книги / Надежность дизель-электрических агрегатов и их систем автоматизации

исключает 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

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

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

щей работе не рассмотрена.

137

ром элсктроагрегат перестает выполнять все или часть возлагаемых на него основных функции. Чтобы наибо­

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