Читаем Диагностика электрооборудования электрических станций и подстанций онлайн бесплатно

На сегодняшний день экономическое состояние энергетики России вынуждает принимать меры по увеличению сроков эксплуатации различного электротехнического оборудования.

В России в настоящее время общая протяженность электрических сетей напряжением 0,4–110 кВ превышает 3 млн км, а трансформаторная мощность подстанций (ПС) и трансформаторных пунктов (ТП) – 520 млн кВА. Стоимость основных фондов сетей составляет около 200 млрд руб., а степень их износа – около 40 %. За 90-е годы резко сократились объемы строительства, технического перевооружения и реконструкции ПС [1], и только последние несколько лет вновь наметилась некоторая активность в этих направлениях.

Решение задачи по оценке технического состояния электротехнического оборудования электрических сетей в значительной мере связано с внедрением эффективных методов инструментального контроля и технической диагностики. Кроме того, оно необходимо и обязательно для безопасной и надежной работы электрооборудования.

Экономическая ситуация, сложившаяся в последние годы в энергетике, заставляет принимать меры, направленные на увеличение сроков эксплуатации различного оборудования. Решение задачи по оценке технического состояния электротехнического оборудования электрических сетей в значительной мере связано с внедрением эффективных методов инструментального контроля и технической диагностики [2].

Техническое диагностирование (с греч. «распознавание») – это аппарат мероприятий, который позволяет изучать и устанавливать признаки неисправности (работоспособности) оборудования, устанавливать методы и средства, при помощи которых дается заключение (ставится диагноз) о наличии (отсутствии) неисправности (дефекта). Другими словами, техническая диагностика позволяет дать оценку состояния исследуемого объекта. Такая диагностика направлена в основном на поиск и анализ внутренних причин неисправности оборудования. Наружные причины определяются визуально [3].

Согласно ГОСТ 20911–89, техническая диагностика определяется как «область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов». Объект, состояние которого определяется, называется объектом диагностирования (ОД), а процесс исследования ОД – диагностированием.

Основной целью технической диагностики являются в первую очередь распознавание состояния технической системы в условиях ограниченной информации, и как следствие, повышение надежности и оценка остаточного ресурса системы (оборудования). В связи с тем, что различные технические системы имеют различные структуры и назначения, нельзя ко всем системам применять один и тот же вид технической диагностики.

Условно структура технической диагностики для любого типа и назначения оборудования представлена на рис. 1. Она характеризуется двумя взаимопроникающими и взаимосвязанными направлениями: теорией распознавания и теорией контролеспособности. Теория распознавания изучает алгоритмы распознавания применительно к задачам диагностики, которые обычно могут рассматриваться как задачи классификации. Алгоритмы распознавания в технической диагностике частично основываются на диагностических моделях, устанавливающих связь между состояниями технической системы и их отображениями в пространстве диагностических сигналов. Важной частью проблемы распознавания являются правила принятия решений.

Контролеспособностью называется свойство изделия обеспечивать достоверную оценку его технического состояния и раннее обнаружение неисправностей и отказов. Основной задачей теории контролеспособности является изучение средств и методов получения диагностической информации [4].

Рис. 1. Структура технической диагностики

Применение (выбор) вида технической диагностики определяется следующими условиями:

1) назначением контролируемого объекта (сфера использования, условия эксплуатации и т. д.);

2) сложностью контролируемого объекта (сложностью конструкции, количеством контролируемых параметров и т. д.);

3) экономической целесообразностью;

4) степенью опасности развития аварийной ситуации и последствий отказа контролируемого объекта.

Состояние системы описывается совокупностью определяющих ее параметров (признаков), при диагностировании системы они называются диагностическими параметрами. При выборе диагностических параметров приоритет отдается тем, которые удовлетворяют требованиям достоверности и избыточности информации о техническом состоянии системы в реальных условиях эксплуатации. На практике обычно используют несколько диагностических параметров одновременно. Диагностическими параметрами могут являться параметры рабочих процессов (мощность, напряжение, ток и др.), сопутствующих процессов (вибрация, шум, температура и др.) и геометрические величины (зазор, люфт, биение и др.). Количество измеряемых диагностических параметров также зависит от типов приборов для диагностики системы (которыми производится сам процесс получения данных) и степени развитости методов диагностирования. Так, например, число измеряемых диагностических параметров силовых трансформаторов и шунтирующих реакторов может достигать 38, масляных выключателей – 29, элегазовых выключателей – 25, ограничителей перенапряжения и разрядников – 10, разъединителей (с приводом) – 14, маслонаполненных измерительных трансформаторов и конденсаторов связи – 9 [5].

В свою очередь диагностические параметры должны обладать следующими свойствами:

1) чувствительностью;

2) широтой изменения;

3) однозначностью;

4) стабильностью;

5) информативностью;

6) периодичностью регистрации;

7) доступностью и удобством измерения.

Чувствительность диагностического параметра – это степень изменения диагностического параметра при варьировании функционального параметра, т. е. чем больше значение этой величины, тем чувствительнее диагностический параметр к изменению функционального параметра.

Однозначность диагностического параметра определяется монотонно возрастающей или убывающей зависимостью его от функционального параметра в диапазоне от начального до предельного изменения функционального параметра, т. е. каждому значению функционального параметра соответствует одно-единственное значение диагностического параметра, а, в свою очередь, каждому значению диагностического параметра соответствует одно-единственное значение функционального параметра.

Стабильность устанавливает возможную величину отклонения диагностического параметра от своего среднего значения при многократных измерениях в неизменных условиях.

Широта изменения – диапазон изменения диагностического параметра, соответствующий заданной величине изменения функционального параметра; таким образом, чем больше диапазон изменения диагностического параметра, тем выше его информативность.

Информативность – это свойство диагностического параметра, которое при недостаточности или избыточности может снизить эффективность самого процесса диагностики (достоверность диагноза).

Периодичность регистрации диагностического параметра определяется, исходя из требований технической эксплуатации и инструкций заводаизготовителя, и зависит от скорости возможного образования и развития дефекта.

Доступность и удобство измерения диагностического параметра на прямую зависят от конструкции объекта диагностирования и диагностического средства (прибора).

В различной литературе можно найти разные классификации диагностических параметров, в нашем случае для диагностики электрооборудования мы будем придерживаться типов диагностических параметров, представленных в источнике [6].

Диагностические параметры подразделяются на три типа:

1. Параметры информационного вида, представляющие объектную характеристику;

2. Параметры, представляющие текущую техническую характеристику элементов (узлов) объекта;

3. Параметры, представляющие собой производные нескольких параметров.

К диагностическим параметрам информационного вида относятся:

1. Тип объекта;

2. Время ввода в эксплуатацию и период эксплуатации;

3. Ремонтные работы, проводимые на объекте;

4. Технические характеристики объекта, полученные при испытании на заводе-изготовителе и/или при вводе в эксплуатацию.

Диагностическими параметрами, представляющими текущую техническую характеристику элементов (узлов) объекта, чаще всего являются параметры рабочих (иногда сопутствующих) процессов.

К диагностическим параметрам, представляющим собой производные нескольких параметров, относятся, прежде всего, такие как:

1. Максимальная температура наиболее нагретой точки трансформатора при любой нагрузке;

2. Динамические характеристики или их производные.

Во многом выбор диагностических параметров зависит от каждого конкретного типа оборудования и метода диагностирования, используемого для этого оборудования.

Современную диагностику электрооборудования (по назначению) условно можно разделить на три основных направления:

1. Параметрическая диагностика;

2. Диагностика неисправностей;

3. Превентивная диагностика.

Параметрическая диагностика – это контроль нормируемых параметров оборудования, обнаружение и идентификация их опасных изменений. Используется она для аварийной защиты и управления оборудованием, а диагностическая информация содержится в совокупности отклонений величин этих параметров от номинальных значений.

Диагностика неисправностей – это определение вида и величины дефекта после регистрации факта появления неисправности. Такая диагностика является частью работ по обслуживанию или ремонту оборудования и выполняется по результатам контроля его параметров.

Превентивная диагностика – это обнаружение всех потенциально опасных дефектов на ранней стадии развития, наблюдение за их развитием и на этой основе долгосрочный прогноз состояния оборудования [7].

Современные системы диагностирования включают в себя все три направления технической диагностики, чтобы сформировать наиболее полную и достоверную оценку состояния оборудования.

Таким образом, к результатам диагностики можно отнести:

1. Определение состояния диагностируемого оборудования (оценка состояния оборудования);

2. Выявление вида дефекта, его масштабы, место расположения, причин появления, что служит основой для принятия решения о последующей эксплуатации оборудовании (выводе в ремонт, дополнительном обследовании, продолжении эксплуатации и т. п.) или о полной замене оборудования;

3. Прогноз о сроках последующей эксплуатации – оценка остаточного ресурса работы электрооборудования.