автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Методы оценки режимов работы и диагностики состояния оборудования электрической части тепловых электрических станций

ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

1 5

Диа-Эльдин Али Ибрахим Заян (Судан)

УДК 621.311.22.002.5

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ТЕПЛОВИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

Специальность 05.14.02 - «Электрические станции, сети и системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Донецк-2000

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Донецком государственном техническом университете, Министерство образования и науки Украины.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент,

заведующий кафедрой электрических систем Донецкого государственного технического университета Заболотный Иван Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

заведующий кафедрой автоматизации электроэнергетических систем, электропривода и электротехники Приазовского государственного технического университета Жуков Станислав Федорович

кандидат технических наук, начальник цеха исследовательских конструкций и систем диагностики Донбасской электрической системы национальной энергетической компании Украины Шинкаренко Глеб Васильевич

Ведущая организация - Харьковский государственный

технический университет, кафедра передачи электрической энергии, Министерство образования и науки Украины, г. Харьков

Защита состоится "_22_"_июня 2000_г. в _1400_на заседании специализированного ученого совета К11.052.02 в Донецком государственном техническом университете по адресу: 83000, г. Донецк, ул. Артема, 58, I учебный корпус, к. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДонГТУ (83000, г. Донецк, ул. Артема, 58, II учебный корпус).

Автореферат разослан" мая 2000 г.

Ученый секретарь

специализированного ученого совета

К11.052.02, к.т.н. Ларин А.М.

О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение надежности работы электрической части тепловых электрических станций (ТЭС) неразрывно связана со своевременной оценкой режимов их работы, диагностикой оборудования и улучшением качества работы оперативного персонала. Это может быть обеспечено использованием новых подходов для управления режимами ТЭС. За рубежом широко внедряются для этих целей экспертные системы. Очень важным является также обеспечение эффективной подготовки персонала при использовании имитационного моделирования реальных режимов работы электрической части ТЭС.

Современное состояние управления режимами работы электрической части ТЭС в Украине может быть охарактеризовано неоднозначно.

С одной стороны все шире используется вычислительная техника, создаются локальные вычислительные сети, осуществляется переход на новые цифровые микропроцессорные способы автоматики и контроля, а с другой стороны при решении технологических задач используются устаревшие информационные технологии, которые не обеспечивают поддержку решений персонала, особенно в условиях дефицита времени в динамических режимах электрооборудования ТЭС. При этом не уменьшается число отказов и технологических нарушений, усложняются режимы работы.

В таких условиях функционирование электрической части ТЭС, как никогда раньше, зависит от качества работы оперативного персонала. Общепризнанной является необходимость существенного улучшения взаимодействия оперативного персонала со средствами обработки значительных объемов информации.

Таким образом, задача совершенствования управления режимов ТЭС на основе новых подходов является актуальной.

Это подтверждает анализ систем управления, создаваемых в США, Франции, Японии. Немногие новые технологии предлагаются для внедрения на электростанциях за рубежом столь активно, как экспертные системы. Наиболее важным результатом применения экспертных систем на электростанциях является возможность сокращения расходов на производство электроэнергии. Работы института электроэнергетики США ЕРЮ в области создания и использования экспертных систем соответствуют таким направлениям как управление, диагностика оборудования, информационная поддержка решений инженера-электрика. По мнению сотрудников ЕРШ значение экспертных систем для управления объектами электрических систем по важности не уступает использованию микропроцессоров.

Связь работы с научными программами, плапамп, темами. Работа соответствует тематике научно-исследовательских работ кафедры электрических систем ДонГТУ. Автор принимал участие в выполнении научно-

исследовательской работы Н-2-97 «Разработка электронного тренажера по управлению динамических режимов электрических систем», госбюджетной темы Г-12-97 «Развитие научных основ автоматизированных систем оперативного управления в энергетике».

Цель и задачи исследования. Цель работы - обеспечить качественно новый уровень решения задач управления режимами ТЭС за счет разработки принципов и методов, структурно-алгоритмических и программных средств оценки режимов работы и состояния оборудования электрической части ТЭС, а также оперативной поддержки решений персонала.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

- разработать методику, математическую модель, структуру базы знаний, алгоритмы создания интегрированных систем диагностики состояния электрооборудования и режимов работы электрической части ТЭС;

- разработать динамическую модель электрической части ТЭС, которая должна состоять из информационной модели и математической модели;

- предложить принципы построения информационно-управляющей системы электрической части ТЭС, учитывающей особенности решаемых задач, обосновать функции компонент; разработать структурно-алгоритмическое обеспечение; реализовать концепцию построения программного обеспечения в виде открытой системы;

- разработать методики и алгоритмы для оценки динамических режимов электрической части ТЭС и информационной поддержки персонала;

- подтвердить эффективность полученных результатов и работоспособность разработанных средств исследованиями в лабораторных условиях и внедрением на реальных объектах.

Научная новизна полученных результатов;

1. Разработаны методика, математическая модель, база знаний и алгоритмы построения интегрированных систем диагностики состояния электрооборудования и режимов работы электрической части ТЭС. На их основе впервые разработаны инструментальные средства для создания экспертных систем (ЭС) диагностики состояния электрооборудования электрических станций, использующие таблицы решений при построении базы знаний.

2. Создана экспертная система диагностики состояния генератора. Усовершенствован метод контроля нагрева машины переменного тока с учетом несимметрии и несинусоидальности нагрузки.

3. Получила дальнейшее развитие методология управления режимами работы электрической части ТЭС. Предложены принципы построения, структура, сформулированы основные функции системы управления, получили дальнейшее развитие методы построения математических моделей, учитывающие особенности решаемых задач. Реализована концепция создания трехуровневой системы программного обеспечения (ПО).

4. Разработана динамическая модель электрической части ТЭС, которая состоит из информационной модели и математической модели.

5. Получило дальнейшее развитие создание математической модели генератора оптимальной сложности, которая при минимальном количестве дифференциальных уравнений адекватно отображает физические процессы в генераторе в переходных режимах. На основе сопоставительного анализа анормальных режимов и данных испытаний обоснована целесообразность использования математических моделей генераторов.

6. Разработаны методики и алгоритмы для оценки динамических режимов электрической части электрических станций. Разработан метод решения разреженных систем алгебраических уравнений.

7. Получило дальнейшее развитие методическое и структурно-алгоритмическое обеспечение координирующего уровня информационно-управляющей системы. Существенное улучшение взаимодействия оперативного персонала со средствами обработки значительных объемов информации обеспечивается за счет:

- оперативного формирования математических моделей режимов работы электрической части ТЭС;

- формирования схем режимов работы электрической части ТЭС путем фиксации положения коммутирующих аппаратов в некотором множестве и способа кодирования нулевых и новых ненулевых элементов при использовании списков AutoCAD.

Практическое значение полученных результатов. Практическая ценность научных положений, обоснованных в работе, определена их направленностью на повышение эффективности управления и, как следствие, технико-экономических показателей работы ТЭС.

1. Разработано ПО информационно-управляющей системы электрической частью электрических станций, которое позволяет:

- создавать и корректировать графическую и символьную части базы данных (оперативно поддерживать информационную модель электрической части ТЭС);

- проводить расчеты токов короткого замыкания, анормальных режимов работы генераторов, статической и динамической устойчивости, режимов самозапуска асинхронных двигателей (АД) собственных нужд (с.н.) ТЭС при автоматическом создании моделей данных технологических задач с помощью координирующего уровня. Информация о режимах используется в базе знаний экспертной системы;

- получать нормативно-справочную и эксплутационную информацию об оборудовании ТЭС и ее режимах.

2. Выполнена оценка достоверности математических моделей генератора. Получены параметры многоконтурных схем замещения с вынесенным контуром намагничивания для ряда промышленных турбогенераторов.

3. Создан инструментарий для создания ЭС диагностики электрооборудования, а на его основе разработана ЭС диагностики состояния генератора, которая обеспечивает интеллектуальную поддержку решений персонала при эксплуатации генераторов. ЭС содержит знания по диагностике в виде совокупности правил, относящихся к температуре железа и меди статора, перепаду давления масло-водород на уплотнениях подшипников, температуре подшипников, температурам и давлениям водорода и охлаждающей воды и др. Созданная база данных содержит описание более двадцати ситуаций. Каждая ситуация в среднем описывается 10 правилами.

Разработанное программное обеспечение в виде экспертной системы диагностики состояния генератора и автоматизированного рабочего места начальника смены ТЭС передано для использования в ОАО "Донбассэнерго".

На основе инструментальных средств диагностики могут быть созданы прикладные экспертные системы диагностики состояния выключателей, трансформаторов и другого оборудования ТЭС и подстанций.

Разработанное программное обеспечение используется в учебном процессе и научно-исследовательской работе студентов.

Методы исследований. Использованы следующие методы: для разработки инструментария создания экспертных систем - теория реляционных баз данных, преобразования Фурье, для разработай математической модели генератора - частотные методы, для разработки программного обеспечения оценки режимов работы ТЭС - численные методы решения систем алгебраических и дифференциальных уравнений.

Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались на Всеукраинской конференции молодых ученых (Черкассы, 1997г.), на II Международной научно-технической конференции "Математическое моделирование в электротехнике и электроэнергетике" (Украина, г. Львов 1997), на Всероссийском электротехническом конгрессе с международным участием (ВЭЖ - 99, Россия, Москва, 1999 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе: две статьи в научных журналах, три в сборниках научных трудов, тезисы двух докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, которые изложены на стр 144 машинописного текста. В том числе 77 рисунков на 53 стр. и 6 таблиц на 5 страницах. Работа содержит список использованных источников из 92 наименований и 4 приложения на 46 страницах. Приложения включают 39 таблиц на 27 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введенпи обоснована актуальность работы, сформулирована цель и задачи исследований, выполнен анализ работ по проблемам управления режимами электрических систем. Большой вклад в разработку интеллектуальных систем поддержки решений, в построение систем диагностики, в исследование режимов работы электрических систем внесен такими отечественными учеными как Авраменко В.Н., Баранов Г.Л., Жежеленко И.В., Жуков С.Ф., Ивахненко А.Г., Кириленко А.В., Крылов В.А., Лежнюк П.Д., Лепорский В.Д., Лысяк Г.Н., Мокин Б.И., Рогозин Г.Г., Сивокобыленко В.Ф., Скрипник А.И., Стогний Б.С., Сулейманов В.Н., Счастливый Г.Г., Цукерник Л.В., Шидловский А.К., Щербина Ю.В., Яндульский А.С. и др.

В первом разделе выполнено обоснование направлений совершенствования управления режимами работы электрической части электрической станции.

На основании анализа ряда работ по созданию ЭС в энергетике сделаны выводы, что целесообразна разработка ЭС для оценки состояния электротехнического оборудования; анализа работы устройств релейной защиты и противо-аварийной автоматики; выполнения оперативных и аварийных переключений; управления режимами работы электрических систем.

Концепция построения ПО, технология подготовки моделей данных задачи (ручная, автоматическая), адекватность математических моделей реальным процессам, достаточность уровня описания реальных процессов для решения задач управления режимами, реализация взаимодействия пользователя с ПЭВМ являлись основными вопросами анализа прикладного программного обеспечения для управления переходными режимами электрических систем.

Созданная в США в 1972 г. при P.E.S (Committees on Power system Engineering and Rotating Machinery) рабочая группа установила, что минимальная по сложности модель генератора для анализа электромеханических переходных процессов должна содержать не менее двух демпферных контуров по поперечной оси и одного (кроме ОВГ) - по продольной оси.

В работах ученых стран СНГ, сделан вывод о необходимости использования модели генератора в виде многоконтурных схем замещения.

Таким образом, используемые в лучших промышленных программах модели генераторов, которые в лучшем случае используют по одному демпферному контуру по осям симметрии ротора, не отвечают установленным в результате исследований ряда авторов требованиям к уровню сложности этих моделей для обеспечения достоверности исследования даже при нескольких проворотах ротора.

В результате анализа установлено, что используемое ПО в основном использует позадачный метод ведения информации, исчерпавший возможности развития технологии обработки информации; характеризуется неразвитым ин-

терфейсом пользователя (исключение комплекс Дакар) и содержит неавтоматизированные этапы при подготовке моделей данных прикладных задач.

Сформулированы направления по совершенствованию системы управления электрической частью ТЭС на основе одного из лучших современных графических редакторов AutoCad.

Во втором разделе работы приведены результаты разработки системы управления режимами электрической части ТЭС, отличающейся от существующих систем следующим:

- использованием локальной вычислительной сети с функциональным распределением узлов (рис. 1);

АРМЫ цехов, служб

Тренажер

Контроль генерации

Решение задач реального времени

УТМ

Коммуникатор

Администратор

Экспертная система

Другие ЛВС

Рис. 1 ЛВС с функциональным распределением узлов

- использованием трехуровневой архитектуры системы ПО (рис. 2).

Прикладное программное обеспечение

Модель данных задачи -► Прикладные программы

+ ....... ■ ■ | - ■■

Информационное обеспечение 4— Графический интерфейс

Рис. 2. Архитектура ПО

Графический интерфейс пользователя является координирующим уровнем между информационным и прикладным программным обеспечением и

обеспечивает автоматическое создание модели данных задачи (рис. 3), что позволяет сделать систему прикладного программного обеспечения открытой;

- обеспечением связи графических образов на изображении с элементами электрической системы и отображением характеристик этих элементов, выбранным диспетчером позиционированием курсора;

Рис. 3. Схема подготовки модели данных

- использованием двух режимов работы графического интерфейса при подготовке моделей прикладных задач на основе графических изображений и символьной базы данных;

- усовершенствованным редактором режимов, который обеспечивает формирование схем электрической части ТЭС путем фиксащш положения коммутирующих аппаратов в некотором множестве и способом кодирования нулевых и новых ненулевых элементов при использовании списков AutoCAD.

Разработана динамическая математическая модель электрической станции, включающая в себя информационно-логическую модель информационного обеспечения и математические модели элементов и режимов их работы. Обеспечивается автоматическое создание модели электрической станции согласно задаче управления. Предложена структура интегрированной базы данных.

Предложена оптимальная математическая модель синхронного генератора, отличающаяся минимальным числом дифференциальных уравнений

У: <■>

dt '

и достоверным отображением физических процессов в генераторе в переходных режимах за счет использования полученных на основе частотных характеристик генератора выражений

Е U

Р = -3— SinS + UZ[S2 * Z1 * Siras + S(Z2 + 23 * Sin25) + Z4 * Sin2<5] , (2)

X,

Е и

о = -г—согЗ - иЧвЦгб - г\ * сов28) + я * гз * б1г&5 + 25 х.

- 24 * Сов25], и, гг Х,с

1. = — + и-

Я. Ха

ЭЗ * г * БШ - ] — + * 52 - —

СозЗ

Е I ]

4 = -2- - и (— + * Б2)СоБд - БЗ * Б * Б1П<5 X„ I

(4)

^ = и

БА * Б * Совд + — + (Б2 * 52) * 51л<У АГ

где Хс1, Xq - синхронные индуктивные сопротивления генератора; Якс1, Хкс1, Х^ - параметры к - го по оси (1 и 1 - го по. оси q демпферных контуров известной схемы замещения с вынесенным контуром намагничивания; Ы, М - число демпферных контуров с постоянными параметрами;

1

51 = 1

Хи

( Яы I Хы

.У2

1

X1,

1=1 | Яь X к

г1=0.5(51-52), 72=0.5(53+54), 23=0.5(53-54),

(5)

(6)

N

(

26 =0.5(51+52), 25=(1/Хч+1/Хл), (7)

Разработан инструментарий для создания ЭС диагностики, основанный на таблицах решения (ТР). Последний отличается методикой обработки и представления ТР и позволяет на его основе создавать прикладные ЭС системы диагностики. Конкретная ТР представляется в базе знаний в виде совокупности файлов («Действий», «Условий», «Правил - действий - условий», «Объяснений») (рис.4).Правило файла «Правил- действий - условий» считается выполненным, если характеристики Р1 и ¥2 .¡-го правила совпадают. Подсчет характеристик Б1 и Р2 .¡-го правила выполняется для каждого условия поразрядно по

выражению = £ а1 , 1 = 1, . .., т (8)

.¡=1

где а; - значение логического условия разряда текущего состояния правила (при обработке текущей ситуации по данным датчиков) р^О или эталонного правила рэ(1) БЗ, ш - число условий правила.

Значения % для равны:

р,(!) = Тгие.=>а1 =1, pl(i) = False.=>al =0, 1 = 1,..да, (9)

где т - число условий в _)-м правиле.

Значения а; для ¥2 равны:

(Рэ (0 = 2) V (рэ (/) *2лрэ(П = р, (/)) =>а, =1, (Рэ(')*2лЛ(0^Р,(0=>а, =0, (Ю)

г = 1,.../я,

Условие функционирования экспертной системы Р{ ^ Рэ 1 I Рэ,, е Рэ,

где Рэ - множество правил ТР БЗ; Рэ; - 1-тое правило файла ТР БЗ.

При оценке результатов поиска решения используются выражения

Рс = => J Мс , J = 1, ..., N , Мс * 0 , (11)

где Мс -'множество сработавших правил; N - число правил.

Разработаны алгоритмы и программы инструментальных средств диагностики; расчетов токов короткого замыкания, устойчивости генераторов и самозапуска асинхронных двигателей собственных нужд ТЭС.

В третьем разделе приведены результаты разработки ЭС диагностики состояния генератора и систем, обеспечивающих его работу. ЭС позволяет определять причины, вызывающие изменение температуры активных частей генератора, давления водорода в корпусе генератора, напряжения на выводах генератора, тока статора и ротора, перепада давления "масло-водород" на уплотнениях генератора и т.д., и оценивать динамику изменения эксплуатационного состояния агрегата. ЭС может работать как узел ЛВС, так и в составе автоматизированного рабочего места (АРМ) начальника смены электростанции. ЭС может функционировать в двух режимах: автоматическом режиме и режиме «оперативного контроля» (рис. 5).

ТР

«Объяснений»

«Условий» «Действий»

«Правил - действий -условий»

<2

160

80 0

Диагноз

Контроль

240

Справка

Р=280 МВт (3=160 МВАр £=50 Гц № = 20 кВ РЕЖИМ ДОПУСТИМ

Р

Рис. 4 Схема БЗ ЭС

Рис. 5. Экран при работе ЭС

При определении причин нагрева статора и ротора используется семантическая сеть (рис. 6), связывающая ТР. Узлы сети являются файлами БЗ.

1гх>40°

Рмвх<4

Рис. 6. Схема связи ТР при поиске причин нагрева На рис. 7 приведен экран при контроле нагрева обмотки статора.

1,А

11000

9000

7000

ДОПУСТИМЫЕ НАГРУЗКИ ПО ТОКУ СТАТОРА Исходные данные: 1А=10620 А 1В=Ю620 А 1с=10620 А 1г=10620 А ист=19.6 кВ

1 ист= =19 кВ

1дОП Т 1г 1 1

1 1 Л Результаты: 1Доп=Ю660 А > 1г = 10620 А Режим допустим

1 1 иСт=2С кВ

30 40 50 Ьс

Рис. 7. Экран при решении задачи допустимости тока статора

и

Выполнено тестирование ЭС диагностики состояния генератора. Решения, принятые ЭС, подтверждались блоком разъяснения решений, что подтвердило эффективность работы ПО ЭС.

Сделан вывод, что разработанный инструментарий диагностики состояния оборудования позволяет создавать ЭС диагностики.

В четвертом разделе приведены результаты оценки достоверности математических моделей и примеры использования разработанного программного обеспечения для исследований переходных режимов электрической части ТЭС, оценки устойчивости генераторов, получения различной информации.

Например, при расчете токов КЗ (рис. 8) после указания точки КЗ графический редактор создает модель данных, используя один слой изображения. Решение ряда задач требует создания эквивалентов при использовании схем в различных слоях изображения. Подготовка модели данных расчета, например самозапуска ЛД с.н. блока ТЭС, выполняется в два этапа. Вначале на экране монитора формируется расчетная схема путем включения или отключения слоев с фрагментами схем. Для этого используются команды пунктов меню «Схема», «Раскрой». После этого выполняются необходимые переключения коммутационных аппаратов в схеме главных соединений ТЭС, системе с.н.

Файл Ред. Схема Расчеты

Раскрой Диагностика

ТОКИ КЗ иБ, кВ 340

Ikz , кА

53,28

Файл Report.TXT

Печать ? Да

К3, к1'1, к1,к2

Пуск АД

Самозапуск АД

Устойчивость

Асинх. режим

ПОКАЖИ Рамка Динамика Предыдущий Все

Границы Отмени

Укажите точку КЗ на одном из выделенных элементов ?

Рис. 8. Экран дисплея после расчета трехфазного КЗ

6 кВ, на секциях напряжением 0.4 кВ, которые питаются от выбранной секции 6 кВ.

Выполнение расчетов для различных режимов работы электрической части ТЭС, тестирование ПО в режиме информационно-справочной установки подтвердили надежность работы компонент графического интерфейса пользователя, удобство работы пользователя с ПО при проведении многовариантных исследований.

Сопоставительный анализ экспериментальных данных и расчетов асинхронных режимов для ряда генераторов по полным уравнениям Парка-Горева с использованием многоконтурных и одноконтурных схем замещения позволяет сделать выводы, что при использовании одноконтурной схемы замещения характер изменения параметров режима не идентичен. Ошибка в длительности проворота ротора генератора для всех генераторов превышает 100 %. В качестве примера на рис. 9 приведены зависимости тока в обмотке статора турбогенератора типа ТВВ-200-2 (Рт=152, МВт, СЬ= 82 МВАр, ОВГ замкнута на 1^=3,5^) при его работе в в асинхронном режиме.

Оценка достоверности модели генератора оптимальной сложности показала, что расчет движения ротора выполняется практически с точностью, характерной для модели в виде полных уравнений Парка-Горева и использовании многоконтурных схем замещения, но есть погрешность в экстремальных значениях параметров режима.

Эффективность ПО для выполнения оценки динамической устойчивости проверялась для ряда генераторов. В качестве примера на рис. 10-11 приведены зависимости для генератора типа ТВВ-800-2 для случая однофазного КЗ за трансформатором с последующим отключением и при сохранении устойчивости.

X .30

Х-ОТ

СК64

0.2*

О 00

Рис. 9. Ток статора в асинхронном режиме

Рис. 10. Изменение угла 5 и производных

В приложениях приведены материалы по внедрению результатов работы, выводы выражения оптимальной модели генератора, параметры многоконтурных схем замещения генераторов, примеры таблиц решений и файлов БЗ, листинги программ.

ВЫВОДЫ

В диссертации решена актуальная научная задача развития принципов и методов оценки режимов работы и состояния электрооборудования электрической части электрических станций. Решение поставленной задачи обеспечило развитие системы управления режимами работы электрической части тепловых электрических станций.

При этом получены следующие основные научные и практические результаты:

1. Выполнен анализ существующей методологии управления (структуры и основные функции, используемые информационные технологии, качества ре-шеши оперативных задач, уровень удобства взаимодействия персонала с ПЭВМ, уровень информационной поддержки решений персонала, математические модели). На основании анализа сформулированы с использованием системного подхода методологические принципы построения системы управления режимами электрической части электрических станций, обеспечивающей эффективное и комплексное решение функциональных задач. При этом локальная вычислительная сеть строится с функциональным распределением узлов, что позволяет повысить быстродействие автоматизированной системы управления.

2.0боснована целесообразность и возможность реализации трехуровневого построения ПО. Развиты методики анализа режимов работы электрической части ТЭС. Разработано структурно-алгоритмическое и программное обеспечение.

3. Предложена математическая модель генератора оптимальной сложности для анализа анормальных режимов его работы. Модель генератора отличается от классической упрощенной модели адекватным учетом физических процессов в генераторе в переходных процессах при том же количестве дифференциальных уравнений. На основе сопоставительного анализа анормальных режимов и данных испытаний выполнена оценка достоверности математических моделей генератора, обоснована целесообразность использования математической модели генератора оптимальной сложности.

4. Создана динамическая модель электрической части ТЭС. Модель состоит из информационной и математической моделей. Информационная модель реляционного типа включает в себя как базу данных, так и базу знаний, является единой для работы прикладного ПО.

5. Разработано в виде открытой системы ПО для оценки режимов работы электрической части электрических станций. ПО позволяет:

- оперативно поддерживать информационную модель электрической части ТЭС;

- проводить расчеты токов короткого замыкания, электромеханических переходных процессов в генераторах и в системе с.н. ТЭС при автоматическом

создании моделей данных технологических задач с помощью графического интерфейса пользователя;

- получать нормативно-справочную и эксплутационную информацию об оборудовании ТЭС и ее режимах.

6. Разработан инструментарий для создания ЭС диагностики состояния электрооборудования электрических станций, основанный на ТР, отличающийся методикой обработки и представления ТР. Создана ЭС диагностики состояния генератора, которая обеспечивает интеллектуальную поддержку решений персонала ТЭС при эксплуатации генераторов. ЭС содержит знания по диагностике в виде совокупности правил, относящихся к температуре железа и меди статора, перепаду давления масло-водород на уплотнениях подшипников, температуре подшипников, температурам и давлениям водорода и охлаждающей воды и др.

7. Эффективность полученных результатов и работоспособность разработанных программных средств подтверждена сопоставительным анализом расчетов и данных экспериментов, тестовыми исследованиями, внедрением на реальных объектах.

8. Результаты диссертационной работы в целом позволяют повысить эффективность управления и, как следствие, технико-экономические показатели работы ТЭС.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Заболотный И.П., Диа Ибрагим, Муравьев В.Г. Исследование возможности создания экспертных систем для диагностики состояния и режимов работы оборудования электрических систем // Техшчна електродинамжа. - 1998. -спешальний випуск. - С. 127-132.

2. Заболотный И.П., Диа Ибрагим. Разработка минимальной сложности математической модели генератора для анализа длительных переходных процессов в энергосистемах // Сборник научных трудов Донецкого государственного технического университета. Серия: электротехника и энергетика, выпуск 2 -Донецк: ДонГТУ. - 1998. - С. 181-188.

3. Заболотный И.П., Диа Ибрагим. Экспертная система диагностики состояния генераторов электрических станций // Науков1 пращ Донецького державного техшчного университету. Сер]я: обчислювальна технша та автоматизащя, випуск 3 - Донецьк: ДонДТУ. - 1999. - С. 51-56.

4. Заболотный И.П., Диа Ибрагим. Динамическая математическая модель электрической части ТЭС // Сборник научных трудов Донецкого государственного технического университета. Серия: электротехника и энергетика, выпуск 4 - Донецк: ДонГТУ. - 1999. - С. 205-209.

5. Заболотный И.П., Диа Ибрагим. Реализация функции контроля нагрева генератора с помощью экспертной системы диагностики // Энергетика и электрификация. —1999. - N4. - С. 54-56.

6. Заболотный И.П., Муравьев В.Г., Диа Ибрагим . Экспертная система диагностики состояния турбогенератора // Тези Всеукрашсько! конференцн молодих науковщв 'Чнформащйш технологи у наущ та освт", Черкаси, Украша. - 1997 р.-С. 221.

7. Заболотный И.П., Павлюков В.А., Диа Ибрагим Эльдин Али. Автоматизированная система оперативного управления электрическими системами на базе CAD-технологий //Тезисы Всероссийского Электротехнического Конгресса с международным участием "На рубеже веков: итоги и перспективы" (ВЭЛК-99), Том 1, М.: Академия. -1999. - С. 36-37.

Лычный вклад: в [1] - идея сочетания для представления знаний процедурного и декларативного способов, использование декларативного способа для заполнения характерных признаков состояния, виды экранных меню; в [2] - вывод выражений для расчета токов в обмотке возбуждения и статора идея аппроксимации зависимостей Al(s), A2(s), Bl(s), B2(s), получение коэффициентов выражений; в [3] - разработка ряда TP и создание структуры файлов БЗ, вид экранного меню; в [5] - метод контроля нагрева генератора при несинусоидальной нагрузке; в [4] - информационно-логическая модель и структура БД ТЭС, идея единой привязки блоков при создании многослойного графического изображения, реализация режима работы графического интерфейса пользователя в интерактивном диалоговом режиме при создании модели данных задачи.

АННОТАЦИЯ

Диа - Эльдин Али Ибрагим. Методы оценки режимов работы и диагностики состояния оборудования электрической части тепловых электрических станций. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.02 - электрические станции, сети и системы. - Донецкий государственный технический университет, Донецк, 2000.

Диссертация посвящена вопросам совершенствования управления режимами электрической части ТЭС за счет разработки методологии и структурно-алгоритмических и программных средств оценки режимов работы и состояния оборудования электрической части ТЭС.

В диссертации определены основные недостатки методик, математических моделей, структурно-алгоритмического обеспечения для оценки режимов и состояния оборудования электрической части электрических станций. Разработаны методика, математическая модель и алгоритмы построения интегриро-

ванных систем диагностики состояния электрооборудования и режимов работы электрической части ТЭС, инструментальные программные средства для создания экспертных систем диагностики состояния электрооборудования электрических станций, использующие таблицы решений при построении базы знаний и опирающиеся на единую информационную модель электрической части ТЭС. Усовершенствован метод контроля нагрева машины переменного тока с учетом несимметрии и несинусоидальности нагрузки.

Создана экспертная система диагностики состояния генератора, которая обеспечивает интеллектуальную поддержку решений персонала при эксплуатации генераторов.

Получила дальнейшее развитие методология управления режимами работы электрической части ТЭС. Предложены принципы построения, структура, сформулированы основные функции системы управления, учитывающей особенности решаемых задач. Реализована концепция создания трехуровневой системы программного обеспечения.

Создана математическая модель генератора оптимальной сложности, которая при минимальном количестве дифференциальных уравнений адекватно отображает физические процессы в генераторе в переходных режимах. На основе сопоставительного анализа анормальных режимов и данных испытаний обоснована целесообразность использования математических моделей генераторов. Получены параметры многоконтурных схем замещения с вынесенным контуром намагничивания для ряда генераторов.

Разработана динамическая модель электрической части ТЭС, которая состоит из информационной модели и математической модели. Разработаны методики и алгоритмы для оценки динамических режимов электрической части электрических станций. Разработан метод решения разреженных систем алгебраических уравнений.

Получил дальнейшее развитие координирующий уровень информационно-управляющей системы, позволяющий существенно улучшить взаимодействие оперативного персонала со средствами обработки значительных объемов информации за счет:

- оперативного формирования математических моделей режимов работы электрической части ТЭС;

- формирования схем режимов работы электрической части ТЭС путем фиксации положения коммутирующих аппаратов в некотором множестве и способа кодирования нулевых и новых ненулевых элементов при использовании списков AutoCAD.

Разработано программное обеспечение, которое позволяет:

- оперативно поддерживать информационную модель электрической части ТЭС;

- проводить расчеты токов короткого замыкания, анормальных режимов работы генераторов, статической и динамической устойчивости, режимов самозапуска асинхронных двигателей собственных нужд ТЭС при автоматическом создании моделей данных технологических задач с помощью координирующего уровня. Информация о режимах используется в базе знаний экспертной системы;

- получать нормативно-справочную и эксплутационную информацию об оборудовании ТЭС и ее режимах.

Результаты работы используются в ОАО "Донбассэнерго", в учебной и научно-исследовательской работе студентов.

Ключевые слова: методы оценки, режимы работы, диагностика состояния оборудования, электрическая часть электрической станции, динамическая модель, структурно-алгоритмическое обеспечение, экспертная система, генераторы.

АНОТАЦ1Я

Д1а-Ельдш Ал1 1брапм. Методи ощнки peжимiв робота i да агностики стану обладнання електрично! частини ТЕС. - Рукопис.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук за спещальшстю 05.14.02 - електричш станци, мерена i системи. - Донецький державний техшчний ушверситет, Донецьк, 2000. Дисертацпо присвячено питаниям вдосконалення управлшня режимами робота електрично! частини ТЕС.

В дисертацн визначеш основш недолки шформацшно-керуючих систем, запропоновано використання локально! обчислювально! мереж1 з функцюналышм розподшом вyзлiв з метою ршгення задач ощнки режим1в i д1агностики стану обладнання, реашзовано концепцю трьохр1внево! архтсектури програмного забезпечення у вигляд1 шформацшного i прикладного програмного забезпечення i координуючого ршня (на пщстав1 AutoCAD). Розроблено методику, математичну модель, структури баз даних i знань, алгоритми i програми струментальних засоб1в експертно! системи д1агностики, удосконалено математичш модел1, розроблено програмне забезпечення ощнки режим ¡в. Запропоновано математичну модель генератора оптимально! складность Виконано ощнку ефективносп математичних моделей, алгоритм!в i програм. Основш результата пращ у вигляд! експертно! системи диагностики генератора i програмного забезпечення для оцшки режим ¡в знайшли впровадження на ТЕС.

Ключов1 слова: методи оцшки, режими роботи, електрична частина ТЕС, математичш модел1, диагностика стану обладнання, структуро-алгоритмичне забезпечення, експертна система, генератори.

ABSTRACT

Diaeldin Ali Ibrahim Zayan. Methods of estimating operational modes and iagnosis of electrical part equipment of thermal power plants. - Manuscript.

Thesis for a candidate degree by speciality 05.14.02 - Power stations, electrical ^sterns and networks. - Donetsk State Technical University, Donetsk, 2000.

The thesis is dedicated to problems of controlling operational modes of an ectrical part thermal power plants.

In this thesis the main defects of informational control systems are determined, nd offered is the use of local area network with functional distribution of clusters, with e purpose of solving the problems of estimating modes and diagnosis of equipment mditions; realising the concept of three - level architectural software in the form of formational and application software; and coordinating level (on the basis of utoCAD). The technique, mathematical model, and structure of data and lowledgebases, and also the algorithms and programme instruments of expert model in stem diagnosis is designed, and also improved are that of mathematical models and ftware estimation of modes. The mathematical model of generators of optimal implexity is offered. And estimation of the efficiency of mathematical models, gorithms and programs is executed. The main results of this thesis is in the form of pert model diagonosis of generators and software for estimating modes and their plication in thermal power plants.

Keywords: estimating methods, operational modes, electrical part thermal power ants, mathematical models, diagnosis of equipment condition, structural - algorithmic lintenance, expert model, generators.