автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Разработка и исследование метода и алгоритма оперативного диагностирования теплового состояния статоров крупных генераторов

Аклдаш НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

л - институт энергетики к автоматики р г б v »академии наук реснушмки узбекистан

1 8 ДЕЛ

На правах рукописи АЛЬ-ЗОРКАЯ Исмаил Мухаммед

разработка к '^следование ¡сюда к АЛГОРИТМА оперативного диагностирован!« теплового состояния СТАТОРОВ крупных генераторов

Специальность 05.14.01 - энергетические системы.и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технически наук

Таакент .- 19Э5

Рабега выполнена в институте энергетики и автоматики Академии наук Республики Узбекистан

Научный руководитель

кандедат .ехнических наук, старшин научный сотрудник Абдурзхманова С.Ф.

Официальные оппоненты;

доктор технических наук,профессор, чден-корр. АН РУ Насыров Т.Х.

кандидат технических каук, доцент Тешфбулатов Р.

Ведущее предприятие

Ш "Уабекэнергоналадка"

Защита состоится "/¿Г"" /Л 1995г. в " >Ц " час

на заседании специализированного совета К.015.23.21 в Институте энергетики и автоматики Академии наук Республики Уебекистан по адресу: 700143, Ташкент, Академгородок.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института энергетики и автоматики АН РУ.

Автореферат разослан »ноября 1595г.

, .Учеши секретарь специализированного совета \ к.г.н., о.н.с.

Тедкиез У. А.

ОЩАЯ ХАРЛКТЕгаСТШ РАБОТЫ

Актуальность теш. Надедазотъ работы современного прсуып-лэвного и селъсгахозяйотгеккого производства базируется пз бесперебойной работе эаштероэаергетичэокого оборудования, э частности, синхронных генераторов, отказы а работа которых ведут в частичному, а иногда и полиса/ щшрзд,вшн> деятельности целого промышленного региона. Это обусловливает очень вшжае требования к яивучести генераторов. Однако, несмотря на то, что электрические станции являются высокоавтоматизированными предприятиями, на ких до сих пор отсутствуют эффективные системы технической, и функциональной диагностики для раннего'распознавания и локализации возникших неисправностей оборудования.

Одним из распространенных дефектов крупных генераторов являются общие и локальные перегревы активных элементов статора, опасных не только о точки зрения повреждения самих элементов, но а способствующих быстрому износу и старения изоляции в, следовательно, снижению срока слукбы я надежности агрегата.

Существуйте способы оценки теплового состояния генераторов в основном базируются на "пороговом" принципе, т.е. сравнении текущих значений о некоторыми наперед заданными предельно допуот ткмыми величинами, что не позволяет выявлять неисправности на стадии их начального развития, когда имеет место незначительное отклонение параметров от нормальных значений. Однако, с широким внедрением в системы управления и контроля электрических станций средств вычислительной техники,возникает возможность, нарпду с разработкой новых средств контроля оборудования, выполнять более глубокую, целенаправленную обработку данных для обнаружения сла-бовыраженных проявлений неисправностей, используя мощные методы математического моделирования и методы технической диагностики -сравнительно нового научного направления, занимаощегооя вопросами оценки состоянии технических систем.

Для синхронных генераторов особенно вагао Луняциокалъкоэ диагностирование, осуществлявшие в режиме нормальной работы объекта. К достоинствам функционального диагностирования относитоя его непрерывность и оперативность получения информации о состоянии объекта диагностирозаиич. внедрение в практксу методов функционального диагностирования генераторов обеспечит позшение ва-

;Г. 4 -

деднооти работы электрических станций, снижение числа внезапных аварийных сгасазов, а тага» оовершенотвование методов непрерывной обработки и анализа информации, предстгзляеюй штатными средствами контроля.

Не менее важное еначение имеет вопросы нсодедования, совер-•ченстЕования и разработки новых программных алгоритмов диагностирования состояния генераторов, . орлентирущихоя на испо"ьаова-шэ в составе подсистемы диагностики технического состояний оборудования автоматизированных систем управления технологических процессов (АСУ ТП) электрических станций. .

На основании навоженного модно утверждать, что рассматрива-еше в диссертации вопросы являются достаточно актуальными, особенно сейчас, когда обновление энергетического оборудования сопряжено с большими трудностями и взрастает число генераторов, срок службы которых прнближаетоя к пределу. Подтверждением этого является и то, что работа выполнялась в рамках утвержденной ГКНТ РУ програнш ГНТП 2.3,, проблема 2.3.4.2. '"Разработка и создание аффективных методов и технических средств диагностики оборудования электростанций и линий электропередач".

Дедьи работы является создание штода и алгоритма раннего выявления нарушений теплового состояния в отаторах крупных генераторов при их нормальной работе в сети и разработка комплекса алгоритмов и програш для подоиотем оперативной диагностик« АСУ ТП энергоблоков.

Научная новизна выполненных исследований ааклачается в том, что разработан метод раннего обнаружения термических де^ктов в статорах крупных генераторов при их нормальной эксплуатации, при втои: - разработан и обоснован метод для выявления нарушений теплового состояния активных элеы&ятоь сгагорст крупных генераторов ш ранней стадии их возникновения путем анализа текучи тешературно-нагрузочных зависимостей;

- разработаны диагЕОсукчэские «одели стационарного нагрева обшгкл и сердечника статора в виде температурко-иагрузочных за-вкскыоса.ей, Элсперп^о^ггано определены их параметры;

- разработана методика сцепки значений коэффициентов уравнений стационарного нагрева активных элементов статора яа базе методов дзракегричесхой идентификация;

- разработана шгодкка сааткя текущих и эталонных темпера-

турно-нагрузочных характеристик для выявления их незначительных отклонений ва основе принципа сжимающих отображений;

- разработана методика и алгоритм оценки текущего теплового состояния элементов отатора на основе предложенных диагностических моделей и текущих значений измеряемых параметров генератора;

- разработан алгоритм оперативного распознавания причин наг рушений теплового состояния элементов отатора на основе логических схем влияния;

- разработав комплекс программ для автоматизированного проведения тестовых испытаний (на этапе определения эталонных диагностических моделей) и оперативного диагностирования теплового состояния отатора в реальном масштабе Бремени.

Методы исследований. При решении поставленной задачи использовались методы теория идентификации, технической диагностики, математической отатистши я экспериментальные методы исследований тепловых процеооов.

Основные положения, выносимые на защиту:

- разработан метод диагностирования теплового состояния статоров крупных генераторов ва оояове анализа температурно- наг-ругочных зависимостей при работе в сети;

- получены диагностические моделинагрева активных частей статора в виде уравнений множественной рягрерсии ва основе текущих показаний датчиков штатной системы контроля генератора;

- разработана методика вжатия текущих температурнонагру-зочных характеристик активных элементов статора к эталонным;

- разработан алгоритм и нс.шеко программ оперативного диагностирования теплового состояния статоров крупных генераторов в режиме их нормальной экоплутацпи.

Практическая ценность работы заключается в том, что создав комплекс программ, которой позволяет осуществлять оператквнуп оценку теплового состояния обмотки и сердечника статоров крупных генераторов при диагностировании в реальном масштабе времени, выявлять неисправности на ранней стадии возняхнсхпвкя и определять их причину. Комплекс программ может быть включен в состав подсистем контроля' и диагностики АСУ 'ТО турбо-и гидрогенераторов, Сааирувщихоя на ЗВМ линии СМ-2М или 1ВМ РС.

Реализация работы. Основные результаты работы опубликованы в республиканском научно-техническом журнале. Частично разульта-

-

ты работы внедрены в подсистему контроля и диагностики технического состояния гидроагрегатов Чэрвакской ГЭС. Акт внедрения приведен в диссертации.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на VII Международной конференции "Теория и методы нелинейных цепей и систем", на научно-технических совещаниях щ "Уабектехзвэрго" .

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в двух статьях и одном тезисе доклада.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (70). Объем работы составляет 176 страниц машинописного текста, 30 страниц риоунков, 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, приводятся задачи исследования, их научная и практическая новизна, а такяе положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассматривается влияние тепловых процессов на техническое состояние генераторов, анализируется современное состояние методов и средств теплового контроля. Отмечено, что под влняяиеы повышенных температур, и овязанных о ниш механических уоилнй ухудшаются овойства изоляционных материалов. Зто приводит к ее ускоренному старению и разрушению по логарифмическому закону. Кроме того, вследствие перепада температур между отдельными элементами генератора, а также охлаждавшей средой имеет место смещение обмотки в паэу сердечгояса и механическое истирание изоляции тем более значительное, чем больше перепад температур. Следовательно, для увеличения ресурса работы генератора необходимо обеспечить как можно более раннее распознавание нарушений тепловых процессов и их устранение.

Основным средством измерения температуры активных элементов статора (обмотки, сердечника и др.) на сегодня являются термометры сопротивления. На крупных генераторах, гд„ их число достигает сотен,они объединяются в автоматизированные системы контроля, обеспечиващна автоматическое определение и сигнализацию превышения температурой заданных уставок. Аналогичная схема за-

дожена и г программно реализуемых подсистемах оперативного копт-роля АСУ ГО энергоблоьзов. Новые, перспективные средства иг-дарения темп.ратурных показатетей (термохимические, оптические, инфракрасные) позволят в будущем заметно расширить контролируете зоны статора, однако ке предусматривают изменения "порогового" принцкаа обработки полученной информация, малоэффективного о по- -зиций раннего распознав:зия наруваний теплового соотояяия, так как процедуры длагностгаси вшвсчанкся лишь при достия нии температуры максимально допустимых значений. Вместе о тем, практически не используются данные о текущем тепловом состоянии генердго-' ра в режиме его нормальной работы в сети, хотя они потенциально содержат всю необходимую для раннею распознавания дефектов информации. ■

Опыт эксплуатации крупных генераторов подтверждает необходимость увеличения объема информации, однако, не за счет Рогрэо-тания количества датчиков, а ва счет внедрения нетрадиционных методов. Одним иа перспективных является подход, бвзнрущнксл на свойстве темлерагур!!ых аавиокмостей, которое проявляется в стационарных тепловых режимах - зависимость превышения средней температуры обмотки от нагрузочного параметра отличается от прямолинейной при неравномерности распределения температуры.

Использование этого овойотза и применение мотодсв математического моделирования (идентификации) и технической диагностики позволяет ресить задачу оперативного дяапюотирозашм теплового состояния отэтооое генераторов. При этом решаются следующие задачи: - полученпо диагностических медалей процессов нагрева длл построение температурно-нагрузочнш зависимостей активных менгоа статоров; - ойяарулзриз термических д&фектов ла рпячей отадт! Боаникя.огекия путем ачалила те^порг-.турно-нагрузочных зга-и-сгд;остей в режиме э-.сеилуатацни генератора.

Для определения причин, сызвгагмх дефекты, р^зр'СетгУпмй те-тсд оперативного дндптост.чровония дсполняетсл .»^гичс-сюта? - мо-го-дгш!, поавогасфо^ использовать кзвтетгае причияко-оледсгве«пые сп я о к н полкостьы азаерлятл про^ДУРУ диагпос.тирозання.

Зо агорой гла».о • тасмдтркнь'отся метод плтученга дяяпюста-чеоюи. моделой щгч-лгосоз азгресд э редшыэ нормального {укюзяши-' рсванкя гс-пгрзторз и построе;-!а тегг/цчх и гтзлемгкх тога-зрзгур"-но-нагру?счт« г^йслюстей и м<>тоднк& их егда-надия..

- е -

Обоснование вида и структуры диагностических (эталонных) моделей нагрева элементов статора - обмотки и сердечника статора осуществляется путем анализа потерь энергии в них. Ьавеотно, что как основные , так и дополнительные потери в обмотке (меди) Ри пропорциональны квадрату тока статора, а полные потери в каждом элементе сердечника статора при постоянном значении частоты в сети - квадрату магнитной индукции в этом элемезте. i -штыгая, что индукция в отдельных элементах может быть выражена через индукцию поля в зазоре машины, потери в элементах сердченика Рс будут пропорциональны квадрату индукции в ааэоре. Таким образом, Ри ■ I2 , Рс - В2 (1)

Так как индукция вот в вазоре южег Сыть выражена, в соответствии о диаграммой Вотье, через ЭДС за сопротивлением рассеяния Х^ то

Pc»EZfl (Z)

Учитывая, «то в относительных единицах Ezs - (U + I г)2 + X2alz + 2(U + ID Xel sirup, (3) где U - еапряжеяие на выгодах статора, г - активное сопротивление фазы обмотки. Реальная величина активного сопротивления статора г по сравнение о Ха примерно на два порядка меньше, последнее равенство может быть упрощена и тогда

Рс « Е2в * U2 2Xe UIsinf + Х2а12, (4)

то есть потеря в элементах сердечника является функцией режимных параметров - напряжения, тока и угла 9 статора.

Дальнейший анализ выражения показал, что при реальных значениях величие Хв, (/, sin* и учете добавочных потерь, ¡зависимость потерь в стадо может Сыть аппрокошированна выражением

Рс - Ко + к2- Г , (Б)

где 1<г<2, еелл и я sin* имеют постоянную величину. Наглядным подтверждением втого являются температурно-нагруэочтшо зэвиси-иости генераторов Токтогулъокой, Ходжикентсюй и Гаэалкентской Г30, представленные в диссертаций. Из них следует, что тгмлера-турпо- иггруготаые зависимости для гидрогенераторов с высокой точностью аппроксимируются как для меди (обыотиО, так и отади (сердечника) линейньмп от квадрата тока статора зависимостями. Аналогичные закономерности характерны, как пскаэал анализ, дня всех крупных турбо-я гидрогенераторов, т.е.

A3 - а© <♦ ail2, (6)

где СВ - превышение температуры меди или отали над температурой охлэвдагацэго агента, ao,ai - коэффициенты аппроксимации.'

Для получения диагностических моделей исследуемых процессов нагрева используются методы теории идентификации, позволяющие получить оценку параметров моделей на основании измеренных текущих входных и выходных переменных. В работе используется метод идентификации, основании на регрессионных процедурах, базовыми уравнениями являются уравнения вида

У i - За + aixii + a2X2i+---+SjXjt+...+ SmXmí, (7) где Yi> xji - выходная и входные переменные, a©, ai,.. .a¡n - искомые коэффициенты, i « 1+n, j-l+n, п - количество точек набла-дения. Идентификация всех ш коэффициентов уравнений проводится одновременно, а рекуррентный вид используемых регреосяонных процедур позволяет обойтись- баз обрап^ния матриц. Отыскание оценок искомых коэффициентов производится в результате минимизации среднего квадрата отклонений: MEy-(ao+aiXi+...+smxffl)]2 .

Исследуемые процессы нагрева элементов статора моделировались уравнением (б), где выхйдной переменной является прввышениэ температуры в точке контроля над температурой охлаждэсщего агента, а входной переменной - ток статора, фиксируемые в установившихся режимах нагрузки генератора. В работе в качестве опорных используптся ортогональные полиномы Чебкшева. Благодаря свойству ортогонадь ности, оценка значений коэффициентов уравнений, аппроксимирующих процесс нагрева,осуществляется быстрее по сравнению о другими известными методами.. В работе применяется специально разработанная схема решения нормальных уравнений в полиномах Че-Сывгава, шешэя ряд преимуществ и основанная на легко программируемых разностных формулах одного и того же типа.

Точность аппроксимации исследуемых процессов нагрева оценивается мерой сходимости моделируемых значений выходной переменной к ее действительным значениям - среднеквадратическим отклонением, вычисляемым по формуле

/п-п—-

б - К s (У1м - У1*)* / Е У2!» (8)

i-i 1-1

где у1г, у1и - действительные и шделируелю значения выходной переменной.

Приведено обоснование минимального объема выборки,необходи-

ыого для обеспечения точности, яри моделировании исследуемых процессов стационарного нагрева элементов отатора!, Показано, что при каждом нагрузочном режиме минимально необходимое число точек наблюдения должно быть не менее 10.

Разработанные диагностические модели стационарного нагрева •'опольэуютоя ддя. получения эталонных температурно-нагрузочных характеристик, соответствующих иогэа~ному состоянию генератора. Выявление слабовнраженных термических дефектов в статоре возможно в результате анализа эталонных и текущих температурш-нагрузочных характеристик активных элементов отатора. Разработана методика сжатия текущих температурю- нагрузочных характеристик к эталонным, базирующаяся на принципе сжимающих отображений. Мера сходимооти текущей характеристики к эталонной оценивается Функционалом т

" Р - ( I (Со + С10г(Ь) - 0Ь(«)гЛ)1/г, (9)

■ - '1...Р. . '

где 8г, 8э - текущие и эталонные значения температур, С0,С1 -коэффициенты сжатия. В работе для отыскания значений коэффициентов сжатия попользуются методы численного интегрирования. Коэффициент Со характеризует сдвиг температур относительно эталонных 'значений по оси ординат (характерных при общем перегреве обмотки или сердечника), коэффициент С?1 - характеризует келиаейнооть температуряо-нагрувочной характеристики, полученной в режшо диагностирования. Проверка разработанной методики сжатия проведена на базе моделируемых гемпературно-кагругочных зависимостей для двух идеализированных стержней обмотки статора, при их исправном состоянии С1*1.0, т.е. характеристики имеют идэншшый характер. Эффективность процедуры сжатия подтверждена резулъ татами расчетов для двух стержней обмотки гидрогенератора 1(4 ЧзрЕаиской ГЭС.

Третья глава посвящена разработке алгоритма оперативного диагностирования теплового состояния статоров крупных генераторов в режиме их шрыальной.зкедяуатация.

, Алгоритм подразделяется на блоки, реализуйте математическое моделирование температурно-нагрувочяых зазкетютей актиашх элементов стдкзрз; форш^рованке сигналов тревоги при обнэруялют нзрунзний теплового состояния отатора; принятие регента о ката-чки термического дефекта о укававием его места и вЬзыояяой причины возникновения.

- н .

Моделирование теетературно-нагруё-о-згщ; езвиешостей „ осуществляется з эталонном режиме при заведомо известном исправном состоянии статора. Это реализуется в результате использования разработанного метода оценки значений параметров моделей стационарного нагрева по текущим показаниям датчиков штатного контроля. Показано, что общее число точек наблюдения при моделировании процессов стационарного нагрева активных элементов статора должно Сыть не менее 50-100. Вычисленные оценки значений коэффициентов эталонных моделей, нагрева хранятся на магнитных долговременных носителях.

Разработана специальная процедура выделения стационарных участков из нагрузочной кривой) которая базируется яа анализе текущих показаний дат*-1ика режимного параметра - тока статора. На заданном интервале наблюдения (не менее 3 точек) рассчитываются средние значения тога, при их значительном изменении по сравнению с предыдущим средним значением (разность превышает уровень допустимых отклонений) ввод данных прекращается. Предполагается переходный режим, рассчитывается его продолжительность, по окончании которого производится проверка на наличие установившегося режима. При его подтверждении продолжается ввод текущее показаний всех контролируемых датчиков в память машины. При накоплении необходимого объема информации на интервале наблюдения реализуются процедуры моделирования и диагностирования.

Разработанный алгоритм оперативного диагностирования теплового состояния статора позволяет решить две задачи: - установление факта и места возникновения дефекта и установления причин, вызвавших его.

Установление факта и места перегрева реализуется а специальном блоке путем непрерывного сравнения текущих и моделируемых эталонных темпегчтурно-нагрузочных зависимостей. Предлагается для крупных генераторов больлое число датчиков, контролирующих температуры в стержнях обмотки и в пазах сердечника статора, разделить на группы, внутри которых датчики оС уединяются по признаку одинакового расположения в теле статора и идентичности в характере протекания тепловых процессов.. Каждая группа датчиков опрашивается последовательно. При подозрении на наличие перегрева для датчиков каждой группы вырабатываются соответствующие сигналы тревоги, поступающие а блок сбора сигналов тревоги.

На рио.1 щюдотавлвна блок-схема разработанного алгоритма формировании сигналов тревоги, которыз вцрабатываются , в первую очередь, при превышении максимальных значений температур внутри каждой группи над минимальными значениями на величину, превосходящую заданную эксплуатационную уставку. Также вырабатываются сигналы тревоги при превышении текдак тбмператур средних по группе значений, т.е. в алгоритме отчасти используются лоро.э-вые" методы сравнеаня с уетаъкал: Такиш методам можно выявить термические дефекты, приводящие к общему значительному перегреву активных элементов статора, когда дальнейшая эксплуатация генератора приведет к аварийному останову. Локальные перегревы стерияей обдатки и сердечника статора часто могут косить скрытый характер, не проявляясь явно в текущих показаниях тераодатчикоа. Для выявления таких незначительных отклонений используется разработанный метод анализа текущих и эталонных температурно-нагру-зочных зависимостей.

В режиме нормальной эксплуатации генератора в оперативную память мятаки вызываются эталонные значения коэффициентов ураа-нэний нагрева и при подстановке текуззп; значений режимных параметров и параметров системы охлаждения вычисляются эталонные ■значения температур в точках контроля, соответствующие данному режиму диагностирования. Срагкание эталонных и реальных•температур осуществляется в результате вычисления их ороднеквадратнчес-кого отклонения по формуле (8). При превышении с.к.о. для каждой точки контроля своего допустишго значения вырабатывается сигнал тревоги. Граница допуска при этом выбирается значительно ниже, чек при использовании метода сравнения со средним. Сигналы тревоги по о. к. о. вырабатываются как для стержней обмотки и сердечника статора, так и для охлаждающего их дистиллята.

При совладении всех сигкалог треьоги для одной и той да точки контроля (стержень, паз) выносится однозначно© суждение о наличии перегрева, в противном случав в алгори'А» предусмотрена процедура уточнения диагноза.Для этого определяются текущие и эталонные температурио-нагрузочкыа характеристики областей нагрева, подозреваемых на наличке дефекта, и ироиэводится процедура сжатия текуп&эй характеристики к эталонной. При этом рассчитываются коэффициенты сжатия Со,С1 и оценивается эффективность сжат гия. При превиэении вычисленных параметров уровня допустимы^

Рио.1. Блск-смемз алгоритма 'формирования с иг налез

TÇO бо;Л

Рио.1. Продолжение блок-схемы алгоритма формирования сигналов тревоги

~ 1Б,-

вначений также вырабатываются сигналы тревоги, поступающие а блок сбора сигналов. ' _ • .

Для анализа сигналов' треЕоги и принятия решения о наличии Термического дефекта о указанием его места и возможной причины возникновения, рагрзботвн специальный алгоритм. Принятие рь-гоний о наличии того или иного ввда неисправное ей 'т. гыдача рэксменда- ' ций по оперативным и неоперативным воздеиотыш; для устранения неблагоприятных влияний осуществляемся путем посгроеккч логических схем влияний, которые оказывают отклонение отдельных пара-; ' метров на техническое состояние диагностируемого -элемента,, Составлены цепочки развития термических.Дефектов а активных частях . статора - обмотке и оердечкике, вызывающих их общий или детальный перегрев, связывающие возникновение " дефектов о щяааам и косвенными диагностическими признаками.

Алгоритм принятия решения о наличии неисправностей подразделяется на подблоки, в каждом из которых в результате анализа сигналов трэеогй выносится оуждекиэ либо об'общем перегреве обмотки или сердечника, либо о локальном по per р.-г е стержней обмотки или стали сердечника. Для рзоиозяазанкя копире №?г о няда дефекта и причины,1 вызнавшей его, анализируется вйсь возможный спектр диагнсют1!ческих признаков (сигналов тревоги). Разработанные алгоритмы и подблоки могут быть •реавиоовакы в подсистеме . оперативного диагностирования теплового состояния статоров крупка турбо-и гвдрогензраторов.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям разработанных методов на одлом из гадрогенерзюрэа Чпрвакской ГЭС. В этой овяэи приводятся конструктйаш»ч> особенности и допустимые реж'аь' рсЛотн гидрогоцератора, росл-матрияаегея построение систем охлаждения и теплового контроля.

Для отработки разрасотркного метода дйггшх'тьрооания выполнялись специальны* тепловые испытанна на базе технически, средств ав vol и т я л иро игл ном системы технической „лапгаотдал (АЛЛ), которая разрабатывается для этой станции. Kcuiismi техначесюа средств (КТО) c:iOTi<«K еклячдят мили-ЭВМ Ttsna CU1C34 (ТВ-CO) и систему преобрааоеат&лей для веода иифсрмауш о состоя:««?, диск- . репяяс органов (г^йзгг, сигналкзаюш, выкасшелей а т.п.) и ::д-мерктельпой кифериадеш. в точ чзеле парзыеггсй tenzosaro ксятро-. лл. fi-ч сегодня в АСТд pjais®oaa«a часть фу

-г» Ю

что позволяет обеспечить ввод и накопление на магнитных яосите-ткх большого массива экспериментальных данных. Для реализации этого был разработан специализированный программный модуль, позволяющий осуществлять циклическое считывание из базы данных значений заданных параметров и переносить их на магнитный диск.

Учитывая возможности КТС АСТД и задачи исследования, была разработана оригинальная методика проведения тепловых испытаний, существенно отличающаяся от принятой в практике, в которой для повышения достоверности получаемых результатов требуется, чтобы изменение температуры в течение часа не иревьшто 1°0. В итоге, время установления режима з крупных генераторах достигает 6-8 часов. Однако, для целей диагностики соблюдение этого и некоторых других требований является избыточным, так как в реальных условиях большинство ГЭС и многие ТЭС работают в переменной части графика нагрузки,и,следовательно, длительность стационарных режимов не превышает 2-3 часов. Поэтому предложено испытания выполнять путем ступенчатого снижения (нисходящая ветвь) и набора (восходящая ветвь) нагрузки при продолжительности поддержание нагрузки на каждг-й отупею? * 1 чао.

С интервалом один год было выполнено 2 опыта. Сопоставление темпэрзтурко-нагрузочных зависимостей, полученных в разных опытах, подтвердило хорошую повторяемость данкьк.. Разница между показаниями не превыоила 1°С, что свидетельствует о возможности получения достверных диагностических моделей по.результатам измерений в квазистационарных режимах, соответствующее этапу приближения процессов к установившимся значениям.

Анализ экспериментальных данных подтвердил, что между нисходящей и восходящей ветвями температурив нагрузочной эазисимсю-ти имеет меото расхождение, особенно заметное при нагрузке около 0,БРКом, т.е. шенно яри этих нагрузках измеренные значения температуры в наибольшей степени отличается от установившихся значений. Вместе с тем, это косвенно свидетельствует о том, что время установления теплового редимз в контролируемых элемгчтах стагора при ступенчатом сбросе и наборе пагрузга несколько различаются. В результате линейность зависимости температуры от квадрата тока снижается, однако при большей длительности ступени характеристика приобретает привычный вид.

Имеющееся расхождение между ветвями температурно-нагруаоч-

ных зависимостей однозначно определяет гюну ее нечувствительности (неопределенности). Она не превышает 2+3°С. . Однако такая же . величина разброса может иметь место вследствие изменения напря- . жения на выводах статора. Это доказывает, что разработанная методика получения экспериментам нь« дачных для построения эталонных тетературно-нагрузочных зависимостей позволяет получить их, в темпе ьроцесса, без гьг?ода агрегата из рэб^гь. на нагрузку.

Результат!- проведенных иогаплний свидетелъо ¿вуют о том, что имеет место существенные различия между температурно- .агруэочш-ми зависимостями, построенными по показаниям датчиков, распсло-• жеяных в разных пазах. В ввиду этого в реальных условиях необходимо осуществлять построение диагнготических моделей для каждой точки контроля отдельно.

Для получения диагностических моделей использовалось уравнение отациоиарного нагрева вида (в). Оценки значений коэф$1<ци-ентов диагностических моделей, рассчитанных по данным опыта N1 и N2 приведены в таблице 1, ошибка аппроксимации при этом не превосходит Б,4%. В работе показано, что введение дополнительного члена (нелинейного) 14Ст в описание уравнения стационарного нагрева не повышает точность аппроксимации, но усложняет модель.

Проверка работе способности метода и алгоритма выявления неисправности, проявлясцейоя а виде незначительных отклонений показан^. термодатчика от "нормальных" вначений,. осуществлялась при гадании поочередно опыта N1 я N2 как еталонного, соответственно опыта N2 и N1 - как режима диагностирования. Неисправность имитировалась я стержне N3 путгы параллельного сдвига всех •"нормальных" его показаний ка 3°0 вверх, либо введением негикой-цооти в температурно- нагрузочную еависшзсть для этого отержня в видэ узелич-злил коэффициента Л1 ка 2П2, что б пересчете на температуры составляет не более 2°-3°С. Увеличение а; огиостеглт аталониого значения характерно при нарушениях процесса теплообмена в стержне.

Результаты расчетов сроднекЕРДраги^есккх отклонений текущее температур от эгасокнух. ползали, что при нормально« (исправном) состоянии отержня N3 с. к.о. оостаанлс й,312, при его дафс-кп*ам состоя«™ (зо увеличен ка 3°0), о. к.о. составило 17.07Х. При нелинейном характере температурно-нагрузочной ааинсюмстя увеличен на 20%) о. к. о. составив Тасбраэок, подта^рд;:-

лал основная идея разработанного метода оперативного диагностирования о возможности выявления поЕшенного нагрева даже при незначительных его проявлениях в результате исследования темпе-ратурно-нагр/зочдах зависимостей в режиме эксплуатации генератора.

Проверка методики выявления перегревов по результатам сжатия текущих температурно-нагрузочньг харэкгерис ,'ик к г налог. показала, что при задании нелинейности температурно-нзгрузочной характеристики (а1 увеличен на 20%) коэффициент сжатия С1 уменьшается до 0,672 (при исправном состоянии 01*1,0).

Полученные результаты подтвердили эффективность разработанного метода и алгоритма и возможность раннего обнаружения слабо-выраженных термических дефектов статоров генераторов при работе генератора в сети.

ОСНОЗНЬЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Для раннего вьяалеша слабопроявлягщихсз. термических дефектов статоров . генераторов предложено разработать специальный метод оперативного диагностирования, в основе которого должно

•лежать: - использование текущей измерительной информации о соо-тоянки генератора, получаемой в темпе его нормального функционирования; - непрерывная, целенаправленная ее обработка с привлечением методов теории идентификации и технической диагностика.

2. Предложен метод обнаружения неисправностей статоров крупных генераторов на основе анализа температурпо-нагруэочньи зависимостей при работе в сети.

3. Для получения температурно-изгруиочякк гагшсююстей активных элементов статоров разработана ;»иагностичэскае модели,параметры которых сцетгааатся. в теше процесса.

4. Разработана мотодика оценки параметроз диагностически моделей на базе методов параметрической идентификации.

В. Рагрябэтааа методика сжатия те:-с/с,;к теишературно-кагру-сочкых характеристик к атохош&и для выявления (К по^ингикооги на основе принципа 5жшэв:зйх отображений. Показал а эффс-ктивнссгь разработанной методики, сфораулирогако условна шавл^-нка чзского дефе:<та ка ранней стадии -гогникаовенга.

е. Разработан алгоритм получеши этьзинкш: тешератур-

но-нагрузочных зависимостей, соответствующих исправному"состоя-ни» генератора, в режиме его нормального функционирования.

?. Разработан алгоритм формирования сигналов тревоги, вырабатываемых при повышенных нагревах в активных улемеятзх статора.

S. Разработан алгоритм принятия решений о наличии общего или локального перегрева обмотки и сердечника статора.

9. Предложена и обоснована методика ускоренного проведения тепловых испытаний для создания и проверки диагностических моделей пагрева активных элементов статора.

10. Проведена экспериментальная проверка разработанного метода и алгоритма диагностики теплового состояния,статора па примере выявления сдабовыраженного термического дефекта в стержне обмотки статора гидрогенератора Чарвакской ГЭС. Подтверждена эффективность и работоспособность разработанного метода диагностирования в режиме нормальной эксплуатации генератора.

Частично результаты работы внедрены в подсистему теплового контроля я диагностики в составе автоматизированной системы технической диагностики гидрогенераторов Чарвакской ГЭС. Результаты выполненных исследований будут реализованы при разработке подсистемы диагностики теплового состояния статора турбогенератора Т38-800 Талимарджанской ГРЭС.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Аль-Зоркан K.M., Абдурахманова С.®. Подсистема диагностики теплового состояния статора турбогенератора ТЗВ-800 Тали-марджанской ГРЭС.// "Проблемы "нформатики и энергетики". N4. 1994. с.37-41.

2. Аль-Зоркан И.М., Абдурахманова О.Ф. Экспертная система для оперативной диагностики теплового состояния турСо-н гидрогенераторов. //"Проблемы информатики и энергетики".N4. 19j5.

3. Аль-Эоркан U.M., Абдурахманова С.Ф. Моделиров:дке процессов нагрева для решения задачи диагностики теплового состояния крупных генераторов. Сборник материалов VI." меядународяой межвузовской конференции "Теория и методы расчета нелинейных цепей и сиотем". Ташкент, 1996, S0-31 октября, с.93.

Таблица 1.

Опыт N1: 8Lí - 6x.s.« Зо + £Ч12ст

Опыт N2

п/п 1 2

3

4 Б 6

7

8 9 О

11 12

13

14 1Б 16

17

18

19

20 21 22

23

24

So ■ 15.166 1S.018 18.¿14 18.360 19.289 18.8283 16.841 18.71Б 16.098 1В.263 17.420 17.075 19.490 20.184 22.9Б5 20.924. 22.125 22.707 19.823 21.413 19.386 21.384 22.544 20.129

ai 0.299 0.370 0.387 0.423 0.372 0.423 0.355 0.419 0.346 0.338 O.SIO G. 259 0.224 0.203 0.222 0.219 0.184 0.215 0.243 0.205

о.гзг

0.223 0.229 0.230

& X

2.330

2.368 2. IM 2.647 2.303 2.419

2.369 2.Б10 2.383 2.424 2*222 2.387 2.809 2.Б73 2.41В 2.В07 2.20Э 2.256 2.744 2.402 2.697 2.493 2.318 2.424

So 14.921 19.115 19.122 18.687 19.399 18.525 15.509 18,579 1Б.711 16.419 16.396 16.659 19.384 20.092 22.488 20.630 23.819 21.994 21.061 18.534 19.187 20.796 22.423 19.283

ai

0.352 0.422 0.447 0.481 0.435 0.477 0.392 Ó. 489 0.418 0.399 0.370 0.423 0.274 0.248 0.276 0.276 0.286 0.270 0.159 "0.257 0.288 0.283 0.289 0.289

8 X 5.223 5.045 4.625 '5.124 4.760 4.775 Б. 009 Б. 065 Б. 035 5.093 4.756 4.983 5.433 5.042 5.142 5.135 4.813 4,738 2.822 5.333 5.360 5.0 4.938 5.223

ai+20%

16.71Х

ао+3°С

17.07%

- Si -

АЛ-ЗУРКрн Kcwowa' Мухилид "Катта гензратсрдар охаторлари косгоутн хояадкна ояератча даггпоогиваяаа адгортоп ва усудларини ?таа ва

wasü че^са "

Ияшй кида -Лирик roaspaxopzsp отаторларышг Фзолйять-гшетчликли огириа учуд ударяинг термин дофектлартш эрга ачкк-даз мфтодн ва -чичзрнтагни jsaaafl vflp-ts ва yprasia магзлавара ку-рг.й ш^идадя. Закф ифодаланган дефекгяарня анш^даш корий темп'?-ратура-яюаниа бсрлш^якклардаютг генераторникг coa ¡^олатига vy-кедздиггл этадся боули^атлзрдаа ргяниня анализ ijimta ка-'■гяягаида зкадга осирнлади. ¡

Математик модеялаетнриз методлари аоосида статор чулраын ва узагининг стационар фгакикнинг диагностик моделлари кэдаб чюрш-• гач, Яорнй темперзтурз-вкзаниш харэотеристикагприш! эталон tjmi-матларига ядяняазтариО аР$адигаи ва кпнтрш ну^таспда иссюрик аамааинуви процесси бузшищини аяю^ляя имяонини борздигач методика ишлаб ч.'жигал.

Нормал эксплуатация режимндз генерзторлар отатори ¡жазутик » арлатгаш оператив диагностика приза учун алгоритм ва программа-лар комплексы гаалаб \и$нлгзя.

Ишлаб чт{ш!ган метод ва алгоритм 4gpbü¡$ ГЗСздаг-и яаракатда-ги гвдрогенераторда экспериментам апробация ^илиадя.

AL 20RQAN Ismail Mohamad "Dr/elopment and resarch of method and algorithm for operative diogmstinff heating; oast of pci*r generator statprs"

In this »ork it was studied the development and research of method and aljgorlthn for detecting the tewsturo defects oí powr eonerator stators in order to increase the reliability ы' their functioning. Deteotind ísaíI defects in the result of ana-lys for deviation of temperature load relation ссюрдring to right situation of u&nsrator.

Diagnostic nodal devs lcp*ent of stationary teatirsr of dini and stator core on case of s*athnatlcal ítóel wthoi. c*v4>-

lcpnient method itor depress ourrent temperature load characteristic into the load curve in order to display heattranstering fault in control point. •

Development of algorithm and complex program for.operative diagnostics of stator heating case in normal explotation system.

Experimental aprabation of development method and algorithm ts. curried out in hydrcgenerator Charvacskiy HES.

<D