Fault rate analysis of variable-frequency electric drives in district heating stations under power supply violations

V. R. Khramshin
Nosov Magnitogorsk State Technical University

K. E. Odintsov
Nosov Magnitogorsk State Technical University

A. R. Gubajdullin
Nosov Magnitogorsk State Technical University

O. I. Karandaeva
Nosov Magnitogorsk State Technical University

Yu. N. Kondrashova
Nosov Magnitogorsk State Technical University


Abstract


The article considers fail-safety decrease for variable-frequency electric drive (VFD) under power supply violations. It is noted that wide VFD introduction aggravates problem of power generating unit emergency stop in heating station under power supply violations (such as voltage sag or short-time voltage shutdowns (1–3 s)). The reasons for these shutdowns are electric drive acceleration rate decrease under power supply recovery and increase in electric drive work time pause duration. The diagrams describing the processes under VFD power supply violations are shown. The monitoring results of duration and number of voltage sags resulting in FVD failure and occurring in high-voltage switchgear sections 10 kV at a district heat generating plant are submitted. It is detailed that the duration of most deviations is 0.2–0.6 s. Besides, troubles in various inputs in most cases are not synchronized, so there is no full disconnection of a power user. The article gives the data concerning the number of variable-frequency and unregulated electric drive shutdowns of boiler KVGM-100 smoke exhauster at Magnitogorsk peak boiler plant, stated in the period of 2005–2013. The algorithm and details on the developed program of electrical equipment fault rate calculation are provided. As a result of the calculations the average number of shutdowns per year is defined, which is 8 cases per year for VFD and 3 cases for unregulated electric drives. It is noted that these data correspond to the results obtained using other analysis techniques and the results published by other authors. The article marks the research results in creation of VFD with the increased resistance to power supply violations executed by a group of author’s. The expediency of designing VFD with two independent power supply inputs is proved.

Keywords


variable-frequency electric drive; heating station; power supply violations; emergency shutdown; experimental research; fault rate; program calculation; recommended guidelines

References


Almeida, A.T. Technical and economical considerations in the application of variable-speed drives with electric motor systems / A.T. Almeida, F.J.T.E. Ferreira, D. Both // IEEE Transactions on Industry Applications. – 2005. – Vol. 41, iss. 1. Jan.-Feb.

Semiconductor Converters of Electric Energy Electromagnetic and Electromechanical Processes in an Electric Drive under Frequency Converter Parallel Operation to Induction Motor / D.V. Belyaev, A.M. Veinger, G.B. Lazarev et al. // Russian Electrical Engineering. – 2007. – Vol. 78, no. 5. – P. 236–242.

Лазарев, Г.Б. Электромагнитная совместимость высоковольтных преобразователей частоты с системами электроснабжения и электродвигателями собственных нужд тепловых электростанций / Г.Б. Лазарев // Электротехника. – 2004. – № 10. – С. 33–42.

Тарасов, Д.В. Требования к частотно-регулируемым электроприводам насосов и вентиляторов при аварийных режимах в системе электроснабжения котельных / Д.В. Тарасов // Электрические станции. – 2006. – № 1. – С. 52–56.

Системы бесперебойного электропитания особо ответственных потребителей с частотно-регулируемым электроприводом / В.В. Ровнейко, Р.Р. Галлямов, Г.П. Корнилов и др. // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2011. – № 4. – С. 51–53.

Veinger, A.M. Study of Influence of Disturbances in Symmetry of Supply Voltage on Operation of High-Voltage Controlled Drives / A.M. Veinger, V.N. Medvedev // Russian Electrical Engineering. – 2009. – Vol. 80, no. 6. – P. 306–310.

Проблемы внедрения частотно-регулируемых электроприводов на ответственных механизмах тепловой электростанции / Ю.А. Крылов, И.А. Селиванов, А.С. Карандаев и др. // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2011. – № 4. – С. 19–25.

Энергосбережение в теплоэнергетическом хозяйстве города средствами регулируемого электропривода: моногр. / Ю.А. Крылов, В.Н. Медведев, А.С. Карандаев, Г.П. Корнилов. – Магнитогорск: Изд-во Магнитогор. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова. – 2012. – 202 с.

Карандаева, О.И. Повышение надежности электроприводов тепловой электростанции металлургического предприятия при внедрении преобразователей частоты: дис. … канд. техн. наук / О.И. Карандаева.  Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ». – 2011. – 172 с.

Пат. 110877 Российская Федерация, МПК Н02JP 9/06. Преобразователь частоты для электропривода непрерывного действия / А.С. Карандаев, Т.Р. Храмшин, Р.Р. Храмшин и др. – Опубл. 27.11.2011, БИМП № 33.

Пат. 120294 Российская Федерация, МПК Н02М 4/40. Преобразователь частоты для электропривода непрерывного действия / А.С. Карандаев, Т.Р. Храмшин, Р.Р. Храмшин и др. – Опубл. 24.04.2012, БИМП № 25.

Методика прогнозирования остаточного ресурса электрооборудования при эксплуатации /

К.Э. Одинцов, Ю.Н. Ротанова, О.И. Карандаева и др. // Известия ТулГУ. Технические науки.– 2010. – Вып. 3, ч. 1. – С. 192–198.

Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011611133 Российская Федерация. Расчет показателей надежности электрооборудования / А.С. Карандаев, Ю.Н. Кондрашова, К.Э. Одинцов, О.И. Карандаева // ОБПБТ. – 2011. – № 2. – С. 275.

Методика расчета остаточного ресурса систем управления и защиты электроустановок / И.М. Ячиков, К.Н. Вдовин, К.Э. Одинцов и др. // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2011. – № 4. – С. 91–94.

Алгоритмы расчета ресурса систем управления и защиты электроустановок / И.М. Ячиков, К.Э. Одинцов, О.И. Карандаева и др. // Электроэнергетика глазами молодежи: сб. ст.: в 3 т. – Самара: СамГТУ, 2011. – Т. 2. – С. 275–280.

Алгоритм расчета интенсивности отказов электрооборудования / К.Э. Одинцов, И.М. чиков, С.А. Евдокимов и др. // Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) научно-технической конференции по автоматизированному электроприводу. – Иваново: ФГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет». – 2012. – С. 64–69.

Расчет надежности электроприводов при внедрении преобразователей частоты / А.С. Карандаев, А.А. Шеметова, О.И. Карандаева, Г.В. Шурыгина // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2010. – № 1. – С. 59–64.

Крылов, Ю.А. Энергосбережение и автоматизация производства в теплоэнергетическом хозяйстве города. Частотно-регулируемый электропривод / Ю.А. Крылов, А.С. Карандаев, В.Н. Медведев. – СПб.: Лань, 2013. – 176 с.

Анализ надежности оборудования тепловой электростанции при внедрении преобразователей частоты / А.С. Карандаев, Г.П. Корнилов, О.И. Карандаева и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2009. – Вып. 12, № 34 (167). – С. 16–22.

Применение логико-вероятностного метода для анализа надежности автоматизированных электроприводов / А.С. Карандаев, А.А. Шеметова, О.И. Карандаева и др. // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2010. – Вып. 3, ч. 1. – С. 153–160.

Способы повышения устойчивости частотно-регулируемых электроприводов при нарушениях электроснабжения / Г.П. Корнилов,

Т.Р. Храмшин, О.И. Карандаева и др. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2011. – № 4. – С. 79–84.

Пат. 123270 Российская Федерация, МПК Н02Р7/08. Преобразователь частоты с широтноимпульсной модуляцией для электроприводов ответственных механизмов / Т.Р. Храмшин, А.С. Карандаев, В.Н. Медведев и др. – Опубл. 20.112.12, Бюл. № 35.

Пат. 112539 Российская Федерация, МПК Н02М5/415, Н02М7/525, Н02Н7/09, Н02Р7/04. Преобразователь частоты / В.В. Ровнейко, Р.Р. Галлямов, Т.Р. Храмшин и др. – Опубл. 10.01.2012, Бюл. № 1.

Пат. 125789 Российская Федерация, МПК H02P27/08, H02M5/451, H02M7/527. Преобразователь частоты с широтно-импульсной модуляцией / Т.Р. Храмшин, А.С. Карандаев, В.Н. Медведев и др. – Опубл. 10.03.2013, Бюл. № 7.

Пат. 132279 Российская Федерация, МПК Н02P27/00. Устройство управления двигателями переменного тока / Т.Р. Храмшин, А.С. Карандаев, Р.Р. Храмшин и др. – Опубл. 10.09.2013, Бюл. № 25.

Способы повышения устойчивости частотно-регулируемых электроприводов при нарушениях электроснабжения / А.С. Карандаев, Р.Р. Храмшин, Т.Р. Храмшин и др. // Машиностроение: сетевой электрон. науч. журн. – 2013. – № 1. – С. 12–21.

Крылов, Ю.А. Повышение устойчивости высоковольтного частотно-регулируемого электропривода при нарушениях электроснабжения / Ю.А. Крылов, В.Н. Медведев, А.С. Карандаев //Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) научно-технической конференции по автоматизированному электроприводу. – Иваново: ФГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет», 2012. – С. 161–165.

Медведев, В.Н. Способы обеспечения электромагнитной совместимости мощных преобразователей частоты с электродвигателем и сетью / В.Н. Медведев, А.С. Карандаев, С.А. Евдокимов // Электроприводы переменного тока: тр. четырнадцатой науч.-техн. конф. – Екатеринбург: ФГАОУ ВПО «УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2012. – С. 161–165.

Храмшин, Т.Р. Оценка методов широтно-импульсной модуляции напряжения активных выпрямителей прокатных станов / Т.Р. Храмшин, Д.С. Крубцов, Г.П. Корнилов // Машиностроение: сетевой электрон. науч. журн. – 2013. – № 2. – С. 48–53.


Refbacks

  • There are currently no refbacks.