автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Методы, средства и системы контроля и управления техническим состоянием электрооборудования собственных нужд электростанций

ЛЕНИНГРАДСКИМ ГОСУДАРСТВЕННЫ!! ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

САВЕЛЬЕВ Виталий Андреевич

УДК 621.311.2:621.311.004.24

МЕТОДЫ, СРЕДСТВА И СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Специальность: 05.14.02 — Электрические станции (Электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ленинград 1991

Работа выполнена в Ивановском энергетическом институте.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, чл.-корр. АН СССР Я. Б. Данилевич,

доктор технических наук, профессор Ю. Б. Гук, доктор технических наук, профессор В. Ф. Сивокобыленко.

Ведущая организация —

Всесоюзный научно-исследовательский институт по эксплуатации АЭС (ВНИИАЭС).

Защита состоится «-^с^. » $ . . 1991 г.

в часов на заседании специализированного совета Д 063.38.01 в Ленинградском государственном техническом университете по адресу: г. Ленинград, Политехническая ул., 29, главное здание,

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан «-X» ^¿¿¿¿'Т?¿Р(¡¿¿РЛ?. 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент В. В. КАНТАН

,?егга:ш •.ли

„SII ОТО ЖРЛКГВПЮТИКА РЛЕОТН

л

гртацим\' :туальносгь проблемы. Ееоаварийнал и экономичная работа .^¡»'ктростанций тесно сгдоага с надежностью системы ял^ктросндб-ичния их собственных иудц (С'ЗСН). В этом плчио наряду е бол*? э4Ф»ктиышч ксво^горлнием информпцкя, разработкой »»рэпрпятпр., нтарнвленних на снижите числа внезапных отказов и аварий, улучшением технологии эксплуатации и технического обслуживания, особую значимость приобретает оценка технического есстоимим эл*кт • гооборудошгння (СЮ) СЭСН, контроль Da его реявши и едсилуакаг циошшин воздействиями. Обострение проблемы эксплуатационной надежности 30 вызвано ростом ого сложности и значимости б процессе производства электрической и тепловой .энергии, интенси^ни^ией режимов, недостаточной игучениостью едодебствпя комплекса эксп- • луатациошшх факторов на работоспособность и развитие дефектов в ЭО, спецификой его эксплуатации на АЗС," работающего в условиях, недоступных для постоянного осмотра. Решению отдельных задач указанной проблемы посвящены раОотн ученых как в начюй стране, так и аа рубежом. Однако в них отсутствует системный подход, а технические средства реализуется в виде отдельных устройств или подсистем и не решают проблем;!] в комплексе.

В обеспечении эодмуагацпокиой надежности 00 ражюе м»ето занимает система технического обслуживания и ремонта (ТСиР). В настояаре кремч ТОи? msvt ряд недостатков и неиспользованных реуервив. На ото указывают зннчителыше объемы внеплановых ремонтов, выполняем!.« п периоды максимума нагрузки, большая удель-нач стоимость и численность персонала, занятого ТОиГ, которая, например, на АЭС!, равна 10,6 руб/кВт и 0,7 чел/МВт соответственно. Создание наиболее прогрессивных методов ТОиР "но состоянию" оборудовании возможно только на основе разработкой и внедрения методов и технических средств эавдты, контроля и дигичгостирова-аия.

Внедрение АСУ на электростанциях дает верможность по-новому тоставить и решить многие задачи контроля и диагностики техни-lecKoro'состояния на основе многопараметрической оценки опреде-мю'илх параметров. Это требует создания методов, алгоритмом и Фограчм определения ераСотки ресурса, р-.-вошм вопросов технического, информационного и программного обеспечения аотомчтиаи-шгшнчх систем контроле и диагностики (ЛСКД) или подсистем АСУ, 'П злсктрич^сг.ой .части станций.

Решение указанных вопросов позволит сократить число шгарий-' шх отключений электрооборудования СЭСН за счет более точного планирования ремонтов и своевременной камины потенциально-де^к-тных элементов, повысить надежность работы вспомогательного и основного оборудования, снизить ущерб от недоотпуска злектро-аниргии потребителям, уменьшить число внезапных отказов, максимально ' использовать имеюциеся реаерьы ь напряженных режимах энергообьектов и энергосистем, внедрить более перспективную систему ТОи? "по состоянию". Возникает актуальная научная проблема развития теории, разработки и практической реализации новых методой, технических средств и систем управления техническим состоянием ЭО собственных нужд электростанций и на их основе реали-вовать ТОиР "по состоянию".

Актуальность проблемы и целесообразность выбранного направления исследований подтверждается протоколами и решениями ряда совещаний, например, на Нововоронежской АЭС 16.11. £54 и 17.11.87 г. , в РЭУ Мосэнерго 00. 03. 85 г. , на Костромской ГРЭС 25.10. 85 г. и Запорожской АЭС 19.10.89 г., в ПО "Уралэлоктротяжмаш" 04. 02. 68 г. , ■ решениями нескольких всесоюзных конференций и семинаров, организованных по инициативе или при активном участии автора. '

Исследования проводились по плану валнейиих работ института и в соответствии с Постановлением ГКНТ, Госплана СССР N491/244 от 03.12.81, программе 0. Ц. 026 задание 01.11; целевой программе НИР по электрической части АЭС на период 1965-1090 гг. "Разработка комплекса технических ' решений, повышающих надежность и экономичность работы АЭС с реакторами РЕМК-1000, 1500 и БВЭР-1000"; республиканскому плану УССР согласно приказу N270 Минэнерго СССР от 29.05.86; по межведомственному координационному плану развития диагностического обеспечения электротехнического оборудорания ТЭС, ГЭС и электрических сетей на 1987-1990 гг., раздел 3. 5 "Создание и освоение опытно-промышленной автома-тиьиров?шной системы контроля и регистрации режимов работы элек--троо&орудоьЕМ'ия собственных нужд ТЭС", где МЭИ определен как головная органиаация-исполнитель.

Еель работы. Развитие теории, меуодов,■средств и систем эксплуатационного контроля и управления техническим состоянием, в сов Дании Т(?иР электрооборудовании СЭСН "по состоянию", в разра-

ботке и промышленном внедрении технических средств и гидам, в ТОМ ЧНСЛе автоматизированных.

Методы исследования. Основные научные и практические результаты получены путем обобщения современных достижений в области контроля, защиты и диагностирования электрооборудования и теоретико-экспериментальных исследований электрофизических процессов, предшествую!®« иди сопутствующих равкитиы дефектов или неисправностей 30.

Теоретические исследования базируются на математическом аппарате синтеза цепей и анализа сложных систем, математическом и физическом моделировании, структурной декомпозиции, теории надежности и математической статистике, теории матриц и графов, кавитации и аэродинамики, а также методах конструирования г *па-ратуры и анализа микроэлектрончых схем.

Экспериментальные исследования используют методы экстремальной селекции сигналов, анализа процессов в реальном масштабе йремени и методы факторного эксперимента на объектах СЭСН электростанций п реальных условиях эксплуатации.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Теоретически обобщены современные достижения в области эксплуатационного контроля, защиты и диагностирования электрооборудования СЭСН,-

2. Экспер...ментально исследованы процессы в .действующем электрооборудовании и на их моделях, выявлены и классифицированы связи мевду дефектами и повреждениями и их признаками.

■ 3. Установлен ряд новых электрофизических признаков, предшествующих и сопутствую^« проявлению дефектов и повреждений электрооборудования на ранней стадии развития, и на их основе созданы новые методы контроля и диагностирования в процессе, его эксплуатации.

4. Предложены новые принципы построения схем аппаратуры и устройств эксплуатационного контроля, защиты и диагностирования, технического обеспечения ЛСКД, испытательных стендов и физических моделей.

Г>. - Разработаны методические и информационные основы управления техническим состояние..!, состав задач, принципы и алгоритмы функционирования ЛСКД и подсистем контроля АСУ ТП электрической части станций.

6. Разработаны математический модели, пригодные для автоматизированного контроля аа определяющими параметрами и еработкой ресурса изоляции электродвигателей, трансформаторов и коммутационного ресурса выключателей.

7. Разработана обобщенная модель процесса эксплуатации, мо- • дели и методика формирования планов технического обслуживания и ремонта с учетом технического состояния алектрооборудования.

8. Реализован комплексный подход к управлению техническим состоянием электрооборудования СЭСН, включающий в себя создание информационной и технической базы для сбора данных и составления планов-графиков его технического обслуживания и ремонта с учетом технического состояния.

Практическая ценность. Создан комплекс технических средств и систем, позволяющий получать реальные эксплуатационные данные о фактической наработке, гистограммы длительностей' нагрузок и перегрузок механизмов и данные о сработке ресурса электродвигателей, трансформаторов и выключателей, о числе и длительности пусков и включений механизмов и.аппаратов, величине и времени . отключаемых выключателями рабочих токов и токоь КЗ; осуществлять защиту от перегрузки при неуспешных пусках, от биткобых и междуфазных КЗ, контролировать состояние заклиновки обмоток статора; выявлять обрывы стержней беличьей клетки ротора, контролировать состояние смазки подшипников'электродвигателей, нарушения контактных соединений е электрических машинах и аппаратах, сопротивление изоляции присоединений 6 кБ; реализовать техническое обслуживание и ремонт 30 с учетом его технического состояния.

Разработанные методы, технические средства и системы внедрены в проекты АСУ ТП электрической части Березовской ГРЭС-1 и Запором кой АЭС; в виде устройств контроля и защити в СЭСН Ивановской ТЭЦ-2 и ТЭЦ-5, Киевской ТЭЦ-6, на Рязанской ГРЭС и на _ Кашинской АЭС., где подготовлен технический регламент и установлена группа устройств регистрации редимов; в СЭСН Костромской ГРЭС и Владимирской ТЬЦ, где устанавливается и функционирует ЛСКД; на двух блоках 800 МВт Рязанской ГРЭС, на блоке 1200 МЕт Костромской ГРЭС и на- питательном насс:е £000 (¿Вт Ивановской ТЭЦ-Й в виде системы контроля электромагнитных излучений.

УО Ооюаинергоаатсштика и ОЗАП Мосэнерго выполнило ОКР на устрой та регистрации наработки, стационарных и переходных ре-

жимов. Заводом "Импульс" и экспериментально-опытным произведет- ' вом КЭИ выпущены промышленные устройства контроля. Кмсстси решение МЛЭП о выпуске устройств тираном 1000 шт. в год. Блокировка, запрещающая повторный пуск после отключения электродвигателей б кВ СЭСН с подсчетом числа включений, признана отраслевым рацпредложением.

Результаты работы используются в учебном процессе. Разработан учебно-исследовательский комплекс АСУ ТП электростанций, составлена программа специального курса "Автоматизированные системы управления в энергетике", которая утверждена Минвузом СССР в 1984 году как типовая.

По теме исследований читались заказные лекции в школе передового опыта в РЭУ Татэнерго и на всесоюзном школе-семинаре Научные и практические проблемы надежности систем энергетики", . проводимом научным советом Отделения физико-технических проблем энергетики АН СССР.

Апробация результатов работы. Основные положения работы, отдельные теоретические и экспериментальные результаты докладывались на Международных и Всесоюзных симпозиумах и конференциях, ' на отраслевых конференциях и семинарах, в том числе и на Международном симпозиуме по диагностике ¡MEK0-89 в г.Праге (198Э г.), на двусторонних Естречах СССР-ЧСФР (1988г.) и СССР-Болгария (1990 г.) в г. Суздале, на заседаниях Всесоюзного семинара АН СССР "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики" в 1982-1939 гг. , в 20 докладах на Есесоюзных конференциях, семинарах и совепригах: "Вопросы старения изоляции высоковольтного оборудования" (Тбилиси, 1983 г.), "Проектирование систем технической диагностики" (Ростов-на-Лону, 1984 г,), "Проблемы вибродиагностики машин и приборов" (Иваново, 1985 i\), "Опыт применения ерэдетв технической диагностики и контроля за состоянием электротехнического оборудования" (Суздаль, 1988 г.). "Вибродиагност.чка машин и механизмов. Методы и средства" (Запорожье, 1985 г.), "Совершенствование технической диагностики электрооборудования электростанций и предприятий электросетей" (Киев, 1980 г.), "Экономико-организационные вопросы создания и внедрения отраслевой автоматизированной системы диагностического обеспечения энергопроизводства" (Киев, 1938 г.), "Имитационный подход в системах поддержки реккний и обучения персонала энер-

голредприятий" (Киев, 19И9 г.) и др.

Диссертационная работа рассматривалась на специальном заседании Всесоюзного семинара АН СССР "Методические вопроси исследования надежности больших систем энергетики", а .ее результаты на постоянно действующем научном семинаре "Электрическая часть электростанций" НТО Гособразования СССР и ЦП БНТОЭ в МЗИ в 1990 году. '

Технические . средства и системы контроля и диагностики демонстрировались на ВДНХ СССР. Одна из разработок награждена бронзовой медалью.

Публикации. , По материалам диссертации опубликовано 98 работ, в том Ш1сле в двух монографиях и учебных пособиях, одно иа них "Основы построения АСУ ТП электрической части станций" на региональной выставке литературы, выпускаемой высшими учебными заведениями, научно-исследовательскими институтами министерств и ведомств РС'ГСР награждено дипломом, получено 36 авторских свидетельств и положительных решений о их выдаче, выпущено 16 отчетов по НИР.

Объем работы. Диссертация содержит 231 страницу основного текста, 1 £54 иллюстрации на 107* страницах, 22 таблицы на 20 страницах и перечень используемой литературы 270 наименований - на 34 страницах. Она состоит из введения, 5 глав, заключения, списка используемой литературы, 3 приложений и документов о внедрении результатов работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ

В нем раскрывается актуальность работы и ее место в проблеме повышения экспдуатационой надежности электростанций. Перечис-лямгся основные научные и инженерные задачи обеспечения высоной-работосносоОгоети оборудования. Отмечается, что это комплексная проЬлвма. успешное решение кс.'орой ааьист от научно обоснованных мероприятий в области проектирования, производства, монтажа и эксилт-лтации 50. Показано, что масштабы производства и использования методов и средств контроля и диагностики в СССР ь десят-

ки раз кеньиз, чем г. пзредсвкх странах мира. На электростанциях в СЭСН велика составляющая ущерба, наносимого внезапностью отказа и понреждештами ЭО, значительны объемы внеплановых и нередки нарушения установленных сроков продолжительности ремонтов и межремонтных циклоп, затраты на ТОиР в 3-4 раза превышают затраты на его изготовление, требуются Солее прогрессивные Форш ТОиР "по состоянии".

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ Я ЗАДАЧИ ИССЛЕД0ВЛН1Я

Надежной эксплуатации и эффективному использованию ЭО на электростанциях и н электроэнергетических системах в значительной. мере способствовало формирование самостоятельной дисцш лини" - теории надежности систем энергетики. Существенный вклад в ее. разработку внесли исследования участников Всесоюзного семинара "Методичесчдае вопросы исследования надежности больших систем энергетики" под руководством академика ¡0. Е Руденко, Результаты этих разработок изложены в значительном количестве публикаций. Однако данные о надежности электрооборудования СЭСН с позиций управления "по состоянию" отражены в них недостаточно полно. В главе приводятся результаты анализа данных эксплуатации, причин и последствий отказов электрооборудования СЭСН на ТЭС и АЭС.

Теоретической базой оценки технического состояния ЭО является рнчнитие общих вопрососв диагностики техничеосих систем. Основной вклад в это развитие внесли И. А. Биргер, Д. В. Гаскаров, 3. А: Игнатов, С. С. Кораблев, А. В. МозгЕиевский, П. П. Пархоменко, Е. С. Оогомпнян и др.

Объективная оценка ТС возможна только в результате периодического или непрерывного контроля, определения ресурса и диагностики состояния ЭО. В этом направлении модно отметить исследования И. А. Глебова, Я Б. Данилевича, Е. Б. Кулаковского, Г'. С. Кубинского, Л Г. Мамиконпнца, Г. Г. Счастливого, Н. Н. Тиходеева, В. Л. Цвет-кова, К1 М. Элькинда и др. Из зарубежных специалистов, работающих в области гюнтролп и диагностики 30, можно отметить а Олеха (Польша), Е. Гокрнбаха (1Двоция), В. Бенеша (ЧОФР), Г. Пора (Венгрия), Д.'Гильберта (Германия; и др. Решаемые ими задачи частично проанализированы и отражены в [13,20].

На АЭС-нарушения в работе по видам оборудования рапределя-

кггся в процентах следующим образом: теплотехническое 35, б, электротехническое 25,6, реакторное 14,1, СУЗ, КИП и А 24,7. Недовы- ' работка электроэнергии составляет соответственно 23,5, 27,2, 34,9 и 14,4 2.. Таким образом, 1_олее 25 процентов нарушений и недовыработки на АЗС происходит по вине электротехнического оборудования.

Результаты оценки оксплуатационной надежности ЭО и обобщение опыта эксплуатации 90 на АЭС ПОЗ ив процессе НИР более чем на 20 ТХ показывал/т, что из-за отказов 1 и П степени в работе ЭО недовыработка электроэнергии составляет значительную величину. Так, например, на НВ ASO за 16 лет она составила 1126 млн кВт. ч. Возгорание кабелей на Запорожской АЗС в 1584 г. и задержка в получении информации о пожаре привели к ущербам примерно в 1,5 млн рублей. Ъ результате пожара возникла опасность нарушения в работе системы безопасности реактора. По 3£(рубежным данным частота выхода из строя СЗСН АЗС о цеслол^йда ол-адоалоп ш.ога оонгт,л1!ог v)«il- ДЛ'ЗД» е пак caicnühci:'::: блока, j. ре бою 0,03 1/год. Число вынужденных остановов отечественных блоков ' из-за отказов оборудования СЗСН Tía ТЭО составляет 27,4 X.

Анализ причин и последствия повре.чдений электродвигателей (ЭД), трансформаторов, выключателей, ячеек КРУ и цепей постоянного тока СЭСН показывает, что износовые отказы могут наступать, например, у ЭД через 3-8 лет, а изменения режимов снижают срок' службы в 2,5-4.раза. Ллиь 10-12 % ЭД еыходят из строя вследствие естественных процессов старения и износа. Соотношение по величине недеотпуска электроэнергии от отказов 5Д 0,4 кБ по . сравнению с ЭД 6 кВ составляет 4/1. Примерно к таким же последствиям приводят и отказы элементов в цепях постоянного оперативного тока С101.

Бсв причины отказов ЭО можно разбить на случайные и обус- • ловленные. К случайным можно отнести, например, увлажнение, по- ■ падание посторонних предметов, a к обусловленным - режимы работы, условия эксплуатации, процессы старении и др. Если исключить из общ.-го числа причин число неустановленных, то процент обусловленных составит, например, у ЭД 6 кВ 33,8 Z, а у ЭД 0,4 кВ 92 X. Только несовершенством контроля и защит можно объяснить откл ш гчд ог iitperpyyoK, заклинивания'механизмов и подшипников, неполное.ны>; режимов и многократных -включений, повреждения об-мотск статора при обрыве стержней ротора и т.д.

Обьср методов и средств контроля, еашиты и диагностирований показывает, что в настоящее время ей? нет эффективных, надехнш и простых методов к средств, способных оценить техническое состояние ПО в процессе эксплуатации.

Есдькое р'зйнссбразие принципов действия, структур назначения и конструкций ЭО не позволяет, по мнению автора, создать универсальные мотоди и средства, одинаково пригодные для всех объектов. Поэтому каждый тип 30, кроме общих, требует своих особых методов и средств.

Анализом традиционных методов ТОиР установлено, что они неэффективно используют материальные и трудовые ресурсы, высоки эксплуатационные затраты, низок' коэффициент использования ЭО из.-за простоев в ремонте, не используется информация о техническом состоянии для реализации ТОиР "но состоянию".

В соответствии с этим в работе определены следующие задачи:

1. Создать методические и информационные основы и определить особенности электрооборудования СЭСН как объекта управления "по состоянию", учитывая его роль в основном технологическом процессе, специфику -эксплуатации и резервирования. Установить причинно-следственные связи дефектов, неисправностей и отказов и разработать метода их обнаружения.

Разработать модели контроля определяющих параметров, сработки ресурсе, процесса эксплуатации и оптимизации периодичное! и ремонтов с учетом данных о техническом состоянии электрооборудования.

3. Исследовать электрофизические основы, разработать функциональные схемы и создать комплекс технических средств и системы контроля, еашиты и диагностирования. Тем самым создать техническую Оаау для получения информации о техническом состоянии.

4. Разработать методику формирования плана-графика технического обслуживания и ремонта с учетом результатов контроля технического состояния элестрооборудования СЗСН.

Глава П. МЕТОДИЧЕСКИЕ' И КШОРМЛЦИОШШ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ СОСТОЯЩИМ '

В главе применительно к 30 раскрывается содержание таких понятий, как объект диагностики, функциональная и тестовая ди-

а

агностика, параметр состояния, методы диагностических иаыере- " ний, диагностический процесс, содержание и цели диагностирования, процесс управления и стратегия ТОиР "по состоянию" и др.' Вводятся определения комплексной системы контроля и диагностики, АСУ ТП электрической части станций и автоматизированной -системы контроля и диагностики, условия и режимы диагностирования, частные и обцие признаси ТС и др. Дана классификация ЭО с позиций диагностирования, методов ТОиР, систематизированы принципы и этапы разработки диагностических систем. Определены особенности ЬО СЭРН как объекта управления по 1С. Приводится классификация контроля и диагностирования ЭО по месту и условиям, средствам, методам и задачам диагностирования во времени. Методы и средства ТД конкретизированы в зависимости от характера функционирования, роли ЭО в технологическом процессе, условий эксплуатации, природы контролируемых параметров, процедуры диагностирования и т. д.

Разработка систем контроля и диагностики разбита на 1У этапа: экспериментальные исследования конкретных обгектов и . диагностических процедур; создание и испытание математических моделей; процедуру диагностирований и этап разработки техни- ■ ческих средств. Рассмотрены методические вопросы, связанные с реализацией отмеченных этапов. Исходя из оценки погрешностей определения ТС показано, что чем больше коэффициент чувстви- • телвноети для контролируемого параметра, тем меньше его доля в оощей погрешности диагностирования. Кз этого следует, что нужно выбирать те контролируемые параметры, которые можно точнее измерить, и те, которые наиболее чувствительны к техническому состоянию.

Предложен принцип назначения частоты диагностирования, учитываю®«! суцесгьенное изменение контролируемых параметров, обусловленных регсятиом процесса старения или износа, опыт эксплуатации и затраты на внедрение диагностики, на ремонт и ущерб от простоя контролируемого оборудования в ремонте.

При списании экономических аспектов внедрения диагностики отмечается, что с ростам с[-гл мукой 5С допускаются большие затраты на диагностику. Допустимые затраты тем болыш, чем Ои.:^'^ соотношение затрат на устранение отказа по сравнению с раехидаки на Тип;'. Уго означает, что ТД важнее для 50, у кото-

poro изменение наработки или ТО аа рамное периоды эксплуатации т«»ст больший разброс, что надо уделять внимание и нахозд'лшю предельных значений критериев ТС. В атом плане важен ангины воадейстгую'диу: в эксплуатации факторов и режимов, так как. с его помогли можно точнее определить границы использования, допустимые шгруоки, сроки замены узлов и т. д.

Для еУбора катодов контроля и диагностики предложен алгоритм, учитывающий влияние эо на аварийность, нарушение ТП. характер изменения его потока отказов во времени, возможности прогнозирования ТС к т. д. Выделяется 3 ¡масса значимости ЭО. К первому, более высокому классу, относится ЭО. непосредственно влияющее на безопасность и аваркивиеть СЭСН. Ко второму - ЭО, отказ которого не приводит к аварийным ситуациям, не требуем :я Функциональное резервирование ч ЭО, которое мож?т работать до плмоиого гыйо/д в ремонт. К третьему классу относится ЭО, отказ которого не приводит к аварийным ситуациям во время эксплуатации или уиррбу.

При синтезе причинно-следственных срязей дефектов ЭО СЭСН по конструктивны« узлам и возможных методов -их обнаружения [4,5,11] выделены общие и частные признаки, присущие только данному тину го. Особенность причинно-следственных связей в том, что окп носят опксптелышй характер: признаки, последствия, мнения специалистов и т.д. Дли выявления количественных связей медчу де^кгами, типами и параметрами ЭО, его режимами и ТС в качестве инструмента предложено использовать метод анализа. применяемый в социально-экономических исследованиях.

Рассмотрена методика определения диагностических триметров для оценки и прогнозирования состояния и представление параметров ЭО детерминированным и случайным процессом. В первом случае для определения параметров используется теория чувствительности, а в качестве диагностической модели - линейный направленный граф с узлами í хj 1, j = 1,п и ветвями с операторами <Ы>; i я I.V. Каждый узел графа отображает один из параметров, а вэтнь причишга-сдедетсеннуя снизь. Задача сценки ТС сводится к определению или проверке этих операторов по минимальной совокупности нарам-.-¿ров.

. При гыборо диагностических параметров для прогнозирования ТО рассмотрено дна подхода. В основе первого лежит достовер-

ноеть контроля. Для этого все имеющиеся параметры упорядочиваются по степени влияния на результирующую достоверность. Затем из этой совокупности отбираится наиболее значимые параметры, обеспечивающие заданную достоверность. В основе второго подхода лежит физический смысл и реальная возможность текущего контроля параметров, несущих информацию с ТС [53. В начальный период разработки, ввиду отсутствия ш.формации, в первом подходе сначала Еыбраны параметры, и для них организован сбор и обработка. При втором подходе возможные параметры разбивают на существенные и несущественные. Существенные параметры выявляют по характеру их изменений. Например, если параметр за границы допуска выходит скачком или имеет характер "белого шума", то экстраполяция такого изменения параметра будет неэффективной, и на основе дополнительно анализа 50 выбирают другие контролируемые параметры,

При представлений диагностических параметров случайным процессом ухудшение ТС между к-тым и (к+П-ым оценками находится аппроксимацией значений параметров рядом Тейлора, оставляя два члена и I, к (и = а I , к + Ь I . Ко&ффициепты аппроксимации а1,1с; Ы,«и степень ухудшения контролируемого параметра находятся методом скользящего среднего.

¡измерить все необходимые параметры практически ■ невозможно, следовательно контроль ТС ведется в условиях неопределен-, ности. При проведении контроля с учетом предшествующих вероятностей появления тех или иных дефектов и вероятностных значений результатов предыдущих изменений параметра последний становится в некоторой степени адаптивным и точность диагноза будет увеличиваться с ростом числа объектов контроля.

Раскрывается один из подходов к диагностированию 30, основанный на накоплении данных о его режимах работы, дефектах, об операциях ТОи? и выявлении зависимостей последних от эксплуатационных бездействий. Ьажлым этапом такого подхода яеля-ется формирование необходимой информационной базы и создание сс.отьетствуш".х технических средств.

Глава Ш. ДКЛГНОСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СЭСН ' И МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ "ПО СОСТОЯНИСГ'

В главе о позиций системного подхода к диагностированию ЭО СЭСН (рис.1) описываются модели оценки и прогнозирования остаточного ресурса электродвигателей, трансформаторов, выключателей, а такжн модели периодичности ТОиР с учетом технического состояния и статистической информации о дефектах и отка-эах.

Недостаточная глубина диагностирования трансформаторов, электродвигателей, выключателей делает целесообразным организацию контроля сработки их ресурса в процессе эксплуатации. При .фиксации изменений нагрузок, числа включений, режимов .1 т. д. ресурс определяется как относительная величина, показывающая во сколько раз он изменился по сравнению с исходным при непрерывном контроле определяющих параметров.

Разработаны модели сработки ресурса изоляции обмоток статора асинхронных ЭД Б кВ. Они включает в себя статистическую модель оценки, прогнозирования и диагностики состояния крепления обмотки статора: модель сработки ресурса от действия температуры в стационарных режимах и пуске при непрерывном контроле тога статора, числа и длительности пусков; модель сработки ресурса от действия гибрации на основе косвенного и прямого вибрационного контроля и комплекса воздействующих факторов.

В длительном режиме определение сработки ресурса изоляции основано на изменении скорости химических реакций в зависимости от температуры. Эта составлявшая модели определяется законом Ван-Гоффа-Аррениуса о скорости реакции в зависимости от температуры и параметра, характеризующего состояние изоляции, например, пробивным напряжением и наличием функциональной свяли температуры обмотки статора с величиной тога статора в стационарных режимах.

В пусковых режимах, особенно при повторных и затяжных пусках, изоляция подвергается воздействию термоударов. Для оценки рэсурса изоляции в т;.1ких реяимах проведены специальные экспериментальные исследования, в ходе которых определялась 'А'Ата'ли.7Д'лг*л\1 к&ыялк/м "."'Л •кяда'ЮТъ'Л'л "¡■г'Атау/гг/тч.

За критерий интенсивности разрушения была принята потеря веса

ТЗ

изоляции, определяемая с помощью дериватографа. Установлено, — что наиболее интенсивно разрушение начинается с 300-350 '- С. 1 Полученные экспериментальные зависимости электрической прочности изоляции от времени воздействия температур, обработанные по методу линейной регрессии хорошо аппроксимируются выражением Е«. = 40 ь4 + .К9 , где Е - электрическая прочность, К-коэффициент, учитывающий продолжительность воздействия, который в сбою очередь зависит от длительности теплового воздействия I К = -0,0349 + 0,149/1 , где & - воздействующая температура. Приводится алгоритм сработки ресурса изоляции в пусковых режимах.

Оценка сработки ресурса от действия механических воздействий, основанная на косвенном учете вибрации по числу и длительности пусков и последующем суммировании результатов с расходом ресурса от действия температуры, упрощает техническую реализацию контроля', но имеет большую погрешность. Последняя соуслозлена отсутствием учета реального состояния з&клиновки, дискретностью регистрации длительности пусков, наличием апериодической составлявшей и др.

Для более точного контроля за ¿работкой ресурса от механических факторов по согласованию с заводом-изготовителем организуется прямой контроль вибрации обмоток статора. Описан принцип регистрации и дана математическая интерпретация оценки ресурса от воздействия вибрации в пусковых ремшах. В его основе лежит глроксимацид переходного процесса вибрации, фиксация максимальном апериодической л установившейся вибрации и длительности пуска.

Гработка ресурса от комплекса воздействующих факторов N определяется в соответствии с кинетической теорией прочности путем суммирования накапливаемых в изоляции повреждений.

В качестве модели сработки ресурса изоляции ОД 0,4 кВ используется модель, полученная на основе ресурсных испытаний, проведенных заводами-изготовителями методами факторного экспе-. римента в гиде К = К; Ь,; , где 1.1 - коэффициенты регрессии, значения кото1ЫХ ■ леллт в интервал"; ЬО-СОО и зависят от серии ЭД и технологии изготовления,, а 0 - воздействующие факторы (температура ебмэтки, число пусков, относительная влажнее гь и т.д.), а г. - число контролируемых параметров.

Учитывая больаую чувствительность ресурса к значениям некоторых коэффициентов, алгоритм контроля корректируется по мере накопления статистического материала в процессе эксплуага-' ции.

Ресурс: трансформаторов определяется тепловым и механическим ресурсом, ресурсом определяемым диэлектрической прочностью и ресурсом конструктивных узлов (вводов, системы охлаждения и т.д.). Основной составляющей сработки ресурса является тепло-рое старение изоляции, а главным фактором температура наиболее нагретой точки обмотки.

Оценка сработки коммутационного ресурса выключателей определяется реально отключаемыми значениями тока и временем горения дуги. При этом считается, что термсмеханический изн с несколько ниже, чем сработла ресурса, обусловленная дуговой эрозией. Поэтому определяющей считается последняя. Остаточный ресурс контактной системы и дугогасителъюй камеры выключателей ОЗСН определяется выражением N - 1 -Z пц ■ t'% , где rij - общее число коммутации токов в интервалах 0,5 - 1,0 Ь ; 0,3 - 0,5 Iо ; 1 ном - 1 раб ; 0 - 1 раб, ti* = tm / t^ отно-' щенке максимально возможного времени горения дуги к регистрируемому техническими средствами фактическому времени.

Общая концептуальная модель процесса эксплуатации ЭО СЭСН (рис..") дана в ь.:дн графа, вершины которого соответствуют состояниям аксплуагацни, а дуги интенсивностям перехода из одного состоякия в другое, а именно: Si - нормальная эксплуатация 30, 32 - нахождение 30 в ремонте совместно с энергоблоком; 35 -нахождение 30 в режиме контроля и диагностики с отключением 30; S 4 - нахождение ЭО в резерве при работе энергоблока; хранение 30 после капитального ремонта или ожидание монтажа после получения нового; S s - нахождение 30 в плановом ремонте и т. д. ; cd ( t), Г ( t.), G (t), V ( t.), X ( t), JJ ( t), ц ( t), JL ( t), Ъ> (t),jlt (L), S (t) - интенсивности перехода 30 из состояния S L в другое состояние Sj определяется как J-i.j « 1/ ,

где t ij - время находцения ЭО в состоянии 3 ; , иа которого 30 переходит в Sjсостояние. Среднее значение интенсивности того или иного перехода определяется по известным его значениям и их дисперсии,

Для практической реализации модели разработан формуляр 15

Птк. Ппу и Птор - подсистемы контроля и диагкостики. програм-' много управления, технического обслуживания и ремонта; Цу -цепь управления; Пр. Пк. Пв и Пс - параметры режима, контроля, восстановления работоспособности и неконтролируемые и случайные возмущения Тед и Теп - действительное и прогнозируемое ТС; Вв и Во - воздействия на восстановление работоспособности и локализацию неисправностей и отказов.

Рис. 1. Функциональная схема процесса эксплуатации 30 "по состоянию".

Рис. 2. Граф изменений состояний 30 в процессе эксплуатации

Тб

учета ТО и составлена карта перехора ЭО на одного состояния в другое. Он необходим для организации контрольной эксплуатации 30 по ТС. Получены выражения в виде системы дифференциальных уравнений. позволяющие определит:, вероятности пребывания 30 в перечисленных состояниях в процессе эксплуатации.

На основе оОцеЯ формулировки задачи разработаны модели оптимизации периодичности ТОиР применительно к электрооборудованию СЭТ-Н с учетом его ТС и статистической информации об отказах и дефектах. За критерий оптимизации в них принят минимум средних удельных затрат на жсплуатацк'з 30 за рассматриваемый период Т. Полученная обобщенная модель ТОиР электрооборудования СЭСН имеет вид ' р._. г(т) = г,(Т) + га(т)= гг4Ш+ + [.Хьт2 -Ль-п зп, где гКТ) - затраты на ТОиР, диагностирование и предупредительный ремонт с учетом вероятности Г , что по результатам диагностирования ремонт не назначается; 2^(1) - затраты, обусловленные отказами и повреждениями 30 по двум группам. Первая группа причин определяет Оазисную удельную повреждаемость Хб . Она относительно постоянна и определяется статистическимп расчетами. Вторая группа причин представляет переменную составля-паую удельной повреждаемости X и, обусловленную внезапными отказами. Общая величина удельной повреждаемости X = А? + Я п. Реализация страте! ии ремонтов с контролем ТС предполагает изменение межремонтного периода в широком диапазоне. Поэтому значение удельной повреждаемости уточняется в зависимости от времени, прошедшего после последующего ремонта, согласно зависимости X - Аг- тг.

Соотношение ЗтР(Т) • Т*' определяет средние удельные затраты на проведение ТО и ТД; ЗгР(Т)-Т~- средние удельные затраты на проведение текущих ремонтов, Зп'А - средние удельные затраты на проведении послеаварийных ремонтов, а Р(Т) - эксплуатационная вероятность безотказной работы, также корректируемая по результатам ТД.

С использованием обобщенной модели получены модели промежуточные 'стратегий ТОиР с учетом и без учета оценки ТС, с учетом только внезапных и постепенных отказов или тех и других одновременно, .или когда оценка ТС учитывается только при про-

ведении ремонтов, или обслуживания тех и других работ вместе. Получены ¡выражения для практического расчета оптимального межремонтного периода с учетом базисной удельной повреждаемости средних затрат и результатов оценки ТС. Сроки и объемы технического обслуживания и текучего ремонта корректируются с учетом ТС, периодичность же капитальных ремонтов 30 принимается равной периодичности проведения капитальных ремонтов основных агрегатов станции ( котлов, турбин, генераторов). Рассмотрены алгоритмы ьыбора оптимальных стратегий ТОиР, планирования ТС и текущих ремонтов с учетом ТО оборудования.

Глава 1У. аЛЕКТРОФЖЗИЧЕСКИЗ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ КОЕЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ, ЗАЩ1ТЦ И ДИАГНОСТИКИ

Глава посвящена исследованию электрофизических процессов, предшествующих или Сопутствующих появлению и развитию отказов 50 на ранней стадии их возникновения, и созданию на их основе новых принципов и технических средств защиты, контроля и диагностирования.

Выполнен теоретический анализ процессов, происходящих в роторе КЗ асинхронного ЭД, оценено влияние размеров повреждений 'на токи п роторе, на составляющие моментов, потери мощное-, ти и др. •

Определены параметры и зависимости, характеризующие состояние ротора: частота вращения, скольжение, вибрация корпуса и ротора, величина и спектр магнитного поля статора и потока вдоль периметра ротора, изменения в токе статора и др. Оценена чувствительность этих параметров и диапазон изменения. Наиболее чувствительным интегральным параметром, характеризующим число оборванных стержней, является скольжение. Однако его использование затрудняется нелинейной связь« с нагр>узкой с изменениями напряжения в сети и др. факторами.

По экономическим соображениям, длительная работа ЭД с-числом обо[ ванных стержней т при общем числе стержней т допускается для уже ькльченногс механизма при т. Ли $ 0,05. При наличии хотя бы одного оборванного стержня в ряде конструкций иД, гуски долины запрещаться, чтобы исключить повреждения об-

мотки статора оборванным стержнем. Тткие включения допустимы при наличии разработанной каханичсст \ защиты.

Еыявлэн и описан механизм разрушения стеркней беличьей клетки ротора. При повре^онка одного стержня изменение потерь в роторе в целом незначительно. Однако потери в соседних стер.чиях, близких к поврежденному, могут отличаться существенно. При большом числе поврежденных стержней потери могут достигать двухкратного значения. Это приводит к резкому перепаду температур между соседними стержнями при пуске, к существенному различию в относительном удликении стержней и к повреждению соседних стержней и ротора в целом.

Результирующий ток статора определяется суммой двух векторов: 1м, вращающегося с нормальной угловой скоростью о5 и I аа , вращшцегося относительно вектора I л I с угловой скоростью скольжения с^л .

Вращаюший момент вблизи 3 - 0,5 имеет всплески - положительный при 3 > 0,5 и отрицательный при 5 < 0,5. Пульсирующая составляющая момента обуславливается наличием тока Iг . Перечисленные признаки можно использовать длл выявления повреаден-ных стержней.

Теоретический анализ и экспериментальные исследования на электродвигателях СЭСН показали, что фазные токи статора при пуске в общем случае имеют три составляющие: основную, с частотой сети, величина которой уменьшается по мере разгона ЭД, апериодическую, зависящую от начальной фазы включения, и составляющую низкой частоты, возникающую только при успешном пуске ЭД и обусловленную взаимодействием потокосцеплений обмоток статора с разворачивающимся ротором. Таким образом, отсутствие составляющей низкой частоты может служить диагностическим признаком неуспешности пуска в начальной стадии процесса. Описаны электромагнитные процессы, происходящие при пуске в ЭД, показана' возможность и преимущества ¿использования данного признака для практической его реализации.

Для создания более совершенной защиты, оценки состояния коммутации ЩКА, раннего выявления обрыва стержней КЗ ротора асинхронного ЭД, обрыва элементарных гроводников в обмотках крупных электрических машин и нарушений контактных соединений рассмотрены электрофизические процессы, возникающие при разра-

ве токоведущей части ЭО с током. При этом развитие дугового процесса рассматривается с позиций теории кавитации и аэродинамики. Вскрывается механизм разрушения и образования импульсов электромагнитного излучения в процессе разрушения проводника с током. Выдвигается гипотеза о тем, что основная причина возникновения импульсов - разрыв кавитационного парогазового пузыря в закипающей жидкости материма проводника, являющегося объемным резонатором, который экранируется до всплытия пузыря самим материалом. Определены выражения, позволяющие рассчитать резонансную длину волны пк;'а магнитного поля Н , потери энергии в стенках резонатора ?ос и в заполняющем резонатор диэлектрике РСЛ , а также добротность Q сферического резонатора, образованного парогазовым пузырем. Исследцвшшя подтверждают возможность использования ВЧ сигналов в качестве диагностического признака дефектов, сопровождающихся дугой при разрыве проводника с током.

Выполнены специальные экспериментальные исследования по определению ВЧ АХЧ электрических.машин. Такие исследования были проведены на ЭД типа АТД-4000, на ТГ 800 и 1200 МВт. Они показали, что резонансные частоты на АЧХ в интервале'20 кГц -3,0 МГц каэдой машины сугубо индивидуальны. Показана целесообразность организации текущего контроля электромагнитных излучений. Исследована величина падения напряжения отрицатзльного U - и положительного U + полюсов и уровень контактных потерь. Показана возможность использования интенсивности искрения и величины переходного падения напряжения в скользящем контакте в качестве диагностического параметра состояния коммутации.

Для выявления витковых КЗ и защиты от них в электродвигателях, трансформаторах, реакторах и других аппаратах предложен и исследован диагностический признак - наличие или отсутствие ампервитков нулевой последовательности. Последние выявляются суммированием намагничивающих сил контролируемой обмотки с помощью дополнительного замкнутого магнитопроведа, охватывающего все ее витки. Применительно к ЭД определены ре-гультп. уюцие намагничивающие силы в ;;эгулнитолыюм магнитопроводе при внешних и внутренних замыканиях яомлв, в ра&гу"" точках фазной обмотки, при витковых За... одной фнзч, охватывающих две

и более секций и оттлвичегил' чреде к.'/« оудоз катушечной группы, при внутренних междуфаэшх ; ..1 с охватим различного числа витков. На-ример, при витковом замывании, ограниченном пределами одной катушечной груг.гл, внутри которой направление намотки всех витков одинаково, относительно дополнительного маг-нитопровода, результирующая намагничивающая сила определяется выражением ЗР -=32: и , где V - число витков в фазной обмотке, Ц - емкостный ток в 1-м витке обмотки статора, п -число замкнувшихся витков.

Оценка чувствительности данного диагностического признака при разных видах повреддепий показала ее превышение в десятки раз по сравнению с внешними повреждениями и возможными небалансами. Тем самым доказывается, что предложенный диагностический признак для выявления и реализации защиты от витковых КЗ имеет очевидные преимущества.

Исследован метод контроля электропроводности, основанный на аналогии состава, свойств и характеристик изоляционных и' смазочных масел. Показано, что изменение удельного сопротивления смазочных масел с увеличением наработки хороио коррелирует со степенью износа его узлов и состоянием смазки.

Важной частью оценки ТС ЭО С5СИ является непрерывный контроль сопротивления изоляции присоединений. Разработаны основные положения контроля сопротивления изоляции под рабочим напряжением путем наложения на сеть 6 кВ тестового постоянного напряжения и контроля тока утечки через активное сопротивление изоляции. Организация данного контроля приобретает качественного новое свойство - способность выявлять зарождающиеся дефекты и осуществлять количественную оценку состояния изоляции в условиях эксплуатации под напряжением. Разработаны принципы реализации селективного контроля присоединений СЭСН.

Исследованы переходные процессы в присоединениях сети постоянного тока при линейном изменении напряжения полюса относительно земли с помощью генератора. Показано, что при таком изменении напряжения полюса сети, дифференцируя токи в присоединениях, ыожно контролировать сопротивление изоляции в цепях постоянного тока

Глава У. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ.. ЗАШИТЫ И ДИАГНОСТИКИ

Основные отличительные особенности разработанных устройств, комплексов и датчиков автоматизированных систем контроля и диагностики, гацииргч'-'х авторскими свидетельствами на изобретения и внедренных в опытно-промыменную эксплуатацию на ТЭС и АЭС, состоят в том, что они направлены на сбор эксплуатационных данных о реальных режимах работы 30, на прогнозирование и раннее выявление дефектов и неисправностей в его узлах, а также на быструю локализацию возникших повреждений в 30 в случае их развития за пределы данной конструктивной единицы.

функциональные схемы технических средств в соответствии с причинно-следственными связями возникновения дефектов 30 и их развитием до отказа условно делятся на четыре группы:

- устройства контроля и регистрации режимов, теку; .ах параметров и сработки ресурса для прогнозирования ТС и организации ТОиР "по состоянию" трансформаторов, электрических машин (включая их изоляцию, подшипники и масло) и высоковольтных выключателей;

- устройства, реагирующие на отклонение контролируемых параметров и на требующие немедленного отключения ^0. К ним относятся устройства контроля сопротивления изоляции сетей переменного и постоянного тока, щеточко-контактного аппарата системы возбуждения генераторов и синхронных ЭД, выявления обрыва стержней КЗ роторов асинхронных ЗД;

- устройства, действующие в начальной стадии развивающегося отказа. Они действуют на отключение ЭО с минимальным временем или на запрет или неоправданное вмешательство обслуживающего персонала в работу 30. Среди них, в первую очередь, М"'--но выделить защиту электрических машин, трансформаторов и реакторов от витковых и междуфазных КЗ, специальную блокировку, ющую повторное включение ЭД после отключения гащитой, защиту ЭД от перегрузки при неуспешных пусках;

- устройства, локализующие аварийную си/уацив, ¿ушедшую за пределы контролируемого ЭО. Сюда относятся устройства выделения СЭСН и АЧР по снижении частоты и ее скор'сти, защиту минимального напряжения,' обесп.чинящую усло"ч;: самозапуска ЭД в

СЭСН, устройства отключения ¡1 ра?г:г • -ч «а заданную мощность.

Приведены основные функциональные особенности устройств и ислользу,мые электрофизические процессы в объекте контроля.

Разработанные средства «..¡.¡¿^ены ь Еиде промышленной партии и внедрены в опытно-прокышленную эксплуатацию в СЭСН ТЭЦ, ГРЭС и АЭС. Такая эксплуатация позволила получить уникальные данные о режимах, оценить статистические и интегральные эксплуатационные характеристики, с большим обоснованием сформулировать требования заводам-изготовителям электрооборудования. Приводятся результаты работы устройств и систем.

Установлена корреляционная связь между наработкой, числом пусков и удельной повреждаемостью электродвигателей, которая начинает расти через 350-400 пусков. Фактическая наработка электродвигателей составляет 16-40 X календарного времени, при этом ряд механизмов работал с перегрузкой от 3 до 40 7. и с номинальной нагрузкой от 40 до 90 X. времени. Сработка ресурса наступает в среднем через С.8 года. Число пусков ПСУ достигает БООО в месяц и 20000 в год. Число включений разных механизмов даже одного технологического назначения различается в 2-3 раза. Технические данные ряда электродвигателей не соответствуют реальным условиям эксплуатации. Выявлены многократные, затяжные и неоправданные пуски с указанием даты и лица, нарушившего ПТЭ. Последние по отдельным механизмам достигали ЗСО включений в год.

Эксплуатация системы непрерывного индивидуального контроля сопротивления изоляции присоединений 6 кВ показала, что на частоте 1 Гц сопротивление ЭД насосов в нормальных условиях составляет величину поряд1са 2,5 МОм. Наблюдаются кратковременные снижения сопротивления изоляции до 0,3 Юм. В результате контроля сопротивления изоляции было выявлено внезапное ее увлажнение и предотвращен отказ группы ЭД.

Эксплуатация системы контроля электромагнитных излучений • дала большой статистическим материал, 0показала увеличение уровня излучения с уменьшением нагрузки и снижение примсфно в 2 раза интенсивности разрядных процессов в обмотке статора после капитального ремонта.

Создана автоматизированная система контроля и диагностики ЭО СЭОН. Разработка АСКД включает в себя ряд технологических

задач, алгоритмы и их.приоритет, информационное, программное и техническое обеспечения, оригинальную разработку устройства связи с обтлктом, обеспечивающего рестарт программного и информационного обеспечений при сбоях ПЭВМ, хранение нормативно-справочной информации и информации о состоянии объекта контроля независимо от режима ПЭВМ

Разработан автоматизированный учебно-исследовательский комплекс АСУ ТП электрической части станций (АУИК).' АУИК как программно-технический комплекс построен на базе микро-ЭВМ, датчиков, каналов связи и аппаратуры телемеханики. Он предназначен для проведения учебных и научных исследований и комплексных испытаний технического, информационного и программного обеспечения в диалоговом режше с автоматическим отображением информации на печать и экран дисплея. Разработка АУКК включает в себя информационное, программное и техническое обеспечения.

Разработана концепция и определен комплекс технологических задач контроля и диагностики электрооборудования СЭСН в составе АСУ ТП электрической части станций. Описана реализация задач контроля на станционном или на вычислительном комплексе блочной подсистемы, которые внедрены в проекты математического обеспечения АСУ TII ГРЭС и АЭС. Дается содержательное описание технологических задач, их функциональная и информационная увязка с другими задачами АСУ ТП

Раскрыта методика формирования графика ТОиР "по состоянию" ЭО СЗСН. Согласно этой методике для описания стратегии ТОиР группы ЭО используется матрица Y - ||Kj . Строки матрицы соответствуют номерам ЭО в j-й группе ЭО, каждая их них содержит i единиц ЭО одного технологического назначения (ДВ, Д, ПЭН, КЭН и др.), а также S столбцов, соответствующих состояниям процесса эксплуатации (ремонт, резерв, работа и т.д.). Столбцы матрицы Y названы векторами управления состояниями процесса эксплуатации. Элементами матрицы являются логические значения: 1 - если ЭО находится в состоянии S или 0 - если ЭО в этом состоянии не находится.

Стратегия ТОиР, в ко торс Á каждое ЭО находится в состоянии (ремонт, резерв или работа), соответствующем рекомендациям, сформированным по результатам диагностирования, названа опорной стратегией. В процессе эксплуатации опорная стратегия ав-

томатически формируется по данным дк-.гйоег„зания в виде со-" ответствующей матицы. Матрица реальней и.ратегии ТОиР, отличающейся от опорной У, , находится по условию Ур — Шу0 . где Шуе - штрафная функция, учитывающая отклонения от матрицы опорной стратегии, вызванные ограничениями на численность ремонтного персонала Ьр, отклонениями эксплуатационной вероятности безотказной работы от допустимой или заданной, значения показателя приоритета на очередность выполнения ТОиР, технологические ограничения на число единиц ЭО ^-й группы ЭО, которое одновременно может находиться в работе или в резерве, и другие условия.

Количественно приоритет на ТОиР находится по результатам оценки ТС по формуле ГЦ - Р; 1?1 . где - комплексный определяющий параметр ТС, например, величина сработки ресурса, фактическая наработка и т.д. 1-й единицы ЭО, а Р; - вероятность отказа.

Методика ориентирована на реализацию задач на ЗЕМ в пакетном режиме или в составе комплекса задач асу "Ремонт" станционного уровня. В информационном плане методика базируется на разработанный комплекс технических средств и АСКД.

Общая структура интегрированной автоматизированной системы контроля и управления техническим состоянием электрооборудования СЭСН показана на рис. 3.

основные вывода и результаты работы

Выполненные в диссертации исследования можно рассматривать как решение научной проблемы создания методов и средств управления техническим состоянием и диагностики электрооборудования собственных нужд электростанций, направленной на обеспечение безопасности, повышение надежности и экономичности его

о

эксплуатации и имеющей важное народнохозяйственное значение.

Диссертация основывается на результатах НИР, выполненных под руководством и при непосредственном участии автора по заказам предприятий Минэнерго и Минатомэнергопрома СССР, научно- исследовательских организаций и непосредственно по отраслевым, республиканским и межведомственным координационным планам

развития диагностического обеспечения электрооборудования ТЭС и АЭС. Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. Разработаны методические и информационные основы управления техническим состоянием электрооборудования, включающие в себя четыре аспекта: экспериментальные исследования реальных объектов, создание и испытание моделей, процедуры контроля и разработки технических средств. Определены условия выбора контролируемых параметров и назначения частоты контроля, исходя из характера их изменения, опыта эксплуатации, затрат на средства контроля, на ремонт и ущерба от дефектов и отказов контролируемых узлов, перспективные методы их обнаружения и предложен алгоритм их выбора, учитывающий влияние оборудования на безопасность и аварийность СЭСН, резервирование механизмов, изменение потока отказов во времени. Данные положения позволяют рассматривать в комплексе процессы контроля, защит; и диагностирования электрооборудования с основным технологическим процессом станции и повышают обоснованность принимаемых решений при создании средств контроля и эксплуатации электробору-дования.

2. Разработаны модели статистической оценки, прогнозирования и диагностирования состояния.крепления обмотки статора; сработки ресурса от температурных воздействий в стационарных режимах и режимах пуска при непрерывном контроле тока статора, числа и длительности пусков; сработки ресурса от воздействий вибрации на основе косвенного и прямого ее контроля и комплекса воздействующих (¡акторов асинхронных двигателей б кВ. Уточнены модели для реализации атоыатизированного контроля за сра-боткой ресурса изоляции электродвигателей 0,4 кВ, трансформаторов и коммутационного ресурса выключателей 6 кВ. Полученные модели позволяют более качественно и достоверно, чем ранее применявшиеся, контролировать процессы сработки ресурса и развития дефектов эксплуатируемого оборудования.

3. Теоретически и экспериментально исследованы электрофизические процессы при разрушении стердней КЗ асинхронна.о двигателя, при успешном и неутешном его пуске, при разрыве токо-недуи'рй части с током, соппововдавдемоя образ' шюм импульсов электромагнитного излучени».. при витковых КЗ в электродвигате-

лях, процссзц вп-снчсь^йггв л характ«^хсткк смазки при износе подшипников, при воздеЛ-'Твии на изоляцию статора электродвигателя термоударов. Данине исследования позволяют выявлять дефекты и ¡и-иеправнос::; ка рс.:шей стадии их развития и значительно упростить реализацию технических средств.

4. Разработаны новые принципы построения и структурные схемы аппаратуры эксплуатационного контроля, защиты и диагностирования электрооборудования СЭИЪ

- устройства контроля и регистрации текущих параметров и сработки ресурса для прогнозирования технического состояния трансформаторов, электрических машин (включая их изоляцию, подшипники и масло) и высоковольтных выключателей;

- устройства контроля сопротивления изоляции присоединений б кВ и постоянного оперативного тока, щеточно-контактного аппарата, выявления обрыва стержней КЗ роторов асинхронных двигателей;

- защиту электродвигателей, трансформаторов и реакторов от ьитковых и междуфаьных 1а и от перегрузки при неуспешных пусках;

- устройства выделения СЗСН и АЧР по снижению 'стоты и ее скорости, защиту минимального напряжения, отключения и разгрузки на заданную мощность.

5. Разработано информационное, программное и техническое обеспечения автоматизированной системы контроля и диагностики электрооборудозЕ.ния СЗСН на базе микро-ЭВМ.

6. С помощью разработанных и эксплуатруемых средств и систем контроля, защиты и диагностирования получены оригинальные данные о реальных режимах работы, сработке ресурса, виявлен на ранней стадии ряд дефектов и неисправностей. Эти Дак-.ые предоставляют ценность для эксплуатации, при проектировании электростанций и для заводов-изготовителей электрсобору- ' дования. .

7. Разработала обобщенная модель процесса эксплуатации, модели конкурирующих стратегии, методика формирования планов технического обслуживания и ремонта с учетом технического состояния электрооборудования. К-одели л методы ориентированы на их реализации в ЛСУ "Ремонт" 'станционного уровня. Созданные модели и методы позволяют повысить точность и объективность плани-

рования ремонтных работ, эксплуатационную надежность, безопасность и эффективность использования оборудования.

' Документы об использовании и внедрении результатов диссертационной работы в проектных организациях, в собственных нувдах ТЭЦ, ГРЭС и АЭС и электроэнергетических системах представлены в приложении. Подтвержденный ожидаемый и реальный экономический эффект от их внедрения составляет более 1 млн. рублей.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ДИССЕРТАЦИИ Книги:

1. Режимная управляемость систем энергетики /Л. А. Кощеев, КХНРуденко, Е. Р. Ставровский и др. - Новосибирск: Наука. Сиб.отд-ние, 1088. - 234 с.

2. Методы и модели исследования живучести систем энергетики /Г. Н. Антонов, Г. Н Черкесов, Л Д. Криворуцкий и др. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990. - 225с.

3. Савельев В. А. АСУ и оптимизация режимов электрических станций: Учеб. пособие / Иван, энерг. ин-т им. Е И. Ленина. - Шаново: ИвГУ, 1981. - 83 с.

4. Савельев Е А. Основы построения АСУ ТП электрической части станций: Учеб. пособие / Иван, энерг. ин-т им. Е И. Ленина. * - Иваново: ИвГУ, 1982. - 151 с.

Статьи:

0. Савельев В. А. Система сбора и обработки информации для контроля за техническим состоянием машин // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. - Кишинев: Шгиинца, 1984. - Вып. 29. - С. 151-157.

б._ Виброакустическая диагностик высоковольтного электротехнического оборудования и аппаратов. А. Б. Колобов В. М. Баранов, С. С. Кораблев и др. // Системы управления и контроля высоко-

вольтных электрических атармтов: Тез. докл. второй Бсесока. науч.-техн. конф. - М. ; ВЭИ, 1984. - С. 15-18.

7. Кораблев С. С., Колобоа а. 3.. Савельев Е А. Метод вибрационного контроля и прогнозирования : '' ты электродвигателей // Всесоюзный научный семинар "Проблемы вибродиагностики машин и приборов". - № , 1985. - С. 134-135.

8. Савельев Е А. , Бурыкин Я В. Исследования зашиты электродвигателя от нитковнх замыканий // Изв. вузов. Электромеханика. -1985. - N7. - С. 88-93.

9. Бережанский В. Б. , Ковязин Л. а , Савельев В. А. Радиочастот-, ный контроль электромагнитных излучений генераторов // Опыт применения средств технической диагностики и контроля за состоянием электроэнергетического 'оборудования: // Тез. докл. Всесоюзного науч -техн. семинара. - Иваново, 1986. - С. 32-33.

10. Савельев В. А. Влияние отказов электрооборудования системы собственных нужд на эксплуатационную надежность и безопасность АЭС // Вопросы обеспечения безопасности современных систем энергетики. - Воронеж, ВШ, 1986. - С. 121-128.

11. Савельев В. А., Назаричев А. Е Состав нормируемых показателей при автоматической оценке технического состояния электротехнического оборудования // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. - Новосибирск: Наука, 1385. - Вып. 31. - С. 161-166.

12. Гюлобов А. В., Кораблев С. С. , Рассказчиков А. В. , Савельев В. А. Прогнозирование ресурса обмотки статора электродвигателей на основе вибрационного контроля. Динамика и идентификация механических систем: Межвуз. сб. научн. тр. Иван, энерг. ин-т им. В. И. Ленина - Иваново, 19£С. - С. 52-58.

13. Савельев В. А. Всесоюзный научно-технический семинар по контролю за состоянием электротехнического оборудования // Электр, станции. - 1987. -N2,- С. 77-79.

14. Савельев Е А., Назарычев А. Н. Оперативное управление тех- ' ническим состоянием машин // Технология и организация производства. - 1987. - N3. - aie-18.

15. Оценка ресурса электрических машин А. В. Рассказчиков,

B. А. Савельев, С. А. Словесный, С. В. Из шов // Технология и организация производства. - 1988. N1. - С. 12-13.

16. Ковязин Л. Е , Савельев Е А., Бережанский В. Б. Система контроля электромагнитного излучения турбогенераторов типа ТЗВ-800-2УЗ // Всесоюзное науч.-техн. совещание "Вопросы проектирования, исследования и производства мощных турбогидрогене-раторов и крупных электрических машин". - Л. ; ВНИИэлектромаш, 1988. - С. 36-37.

17. Методика расчета электромагнитных процессов в с Шмотках электрических машин / Л. Е Ковязин, Е А. Савельев, А. Г. Соколов,

C. А. Словесный // Всесоюз. научн.-техн. конф. : "Современное состояние и перспективы энергетики и технологии в энергострсе-нии": - Иван, энерг. ин-т им. Е И. Ленина. - Иваново, 1989. С. 77.

18. Савельев Е А. , Ковязин Л. К , Бурыкин В. В. Устройство диагностики щеточно-контактного аппарата крупных электрических машин // Всесоюзное научно-техническое совещание "Вопросы проектирования, исследования и производства мощных турбогидрогеке-раторов и крупных электрических машин". - Л. ВНИИэлектромаш,

1988. - С. 199-200.

19. Kalacheva 0. N. , Savelyev V. А. , Fedotov A.M. Microprocessor control and diagnostics system of the electrical equipment for operating needs / Technical Diagnostics'89, PART2. - PRAGUE,

1989.- P. 512-515.

20. Savelyev Y. A. , Nazarytchev A.N. Technical diagnostics application in planning power station equipment niaintenance / Technical Diagnostics'89, PARTI. - PRASUE.1989. - P. 169-172.

21. Нормативы на ремонт эл' . грооберудования с учетом диагнос-

тированил / В. А. Саве ль. ь, А. HL Назада-зо //Методически« вопросы' исследования надегаюсти больших систем энергетики: Сб. науч. тр. - Киев: У!,(К БО, 1989. - С. 06-99.

Авторские свидетельства:

22. A.c. 519320 (СССР). Устройство противоаварийной автоматики электростанции / В. К. Ьанин, А. А. Меклин, Г. М. Павлов, В. А. Савельев. - Опубл. в Б. И. - 1976, N 25.

23. A.c. 565258 (СССР). Устройство для измерения и фиксации скорости изменения частоты в энергосистеме /Е А. Савельев, В. Е. Горошников. - Опубл. в Е. И. - 1977, N 26.

24. A.c. 1005115 (ССОР). Устройство для.определения ресурса машин /' Г. М. Павлов, RA. Савельев, А. Е Рассказчиков. - Опубл. в Б. И. - 1983, N 10.

25. A.c. .1005236 (СССР). Устройство для защиты от замыканий на землю в сети переменного тока /В. В. Бурыкин, В. А. Савельев, Г. М. Павлов. - Опубл. в Б. И. - 1983, N 10.

26. A.c. 1084847 (СССР). Устройство для определения ресурса машин / А. В. Рассказчиков, В. А. Савельев. - Опубл. в Б. И. 1984, N 13.

27. A.c. 1095315 (СССР). Обмотка электрической машины или аппарата / В. В. Бурыкин, Е А. Савельев, Г. М. Павлов. - Опубл. в Б. И. - 1984, N 20.

28. A.c. 1182447 (СССР). Устройство для обнаружения повреждений короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя / А. В. Рассказчиков, В. А. Савельев, А. А. Чи^ов, М. В. Смирнов. Опубл. в Б. И. - 19В5, N 36.

29. A.c. 1191927. (СССР). Устройство для контроля и регистрации работы машин в пусковых режимах / С. С. Корабле в, В.А.Савельев, А. В. Рассказчиков, А. Б. Колобов. - Опубл. в Б. И. - 1965, N 42.

ЗТ

30. A.c. 1201856 (СССР). Устройство для контроля работы машин / А. Е Рассказчиков, А. Е Савельев, А. В. Чижов. - Опубл. в Е И. 1985, N 48.

31. A.c. 1239737 (СССР). Устройство для регистрации параметров машин Г С. С. Кораблев, Е А. Савельев, А. В. Рассказчиков и др. -Опубл. в Б. И. - 1986, N 23.

32. A.c. 1275502 (СССР). Устройство для регистрации ресурса машин / А. Б. Колобов, А. Е Рассказчиков, С. С. Кораблев, В.А.Савельев. - Опубл. в Б. И. - 1985, N 45.

33. A.c. 1287213 (СССР). . Устройство для регистрации параметров маиин / А. Б. Колобов, С. С. Кораблев, Д. Е Рассказчиков, Е А. Савельев. - Опубл. в Б. И. - 1987, N 4.

34. A.c. 1290385 (СССР). Устройство для регистрации параметров машин / А.Б.Колобов, С. С. Кораблев, А. В. Рассказчиков, Е А. Савельев. - Опубл. в Б. И. - 1987, N 6.

35. A.c. 1318942 (СССР). Устройство для контроля короткозамк-нутых роторов асинхронных двигателей / А. В. Рассказчиков, А.Б.Колобов, Е А. Савельев, А. Е Нечваленк о. - Опубл. в Ей -1987, N 23.

36. A.c. 1339734 А2 (СССР). Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки при пуске / ЕВ. Бурыкин, Г. Iii. Павлов, Е А. Савельев, А. А. Чижов. - Опубл. в Б. И. - 1987. N 35.

37. A.C. 1432641 (СССР). Устройство для диагностики щеток электрической машины / АЕКовяэин, ЕЕ Бурыкин, Е А. Савельев, А Н. Коржевский. - Опубл. в Б. И. - 1988, N 39.

38. A.c. 1448304 (СССР). Устройство для измерения сопротивления изоляции электрических сетей постоянного '.ока / В. Н. Ларионов, Е А. Савельев. - Опубл. в Б. И. - 1988, N 40.

39. A.c. 156985b (СССР). Устройство-для ' лгистрацни ресурса

машин / А. Б. líoлобов, А. В. Рассказчиков, а А. Савельев. - Опубл. в Б. И. - 1990, N 21.

40. A.c. 1G1Q.-143 (СССР). Устройство для контроля целостности стержней короткозамкнутой обмотки ротора электродвигателя / Л. В. Ковязин, Е А. Савельев. - опубл. в Б. И. - 1990, N 44.

Личный вклад автора. В монографии [13 автором написан, раздел 3.9, в монографии [2] раздел 4.16. В остальных работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит анализ проблемы и разработка теоретических и методических основ исследований, математических моделей, постановка и формализация задачи, разработка методов, обобщение результатов и рекомендаций по их применению.

В авторских свидетельствах на изобретения СССР автор сформулировал постановки задач, Предмет изобретения и разработал структурно-функциональные особенности схем, справки отмечают равный вклад авторов.

Соискатель в-А- Савельев

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ (30) СЭСН 1.Эпеитроявигатели ЗКабепьные линии 2 Выключатели 4 ТрансФопмэторы

ЛОКАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ГД

ТЗэшита от неуспешных пусков. от ьитксэш нежпуфазных кз эпешрошигателей.

¿Тмяовюноюмй контроль кмштов и уз пев тпкепроводов и алпарзтеа

ЗКонтрэпь обрыва стержней ротора Фазирован и прзвигьчости сборки электродвигателем

4 Сопротивление изоляции присоединений б ьВ.

5 Поиск ИЗ секции и места замыкания на землю в

обмотке гтаторз электродвигателя.

Место доычэмя обмоток статора эпектродвигателя на землю

КОНТРОЛЛЕР (УСО) Прием, предварительная обработка, анализ, проверка достоверности и перепача дискретной и аналоговой информации. Инициализация решений технических задач

АСК1С

¿Г

1Соср и пгреичмая обрзОотка информации с объектов контропя .

2 Контроль ресурса и параметров эпектродвигзтепей б кЭ. 3.Контроль сработанного ресурса транс форма тороо собственных иунщ

¿Контроль ресурса выключателей собственных нужд 5Выдэча оперативной информации в режиме диалога 5 Документирование

7 Л ас тройка системы ори замене оборудования. В Контроль электрооборудования по предельным значениям контроль Функционирования АСКТС.

Т

Срэботкэ теплового, механического и общего ресурса за двихателя

Фактическая наработка электродвигателя и приводимого механизма

Время работы эл. двигателя к приводимого механизм« с той или иной нагрузкой и перегрузи ой

Число и продолжительность пусков эпектрссвиэтелей

Техническое состояние педамиина электро-поигэтеля и его смазки

Чиспо коммутаций рабочих токов выключателей

□

Число коммутаций токов кз еыкгю-'этелеи

Сработка ресурса изог'ти трансформаторов

Рис.3_0бщая структура интегрированной автоматизирсваннои системы контроля и управления техническим состоянием ъ. лтрозборудовз!:,-.; СЭСН.

В АСУ "ремонт АЭС"

4

а

А С И П Р Э