автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Повышение эксплуатационной надёжности электрооборудования инфраструктуры предприятий АПК на базе количественной термографии

На правах рукописи

005532081

МУХИН ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ИНФРАСТРУКТУРЫ

ПРЕДПРИЯТИЙ АПК НА БАЗЕ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ТЕРМОГРАФИИ

Специальность: 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в

сельском хозяйстве

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 5 АВГ 2013

Санкт-Петербург - Пушкин 2013

005532081

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мурманский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «МГТУ»)

Официальные оппоненты:

Беззубцева Марина Михайловна, доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, заведующая кафедрой «Энергообеспечение производств в АПК»;

Гущинский Александр Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент, филиал «Гатчинские электрические сети» ОАО «Ленэнерго», помощник директора.

Ведущая организация:

Государственное научное учреждение Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии).

Защита диссертации состоится «08» октября 2013 г. в 13 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 220.060.06 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» по адресу: 196601, Санкт-Петербург, Пушкин, Петербургское шоссе, 2, лит. А, СПбГАУ, ауд. 2.719.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан "¿У" 2013 г.

Автореферат размещен на сайтах: http://vak2.ed.gov.ru http://spbgau.ru.

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Власов Анатолий Борисович

Ученый секретарь диссертационного совета

Смирнов Василий Тимофеевич

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Развитие афопромышленного комплекса (АПК) является стратегической задачей государственной деятельности для обеспечения безопасности РФ. Структура АПК многообразна в силу специфических природно-климатических условий. Рыбохозяйственный комплекс, как часть АПК РФ, является поставщиком и потребителем продукции для различных секторов экономики. Предприятия рыбного хозяйства производят 11 % товарной продукции продовольственного сектора РФ. На Европейском Севере, в частности Мурманской области, предприятия рыбного хозяйства являются градообразующими и их деятельность становится определяющей в производстве валового регионального продукта. Рыбохозяйственный комплекс располагает многообразной материально-технической базой, в том числе производственной инфраструктурой, обеспечивающей портовое обслуживание флота.

Согласно «Концепции развития рыбного хозяйства РФ на период до 2020 года», федеральной целевой программе «Повышения эффективности использования и развития ресурсного потенциала рыбохозяйственного комплекса в 2009 - 2013 годах» предусматривается поэтапное увеличение объёма добычи водных биологических ресурсов, что обеспечит увеличение грузооборота рыбными и торговыми терминалами морских портов РФ. Однако в период с 1990 по 2006 значительно снизились темпы обновления основных производственных фондов морских портов, в результате физический и моральный износ оборудования достиг критического уровня.

Техническое обслуживание и ремонт инфраструктуры предприятий рыбохозяйственного комплекса, в частности, электрооборудования рыбных и торговых терминалов морских портов осуществляются на основе систем контроля технического состояния: РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования», «Правила устройства электроустановок», «Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации» и т.д. В представленных документах изложены организационные и технические требования по обслуживанию и ремонту электрооборудования, приведены периодичность, объемы и регламент испытаний, рассмотрены общие указания по устройству электроустановок и т.д.

Статистическая обработка данных дефектов, зафиксированных в процессе эксплуатации электрооборудования морского порта г. Мурманска в период 2008 - 2010 г.г., показала, что поток отказов различных элементов электропривода, в частности асинхронных двигателей, значителен.

Планово-предупредительные ремонтные работы не позволяют предотвращать дефекты, например, асинхронных двигателей, коммутирующей аппаратуры, силовой преобразовательной техники на ранней стадии развития.

Можно сделать заключение о целесообразности повышения уровня эксплуатационной надежности электрооборудования АПК путем применения современных методов технической диагностики. В связи с этим, считается целесообразным разработка и внедрение элементов системы контроля технического состояния электрооборудования на базе количественной термографии, основы которой отражены в работах Власова А.Б., Вавилова В.П.

Элементы системы диагностики технического состояния электрооборудования инфраструктуры АПК методом количественной термографии должны применяться в комплексе с другими видами контроля, предусмотренными нормативно-технической документацией.

В настоящее время количественный термографический контроль технического состояния электрооборудования рыбных и торговых терминалов морских портов в литературных источниках не представлен.

Целью исследования является разработка и внедрение элементов системы контроля технического состояния электрооборудования предприятий АПК на основе количественной термографии.

Задачами исследования являются:

- анализ эксплуатационной надёжности электрооборудования предприятий АПК;

- разработка элементов системы контроля технического состояния электрооборудования на базе количественной термографии;

- создание тепловой диагностической модели асинхронного двигателя;

- анализ эффективности применения элементов системы контроля технического состояния электрооборудования методом количественной термографии;

- расчёт экономического эффекта применения элементов системы контроля технического состояния электрооборудования при внедрении методов количественной термографии в практику отдельных предприятий АПК.

Объектами исследования является электрооборудование инфраструктуры АПК, в том числе асинхронные двигатели серии АИР, K2\R, Smh и др. мощностью от 1,5 до 110 кВт; преобразователи частоты IndraDrive, Refudrive 500 мощностью от 45 до 250 кВт; сетевые контакторы и реле ES-160, ES-250, S-IDX 31,41, Siemens 3RT10, 3RH\9, 3RV14 и др.; электрогидротолкатели £5320, BL200 и др.; элементы трансформаторных подстанций 6/0,4 кВ.

Предметом исследования являются элементы системы контроля технического состояния электрооборудования предприятий АПК на основе количественной термографии.

Базовыми методологическими научными работами в области количественной термографии являются работы Вавилова В.П., Власова А.Б.; в области тепловых расчётов электрических машин и аппаратов работы Сипайлова Г.А., Санникова Д.И., Жадана В.А., Борисенко А.И., Бурковского А.Н., Турина Я.С., Радина В.И., Ройзена Л.И.; в области теории теплопередачи работы Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомела A.C., Лыкова A.B., Михеева М.А.; в области математической статистики работы Кремера Н.Ш., Блохина В.Г., Ряби-нина И.А.; в области отраслевой энергетики работы Бородина И.Ф., Стребкова Д.С., Карпова В.Н., Гессена В.Ю., Епифанова А.П. и др.

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечена применением сертифицированных средств измерения исследуемых величин; применением методов математической статистики; экспертизой патента и программы ЭВМ в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам РФ.

Научная новизна работы:

- разработан метод количественной термографии для диагностики технического состояния электрооборудования предприятий АПК;

- создана тепловая диагностическая модель асинхронного двигателя; проанализирована возможность использования модели в различных тепловых режимах; произведён анализ влияния параметров, учитываемых в модели, на результаты расчёта температуры обмотки статора;

- предложен математический аппарат статистической обработки данных дефектов электрооборудования, полученных на базе количественной термографии в результате периодических термографических обследований объектов инфраструктуры предприятий рыбного хозяйства.

Практическая значимость работы. Разработаны и внедрены в производство отдельных предприятий элементы системы диагностики технического состояния электрооборудования на основе количественной термографии, состоящие из объектов исследования, диагностической модели, методики статистической обработки данных дефектов, регламента испытаний.

На примере асинхронного двигателя показана эффективность разработанной диагностической модели, позволяющей производить оперативный контроль текущего технического состояния электрической машины методом количественной термографии для различных стадий теплового режима.

Предложенная и теоретически обоснованная методика и созданное программное обеспечение могут быть использованы при дальнейшем развитии элементов системы контроля технического состояния электрооборудования инфраструктуры АПК по данным количественной термографии.

Реализация работы. Элементы разработанной системы контроля технического состояния электрооборудования на базе количественной термографии внедрены в производственный процесс ОАО «Мурманский морской торговый порт», ОАО «Окат».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены в виде докладов на всероссийской научной конференции молодых учёных «Наука. Технологии. Инновации», Новосибирск, 2010; международной молодёжной научно-практической конференции «Научно-практические исследования и проблемы современной молодёжи», Елабуга, 2010; международной научно-технической конференции «Наука и образование - 2011», Мурманск; научно-техническом конкурсе молодых учёных и специалистов ОАО «Объединённая судостроительная корпорация», 2012; международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава в г. Пушкин, Санкт-Петербург, 2012, международной научно-технической конференции «Наука и образование - 2012», Мурманск; международной научно-практической конференции по строительной механике корабля в г. Санкт-Петербурге, 2012.

Публикации. Основные научные результаты диссертационной работы опубликованы в 17 печатных работах, 6 из которых опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ для опубликования основных научных результатов на соискание учёной сте-

пени кандидата наук. Получен 1 патент РФ, 1 свидетельство о регистрации программ для ЭВМ.

Основными научными положениями и результатами, выносимыми на защиту, являются:

- разработанные элементы системы по контролю технического состояния электрооборудования инфраструктуры АПК на базе количественной термографии;

- созданная тепловая диагностическая модель асинхронного двигателя, объективно характеризующая текущее техническое состояния машины для различных стадий теплового режима;

- разработанная методика расчёта показателей эксплуатационной надёжности электрооборудования по данным количественной термографии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем 181 стр., основного текста 114 стр., 38 рисунков, 38 таблиц, приложений на 49 стр. (38 рис., 4 таблицы), список литературы из 178 наименований. В приложение включены акты внедрения и использования результатов работы на предприятиях, свидетельства о регистрации патента и программы ЭВМ.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, поставлены цели исследования, определены объект и предмет работы, изложены научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы основные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.

В первой главе (Система диагностики электрооборудования предприятий АПК на базе количественной термографии) произведён анализ существующих систем технического обслуживания и ремонта электрооборудования рыбного и торгового терминалов морских портов, обоснована актуальность разработки и внедрения элементов системы контроля технического состояния электрооборудования на основе количественной термографии.

По результатам проведённого анализа систем контроля технического состояния электрооборудования морского порта сформулированы выводы:

- отсутствуют методы экспресс-диагностики технического состояния электрооборудования в процессе эксплуатации под нагрузкой;

- отсутствуют научно-обоснованные методы безразборной оценки технического состояния оборудования по результатам наблюдений в количественном виде.

Для доказательства предположения об ухудшении технического состояния объектов исследования проведена статистическая обработка данных дефектов элементов технологического комплекса морского порта г. Мурманска, накопленных в течение 03.2008 - 08.2010 г.г.

В результате рассчитано:

- отказы элементов электропривода, связанные с повреждением коммутирующей аппаратуры, достигают 40,6% от общего числа отказов, электрических двигателей 19,3%, преобразовательной техники 10%, электриче-

ских кабелей 4,4%;

- экспериментальные значения потока дефектов ю(?) электрооборудования, представленные на рисунке 1, за период 29 месяцев лежат в пределах 0,0038-0,014 мес."1;

- экспериментальные значения потока дефектов <м(/) электрических машин за период 30 месяцев лежат в пределах 0,0128 - 0,032 мес.-1;

- экспериментальные значения потока дефектов m(i) коммутирующей аппаратуры за период 29 месяцев лежат в пределах 0,0103 - 0,1833 мес."1;

- дефекты трансформаторных подстанций (ТП) 6/0,4 кВ, связанные с повреждениями контактных соединений, достигают 95%.

Отмечается, что дефекты электрооборудования морского порта приводят к аварийному прерыванию технологического процесса и экономическим потерям.

Ш, 0,014 Т----:-------------------;

мес."1 0,012 '

0,002 -----'— '

0 -:---------:

0 10 20 зо

Срок эксплуатации, мес.

Рисунок 1 - Зависимость экспериментальных значений потока отказов щ электрооборудования от времени

Проведённый анализ дефектов электрооборудования морского порта позволяет сделать выводы:

- в современных условиях интенсификации производства, изношенности оборудования, применение систем контроля технического состояния не позволяет обеспечить безаварийную эксплуатацию элементов технологического комплекса;

- системы контроля технического состояния электрооборудования не достаточно эффективны для решения задачи оперативного неразрушающего диагностирования дефектов элементов электропривода, электрических и тепловых сетей морского порта на ранних стадиях развития.

Это доказывает необходимость развития систем контроля технического состояния электрооборудования инфраструктуры ЛПК. Для этого целесообразны разработка и внедрение методов диагностирования электрооборудования предприятий АПК в процессе эксплуатации под нагрузкой на базе количественной термографии.

В результате анализа руководящих документов метода тепловизионной диагностики сделаны следующие выводы:

- тепловизионный контроль энергетического оборудования решает задачу поиска дефектных мест поверхности однотипного оборудования, рабо

тающего в одинаковых эксплуатационных условиях, путём визуализации участков с повышенной температурой;

- в процессе тепловизионного контроля техническое состояние оборудования оценивается по диагностическому параметру - температуре поверхности исследуемого объекта;

- в литературе представлено ограниченное количество тепловых диагностических моделей энергетического оборудования, необходимых для решения задач «диагноза»;

- не анализируются причины отказа, закономерности развития дефектов и повреждений;

- научно не обоснована периодичность тепловизионных испытаний.

На сегодняшний день метод тепловизионной диагностики преимущественно позволяет решать задачу «диагноза», в то время как вторая задача технической диагностики - «прогноз», не анализировалась.

Решения задачи «диагноза», включающие в себя поиск места неисправности, определение причин отказа, контроль технического состояния объектов исследования на основе количественной термографии, основаны на возможности количественного учета тепловых потоков от поверхности оборудования, на разработке тепловых диагностических моделей.

Решения задачи «прогноза», позволяющие определить и прогнозировать техническое состояние объекта, основаны на методах математической статистики и обработки данных тепловизионной диагностики.

В результате проведённого анализа выдвинуто предположение о необходимости повышения эксплуатационной надёжности электрооборудования инфраструктуры АПК путем разработки и внедрения в производство элементов системы контроля технического состояния объектов исследования на базе количественной термографии, позволяющие решать задачи технической диагностики - «диагноза» и «прогноза».

Во второй главе (Тепловая диагностическая модель асинхронного двигателя) разработана диагностическая модель асинхронного двигателя на основе количественной термографии для стационарного теплового режима, проанализирована возможность использования разработанной диагностической модели асинхронного двигателя на базе количественной термографии в регулярном тепловом режиме, разработана тепловая модель участка оребрен-ной поверхности станины статора асинхронного двигателя на основе метода электротепловой аналогии, произведён анализ влияния параметров, учитываемых в модели, на результаты расчёта диагностических параметров технического состояния.

Для решения задачи «диагноза» автором предлагается подход, позволяющий определять тепловое состояние объектов исследования путем анализа пространственного распределения тепловых потоков, расчета диагностических параметров технического состояния на основе тепловых диагностических моделей по данным количественной термографии.

Статистический анализ данных отказов электрооборудования морского порта г. Мурманска показал, что 19,3% отказов обусловлены дефектами

асинхронных двигателей (АД), на долю которых приходится до 20% трудоёмкости обслуживания и до 35% трудоёмкости восстановления работоспособного состояния электрооборудования. Это доказывает необходимость создания тепловой модели АД, используя метод количественной термографии для дистанционной, бесконтактной и оперативной диагностики технического состояния электрической машины в процессе эксплуатации под нагрузкой.

Для расчёта диагностических параметров технического состояния, в том числе коэффициента теплоотдачи от поверхности в различных точках станины статора а, Вт/м2оС; плотности теплового потока Вт/м2; температуры обмотки статора в стационарном тепловом режиме ?расч, °С автором разработана диагностическая модель электрической машины по данным количественной термографии, представленная на рисунке 2.

а) б)

Рисунок 2 - Диагностическая модель электрической машины: а) вид плоскости Хг; б) вид плоскости ХУ

Диагностическая модель состоит из ребра станины статора (1), станины статора (2), воздушного зазора между сердечником и ребристой покрышкой (3), спинки сердечника статора (4), обмотки статора расположенной в пазах (5), пленки односторонней изоляции (6).

В процессе испытаний фиксировались термограммы (рисунок 3, а) ребристой поверхности станины электрической машины по мере прогревания двигателя вплоть до установления равновесного теплового состояния. В результате обработки термограмм получены гистограммы (рисунок 3, б) распределения температуры в локальных точках поверхности станины.

Центральной задачей при оценке величины теплового потока на основе данных количественной термографии является расчет коэффициента теплоотдачи аг эксп от поверхности в произвольных точках станины АД. Используя подходы, разработанные в научной школе Ройзена Л.И., Дулькина И.Н. значение коэффициента агэксп определяется по соотношению:

Х/Р

(П

где/р, ир - площадь и периметр поперечного сечения ребра соответственно; - коэффициент теплопроводности материала станины статора; Шг жсп — коэффициент.

В. | 1

м

56.5

.гС'-Щ | хш

55.5

А 55.0

щ ; 54Д И.0

а)

Рисунок 3 - Термограмма (а) и гистограмма (б) температур поверхности АД Коэффициент тгжсп, определяется по соотношению:

агссЬ1

(2)

где

= / + — - высота ребра станины статора.

Превышение температуры в основании ребра станины статора АД 9макс определяется по соотношению:

^макс ¿макс ¿0> (3)

где ¿о - температура окружающей среды;

¿макс— максимальная температура между рёбрами станины статора.

Превышение температуры на конце ребра станины статора 9МИ„ определяется по соотношению:

^мин = ¿мин ~ ¿о> (4)

где ¿мин - максимальная температура на конце ребра станины статора.

При оценке величины суммарной плотности теплового потока д>„ распространяющегося из разогретого сердечника, следует учитывать возможные пути его распространения.

В первом приближении полагается, что тепловой поток распространяется в станине радиально (по оси г) и продольно (по оси ±Т), согласно рисунку 2 и определяется соотношением:

Ч^Чзг + Цз пр, (5)

где цзг - величина плотности теплового потока входящего в ребро станины и распространяющегося радиально по оси г;

д,.пр - величина плотности теплового потока входящего в ребро станины и распространяющегося продольно по оси ± ¥.

и

Величина теплового потока входящего в ребро станины и распространяющегося радиально, рассчитывается по выражению:

га ^

„ гэксп макс / г\

=-;-> С6)

к

ВК +

где к =

BipyfûÏN +Bicy]thNa ' Bip, Bia- - коэффициенты Био; ,VP, Ncг - характеристические размеры.

Плотность теплового потока входящего в ребро станины статора АД и распространяющегося продольно определяется по соотношению:

acpf4A . (т., L

th —г— , (7)

1 А,

где аср, - среднее значение коэффициента теплоотдачи от поверхности станины;

П,ь Aik, mik — параметры элемента, характеризующие поверхность станины, прилегающие к ее торцам;

L - длина станины статора АД;

Act - коэффициент теплопроводности материала станины статора.

Для расчёта значений линейной плотности теплового потока, распространяющегося от сердечника статора, линейных термических сопротивлений основания станины, воздушного зазора, спинки сердечника статора используется методика, основы которой изложены в работах Лыкова A.B., JTy-канина В.Н., Михеева М.А., Исаченко В.П., Сипайлова Г.А., Турина Я.С.

В конечном счёте определяются значения температуры на каждом слое конструкции АД и температура обмотки в пазу статора.

С целью анализа точности расчётов диагностических параметров технического состояния по данным количественной термографии проведены термографические испытания на ряде АД серий АИР, K2\R, Smh и др. (мощностью от 1,5 до 110 кВт).

Отдельные результаты термографического исследования на основе разработанной диагностической модели АД АИР80А4УЗ представлены на рисунке 4. Расчетные данные температуры обмотки в пазу статора получены на основе диагностической модели электрической машины на базе количественной термографии. Экспериментальные значения измерены термопарами, установленными в паз сердечника статора. При сравнении расчётных и экспериментальных значений в стационарном тепловом режиме расхождение не превышало 5%.

Для доказательства гипотезы об адекватности значений температуры обмотки статора, полученных на основе диагностической модели электрической машины методом количественной термографии, использовался критерий Фишера (F - критерий). В результате определено, что с вероятностью Ро,95 рассчитанные данные являются адекватными в стационарном тепловом режиме.

-¿¿г

- экспериментальные данные

расчётные данные

„ 20 40 60 80 Время испытаний, мин

Рисунок 4 - Зависимость температуры статорной обмотки АИР80А4УЗ в процессе испытаний

С целью доказательства предположения об использовании тепловой диагностической модели АД на основе количественной термографии для • расчета температуры обмотки в пазу станины статора при переходных режимах, в частности, до установления стационарного теплового состояния, проведены теоретические и экспериментальные исследования различных стадий процесса нагрева АД. Сделаны выводы:

- в процессе нагрева АД обнаруживаются неупорядоченный, регулярный и стационарный тепловые режимы;

- в стадии регулярного режима с вероятностью Р0 95 значения темпа нагрева обмотки статора и оребренной поверхности между рёбрами станины статора АД одинаковы;

- при регулярном тепловом режиме расхождения данных температуры обмотки статора, рассчитанных на основе диагностической модели электрической машины и экспериментальных значений, не превышают 5%.

Представленные выводы доказывают, что по мере нагрева машины, начиная с момента наступления регулярного режима, возможно использование тепловой модели АД для расчета температуры обмотки статора на основе метода количественной термографии.

Таким образом, разработанная диагностическая модель электрической машины на основе количественной термографии позволяет оценить температуру обмотки в пазу статора до момента наступления стационарного теплового режима. Подобный подход направлен на ускорение диагностики технического состояния электрической машины в процессе эксплуатации под нагрузкой.

Для расчёта температуры различных точек поверхности электрической машины разработана электротепловая модель участка станины статора согласно методу электротепловой аналогии. С этой целью станину условно разбили на сегменты, для которых рассчитаны тепловые сопротивления. Это позволило определить температурное поле поверхности с учетом изменения коэффициента теплоотдачи а в разных точках станины.

На результаты расчёта температуры обмотки статора АД, по данным количественной термографии, оказывают влияние различные параметры, учитываемые в диагностической модели. В результате испытаний выявлены наиболее существенные параметры:

- температура поверхности станины в точке ?макс - Х\\

- изменение температуры по высоте ребра А/ - Ху,

- коэффициент теплопроводности материала станины статора "к„ - Ху,

- коэффициент теплопроводности материала пазовой изоляции обмотки статора Хи -Х4.

Для нахождения функциональной зависимости, описывающей взаимосвязь исследуемых параметров и температуры обмотки в пазу статора АД, используется методика полного факторного эксперимента второй степени для четырех параметров. В результате рассчитана функциональная зависимость:

Г= 89,148+0,029^+1,332Х-О,396Х3-2,845Х4+0,015ХХ2+0,033ХХз+ +0,05 5Х2Хз+0,007Х2Хг-0,0 15ХзХ4-0,053Х2-0,023Х22+0,044Х32+ 0,519Х42 (8)

Расхождения расчётных данных температуры обмотки АД, полученные на основе модели электрической машины на базе количественной термографии, и значений, рассчитанных на основе уравнения (8), составляют до 0,23%.

Для анализа влияния параметров, учитываемых в модели на результаты расчёта, используя уравнение (8), построены графики зависимости температуры обмотки статора АД от исследуемых параметров (рисунок 5). В результате анализа представленных данных сделан вывод, что наибольшее влияние на расчет значения температуры статорной обмотки электрической машины оказывает коэффициент теплопроводности материала пазовой изоляции Хи.

а) б)

^ Рисунок 5 - Зависимости температуры ста-

торной обмотки /0б от различных факторов.

На основании проведённых теоретиче-{^^^^^^^ШЯшк ских и экспериментальных исследований

" разработан и зарегистрирован патент «Спо-

^НШж^^'^йя^ соб теплового контроля температуры обмоток электРических машин», основанный на '.¿ч, ^ШМШШИЩщГу определении температуры обмотки статора

электрической машины по зафиксированной < Ч Гг интенсивности оптического излучения с по-

"\rJv4 мощью тепловизионного приёмника.

в) Создана программа «Расчёт температу-

ры обмотки по данным количественной термографии». Использование про-

граммы позволяет произвести расчет температуры обмотки АД по данным количественной термографии на основе учета конструкционных особенностей АД, свойств металлов, величины нагрузки, температуры окружающей среды, коэффициента излучательности.

Для организации проведения термографического контроля, обработки результатов, анализа и составления заключения о техническом состоянии электрооборудования отдельных предприятий рыбопромышленного комплекса разработаны и внедрены в производственный процесс ОАО «Мурманский морской торговый порт» «Методические рекомендации термографического контроля технического состояния электрооборудования портальных кранов».

В третьей главе (Анализ показателей эксплуатационной надёжности электрооборудования предприятий АПК на базе количественной термографии) предложена методика и рассчитаны параметры эксплуатационной надёжности объектов исследования по данным, полученным в результате диагностики на основе количественной термографии.

Для решения задачи «прогноза» и расчёта показателей эксплуатационной надёжности электрооборудования морского порта автором разработана методика статистической обработки массива данных дефектов, полученных на основе количественной термографии.

В результате периодических обследований электрооборудования портальных кранов и электрических сетей в порту г. Мурманска в период с 2010 г. по 2012 г. накоплен массив данных дефектов.

Обработка результатов обследований электрооборудования по данным количественной термографии позволила рассчитать параметры эксплуатационной надежности объектов исследования.

Например, анализ представленных на рисунке 6 данных, показал, что для исследуемой выборки АД электропривода портальных кранов экспериментальные значения вероятности безотказной работы R(t) лежат в пределах 0,966 - 0,995; для исследуемой выборки контактных соединений ТП 6/0,4 кВ значения R(t) лежат в пределах 0,994 - 0,999.

R«) 1

Срок эксплуатации, мес. а)

L рок эксплуатации, мес б)

Рисунок 6 - Зависимость экспериментальных значений вероятности безотказной работы Я от времени: а) асинхронных двигателей; б) контактных соединений ТП 6/0,4 кВ

Для оценки периодичности обследований электрооборудования рассчи-

таны и представлены на рисунке 7 значения накопления отказов п в течение календарных месяцев. С целью определения, являются ли полученные зависимости nit) линейными, рассчитаны коэффициенты линейной корреляции Пирсона. В результате доказана линейная зависимость количества дефектов п от времени исследования. Следовательно, представленные на рисунке 7 линии тренда, позволяют рассчитать количество новых дефектов за необходимый период времени. В результате обоснована периодичность повторных термографических обследований элементов электрооборудования.

л 0)20

I 10 20 30 Срок эксплуатации, мес.

20 40 60 Срок эксплуатации, мес.

б)

а)

Рисунок 7 - Накопление дефектов п со временем: а) асинхронных двигателей; б) контактных соединений ТП 6/0,4 кВ

В частности, для исследуемой выборки АД электропривода портальных кранов термографическое обследование необходимо проводить с периодичностью не реже одного раза в два месяца; для исследуемой выборки ТП 6/0,4 кВ с периодичностью не реже одного раза в 3 месяца.

В результате анализа накопленных данных дефектов электрооборудования морского порта, используя критерий Колмогорова, Мизеса, Смирнова подтверждена гипотеза об экспоненциальном характере функции распределения вероятности безотказной работы и гипотеза об однородности выборок данных дефектов. Это позволяет проводить совместную обработку данных по надежности элементов электрооборудования АПК, относящихся к многообразным объектам, эксплуатирующихся при неодинаковых условиях и нагрузках в различные годы.

В частности, рассчитаны и представлены на рисунке 8 функции распределения пуассоновского потока дефектов F (t), F(i), а также значения расхождения D{t). С уровнем значимости À,0,0005 Для исследуемой выборки ТП 6/0,4 кВ для расчета параметров эксплуатационной надежности контактных соединений могут быть использованы теоретические функции пуассоновского потока отказов и распределения вероятности безотказной работы в виде F(t) = 1 - ехр( - 0,00228?), P(t) = ехр( - 0,00228?).

Для анализа эффективности внедрения элементов системы диагностики технического состояния электрооборудования на базе количественной термографии рассчитаны значения гамма-процентного ресурса исследуемой выборки АД электропривода портальных кранов, коммутирующей аппаратуры и контактных соединений ТП 6/0,4 кВ морского порта г. Мурманска.

20 40

Срок эксплуатации, мес.

60

Рисунок 8 — Функции распределения наработки до отказа (объект: контактные соединения исследуемой выборки ТП): 1 - /(f); 2 - ДО; 3 - D(t)

На рисунке 9 представлены графики экспериментальных функций вероятности безотказной работы АД. До внедрения элементов системы (рисунок 9, кривая 1) 50% наработка до отказа для исследуемой выборки АД составила 32 месяца. Регулярные термографические обследования позволили обнаруживать дефекты на ранней стадии развития и увеличить 50% наработку до отказа до 40 месяцев (рисунок 9, кривая 2).

В результате проведённых исследований сделан вывод, что применение элементов системы диагностики электрооборудования на базе количественной термографии привело к:

- снижению потока дефектов œ(f) асинхронных двигателей с 0,02179 мес."1 до 0,01763 мес."1;

- повышению ресурса асинхронных двигателей в 1,25 раза; коммутирующей аппаратуры в 1,2 раза;

- расчёту закона распределения параметров эксплуатационной надёжности КС ТП 6/0,4 кВ.

Р( О

10 20 30 40 Срок эксплуатации, мес.

50

60

Рисунок 9 - Зависимость Р{0 дефектов асинхронных двигателей: 1 - соСр« 0,02179 мес."1; 2-шср~ 0,01763 мес"'. Полученные в результате исследования данные дают возможность решать задачу «прогноза» технического состояния и позволяют:

- определять параметры эксплуатационной надежности электрообору-

дования; выявлять их особенности, тенденции развития;

- планировать, изменять структуру и объёмы ремонтных работ в зависимости от текущего технического состояния электрооборудования инфраструктуры АПК;

- увеличить время безаварийной эксплуатации объектов.

В четвёртой главе (Экономический эффект технической диагностики электрооборудования предприятий АПК на базе количественной термографии) представлен расчет экономического эффекта от внедрения в производственный процесс отдельных предприятий элементов системы технической диагностики электрооборудования по данным количественной термографии.

При расчёте экономического эффекта учитывались затраты на обеспечение производства и производительность работ. В результате внедрения и использования элементов системы диагностики на базе количественной термографии были получены расчёты экономического эффекта, подтверждённые актом от предприятия ОАО «Мурманский морской торговый порт»:

- при обследовании технического состояния элементов электропривода портальных кранов морского порта экономический эффект составил 585,4 тыс. рублей в год;

- при обследовании элементов электрических сетей морского порта экономический эффект составил 240 тыс. рублей в год;

- при обследовании элементов теплоэнергетического оборудования экономический эффект составил 107,9 тыс. рублей в год.

Как показал анализ расчета с учётом выявленных повреждений, экономический эффект достигается за счёт оптимизации режимов эксплуатации в соответствии с техническим состоянием, уменьшением общего числа повреждений и ремонтов, в том числе аварийных, снижения затрат на ремонтно-восстановительные работы.

Общие выводы

1. Статистической обработкой данных отказов электрооборудования предприятий АПК подтверждено положение об ухудшение их технического состояния. Установлено, что по причине дефектов коммутирующей аппаратуры происходит 40,6% от общего числа отказов; по причине дефектов асинхронных двигателей 19,3%. Обоснована необходимость внедрения нового инженерного метода диагностики технического состояния электрооборудования АПК по данным количественной термографии.

2. Разработаны и теоретически обоснованы элементы системы контроля технического состояния электрооборудования предприятий АПК на базе количественной термографии, включающие регламент термографических обследований, диагностическую модель, метод статистической обработки полученных данных. Подобный подход позволяет решать задачи «диагноза» и «прогноза» технического состояния электрооборудовании АПК на базе количественной термографии.

3. Для решения задачи «диагноза» создана тепловая диагностическая модель асинхронного двигателя на базе количественной термографии. Экс-

периментально установлено, что использование модели позволяет рассчитать температуру обмотки статора электрической машины с точностью 5%.

4. На основании разработанного метода и экспериментальных исследований зарегистрирован патент №2455657 МПК G01R35/00 «Способ теплового контроля температуры обмоток электрических машин». Использование указанного метода позволяет оперативно и дистанционно получать информацию о техническом состоянии обмоток асинхронного двигателя в процессе эксплуатации под нагрузкой.

5. Для решения задачи «прогноза» разработана методика статистической обработки данных и определена периодичность термографических обследований электрооборудования предприятиях АПК. Выявлено, что для исследуемой выборки асинхронных двигателей экспериментальные значения вероятности безотказной работы R(t) лежат в пределах 0,966 - 0,995, термографические обследования необходимо проводить с периодичностью не реже одного раза в два месяца. Для исследуемой выборки контактных соединений ТП 6/0,4 кВ значения R(t) лежат в пределах 0,994 - 0,999, термографические обследования необходимо проводить с периодичностью не реже одного раза в 3 месяца.

6. Выполненные в диссертации разработки, в том числе патент №2455657 МПК G01R35/00 и программа для ЭВМ № 20116165, были внедрены в производство ОАО «Мурманский морской торговый порт», что позволило увеличить ресурс работы электрооборудования в 1,25 раза.

7. Экономическая оценка результатов внедрения метода количественной термографии в производство ОАО «Мурманский морской торговый порт» обеспечило сокращение производственных затрат в размере 585,4 тыс. рублей в год для подъёмно-транспортного оборудования; 240 тыс. рублей в год для объектов электрических сетей; 107,9 тыс. рублей в год для объектов теплоэнергетики.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах

Статьи, опубликованные в журналах, рекомендуемых ВАК

1. Мухин, Е.А. Оценка технического состояния электрооборудования судов методом тепловизионной диагностики /А.Б. Власов, Е.А. Мухин// Эксплуатация морского транспорта-2010.-№3 (61).-С. 66-69.

2. Мухин, Е.А. Применение тепловизионной диагностики для оценки теплового состояния электрооборудования и температуры обмотки судовых электродвигателей /А.Б. Власов, Е.А. Мухин// Вестник МГТУ: Труды Мур-ман. гос. техн. ун-та. - 2010. - Т. 13, №4/2. - С. 937 - 941.

3. Мухин, Е.А. Статистический анализ повреждений электрооборудования портальных кранов /А.Б. Власов, Е.А. Мухин// Вестник АГТУ: Морская техника и технология. - 2011. - №1. -С. 23 - 27.

4. Мухин, Е.А. Методика расчета температуры обмоток электрической машины на основе количественной термографии /А.Б. Власов, Е.А. Мухин// Вестник МГТУ: труды Мурман. гос. техн. ун-та. - 2011. - Т. 14, №4. - С. 671

5. Мухин, Е.А. Тепловой анализ электрической машины на основе тел-ловизионной диагностики /А.Б. Власов, Е.А. Мухин// Эксплуатация морского транспорта - 2012. - №1 (67). - С. 54 - 57.

6. Мухин, Е.А. Факторный анализ диагностической модели тепловизи-онного контроля электрической машины /А.Б. Власов, Е.А. Мухин, Б.Д. Царёв// Вестник МГТУ: труды Мурман. гос. техн. ун-та. - 2013. - Т. 16, №1. -С. 46-51.

Другие научно-технические работы

7. Мухин, Е.А. Расчёт температуры обмотки по данным количественной термографии / А.Б. Власов, Е.А. Мухин, Б.Д. Царёв// Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 20116165 регистр. 24.07.2011 Рос. агентство по патентам и товарным знакам, Россия, 2011 г.

8. Пат. 2455657 Российская Федерация, МПК G 01 R 35/00. Способ теплового контроля температуры обмоток электрических машин / Мухин Е.А., Власов А.Б.: заявитель и патентообладатель МГТУ. - Заявка №2011110026/ 28(014596); заявл. 16.03.2011, опубл. 10.07.2012., бюлл. № 19.

9. Мухин, Е.А. Предупреждён - значит вооружён / А.Б. Власов, Е.А. Мухин, Б.Д. Царёв // Энергонадзор - 2010. - №8 (17). - С. 23 - 25.

10. Мухин, Е.А. Новый метод. Откажет - не откажет / А.Б. Власов, Е.А. Мухин // Энергонадзор - 2010. - № 9 (19). - С. 42 - 44.

11. Мухин, Е.А. Пирометрическое определение технического состояния электротехнического комплекса судов / Е.А. Мухин // «Наука. Технологии. Инновации»: Материалы всероссийской науч. конф. мол. учёных / НГТУ. -Новосибирск, 2010. - 4.2. - С. 237 - 239.

12. Мухин, Е.А. Тепловизионная диагностика состояния обмотки электрической машины / Е.А. Мухин // «Научно-практические исследования и проблемы современной молодёжи»: Труды II межд. мол. науч.-практ. конф. / Ела-бужский филиал КГТУ им. А.Н. Туполева. - Елабуга, 2010. - Т. 1. - С. 164 - 166.

13. Мухин, Е.А. Оценка теплового состояния / А.Б. Власов, Е.А. Мухин // Энергонадзор - 2011. - № 2 (20). - С. 24 - 26.

14. Мухин, Е. А. Метод статистический обработки отказов электрооборудования на объектах морского транспорта / Е. А. Мухин // МНТК «Наука и образование - 2011». [Электронный ресурс] / Материалы международной научно-технической конференции «Наука и образование - 2011» - электрон, текст подг. ФГОУВПО "МГТУ". С. 1009 - 1013.

15. Мухин, Е.А. Дистанционное определение температуры статорной обмотки асинхронного двигателя / Е.А. Мухин // Материалы XLIX МНСК «Студент и научно-технический прогресс» / НГУ. - Новосибирск, 2011. -Физика. - С. 11.

16. Мухин, Е.А. Тепловая модель асинхронного двигателя на основе количественной термографии / Е.А. Мухин // Материалы VII международной научно-практической конференции «Перспективные разработки науки и техники - 2011» / Наука и образование. - Przemysl, Poland 2011. - Технические

науки. - С. 7 - 11.

17. Мухин, Е.А. Расчёт температуры статорной обмотки асинхронного двигателя по данным количественной термографии / Е.А. Мухин // Материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПбГАУ «Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования» / СПбГАУ - Санкт-Петербург-Пушкин, 2012.-С. 322-325.

18. Мухин, Е.А. Анализ термографирования электрической машины при помощи электротепловой модели станины / Е. А. Мухин, Б. Д. Царёв // МНТК «Наука и образование - 2012». [Электронный ресурс] / Материалы международной научно-технической конференции «Наука и образование — 2012» - электрон, текст подг. ФГОУВПО "МГТУ". С. 907 - 910.

19. Мухин, Е.А. Оценка надёжности оборудования портальных доковых кранов методом тепловизионной диагностики /Е.А. Мухин // Научно-техническая конференция по строительной механике корабля, посвящённая памяти профессора П.Ф. Папковича / ФГУП «Крыловский государственный научный центр». - Санкт-Петербург, 2012. - С.99 - 100.

Подписано в печать 18.07.2013. Бумага офсетная. Объём 1,5 п.л., Тираж 100 экз. Заказ № 07-01-2013.

Отпечатано с оригинал-макета заказчика

в типографии ООО «Политон» 198096, Санкт-Петербург, пр. Стачек, 82 тел: 784-13-35

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ФГБОУ ВПО «МГТУ»)

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ИНФРАСТРУКТУРЫ ПРЕДПРИЯТИЙ АПК НА БАЗЕ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ТЕРМОГРАФИИ

Специальность: 05.20.02 - электротехнологии и электрооборудование в

сельском хозяйстве

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

0^201362253

На правах рукописи

МУХИН ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

Научный руководитель: д.т.н., профессор Власов А.Б.

Мурманск 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА I. СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ АПК НА БАЗЕ 11 КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ТЕРМОГРАФИИ

1.1. Тенденция развития инфраструктуры АПК................................... 11

1.2. Анализ систем технической эксплуатации электрооборудования портов рыбохозяйственного комплекса.................................................. 12

1.3. Эксплуатационная надёжность электрооборудования инфраструктуры предприятий АПК........................................................................ 13

1.3.1. Эксплуатационная надежность электрооборудования портальных кранов....................................................................................... 13

1.3.1.1. Эксплуатационная надёжность электрических машин........... 17

1.3.1.2. Эксплуатационная надёжность коммутирующей аппаратуры..... 19

1.3.2. Эксплуатационная надёжность судовых электрических машин...... 22

1.3.3. Эксплуатационная надёжность трансформаторных подстанций 6/0,4 кВ..................................................................................... 24

1.4. Диагностика электрооборудования инфраструктуры АПК на базе количественной термографии............................................................ 26

1.4.1. Анализ метода тепловизионной диагностики........................... 26

1.4.2. Элементы системы диагностики электрооборудования инфраструктуры АПК на базе количественной термографии........................... 30

1.5. Элементы термографического обследования электрооборудования инфраструктуры АПК................................................................... 32

1.6. Технические характеристики тепловизионного оборудования................ 33

1.7. Цели и задачи повышения эксплуатационной надёжности электрооборудования инфраструктуры предприятий АПК.............................. 34

ГЛАВА II. ТЕПЛОВАЯ ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ 36

2.1. Предпосылки разработки диагностической модели асинхронного двигателя....................................................................................... 36

2.1.1. Анализ существующих методов контроля технического состояния асинхронного двигателя........................................................... 37

2.1.2. Математическое описание процессов теплопередачи в электрической машине............................................................................... 38

2.1.3. Параметрическая идентификация диагностической модели асинхронного двигателя в стационарном тепловом режиме.......................... 41

2.1.4. Анализ термограммы станины асинхронного двигателя.............. 42

2.1.5. Диагностическая модель асинхронного двигателя в стационарном тепловом режиме......................................................................... 44

2.1.6. Расчет коэффициента теплоотдачи от поверхности станины......... 47

2.1.7. Расчет плотности теплового потока с поверхности станины......... 48

2.1.8. Расчет температуры обмотки статора................................... 51

2.1.9. Анализ адекватности диагностической модели асинхронного двигателя при стационарном тепловом режиме........................................ 55

2.1.10. Анализ использования диагностической модели в регулярном тепловом режиме......................................................................... 56

2.1.11. Результаты использования методики расчёта температуры обмотки асинхронного двигателя на базе количественной термографии....... 60

2.2. Электротепловая схема оребренной поверхности станины асинхронного двигателя................................................................. 60

2.2.1. Методы теплового расчета электрических машин...................... 60

2.2.2. Электротепловая схема оребренной поверхности станины статора асинхронного двигателя................................................................. 61

2.3. Факторный анализ влияния параметров диагностической модели на расчёт температуры обмотки.......................................................... 65

2.4. Влияние теплового режима работы на ресурс асинхронного двигателя 74

2.5. Результаты использования диагностической модели асинхронного

двигателя.................................................................................. 75

ГЛАВА III. АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ 77 АПК НА БАЗЕ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ТЕРМОГРАФИИ

3.1. Методика расчёта показателей эксплуатационной надёжности элементов электрооборудования АПК по данным количественной термографии...... 77

3.2. Оценка параметров эксплуатационной надёжности элементов электрооборудования морского порта................................................ 80

3.2.1 Оценка параметров эксплуатационной надёжности асинхронных двигателей электропривода портальных кранов................................... 81

3.2.2. Гамма-процентный ресурс асинхронных двигателей электропривода портальных кранов.................................................. 85

3.2.3. Параметры эксплуатационной надёжности коммутирующей аппаратуры электропривода портальных кранов........................................ 86

3.2.4 Проверка статистической гипотезы однородности массивов данных дефектов электропривода портальных кранов............................... 89

3.3 Оценка параметров эксплуатационной надёжности элементов электрических сетей морского порта......................................................... 93

3.3.1. Оценка доверительных интервалов вероятности отказа контактных соединений ТП 6/0,4 кВ...................................................... 96

3.3.2. Проверка гипотезы о законе распределения потока дефектов контактных соединений ТП 6/0,4 кВ...................................................... 98

3.3.3. Определение величины гамма-процентного ресурса контактных

соединений ТП 6/0,4 кВ................................................................. 101

3.4. Результаты мероприятий по повышению эксплуатационной надёжности электрооборудования морского порта.......................................... 102

ГЛАВА IV. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ 105 АПК НА БАЗЕ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ТЕРМОГРАФИИ

4.1. Тепловизионная диагностика элементов подъёмно-транспортного

оборудования морского порта............................................................................................................105

4.2. Тепловизионная диагностика объектов электрических сетей морского порта........................................^..............................................................................................11С

4.3. Тепловизионная диагностика объектов теплоэнергетики....................................111

Заключение..................................................................................................................................................................114

Библиографический список литературы............................................................................................115

Приложение 1..........................................................................................................................................................132

Приложение II........................................................................................................................................................151

Приложение III........................................................................................................................................................162

Приложение IV......................................................................................................................................................166

Приложение V..........................................................................................................................................................169

Приложение VI......................................................................................................................................................171

Приложение VII................................................................................................................................................175

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Развитие агропромышленного комплекса (АПК) является стратегической задачей государственной деятельности для обеспечения безопасности РФ. Структура АПК многообразна в силу специфических природно-климатических условий. Рыбохозяйственный комплекс, как часть АПК РФ, является поставщиком и потребителем продукции для различных секторов экономики. Предприятия рыбного хозяйства производят 11% товарной продукции продовольственного сектора РФ. На Европейском Севере, в частности Мурманской области, предприятия рыбного хозяйства являются градообразующими и их деятельность становится определяющей в производстве валового регионального продукта. Рыбохозяйственный комплекс располагает многообразной материально-технической базой, в том числе производственной инфраструктурой, обеспечивающей портовое обслуживание флота.

Согласно «Концепции развития рыбного хозяйства РФ на период до 2020 года», федеральной целевой программе «Повышения эффективности использования и развития ресурсного потенциала рыбохозяйственного комплекса в 2009 - 2013 годах» предусматривается поэтапное увеличение объёма добычи водных биологических ресурсов, что обеспечит увеличение грузооборота рыбными и торговыми терминалами морских портов РФ. Однако в период с 1990 по 2006 значительно снизились темпы обновления основных производственных фондов морских портов, в результате физический и моральный износ оборудования достиг критического уровня.

Техническое обслуживание и ремонт инфраструктуры предприятий рыбохозяйственного комплекса, в частности, электрооборудования рыбных и торговых терминалов морских портов осуществляются на основе систем контроля технического состояния: РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования», «Правила устройства электроустановок», «Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации» и т.д. В представленных документах изложены организационные и технические требования по обслуживанию и ремонту электрооборудова-

ния, приведены периодичность, объемы и регламент испытаний, рассмотрены общие указания по устройству электроустановок и т.д.

Статистическая обработка данных дефектов, зафиксированных в процессе эксплуатации электрооборудования морского порта г. Мурманска в период 2008 - 2010 г.г., показала, что поток отказов различных элементов электропривода, в частности асинхронных двигателей, значителен.

Планово-предупредительные ремонтные работы не позволяют предотвращать дефекты, например, асинхронных двигателей, коммутирующей аппаратуры, силовой преобразовательной техники на ранней стадии развития.

Можно сделать заключение о целесообразности повышения уровня эксплуатационной надежности электрооборудования АПК путем применения современных методов технической диагностики. В связи с этим, считается целесообразным разработка и внедрение элементов системы контроля технического состояния электрооборудования на базе количественной термографии, основы которой отражены в работах Власова А.Б., Вавилова В.П.

Элементы системы диагностики технического состояния электрооборудования инфраструктуры АПК методом количественной термографии должны применяться в комплексе с другими видами контроля, предусмотренными нормативно-технической документацией.

В настоящее время количественный термографический контроль технического состояния электрооборудования рыбных и торговых терминалов морских портов в литературных источниках не представлен.

Целью исследования является разработка и внедрение элементов системы контроля технического состояния электрооборудования предприятий АПК на основе количественной термографии.

Задачами исследования являются:

- анализ эксплуатационной надёжности электрооборудования предприятий АПК;

- разработка элементов системы контроля технического состояния электрооборудования на базе количественной термографии;

- создание тепловой диагностической модели асинхронного двигателя;

- анализ эффективности применения элементов системы контроля технического состояния электрооборудования методом количественной термографии;

- расчёт экономического эффекта применения элементов системы контроля технического состояния электрооборудования при внедрении методов количественной термографии в практику отдельных предприятий АПК.

Объектами исследования является электрооборудование инфраструктуры АПК, в том числе асинхронные двигатели серии АИР, K2\R, Smh и др. мощностью от 1,5 до 110 кВт; преобразователи частоты IndraDrive, Refudrive 500 мощностью от 45 до 250 кВт; сетевые контакторы и реле ES—160, ES-250, S—IDX 31,41, Siemens 3RT\0, 3RH19, 2RV\4 и др.; электрогидротолкатели ЕВ 320, BL 200 и др.; элементы трансформаторных подстанций 6/0,4 кВ.

Предметом исследования являются элементы системы контроля технического состояния электрооборудования предприятий АПК на основе количественной термографии.

Базовыми методологическими научными работами в области количественной термографии являются работы Вавилова В.П., Власова А.Б.; в области тепловых расчётов электрических машин и аппаратов работы Сипайлова Г.А., Санникова Д.И., Жадана В.А., Борисенко А.И., Бурковского А.Н., Турина Я.С., Радина В.И., Ройзена Л.И.; в области теории теплопередачи работы Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомела A.C., Лыкова A.B., Михеева М.А.; в области математической статистики работы Кремера Н.Ш., Блохина В.Г., Ряби-нина И.А.; в области отраслевой энергетики работы Бородина И.Ф., Стребкова Д.С., Карпова В.Н., Гессена В.Ю., Епифанова А.П. и др.

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечена применением сертифицированных средств измерения исследуемых величин; применением методов математической статистики; экспертизой патента и программы ЭВМ в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам РФ.

Научная новизна работы:

- разработан метод количественной термографии для диагностики технического состояния электрооборудования предприятий АПК;

- создана тепловая диагностическая модель асинхронного двигателя; проанализирована возможность использования модели в различных тепловых режимах; произведён анализ влияния параметров, учитываемых в модели, на результаты расчёта температуры обмотки статора;

- предложен математический аппарат статистической обработки данных дефектов электрооборудования, полученных на базе количественной термографии в результате периодических термографических обследований объектов инфраструктуры предприятий рыбного хозяйства.

Практическая значимость работы. Разработаны и внедрены в производство отдельных предприятий элементы системы диагностики технического состояния электрооборудования на основе количественной термографии, состоящие из объектов исследования, диагностической модели, методики статистической обработки данных дефектов, регламента испытаний.

На примере асинхронного двигателя показана эффективность разработанной диагностической модели, позволяющей производить оперативный контроль текущего технического состояния электрической машины методом количественной термографии для различных стадий теплового режима.

Предложенная и теоретически обоснованная методика и созданное программное обеспечение могут быть использованы при дальнейшем развитии элементов системы контроля технического состояния электрооборудования инфраструктуры АПК по данным количественной термографии.

Реализация работы. Элементы разработанной системы контроля технического состояния электрооборудования на базе количественной термографии внедрены в производственном процессе ОАО «Мурманский морской торговый порт», ОАО «Окат».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены в виде докладов на всероссийской научной

конференции молодых учёных «Наука. Технологии. Инновации», Новосибирск, 2010; международной молодёжной научно-практической конференции «Научно-практические исследования и проблемы современной молодёжи», Елабуга, 2010; международной научно-технической конференции «Наука и образование - 2011», Мурманск; научно-техническом конкурсе молодых учёных и специалистов ОАО «Объединённая судостроительная корпорация», 2012; международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава, г. Санкт-Петербург - Пушкин, 2012; международной научно-технической конференции «Наука и образование - 2012», Мурманск; международной научно-практической конференции по строительной механике корабля, г. Санкт-Петербург, 2012.

Публикации. Основные научные результаты диссертационной работы опубликованы в 17 печатных работах, шесть из которых опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобр-науки РФ для опубликования основных научных результатов на соискание учёной степени кандидата наук. Получен 1 патент РФ, 1 свидетельство о регистрации программ для ЭВМ.

Основными научными положениями и результатами, выносимыми на защиту, являются:

- разработанные элементы системы по контролю технического состояния электрооборудования инфраструктуры АПК на базе количественной термографии;

- созданная тепловая диагностическая модель асинхронного двигателя, объективно характеризующая текущее техническое состояния машины для различных стадий теплового режима;

- разработанная методика расчёта показателей эксплуатационной надёжности электрооборудования по данным количественной термографии.

ГЛАВА I. СИСТЕМА ДИ�