Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Математическое моделирование газотурбинных мини-электростанций и мини-энергосистем

..pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
12.91 Mб
Скачать
сд
Рис. 6.6. Структурная схема системы диаг­ ностирования

стояний S„ и, следовательно, спрогнозировать состояние объекта.

3.Возникновение в объекте дефекта не означает, что он неработоспособен. Появление дефекта приводит к тому, что объект из одного состояния Sk переходит в другое состоя­ ние s/. Однако при этом могут не нарушаться условия работо­ способности. Это происходит в том случае, если s* и s/ отно­ сятся к подмножеству состояний Sp (в случае резервирова­ ния). Таким образом, работоспособный объект может иметь дефект, так же как и неработоспособный. Следовательно, за­ ключение о том, что ОД работоспособен, не означает, что

внем отсутствуют дефекты. С другой стороны, если ОД не­ работоспособен, то в нем обязательно имеется дефект.

4.В процессе диагностирова­

ния участвуют объект диагности­ рования (ОД), средства техниче­ ского диагностирования (СТД) и человек-оператор (ЧО). Их со­ вокупность образует систему ди­ агностирования (рис. 6.6).

Рассмотренные положения яв­ ляются основой, позволяющей соз­ давать системы диагностирования

электрооборудования. При этом объект должен иметь диагно­ стическое обеспечение - комплекс диагностических признаков, алгоритмы и средства, необходимые для осуществления диаг­ ностирования на всех этапах жизненного цикла объекта.

6.2.3. Диагностирование в жизненном цикле электрооборудования

Для любого технического объекта характерны следую­ щие стадии жизненного цикла: проектирование, изготовле­ ние, эксплуатация [4].

Проектирование - процесс анализа и планирования за­ трат, сроков разработки, задание требований к электрообору­ дованию, разработка технической документации, по которой создаются системы, и эксплуатационно-технической доку­ ментации, по которой эти системы будут эксплуатироваться.

Изготовление - процесс реализации технических требо­ ваний в «металле», включая испытание как этап комплексной проверки характеристик оборудования, собранного из частей.

Эксплуатация - совокупность организационно-техниче­ ских мероприятий, обеспечивающих технически правильное применение систем электроснабжения, постоянную готов­ ность к применению, поддержание работоспособного состоя­ ния и продления ресурса. Эксплуатация включает в себя транспортировку, хранение, техническое обслуживание, ре­ монт и применение по назначению.

Диагностирование возможно на всех стадиях жизненно­ го цикла (рис 6.7). На самом начальном этапе проекти­ рования необходимо решать задачи организации системы диагностирования (определения периодичности и продолжи­ тельности использования и диагностирования, показателей

Рис. 6.7. Диагностирование в жизненном цикле электрооборудования

безотказности, контроля и ремонтопригодности элементов). Для оценки состояния электрооборудования необходимо, вопервых, спроектировать объект, приспособленный к оценке его состояния с требуемой глубиной и достоверностью; вовторых, создать ТСД, которые позволяли бы оценивать со­ стояние объекта в заданных условиях; в-третьих, определить роль и функции ЧО, участвующего в процессе диагности­ рования [6, 12].

Чтобы электроустановка (ЭУ) была приспособлена к ди­ агностированию, при ее проектировании необходимо разра­ ботать перечень оцениваемых диагностических признаков, методы их оценивания, условия работоспособности и при­ знаки наличия дефектов, алгоритмы диагностирования. В процессе проектирования определяется эффективность, ко­ торую можно достичь при использовании системы диагно­ стирования.

Впроцессе изготовления элементов ЭУ необходимо оценивать их состояние. Так, при выходном контроле прове­ ряется правильность сборки и монтажа. В случае несоответ­ ствия элемента ЭУ предъявленным требованиям осуществля­ ется поиск дефектов.

Впроцессе эксплуатации диагностирование выполняют непрерывно или периодически. При необходимости осущест­ вляют прогнозирование или поиск возникшего дефекта для профилактических или восстановительных работ. Диагно­ стирование на этом этапе позволяет обосновать дальнейшее использование элементов ЭУ.

Задачи, связанные с необходимостью диагностирования ЭУ на разных стадиях, могут оказаться различными, что не­ обходимо учитывать при разработке системы диагностирова­ ния [19]. Отличие в задачах, решаемых при диагностирова­ нии объекта на различных стадиях, требует разработки средств диагностирования, предназначенных для использо­ вания на конкретных стадиях, например, технические средст­

ва, предназначенные для диагностирования в процессе изго­ товления или в процессе эксплуатации. Система диагности­ рования эффективна лишь в тех случаях, если состояние эле­ ментов ЭУ будет оцениваться на всех стадиях ее жизненного цикла. Это позволит повысить эффективность использования ЭУ, а надежность ее можно поддерживать на уровне, зало­ женном при проектировании.

6.2.4. Характеристика методов диагностирования элементов ЭУ

Работоспособность электрооборудования можно оце­ нить при его функционировании, наблюдая за его состоянием (рабочее диагностирование) или подавая на него внешнее воздействие и наблюдая за его реакцией (тестовое диагно­ стирование).

Достоинство рабочего диагностирования в том, что для его реализации не нужны специальные внешние источники энергии, а информация снимается и обрабатывается в про­ цессе эксплуатации. На рис. 6.8 приведена характеристика методов рабочего диагностирования.

Рис. 6.8. Характеристика методов рабочего диагностирования

Состояние объектов в процессе его функционирования оценивают по различным внешним признакам: нагрев от­ дельных частей или общее тепловое поле, электромагнитное поле, частичные и акустические разряды, высокочастотные излучения, вибрации и т.д., создаваемые объектом при функ­ ционировании. Изменение вышеперечисленных параметров может свидетельствовать об изменении состояния элементов ЭУ. Для оценки состояния маслонаполненного оборудования (трансформаторы, реакторы) в процессе их функционирова­ ния используют результаты анализа газов, растворенных вмасле [16].

Выполнение тестового диагностирования требует спе­ циальных генераторов, вырабатывающих тестовые воздейст­ вия, подаваемые ЭУ и стимулирующие его реакцию. На рис. 6.9 приведена характеристика методов тестового диаг­ ностирования.

Рис. 6.9. Методы тестового диагностирования

Тестовое диагностирование осуществляется как в рабо­ чем, так и в резервном состоянии. Для тестового диагности­ рования используют как рабочие входы (входы, предназна­

ченные для введения рабочих воздействий), так и входы, специально организованные для диагностирования (напри­ мер, измерительные выводы проходных изоляторов). Это по­ ложение справедливо и для съема информации реакции объ­ екта на тестовое воздействие при его диагностировании.

Рис. 6.10. Схема технической диагностики

Тестовое диагностирование осуществляют одиночным воздействием, например, одиночным импульсом или много­ кратным воздействием (серия импульсов), т.е. по результатам совокупности элементарных проверок. При тестовом диагно­ стировании возможен одномерный случай, если оценивают один показатель, или многомерный, если оценивают более одного показателя. К многомерным сводится и случай, если

навыходе объекта оценивают один сигнал по нескольким па­ раметрам (например, по амплитуде и частоте) [15]. Алгоритм технической диагностики представлен на рис. 6.10.

6.3. Прогнозирование технического состояния электрооборудования

6.3.1. Характеристика задачи прогнозирования

Термин прогноз происходит от греческого слова prognosis, что означает предвидение, предсказание о разви­ тии чего-либо, основанное на определенных данных, напри­ мер прогноз погоды, прогноз течения и исхода болезни, про­ гноз состояния технического объекта. Точность прогноза за­ висит от того, какой закон используется и насколько правильно и точно он осознан.

При решении задач прогнозирования находят примене­ ние два понятия:

1)интерполяция - означает определение промежуточных значений функции по некоторым известным ее значениям;

2)экстраполяция - характеризует определение значений функции за пределами интервала, где известны ее значения.

Втехнической диагностике обычно говорят о прогнози­ ровании состояния объекта диагностики (ОД), которое осно­ вывается на данных об изменениях, происходящих в объекте

с течением времени под влиянием внешних воздействий и внутренних необратимых физико-химических превращений. Физическая картина изменения состояния объектов диагности­ рования является научной основой, объясняющей происхожде­ ние количественных изменений в объекте и возможных пере­ ходов в другое качественное состояние - неработоспособное.

С момента изготовления объекта в нем протекают про­ цессы деградации (рис. 6.11), т.е. степень работоспособности его постепенно ухудшается, причем скорость изменения ра­ ботоспособности у электроэнергетических и механических

объектов разная. Причинами отказов (моменты времени ^

иW ) и их возникновения в большинстве случаев являются:

деформация и механическое разрушение материалов;

нарушение электрической прочности (пробой);

тепловые разрушения элементов (перегорание, рас­ плавление);

износ поверхностей деталей.

При этом прогнозирование рассматривается как одна из задач, решаемых в ходе оценки состояния ОД, т.е. диагно­ стирования. Выполнить достоверное прогнозирование можно только в том случае, если известны условия, в которых будет применяться ОД. Под условиями понимаются: режимы ис­ пользования, характер нагрузки, внешние факторы (темпера­ тура, влажность и т.п.). Чем больше физических процессов, являющихся причинами деградации объекта, тем сложнее характер изменения работоспособности, тем труднее осуще­ ствить точное прогнозирование.

Изменения параметров, случайные для одного объекта, имеют устойчивый статистический характер для группы объ­ ектов. Причем явно выражена тенденция к монотонности

и плавности, что является одной из решающих предпосылок для прогнозирования.

Прогнозирование возможно, если в случайном процессе, характеризующем изменение параметра, можно выделить тренд, т.е. принципиальной основой прогнозирования служит предположение о существовании единых закономерностей, определяющих износ и старение.

Для решения задачи прогнозирования все время сущест­ вования технического объекта разделяется на два интервала: Т\, - интервал наблюдения за состоянием объекта; Тг - ин­ тервал, в котором осуществляется прогнозирование. Чем больше Гь тем достовернее прогноз, поскольку с увеличени­ ем Т\ возрастает объем информации о прогнозируемом про­ цессе. Однако увеличение интервала наблюдения приводит к дополнительным затратам, связанным с выполнением дли­ тельного эксперимента или дополнительной обработкой дан­ ных, характеризующих состояние объекта. В связи с этим на практике при прогнозировании состояния ОД стараются по возможности сократить величину Т\. Интервал наблюдения может предшествовать использованию объекта или совпа­ дать с использованием объекта по назначению.

Прогнозирование подразделяется по назначению - на индивидуальное (для конкретного объекта) и групповое (для партии однотипных объектов), по времени прогнозирова­ нияна локальное (время прогноза незначительное) и гло­ бальное (до потери работоспособности).

Задача прогнозирования изменения состояния объекта может быть решена методами экстраполяции или классифи­ кации.

При экстраполяции реализуется принцип переноса на будущее тенденций прошлого. При этом изменение состоя­ ния ОД определяется значениями детерминированных пара­ метров состояния объекта на основе данных, получаемых на участке наблюдения.

Процедура прогнозирования включает анализ результа­ тов наблюдения, построение аналитического выражения, свя­ зующего результаты наблюдения (интерполяцию) и, соответ­ ственно, экстраполяцию с помощью полученного выражения. При прямой экстраполяции в ходе прогнозирования предпо­ лагается, что условия работы объекта, которые отмечались при наблюдении, и в дальнейшем остаются неизменными или изменяются по известному закону.

Погрешности прогнозирования при использовании ме­ тода экстраполяции складываются из погрешностей при фик­ сации результатов наблюдения, погрешностей, допускаемых при построении прогнозирующего выражения, и, наконец, погрешности, возникающей из-за условий вне области на­ блюдения (в области Т2).

При прогнозировании изменения состояния ОД, несмот­ ря на вероятностный характер изменения состояния, метода­ ми экстраполяции решаются как детерминированные, так и вероятностные задачи.

При классификации необходимо обнаружить общие черты в различных объектах, систематизировать их и отнести к классу известных. В этом случае приходится решать две за­ дачи: во-первых, построить множество классов, которые ха­ рактеризуются определенной совокупностью признаков и со­ ответствуют набору диагностических параметров конкретно­ го объекта; во-вторых, оценить признаки по полученным результатам и отнести объект прогнозирования к тому или иному классу.

При решении первой задачи требуется большой объем статистических данных, полученных в период эксплуатации объектов, или провести специальные эксперименты. Воз­ можность формирования классов во многом определяется удачным выбором набора диагностических признаков. Эти признаки должны достаточно точно характеризовать процес­ сы, приводящие к потере работоспособности объекта, и их

Соседние файлы в папке книги