Т С - ЭМА

ООО
«Энергетика,
Микроэлектроника,
Автоматика»
г. Новосибирск
Вдовико В. П.
СИСТЕМНАЯ ДИАГНОСТИКА
- путь
к повышению
эксплуатационной
надежности
и
увеличению
эксплуатационного
ресурса
высоковольтного
оборудования
2
Т е р м и н ы и о п ре д е л е н ия
ГОСТ 20911-89 «Техническая диагностика. Термины и определения»
«Техническая диагностика» (или «диагностика»)
– область знаний, охватывающая теорию, методы и средства
определения технического состояния объектов.
«Диагностирование»
– определение технического состояния объекта.
Задачи технического диагностирования:
- контроль технического состояния;
- поиск места и определение причин отказа (неисправности);
- прогнозирование технического состояния.
Термин
«техническое
диагностирование»
применяется
в
наименованиях и определениях понятий, когда решаемые задачи
технического диагностирования равнозначны или основной задачей
является поиск места и определения причин отказа (неисправности).
Термин «контроль технического состояния» применяется, когда
основной
задачей
технического
диагностирования
является
определение вида технического состояния.
3
С ис те ма д и а г н о с т и к и
Решение задач диагностики, особенно при оценке остаточного
ресурса, основывается на элементах логистики:
математика, в том числе теория вероятности, математическая
статистика, теория оптимизации и факторный анализ,
исследование операций, в том числе оптимальное
программирование, теория статистических решений, теория
сетей и графов,
техническая кибернетика, в том числе прогнозирование, идентификация, информация, теория управления.
Решение этих задач относится к большой
группе объектов, когда приходится иметь
дело с потоком информации.
Применительно к малому числу объектов
базисный ресурс элементов логистики
существенно ограничивается.
4
С ис те ма д и а г н о с т и к и
Система технического диагностирования представляет собой
комплекс организационно-технических мероприятий в виде
совокупности средств, объекта и инфраструктуры исполнителей
для проведения диагностирования (контроля) по правилам,
установленным в технической документации.
В средствах системы технического диагностирования
основную роль играют расчетные модели, алгоритмы и
программное обеспечение, предназначенные для анализа
диагностических параметров.
К такому анализу относятся:
- расчет отдельных диагностических параметров;
- выявление динамики диагностических параметров;
- установление
диагностических
параметров,
достигших или превысивших нормированные значения;
- формирование предупреждающих сигналов;
- расчет остаточного ресурса
- и др.
Диагностика является развитой интеллектуальной
частью системы эксплуатации оборудования.
5
С ис т е ма д и а г н о с т и к и
Потребность в диагностике возникает в следующих случаях:
a) оборудование превысило расчетный срок эксплуатации, т.
е. выработало свой эксплуатационный ресурс;
b) оборудование подвергалось ремонту в условиях ПС после
нахождения в нештатной ситуации;
c) у оборудования отдельные параметры указывают на
развитие дефекта, например, нагрев, возрастание tgб или
увеличение емкости изоляции ввода и др.;
d) оборудование, в котором после ввода в эксплуатацию
обнаружены конструктивные дефекты или дефекты в
технологии производства;
е) оборудование, которое относится к соответствующему
типу, обладающему недостатками в конструкции по
результатам эксплуатации аналогичного оборудования в
других регионах или ПС.
6
С ис т е ма д и а г н о с т и к и
f) оборудование является основной частью присоединения
линии электропередачи, обеспечивающей электроснабжение
потребителя
с
явно
выраженной
социальной
направленностью (медицинские, детские учреждения и
учреждения с высокой плотностью проживающих людей,
например, общежития) или потребителя с технологией
производства, не допускающей нештатных перерывов, а
также объектов оборонного назначения или потребителя
особой важности с большим энергопотреблением, который
несет большие материальные потери при перерыве в
электроснабжении, и др.;
Каждый из перечисленных случаев (или признаков)
является условием необходимости введения диагностики.
Естественно, значимость каждого условия (признака)
может быть различной.
7
С ис т е ма д и а г н о с т и к и
Диагностические параметры и модели силового трансформатора
Диагностические параметры
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Напряжение
ток
активная мощность
реактивная мощность
cos j
температура верхних слоев масла в баке
температура наиболее нагретой части
обмотки
температура верхних слоев масла в РПН
температура нижних слоев масла в баке
температура воздуха (окружающей среды)
разность температур верхних слоев масла и
воздуха
небаланс емкостных токов вводов 3-х фаз
текущий номер отпайки РПН
8
С ис т е ма д и а г н о с т и к и
Диагностические параметры
14. количество переключений РПН
15. уровень масла в РПН
16. состояние реле контроля длительности
переключений РПН
17. кажущийся заряд ЧР
18. амплитуда и основная частота
перенапряжения на шине ВН
19. температура масла на входе охладителей
20. температура масла на выходе охладителей
21. наличие потока масла в охладителях
22. ток электродвигателя маслонасоса
23. сигналы газового реле Бухгольца
24. сигналы устройства сброса давления в
баке
25. давление масла во вводе
26. уровень масла в баке
9
С ис т е ма д и а г н о с т и к и
Диагностические параметры
27. ток электродвигателя вентилятора
28. количество включений электродвигателей
маслонасосов
29. количество включений электродвигателей
вентиляторов
30. моточасы вентиляторов
31. моточасы маслонасосов
32. концентрация газов, растворенных в масле
33. влагосодержание масла
34. ZK
35. вибрационные характеристики бака
трансформатора (Р)
36. вибрационные характеристики маслонасосов
и вентиляторов
37. ток привода РПН
38. сигнал датчика пожара
10
С ис т е ма д и а г н о с т и к и
Диагностические модели
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
анализ превышения напряжения на стороне
ВН
максимальная температура обмотки
содержание влаги в масле и твердой
изоляции
состояние изоляции вводов (по tgб, емкости
и току небаланса)
состояние системы охлаждения
состояние устройства РПН
нагрузочная способность трансформатора
остаточный ресурс трансформатора
11
С ис те ма м о н и т о ри н г а
Применительно к диагностике электрооборудования под термином
«мониторинг» следует понимать способ сбора (съема) аппаратными
средствами
информации
о
диагностических
параметрах
контролируемых объектов для последующего анализа параметров
средствами системы технической диагностики.
Технические средства мониторинга представляют
собой комплекс датчиков, блоков преобразования
сигналов и каналов связи. Этот комплекс обладает
интеллектуальным уровнем, достаточным для
преобразования (нормализации) сигналов датчиков,
хранения и передачи результатов регистрации,
обмена служебными сигналами с сервером
локальной сети АСУТП.
Система мониторинга сама по себе не может
существовать: она является неотъемлемой
частью системы диагностики.
12
Э ле к тр о э н е р г е т и че с к ие об ъ е кт ы
Число ОРУ и ПС класса изоляции от 110 до 750 кВ:
- в ОАО «ФСК ЕЭС» более 120 объектов
класса изоляции 330 – 750 кВ;
- в ОАО «РЖД» –
более 1300 объектов
класса изоляции 110 – 220 кВ;
- на ГРЭС, ГЭС –
более 100 объектов
класса изоляции 220 – 500 кВ.
13
Э фф е к т и в н о с т ь си с т е м д и а г н ос ти к и
В ПС и ОРУ с различным составом оборудования и потребителей
могут быть применены системы, имеющие одинаковую степень
эффективности,
но
обеспечивающие
различную
полноту
диагностирования.
Определение эффективности методов диагностики
представляет собой решение в основном социальноэкономической задачи.
Показатель эффективности системы диагностики Е
где
ЭС - показатель
эффективности, определяемый
стратегической значимостью в регионе ПС, ОРУ
или присоединения,
ЭТС
ЭЭЗ
(1
)
- показатель технического состояния оборудования.
- показатель экономической значимости системы
диагностики.
Эффективность и приоритетность в применении
системы диагностики определяется наибольшим
значением показателя Э.
14
Э фф е к т и в н о с т ь си с т е м д и а г н ос ти к и
Показатель ЕС относится к оборудованию, которое
является основной частью присоединения линии
электропередачи, обеспечивающей электроснабжение
потребителя
с
явно
выраженной
социальной
направленностью (медицинские, детские учреждения и
учреждения с высокой плотностью проживающих
людей, например,
общежития) или потребителя с
технологией
производства,
не
допускающей
нештатных перерывов, а также объектов оборонного
назначения или потребителя особой важности с
большим энергопотреблением, который несет большие
материальные
потери
при
перерыве
в
электроснабжении, и др.,
15
Э фф е к т и в н о с т ь си с т е м д и а г н ос ти к и
Показатель ЕТС, представляющий собой оценку технического
состояния оборудования рассматриваемого ОРУ или
присоединения, учитывает следующие факторы:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
оборудование превысило расчетный срок
эксплуатации, т. е. выработало
эксплуатационный ресурс,
оборудование подвергалось ремонту после
нахождения в нештатной ситуации,
у оборудования отдельные параметры
указывают на развитие дефекта,
оборудование, в котором после ввода в
эксплуатацию обнаружены конструктивные
дефекты или дефекты в технологии
производства,
оборудование, которое относится к
соответствующему типу, обладающему
недостатками в конструкции по результатам
эксплуатации аналогичного оборудования в
других регионах или ПС,
класс изоляции.
16
Э фф е к т и в н о с т ь си с т е м д и а г н ос ти к и
Показатель ЕТС можно представить в следующем виде:
(2
)
где индекс у показателя П указывает на принадлежность к
рассмотренным выше факторам и количественно оценивается
как:
Пa - в диапазоне от 0,8 до 2 в зависимости от отношения реального срока эксплуатации к нормированному эксплуатационному ресурсу;
Пb - в диапазоне от 0 до 3 в зависимости от сложности ремонта и
характера повреждений (значение 0 придается при отсутствии ремонтных работ на контролируемом оборудовании);
Пc - в диапазоне от 0 до 3 в зависимости от отношения количественных значений зарегистрированных параметров к нормированным (значение 0 придается при отношении 0,1);
Пd - в диапазоне от 0 до 2 в зависимости от характера дефекта
(значение 0 придается при отсутствии дефекта);
Пe - в диапазоне от 0 до 2 в зависимости от характера недостатка
(значение 0 придается при отсутствии указанных недостатков);
Пf - в диапазоне от 1 до 4 (соответственно для класса изоляции
110, 220, 330, 500, 750 кВ).
17
Э фф е к т и в н о с т ь си с т е м д и а г н ос ти к и
Показатель экономической значимости системы диагностики EЭЗ
зависит от следующих факторов:
• ожидаемые материальные затраты от ущерба
потребителя при возможных отказах, Зпотр;
• ожидаемые материальные затраты на ПС при
возможных отказах, Зпс;
• стоимость контролируемого оборудования, в том
числе с учетом эксплуатационных расходов, Собор;
• стоимость системы мониторинга (или системы
диагностики) оборудования ПС или присоединения, в
том числе с учетом эксплуатационных расходов, Смон.
18
Э фф е к т и в н о с т ь си с т е м д и а г н ос ти к и
При рассмотрении экономического показателя системы диагностики
какого–либо присоединения ПС, когда система диагностики введена
на оборудовании всего ОРУ, учитывается соответствующая часть СО
полной стоимости системы мониторинга Смон.
Тогда,
показатель
экономической
значимости
системы диагностики EЭЗ может быть представлен
как
(3
)
где А – масштабный коэффициент
19
Э фф е к т и в н о с т ь си с т е м д и а г н ос ти к и
Показатель приоритетности в диагностике оборудования, исходя из
учета технического состояния оборудования, можно представить в
виде
(4
)
где Пf - показатель оборудования по условию «f», см.(2),
Пa, Пb, Пc, Пd, Пe - показатели признаков оборудования
по условиям а, b, c, d, e, см. (2).
Показатель Пf  1;
при этом П750кВ  П500кВ  П330кВ  П220кВ  П110кВ и П110кВ = 1
(5
)
где tЭ - срок эксплуатации, tР - эксплуатационный ресурс;
при tЭ  tР Пa = 1.
При отсутствии у оборудования признаков b, c, d, e
соответствующие показатели принимаются равными 0.
20
Э фф е к т и в н о с т ь си с т е м ди а г н о с т и к и
Остаточный ресурс контролируемого оборудования
Остаточный ресурс можно определить как
(6
)
где А - показатель эксплуатационных воздействий и технического
состояния оборудования;
РО - расчетный эксплуатационный ресурс спроектированной
единицы оборудования.
/
(7
)
где Э С - показатель эксплуатационных воздействий,
(8
)
где ЭСО - значение «нормируемых» эксплуатационных воздействий,
определяемых при проектировании оборудования;
ЭС - значения действительных эксплуатационных воздействий;
21
Э фф е к т и в н о с т ь си с т е м д и а г н ос ти к и
Остаточный ресурс контролируемого оборудования
T/С - показатель технического состояния единицы оборудования,
(9)
где ТСО - значение «нормированного» технического состояния
контролируемого оборудования;
ТС - значение действительного технического состояния;
22
Э ф ф е к т и в н о с т ь си с т е м ди а г н ос т и к и
Для практического применения перечисленных условий ввода
оборудования в систему диагностики требуется формализация
взаимосвязи этих условий для оценки места каждого оборудования
в ранжированном ряду приоритетности. Из числа форм взаимосвязи
условий (признаков) наиболее приемлемой можно признать
произведение и суммирование показателей условий (признаков) в
представляемом виде
(10)
где ПП - показатель приоритетности в диагностике оборудования,
Пf - показатель оборудования по условию «f», см. (2), (110, 220, 330,
500 и 750 кВ);
Па,b,c,d,e - показатель признаков оборудования по условиям а, b, c,
d, e, см. (2).
Показатель Пf  1;
при этом П750кВ  П500кВ  П330кВ  П220кВ  П110кВ и П110кВ = 1
23
С ис те м а д и а г н о с т и к и
Остаточный ресурс контролируемого оборудования
Показатели всех значений зависимостей (5 – 10) рассчитывались,
исходя из имеющихся результатов эксплуатации оборудования.
Приведенные зависимости имеют детерминистский
характер.
В то же время показатель эксплуатационных воз/
действий Э С является вероятностным событием и,
если учесть это обстоятельство, то становится
очевидным, что все оценки будут иметь признаки
достоверности и определенную вероятность в
оценке остаточного ресурса.
24
С ис те ма д и а г н о с т и к и
Структурная схема локальной системы диагностики
(не входящей в состав АСУТП ПС )
КО – контролируемый объект;
Д – датчик;
КС1 – канал связи 1;
БМ – блок мониторинга;
КС2 – канал связи 2;
БКС – блок концентрации
сигналов;
25
С ис те ма д и а г н о с т и к и
Структурная схема системы диагностики
(в составе АСУТП ПС )
КО – контролируемый объект;
Д – датчик;
КС1 – канал связи 1;
БМ – блок мониторинга;
КС2 – канал связи 2;
БДРВ – база данных реального
времени;
БДТИ – база данных технической
информации;
АРМ – автоматизированное
рабочее место оператора;
АдмПС – администрация ПС.
26
ООО «ЭМА»
630089, г. Новосибирск,
ул. Федосеева, 2
http://www.ema.ru
Вдовико Василий Павлович
раб. +7 (383) 264-24-10
дом. +7 (383) 265-09-08
моб. +7 (913) 911-51-47
[email protected] [email protected]
27