CC BY
19
РАЗДЕЛ I. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
УДК 621.311
АНАЛИЗ СОВРЕМЕHHЫХ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
О.А. Белов
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: beloff.oa@gmail.ru
Определены диагностические параметры электротехнического оборудования. Рассмотрены особенности диагностирования основного электротехнического оборудования. Произведена классификация технических средств диагностирования. Определены перспективные системы диагностирования электротехнического оборудования.
Ключевые слова: диагностический параметр, ТСД (технические средства диагностирования), генератор, трансформатор, сетевое оборудование, тепловизионный контроль.
The analysis of current diagnostic devices in power-supply systems. OA. Belov (Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003)
Diagnostic variables of the electrical equipment are determined. Diagnostic features of the primary electrical equipment are considered. Classification of technical diagnostic devices is made. Perspective diagnostic systems of the electrical equipment are determined.
Key words: diagnostic variable, TDD (technical diagnostic device), generator, transformer, networking equipment, infrared imager monitoring.
Основными функциями интегрированной системы диагностирования являются контроль параметров работы, определение технического состояния оборудования и его ресурса, выдача оперативной информации для дежурного персонала, а также корректировка объемов ремонтных работ по данным блока тестового диагностирования.
Диагностическими параметрами электротехнического оборудования являются:
- электрические параметры: отклонения токов и напряжений от номинальных значений (по амплитуде, частоте, фазе), появление всякого рода искажений и потерь;
- параметры тепловых процессов, сопровождающих электромагнитные процессы при нарушениях нормальных режимов и старении конструкционных материалов;
- параметры химических процессов, проходящих в охлаждающих и изолирующих средах (наличие примесей в воде, масле, газа и влаги в трансформаторном масле и изоляции);
- световые эффекты, вызванные электромагнитными эффектами (свечение высоковольтных устройств из-за поверхностных зарядов на изоляторах);
- шумовые параметры (вибрации и др.), сопровождающие функционирование электротехнических устройств (генераторов, двигателей).
Современные технические средства диагностирования (ТСД) представляют совокупность элементов, с помощью которых оценивают состояние объекта, в том числе системы электроснабжения.
Основным электротехническим оборудованием являются генераторы, трансформаторы, сетевое оборудование.
Генератор с точки зрения надежности можно представить в виде цепочки последовательно соединенных конструктивных элементов. Отказ любого из них приводит к отказу блока в целом. По-
этому для генераторов очень важны комплексные системы вибрационного и теплового диагностирования. Вибрационный контроль осуществляется с помощью постоянно устанавливаемых на генераторах датчиков. Средства теплового контроля объединяют в единую диагностическую систему.
Кроме средств вибрационного и теплового контроля в диагностическое обеспечение генераторов вводят для выявления дефектов на ранней стадии их развития устройства, основанные на методах индикации примесей в охлаждающем конденсате и водороде, а также определения дефекта с помощью хроматографии и масс-спектрографии.
При создании диагностической системы внимание уделяется изучению шумовых характеристик всех элементов генераторов. Существенное изменение уровней и частотных составляющих сигналов по отношению к нормальным характеристикам свидетельствует о наличии дефектов, особенно, если они сопровождаются запахом гари или нагревшейся изоляции.
Для диагностирования работы генератора используют локальную систему, которую строят на микропроцессорных комплектах (МПК) вибродиагностики, температурной диагностики и хроматографии с блоком тестового диагностирования; также используют штатное метрологическое обеспечение.
Техническое состояние трансформаторов оценивается в основном с помощью методов теплового контроля для силовых масляных трансформаторов, дополнительно применяются методы индикации примесей в охлаждающем масле, методы хроматографии и масс-спектрографии.
Конструктивно ТСД входят в состав объекта (встроенные ТСД), или их выполняют отдельно от конструкции объекта (внешние ТСД). То и другое исполнение зависит в основном от особенностей использования и эксплуатации судового оборудования.
Состав и принципы построения ТСД судового оборудования определяются степенью воздействия на оборудование, способами обработки и представления информации о состоянии оборудования, методами диагностирования, степенью автоматизации, степенью подвижности и универсальности.
По степени воздействия ТСД разделяют на активные и пассивные. Активные ТСД воздействуют на оборудование, подавая на отведенные для целей диагностирования входы сигналы, стимулирующие реакцию оборудования, которую затем оценивают. Пассивные ТСД анализируют информацию о состоянии оборудования, для чего воспринимают, обрабатывают и оценивают диагностические показатели.
По способу обработки информации ТСД бывают последовательного, параллельного и параллельно-последовательного действия.
Средства последовательного действия последовательно принимают, измеряют, контролируют и обрабатывают информацию. Они отличаются простотой, минимальным числом преобразователей, измерительных средств и средств контроля. Однако при этом способе результат формируется по отдельному показателю после каждой проверки. В случае отрицательного результата производят поиск дефекта. При положительном результате всех проверок иногда возникает необходимость в прогнозировании состояния оборудования по обобщенному показателю. На реализацию этого необходимы большие затраты времени и объема памяти.
Средства параллельного действия одновременно измеряют и контролируют параметры, что сокращает время формирования общего диагностического признака, по которому оценивают и прогнозируют состояние оборудования. Их обычно используют при жестких ограничениях на время диагностирования.
Средства параллельно-последовательного действия одновременно принимают и обрабатывают информацию по нескольким каналам. При этом результаты анализируют после группы проверок, то есть измерения или контроля группы показателей. Подобные средства сложнее средств последовательного действия, но более эффективны.
По способу получения информации о состоянии оборудования ТСД делят на средства для определения состояния по совокупности параметров и средства для оценки состояния по реакции на выходе оборудования. В первом случае обрабатывается информация, снимаемая в контрольных точках, специально предусмотренных в оборудовании.
Во втором случае, чтобы оценить реакцию на рабочем выходе, в состав ТСД включают эквивалентную модель, а диагноз устанавливают, сравнивая реакции оборудования и модели на одинаковые входные воздействия.
В зависимости от метода диагностирования ТСД могут быть предназначены для тестового и функционального диагностирования. В первом случае в состав ТСД помимо устройств съема и
обработки информации обязательно включают генераторы различных тестовых воздействий. Кроме того, ТСД классифицируют по задачам, которые они решают. Различают средства определения работоспособности, поиска возникшего дефекта, прогнозирования изменения состояния и проверки исправности оборудования.
По степени автоматизации ТСД разделяют на ручные, автоматизированные и автоматические. Средства, требующие активного участия оператора, относят к ручным. Это измерительные приборы - осциллографы, генераторы синусоидальных, импульсных сигналов и др. Средства, при использовании которых роль оператора сводится к выполнению отдельных достаточно простых операций (включение, переключение, выключение и др.), относят к автоматизированным ТСД. Автоматические ТСД функционируют без участия оператора.
Средства диагностирования выполняют переносными, передвижными и стационарными. Стационарные средства чаще всего размещают на диагностических станциях, испытательных и контрольных центрах. Передвижные средства монтируют на самоходных или несамоходных транспортных средствах.
По степени универсальности ТСД разделяют на специализированные и универсальные. Специализированные ТСД предназначены для оценки состояния однотипного оборудования и могут включать унифицированные блоки, мини-ЭВМ и микропроцессоры.
Универсальные ТСД диагностируют оборудование различного назначения и конструктивного выполнения. Универсальные средства могут предназначаться для диагностирования при сдаче оборудования после изготовления и в период эксплуатации. Такие средства часто строят на основе ЭВМ. В этом случае переход от одного типа оборудования к другому осуществляют, сменяя внешнюю программу диагностирования без изменения структуры ТСД. Универсальные ТСД, как правило, проектируют с «открытыми входами» под унифицированные сигналы первичных измерительных преобразователей. Универсальные ТСД отличает гибкость, то есть возможность ввода новых программ диагностирования.
Для теплового диагностирования электротехнического оборудования рекомендуется использовать средства инфракрасной техники, тепловизионные методы контроля.
Работа электрооборудования (силовые трансформаторы, реакторы, измерительные трансформаторы, выключатели, контактные соединения и т. д.) связана с его нагревом, поэтому контроль теплового режима имеет важнейшее значение для повышения надежности оборудования.
Значение тепловизионного контроля возрастает в связи с освоением оборудования высокого и сверхвысокого напряжения. Контроль осуществляют с помощью тепловизоров.
В качестве основного метода оценки состояния оборудования используют метод сравнения, например:
- сравнение нагрева контактных соединений и нагрева провода (шины);
- сравнение нагрева отдельных элементов аппаратов; если одна из фаз имеет повышенную температуру, то в ней наблюдается повышенное тепловыделение за счет диэлектрических потерь, потерь на переходном сопротивлении контактов или потерь в магнитопроводе.
Методы хроматографии применяют для оценки состояния трансформаторов и другого оборудования по содержанию газов, растворенных в масле. Для сбора газов применяют разные устройства, среди которых классическим является газовое реле Бухгольца.
Анализ растворенных газов более эффективен, чем анализ газа, находящегося над поверхностью. Процесс анализа заключается в извлечении газа из масла посредством какого-либо вакуумного устройства, встраиваемого в хроматограф (для разделения и идентификации газов), и оценке количественных данных.
Таким образом, функциональная диагностика систем электроснабжения для повышения качества оценки технического состояния различных объектов требует как развития новых диагностических комплексов, так и совершенствования схем и методов диагностирования с использованием традиционных средств.
Литература
1. Глазунов Л.П., Смирнов А.Н. Проектирование технических систем диагностирования. -Л.: Энергоатомиздат, 1982. - 263 с.
2. Калявин В.П., Мозгалевский А.В. Системы диагностирования судового оборудования. -Л.: Судостроение, 1987. - 224 с.
3. Климов Е.Н. Основы технической диагностики судовых энергетических установок. - М.: Транспорт, 1997. - 190 с.
4. Моек Е., Штрикер Х. Техническая диагностика судовых машин и механизмов: Пер. с нем. - Л.: Судостроение, 1986. - 232 с.
5. Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Основы технической диагностики. - М.: Энергоиздат, 1981. - 454 с.
