Preview

Надежность и безопасность энергетики

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков
Том 15, № 2 (2022)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.24223/1999-5555-2022-15-2

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЭНЕРГЕТИКИ 

72-80 29
Аннотация

Статья является продолжением исследований уровня надежности функционирования электрических сетей (ЭС) компании ПАО «Россети Ленэнерго» 2014 – 2021 гг. Подробно рассматриваются классификация причин повреждения в ЭС и какие из них являются преобладающими в ЭС Компании за период эксплуатации. Целью статьи является исследование причинно-следственных связей, определяющих уровень аварийности, для чего сформулирован ряд задач, подлежащих рассмотрению. В качестве исходных данных взяты результаты ежегодных отчетов о количестве отказов по месяцам c 2014 по 2021 гг. в электрических сетях Ленинградской области (ЛО) и г. Санкт-Петербурга (СП). Использовались численные методы оценки результатов исследования и технологии графического редактора MATLAB для визуализации результатов анализа исследуемых показателей. Применены методы математической статистики и искусственных нейронных сетей. Для аппроксимации рядов аварийных отключений разработаны алгоритмы программирования, с помощью которых представлена визуализация исследуемых характеристик. Доказано, что наиболее целесообразным статистическим методом исследования тренд-сезонных моделей состоявшихся событий отказов является метод наименьших квадратов. Благодаря его применению представляется возможность оценить влияние сезонной составляющей времени года на количество отказов элементов исследуемых электрических сетей.
В результате исследования выявлены основные причины отказов элементов электрических сетей. Для сетей ЛО основной причиной повреждаемости является падение деревьев (41%), для сетей СП — воздействие посторонних лиц и организаций (48%). Построены трендовые и тренд-сезонные модели, позволяющие получать краткосрочные прогнозы аварийных отключений. При этом оценка сезонной составляющей отражает зависимость числа аварий от месяца, в котором они произошли. Для более детального анализа планируется рассмотреть влияние климатических параметров на исследуемый показатель.

81-89 35
Аннотация

Надежная работа высоковольтного маслонаполненного оборудования напрямую зависит от состояния изоляции. Одним из основных звеньев изоляционной системы является трансформаторное масло, применяемое уже более 120 лет. Однако в свете современных требований к изоляционным материалам масло значительно уступает синтетическим эфирам по таким свойствам, как химическая стабильность, экологическая безопасность и высокая огнестойкость. В настоящее время смешение синтетического эфира и трансформаторного масла можно рассматривать как один из способов улучшения свойств последнего. Изменение химических свойств изоляционной жидкости в процессе ее старения, и, следовательно, образование различных примесей и изменение структуры ее компонентного состава будет отражаться и на электроизоляционных характеристиках жидкого диэлектрика. И чем сильнее окисляется жидкость, тем существеннее ухудшаются электрофизические параметры, в том числе главный параметр — электрическая прочность (или пробивное напряжение).
Приведены результаты исследования химических свойств смесей масла и синтетического эфира в процессе длительного воздействия повышенной температуры. Оценка качества изоляционных смесей проводилась по изменению таких показателей как оптическая мутность, кислотное число, эфирное число, перекисное число, поверхностное натяжение и коррозионная активность. Результаты испытаний жидкостей указывают на то, что смешение синтетического эфира с ароматическим маслом в количестве 10% и 20% (по объему) приводит к образованию смесей, проявляющих признаки коллоидной системы. Об этом свидетельствуют нетипичные тренды на диаграммах, отражающих изменение перекисного числа, кислотного числа и оптической мутности в процессе их старения при температуре 110ºС со свободным доступом воздуха к поверхности смеси. Увеличение доли эфира в смеси до 30% и выше приводит к стабилизации или замедлению химических реакций, протекающих вследствие термоокислительного воздействия. При термическом воздействии (без доступа воздуха) добавление синтетического эфира к ароматическому маслу в объеме 30% и выше значительно снижает вероятность образования осадка, обусловленного деструкцией и поликонденсацией ароматических углеводородов в минеральном масле.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫ 

90-95 31
Аннотация

В работе показан энергосберегающий эффект на основе органического цикла Ренкина (ОЦР) при использовании тепловых вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) производства неконцентрированной азотной кислоты.
Производство неконцентрированной азотной кислоты в Российской Федерации осуществляется на двух типах агрегатов: УКЛ-7 и АК-72. Каждый агрегат имеет в настоящем времени модернизированные варианты: УКЛ-7М и АК-72М, в которых увеличена проектная производственная мощность. Производство азотной кислоты на агрегате УКЛ-7 осуществляется под единым давлением 0.716 МПа на стадиях конверсии аммиака и абсорбции нитрозных газов водой. Производство кислоты на агрегате АК-72 осуществляется под различными давлениями на стадиях конверсии аммиака и абсорбции. Конверсия аммиака на агрегате АК-72 протекает под давлением 0.42 МПа, процесс абсорбции производится под давлением 1.1 МПа. В данной работе, для примера, рассматривается агрегат УКЛ-7.
Полезное использование ВЭР на основе ОЦР заключается в использовании теплоты сжатого воздуха после осевого компрессора, которая выбрасывается в окружающую среду. В данном случае теплота сжатого воздуха используется на нагревание и испарение фреона в испарителе цикла, нагревании питательной воды перед деаэратором с целью сокращения потребления пара. Также предлагается использовать теплоту конденсации фреона после турбодетандера для испарения аммиака, что также приводит к сокращению потребления пара. В ОЦР предлагается использовать фреон R600a.
Результаты расчётов показывают, что при использовании теплоты сжатого воздуха и теплоты, выделяемой в конденсаторе ОЦР, возможно выработать около 2 613 600 кВт∙ч/год электроэнергии, а также сэкономить 39 630 тонн пара в год.

96-101 28
Аннотация

Использование обратимых гидромашин зачастую является наиболее экономически целесообразным вариантом в большинстве конфигураций ГАЭС. При этом среди обратимых машин чаще всего используются радиально-осевые насос-турбины. Это связано с тем, что такие гидротурбины способны работать при высоких напорах, которые используются на ГАЭС. Рабочие колеса таких обратимых машин обладают жестколопастной системой, т. е. не способны менять своё положение, как лопасти у осевых и диагональных поворотно-лопастных гидротурбин. Проблематикой при проектировании насос-турбин является то, что, ввиду различного влияния гидравлических сопротивлений, оптимум в насосном и турбинном режимах различается. Это учитывается при проектировании и определяет как геометрические, так и рабочие параметры. В результате рассчитанный по насосному режиму максимальный диаметр рабочего колеса не соответствует оптимальной геометрии турбины. При этом именно турбинный режим должен обладать максимальным КПД, так как стоимость пиковой электроэнергии выше стоимости энергии в часы провалов графика суточной нагрузки, соответствующего насосному режиму. Для того чтобы проектировать рабочее колесо-насос турбины оптимальным под турбинный режим, необходимо, чтобы это же колесо развивало больший напор в насосном режиме работы. Для повышения напора в насосном режиме могут использоваться многоярусные лопастные решетки. Рассматривается влияние дополнительных ярусов гидродинамических решеток на турбинный режим и перспективы их модернизации в совокупности с другими известными техническими решениями по увеличению напора и расширению зоны работы гидроагрегатов ГАЭС.

102-110 73
Аннотация

Результат исследования возможности повышения экономичности, надежности и технологичности существующих газотурбинных установок (ГТУ) за счет применения аддитивных технологий, позволяющих создавать рекуператоры со степенями регенерации, достигающих значений 90...95%. Приведены характеристики ГТУ Teeda 3.13 МВт (Иран), ГТУ ОДК Пермские моторы ГТУ-4П 4.13 МВт (Россия), ГТУ Siemens SGT-100 5.1 МВт (Германии), ГТУ Solar Turbines TAURUS 60 5.67 МВт (США). Исследования проводились с использованием методик и программ Высшей школы энергетического машиностроения по расчету тепловых схем ГТУ. Получены зависимости эффективного КПД, коэффициента полезной работы, эффективной удельной работы и удельного расхода условного топлива исследуемых ГТУ от степени повышения давления в компрессоре и степени регенерации. Решение проблемы повышения степени регенерации в ГТУ (выше 0,9) требует разработки специальных конструкций теплообменных матриц рекуператора, что возможно только с применением аддитивных технологий и новых жаропрочных материалов. Перспективные рекуператоры обладают более сложной конструкцией теплообменных матриц, что обеспечивает высокую компактность. Такие технические решения могут обеспечить разработку и создание принципиально новых конструкций теплообменных аппаратов ГТУ и существенно повысить их технические характеристики.

111-119 23
Аннотация

Предложена структурная схема расчета надежности гидротурбин с учетом контроля параметров состояния элементов системы, основанная на данных карты уставок автоматики и технологических защит гидротурбины ГЭС. Выполнен анализ влияния безотказной работы систем и узлов гидроагрегата на показатели надежности. Определены основные элементы системы. Безопасность эксплуатации ГЭС во многом зависит от надежности работы основного генерирующего оборудования. Гидротурбинное оборудование ГЭС рассчитано на определенные условия эксплуатации, характерные для каждого типа гидроэлектростанций. Это позволяет каждому типу турбин эффективно получать наибольшее количество гидравлической энергии, если они работают в надлежащих условиях. Таким образом, при оценке показателей надежности предлагается учитывать весовые коэффициенты, отражающие степень влияния конкретного параметра на надежность системы. Выполнено сравнение полученных результатов по предложенной модели и по нормативной методике по оценке вероятности безотказной работы системы в обобщенном виде. На основе результатов предложена модель, учитывающая отказы элементов гидроагрегата для прогнозирования вероятности безотказной работы с целью обеспечения надежности работы оборудования за пределами проектного срока службы и сокращения затрат на эксплуатацию.

ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ 

120-125 27
Аннотация

Рассмотрены различные вариации снижения аэродинамического сопротивления аппаратов со сложной конфигурацией проточной части. Около 50% электростанций в РФ работают на угле, при этом в процессе золоулавливания применяется двухступенчатая очистка. Современные золоуловители грубой очистки позволяют достичь эффективности в 55 – 80% в зависимости от срока своей работы. Целесообразно уменьшать количество ступеней очистки, произведя модернизацию с использованием современных очистных аппаратов, которые позволяют достигать высокой эффективности очистки запыленного потока и меньше подвергать данный очистной комплекс ремонтным работам. Инерционно-вакуумный золоуловитель (ИВЗ), обеспечивает улавливание широкого диапазона исследуемых частиц (1 – 100 мкм) с эффективностью до 99%. Данный аппарат был опробован на теплоэлектроцентрали города Омска, и помимо высокой эффективности было установлено повышенное аэродинамическое сопротивление. Целью данной работы являлось достижение аэродинамического сопротивления в 660 Па (сопротивление циклонного аппарата, чтобы аппарат был использован как первая, а вследствие и как две ступени очистки) при сохранении эффективности аппарата. Для достижения поставленной цели в ИВЗ применяется способ перфорирования отверстий по рассекателю для последующего уменьшения скорости в конфузорном канале и общем снижении сопротивления на аппарате. Перфорирование выполняется на трех различных высотах, расстояние между которыми 1 метр. В исследовании использован анализ численного эксперимента в ANSYS CFX с применением k-ε математической модели (массовое содержание золы 70 г/кг; One-way Coupling). Предложены рекомендации для дальнейших перспектив исследования ИВЗ.

126-135 25
Аннотация

В настоящее время на теплоэлектростанциях широко распространен контроль технологического процесса путем сравнения текущих параметров с заданной уставкой. Такой подход не позволяет на ранних этапах диагностировать появление тренда, приводящего к аварийному режиму. В свою очередь анализ временных рядов параметров с помощью методов статистического контроля технологического процесса позволяет обнаруживать отклонения от нормального режима работы оборудования до появления аварии. Целью данной работы являлся анализ существующих работ в области применения статистических методов контроля. При проведении анализа использовался метод систематического обзора литературы (SLR). Процесс исследования включал уточнение вопросов исследования, поиск статей по базам данных, формирование критериев оценки статей. Сформулированы особенности технологического процесса на ТЭС, которые накладывают ограничения на применение отдельных методов статистического контроля. В результате исследования были получены 64 публикации, которые были отфильтрованы и классифицированы по группам с рейтингом. Статьи, получившие наибольший рейтинг, использовались для определения наиболее эффективных методов статистического контроля с целью применения на теплоэнергетическом оборудовании. Ответ на поставленные в исследовании вопросы также позволяет выявить существующие проблемы применения статистических методов контроля. Результаты исследования помогут выявить наиболее применимые к теплоэнергетической отрасли статистические методы. Сделан вывод, о том, что наиболее пригодными методами для применения на теплоэнергетическом оборудовании являются методы контрольных карт, как Шухарта, так и Хотеллинга, построенные либо по технологическим параметрам, либо по обобщенной дисперсии, а также использование автокорреляционных моделей.

ИНФОРМАЦИЯ 

ХРОНИКА, ПУБЛИКАЦИИ 



ISSN 1999-5555 (Print)
ISSN 2542-2057 (Online)