Энергетические системы

Распознавание дефектов лопаточного аппарата турбомашин при помощи нейронной сети

Блинов В.Л., Жуков И.С. — Fri, 22 Dec 2023 00:00:00 +0300

Правильная, исправная и качественная работа турбомашины напрямую зависит от состояния ее проточной части. Одной из причин снижения эффективности и надежности работы турбоагрегата выступает изнашивание лопаточного аппарата в связи с образованием различных дефектов на кромках и поверхности пера лопаток. В настоящем исследовании разрабатывается подход к автоматизации процесса дефектовки изделий с применением современных технологий компьютерного зрения (computer vision). В работе подготовлен программный код на языке программирования Python, создана база изображений дефектов лопаток, проведено обучение и тестирование модели YOLOv8. Достигнутая точность определения типа дефекта в проведенном исследовании превысила 80%.

Экспериментальное исследование расходных характеристик ячеисто-лункового уплотнения для паровых турбин

Никитин И.А., Петрунин Б.Н., Дмитриев С.С. — Fri, 22 Dec 2023 00:00:00 +0300

В данной работе проведено исследование расходных характеристик уплотнения с ячеистым статором. Ротор имел лунковую поверхность с диаметром d=10 мм и глубиной h=1 мм. Статорная часть изготовлена из штампованных колец и радиальных пластин, образуя ячеистую структуру с прямоугольным сечением. На внешней пластине были выполнены отверстия для сепарации влаги в камеру уплотнения за статором. Серии экспериментов проводились с неподвижным диском и вращающимся при различных оборотах (1000; 2000; 3000 об/мин). Результаты построения расходных характеристик показали, что влияние вращения пренебрежимо мало. Численное исследование в Ansys выявило сложный пространственный характер течения газа в проточной части уплотнения с образованием обратных вихревых течений. В уплотнении с лунками вихри в ячейках напротив имеют более пологую структуру. Усиление вихревых структур связано с изменяющимся градиентом площади лунок, где происходит локальное ускорение основного потока, который, в свою очередь, нагнетает возмущенный поток в ячейки. Выполненные численный расчет и натурный эксперимент показали эффективность применения данной конструкции уплотнения для паровых турбин, особенно в узлах больших осевых перемещений валопровода относительно корпуса.

Дистанционное обнаружение утечек в теплоэнергетических трубопроводных системах

Сазонова С.А., Кораблин С.Н., Мозговой Н.В. — Fri, 22 Dec 2023 00:00:00 +0300

Рассматриваются особенности разработки методов технической диагностики для дистанционного контроля параметров работы теплоэнергетических трубопроводных систем, с основным акцентом на системах теплоснабжения, включая обнаружение утечек, а также в создании программного обеспечения для автоматизированных систем управления. Предложены математические модели для дистанционного обнаружения утечек, реализуемые с помощью программного обеспечения для осуществления регулярного мониторинга и обслуживания, чтобы обеспечить надежную работу рассматриваемых систем. Показано, что создание алгоритмов и системы требуется для обнаружения утечек, включая определение их местоположение и масштаб. Созданное программное обеспечение можно использовать для автоматизированного управления и мониторинга теплоэнергетической системы на основе результатов исследования. На основе собранных данных, связанных с параметрами системы теплоснабжения, таких как давление, расход газа и других, можно построить статистическую модель, которая может включать в себя распределение вероятности, ожидаемые значения и дисперсии параметров. Решение задачи конкретного обнаружения утечек может различаться в зависимости от типа теплоснабжения и используемых технологий. Показано, что исследование будет способствовать повышению надежности и безопасности систем теплоснабжения путем обеспечения более эффективного обнаружения и контроля утечек и других аномалий в работе трубопроводных систем.

Перспективы применения накопителей электроэнергии в энергетических системах

Жилин Е.В., Долгаль С.В., Малышева А.Д. — Fri, 22 Dec 2023 00:00:00 +0300

В работе исследуется возможность использования накопителей электроэнергии различных типов в энергетических системах. Проводится сравнительный анализ таких типов накопителей как: электрохимические, электрические, электромагнитные, механические. Анализируются свойства свинцово-кислотных, никель-кадмиевых, натрий-серных, литий-ионных аккумуляторов, суперконденсаторов, сверхпроводящих магнитов, кинетических накопителей с выявлением преимуществ и недостатков их использования; рассматриваются области их применения. Рассматривается возможность интеграции накопителей с возобновляемыми источниками энергии. Выполняется анализ усредненных графиков нагрузки для зимнего и летнего периодов; обосновывается актуальность использования накопителя для сглаживания пиков графиков нагрузки потребления. Предлагается схемное решение подключения накопителя электроэнергии с системой управления для сети электроснабжения среднего класса напряжения. Подключение накопителя в такой системе предусмотрено на стороне 0,4 кВ с использованием преобразовательных устройств. Использование AC-DC преобразователя с системой управления в такой системе осуществляет регулирование потоков активной мощности с тем, выполняя двустороннее преобразование энергии в случае накапливания энергии накопителем и отдачи энергии в сеть.

Концепция модернизации электрических подстанций в энергосистеме Белгородской области с применением цифровых технологий и решений

Прасол Д.А., Саенко А.А. — Fri, 22 Dec 2023 00:00:00 +0300

Работа посвящена актуальной теме применения цифровых технологий и решений в современной электроэнергетике и концепции цифровой трансформации электрической энергии. Рассматривается вопрос организации и построения цифровых подстанций, как одного из ведущих направлений в современной электроэнергетике. В работе приведены основные технические и организационные решения, характерные для построения цифровых подстанций на базе открытых протоколов международного стандарта МЭК 61850 «Сети и системы связи на подстанциях». Дается общая оценка состояния понизительных подстанций в энергосистеме Белгородской области. В качестве объекта исследования приводится и анализируется схема одной из типовых подстанций в энергосистеме Белгородской области. Для рассмотренной подстанции предложена концепция её модернизации с применением с цифровых технологий и решений для соответствия термину «Цифровая подстанция» и в соответствие с требованиями международного стандарта МЭК 61850. Причем концепция модернизации предлагается как с учетом достижения необходимых функций управления подстанцией, так и в соответствие существующим уровнем отечественной энергетической промышленности и состоянием электрических сетей региона. Предложенная модернизация приведет к повышению уровня управляемости и наблюдаемости подстанции, уменьшению затрат на мониторинг и самодиагностику вторичных связей, поднятию уровня интеллектуального управления режимом работы силового оборудования и вторичных систем. Кроме этого, она обеспечит поэтапную модернизацию действующих подстанций региона в направлении их цифровизации.

Функциональные возможности систем релейной защиты и автоматики цифровых подстанций

Романов Л.Р., Погодина С.А., Крюков О.В. — Fri, 22 Dec 2023 00:00:00 +0300

Представлен комплексный анализ данных технического учета функционирования электротехнических комплексов релейной защиты в единой национальной электроэнергетической сети России, благодаря чему установлены основные типы, причины и закономерности неправильной и аварийной работы всего спектра защит. Предложен подход к потенциальному переходу на обслуживание промышленных объектов электроэнергетики на базе использования всей совокупности функциональных возможностей релейной защиты для решения проблем автоматизации процедур обслуживания на новой аппаратной и методологической базе. Сформулированы оптимальные критерии оценки работоспособности электротехнических комплексов релейной защиты и автоматики цифровых трансформаторных подстанций, позволяющие дополнительно учесть влияние полноты и достоверности электротехнической информации о состоянии защищаемого электрооборудования, влияющей на качество работы защит. Показано, что организация технического обслуживания электрооборудования средствами релейной защиты и автоматики по фактическому состоянию на энергетическом объекте с развитой системой автоматизированного сбора и обработки информации является закономерным шагом преобразований в электроэнергетике. Анализ актуальности действующей технологии технического обслуживания и ремонта электрооборудования показал существенное снижение воздействий на функциональные группы измерения, информационной среды и приемных модулей электротехнических комплексов релейной защиты и автоматики цифровых подстанций.

О применении критериев TEWI, LCCP и LCC для сравнения энергопреобразующих холодильных систем

Карнаух В.В., Байда Б.Ю., Приймак А.С. — Fri, 22 Dec 2023 00:00:00 +0300

В работе рассматриваются критерии, оценивающие техногенное воздействие энергопреобразующих холодильной систем на окружающую среду. Приводится результаты сравнительного анализа по TEWI и LCCP, полученные для среднетемпературной парокомпрессионной теплонасосной установки (ПТНУ), работающей на хладагентах R1234ze, R1336mzz (E), R600a и R744. Из рассматриваемых альтернативных рабочих тел наихудшие экологические показатели у R1336mzz (E), т.к. суммарная эмиссия эквивалентного СО₂ за весь период жизненного цикла превышает аналогичный показатель для R600a в 4,2 раза. Результаты LCCP показывают, что производительность системы и выбросы при производстве оборудования являются доминирующими факторами выбросов CO₂ в течение всего срока службы ПТНУ. Результаты сравнения хладагентов на основе TEWI и LCCP прямо пропорционально и зависят от величины потребляемой энергии со стороны ПНТУ, что также отражается на показателях энергоэффективности системы. Критерии TEWI, LCCP и LCC целесообразно учитывать при сравнении и подборе энергопреобразующих холодильных систем, применяя метод многокритериальной оптимизации, что поможет пользователю получить более информативное представление о ПТНУ.

Методика многокритериальной сравнительной оценки эффективности замены средств измерений и автоматики

Гаврилова А.А., Сагитова Л.А., Етриванов А.В. — Fri, 22 Dec 2023 00:00:00 +0300

Обеспечение технологического суверенитета требует масштабной и массовой замены иностранных технических средств в системах контроля и автоматики многих промышленных предприятий. Эта проблема особенно актуальна для критически важных инфраструктурных объектов, в частности энергоснабжающих систем и предприятий. В статье представлена методика, позволяющая производить сравнительную многокритериальную оценку и выбор контрольно-измерительных приборов (КИП) для комплексного переоснащения систем контроля и управления энергетических предприятий, систем тепло-, электро- и водоснабжения, промышленных и бытовых потребителей. В методике реализуется комплексный подход к решению задачи оптимального выбора на основе методологии Data Envelopment Analysis (DEA). Глобальный критерий эффективности формируется как результат свертки разнородных локальных критериев эффективности измерительных устройств, что позволяет учитывать конкретные технологические требования к средствам и методам измерений, специфику установки и условия эксплуатации приборов. Методика многокритериальной оценки эффективности применения измерительных приборов существенно ускоряет и упрощает процесс объективного выбора оптимальных технических средств, снижает квалификационные требования к пользователям. База данных, алгоритм расчета глобальных критериев могут быть использованы для создания системы поддержки принятия решения (СППР) в рамках систем автоматического проектирования.