Анализ взаимосвязи роста потерь электроэнергии  и остаточного ресурса асинхронных двигателей электромеханического оборудования горных предприятий

Ю. Л. Жуковский; Н. А. Королев; П. К. Сусликов

doi:10.34831/EP.2024.53.54.002

Анализ взаимосвязи роста потерь электроэнергии и остаточного ресурса асинхронных двигателей электромеханического оборудования горных предприятий

Ю. Л. Жуковский, Н. А. Королев, П. К. Сусликов

Аннотация

Выполнен анализ факторов, вызывающих отказы асинхронных двигателей в составе электромеханического оборудования горных предприятий. Представлено распределение соотношения потерь для ряда мощностей асинхронных двигателей. Приведена статистика отказов узлов и элементов асинхронных двигателей. Установлено, что наличие дефектов и нарушение качества электроэнергии в электрической сети приводят к росту потерь электроэнергии в асинхронном двигателе, что проявляется в повышении температуры, уменьшении энергетической эффективности и снижении безопасности эксплуатации. На основе проведенных исследований и установленных зависимостей влияния обрыва стержней ротора на увеличение тока, потерь электроэнергии и температуры получены зависимости остаточного ресурса изоляции от потерь. Выполнены оценка остаточного ресурса и прогнозирование срока службы асинхронного двигателя.

Ключевые слова

асинхронный двигатель, остаточный ресурс, потери электроэнергии, высшие гармоники, качество электроэнергии

Полный текст:

PDF

Литература

Васильев, Б. Ю. Обеспечение энергетической развязки электроприводов и сетей электроснабжения промышленных электротехнических комплексов / Б. Ю. Васильев, В. А. Шпенст, О. В. Калашников, Г. Н. Ульянов. — DOI 10.25515/pmi.2018.1.41 // Записки Горного института. — 2018. — Т. 229. — С. 41 – 49.

Сидельников, Л. Г. Обзор методов контроля технического состояния асинхронных двигателей в процессе эксплуатации / Л. Г. Сидельников, Д. О. Афанасьев // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология, нефтегазовое и горное дело. — 2013. — № 7. — С. 127 – 137.

Квагинидзе, В. С. Анализ систем технического обслуживания и ремонта горного оборудования, применяемых на угольных разрезах Южной Якутии / В. С. Квагинидзе, А. В. Ахременков // ГИАБ. — 2009. — Т. 10. — № 12. — C. 286 – 292. — URL: https://clck.ru/39ybXM (дата обращения: 19.10.2023).

Ершов, М. С. Моделирование вентильного привода для расчета режимов и процессов промышленных электротехнических систем / М. С. Ершов, А. В. Егоров, А. С. Улюмджиев // Промышленная энергетика. — 2012. — № 6. — С. 26 – 29.

Пронин, М. В. Электромеханотронные комплексы и их моделирование по взаимосвязанным подсистемам / М. В. Пронин, А. Г. Воронцов. — СПб.: Ладога. — 2017. — 222 с.

Никиян, Н. Г. О влиянии климатических факторов и режимов работы на эксплуатационную надежность асинхронных двигателей / Н. Г. Никиян, И. И. Ямансарин // Вестник Государственного инженерного университета Армении. Серия: Электротехника, энергетика. — 2013. — № 1. — С. 27 – 35.

Неисправная работа электрооборудования: прямой путь к аварии и пожару // Промышленная и экологическая безопасность, охрана труда. — 2015. — № 3. — URL: https://clck.ru/39ybcZ (дата обращения: 19.10.2022).

Жуковский, Ю. Л. Управление программой технического обслуживания и ремонта электромеханического оборудования на основе интегрированной информационно-аналитической системы / Ю. Л. Жуковский, Н. И. Котелева // Промышленная энергетика. — 2017. — № 7. — С. 14 – 20.

Назарычев, А. Н. Оценка технического состояния и расчет эксплуатационной надежности электродвигателей / А. Н. Назарычев // Энергоэксперт. — 2011. — № 3. — С. 62.

Abu-Zeid, M. A. Bearing problems’ effects on the dynamic performance of pumping stations / M. A. Abu-Zeid, S. M. Abdel-Rahman // Alexandria Engineering Journal. — 2013. — Т. 52. — № 3. — С. 241 – 248.

AlShorman, O. A review of artificial intelligence methods for condition monitoring and fault diagnosis of rolling element bearings for induction motor / O. AlShorman, M. Irfan, N. Saad, D. Zhen, N. Haider, A. Glowacz, A. AlShorman — DOI: 10.1155/2020/8843759 // Shock and vibration. — 2020. — Т. 2020. — С. 1 – 20.

Sintoni, M. Condition monitoring of induction machines: quantitative analysis and comparison / M. Sintoni, E. Macrelli, A. Bellini, C. Bianchini // Sensors. 2023. — Vol. 23. DOI: 10.3390/ s23021046.

Королев, Н. А. Управление жизненным циклом электроприводного оборудования на основе диагностики и оценки технического состояния / Н. А. Королев // Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования. — 2022. — Т. 1. — С. 55 – 62.

Котелева, Н. И. Технология дополненной реальности как средство технического обслуживания оборудования металлургических производств / Н. И. Котелева, В. В. Вальнев, Н. А. Королев // Цветные металлы. — 2023. — № 4. — С. 14 – 23. — DOI: 10.17580/ tsm.2023.04.02.

Сычев, Ю. А. Анализ эффективности работы параллельного активного фильтра в промышленной системе электроснабжения с нелинейной нагрузкой и конденсаторными установками при резонансных режимах / Ю. А. Сычев, В. Н. Костин, В. А. Сериков, Р. Ю. Зимин, М. Е. Аладьин // Промышленная энергетика. — 2023. — № 6. — С. 21 – 31.

Сычев, Ю. А. Анализ основных видов и причин повреждения тяговых электродвигателей карьерных самосвалов в электротехнических комплексах / Ю. А. Сычев, А. Н. Назарычев, Г. В. Дяченок // Энергетик. — 2023. — № 9. — С. 22 – 26.

Adouni, A. Thermal analysis of low-power three-phase induction motors operating under voltage unbalance and inter-turn short circuit faults / A. Adouni, J. A. Marques Cardoso — DOI 10.3390 / machines9010002 // Machines. — 2020. — Т. 9. — № 1. — С. 2. — URL: https:// www.mdpi.com/2075-1702/9/1/2 (дата обращения: 23.10.2023).

Ершов, М. С. Влияние высших гармоник тока на эффективность частотно-регулируемых электроприводов / М. С. Ершов, М. Ю. Чернев // Достижения, проблемы и перспективы развития нефтегазовой отрасли. — 2016. — С. 126 – 130.

Rashevskaya, M. Assessment of non-stationary harmonic distortion related to adjustable speed induction motor and soft starters / M. Rashevskaya, S. Yanchenko, S. Tsyruk // 2018 20th International Symposium on Electrical Apparatus and Technologies, SIELA 2018 — Proceedings. 20. — 2018. — Paper 8447097.

Зырянов, В. М. Применение устройств ограничения высших гармоник на основе батарей статических конденсаторов в автономной энергосистеме / В. М. Зырянов, Н. Г. Кирьянова, Н. А. Митрофанов. // Системы анализа и обработки данных. — 2018. — № 2 (71). — С. 131 – 142. — DOI: 10.17212/1814-1196-2018- 2-131-142

ГОСТ IEC 60034-18-31–2014. Машины электрические вращающиеся. Часть 18-31. Оценка функциональных показателей систем изоляции. Методы испытаний для шаблонных обмоток. — М.: Стандартинформ, 2015. — 26 c.

Brancato, E. L. Estimation of lifetime expectancies of motors / E.L. Brancato.// Electrical Insulation Magazine — 1992. — Vol. 8, No. 3. — pp. 5 – 13. — DOI: 10.1109/57.139066IEEE

K. Zhao. Induction motors lifetime expectancy analysis subject to regular voltage fluctuations / K. Zhao, L. Cheng, C. Zhang, D. Nie and W. Cai. // IEEE Electrical Power and Energy Conference (EPEC), Saskatoon, SK, Canada. — 2017. — pp. 1 – 6.— DOI: 10.1109/EPEC.2017.8286230.2017.

IEA (2015), Energy efficiency roadmap for electric motors and motor systems, IEA, Paris https://www.iea-4e.org/document/378/energy-effici- ency-roadmap-for-electric-motors-and-motor-sys- tems, License: CC BY 4.0. (дата обращения: 28.02.2021).

Назарычев, А. Н. Влияние показателей качества электроэнергии на надежность асинхронных электродвигателей / А. Н. Назарычев, А. Н. Скамьин, А. В. Коптева [и др.] // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: Материалы 94-го заседания Международного научного семинара, Алушта, 2022. — С. 61 – 70.

Савельев, В. А. Метод контроля состояния обмоток роторов высоковольтных электродвигателей собственных нужд электростанций при пуске / В. А. Савельев, А. С. Страхов, Е. М. Новоселов [и др.] // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. — 2019. — № 4. — С. 31 – 44. — DOI: 10.17588/ 2072-2672.2019.4.031-044.

Faiz, J. Impact of Rotor Broken Bars Fault on Life Span of a Three-phase Squirrel-cage Induction Motor / J. Faiz, A. M. Takbash. — 2013.

Назарычев, А. Н. Оценка последствий отказа асинхронных электродвигателей вследствие обрывов стержней короткозамкнутых обмоток роторов / А. Н. Назарычев, А. С. Страхов, Е. М. Новоселов [и др.] // Электричество. — 2021. — № 9. — С. 12 – 20. — DOI: 10.24160/ 0013-5380-2021-9-12-20.

Жуковский, Ю. Л. Диагностика и оценка остаточного ресурса электромеханического оборудования машин и механизмов (научная монография) / Ю. Л. Жуковский, А. А. Коржев, А. Е. Козярук, А. В. Кривенко, С. В. Бабурин, М. С. Черемушкина // Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», СПб. — 2013. — 90 с.

Колесников, С. В. Надёжность изоляции статорных обмоток частотно-управляемых электродвигателей / С. В. Колесников, А. П. Леонов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. — 2022. — Т. 18, № 1. — С. 33 – 62. — DOI: 10.17122/1999-5458-2022- 18-1-33-62.

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2024.53.54.002