книги / Надежность дизель-электрических агрегатов и их систем автоматизации

большие иесоосиости палов Дизеля и генератора. Для передачи вращающего момента от дизеля к генератору используются жесткие соединительные муфты (напри­ мер, в электроагрегатах АД — зубчатые), поэтому не всегда удается скомпенсировать этой муфтой песоосность валов дизеля и генератора. В результате возни­ кают дополнительные нагрузки на подшипники и срок их службы резко сокращается.

Большое влияние на надежность работы подшипни­ ков генератора оказывает своевременная и достаточная их смазка. В новых генераторах (ЕСС и ДГФ) подшип­ ники в период работы не смазывают, а применяют спе­

Однако в некоторых случаях из-за некачественного вы­ полнения уплотнений подшипниковых узлов генератора во время продолжительной эксплуатации электроагрега­ тов смазка вытекает, а это приводит к преждевремен­ ному выходу из строя подшипников и отказу электро­ агрегатов. Поэтому необходимо обращать большое внимание как на качество изготовления подшипниковых узлов на заводах, так и на тщательное обслуживание их в эксплуатации.

Обмотки генератора, особенно обмотки статора, яв­ ляются сравнительно надежными элементами. Однако и в них возникают отказы. Обычно это межфазовое или межвнтковое замыкание в обмотке вследствие наруше­ ния изоляции. Причиной такого рода отказов является недостаточно высокое качество изоляционных материа­ лов, применяемых в генераторах, а также тяжелые ус­ ловия их работы в составе электроагрегатов из-за повы­ шенных вибраций и других механических нагрузок. Большое влияние на надежность работы обмоток ока­ зывает качество их намотки и соблюдение технологии при изготовлении (пропитка, сушка и т. п.), а также правильная эксплуатация генераторов (исключение пе­ регревов обмоток, своевременная их сушка, предохра­ нение от попадания масла и топлива, поддержание об­ моток в чистоте и т. п.).

В период эксплуатации электроагрегатов имеют место и такие отказы генераторов, как возникновение трещин в • подшипниковых щитах, особенно в том щите, который имеет фланец для соединения с дизелем. Из-

221

вестно, что при фланцевом соединении генератора с дизелем подшипниковый щит несет довольно большую механическую нагрузку. Поэтому на качество литья подшипниковых щитов н точность их механической об­ работки и сборки должно быть обращено большое вни­ мание при производстве генераторов, так как в конеч­ ном итоге от этого зависит надежная работа подшипни­ ковых щитов.

Балансировочные кольца, являясь простейшими эле­ ментами генератора, в ходе эксплуатации иногда при­ водят к серьезным авариям. Имеют место случаи раз­ рыва колец, вызывающие разрушение изоляции обмо­ ток генератора и обычно на долгое время выводящие генератор из строя. К таким же последствиям приводит и ослабление крепления вентилятора генератора в ре­ зультате смятия шпонки и ослабления его посадки на валу, а также обрыв лопастей вентилятора вследствие некачественного их изготовления. Из табл. 25 наглядно видно, что замена машинных возбудителей статически­ ми в генераторах ЕСС позволяет значительно повысить надежность генераторов и ликвидировать ряд отказов, присущих машинам постоянного тока.

§23. НАДЕЖНОСТЬ РАБОТЫ ЩИТОВ УПРАВЛЕНИЯ

ИСИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ

Вщитах управления неавтоматизированных электро­ агрегатов сосредоточена контрольно-измерительная и коммутационная аппаратура, а также аппаратура для ручного и автоматического регулирования напряжения.

Вщитах управления автоматизированных электро­ агрегатов, кроме перечисленной аппаратуры, имеются

еще элементы системы автоматического контроля и уп­ равления электроагрегатами, которые конструктивно размещены или в отдельных блоках автоматики, или вмонтированы в общий щит управления. Часть элемен­ тов систёмы автоматизации (датчики, некоторые испол­ нительные устройства) расположены непосредственно на моноблоке электроагрегата и проводами соединены со щитом автоматического управления. Большинство элементов щитов управления и системы автоматизации оказывают непосредственное влияние на качество выра­ батываемой электроагрегатами электрической энергии и надежность их работы.

222

Как и в других основных комплектующих узлах элек­ троагрегатов, в щитах управления имеются отдельные ненадежные элементы, которые служат причиной боль­ шинства отказов щита управления, а следовательно, и электроагрегата в целом. В табл. 26 указаны наиболее ненадежные узлы и аппаратура щитов управления, яв­ ляющиеся причиной многих отказов, и даны значения их коэффициентов отказов. Таблица составлена по ре­ зультатам эксплуатации нескольких сотен неавтомати­ зированных электроагрегатов в течение длительного времени их работы.

Наиболее частой причиной отказов в щитах управ­ ления генераторов с самовозбуждением является выход из строя реостата уставки. Это происходит в тех слу­ чаях, когда реостаты уставки выбраны без достаточ­ ного запаса или качество их изготовления не в полной мере отвечает предъявленным требованиям. Так, в про­ цессе эксплуатации имеют место перегорание реостата,

223

обрывы проволоки в местах ее концевого закрепления, перемещения проволоки под воздействием движка и т. п. Выход из строя реостата уставки приводит к резкому повышению напряжения генератора (на 25—40% выше номинального), а это, в свою очередь, приводит к силь­ ной перегрузке электроагрегата и его остановке. Кроме того, при таком качестве электроэнергии нельзя обеспе­ чить нормальную работу потребителей.

Для обеспечения надежной работы электроагрегата и питаемых от него потребителей необходимо применять в качестве реостатов уставки надежные регулируемые сопротивления, обеспечивающие длительную безотказ­ ную работу. Надо учитывать, что в процессе эксплуа­ тации электроагрегатов реостатом уставки приходится довольно часто пользоваться для установки уровня ав­ томатически регулируемого напряжения. Поэтому рео­ стат должен быть рассчитан на такие условия эксплуа­ тации и обеспечивать надежную работу.

В щитах управления электроагрегатов с генерато­ рами, имеющими машинные возбудители, происходит перегорание некоторых сопротивлений. Особенно часто перегорает сопротивление, находящееся в цепи транс­ форматора, который питает регулятор напряжения гене­ ратора. Выход из строя этого сопротивления приводит практически к тем же последствиям, что и выход из строя реостата уставки в генераторах с самовозбужде­ нием. Основной причиной отказа этих сопротивлении является низкое качество их изготовления.

Угольный регулятор напряжения, применяемый в электроагрегатах, где генераторы имеют машинные воз­ будители, является относительно ненадежным в работе. Как показывает опыт эксплуатации, при работе элек­ троагрегатов угольный столб регулятора часто выходит из строя в результате подгара его шайб. Средний срок службы угольного регулятора напряжения составляет 2200—2500 ч. Особенно большое влияние на надежность работы регулятора напряжения оказывает правиль­ ность его регулирования, выполняемого на заводах-из- готовителях электроагрегатов. От точности регулирова­ ния зависит режим работы регулятора напряжения, а следовательно, и его надежность.

« 4

В некоторых случаях может привести к отказу электро­ агрегата. Например, выход из строя вольтметра приво­ дит к потере контроля за уровнем напряжения, выра­ батываемого электроагрегатом, т. е. фактически к от­ казу электроагрегата. Выход, из строя одного из трех амперметров, имеющихся в щите управления (по одно­ му в каждой фазе), не приводит обычно к отказу, так как величину тока нагрузки можно контролировать и по двум оставшимся в работе амперметрам.

Выход из строя частотомера или ваттметра в дизельэлектрическом агрегате обычно не приводит к отказу, так как частоту тока можно косвенно определять по скорости вращения генератора и дизеля, контролируе­ мой по электротахометру. Величину активной нагрузки на электроагрегат определяют главным образом при параллельной работе электроагрегатов; при автономной их работе эту величину можно контролировать по амперметрам и вольтметру с учетом коэффициента мощ­ ности потребителей, который обычно известен.

В среднем около одного процента отказов происходит из-за некачественного выполнения электромонтажа щи­ та управления, а также в результате воздействия виб­ раций и механических нагрузок в ходе работы электро­ агрегатов. Известно, что при техническом обслуживании электроагрегатов необходимо периодически осматри­ вать щиты управления и размещенную в них аппара­ туру. Для этой цели конструкция щита позволяет от­ крыть переднюю панель, на которой расположены электроизмерительные приборы, ручки регулирования отдельных аппаратов, сигнальные и осветительные лам­ пы и т. п.

Для включения всех приборов и аппаратов в элек­ трические цепи электроагрегата применяют электриче­ ские провода различного сечения, как правило, с хлор­ виниловой изоляцией. Провода выполнены с наконеч­ никами или без них («скрутка»). Все провода, идущие от панели в щит, обычно собраны в один жгут, позво­ ляющий свободно открывать или закрывать переднюю панель. От качества выполнения монтажа приборов, аппаратов и идущих к ним проводов, а также выполне­ ния пайки во многом зависит надежность работы щитов управления и электроагрегатов в целом. Низкое каче­ ство • монтажа щитов управления приводит к разруше-

225

нию изоляции и коротким замыканиям, а также к обры­ ву проводов и нарушению режима работы электрических цепей электроагрегата.

В щите управления дизель-электрических агрегатов расположены также защитные и коммутирующие аппа­ раты, в качестве которых используют в большинстве случаев установочные автоматы А3100. Как показывает опыт эксплуатации, для этих аппаратов величина сред­ ней наработки на один отказ составляет 2-105 ч и яв­ ляется относительно высокой; однако и она не отвечает современным требованиям на аппараты подобного на­ значения. Надежность установочных автоматов опреде­ ляется в основном износостойкостью контактов, свой­ ствами пластмассы и эффективностью дугогашения. На

опыт эксплуатации, применяемые в настоящее время в автоматах пластмассы имеют малую ударную вязкость и преждевременно выходят из строя под воздействием дуги. Металлокерамические контакты, применяемые в автоматах, обеспечивают, согласно ГОСТу, не менее 10 000 включений и отключений номинального тока. Од­ нако современные аппараты должны иметь контакты, выдерживающие не менее 20 000 таких отключений.

Кроме рассмотренных узлов, в щитах управления также применяют различные трансформаторы (измери­ тельные, параллельной работы, для питания системы регулирования напряжения), нерегулируемые сопротив­ ления и т. п. Все они имеют достаточно высокие пока­ затели надежности, и, как правило, к отказам не при­ водят.

Рассмотрим кратко надежность работы системы автоматизации электроагрегатов, имея в виду, что про­ изводство автоматизированных электроагрегатов в на­ стоящее время еще весьма ограничено и составляет лишь несколько процентов общего выпуска источников электропитания. Поэтому достаточного количества экс­ плуатационных данных нет. Как показывает первый опыт эксплуатации автоматизированных электроагрега­ тов, системы автоматизации, выполненные на контакт­ ных элементах, обладают еще недостаточно высокой надежностью. Так, в первых выпусках стационарных

226

автоматизированных электроагрегатов АСДА на долю системы автоматизации приходилось около 15% возни­ кающих в электроагрегатах отказов и среднее время наработки на один отказ для всей системы составляло около 2000 ч , т. е. каждый шестой отказ в электро­

агрегатах возникал вследствие выхода из строя элемен­ тов автоматизации.

Наиболее ненадежными элементами системы авто­ матизации этих типов электроагрегатов оказались:

реле соленоидного типа РС-41, применяемые для включения рейки топливного насоса и привода воздуш­

ной заслонки во всасывающем патрубке дизеля; реле РУС-3, используемое для контроля уровня топ­

лива и охлаждающей жидкости дизеля;

комбинированные реле КР, которые контролируют тепловой режим работы дизеля и могут нормально ра­ ботать лишь при положительных температурах окру­ жающего воздуха.

В последующих выпусках электроагрегатов АСДА были проведены мероприятия по повышению надежности работы систем автоматизации. В цепь реле РС-41 по­ следовательно с его обмоткой было включено допол­ нительное сопротивление, обеспечивающее подачу номи­ нального напряжения на его обмотку (12 в). Взамен реле РУС-3 на некоторых типах электроагрегатов АСДА стали использовать новые реле уровня, разработанные Рижским дизелестроительным заводом. Для повышения надежности работы реле КР предусмотрена амортиза­ ция их датчиков. В результате этих мероприятий на­ дежность систем автоматизации электроагрегатов зна­ чительно повысилась. Большое значение имеет вновь разработанный ГОСТ 11102—64, удовлетворение требо­ ваний которого должно привести к значительному повы­ шению качества и надежности приборов и устройств, применяемых в системах автоматизации электроагре­ гатов.

Одним из эффективных и перспективных методов повышения надежности систем автоматизации электро­ агрегатов является использование бесконтактных эле­ ментов, которые при качественном их изготовлении по крайней мере на порядок имеют более высокие показа­ тели надежности, чем реле. Однако надо учитывать, что количество бесконтактных элементов, необходимых для

8* 227

Глава V

ОСНОВЫ РАСЧЕТА НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ, УПРАВЛЕНИЯ, КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ

§ 24. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ МОДЕЛИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОЗ

В современных дизель-электрических агрегатах системы автоматизации имеют два основных конструктив­ но-компоновочных исполнения:

блочное, при котором элементы системы автомати­ зации конструктивно размещены в отдельных блоках в зависимости от их функциональных назначений и объ­ ема автоматизации;

неблочное (общее), при котором элементы системы автоматизации размещены в едином щите автоматиче­ ского управления.

Наиболее предпочтительно блочное исполнение си­ стемы автоматизации, которое позволяет набором соот­ ветствующих блоков обеспечить тот или иной объем автоматизации и при выходе из строя одного из блоков быстро восстановить работоспособность системы авто­ матизации путем замены соответствующего блока новым.

В системах автоматизации, смонтированных в общих щитах управления, при выходе из строя отдельного элемента весь щит управления становится неработоспо­ собным до устранения отказа. В этом состоит один из основных недостатков данного исполнения щита.

При окончательном решении вопроса о компоновке щитов автоматического управления необходимо также учитывать экономический фактор.

Принципы построения расчетных моделей систем автоматизации остаются такими же, как и для электро-

229

агрегатов (см. § 12). Здесь также необходимо учитывать лишь те элементы системы автоматизации, которые не­ посредственно влияют на надежность. Однако отличи­ тельная особенность системы автоматизации состоит в том, что, кроме основного (последовательного) соедине­ ния элементов, в ней находит применение и параллель­ ное соединение (с точки зрения надежности), которое следует рассчитывать уже по другим формулам.

A I АЛ АШ A IV ts

а)

AI20 А13 А Н А119 A I2 1 А 122

6)

Рис. 62. Расчетные модели системы автоматизации ста­ ционарных дизель-электрических агрегатов АСДА:

Расчетная модель системы автоматизации третьей степени стационарных дизель-электрических агрегатов АСДА мощностью 5—50 кет, выполненная поблочно, дана на рис. 62, а. Каждый блок на расчетной модели представляет собой отдельный элемент, который после­ довательно соединен с другими элементами (А/, АН, АШ, AIV). Исключение составляет блок АШ (дистан­ ционный пульт управления ДПУ), который в некоторых случаях (при отсутствии необходимости в дистанцион­ ном управлении) может быть исключен из расчетной модели. В этом случае управление и контроль за рабо­ той электроагрегата осуществляются со щита автома­ тического управления.

Наибольшее количество аппаратуры автоматизации сосредоточено в блоке автоматизации БА-2. Здесь раз­ мещены элементы системы автоматизации и управления, обеспечивающие: пуск электроагрегата несколькими последовательными попытками; прием нагрузки; защи­ ту от аварийных режимов; синхронизацию при включе­ нии на параллельную работу с сетью или с другими электроагрегатами; остановку электроагрегата. Заряд­ ный блок БЗ-2 предназначен для заряда стартерных

230