шпиганович А.А. Минимизация провалов напряжения при совместной работе группы дуговых сталеплавильных печей // Промышленная энергетика, 2009. №1. С. 22-24.
14. Шпиганович А. А., Шилова В. А. Экономические проблемы качества электрической энергии // Вести вузов Черноземья, 2010. №3. С. 100-104.
15. Шпиганович А.А., Зацепина В.И., Довженко С.В. Влияние частотного преобразователя на питающую сеть // Промышленная энергетика, 2009. №1. С. 52-54.
16. Шпиганович А.А. Анализ влияния вероятностных параметров электрооборудования на эффективность функционирования систем электроснабжения // Вести вузов Черноземья, 2013. № 2. С. 25-32.
Зацепин Евгений Петрович, канд.техн. наук, доцент, kaf-eo@stu. lipetsk. ru, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет
DETERMINA TION OF SERVICE PERIODICITY EQUIPMENT OF INDUSTRIAL SYSTEMS
OF ENTERPRISES
E.P. Zatsepin 142
The article presents analysis of failure-free operation of the industrial power supply system, which allows to determine the frequency of servicing the equipment of industrial enterprises. A qualitative graph of the dependence of the probability of failure-free operation from the time between failures is given, which clearly shows how you can find the required frequency of maintenance for a given build-up to failure.
Key words: system, electrical equipment, levels, probability, operating timefor failure, reliability, maintenance, operation, industrial enterprise.
Zatsepin Evgeniy Petrovich, candidate of technical science, docent, kaf-eo@,stu. lipetsk. ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk State Technical University
УДК 621.3.06
МЕТОДЫ ИНФОРМАЦИОННО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С КОММУТАЦИОННЫМИ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯМИ
А.Н. Шпиганович, К. А. Пушница
Дается определение описания (математической модели) систем электроснабжения. Приводятся факторы, которые нужно учитывать при выборе изоляции. Рассмотрен механизм появления коммутационных перенапряжений. Проведена классификация наиболее значимых для практики коммутационных перенапряжений, которая представлена в виде блок-схемы. Выделены самые опасные из них и описан процесс их возникновения.
Ключевые слова: коммутационные перенапряжения, классификация, описание, системы электроснабжения, изоляция, вакуумный выключатель
Описание (математическая модель) электрической части отрасли, предприятия, производства, цеха, отделения, участка, отдельной единицы оборудования как объекта проектирования можно реализовать через систему показателей (образов - графических, цифровых, таблично-текстовых) с соблюдением иерархии систем и выдержкой принципов целостности, автономности, дополнительности (сложная система во взаимодействии со средой представляет различные свойства в различных ситуациях), действия, начинающегося с порогового значения, неопределенности, выбора, структурированности (устойчивости структуры любого ценоза) и устойчивости развития [1].
Изоляция систем электроснабжения промышленных предприятий должна длительно выдерживать приложенное к ней рабочее напряжение с учетом различных негативных факторов (загрязнение, увлажнение, старение вследствие частичных разрядов, электродинамические усилия, коррозия и т.д.). Она должна выдерживать многократные коммутационные перенапряжения и обеспечивать быструю и легкую ликвидацию последствий в случае ее перекрытия. При этом необходимо учитывать действие защитных средств и аппаратов (нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН), разрядники, релейная защита, автоматическое повторное включение (АПВ) и другие) [2-5].
Появление коммутационных перенапряжений связано c тем, что в предшествующем режиме в реактивных элементах (емкостях и индуктивностях) существовал определённый запас электрической и магнитной энергий. При изменении конфигурации сети (коммутации) запас энергии не может мгновенно измениться в соответствии с новой схемой. Это приводит к появлению переходного процесса, который сопровождается обменом и перераспределением энергии между электрическим и магнитным полями, причём наиболее интенсивно протекает обмен между реактивными сопротивлениями элементов сети, находящимися в непосредственной близости от места возмущения. Как правило, процесс имеет колебательный характер с частотой, превышающей промышленную, и может сопровождаться повышениями напряжения, опасными для изоляции оборудования [6].
