Помощь студентам в учебе
Разработка технологии адаптивной идентификации сигналов для оценки технического состояния турбогенераторов
|
ВВЕДЕНИЕ 15
1 СТАТИСТИКА И ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВИТКОВОГО
ЗАМЫКАНИЯ В ОБМОТКЕ РОТОРА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА 17
1.1 Статистика повреждаемости обмотки ротора и ущерб от недоотпуска 17 электроэнергии
1.2 Последствия виткового замыкания 20
1.3 Причины появления витковых замыканий 22
1.4 Методы идентификации 24
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПРИ
ВИТКОВОМ ЗАМЫКАНИИ В ОБМОТКЕ РОТОРА 27
2.1 Математическое описание синхронного генератора 27
2.2 Переход из дифференциальных уравнений в алгебраическую форму 31
2.3 Реализация модели в MatLab 33
3 АДАПТИВНАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ СИГНАЛОВ СИНХРОННОГО 37
ГЕНЕРАТОРА
3.1 Индукционный датчик МП 37
3.2 Идентификации нестационарных сигналов в системах управления и связи 38
3.3 Модели и алгоритмы идентификации нестационарных сигналов 39
3.4 Результаты исследований моделей и алгоритмов идентификации 44
3.5 Заключение по разделу 47
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСО-ЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 48
4.1 Технико-экономическое обоснование НТИ 48
4.2 SWOT-анализ проекта 49
4.3 Организация и планирование НТИ 51
4.4 Линейное планирование 52
4.5 Бюджет НТИ 55
4.5.1 Расчет материальных затрат 55
4.5.2 Оплата труда 55
4.5.3 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 58
4.5.4 Амортизация 59
4.5.5 Накладные расходы 60
4.5.6 Прочие неучтенные расходы 60
4.5.7 Формирование сметы затрат 60
4.6 Оценка научно-технического уровня проекта 61
4.7 Расчет прибыли проекта 62
4.8 Заключение по разделу 62
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 64
5.1 Производственная безопасность 64
5.1.1 Анализ выявленных вредных и опасных факторов 64
5.1.2 Микроклимат на электростанциях 65
5.1.3 Акустический шум 67
5.1.4 Освещение 68
5.1.5 Электромагнитное поле 69
5.1.6 Электрический ток 70
5.2 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 72
5.3 Экологическая безопасность 74
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
Список публикаций 78
Список литературных источников 80
Приложение А. Реализация модели в программной среде Matlab
Приложение Б. Справочные данные экспериментального стенда Приложение В. Акт испытаний защитно-диагностического устройства
1 СТАТИСТИКА И ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВИТКОВОГО
ЗАМЫКАНИЯ В ОБМОТКЕ РОТОРА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА 17
1.1 Статистика повреждаемости обмотки ротора и ущерб от недоотпуска 17 электроэнергии
1.2 Последствия виткового замыкания 20
1.3 Причины появления витковых замыканий 22
1.4 Методы идентификации 24
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПРИ
ВИТКОВОМ ЗАМЫКАНИИ В ОБМОТКЕ РОТОРА 27
2.1 Математическое описание синхронного генератора 27
2.2 Переход из дифференциальных уравнений в алгебраическую форму 31
2.3 Реализация модели в MatLab 33
3 АДАПТИВНАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ СИГНАЛОВ СИНХРОННОГО 37
ГЕНЕРАТОРА
3.1 Индукционный датчик МП 37
3.2 Идентификации нестационарных сигналов в системах управления и связи 38
3.3 Модели и алгоритмы идентификации нестационарных сигналов 39
3.4 Результаты исследований моделей и алгоритмов идентификации 44
3.5 Заключение по разделу 47
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСО-ЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 48
4.1 Технико-экономическое обоснование НТИ 48
4.2 SWOT-анализ проекта 49
4.3 Организация и планирование НТИ 51
4.4 Линейное планирование 52
4.5 Бюджет НТИ 55
4.5.1 Расчет материальных затрат 55
4.5.2 Оплата труда 55
4.5.3 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 58
4.5.4 Амортизация 59
4.5.5 Накладные расходы 60
4.5.6 Прочие неучтенные расходы 60
4.5.7 Формирование сметы затрат 60
4.6 Оценка научно-технического уровня проекта 61
4.7 Расчет прибыли проекта 62
4.8 Заключение по разделу 62
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 64
5.1 Производственная безопасность 64
5.1.1 Анализ выявленных вредных и опасных факторов 64
5.1.2 Микроклимат на электростанциях 65
5.1.3 Акустический шум 67
5.1.4 Освещение 68
5.1.5 Электромагнитное поле 69
5.1.6 Электрический ток 70
5.2 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 72
5.3 Экологическая безопасность 74
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
Список публикаций 78
Список литературных источников 80
Приложение А. Реализация модели в программной среде Matlab
Приложение Б. Справочные данные экспериментального стенда Приложение В. Акт испытаний защитно-диагностического устройства
Основным источником выработки электрической энергии переменной частоты являются синхронные генераторы. В настоящее время около 80% установленных СГ на электростанциях находятся в эксплуатации более 20 лет. В связи с большим сроком службы число повреждений в обмотках ротора СГ резко возрастает. Основным источником таких повреждений являются витковые замыкания [4].
Возникновение виткового замыкания в обмотках ротора вызывает неравномерное распределение механической нагрузки на вал ротора, что в свою очередь становится причиной вибрации всего агрегата с последующими авариями. Поэтому диагностика виткового замыкания приобретает важное значение, т.к. непредвиденное аварийное отключение СГ приводит к значительным материальным затратам вплоть до замены всего генератора.
Следовательно, разработка новых методов выявления труднодиагностируемых дефектов подобного рода в электрических машинах является актуальной технической задачей.
Исследования по данной проблеме проводились в ТПУ в научноисследовательской лаборатории интеллектуальной системы идентификации, диагностики и управления.
Целью работы является разработка и экспериментальные исследования способов идентификации параметров и переменных состояний электромеханических преобразователей энергии.
Задачи данной работы:
1) изучение причины возникновения витковых замыканий в обмотках ротора СГ;
2) разработка модели СГ для оценки повреждения обмоток ротора;
3) практическое применение метода адаптивной фильтрации для решения задач идентификации.
Объектом исследования является синхронный генератор ГАБ-4-Т/230, в котором производилась имитация виткового замыкания в обмотке ротора.
Научная новизна: исследован метод адаптивной фильтрации с целью надежного выделения диагностического признака дефекта в эксплуатационных режимах работы СГ.
Практическая значимость результатов: созданная в MatLab математическая модель СГ с витковым замыканием в обмотке ротора позволяет получить токи и напряжения в роторе в различных эксплуатационных режимах СГ, на основе которых можно получить изменение индукции МП в различных зонах при возникновении ВЗ. На примере решения задачи диагностики сигналов магнитного поля синхронного генератора показано, что предложенные модель и технология идентификации с учетом априорной информации позволяют надежно определять локальные изменения сигнала с датчика магнитного поля, вызванные замыканием обмотки ротора.
Апробированный метод диагностики виткового замыкания обмоток ротора позволит применять его в лабораториях электрических станций.
Апробация работы: основные положения, использованные в работе, докладывались на международных научных конференциях: "Современные техника и технологии", ТПУ, г. Томск, 2014 г.; "Zpravy vedecke ideje - 2014", Чехия, г. Прага, 2014 г.; "The Third International Conference on Eurasian scientific development", Австрия, г. Вена, 2014 г.; "Технические науки в России и за рубежом", г. Москва, 2015 г.; «Молодежный научный форум: Технические и математические науки», г. Москва, 2015 г.; «CUTTING-EDGE SCIENCE - 2015», г. Шеффилд, 2015г.; «Электротехника. Электротехнология. Энергетика», НГТУ, г. Новосибирск, 2015 г.; "Интеллектуальные энергосистемы", ТПУ, г. Томск, 2015 г.; «Электроэнергетика глазами молодежи - 2015», ИГЭУ, г. Иваново, 2015 г., а также опубликованы в 17 работах, журналах, таких как "Научное обозрение", "Фундаментальные исследования", "Applied Mechanics and Materials". Предложенный метод диагностики ВЗ в обмотке ротора СГ успешно испытан в филиале АО «Казахстан темiр жолы» в г. Павлодар.
Возникновение виткового замыкания в обмотках ротора вызывает неравномерное распределение механической нагрузки на вал ротора, что в свою очередь становится причиной вибрации всего агрегата с последующими авариями. Поэтому диагностика виткового замыкания приобретает важное значение, т.к. непредвиденное аварийное отключение СГ приводит к значительным материальным затратам вплоть до замены всего генератора.
Следовательно, разработка новых методов выявления труднодиагностируемых дефектов подобного рода в электрических машинах является актуальной технической задачей.
Исследования по данной проблеме проводились в ТПУ в научноисследовательской лаборатории интеллектуальной системы идентификации, диагностики и управления.
Целью работы является разработка и экспериментальные исследования способов идентификации параметров и переменных состояний электромеханических преобразователей энергии.
Задачи данной работы:
1) изучение причины возникновения витковых замыканий в обмотках ротора СГ;
2) разработка модели СГ для оценки повреждения обмоток ротора;
3) практическое применение метода адаптивной фильтрации для решения задач идентификации.
Объектом исследования является синхронный генератор ГАБ-4-Т/230, в котором производилась имитация виткового замыкания в обмотке ротора.
Научная новизна: исследован метод адаптивной фильтрации с целью надежного выделения диагностического признака дефекта в эксплуатационных режимах работы СГ.
Практическая значимость результатов: созданная в MatLab математическая модель СГ с витковым замыканием в обмотке ротора позволяет получить токи и напряжения в роторе в различных эксплуатационных режимах СГ, на основе которых можно получить изменение индукции МП в различных зонах при возникновении ВЗ. На примере решения задачи диагностики сигналов магнитного поля синхронного генератора показано, что предложенные модель и технология идентификации с учетом априорной информации позволяют надежно определять локальные изменения сигнала с датчика магнитного поля, вызванные замыканием обмотки ротора.
Апробированный метод диагностики виткового замыкания обмоток ротора позволит применять его в лабораториях электрических станций.
Апробация работы: основные положения, использованные в работе, докладывались на международных научных конференциях: "Современные техника и технологии", ТПУ, г. Томск, 2014 г.; "Zpravy vedecke ideje - 2014", Чехия, г. Прага, 2014 г.; "The Third International Conference on Eurasian scientific development", Австрия, г. Вена, 2014 г.; "Технические науки в России и за рубежом", г. Москва, 2015 г.; «Молодежный научный форум: Технические и математические науки», г. Москва, 2015 г.; «CUTTING-EDGE SCIENCE - 2015», г. Шеффилд, 2015г.; «Электротехника. Электротехнология. Энергетика», НГТУ, г. Новосибирск, 2015 г.; "Интеллектуальные энергосистемы", ТПУ, г. Томск, 2015 г.; «Электроэнергетика глазами молодежи - 2015», ИГЭУ, г. Иваново, 2015 г., а также опубликованы в 17 работах, журналах, таких как "Научное обозрение", "Фундаментальные исследования", "Applied Mechanics and Materials". Предложенный метод диагностики ВЗ в обмотке ротора СГ успешно испытан в филиале АО «Казахстан темiр жолы» в г. Павлодар.
В соответствии с целью выпускной квалификационной работы было произведено моделирование синхронного генератора с витковым замыканием в обмотке ротора, разработана технология адаптивной идентификации сигналов для оценки технического состояния синхронных генераторов.
В первом разделе выполнен анализ статистики и причин возникновения витковых замыканий в обмотке ротора синхронных генераторов, а также их последствий, приводящих к недоотпуску электроэнергии.
Во втором разделе подробно описан процесс создания
математической модели генератора с витковым замыканием в программной среде MatLab. С помощью разработанной модели можно наблюдать изменение искажения параметров тока и напряжения при возникновении виткового замыкания. На основании этих данных можно получить изменение индукции магнитного поля в различных зонах при возникновении данного вида повреждения.
В третьем разделе приведены результаты исследований по разработке технологии адаптивной идентификации сигналов для оценки технического состояния синхронных генераторов, позволяющей решать задачи фильтрации, сглаживания данных, обнаружения локальных изменений сигналов, оценки их параметров. На примере решения задачи диагностики сигналов магнитного поля синхронного генератора показано, что предложенные модель и технология идентификации с учетом априорной информации позволяют надежно определять локальные изменения сигнала с датчика магнитного поля, вызванные замыканием обмотки ротора. Работоспособность рассмотренных и разработанных моделей экспериментально подтверждается.
В ходе выполнения четвертого раздела было произведено определение структуры работы в рамках научного исследования, определение участников каждой работы, установлены продолжительности работ, построен график проведения научных исследований. Произведен расчет затрат на проведение научно-исследовательской работы по диагностике витковых замыканий. По итогам расчетов цена проекта составила 1 669 775 рублей.
С экономической точки зрения, разработка системы диагностирования обмоток ротора синхронных машин, позволит снизить затраты на ремонт и эксплуатацию турбогенераторов, что в свою очередь увеличит
эффективность эксплуатации данного оборудования. Это означает, что научно-техническое исследование имеет практическое значение и экономическую основу для взаимодействия с потенциальными инвесторами.
В пятом разделе рассмотрены основные вопросы по охране безопасности персонала на рабочих местах. Предложенные меры способствуют сохранению здоровья работников и повышению производительности труда. Требуемые меры и средства защиты в чрезвычайных ситуациях способны максимально обезопасить предприятие и персонал от различных видов ущерба. Меры пожарной и электробезопасности предостерегают от аварий крупного масштаба.
В первом разделе выполнен анализ статистики и причин возникновения витковых замыканий в обмотке ротора синхронных генераторов, а также их последствий, приводящих к недоотпуску электроэнергии.
Во втором разделе подробно описан процесс создания
математической модели генератора с витковым замыканием в программной среде MatLab. С помощью разработанной модели можно наблюдать изменение искажения параметров тока и напряжения при возникновении виткового замыкания. На основании этих данных можно получить изменение индукции магнитного поля в различных зонах при возникновении данного вида повреждения.
В третьем разделе приведены результаты исследований по разработке технологии адаптивной идентификации сигналов для оценки технического состояния синхронных генераторов, позволяющей решать задачи фильтрации, сглаживания данных, обнаружения локальных изменений сигналов, оценки их параметров. На примере решения задачи диагностики сигналов магнитного поля синхронного генератора показано, что предложенные модель и технология идентификации с учетом априорной информации позволяют надежно определять локальные изменения сигнала с датчика магнитного поля, вызванные замыканием обмотки ротора. Работоспособность рассмотренных и разработанных моделей экспериментально подтверждается.
В ходе выполнения четвертого раздела было произведено определение структуры работы в рамках научного исследования, определение участников каждой работы, установлены продолжительности работ, построен график проведения научных исследований. Произведен расчет затрат на проведение научно-исследовательской работы по диагностике витковых замыканий. По итогам расчетов цена проекта составила 1 669 775 рублей.
С экономической точки зрения, разработка системы диагностирования обмоток ротора синхронных машин, позволит снизить затраты на ремонт и эксплуатацию турбогенераторов, что в свою очередь увеличит
эффективность эксплуатации данного оборудования. Это означает, что научно-техническое исследование имеет практическое значение и экономическую основу для взаимодействия с потенциальными инвесторами.
В пятом разделе рассмотрены основные вопросы по охране безопасности персонала на рабочих местах. Предложенные меры способствуют сохранению здоровья работников и повышению производительности труда. Требуемые меры и средства защиты в чрезвычайных ситуациях способны максимально обезопасить предприятие и персонал от различных видов ущерба. Меры пожарной и электробезопасности предостерегают от аварий крупного масштаба.