Размещено на http://www.allbest.ru/

Актуальность темы. Одной из приоритетных задач государственной энергетической политики на период до 2020 года является разработка эффективных систем управления централизованным теплоснабжением, обеспечивающих на объектах промышленного и гражданского назначения заданное качество теплового режима и экономию топливно-энергетических ресурсов (ТЭР).

В России за 85 лет (начиная с плана ГОЭЛРО) созданы уникальные по своим размерам когенерационные системы преобразования энергии (КСПЭ), позволяющие за счет комбинированной выработки тепловой и электрической энергии и более высокого по сравнению с раздельной выработкой КПД экономить до 30% природных ресурсов.

Следует отметить, что стоимость тепловой энергии в КСПЭ даже с учетом тепловых потерь в тепловых сетях в 1,5 раза меньше, чем у автономно работающих теплоисточников (котельных). Например, в городе Орле стоимость тепловой энергии в КСПЭ составляет 487 руб./Гкал, а в котельных - 912,5 руб./Гкал (приложение Е), поэтому максимальное использование объектами промышленного и гражданского назначения тепловой энергии от КСПЭ обеспечивает заметное снижение затрат на теплоснабжение.

Когенерационная система централизованного теплоснабжения (КСЦТ), как подсистема КСПЭ, изначально предназначалась для обеспечения-необходимым количеством тепловой энергии всех объектов промышленного и гражданского назначения, входящих в инфраструктуру города, но этот резерв экономии ТЭР используется не полностью, т.к. наряду с КСЦТ параллельно функционирует множество автономных систем теплоснабжения, работающих от котельных (в г. Орле функционирует более 100 котельных), вследствие чего КСЦТ работает не с полной нагрузкой.

КСЦТ относится к классу систем с большим (несколько часов) транспортным запаздыванием (ТРЗ). Наиболее полное представление о развитии теории систем управления с ТРЗ дано в работах A.A. Воронова; С.Е. Душина; H.H. Иващенко; B.C. Карпова; A.C. Клюева и др.

КСЦТ относится к системам, характеризующимся разнородными" и разнонаправленными показателями качества: температурными (чем больше значение относительного показателя качества, тем лучше); энергетическими и динамическими (чем меньше значение относительного показателя качества, тем лучше) и др. Причем все показатели являются значимыми, поэтому для наиболее объективной оценки систем такого класса возникает необходимость в разработке методологии обобщенной оценки качества таких систем.

КСЦТ имеет ряд особенностей, затрудняющих управление тепловым режимом, в: частности, в г. Орле протяженность магистральных и квартальных трубопроводов составляет более 240 км; объем циркулирующего в тепловых сетях теплоносителя превышает 45000 мі, ТРЗ составляет более 4 часов. Расход газа в КСЦТ на нужды теплоснабжения составляет в среднем 1,5 млн. мі/сутки (100 котельных расходуют 0,4 млн. мі/сутки).

Существенным недостатком КСЦТ является неспособность поддерживать заданный тепловой режим (температурный график) в периоды резких (со скоростью более 1°С/ч) изменений температуры наружного воздуха и большое ТРЗ, которое заметно снижает качество теплоснабжения потребителей, и повышает энергетические затраты на управление КСЦТ. Следует отметить, что фактор запаздывания оказывает заметное влияние на граничные условия, при которых в СУ обеспечивается устойчивый апериодический процесс, что не в полной мере учитывается при создании моделей СУ.

Для уменьшения влияния ТРЗ на качество управления в технических системах (ТС) используются различные методы. Известен метод компенсации ТРЗ, когда в систему управления вводится упреждение с тем, чтобы управляющие воздействия системы с запаздыванием и без запаздывания совпадали. При таком методе, применительно к теплоснабжению, важное значение имеет высокая точность прогнозирования температуры наружного воздуха, что трудно осуществимо, поэтому на практике ограничиваются применением приближенных (квазиоптимальных) алгоритмов управления.

Широко известен метод управления тепловым режимом на объектах промышленного и гражданского назначения, заключающийся в многоступенчатой корректировке параметров теплоносителя на контрольно-распределительном пункте (КРП), центральных тепловых пунктах (ЦТП) и индивидуальных тепловых пунктах (ИТП) [Чистович, 1975, 2008]. При таком подходе каждая последующая ступень управления осуществляет корректировку теплового режима, установленного предыдущей ступенью.

Реализация такого подхода затрудняется тем, что в периоды резких изменений температуры наружного воздуха система управления, работающая по температурному графику, не может обеспечить заданные параметры теплоносителя у потребителей, расположенных далеко от когенерационного источника (КИ). В эти периоды заметно снижается качество управления тепловым режимом объектов промышленного и гражданского назначения.

Под качеством управления тепловым режимом (согласно правилам технической эксплуатации тепловых энергоустановок) понимается способность системы управления поддерживать заданный температурный график с требуемой точностью. Так, например, в г. Орле отклонение температуры теплоносителя от температурного графика не должно превышать 3 °С.

Саратовским, Ульяновским государственными техническими университетами и Академическим центром теплоэнергоэффективных технологий предложены технологические решения повышения качества теплоснабжения за счет подогрева теплоносителя пиковыми теплоисточниками у конечных потребителей. Однако до настоящего времени они до конца не реализованы, т.к. не разработаны структура и принципы управления комбинированным теплоснабжением объектов промышленного и гражданского назначения.

Таким образом, существует ряд нерешенных научных проблем, в частности:

- не сформированы структура и принципы управления комбинированной системой теплоснабжения (КСТ) объектов промышленного и гражданского назначения, уменьшающие влияние ТРЗ на качество управления тепловым режимом в периоды резких изменений температуры наружного воздуха;

- отсутствует методология анализа КСТ с разнородными и разнонаправленными единичными показателями качества;

- существующие методы исследования динамики СУ КСЦТ не учитывают граничные условия, при которых в СУ обеспечивается устойчивый апериодический процесс, что существенно влияет на алгоритмы управления и качество теплового режима у потребителя.

Объект исследования - системы и способы теплоснабжения объектов промышленного и гражданского назначения.

Предмет исследования - методы и модели исследования и управления процессами и структурами теплоснабжения.

Цель работы - создание научных основ построения и исследования СУ, направленных на повышение качества теплового режима КСТ в периодьь резких изменений температуры наружного воздуха и экономию ТЭР.

Достижение цели предполагает решение следующих основных задач:

* Провести анализ структур теплоснабжения, методов управления* тепловым режимом в КСТ и сформировать стратегию исследований СУ КСТ.

* Разработать новые структуру и принципы управления тепловым режимом в КСТ, уменьшающие влияние ТРЗ на качество теплового режима у потребителя в периоды резких изменений температуры наружного воздуха.

* Разработать методологию анализа КСТ на основе многокритериальной оценки качества и сформировать на ее базе обобщенный показатель качества СУ.

* Разработать графо-параметрический метод исследования динамики СУ КСТ, позволяющий определять с помощью интегральных показателей оценки качества оптимальные параметры настроек регуляторов.

*Разработать способы, модели, алгоритмы и средства управления тепловым режимом в подсистемах КСТ, обеспечивающие заданную точность поддержания параметров температурного графика в периоды; резких изменений, температуры-наружного воздуха;

* Провести на реально функционирующих объектах экспериментальные исследования отдельных подсистем КСТ с новыми параметрами настройки регуляторов.

* Провести сравнительный анализ результатов исследования СУ КСЦТ и СУ КСТ по обобщенному; показателю качества.

* Выполнить расчеты технико-экономической эффективности СУ КСТ.

Научная новизна диссертационной работы состоит в" разработке нового подхода* к построению и исследованию СУ КСТ, содержащего совокупность взаимосвязанных научных элементов, в частности:

1. Разработанную новую структуру КСТ и новые принципы построения подсистем управления тепловым, режимом в КСТ, заключающиеся в следующем:

- Основой структуры КСТ является независимое подключение локальных контуров с пиковыми теплоисточниками к главному контуру через те-плообменные станции с дозированным уровнем отпуска тепловой; энергии и непосредственное подключение пиковых теплоисточников к объектам; промышленного и гражданского назначения.

- Структура СУ КСТ представляется трехуровневой. На нижнем (первом) уровне сосредоточены подсистемы управления: тепловым режимом у потребителей, на среднем (втором) уровне - подсистемы управления, тепловым режимом в локальных контурах с пиковыми теплоисточниками, на верхнем (третьем) уровне - подсистема централизованного управления, обеспечивающая контроль, мониторинг и принятие решений по всему комплексу вопросов теплоснабжения.

- Подсистемы второго уровня строятся на следующих^ принципах управления:

- первый принцип базируется на алгоритме в виде изменяющейся во времени функции температурного графика с учетом пиковых возмущений температуры наружного воздуха и транспортных запаздываний теплоносителя с критерием оптимизации, минимизирующим отклонение температуры теплоносителя на входе потребителя в пределах допустимой- погрешности;

- второй принцип базируется на нечеткой упреждающей модели, основанной на представлении параметров в виде лингвистических переменных с нечеткими подмножествами типа с функциями принадлежности в виде унимодальных и толерантных нечетких чисел.

2. Разработанную методологию анализа КСТ, основанную на теории квалиметрии, с использованием аддитивного метода объединения относительных разнородных показателей качества единичных свойств системы в обобщенный показатель оценки качества, отличающуюся минимизацией целевой функции обобщенного показателя качества и использованием весовых коэффициентов и экспертных оценок для определения значимости единичных свойств СУ.

3. Разработанный графо-параметрический метод исследования динамики СУ КСТ, основанный на операторном представлении модели управления, прямом и обратном преобразованиях Лапласа, построении временных характеристик переходного процесса с помощью вычислительных систем "MathCAD", "MathLAB", "LabVJEW", анализе устойчивости по критерию Рауса, оценке переходного процесса с помощью интегрального квадратического показателя качества и интегрального показателя минимума энергетических затрат с использованием для оценки энергетических затрат принципа максимума JI.C. Понтрягина.

4. Разработанные способы, модели, алгоритмы и средства управления тепловым режимом в КСТ, обеспечивающие заданную точность поддержания параметров температурного графика при минимальных энергетических затратах, защищенные 4 авторскими свидетельствами и 10 патентами РФ на изобретения и полезные модели.

Достоверность результатов обеспечивается обоснованностью использования теоретических положений и методов, корректностью постановки задач при проведении исследований, согласованностью результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными на реально функционирующих объектах.

Как совокупный результат выполненной автором диссертационной работы на защиту выносятся следующие научные положения:

* Новые структура и принципы управления тепловым режимом в подсистемах КСТ.

* Методология анализа КСТ по обобщенному показателю качества.

* Графо-параметрический метод исследования динамики подсистем управления КСТ.

* Модели, способы, алгоритмы и средства управления тепловым режимом в подсистемах управления КСТ.

* Результаты экспериментальных исследований отдельных подсистем КСТ.

Практическая значимость работы

* Использование разработанных автором подсистем и моделей управления тепловым режимом в локальных контурах с пиковыми теплоисточниками позволяет организовать оптимальную структуру управления КСТ.

* Применение полученных с помощью графо-параметрического метода параметров настройки контроллера управления тепловым режимом с алгоритмом в виде, изменяющейся во времени функции температурного графика позволяет учитывать пиковые возмущения температуры наружного воздуха и ТРЗ. теплоснабжение управление экономия топливо

* Результаты экспериментальных исследований отдельных подсистем КСТ, полученные на реальных объектах, подтверждают возможность функционирования КСТ с новыми параметрами настройки контроллера.

Реализация результатов работы

* На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований на реально функционирующих объектах муниципального унитарного производственного предприятия (МУПП) "Орелгортеплоэнерго" реализованы разработанные автором" алгоритмы управления тепловым режимом в подсистемах управления КСТ. Ежегодный экономический эффект (за счет уменьшения расхода газа) составляет 52 млн. руб.

* По результатам исследований, выполненных автором, в ЗАО "OPJI-ЭКС" выпущена опытная партия регуляторов температуры РТ-2512, параметры которых определены графо-параметрическим методом с помощью специально разработанного автором пакета прикладных программ Фортран 4 CL. Место хранения ИВЦ'ЗАО "ОРЛЭКС". Регуляторы обеспечивают экономию тепловой энергии 7%.

* Ежегодный экономический эффект от реализации новых алгоритмов управления и оптимизации параметров настроек регуляторов на объектах Орловского отделения территориального фонда обязательного медицинского страхования (ТФОМС) составляет (за счет уменьшения расхода газа) 52 млн. руб.

* Результаты исследований, выполненных автором используются в учебно-методическом процессе ОрелГТУ.

Диссертационная работа выполнена в рамках проекта НК-66П "Создание энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии".

Апробация работы. Основные результаты исследований, выполненных по теме диссертации, доложены на: III Международном семинаре "Компьютеризация и автоматизация, учет электрической и тепловой энергии". Санкт-Петербург, 13-16 ноября 2003; III Международной специализированной выставке-семинаре "Энергосбережение в ЖКХ". Автоматизированные системы учета, контроля и управления в ЖКХ. Санкт-Петербург, 25-27 мая 2004; III Международной научно-практической интернет-конференции "Энерго- и ресурсосбережение - XXI век". Орел, 16-18 апреля 2005; II Международной научно - практической конференции "Энергетика и электротехника 2005". Автоматизация в промышленности. Санкт - Петербург, 17 - 20 мая 2005; V Международной научно" - практической интернет-конференции "Энерго- и ресурсосбережение -XXI век". Орел, 14-16 апреля 2006; IV Всероссийской научно-технической конференции "Автоматическое управление технологическими процессами". Санкт-Петербург, 12-15 декабря 2007; VI Международной научно-практической интернет-конференции "Энерго- и ресурсосбережение -XXI век". Орел, 12-14 апреля 2007; III Международной научно-технической конференции "Информационные технологии в науке, образовании и производстве". Орел, 24-25 апреля, 2008; XVII Международном научно-техническом семинаре "Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации". Алушта, 18-25 сентября 2008; IX Международной научно-практической интернет-конференции "Энерго- и ресурсосбережение - XXI век". Орел, 20-22 апреля 2010; IV Международной научно-технической конференции "Информационные технологии в науке, образовании и производстве". Орел, 22-23 апреля, 2010.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 67 печатных работ, в том числе 2 монографии, 15 публикаций в рецензируемых научно-технических журналах, рекомендованных ВАК РФ, 4 авторских свидетельства, 5 патентов на изобретение, 5 патентов на полезную модель, 36 публикаций в рецензируемых журналах и сборниках международных и всероссийских конференций.

Личный вклад автора заключается в разработке: новой структуры КСТ и новых принципов построения подсистем управления тепловым режимом в КСТ, методологии анализа КСТ; графо-параметрического метода исследования динамики СУ КСТ; способов, моделей, алгоритмов и средств управления тепловым режимом в КСТ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 227 наименований, изложена на 300 страницах машинописного текста, содержит 79 рисунков, 42 таблицы и 11 приложений.

Оценка машин и оборудования

Современная оценка машин и оборудования промышленного и производственного назначения требует от исполнителей учета многих индивидуальных характеристик объекта оценки. В качестве предмета оценки в рамках оценочных мероприятий выполняется расчет стоимости:

· Технологических линий

· Станков

· Транспортных и специальных средств

· Оргтехники и других объектов.

С момента начала работы машины и оборудование подвергаются износу, естественно нарастающему в процессе эксплуатации. Необходимость оценки связана с изменениями рыночной стоимости объекта под воздействием технического прогресса, инфляции и конъюнктуры рынка.

Независимые оценщики должны знать все особенности рынка, использовать комплексный подход и наиболее эффективные методики для получения максимального результата. Из-за таких специфических особенностей различных типов этого вида материальных активов оценка машин и оборудования, ее объективность и качество отчета полностью зависят от квалификации эксперта-оценщика и уровня оценочной организации.

Приоритет выбора компании "Активные Бизнес Консультации"

Профессиональная оценка машин и оборудования любой комплектации и назначения - одно из направлений деятельности консалтинговой компании "Активные Бизнес Консультации". Профильные специалисты компании в самые сжатые сроки после предоставления всей необходимой информации и документальной базы на объекты оценки подбирают наиболее рациональную методику оценки. В процессе проведения оценочных мероприятий независимые эксперты используют традиционные стандарты оценки и собственные авторские методики. Определение стоимости машин и оборудования по современным нормативам производится с учетом износа, безопасности и экологичности объекта оценки.

Основные цели, задачи и специфика оценки машин и оборудования

Эффективность, сроки и стоимость оценочных мероприятий напрямую зависит от заранее обозначенных цели и задач оценки, сложности подбора информации и личных пожеланий Заказчика.

Наиболее часто независимая оценка стоимости машин и оборудования производится:

· В качестве подготовки сделки купли или продажи

· При кредитовании предприятия под залог машин и оборудования

· При переоценке основных фондов компании

· С целью внесения данного материального актива в уставной капитал.

· При страховании имущества

· Для расчета стоимости арендной платы

· Как подготовка к ликвидации организации

· В процессе разрешения имущественных, хозяйственных и судебных споров.

· При комплексном анализе инвестиционных проектов и финансово-экономической деятельности предприятия.

Методология оценки машин и оборудования

Расчет стоимости различных видов машин и оборудования производится с учетом наилучшего их использования. В теории, независимая оценка машин и оборудования выполняется с применением трех базовых подходов:

· Сравнительного подхода, который основан на сравнении предмета оценки с максимально похожими объектами, на которые можно собрать информацию на профильном сегменте рынка.

· Затратного подхода, с помощью которого определяют фактические затраты, необходимые для восстановления или замещения объекта оценки с учетом его износа, морального и физического.

· Доходного подхода, использование которого помогает рассчитать планируемые доходы от продажи объекта оценки или сдачи его в аренду. В основном этот метод применяют при определении инвестиционной привлекательности предприятия.

Процедура оценки машин и оборудования

В зависимости от цели оценочных мероприятий специалисты компании "Активные Бизнес Консультации" подбирают самую подходящую методику оценки, составляют индивидуальный список необходимых документов и утверждают у Заказчика график проведения работ. Важное условие любого вида оценки - это заключение договора на предоставления данного вида услуг.

Независимая оценка машин и оборудования производится после предоставления следующих документов и исходных данных:

· Техническая документация на объект оценки: техпаспорт, сертификационное свидетельство, гарантийный талон. Дополнительно уточняется серийный номер модели и ее индивидуальные характеристики. При оценке производственных и технологических линий обязательно учитывается комплектация объекта оценки

· Дата производства и ввода в эксплуатацию

· Информация о балансовой, ликвидационной и остаточной стоимости машин и оборудования

· Информация о техническом состоянии и износе машин и оборудования, включая данные о капитальном ремонте и модернизации

· Данные о производственной мощности и производительности объекта оценки, а также основные технологические параметры машин и оборудования.

Перечень необходимых документов и дополнительной информации может быть дополнен в зависимости от особенностей и характеристик объекта оценки и индивидуальных требований Заказчика услуги.

Прожигание кабелей - Пусконаладочные работы при монтаже электроустановок

Прожигание кабелей

Для более точного нахождения места повреждения в кабелях, как указывалось ранее, требуется, чтобы переходное сопротивление в месте повреждения было наименьшим. Однако при пробое дефектных кабелей во время их испытания повышенным напряжением в канале искрового разряда происходит разложение маслоканифольной массы с образованием газов, способствующих погасанию дуги и деионизации разрядного промежутка, который затем заполняется кабельной массой и изоляционные свойства его в какой-то мере восстанавливаются. Такой вид повреждения получил название заплывающий пробой и встречается преимущественно в соединительных муфтах. Но даже и при отсутствии заплывающего пробоя требуется снизить переходное сопротивление в месте повреждения, прежде чем приступить к отысканию этого места.

Для этой цели поврежденный кабель прожигают. Прожигание кабеля производят на постоянном токе многократным подъемом напряжения на нем, сначала обычной кенотронной установкой, а затем более мощной, в частности газотронной, или на полупроводниковых выпрямителях, и на переменном токе от соответствующих трансформаторов.

Специальные установки для прожигания кабелей промышленность не выпускает. Поэтому наладочные организации их собирают на месте.

Рис. 208. Комбинированный акустический и индукционный прибор АИП-3: а - внешний вид, б - схема

Для проведения пусконаладочных работ на кабельных линиях требуется иметь довольно громоздкое и нетранспортабельное оборудование: кенотронные установки, установки для прожога кабелей, генераторы повышенной частоты, регулирующие аппараты и т. и. Кроме того, работы приходится вести на многих объектах, часто удаленных друг от друга на большие расстояния. Поэтому наладочные организации, а также многие сетевые районы, эксплуатирующие кабельные сети, оборудуют для себя передвижные лаборатории, размещая необходимое испытательное оборудование, аппараты и приборы в кузове автобуса или грузовой машины.

Рис. 209. Принципиальная схема кенотронно-газотронной установки: В--вентиль (кенотрон), Р - рубильник, ЗР - заземляющий разъединитель, Тр 1 - трансформатор газотрона, Тр 2 - испытательный трансформатор, ТрЗ - трансформаторы накала, Тр 4 - регулировочный трансформатор, К 1 - магнитный контактор для включения газотронного устройства, К 2 - магнитный контактор для включения кенотронного устройства, КЗ - магнитный контактор для включения высокочастотного генератора, М - привод высокочастотного генератора, ГВЧ-- генератор высокой частоты, Вгвч - возбудитель генератора высокой частоты, Я - переключатель

На рис. 209 приведена схема кенотронно-газотронной установки, изготовленная Мосэнерго и смонтированная в кузове автомашины ГАЗ-51. Эта установка содержит кенотронное устройство с кенотронами К типа КР-220 на ток до 100 мА при обратном напряжении до 10 кВ и типа В-1-0,3/70 на ток 300 мА при обратном напряжении до 70 кВ, и газотронное устройство на газотронах ВГ-237 на ток до 10 А и обратное напряжение до 10 кВ. Переход на работу с одного устройства на другое осуществляют переключателем Я, управляемым с помощью изолирующей тяги. Кроме того, установка имеет генератор повышенной частоты 1000 Гц, приводимый в движение синхронным двигателем. Дополнительно в автомашине размещают и другие аппараты (для отыскания места повреждения, мегомметры, переносные приборы), а также защитные средства по технике безопасности, необходимые при проведении измерений и испытаний кабельных линий.

Размещено на Allbest.ru