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