Автоматизированный мониторинг технического состояния электрооборудования систем электроснабжения на основе сработанного фактического ресурса

Руденко Николай Валерьевич; Лозовский Владимир Валерьевич; Рашитов Андрей Расимович

УДК 681.518.54

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ МОНИТОРИНГ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ СРАБОТАННОГО ФАКТИЧЕСКОГО РЕСУРСА

Ростовский военный институт Ракетных войск Rostov Military Institute of the Rocket Troops

Предложен подход к определению технического состояния электрооборудования систем электроснабжения на основе сработанного фактического ресурса. Рассмотрена математическая модель определения сработанного фактического ресурса силового трансформатора. Приведено устройство определения технического состояния силового трансформатора по остаточному ресурсу.

Ключевые слова: сработанный фактический ресурс; остаточный фактический ресурс; автоматизированный мониторинг технического состояния.

An-actual-worn-service-lifed-based approach to defining the electrical equipment technical state of the power supply systems has been proposed. A mathematical model for determining the actual worn service life of the power transformer has been considered. An equipment for defining a technical state of the power transformer has been presented.

Keywords: an actual service life; residual actual service life; automated monitoring of the technical state.

Надёжность и эффективность функционирования электрооборудования (ЭО) систем электроснабжения (СЭС) определяется его техническим состоянием. Поэтому важной задачей является создание комплексного метода определения технического состояния ЭО, который способен объединить разностороннюю диагностическую информацию, и на основе этого дать количественную оценку технического состояния ЭО. В качестве такого интегрального показателя предлагается использовать технический ресурс. Под техническим ресурсом понимается суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации до перехода в предельное состояние, а наработка определяется как продолжительность или объём работы объекта. Именно этот показатель наиболее полно отражает свойства долговечности ЭО.

В процессе эксплуатации ЭО подвергается воздействию различных эксплуатационных факторов, каждый из которых в определенной степени приводит к изменению его технического состояния. Ухудшение технического состояния оборудования происходит непрерывно как при работе его в нормативных, так и не в нормативных условиях эксплуатации. При утяжелённых режимах работы этот процесс происходит более интенсивно, а при облегчённых менее интенсивно относительно нормативных. Наработка до предельного состояния в нормативных условиях эксплуатации указывается в паспорте оборудования. Однако чаще всего ЭО автономных СЭС эксплуатируется в условиях, отличающихся от нормативных, когда осуществление непрерывного контроля за его техническим состоянием не представляется возможным. Поэтому для управления техническим состоянием ЭО в процессе эксплуатации необходимо определять именно его фактический сработанный ресурс.

Все факторы, оказывающие воздействие на ЭО, по своей физической природе можно условно разделить на четыре группы [1]:

- тепловые (нагрев электрооборудования);

- электрические (изменение напряжённости внешнего и внутреннего электрического поля оборудования);

- механические (механические воздействия);

- химические (химические процессы, протекающие в материалах электрооборудования).

Для общего случая зависимость фактического сработанного ресурса от воздействующих эксплуатационных факторов в объёме нормативного ресурса [1]:

R = exp

Nt (X* -1) N X -1)

v *т =1 AX,T

г'э =1

AX *

NM (X* -1) Nx (X, -1)

+ IM *M* + I ix

л

*M =1

AX*

*x=1

AX

(1)

где 'т = 'э = 'м = l•••Nм,'х = -

количество соответственно тепловых, электрических, механических и химических факторов; Хг- , Хг- ,

X' , X' - относительные отклонения соответст-

'м 'x

венно /т -го теплового, /Э -го электрического, 'М -го механического; 'х -го химического факторов; АХ^ *, АХ,- * АХ,- *, АХ,- * - относительное отклонение

'э 'м ' 'x

соответственно 'т -го теплового, 'Э -го электрического, 'М -го механического; 'х -го химического факторов; R* = - фактический сработанный ресурс в относительных единицах.

+

э

M

Относительное значение каждого эксплуатационного фактора определяется как отношение фактического эксплуатационного фактора Xi к его нормативному значению X0i.

В общем случае за факторы Xi можно принимать величины, изменение которых оказывает существенное влияние на фактический ресурс оборудования.

Полученная расчётным путём оценка сработанного ресурса позволяет дать рекомендации о необходимости вывода оборудования в ремонт или о продолжении его эксплуатации.

Выражение (1) позволяет определить значение фактического сработанного ресурса при постоянной

интенсивности ворздействия эксплуатационных фак-

>$<

торов, т.е. при X , X^ , Xiu , Xf = const в течение наработки в объеме нормативного ресурса R0. Данное выражение поясняет общий подход к определению технического состояния электрооборудования поифактически сработанному ресурсу. Определение воздействия на электрооборудование м степени влияния на фактически сработанный ресурс каждого из указанных факторов зависит от вида электрооборудования. Разработка математических моделей, учитывающих воздействие на электрооборудование эксплуатационных факторов и степень их влияния на фактический сработанный ресурс, является задачей дальнейших исследований.

В ходе проведенных исследований была рассмотрена возможность применения данного подхода для оценки технического состояния силового трансформатора. Суть состоит в следующем. Срок службы трансформатора определяется состоянием его изоляции. Основной причиной сработки ресурса у трансформаторов является старение изоляционных конструкций. Износ изоляции трансформатора происходит более интенсивно, чем износ его токопроводящих

конструкций, поэтому изоляция трансформатора достигнет своего предельного состояния быстрее, чем его проводящие конструкции [2]. На скорость старения изоляции существенное влияние оказывает температура, следовательно, в качестве наиболее значимого эксплуатационного фактора для силового трансформатора целесообразно выбрать именно температуру, а в качестве ресурса целесообразно принять продолжительность его работы. На основе этого вывода и выражения (1) можно определить фактический сработанный ресурс силового трансформатора с учётом интенсивности эксплуатации в объёме наработки

R = Ro +Т

j=i

Rj »j '»О

J е ла dr - Rj

где R0 - нормативный ресурс трансформатора в единицах времени; R - фактический сработанный ресурс трансформатора в единицах времени; Q j - текущая температура наиболее нагретой точки трансформатора, имеющая постоянное значение на j-м интервале наработки dr,°C; Д$ - абсолютное отклонение температуры наиболее нагретой точки трансформатора, °C. Значение Д& = const и зависит от мощности и назначения трансформатора; Q0 - номинальное значение температуры наиболее нагретой точки, °C; Rj - фактический сработанный ресурс наj-

м интервале наработки в нормативных условиях эксплуатации в единицах времени.

Выражение (2) учитывает изменение значения эксплуатационного фактора. Если в ходе эксплуатации трансформатора в любой момент времени Qj = Q0, то суммарный фактический сработанный

ресурс R будет равен нормативному ресурсу R0.

УУ

ДТ

ФВрИ

БП

АЦП

К

ПЗУ

R

R.

ВУ

ЗНР

Rm ...Rrr

УС ЛУ ЦАП

ОК

УФВС

R

э

Устройство автоматизированного мониторинга технического состояния силового трансформатора по остаточному ресурсу

В настоящее время разработаны различные устройства для определения температуры наиболее нагретой точки, такие как волоконно-оптические устройства с несколькими возможными преобразовательными системами, устройства с изменяющимся давлением паров специальной жидкости, радиоустройства с несколькими возможными преобразовательными системами и ряд других устройств [3]. Выбор способов контроля температуры наиболее нагретой точки представляет собой самостоятельный вопрос и в данной статье не рассматривается.

На основе полученной математической модели (2) было предложено устройство определения технического состояния силового трансформатора по остаточному ресурсу.

Структурная схема данного устройства представлена на рисунке.

Принцип работы данного устройства следующий. Датчик температуры ДТ осуществляет непрерывное измерение температуры наиболее нагретой точки трансформатора. Пока электронный ключ К находится в закрытом состоянии, сигнал с датчика ДТ, преобразованный в аналого-цифровом преобразователе АЦП, не поступает в постоянное запоминающее устройство ПЗУ. Формирователь временных интервалов ФВрИ формирует импульс, поступающий на электронный ключ К, открывая его. Таким образом, ФВрИ формирует шаг измерений температуры за единицу времени. Сигнал, соответствующий измеренной температуре , с аналого-цифрового преобразователя АЦП поступает в постоянное запоминающее устройство ПЗУ, в котором записаны значения температур наиболее нагретой точки трансформатора и соответствующие им значения фактического сработанного ресурса Я.

Значение фактического сработанного ресурса трансформатора при измеренной температуре наиболее нагретой точки Я поступает в вычислительное устройство ВУ. Одновременно с этим в вычислительное устройство ВУ с блока памяти БП поступает значение сработанного фактического ресурса трансформатора, рассчитанное за предыдущий шаг измерений Яг_1. При этом память обнуляется, а суммированное значение фактического сработанного ресурса транс-

форматора Яг+1 = Я + Яг_1 записывается в блок памяти БП. С блока памяти БП значение поступает в

устройство сравнения УС, где сравнивается со значениями сработанных ресурсов, соответствующих наработке до проведения технических обслуживаний и ремонта при эксплуатации трансформатора в нормативных условиях ЯТо ,Ято2 ■■■Я-то . Если

Я+1 > Шт1 ; Яг +1 ^ ^ТО2 ; Яг+1 ^ ^топ ,

где k < 1 - коэффициент, учитывающий время на принятие решения и его реализацию, то сигнал с устройства сравнения УС через логическое устройство ЛУ и цифро-аналоговый преобразователь ЦАП поступает на устройство формирования выходного сигнала УФВС, которое выдаёт сигнал о необходимости проведения соответствующего обслуживания трансформатора. Если

R,+i< kRr

Ri+i< k •RО„

то сигнал не поступает.

Таким образом, заявляемое устройство позволит контролировать техническое состояние трансформатора путём осуществления непрерывного расчёта сработанного ресурса трансформатора с учётом интенсивности его эксплуатации (изменение температуры наиболее нагретой точки). Это даст возможность своевременно принимать решения на проведение того или иного вида обслуживания по фактическому техническому состоянию, а главное - отслеживать момент, в который оборудование необходимо снять с эксплуатации и отправить в ремонт, предотвращая возникновение аварийных ситуаций.

Литература

1. Назарычев А.Н., Андреев Д.А., Таджибаев А.И. Справочник инженера по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электрических станций и сетей. М., 2006.

2. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Машины постоянного тока. Трансформаторы. Л., 1972.

2

Поступила в редакцию 22 сентября 2008 г.

Руденко Николай Валерьевич - канд. техн. наук, доцент, кафедра № 21 (Электротехника и электроснабжение ракетных комплексов), Ростовский военный институт Ракетных войск. E-mail: rnv.09@mail.ru

Лозовский Владимир Валерьевич, Рашитов Андрей Расимович - адъюнкты, капитаны, кафедра № 21 (Электротехника и электроснабжение ракетных комплексов), Ростовский военный институт Ракетных войск. Тел. 8-863-2-37-26-29. E-mail: tristankarlovich@bk.ru. E-mail: rash.belkin@mail.ru

Rudenko Nikolay Valerievich - Candidate of Technical Sciеnces, assistant professor, department № 21 (Electrotech-nics and power supply of the missile complexes), Rostov Military Institute of Rocket Troops. E-mail: rnv.09@mail.ru

Lozovsky Vladimir Valerievich, Rashitov Andrey Rasimovich - junior scientific assistant, department № 21 (Electrotechnics and power supply of the missile complexes) of Rostov Military Institute of Rocket Troops, captain. Ph. 8-863-2-37-26-29. E-mail: tristankarlovich@bk.ru. E-mail:_rash.belkin@mail.ru