ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 3
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ
ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 6
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 8
Заключение 33
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 35
Актуальность предмета исследования
Мировое потребление энергии, по прогнозам на 2030 год, возрастёт на 55% по сравнению с сегодняшним днём из-за экономического роста, урбанизации и роста населения. В настоящее время наибольшая часть требуемой энергии вырабатывается за счёт ископаемого топлива, но данная технология не имеет перспективы развития. Это связано с одной стороны с истощением ресурсов углеводородов, а с другой стороны - с жесткими требованиями к экологии технологических процессов по производству электроэнергии. Необходимо осваивать новые источники энергии, и в этой тенденции ведущая роль принадлежит альтернативным источникам, преобразующим энергию света, воды, биоресурсов в электричество. Этот процесс в наибольшей степени затрагивает развивающиеся страны, для которых экономически сложно вкладывать финансы в создание крупных энергосистем. При этом следует учесть, что мощные источники энергии, включая гидроресурсы, уже освоены. Во многих странах существует развитая сеть крупных гидроэлектростанций, и возможность построить дополнительные ГЭС становится все меньше. При этом следует отметить, что энергоресурс малых и средних рек практически не использован, а по экспертным оценкам он в десятки раз превосходит энергоресурсы крупных рек. Например, для Таджикистана гидроэнергетические ресурсы, возможные к использованию, составляют: по мощности -19,3 млн. кВт, а по выработке - 143,6 млрд. кВт-ч. Это указывает на существенные потенциальные возможности использования возобновляемых гидроэнергетических ресурсов малых и средних рек, но для его освоения необходимо строительство большого количества мини-ГЭС.
Анализ функциональной схемы мини-ГЭС показывает, что она является достаточно сложным техническим объектом, требующим периодического обслуживания и постоянного наблюдения. Действительно, статистика показывает, что каждую ГЭС мощностью от нескольких десятков кВт до единиц МВт непрерывно обслуживает в среднем 2.. .3 человека. К этому персоналу необходимо добавить людей, работающих в районных системах электроснабжения и занятых конкретной станцией. Таким образом, стоимость производства электроэнергии возрастает весьма значительно из-за высоких эксплуатационных расходов. Разрешить данное противоречие можно, если обслуживаемые многочисленным персоналом мини-ГЭС заменить на полностью автоматизированные мини электростанции, которые работали бы автономно или параллельно с централизованной сетью.
Одним из требований, которые предъявляются к этим станциям-роботам, является высокая надежность. Интеллектуальная компьютерная система управления такими станциями должна помимо обеспечения штатного режима работы в зависимости от нагрузки обеспечивать диагностику и анализ работоспособности всех систем, и информировать центральные диспетчерские службы о возможных и вероятных неисправностях. Современный уровень компьютеризации энергетических систем способен решить эту задачу, но эти системы надо создавать и вести научные исследования в этом направлении.
Таким образом, создание полностью автоматических мини-ГЭС и разработка для них систем диагностики рабочего состояния и предупреждения аварийных отказов является актуальной научной проблемой и востребованной инженерной задачей.
Степень научной разработанности исследуемой темы
Актуальность и востребованность тематики привлекает к ней большое количество научных исследований. Не вдаваясь в подробный анализ, отметим вклад Российских ученых в эту проблему: Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского (Безруких П.П.), Московский энергетический институт (А. В. Иванов-Смоленский, С. В. Иваницкий, Н. И. Пашков, В. Я. Беспалов, К. Я. Вильданов, В.А. Морозов, В.И. Нагайцев), Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (Вольдек А.И., Костенко М.П., Пиотровский Л.М., Барков К.В., Елистатов В.В.), Ивановский государственный энергетический университет ( Ю.Б.Казаков, Е. Б. Герасимов, А. И. Тихонов, Н. Н. Новиков), Новосибирский государственный университет(Ю.В.Петренко, А. Г. Приступ, М.В. Глазырин, Р.Х. Диёров), Омский институт путей сообщения (Авилов В.Д., Иванилов Ю.Л., Сергеев Р.В., Серкова Л.Е., Третьяков Е.А., Харламов В.В., Шкодун П.К.), Самарский государственный технический университет (Макари- чев Ю.А., Стариков А.В., Зубков Ю.В.,Грачев П.Ю., Чеботков Э.Г., Ануфриев А.С. ), Уральский федеральный университет (А.Т. Пластун, Ф. Н. Сарапулов, С. Е. Миронов, Е. Н. Андреев), Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Амосова (Местников Н.П., Константинов А.Ф, Бурянина. Н.С.), ЮжноУральский государственный университет (Усынин Ю.С., Григорьев М.А., Ган- джа С.А.)
В наукометрической базе Scopus и Web of Science существует обширный материал, посвященный этой проблеме. Рассмотрены различные типы существующих мини-ГЭС, различные типы генераторов и систем управления к ним. В частности, изучены вентильно-индукторные генераторы, генераторы с электромагнитной редукцией, асинхронизированные синхронные генераторы. Хорошо представлены методы анализа сложных электромеханических систем на основе новейших инженерных технологий.
Большое количество научных работ говорит о том, что на сегодняшний день вопрос о выборе типа мини-ГЭС до конца не решен и идет активный поиск. Следует отметить, что исследования носят разрозненный характер по решению локальных узких технических задач. Не исследованы вопросы работы мини - ГЭС, работающей в автоматическом режиме без обслуживающего персонала, в частности вопросы надежности и безопасности, диагностики и прогнозирования неисправностей и отказов, включая внезапные отказы, вопросы качества питания при несимметричной нагрузке, вопросы оптимального управления автономной мини-ГЭС.
Современный уровень развития методов анализа с применением новейших компьютерных средств позволяет решить поставленные задачи. В данной научной работе исследования сконцентрированы на анализе аварийных режимов короткого замыкания и разработке методов их диагностики.
Цель диссертационного исследования
В основу рассматриваемой работы положена идея создания автономной необслуживаемой ГЭС. При этом функцию контроля всех систем, которые выполнял штатный персонал, на себя должна взять автоматизированная компьютерная система. Для этого необходимо разработать устройства, реализующие функции диагностики состояния узлов и агрегатов ГЭС и функции связи с центральным диспетчерским пунктом системы электроснабжения.
Одним из важнейших элементов ГЭС является генератор, надёжность его работы и ресурс связаны с грамотной эксплуатацией, своевременным обслуживанием и выявлением не только возникших неисправностей, но и их предупреждением. Основными аварийными режимами генератора являются короткие замыкания разных видов: витковые короткие замыкания, замыкание фазы на корпус, межфазовые витковые короткие замыкания, поэтому основное внимание в работе посвящено анализу этих видов неисправностей и разработке методов их диагностики. Сложность анализа заключается в том, что его надо выполнить на работающем генераторе без вывода его из эксплуатации...
В диссертационной работе содержатся научно доказанные теоретические положения по созданию электротехнического комплекса по диагностике аварийных режимов гидрогенератора мини-ГЭС малой и средней мощности. В результате расширена существующая теоретическая база по анализу и диагностике гидрогенераторов, как альтернативных источников энергии.
На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований автором получены следующие основные выводы и результаты:
1. Источники водной генерации электроэнергии Республики Таджикистан обладают большой мощностью. Освоение малой и средней гидроэнергетики будет сопровождается созданием большого количества полностью автоматических мини-ГЭС. Такие мини-ГЭС должны иметь электротехнический комплекс по диагностике аварийных состояний энергоагрегата.
2. Самой ответственной структурной единицей мини-ГЭС является генератор. Основные неисправности генератора - это различные варианты коротких замыканий якорной обмотки. Для их определения необходимо в систему ввести дополнительную диагностическую обмотку, которая способна фиксировать магнитную несимметрию, возникающую при авариях.
3. Теоретической основой применения данного способа является метод симметричных составляющих, который применяется для анализа несимметричных нагрузок. Уравнительный ток и разность потенциалов при соединении фаз информационной обмотки в треугольник и звезду являются индикаторами наличия аварии. Применение информационной обмотки является реальной диагностикой, так как она способна выявить возникновение коротких замыканий на ранних стадиях.
4. При определении поврежденной фазы использован метод анализа переходных процессов при импульсном воздействии на якорную обмотку. Метод позволяет достаточно точно определить наличие виткового замыкания в фазе.
5. Для анализа теплового состояния нормальных режимов работы генератора и аварийных режимов создана цифровая модель, особенность которой заключается в том, что обмотка представлена отдельными витками, которые позволяют моделировать локальные короткие замыкания и локальные перегревы.
6. Экспериментальные исследования подтвердили эффективность концепции применения информационной обмотки для диагностики коротких замыканий. И метод соединения фаз в треугольник и метод соединения фаз в звезду показали наличие виткового короткого замыкания по уравнительному току разности потенциалов между нейтралями.
Дальнейшее развитие данного научного исследования возможно в следующих основных направлениях: оптимизация параметров информационной обмотки по сечению и количеству витков; оцифровка предложенного электротехнического комплекса диагностики, написание алгоритмов диагностики, определение порога нормального и аварийного состояний, включение данного комплекса в общую систему диагностики; построение подобных электромагнитных и тепловых моделей для генераторов других типов; разработка инженерной методики определения коротких замыканий для генераторов других типов.
В перспективе в данный комплекс необходимо ввести диагностику неисправностей не только генератора, но и электронных компонентов электронной системы управления.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
