автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Разработка и исследование метода и алгоритмов диагностики теплового состояния мощного турбогенератора

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И АВТОМАТИКИ

На правах рукописи

РГб од

БукадумАхсен 2 1 ДПР 2009

азработка и исследование метода и алгоритмов диагностики теплового состояния мощного турбогенератора

пециальность 05.14.01 - энергетические системы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент -1999

Работа выполнена в Институте энергетики и автоматики Академии наук Республики Узбекистан

НауЧНЫЙ руководитель: кандидат технических наук, старший

научный сотрудник АбДУрахМЭНОВа С.Ф.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, член-корр. АНРУ

Насыров Т.Х.

кандидат технических наук, доцент

Сытдыков P.A. Ведущее предприятие - АО «Энергосетьпроект»

Защита состоится " "_ 2000 г. в " " час

на заседании специализированного совета К 015.28.01 в Институте энергетики и автоматики Академии наук Республики Узбекистан по адресу: 700143, Ташкент, Академгородок.

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

Автореферат разослан "_"_1999г.

Ученый секретарь специализированного совета К 015.28.01 K.T.H. Исматходжаев С.К.

j&u ш, л-08ä 051-6^ v

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последнее время все большие усилия во всем ире предпринимаются для совершенствования методов эксплуатационного знтроля и разработки новых методов диагностирования турбо- и щрогенераторов в целях сокращения количества вынужденных и зедупреждения их внезапных аварийных остановов.

Не менее важной становится задача уменьшения эксплуатационных зсходов в результате увеличения межремонтного периода и уменьшения пительности плановых ремонтов. Экономический эффект от применения равильно выбранной стратегии эксплуатации и новых методов иагностирования может достигать значительных величин.

С целью продления "сроков жизни" генераторов сформулированы общие эдачи, одной из главных которых является разработка методов оперативной иагностики, осуществляемой на работающем оборудовании в режиме еального времени.

В этом случае уменьшение аварийных простоев и ремонтных затрат остигается за счет раннего выявления дефектов и своевременного их Гфанения.

Немаловажным является и тот факт, что современные системы иагностики должны осуществлять опережающей анализ функционального □стояния оборудования в целом, раннее обнаружение нарушений в зхнологическом процессе, выявлять первопричины нарушений и давать екомендации оперативному персоналу на уровне квалифицированных пециалистов - экспертов. На основании изложенного можно утверждать, что ассматриваемые в диссертации вопросы разработки методов и алгоритмов иагностирования теплового состояния, построения экспертной системы иагностики и включение их в состав автоматизированной системы иагностики технического состояния мощного турбогенератора являются остаточно актуальными. Особенно это важно в последнее время, когда бновление энергетического оборудования электростанций сопряжено с ольшими техническими и экономическими трудностями и нарастает число

генераторов, срок службы которых приближается к пределу. Подтверждением актуальности темы диссертации является и то, что работа выполнялась в рамках утвержденной ГКНТ Республики Узбекистан государственной научно-технической программы (ГНТП) 3.1.4.2. "Разработка и создание эффективных методов, алгоритмов и программ диагностики технического состояния оборудования и сооружений электрических станций " (1997-1999гг.).

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка метода и алгоритмов диагностирования теплового состояния активных частей мощного турбогенератора для реализации в составе автоматизированной системы диагностики его технического состояния.

Для достижения указанной цели в работе сформулированы и решены следующие научно-технические Задачи: разработка и исследование метода, алгоритмов и программ диагностирования теплового состояния турбогенератора в режиме его нормального функционирования; разработка и исследование экспертной системы диагностики теплового состояния активных частей турбогенератора для получения решений о наличии неисправностей на уровне высококвалифицированных специалистов-экспертов; исследование работоспособности разработанного метода диагностирования теплового состояния турбогенератора ТЗВ-800 ; разработка программного комплекса диагностики теплового состояния турбогенератора ТЗВ-800 Талимарджанской ГРЭС для включения в состав системы диагностики его технического состояния; расчет экономической эффективности от внедрения системы диагностики в условиях рыночной экономики.

Научная новизна выполненных исследований заключается в том, что разработан метод диагностирования теплового состояния турбогенератора в режиме его нормального функционирования на основе идентификации регрессионными методами; разработан исследовательский прототип экспертной системы диагностики теплового состояния мощного турбогенератора.

Методы исследований. Для достижения поставленной цели в работе использовались методы математического моделирования, элементы систем искусственного интеллекта и имитационного моделирования на ПЭВМ.

Основные положения выносимые на защиту: -разработка метода диагностирования теплового состояния турбогенератора в установившихся режимах нагрузки;

-разработка исследовательского прототипа экспертной системы диагностики теплового состояния ротора и статора турбогенератора; -разработка механизма создания экспертной системы диагностики всего турбоагрегата;

-разработка и исследование диагностических моделей процессов нагрева ротора и статора турбогенератора ТЗВ-800;

-комплекс алгоритмов и программ диагностики теплового состояния турбогенератора ТЗВ-800 для включения в программно-технический комплекс (ПТК) АСУ ТП Талимарджанской ГРЭС

Практическая ценность работы заключается в том, что создан комплекс алгоритмов и программ диагностики, который включен в разрабатываемый ПТК АСУ ТП турбоагрегата ТЗВ-800 Талимарджанской ГРЭС.

Апробация работы. Основное содержание и результаты работы докладывались на научном семинаре кафедр «Электрические станции» и «Электрические системы и сети» энергетического факультета ТашГТУ, на научно-техническом семинаре факультета ЭСВХ ТИИИМСХ, на научно-техническом совещании АО «Энергосетьпроект», на научном семинаре лабораторий И Э и А АН РУз.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в трех научных статьях Узбекского журнала "Проблемы информатики и энергетики".

Реализация работы. Результаты работы включены в разрабатываемую систему диагностики технического состояния турбоагрегата ТЗВ-800 в составе программно-технического комплекса АСУТП Талимарджанской ГРЭС.

Структура и объем работы. Основное содержание работы изложено во введении, четырех главах, заключении, списка использованной литературы из 122 наименований, приложения. Диссертация содержит 150 страниц машинописного текста, 15 рисунков, 2 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель научная новизна работы, а также основные положения, выносимые на защиту В первой главе рассматривается влияние тепловых процессов н техническое состояние мощных генераторов, анализируется современно состояние существующих методов и средств их теплового контроля. Отмечен! их преимущества и недостатки, показана возможность использования методо технической диатостики для решения задачи диагностики тепловог состояния турбогенератора в режиме его нормального функционирования.

В настоящей работе объектом диагностирования является мощны: турбогенератор, в частности, активные части генератора - обмотка I сердечник статора, обмотка ротора с водяным охлаждением и ег< вспомогательные системы (демпферная обмотка, тиристорны* преобразователь, нажимные кольца статора, системы охлажденш генератора).

Нарушение теплового состояния турбогенератора часто не выявляете; путем простого сопоставления измеренной и регламентированной температур В работе предлагается использовать диагностические модели исследуемы» процессов нагрева в активных частях генератора для выявления перегревов е результате сравнения текущих показаний датчиков штатного теплового контроля с так называемыми эталонными значениями, соответствующими исправному состоянию объекта и текущему нагрузочному режиму. Известно, что в обмотке статора потери на нагрев пропорциональны квадрату тока статора. Для выявления перегревов при их незначительном проявлении в показаниях датчиков штатного термоконтроля предлагается использовать температурно-нагрузочные и температурно-временные зависимости. ' В отличие от существующего подхода построения температурно-нагрузочной характеристики в специальном тестовом режиме (стационарном тепловом режиме) предлагается метод, позволяющий получать температурно-нагрузочные и температурно-временные зависимости в точках контроля генератора в любом режиме его нормального функционирования. Получение таких зависимостей решается методом параметрической идентификации,

основанном на методе наименьших квадратов с использованием регрессионных процедур. Они позволяют осуществлять идентификацию в реальном масштабе времени, поскольку основаны на измерениях входных и выходных сигналов, которые получают в процессе нормального функционирования объекта. Пусть у, -выходной сигнал в ¡-ый момент

времени, Хц , х2,......х™ -т входных сигналов. Требуется идентифицировать

т -коэффициентов в п совместных уравнениях вида

у, =а0+а1*Х1+а2*.Ха+....+а* Х|,+...+ат*хт( (1)

где1 = 1,п; ] = 1,т.

В работе идентификация всех т коэффициентов п уравнений осуществляется одновременно в результате применения рекуррентного метода путем минимизации среднего квадрата отклонений М[у-(а0+а,*х1+...а1Л*хт)]2

Процесс нагрева активных частей статора или ротора генератора, как объекта идентификации, можно представить в виде уравнения (1), где выходными сигналам являются показания датчиков штатного термоконтроля, входными - режимные параметры и параметры системы охлаждения.

В работе для отыскания коэффициентов используется схема Немчинова решения уравнений в полиномах Чебышева имеющая, ряд преимуществ по сравнению с широко известными процедурами обращения матриц. Таким образом, применяя разработанный подход, можно получить математические модели исследуемых процессов нагрева, соответствующих исправному состоянию генератора, и считать их эталонными . В отличие от существующих методов сравнения показаний термодатчиков с уставками, разработанный метод сравнения с эталоном позволяет выявить даже незначительное отклонение текущих температур от нормальных значений и установить наличие повышенного нагрева в точках контроля генератора, число которых может достигать несколько сотен.

В работе предлагается, наряду с использованием прямых диагностических признаков, учитывать параметры, косвенно влияющие на нагрев активных элементов генератора. Для оперативного принятия решений о наличии неисправности, виде, месте и причины ее возникновения при большом числе

диагностических признаков на уровне высококвалифицированных специалистов - экспертов , предлагается использовать экспертные системы, позволяющие осуществлять обработку знаний в виде совокупности данных и смысловых связей между ними.

Для возможности создания в дальнейшем интеллектуальной компьютерной экспертной системы диагностики технического состояния всего агрегата предлагается разработать экспертную систему диагностики теплового состояния мощного турбогенератора.

В работе проанализированы вопросы применения экспертных систем для решения задач диагностики в энергетике. Анализ состояния вопроса по использованию экспертных систем (ЭС) в энергетике показал, что немногие новые технологии предлагаются для внедрения на электростанциях столь активно, как ЭС. Наиболее важным результатом их применения на электростанциях является возможность сокращения расходов на производство электроэнергии. Основанием для внедрения экспертных систем диагностики (ЭСД) является прежде всего увеличение «возраста» оборудования и необходимость снижения затрат на его обслуживание. Необходимо отметить, что этот момент немаловажен и для оборудования электростанций Узбекистана

Во второй главе рассматривается вопрос разработки ЭС диагностики теплового состояния активных частей генераторов с естественным и водяным охлаждением. Такая ЭС может включаться в состав АСД (автоматизированной системы диагностики) всего агрегата как подсистема, использующая р качестве базы знаний, наряду со знаниями экспертов, архивной и документальной информации, результаты осмотров и ремонтов, а также математического моделирования исследуемых процессов нагрева. Математические модели, разработанные для конструктивных узлов генератора, могут быть заключены в независимом блоке, вход которого связан с измерительным комплексом системы централизованного контроля, а выход -с базой знаний ЭС. Архив с ретроспективной информацией об объекте может быть организован либо в виде независимой информационной системы, либо входить в базу знаний ЭС.

В данной работе разрабатывается ЭСД теплового состояния статора и ротора турбогенератора на базе инструментальных программных средств (оболочек), созданных специально для конструирования прикладных ЭС, ориентированных на применение при решении задач диагностики. При разработке и создании ЭС диагностики турбоагрегатов целесообразно формировать локальные подсистемы, контролирующие отдельные конструктивные узлы и процессы в них, с общей базой данных и с возможностью интеграции отдельных подсистем в общую систему. Каждая подсистема должна работать со своей базой знаний, взаимодействуя при этом с общей базой данных.

В работе при создании ЭСД теплового состояния статора (обмотка и сердечник) и ротора (обмотка) генератора предлагается использовать готовую оболочку RuleMaster, разработанную для решения задач диагностики . Логика для каждого модуля задается в виде таблицы примеров правильных экспертных рассуждений. RuleMaster переводит каждую такую таблицу в эквивалентное дерево рассуждений и автоматически создает тело модуля на языке Radial. Таким образом, разработчик имеет дело с таблицами примеров, а механизм логического вывода в рассматриваемом пакете базируется на принципе индуктивного обучения.

Система RuleMaster работает в режиме запроса. Текущая проблема инициируется в виде вопросов к пользователю, последовательно отвечая на них, пользователь получает искомое решение проблемы.

Разработан исследовательский прототип экспертной системы диагностики теплового состояния генератора с естественным и водяным охлаждением. При этом планировалось создание общей базы данных, в которую стекалась бы информация о режимных параметрах, параметрах системы охлаждения, вибрационного и теплового штатного контроля, привлекалась бы архивная документация, сведения об осмотрах и ремонтах и т.д. На основе такой информации был составлен список атрибутов для подсистемы диагностики теплового состояния обмотки и сердечника статора. Список атрибутов при оценке теплового состояния обмотки включает следующие параметры и их значения: -вибрация стержней в пазовой части обмотки: норма, повышенные; -

ток статора: -норма, повышен; температура охлаждающего воздуха: -норма, высокая; -расход технической воды, охлаждающей воздух: -норма, уменьшен; -температура стержня обмотки (показания штатного контроля): -норма, высокая; -моделируемые значения температуры стержня: -норма, дефект. Значения класса решений: (диагноз): - норма (нет перегрева), есть перегрев, возможен перегрев. На основе экспертных рассуждений типа «если..., то...» составляются примеры экспертных рассуждений. Например, первая строка в таблице представляет собой сочетание значений параметров, когда все в норме, диагноз тоже будет «норма». Если температура охлаждающего воздуха- высокая, расход воды- уменьшен, модель показывает «дефект», то диагноз однозначен- есть перегрев; если первые два параметра не изменились, а модель в «норме»; то диагноз: перегрев возможен, и т.д. Таким образом, таблица примеров должна охватывать весь возможный спектр причин и следствий, программа же сама строит «дерево» принятия решений, причем оптимальное с точки зрения уменьшения узлов и отбрасывания незначимых параметров. Для рассматриваемой задачи наиболее значимым при вынесении диагноза программа выделила параметр -модель, далее -температура охлаждающего воздуха, далее -вибрации, ток статора и в последнюю очередь -показания термодатчиков, что соответствует действительному положению. Расход воды программа отбросила как незначимый параметр, так как он коррелирован с температурой охлаждающего воздуха.

Таким образом, программа не включает в анализ незначимые параметры, усложняющие механизм принятия решений и сама генерирует оптимальное «дерево» решений. В соответствии с «деревом» решений программа сама формирует диалог с оператором.

Подобным образом, заполняя пустую оболочку, можно составить экспертную подсистему для любого контролируемого узла турбогенератора. Для создания базы знаний - правил для каиедой подсистемы, построены логические схемы влияний, которые оказывают на тепловое состояние контролируемого узла отклонения отдельных ключевых и косвенных параметров и дать рекомендации по оперативным или неоперативным

воздействиям для устранения неблагоприятных влияний. Эти функции выполняет следующая подпроблема, связанная с основной программно. В головной подсистеме установлен факт наличия перегрева, в подпроблеме, стоящей ниже, реализуется принятие решений о месте и виде неисправности с рекомендациями по ее устранению.

В результате анализа опыта эксплуатации, трудов ВНИИЭ, АО ОРГРЭС, «Узэнергоналадки», опыта ведущих специалистов в данной области, были разработаны схемы- цепочки развития термических дефектов для мощных генераторов. Обращение системы к архиву, к базе данных, хранящих информацию об осмотрах, профремонтах и т.д. позволяет автоматизировать процесс принятия решений о причине термодефекта, выдать на терминал нужные рекомендации оперативному персоналу станции.

Оперативная информация, поступающая в базу данных ЭСД, впрямую может не отражать повышенный нагрев в конкретной точке контроля. В таких случаях для вынесения суждения о наличии перегрева привлекается информация о косвенных параметрах, а также результаты моделирования процессов нагрева. Такое сочетание математических моделей с логической базой знаний, восполняющей трудности математического описания связей исследуемых тепловых процессов с изменением параметров работы генератора является особенностью разрабатываемой ЭСД. В работе показано, как по незначительным отклонениям показаний термодатчика, можно выявить повышенный нагрев в активных частях генератора, установить же причину перегрева и дать рекомендации по ее устранению поможет последовательный анализ всех косвенных параметров, влияющих на нагрев. Если на исследуемом агрегате имеется система вибрационного контроля, то при поступлении информации, например, о повышенной вибрации сегментов активной стали, необходимо обратить внимание на контроль теплового состояния сердечника, так как возможно появление термического дефекта.

Таким образом, подготовленные схемы развития дефектов составляют следующую отдельную подпроблему, со своей базой знаний и возможностью обращения к общей базе данных, со своим «деревом» решения.

Разработан исследовательский прототип экспертной системы диагностики

теплового состояния отдельных элементов турбогенератора с водяньш охлаждением ротора и статора. Рассмотрены как прямые, так и косвенные параметры, влияющие на их нагрев. Все перечисленные параметрь принимаются за атрибуты и составляется список примеров с классом решений. Программа формирует дерево решений, приведенное на рис.1, из которого видно, что главным диагностическим признаком перегрева ротора является перепад температур охлаждающего его дистиллята. Механизм логического вывода исключил из принятия решений квадрат тока ротора и температуру горячего дистиллята, как незначимые, оставив как главные диагностические признаки перегрева повышенный перепад температур дистиллята, циркулирующего через обмотку ротора, повышенные расход и давление дистиллята в обмотке ротора, температуру охлаждающего дистиллята. Построен также макет экспертной системы диагностики теплового состояния сердечника статора мощного турбогенератора.

Дерево принятия решения о наличии перегрева в роторе Разность температур горячего и холодного дистиплята в обмотке ротора Нормальная : расход дистиллята в обмотке ротора

В норме : давление дистиллята в обмотке ротора

В норме: температура холодного дистиллята В норме : перегрева нет Повышенная: перегрев возможен Снижено : перегрев возможен Сниженный : перегрев возможен Повышенная : есть перегрев

Рис.1

В работе показана возможность создания сложных экспертных систем, в результате специального приема «связывания в прямом и обратном направлениях», позволяющего связывать отдельные подпроблемы (так называемые миниэкспертные системы) в единую комплексную экспертную систему диагностики технического состояния всего турбоагрегата.

Подпроблема, занимающая место атрибута в спецификации головной проблемы, называется подпроблемой, связанной в обратном направлении.

Эна работает как логический атрибут, т.к. происходит спуск с основной проблемы на один уровень и для нее необходимо составить новую ;пецификацию. Значения, которые эта подпроблема имеет на верхнем уровне :тановятся значениями класса решений для подпроблемы на нижележащем /ровне. С точки зрения пользователя подпроблема является тем же, что и проблема, т.е. это проблема внутри проблемы. Каждая такая подпроблема представляет собой часть основной проблемы и ее нужно проектировать как самостоятельную отдельную проблему. Связующим ее звеном ср :пецификацией основной проблемы на вышестоящем уровне будет ее класс, поскольку эти значения являются значениями атрибута в спецификации проблемы верхнего уровня. Таким образом, можно построить сложную многоуровневую иерархическую структуру спецификаций подпроблем, подчиняющихся основной проблеме на верхнем уровне.

Такой механизм позволяет связывать любую вершину одного дерева с любой вершиной другого дерева. Используя этот метод, можно создавать иерархии проблем, или целые циклы. Это дает возможность сократить количество атрибутов, необходимых в пределах каждой подпроблемы, а также размер правила. Каждая такая проблема создается и сохраняется отдельно. Такой подход очень важен при создании ЭСД технического состояния агрегата, т.к. система должна охватывать целый ряд проблем: тепловое и вибрационное состояние конструктивных узлов агрегата, состояние турбины и котлов, состояние системы водоподготовки, системы охлаждения, системы собственных нужд и т.д.

В третьей главе показано, что теоретические исследования, проводимые в рамках настоящей работы, получили практическую реализацию при разработке системы диатостики состояния отдельных элементов турбогенератора ТЗВ-800 и его вспомогательных систем, создаваемой в составе программно-технического комплекса АСУ ТП Талимарджанской ГРЭС.

Существующие в настоящее время алгоритмы диагностики теплового состояния турбо- и гидрогенераторов, разработанные для реализации в составе АСУ ТП электростанций, базируются, как правило, на выявлении

очагов повышенного нагрева пороговыми методами, путем сравнения регистрируемых показаний термодатчиков с уставками, либо используя в качестве расчетных моделей зависимость температуры в точке контроля от средней по группе . При задании уставок их значения часто завышаются для обеспечения надежного срабатывания сигналов тревоге, аг вычисляемые средние значения температур моделируются не для конкретной точки контроля (стержня, паза), а для целой группы стержней, пазов. Это не всегда позволяет выявить такие незначительные отклонения в показаниях термодатчиков, которые характерны при слабопроявляющихся, скрытых дефектах.

Разработанный метод позволяет очувствить процедуру диагностирования, так как разработанные модели на базе методов оперативной идентификации позволяют получить для любого текущего момента времени эталонные значения температур, соответствующих исправному состоянию генератора и данному режиму его функционирования.

В общих чертах, метод диагностирования, предлагаемый в виде алгоритмов и реализованный в виде пакета прикладных программ, предполагает наличие двух этапов - эталонирования и диагностирования. В первом реализуется моделирование эталонных температурно-нагрузочных зависимостей в виде уравнений стационарного нагрева в точках контроля ротора, стержней обмотки и стали сердечника статора при условии исправного состояния генератора. На втором этапе реализуется, анализ .прямых и косвенных диагностических признаков, вырабатываются соответствующие сигналы тревоги и при подозрении на наличие дефекта осуществляется принятие решения о наличии неисправности с указанием, места и возможной причины, вызвавшей ее.

В качестве режима эталонирования может быть использован любой нагрузочный режим работы агрегата, если принять условно его состояние, как исправное. В настоящей работе рассматриваются установившиеся нагрузочные режимы.

Рассчитанные коэффициенты уравнений стационарного нагрева в активных частях генератора переносятся для хранения на долговременные

осители и считаются эталонными, так как соответствуют исправному эстоянию объекта диагностирования.

Метод предполагает построение диагностических моделей процессов агрева активных частей генераторов на базе оперативной информации, оступающей со штатных средств контроля, с использованием регрессионного ¡етода. В стационарна тепловом режиме (установившийся процесс нагрузки) ависимость превышения средней температуры обмотки ротора над емпературой охлаждающего дистиллята может быть аппроксимирована ■ ледующим уравнением:

0рог"Зжолд-= Эо+а 5*12рстт (2)

Зависимость - текущей температуры обмотки ротора от квадрата тока отора и нагрева самого дистиллята ДЭ= Эгор.д.-9холл может быть также ппроксимирована следующим выражением: врот= Ьо+ЬГРрот+ЬгЧЭгор.д,- 9ХОл.д.) (3)

Косвенным параметром, характеризующим нагрев обмотки ротора в становившемся режиме нагрузки, является нагрев самого дистиллята, 1иркулирующего через обмотку, и зависящим от квадрата тока ротора: бгор-д- 9ХОлд. = Со + С1*12рот (4)

Знание коэффициентов а;, Ц. С) позволяет в результате подстановки екущих значений режимных параметров и параметров системы охлаждения тределять текущие значения температуры обмотки ротора, либо температуру гагрева дистиллята в обмотке. При йсправном состоянии генератора >пределяемые параметры принимаются в качестве эталонных.

Оценка искомых коэффициентов приведенных уравнений осуществляется, юдобно задачам множественной регрессии, с помощью ортогональных юлиномов Чебышева по схеме Немчинова.

На ПЭВМ имитировался процесс стационарного нагрева обмотки ротора и «осматривались приведенные зависимости: (2), (3), (4). В результате шитационного моделирования были получены оценки коэффициентов сравнения (2): а0=19,55; а1—2,91. Ошибка моделирования при использовании л етода на основе регрессионных процедур рассчитывается как

среднеквадратическое отклонение (с.к.о.) моделируемых значений выходногс параметра от его исходных значений в относительных единицах 5 в %. Пру заданном описании (2) ошибка моделирования составляет 5=1,2%.

При описании стационарного нагрева обмотки ротора в виде (3) оцениваемые коэффициенты равны Ь0=45;97;Ь1=2,83;Ь2=0,29, ошибке моделирования 5=0,57%. Таким образом, можно получить эталонные моделк для расчета температуры обмотки ротора при ее исправном состоянии.

В реальности штатных средств для контроля температуры обмотки роторг не существует и создание эталона в виде уравнений (2), (3) недостаточно, чтобы в режиме нормального функционирования турбогенератора адекватнс описать процесс нагрева ротора. В этой связи для оценки тепловогс состояния обмотки ротора целесообразно использовать косвенный параметр ■ нагрев дистиллята в обмотке, т.е. разность температур горячего и холодного дистиллята, т.к. температура дистиллята_на входе и выходе из обмотки роторг контролируется штатными средствами.

Расчеты коэффициентов аппроксимирующих зависимости (4) температурь нагрева дистиллята при его протекании через обмотку ротора от квадрата тока ротора дали следующие результаты: с0=4,54; с1=0,728, ошибка моделирования 6=4,25%.

Для проверки возможности выявления общего перегрева обмотки ротора с

помощью моделей, были проведены следующие расчеты. Имитировалась

*

неисправность - нарушение процесса теплообмена в обмотке ротора, чтс приводит к общему ее, перегреву. Такой дефект можно имитировать отклонением параметра модели нагрева - коэффициента а, (Ь, или с, ) от своих эталонных значений. Аппроксимирующее уравнение нагрева дистиллята при таком дефекте имеет вид:

Эгор.д " &ХОЛ.Д. = Соэ + (С1э + Е'Си)*!2^ (5)

Величина е задавалась как 5%, 10%, 20% - ное отклонение с, при дефекте 01 своих эталонных значений с1э (когда объект исправен).

Результаты расчетов показали, что при значении е = 5%, 10%, 20% среднеквадратическое отклонение температуры нагрева дистиллята от своих

иалонных значений составляет соответственно 8Д = 3,65%; 5Д = 7,245%; 5Д = 14,48%.

Сравнение величин ошибок моделирования при исправном и дефектном :остоянии 5 = 4,25% и 5Д = 14,48 показывает, что при 5%-ном увеличении параметра с„ неисправность не будет выявляться, так как температура юрегрева дистиллята при дефектном состоянии попадает в диапазон ;опустимых отклонений температур нагрева дистиллята от своих эталонных ¡начений. Но при 10%-ном и 20%-ном увеличении с1э. С.К.О. 5Я при дефекте тачительно увеличивается ( в 2-3 раза) по сравнению с 5 при исправном :остоянии обмотки. На рис.2

Рис.2.

Гемпературно-нагрузочные характеристики обмотки ротора при исправном (I) и дефектном (2) состоянии обмотки

представлены температурно-нагрузочные зависимости для обмотки ротор при исправном и дефектном состоянии.

Для обмотки статора также были получены диагностические модел нагрева, где в качестве режимного параметра -использовались текущи значения тока статора. Температура дистиллята фиксируется штатным средствами на входе и выходе из обмотки статора. Аппроксимирующе уравнение нагрева обмотки статора представлено двумя выражениями:

) (6) .

бстат- Зхол.д .= ао + а1*12стат (7), ошибка моделирования пр

уравнении (6) составляет 5=3,0%, при (7) 5=6,04°/..

Уравнение (7) можно принять как эталонную модель, а уравнение нагреЕ обмотки статора при имитированном дефекте принимает вид:

бсшаш - ЭХОл.д-= а0 + (а,+ г'ци* 12стат (8)

где е- величина допустимых отклонений пр параметру аь задается к е=5%,10% или 20%. Расчеты, при внесении такого вида дефекта, показали, 41 при е =20% величина среднеквадратического отклонения "дефектны: значений температур обмотки статора от эталонных составляет 5Д=8,42% (пр исправном состоянии 6=6,035),что позволяет выявить слабовыраженнь термический дефект.

Сравнение моделируемого и реального перепада температур дистилля-на обмотке ротора одинаковых турбогенераторов ТЗВ-800 Талимарджанской действующей Пермской ГРЭС подтверждает высокую точное моделирования, что повышает эффективность разработанного мето/ сравнения с с талоном, снизить значение уставки, при которой вырабатывает! сигнал тревоги о перегреве.

Разработан алгоритм формирования сигналов тревоги и принятия решеш о неисправностях по тепловому состоянию элементов турбогенератора ТЗ 800. Сигналы тревоги вырабатываются для каждой точки контро; турбогенератора. Сообщения о неисправностях с соответствующе рекомендациями по их устранению выводятся в виде текущей ведомости I печати и терминал оператору для принятия оперативных решений.

Все разработанные алгоритмы реализованы в виде программного комплекса на языке высокого уровня С++ Builder в среде Windows-NT.

В четвертой главе рассматриваются вопросы разработки систем диагностики технического состояния мощных генераторов для действующих и строящихся тепло- и гидроэлектростанций исходя из двух позиций - либо в составе АСУ ТП энергоблоками как подсистема и неотъемлемая часть данной <\СУ ТП, либо как автономная система со своим УСО и интерфейсом, а также ах возможной реализации на электростанциях Узбекистана.

Приведены основные требования и выбор комплекса технических средств 1ри создании автоматизированных систем технической диагностики (АСТД) энергоблоков. Рассмотрен опыт разработки таких АСТД на электростанциях /збекистана, в частности, для Чарвакской ГЭС, предложен ряд мероприятий У1я модернизации и замены средств вычислительной техники на Ново-\нгренской и Сырдарьинской ГРЭС поэтапно. Так, на Ново-Ангренской ГРЭС 1ервым этапом должна стать замена СМ-2М современной компьютерной :истемой, обладающей необходимой памятью, быстродействием, <адёжностью и вписывающейся в существующую структуру АСУ ТП станции. Гакое решение позволит снизить потребность в квалифицированном )емонтом персонале на 7-9 человек и уменьшить на 20-29% затраты на 1апчасти, увеличить надёжность функционирования АСУ ТП Ново-Ангренской 'РЭС, осуществлять оперативный контроль за состоянием 3000 параметров с :игнализацией и расшифровкой при их изменении и выходе за допустимые |ределы.

Для одной из ведущих электростанций Узбекистана Сырдарьинской ГРЭС юпрос замены устаревших СВТ на современные также актуален и обоснован. )бследование состояния информационно-вычислительных средств на танции показало насущную необходимость замены ЭВМ ИВ-500 на |рограммируемые контроллеры информационного типа с выходом на одно -[вухтерминальную операторскую станцию. Модернизация существующих СВТ ia крупных электростанциях республики и замена их на современные ычислительные средства позволит реализовать либо в составе уществующих АСУ ТП, либо автономно, подобно Чарвакской ГЭС, в системе

технической диагностики состояния оборудования .

Имеющиеся в республике разработки позволяют также создать комплексную двухуровневую систему технической диагностики с использованием мобильной лаборатории оперативной диагностики и сосредоточением информации в диагностическом центре. На нижнем уровне применяется передвижная лаборатория оперативной диагностики оснащенная микропроцессорной техникой и устройствами связи с объектом выполняющая типовые функции сбора и первичной обработки информации, < также ориентированная на решение стандартных задач диагностики Предварительно обработанная таким образом информация поступает I диагностический центр, где предусматривается создание экспертной систем! диагностики с применением элементов систем искусственного интеллекте программные комплексы обработки документальной, архивной и оперативно информации. .

Такой диагностический центр позволит охватить диагностирование оборудование гидроэлектростанций, насосных станций, турбогенераторов крупного вспомогательного оборудования тепловых электростанци: находящихся как на территории РУз, так и сопредельных государств.

Подобный подход диагностирования через диагностический центр име< преимущества в том, что может быть базовым для применения в разнь отраслях народного хозяйства. Кроме того, использование базы даннь системы позволяет оптимизировать режимы работы оборудования, особен! на многоагрегатных гидроэлектростанциях или при работе ГЭС в услови каскада, что значительно повышает эффективность использован энергоресурсов.

Таким образом, разработанные алгоритмы и программы диагностирован теплового состояния элементов статора и ротора, могут быть использова! как подсистема АСТД в любом из перечисленных вариантов: либо в соста АСУ ТП энергоблока, либо в автономной системе, либо в мобильн диагностической лаборатории с центром.

Для реализации такой подсистемы необходимо соблюдать определенн технические требования, которые предъявляются ко всем подсистемам АСТ

Комплекс задач технического диагностирования функционально ^разделяется на следующие подсистемы: - подсистема вибро-диагностики, >дсистема тепловой диагностики, подсистема диагностики •рмонапряженных элементов и узлов и др. Каждая работает по своему эеменному фафику, используя реальную оперативную информацию. Вся входная информация передается через общесистемные области и файлы.

Разработанные алгоритмы и комплекс программ диагностики теплового эстояния турбогенератора Талимарджанской ГРЭС включены в систему гхнической диагностики в составе разрабатываемого программно-гхнического комплекса (ПТК) АСУ ТП блока 1 Талимарджанской ГРЭС, в зязи с чем в работе рассмотрены функциональные особенности ПТК. При еализации АСТД в составе АСУ ТП энергоблоками достижение поставленных елей должно обеспечиваться как созданием дополнительного нформационного обеспечения, развитием информационной базы данных, овершенствованием доступа к ней, так и совершенствованием технической труктуры системы управления - с расширением состава ЭВМ, увеличением их ычислительных мощностей, а также использованием дополнительных ериферийных устройств связи с объектом и ввода - вывода информации. ,'аждая выполняемая АСТД функциональная задача реализуется в ней как юдсистема (например, подсистема диагностики вибрационного состояния, или еплового состояния и т.д.).

Информационные функции АСТД включают централизованный контроль за «стоянием технического объекта, а также логические операции по обработке ;иагностической информации. Разрабатываемая в составе АСУТП АСТД должна работать в информационно-советующем режиме, при котором ¡редства вычислительной техники вырабатывают и выдают оперативному юрсоналу рекомендации по рациональному управлению технологическим 1роцессом.

Создаваемое программное обеспечение (ПО) АСТД и комплекс технических :редств (КТС) должны предусматривать возможности расширения объема диагностических задач и дальнейшее развитие функций АСТД.

Приведен расчет экономической эффективности от внедрения системы

диагностики в условиях рыночной экономики. Расчеты проводятся с учет( изменения стоимости денег во времени, с помощью коэффициен дисконтирования. Основными критериями эффективности инвестиционн проектов являются.

1- Чистый дисконтированных доход NPV (Net Present Value).

2- Индекс доходности PI (Profitability Index)

3- Внутренняя норма доходности ( рентабельности) IRR (Internal Rate Return)

4- Срок окупаемости

5- Точка безубыточности и др.

В связи с относительно небольшими затратами на создание и внедрен АСТД в настоящей работе определены два основных показателя: NPV и IRR Схема расчета указанных показателей

1. .Выгоды от реализации АСТД на турбогенераторе ТЗВ-800 В;

i

2. Инвестиции (капитальные затраты) К;

3. Издержки (расходы по эксплуатации). И;

4. Прибыль П=В-И;

5. Налоговые выплаты. HB;

6. Чистая прибыль ЧП=П-НВ;

7. Денежный поток ( поток наличности) ПН=ЧП+АО, где АО амортизационные отчисления;

8. Чистый поток наличности; .

9. Чистый дисконтированный доход (чистая текущая стоимость) NPV= I ЧПН/(1+Е)'.где

Е - норма дисконта, то есть 1/(1+Е)'- коэффициент дисконтирования для уче изменения стоимости денег во времени; Т - продолжительность расчет периода, горизонт расчета; t - шаг расчета.

В настоящей диссертационной работе разработана АСТД, при внедрен которой можно ожидать следующие положительные результаты: уменьшен отказов оборудования на 25%, уменьшение повреждаемости элемеет конструктивных узлов на 15%, увеличение периода между капитальны

эемонтами агрегата на 20%, уменьшение ущерба от простоя агрегата на 15%, снижение вероятности развития тяжелых аварий на 10%. Принятые показатели носят оценочный характер, так как статистики по использованию аналогичных АСТД ввиду новизны и уникальности разработки в настоящее время не имеется.

Средняя частота отказов турбогенератора составляет 0,014,средняя длительность простоя - 5604 час., уменьшение повреждаемости элементов сонструктивных узлов рассчитывается по норме аварийности турбогенератора, эавной 0,005, межремонтный период для турбогенератора ТЗВ-800 составляет 3 года, среднегодовой простой-71 сутки .

Расчетный срок эксплуатации системы диагностики принят равным пяти одам.

Норма амортизации инвестиций - 20%. Эксплуатационные расходы ириняты в размере 30% от стоимости АСТД. Общая сумма налогов - 40% от фибыли (балансовой).

Результаты расчетов показали, что при ставке дисконта, равной 0,5, что хютветствует современному темпу инфляции, интегральный эффект от ^пользования разработанной АСТД составит 378,35 млн.сум на один урбогенератор или в среднем 75,67млн.сум в год.

Внутренняя норма доходности системы диагностики оценивается в размере >8,5, то есть значительно выше темпа инфляции.

Таким образом, внедрение АСТД, в состав которой входят разработанные в (астоящей работе метод, алгоритмы и программы, представляет собой ехническое предложение, ' с ожидаемым экономическим эффектом, многократно превышающим затраты на его разработку.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ . Создан исследовательский прототип экспертной системы диагностики

теплового состояния турбогенератора. !. Разработан механизм связывания миниэкспертных систем в сложную систему для создания комплексной экспертной системы диагностики технического состояния всего энергоблока.

3. Разработаны диагностические модели нагрева обмоток ротора и стато| турбогенератора с водяным охлаждением и рассмотрены вариан" описаний моделей, учитывающих влияние на нагрев как режимш параметров, так и параметров систем охлаждения.

4. Разработаны алгоритмы формирования сигналов тревоги и принят решений о наличии неисправностей по тепловому состоянию мощнс турбогенератора.

5. Разработан комплекс алгоритмов и программ диагностики тепловс состояния турбогенератора ТЗВ-800 для дальнейшей реализации в рамн разрабатываемого программно-технического комплекса АСУ Талимарджанской ГРЭС

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Букадум А., Абдурахманова С.Ф. Выявление перегревов в статс

(

турбогенератора ТЗВ-800 Талимарджанской ГРЭС в режиме эксппуатац Часть 1. Узбекский журнал "Проблемы информатики и энергетики". N 1998г., с.27-31.

2. Букадум А., Абдурахманова С.Ф. Выявление перегревов в статс турбогенератора ТЗВ-800 Талимарджанской ГРЭС в режиме эксплуатац Часть 2. Узбекский журнал "Проблемы информатики и энергетики" 1998г., с.21-24.

3. Букадум А., Абдурахманова С.Ф, Диагностические модели нагрева обмо ротора мощного турбогенератора с водяным охлаждением. Узбеке журнал "Проблемы информатики и энергетики" №3,1999г., с.20-24.

Кучли турбогенераторнинг иссиртик холатининг диагностика цилиш услуби алгоритми ишлаб чи^иш ва тад^иуот $илиш.

Букадум Ахсен

Бу илмий ишда кучли турбогенератонинг иссирлик хо'латини диагностика ^иг услуби, алгоригмлари ва дастурларини ишлаб чи^иш ва тад^и^од ^и; масалалари куриб чи^илади. Бунинг учун уларни мавжуд булган иссикли назорат $илиш услуб ва йулларини хозирги кундаги холати тахлил уилинмо! уларни авфзалликтри ва етишмовчиликлари уайд этил

Турбогенераторнинг исси^ик холатини нормал фаолият курсатиш холатини диагностика ¡{илиш муаммоларини ечиш учун функционал диагностика ^илиш услубларини куллаш тавсия этилган эди. Носозликларни барварт ани^лаш учун хароратга боглик эталонни куриш услуби ишлаб чи^илган. Кучли турбогенераторнинг фаол уисмларини ¡сизиши диагностик моделлари топилган, уни исси^ик холатини диагностика ^илиш эксперт тизимининг тадки^от прототипи ишлаб чи^илган, диагностика килиш алгоритмлари ва дастурлари комплекси ишлаб чи^илган, булар ишлаб чиуилаетган Талимаржан ГРЭСи' ТЗВ-800 турбогенератори ТЖ АБТ (Технологик жараенларни Автоматлаштирилган Бошуарув тизими) дастури ва техник комплексига киради.

Development and research of the method and algorithm of thermal condition of powerful turbognerator.

Boukadoum Ahsen

In the article the issues of development and research of methods, algorithms and programmes of diagnostics of thermal condition of powerful turbogenerator are considered. For that reason, current situation in the existing methods and means of heat control are analysed and their advantages and disadvantages are identified. In Drder to solve the issues of diagnostics of thermal condition of turbogenerator in conditions of its normal operation it was suggested to use methods of functional diagnostics. The method of construction of samp/e temperature-loading dependence for early disclosure of defects was developed. Diagnostics models of ieating active parts of powerful turbogenerator were obtained, research prototype of expert system of diagnostics of its thermal condition was developed, the complex of algorithms and programmes of diagnostics were developed, which was incorporated n the programme-and-technical complex of ASM TP (Automated system of nanagement of technological processes) of the turbogenerator T3B-800 of Talimarjan GRES being developed." ,