книги / Надежность дизель-электрических агрегатов и их систем автоматизации
..pdf
|
|
|
|
|
|
Ф о р м а 3 |
|
|
О б о з н а . |
К о л и |
И н т е н - |
К о э ф ф и ц и ен ты |
xrv |
Э л е - |
Т и п |
че н н е на |
ч е с т в о |
с н в н о с т ь |
|
( с у ч е то м |
м еи т |
р а с ч е т н о й |
э л е м е н |
о т к а з а >.. |
|
к о э ф ф и |
|
|
0 | <4 а3 04 |
|||||
|
|
м о д е л и |
т о в W |
|
Oj ц и ен то в ) |
использованием контактных элементов. Эти данные в о с -' новном взяты из литературных источников, а частично определены по результатам эксплуатации электроагре гатов и их систем автоматизации. По мере накопления экспериментальных данных значения X j следует уточ
нять.
Глава VI
НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
§26. МЕРОПРИЯТИЯ ДЛЯ УСКОРЕНИЯ ПУСКА
ИПРИЕМА НАГРУЗКИ РЕЗЕРВНЫМИ И АВАРИЙНЫМИ
ЭЛЕКТРОАГРЕГАТАМИ
Н адежность электроснабжения определяется спо собностью источников питания обеспечить выдачу необ ходимого количества электроэнергии при соответствую щем ее качестве.
Нарушение нормального режима работы потребите лей, связанное с отключением источников питания, воз никает при плановых .ремонтно-профилактических рабо тах или повреждениях источников питания п их вспо могательных устройств. В первом случае отключение происходит в заранее установленное время, и это [легко учесть. Во втором случае оно происходит внезапно и имеет случайный характер.
Целесообразность дополнительных мероприятий для уменьшения вероятности нарушения электроснабжения определяют .сопоставлением требуемых затрат и дости гаемого уменьшения ущерба из-за перерыва в подаче электроэнергии.
Широкое распространение электропривода в народ ном хозяйстве, появление большого количества пред приятий и учреждений, перерывы в электроснабжении которых могут привести к нарушению технологических
процессов, к серьезным убыткам или другим |
нежела |
||
тельным последствиям, настоятельно |
требуют |
повыше |
|
ния надежности электроснабжения. |
|
|
|
Одним из способов повышения надежности электро |
|||
снабжения |
потребителей является |
использование ре |
|
зервных и |
аварийных источников |
питания, которыми |
|
обычно являются дизельные электроагрегаты. |
; |
«2
Для сокращения времени пуска и приема нагрузки резервными и аварийными электроагрегатами последние имеют устройства ускорения пусковых операций, напри мер, подогрев воды и масла в системах охлаждения, и смазки дизеля. Для этой цели используют накладные и погружаемые электронагреватели, а также автоматиче ский пуск агрегата на самопрогрев. Накладные подо греватели размещают снаружи двигателя; они прогре вают воду и масло через стенки блока или картера.
Подогреватели автоматически включаются в сеть при снижении температуры дизеля ниже заданной величины, а при достижении нужной температуры отключаются от сети. Внешний прогрев связан с непроизводительной за тратой энергии на нагрев наружных стенок блока и кар тера, а также на рассеивание тепла в .окружающую среду.
Погружаемые электронагреватели, установленные не посредственно в водяной или масляной системах, яв ляются более экономичными. Однако отдельные части дизеля могут оказаться недостаточно прогретыми вслед ствие их удаленности от электронагревателей. '
Более эффективным и экономичным является прогрев дизеля с одновременным прокачиванием воды в системе охлаждения и масла в системе смазки, что обеспечива ет равномерный прогрев всех рабочих поверхностей ди зеля и смазку трущихся деталей. Для этой цели приме няют устройство, состоящее из насоса (водяного, масля ного или того и другого) с электродвигателем и грелки с теплообменником. Устройство включают в работу пе риодически, поддерживая заданную температуру воды и масла в дизеле.
В ряде случаев для поддержания агрегата в горячем состоянии предусматривают его периодический автома тический пуск. Однако это влечет за собой повышенное изнашивание частей дизеля, и такой способ прогрева агрегатов применяют только как исключительную край нюю меру.
Возможность быстрого пуска и приема нагрузки ре зервными электроагрегатами непосредственно зависит от качества смазочных масел. Использование в зарубежных ^автоматизированных электроагрегатах специальных ма сел, характеризуемых пологими температурными харак теристиками и обладающих необходимыми смазывающи
253
ми свойствами и возможностью прокачивания в холод ном состоянии, является эффективным. Например, по данным ЦНИДИ время пуска и приема нагрузки элек троагрегата мощностью 130 ква фирмы Dorman без
применения подогревателей масла |
составляет |
всего |
7 сек. |
дизельных электро |
|
Для сокращения времени пуска |
||
агрегатов при низких температурах |
в Советском |
Союзе |
6 — т р у б о п р о в о д
применяют специальные факельные подогреватели, а за рубежом широко используют систему Старт-пилот (рис. 66), разработанную французской фирмой Ргосошbur и выпускаемую по лицензиям в США, Англии и дру гих странах.
В момент пуска дизеля при 1помощи : Старт-пило та во впускаемый воздух вводится небольшое количест во мелкораспыленного запального горючего. Эта при месь всасывается и сжимается в цилиндре одновремен но с воздухом и обеспечивает в конце хода сжатия мгновенное воспламенение топлива.
Наиболее распространенная модель Старт-пилота состоит из трех частей (рис. 66,а): капсулы с горючей жидкостью и приспособления для ее прокалывания; ка меры смеси, соединенной с капсулой; насоса, нагнетаю щего сжатый воздух в камеру смеси.
254
С каждым прибором поставляется также форсунка, которая привинчивается к патрубку впускного воздуха, и отрезок трубки для соединения патрубка с аппаратом Старт-пилот. Этот аппарат позволяет не только ускорить пуск двигателя, но и сократить время, необходимое для принятия 'электроагрегатом полной нагрузки. Для этого продолжительность впрыскивания запальной жидкости можно регулировать в пределах от 5 до 35 сек. Для дви гателей малых мощностей применяют Старт-пилот, в ко тором в одной капсуле смешана запальная жидкость и сжатый газ. Для ускорения пуска двигателя нажимают пальцем на клапан капсулы и направляют струю на воздухоочиститель двигателя (рис. 66,6).
§27. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Краткие сведения. В гл. IV были рассмотрены основ ные факторы, влияющие на надежность электроагрега тов, и указаны некоторые пути ее повышения. Практи ческое осуществление подобных мероприятий потребует определенного времени.
Для обеспечения надежного электроснабжения по требителей в настоящее время широко применяют резер вирование основных источников электропитания, которы ми могут служить автономные электроагрегаты или внешний ввод от местной электрической сети. Под ре зервированием электроагрегатов понимают такое их ис пользование, когда, кроме одного основного электро агрегата, достаточного по мощности для электропита ния данного объекта, есть еще и несколько резервных.
Резервирование электроагрегатов можно осущест вить одним из следующих способов:
включением основного и резервных электроагрегатов на .параллельную работу (горячий резерв);
поддержанием резервных электроагрегатов в предва рительно подготовленном прогретом состоянии, необхо димом для немедленного пуска и приема нагрузки (теп лый резерв); (
наличием на объекте резервных электроагрегатов без предварительной их подготовки к немедленному приня тию нагрузки (холодный резерв). 1
Горячий резерв электроагрегатов. Рассмотрим систе му электропитания, состоящую из одного основного
255
электроагрегата, имеющего вероятность безотказной ра боты P0{t)y и т резервных электроагрегатов, включен ных в параллельную работу с основным и имеющих ве роятности безотказной работы Pi(t), где i= 1, 2, ..., т (рис. 67,а). Будем исходить из следующих предпосы лок, которые соответствуют действительным условиям эксплуатации электроагрегатов:
основной н резервные электроогрегаты эксплуати руются в одинаковых условиях;
P0(t)
Рис. 67. Система (одни основной н два резервных электроагрегата АД-5) электропитания потребителей при горячем резерве электро агрегатов:
а — р а с ч е т н а я с х е м а ; б — гр а ф и ч е с к и й с по со б о п р е д е л е н и я с р е д н е г о в р е м е н и б е з о т к а з н о й р а б о т ы
основной и резервные электроагрегаты работают (с точки зрения надежности) независимо друг от друга.
Обозначим вероятность безотказной работы системы через Pc{t), а вероятность отказа — через Qc(0- ДРИ питании потребителей от такой системы перерыв в их электроснабжении наступит лишь тогда, когда откажут все параллельно работающие электроагрегаты. Тогда в соответствии с положениями теории надежности вероят ность отказа всех электроагрегатов системы будет выра жаться следующим соотношением:
Qc(t)=Qo(t)-<b(t) |
(58) |
где Qo(0 = 1— Р0(0 — вероятность отказа |
основного |
электроагрегата; |
|
256
Qi(/) = 1— Pi(t) — вероятность отказа t-го резерв ного электроагрегата.
Вероятность безотказной работы системы, электро-, агрегатов будет равна
Pc(t) = l - { [ l - P 0(/)] • 11 - Рх (01 . . • [1 - Р,п (ОН- (59)
Если все резервные электроагрсгаты будут иметь одинаковую надежность, равную надежности основного электроагрегата, что практически имеет место в боль шинстве случаен, т. е. Pt,{t) = Р \\t) =... = Л п(0. формула (59) примет вид
p c(t) = 1 - [1 - Pe (0](m+1) == 1 -[Q o(0J(w+1)- (50)
Из формулы (60) нетрудно определить необходимое количество резервных электроагрегатов для обеспечения электропитания потребителей с заданной надежностью Ра (t), которая должна быть равна или меньше надеж ности системы Pc(t) :
т = |
In [1 — P g(p] |
! |
(61) |
in [1 — Р 0 (/) ) |
|
||
|
|
|
|
Среднее время безотказной работы системы Тс моле |
|||
но приближенно определить и графическим |
способом, |
изложенным в литературе [11]. Для этого строим график зависимости вероятности безотказной работы электро агрегата от времени t и делим ординату Р0 на т + 2 равные части (рис. 67,6). Из нижней точки деления проводим прямую, параллельную оси абсцисс, до пере сечения с кривыми Р ся и Ясв. Из точек пересечения опускаем перпендикуляры на ось абсцисс. Полученные значения и будут равны величине среднего времени без отказной работы системы Тс, состоящей из одного ос новного и m резервных (однотипных) электроагрегатов. Следует указать, что графическое определение величины Тс является приближенным. Действительное значение времени Тс будет несколько больше.
Графическим способом на рис. 67,6 определена вели чина среднего времени безотказной работы системы, со стоящей из одного основного и двух резервных электро-
агрегатов АД-5. Определение |
выполнено по верхнему |
|
Р00 и нижнему РоН значениям |
вероятности |
безотказ |
ной работы, определенной с достоверностью |
а=0,9. |
257
Таким образом, пользуясь указанными выше зависи мостями и зная величину надежности отдельных элек троагрегатов, можно рассчитать надежность системы электропитания, состоящей из любого количества одно типных или разнотипных электроагрегатов, включенных в параллельную работу. Это позволит обеспечить элек тропитание потребителей с любой практически необхо димой надежностью. Достоинством данного вида резер вирования является также его простота и отсутствие пе реключающих устройств.
P0(t)
Рис. 68. Система электропитания потребителей при холодном ре зерве электроагрегатов:
а — расчетная схема; б — доверительны е границы вероятности отказов электро агрегата АД-б (при а -0 ,9 )
Однако при горячем резервировании нерационально расходуется ресурс резервных электроагрегатов и проис ходит излишний расход горюче-смазочных материалов.
Холодный резерв электроагрегатов. Холодный или ненагруженный резерв электроагрегатов (рис. 68, а) мож но применять для электропитания только таких объек тов, которые допускают нечастые перерывы в работе (от нескольких минут летом до 20—30 мин в зимних усло виях). Эти перерывы определяются временем, необходи мым для пуска и прогрева резервного электроагрегата, и принятием им номинальной нагрузки.
При расчете надежности такой системы будем исхо дить из следующих предпосылок:
резервные электроагрегаты находятся в исправном состоянии;
они не стареют и не изнашиваются.
258
Последнюю предпосылку также можно принять, так как в течение некоторого ограниченного времени это действительно имеет место.
Вероятность отказа Qi(t) электроагрегата при экспо ненциальном законе распределения времени безотказной работы можно определять из выражения
|
Qf (0 =- 1 — Я |(0 == 1 — в—V. |
(62) |
Доверительные границы вероятности |
отказов элек |
|
троагрегата |
АД-5 определены на рис. 68,6 по экспери |
|
ментальным |
данным за различный период работы t |
(при доверительной вероятности а=0,9). Действитель ное значение вероятности отказа находится между этими граничными значениями.
Вероятность отказа системы Qc(t) электроагрегатов
в соответствии с законом Пуассона будет равна |
|
«ДО = 1 - 2 - г г e _ v • |
(б3) |
Л=1 |
|
Если величина Л^<С1, что практически обеспечено для времени t в пределах до 100—150 ч, то величину Qc(i) можно определять по приближенной формуле
0 с ( 0 « |
(A|Q<m+1> |
(64) |
||
(т + |
1)1 |
|||
|
|
Тогда вероятность безотказной работы системы при холодном резервировании ,
(Л,о^+п
р с (0 = 1 —. |
(65) |
(т + 1)1 |
Сравнивая значения вероятности безотказной работы системы электроагрегатов при горячем и холодном ре зервировании, можно установить, что при холодном ре зервировании вероятность отказа системы в (т + 1 )! раз ниже, чем при горячем резервировании. Среднее время безотказной работы такой системы будет равно сумме наработок на отказ основного и резервных электроагретов, .если последние не ремонтируются. Кроме того, при холодном резервировании рационально расходуется ре сурс резервных электроагрегатов.
259
Однако следует учитывать, что при холодном резер вировании имеют место перерывы в электропитании по требителей на время пуска резервного электроагрегата, тогда как при горячем резервировании обеспечена пол ная бесперебойность в электроснабжении потребителей.
Теплый резерв электроагрегатов. Теплый или облег ченный резерв (рис. 69, а) может быть применен только
Рис. G9. Система электропитания потребителей при теплом резерве электроагрегатов:
а — с х е м а в к л ю ч е н и я э л е к т р о а г р е г а т о п ; б — р а с ч е т н а я с х е м а
в том случае, если в качестве резервных применяются автоматизированные электроагрегаты, обеспечивающие длительное поддержание их в прогретом состоянии и быстрый автоматический пуск с принятием номинальной нагрузки. Такой вид резервирования обеспечивает со хранность ресурса резервных электроагрегатов и надеж ное электропитание потребителей. Однако при этом воз никают кратковременные (от 15 до 60 сек) перерывы в электроснабжении, вызванные необходимым временем для пуска резервных электроагрегатов и принятия ими нагрузки. Теплый резерв занимает промежуточное поло жение между горячим и холодным резервом и находит в практике все более широкое применение.
Количественные соотношения надежности системы, состоящей из одного основного электроагрегата с веро ятностью безотказной работы P0{t) и т резервных элек троагрегатов с вероятностью безотказной работы Р{(1), при экспоненциальном законе распределения времени
260