Халықаралық ғылыми-практикалық конференциясының е ң б е к т е р І

48 
УДК 53.084.86                                           Мехтиев А.Д. (Караганда, КарГТУ) 
 Садвакасова М.К. (Караганда, КарГТУ) 
 
КОНТРОЛЬ И МОНИТОРИНГ ЭКСПЛУАТАЦИОННО-
ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО 
ОБОРУДОВАНИЯ НА ТЭЦ 
 
Доля  ремонтных  затрат  в  общем  объеме  издержек,  связанных  с 
производством  тепловой  и  электрической  энергии  на  ТЭЦ,  составляет 
значительную  величину  и  изменяется  в  процессе  эксплуатации.  Эти 
изменения  определяются  степенью  износа  основного  теплотехнического 
оборудования. Она зависит от качества энергетического ресурса, от режима 
работы  станции  в  энергосистеме,  от  режима  и  состава  работающего 
оборудования  на  станции,  а  также  от  качества  выполнения 
предшествующих  ремонтно-восстановительных  работ.  Таким  образом, 
процессы  эксплуатации  и  восстановления  нормального  состояния 
оборудования  станции  очень  тесно  связаны  друг  с  другом.  В  работе 
предлагается  обобщенная  модель  этих  процессов,  которая  позволяет 
прогнозировать  объем  ремонтно-восстановительных  работ  на  тепловой 
станции  на  основе  определения  такой  интегральной  характеристики  как 
величина ремонтных затрат.  
В  основу  этой  модели  положен  принцип  разделения  (декомпозиции) 
процессов  эксплуатации  V(t)  и  восстановления  нормального  состояния 
оборудования  станции  R(t).  Этот  принцип  не  противоречит  сложившийся 
практике эксплуатации оборудования на энергетических объектах, а также, 
дает  возможность  создать  достаточно  эффективные  модели  контроля, 
мониторинга  и  управления  ремонтно-восстановительными  работами  на 
ТЭЦ. 
Процесс  эксплуатации  можно  представить  как  некоторое  наложение 
двух  процессов,  имеющих  принципиально  различную  природу  их 
порождения.  
Первой компонентой является процесс деградации объекта во времени 
De(t),  который  представляет  собой  постепенный  и  нарастающий  износ, 
связанный с физическим старением различных узлов и механизмов, что, в 
конечном  счете,  приводит  к  старению  самого  основного  оборудования 
(котлоагрегатов, турбоагрегатов и генераторов). Также, не стоит забывать, 
что имеет место и моральный износ оборудования.  
На 
деградационный 
процесс 
накладывается 
случайный 
(стохастический)  процесс  S(t).  Он  характеризуется  внезапностью  и  не 
предсказуемостью  появления  определенных  отказов,  которые  приводят  к 
различным по тяжести и сложности авариям и поломкам многочисленных 
узлов и механизмов основного оборудования станции. 
Таким образом, процесс эксплуатации можно представить как: 

49 
V(t) =  {De(t); S(t)}                                (1) 
 
Восстановительный  процесс,  организуемый  на  энергетических 
объектах,  служит  для  компенсации  постепенного  старения  и  внезапных 
отказов  оборудования.  Для  восстановления  требуемых  эксплуатационных 
свойств основного оборудования, утерянных в процессе деградации, служат 
капитальные 
и 
средние 
ремонты 
(КР(t)). 
Восстановление 
работоспособности 
отказавших 
элементов  осуществляется  путем 
проведения аварийных ремонтов (АР). 
На рис.1. показана обобщенная модель эксплуатации и восстановления 
энергетического объекта. 
 
Рис.1. Модель процессов эксплуатации и восстановления объекта 
 
Приведенная  модель  обладает  простотой  и  наглядностью,  а  также 
дает  возможность  в  процессе  исследований  производить  над  ней  такие 
операции как сборка и разборка.  
В  соответствии  с  предложенной  моделью  необходимо  осуществить 
мониторинг  и  контроль  таких  информационно  ценных  характеристик, 
которые  наиболее  адекватно  характеризовали  бы  деградационный    и 
случайный процессы, с одной стороны, и могли бы быть использованы для 
оценки уровня соответствующих восстановительных работ на ТЭЦ. 
В  качестве  универсального  параметра,  с  помощью  которого  можно 
оценить восстановительный процесс целесообразно использовать величину 
ремонтных  затрат,  которая  определяется    на  основании  проведения 
капитальных и средних ремонтов 
З
кр
, а также аварийных - З
ар
. 
Реализация модели, приведенной на рис.2., означает, что можно найти 
некоторую  зависимость  между  информационными  параметрами  процесса 
эксплуатации и затратами, связанными с восстановительным процессом. В 
работе  предлагается  эту  связь  определять  на  основе  построения 
регрессионных статистических зависимостей.  
Модель  информационного  контроля  за  эксплуатационным  и 
восстановительным процессами на объекте показана на рис.2. 
Разработанные модели статистической оценки совместно с моделями 
принятия  решения  по  эффективности  использования  ремонтных  затрат 
V(t)
Объект
De(t)
S(t)
Kp(t)
Ta(t)
R(t)

50 
составляют 
“ядро” 
системы 
управления 
ремонтами 
основного 
оборудования на станции. 
 
 
  
Рис.2. Модель информационного контроля за эксплуатационным и 
восстановительным процессами на объекте 
 
Управление можно сформировать на основе статистических данных 
по  ремонтным  затратам  и  информативному  показателю  деградации. 
Построенные  регрессионные  зависимости  можно  в  дальнейшем 
использовать  для  выбора  “наилучшего”  управления  ремонтно-
восстановительным процессом на станции.  
Ремонтно-восстановительные  работы  для  компенсации  процесса 
деградации основного энергетического оборудования (здесь - капитальные 
ремонты)  проводятся  на  станциях  с  периодичностью  4-5  лет.  Поэтому 
статистическая  выборка  является  не  представительной.  Однако  внутри 
этого периода осуществляются средние ремонты, которые по своему объему 
и стоимости соизмеримые с капитальными. Это дает основания включить 
средние  ремонты  в  общую  статистику.  Но  даже  и  в  этом  случае  объем 
выборки является незначительным. 
Поэтому  для  ее  увеличения  в  работе  рассматривалось  однотипное 
оборудование, установленное на ТЭЦ, то есть однотипные котлы, турбины 
и  блоки.  Полученные  результаты  относились  к  некоторой  эквивалентной 
единице оборудования без относительно к ее станционному номеру. 
 
 
 
Объект 
IPD 
(t) 
IPS(t) 
З
кр
(t) 
З
ар
(t) 
 

51 
УДК 628.93  
 
 
 
        Мехтиев А.Д. (Караганда, КарГТУ) 
Нешина Е.Г. (Караганда, КарГТУ) 
   Баландин В.С. (Караганда, КарГТУ) 
 
 
МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УЛИЧНОГО ОСВЕЩЕНИЯ 
 
Благодаря  уличному  освещению  создается  искусственное  усиление 
видимости  в  ночное  время  суток.  Чаще  всего  для  этого  используют 
различные  источники  освещения,  закрепленные  на  столбах,  зданиях  и 
других  опорах.  Их  свет  может  быть  как  направленного  действия,  так  и 
рассеянный. Уличные светильники служат не только для ночной подсветки, 
но и для создания уникальной атмосферы.  
Уличное  освещение  делится  на  несколько  видов  по  типу  источников 
света, по видам опор и по способу управления источниками питания. Сама 
система  освещения  может  быть  устроена  таким  образом,  что  управление 
происходит автоматически.   
В  большинстве  своем  уличное  освещение  выполнено  натриевыми  и 
ртутными  лампами  мощностью  40-125  Вт.  Для  данных  типов  ламп 
необходим  балласт.  Самыми  распространенными  видами  балласта 
выступают индуктивные дроссели, которые необходимы для ограничения и 
стабилизации тока. Данные лампы по мере старения приобретают привычку 
«мигать»:  мачта освещения  включается,  как  обычно разогревается,  потом 
гаснет неожиданно, и все повторяется через некоторое время. В последнее 
время получили распространение светодиоды.  
Светодиод  -  это  полупроводниковый  диод,  способный  излучать  свет, 
когда к нему приложено напряжение в прямом направлении. По сути, это 
диод, преобразующий электрическую энергию в световую. В зависимости 
от  материала  из  которого  изготовлен  светодиод,  он  может  излучать  свет 
разной длины волны.  
Они обладают следующими преимуществами: 
-  низкое  энергопотребление  -  не  более  10%  от  потребления  при 
использовании ламп накаливания; 
- долгий срок службы - до 100 000 часов; 
-  высокий  ресурс  прочности  -  ударная  и  вибрационная  устойчивость; 
- чистота и разнообразие цветов, направленность излучения; 
- регулируемая интенсивность; 
- низкое рабочее напряжение; 
-  экологическая  и  противопожарная  безопасность.  Они  не  содержат  в 
своем составе ртути и почти не нагреваются.  
Их главным достоинством является то, что в них не происходит скачка 
напряжения, как, скажем, у ламп с газоразрядной смесью. Многие модели 
ламп  работают  на  аккумуляторах  —  это  большой  плюс,  если  требуется 

52 
полностью автоматическое освещение двора или участка. Установка может 
производиться  как  на  фасад  или  деревья,  так  и  на  столбы,  землю  или 
переносные подставки. Они подходят для экстремальных условий работы. 
Перепад температур у отдельных моделей может доходить до 40 градусов. 
Светодиоды имеют также недостатки. Безусловно, фактор цены очень 
важен.  С  другой  стороны,  быстрая  окупаемость  за  счет  экономии 
электроэнергии  и  срока  службы  светодиодов  делает  этот  минус  уже 
не  таким  значительным.  Сегодня  светодиодные  технологии  шагают 
семимильными шагами, возрастает конкуренция среди компаний, которые 
производят  светодиодную  продукцию,  все  это,  несомненно,  приводит 
к постепенному снижению стоимости. Вполне вероятно, что со временем 
LED  станут  более  доступны,  хотя  о  снижении  цен  до  уровня  ламп 
накаливания  говорить,  скорее  всего,  не  приходится.
 
Несмотря 
на  длительный  срок  службы,  светодиод  со  временем  тускнеет  и  теряет 
яркость  из-за  деградации  химических  и  физических  параметров 
светоизлучающего кристалла. Скорость деградации светодиода напрямую 
зависит от качества теплоотвода. 
Кроме  высокой  цены,  светодиод  требователен  к  источнику  питания. 
Необходимость  LED-драйвера  (блока  питания)  не  только  увеличивает 
стоимость,  но  и  ставит  вопрос  о  том,  куда  его  спрятать,  чтобы  было 
и незаметно для глаз, и доступно в случае, если потребуется замена.  
Цена 
светодиодного 
светильника 
складывается 
из 
двух 
основополагающих  элементов  это  самих  светодиодов  и,  как  уже  было 
сказано выше LED-драйвера. При чем, стоимость блока питания составляет 
в некоторых случаях до 50 % стоимости светильника. Рабочее напряжение 
светодиода  варьируется  от  1  до  4  В.  Целесообразно  отказаться  от 
использования LED драйвера светодиодного светильника, что существенно 
уменьшит стоимость светильников. 
Предлагается  внедрение  новой  системы  уличного  светодиодного 
освещения  на  постоянном  токе  напряжением  24  В.  Система  состоит  из 
трехфазного  выпрямителя,  который  преобразует  переменный  ток 
трехфазного  напряжения  380  В  в  постоянный  ток  24  В,  низковольтных 
кабельных сетей, светодиодов. 
Преимущества данной системы: 
- отсутствие драйвера у светодиодов так как в сети будет напряжение 24 
В, что существенно снизит стоимость мачт освещения; 
- уменьшение сечения и числа жил силового кабеля; 
-  возможность  интегрирования  в  систему  солнечных  панелей  без 
применения инвертора; 
- снижение напряжения питания; 
- возможность варьирования соединения светодиодов (параллельное, 
последовательное  или  смешанное  соединения)  в  зависимости  от  места 
нахождения мачты освещения по отношению к источнику питания. 

53 
УДК 620.9(075.8)  
 
 
       Мехтиев А.Д. (Караганды, КарГТУ) 
 
 
 
 
 
 
   Биличенко А.П. (Караганды, КарГТУ) 
 
 
 
 
 
 
     Маликов Н.М. (Караганды, КарГТУ) 
 
ГИБРИДНАЯ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ  
 
Известны 
различные 
системы 
теплоснабжения, 
например, 
теплонасосная 
система 
теплоснабжения, 
использующая 
низко 
потенциальное  тепло  грунта  в  комбинации  со  сбросным  теплом 
вентиляционных  выбросов  здания.  Теплонасосная  система  включает 
систему  сбора  низко  потенциального  тепла  грунта,  систему  утилизации 
вторичного  тепла  вентиляционных  выбросов  и  систему  аккумулирования 
горячей воды. Система обеспечивает здание горячей водой. 
Предлагаемая  гибридная  система  отопления  решает  техническую 
задачу  теплоснабжения  зданий  и  сооружений  различного  назначения  с 
максимальной энергетической эффективностью. 
Поставленная техническая задача решается тем, что гибридная система 
теплоснабжения,  включающая  систему  подогрева  от  солнечных  модулей, 
солнечный  коллектор,  систему  подогрева  с  гидродинамическим 
нагревателем  от  ветреной  мельницы,  систему  теплоснабжения  с 
циркуляционным насосом.  Вся система реализована по гибридной схеме и 
подключена к традиционной системе теплоснабжения. 
Наиболее  близким  к  предлагаемому  изобретению  техническим 
решением  является  теплонасосная  система  теплохладоснабжения  (патент 
РФ  №2351850,  F24D  11/02,  2007  г.),  включающая  теплонасосное 
оборудование,  систему  теплового  аккумулирования,  систему  сбора  низко 
потенциальной  тепловой  энергии  грунта  поверхностных  слоев  Земли  и 
систему  утилизации  вторичных  тепловых  ресурсов  в  виде  тепла 
вентиляционных выбросов. Эффективность этой системы по сравнению с 
другими  аналогами  довольно  высока,  но,  тем  не  менее,  эффективность 
теплонасосной системы теплоснабжения может быть и выше.  
Недостатком  данной  системы  является  неэффективность  системы 
аккумулирования  тепла.  Малый  уровень  снятия  тепла  с  вентиляционных 
выбросов.  Зависимость  от  климатических  условий и  высоты  над  уровнем 
моря. Необходимость создания разветвленной сети под землёй, что требует 
большой свободной площади, на которой не будет никаких построек. 
Основной задачей является устранение вышеуказанных недостатков, а 
также создание такой системы, которая позволила бы получить следующий 
технический результат: 
- уменьшение энергозатрат на подогрев воды; 
- автономность системы отопления; 
- универсальность в применении. 

54 
Поставленная  задача  решается  тем,  что  в  системе  отопления 
содержится:  солнечный  модуль  служит  для  выработки  электрической 
энергии, которая поступает в контроллер, откуда распределяется на ТЭН, 
насос и аккумулятор. ТЭН подогревает воду в резервуаре, на аккумулятор и 
насос  через  линию  питания  идет  вся  оставшаяся  электроэнергия  после 
ТЭНа.  Аккумулятор  служит  для  накопления  энергии  и  в  случае 
необходимости  отдает  её  на  ТЭН  и  насос.  Инвертор  преобразует 
постоянный ток в переменный для работы насоса. Расширительный бачок с 
диафрагмой  служит  для  предотвращения  выкипания  воды  в  резервуаре  и 
пополнение  её  в  нем.  Солнечный  коллектор  дополнительно  подогревает 
воду  в  резервуаре  отдавая  ему  выработанное  тепло  при  помощи 
теплообменника. Клапан необходим для слива или набора воды в резервуар. 
Гидродинамический  нагреватель  служит  для  дополнительного  подогрева 
воды  в  системе  отопления,  он  работает  от  ветрогенератора,  между  ними 
имеется механическое соединение. Нагрев воды в системе происходит через 
теплообменник, который расположен в резервуаре. Два вентиля служат для 
перекрытия подачи воды через теплообменник, вентиль является обводным. 
Горячая  вода  идет  в  радиаторы  отопления  и  далее  циркулирует  по 
замкнутому кругу. 
 
 
Рисунок 1 – Гибридная система отопления 
 
Предлагаемая солнечная установка (рисунок 1) состоит из солнечной 
панели  (1),  инвертора  (2),  контроллера  (2),  ТЭНа  (3),  резервуар(4), 
расширительный  бачок  (5),  солнечный  коллектор(6),  теплообменник(7), 
вентиль  подачи  воды  в  резервуар(8),  теплообменник  (9),  ветрогенератор 
механической  энергии  с  утройством  отбора  мощности  (10),  вал 

55 
механического привода (11), гидродинамического нагревателя (12), линия 
питания  для  насоса  и  зарядки  аккумулятора  (13),  резервуар  (14), 
теплообменник (15), вентиля (16,17), обратный клапан (18), электрический 
циркуляционный насос (19), радиаторы отопления(20).  
 
 
Рисунок 2 – Схема гибридной системы отопления 
 
Работа предлагаемой системы (Рисунок 2) осуществляется следующим 
образом: 
Солнечный модуль (1) служит для выработки электрической энергии, 
которая поступает в контроллер (2), откуда распределяется на ТЭН, насос 
и аккумулятор. ТЭН (3) подогревает воду в резервуаре (4), на аккумулятор 
(19) и насос (19) через линию питания (13) идет вся оставшаяся 
электроэнергия после ТЭНа. Аккумулятор (19) служит для накопления 
энергии и в случае необходимости отдает её на ТЭН (3) и насос (19). 
Инвертор (2) преобразует постоянный ток в переменный для работы 
насоса. Расширительный бачок с диафрагмой (5) служит для 
предотвращения выкипания воды в резервуаре (4) и пополнения её в нем. 
Солнечный коллектор (6) дополнительно подогревает воду в резервуаре (4) 
отдавая ему выработанное тепло при помощи теплообменника (7). Клапан 
(8) необходим для слива или набора воды в резервуар (4). 
Гидродинамический нагреватель (12) служит для дополнительного 
подогрева воды в системе отопления, он работает от ветрогенератора (10), 
между ними имеется механическое соединение(11). Нагрев воды в системе 
происходит через теплообменник (15), который расположен в резервуаре 
(14). Два вентиля (16,18) служат для перекрытия подачи воды через 
теплообменник (9), вентиль(17) является обводным. Горячая вода идет в 
радиаторы отопления (20) и далее циркулирует по замкнутому кругу. 

56 
УДК 621.314.5               
         Молдахметов С.С. (Алматы , КазНИТУ) 
       Инсепов Д.Г. (Алматы , КазНИТУ) 
 
 
КОЭФФИЦИЕНТ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ ВЫХОДНОГО 
НАПРЯЖЕНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЧИСЛА СТУПЕНЕЙ 
МНОГОУРОВНЕВОГО ИНВЕРТОРА 
 
Современное  оборудование  предъявляет  высокие  требования  к 
качеству  электроэнергии,  которое  заключается  в  соблюдении  параметров 
напряжения  питания  в  определенных  рамках.  Источник  напряжения 
питания  должен  отвечать  требованиям  по  мощности,  амплитуде  и 
действующему значению напряжения, а также частоте и синусоидальности 
напряжения.  
Многоуровневый инвертор обладает формой выходного напряжения 
близкой  к  синусоидальной.  Таким  образом,  выходное  напряжение  такого 
инвертора  имеет  гораздо  меньший  коэффициент  нелинейных  искажений 
(КНИ), что позволяет улучшить качество вырабатываемой электроэнергии. 
При этом с увеличением количества уровней инвертора форма выходного 
напряжения будет  все  больше  приближаться  к  синусоидальной.  С  другой 
стороны  ввиду  дороговизны  силовых  полупроводниковых  элементов,  из 
которых строится инвертор, возникает вопрос выбора количества уровней 
выходного напряжения инвертора. 
В  последнее  время  разработано  множество  схем  многоуровневого 
инвертора, в особенности за последние два десятилетия [1, 2]. Это связано с 
бурным развитием альтернативной энергетики, а также появление на рынке 
новых  силовых  модулей,  способных  коммутировать  большие  токи  и 
напряжения. 
Различают 
три 
основные 
топологии 
реализации 
многоуровневого 
инвертора 
[2]: 
многоуровневый 
инвертор 
с 
ограничивающими  диодами  (МИ  с  ОД),  многоуровневый  инвертор  с 
переключаемыми  конденсаторами  (МИ  с  ПК),  каскадный  мостовой 
инвертор (КМИ). В дополнение к ним предлагается рассмотреть топологию, 
представленную  в  [3].  Каждая  из  представленных  топологий  обладает 
определенными  достоинствами  и  недостатками.  Произведем  сравнение 
данных  топологий  с  точки  зрения  количества  силовых  компонентов, 
необходимых для их реализации. 
Исходя из того, что n является числом уровней выходного напряжения 
инвертора, выразим через него количество тех или иных компонентов для 
реализации инвертора для каждой из топологий. Если принять во внимание, 
что стоимость компонентов силовой электроники, будь то аккумуляторная 
батарея,  силовой  диод,  ключ  коммутации  или  конденсатор,  достаточно 
высока, то можно суммировать данные компоненты для каждой топологии 
отдельно.  В  итоге  получим  уравнение  зависимости    количества  силовых 

57 
электрокомпонентов  N  от  числа  уровней  напряжения  инвертора  n  для 
каждой топологии. Данные для удобства сравнения занесены в таблицу 1 и 
представлены графически на рисунке 1. 
 
Таблица 1 – Сравнение топологий многоуровневого инвертора 
№  Параметр 
МИ с ОД  МИ с ПК 
КМИ 
ПТ [3] 
1 
Ключи коммутации 
4(n-1) 
4(n-1) 
4n 
n+4 
2 
Источники питания 
2n 
2n 
n 
n 
3 
Силовые диоды 
2(n-1)(n-
2) 
0 
0 
n 
4 
Силовые 
конденсаторы 
0 
(n-1)(n-2) 
0 
0 

жүктеу/скачать 4,3 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: