автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Разработка моделей и программного комплекса диагностики состояния асинхронных агрегатов тепловых сетей и электростанций

ВВЕДЕНИЕ.

1. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.

1.1 Анализ научных методов контроля технического состояния сложных энергетических объектов.

1.2 Особенности контроля технического состояния асинхронных агрегатов.

1.3 Анализ современных методов техобслуживания и контроля технического состояния асинхронных агрегатов.

1.4 Анализ современных систем технической диагностики и мониторинга энергообъектов.

Основными направлениями в развитии "РАО ЕЭС России" и отдельных энергетических объектов в последние годы являлись: повышение надежности, живучести и экономичности работы электрооборудования, разработка новых прогрессивных видов оборудования для строящихся и модернизируемых энергетических объектов. В том числе: разработка серии безводородных пожаро-взрывобезопасных турбогенераторов, регулируемого и нерегулируемого электропривода для механизмов собственных нужд электростанций и тепловых сетей, устройств релейной защиты и автоматики с использованием микроэлектронной и компьютерной техники. Осуществлялась разработка новых и совершенствование существующих методов и средств диагностики, мониторинга и испытаний оборудования; снижение трудозатрат при монтаже и ремонте оборудования; разработка и внедрение современных систем телемеханики и средств связи.

Важнейшие работы вошли в отраслевые научно-технические программы (НТП) и комплексные программы энергетической отрасли. Они касаются научно-технических работ по турбогенераторам, электроприводу, коммутационным аппаратам с элегазовой и вакуумной изоляцией, по повышению надежности и безопасности обслуживания распределительных устройств электрических станций и подстанций, по релейной защите, по изоляторам и арматуре линий электропередачи, а также распределительных устройств станций и подстанций.

Издана новая редакция одного из основных для энергетиков документа "Объем и нормы испытания электрооборудования". В нем предусмотрено внедрение современных методов диагностики электрооборудования, в том числе обнаружение дефектов на ранней стадии их развития, определение необходимости ремонта оборудования по его фактическому состоянию, а не по временному регламенту проведения ремонтных работ.

Вхождение России в третье тысячелетие знаменуется проникновением рынка во все сферы производства, в том числе и в электроэнергетику. Одна из ключевых задач в направлении повышения эффективности электроэнергетики (то есть повышения надёжности и экономичности функционирования электротехнических устройств) есть задача управления жизненным циклом работающего электрооборудования. Мировой опыт решения данной задачи заключается в выборе рациональной стратегии и рациональной системы технической эксплуатации сложных электротехнических систем и электротехнических устройств на основе контроля и диагностики их текущего состояния.

Однако, в отечественной электроэнергетике усиливается тенденция на отставание уровня технологического оборудования электростанций и электрических сетей, а также их диагностического обеспечения от мировых стандартов. Продукция ведущих мировых производителей электротехнического оборудования, таких как GENERAL ELECTRIC, SIEMENS, ABB и др. отличается повышенной надёжностью, износоустойчивостью, контролепригодностью, ремонтопригодностью и простотой обслуживания. Это определяет более высокий, по сравнению с отечественным, уровень эксплуатации электрооборудования и его стоимость.

Как заявил председатель правления РАО "ЕЭС России" А.Б.Чубайс на 2-й Международной конференции "Модернизация экономики России" (Москва, 03.04.2001 г.) ежегодно в энергосистемах страны увеличивается парк электроэнергетического оборудования, отработавшего свой нормативный (номинальный) срок (рис.1В).

280 260 240 220 200 180 160 140 120 100

Мощность, ГВг Потребность* установленной МОШНОСПк Дс^ц^п мнцностек ^

--— Действующие электр останцнк ftjm ■—.^ ^^^

Денствушщне элгатростахшн : : без продления срока слуайы

Действующие злех'фг. стакцкн лрх лродганнндо 2010 т.

ЗОЮ 2002

20Ю

2010

Рис.1В. Кризисные состояния выработки и потребления электроэнергии в России в 2000 - 2010 г.г.

Степень морального и физического износа эксплуатируемого оборудования также увеличивается (рис.2В).

Динамика старшин генфирующего оборудования ш электростанциях Рос сиина период до 2020 года

81,4(35'/.*)

ГВт 18Q

ШШШШУУЩ NNNNNiNNiili®?" ШШпШШШЙ"

80

ШШШШш шшшш 20 погаищикк» к yt таим «икАмиино они» (H.OLIOOU

38,5(18%*)

2015

175(82%*)

2Ш0

ЖШШ; щ тес iiiiiiii

Рис 2В. Динамика старения энергетического оборудования на период до 2020 г.

Это обусловлено отсутствием у энергосистем достаточных финансовых средств для своевременной замены стареющего оборудования. При этом электрооборудование, отработавшее нормативный срок, имеет повышенную степень износа, что ухудшает эксплуатационные характеристики и повышает вероятность аварийных отказов. На поддержание стареющего оборудования в работоспособном состоянии требуется увеличение ежегодных затрат на техническое обслуживание и ремонты.

Действующая сегодня система планово-предупредительных ремонтов (ППР) оборудования наряду с положительными качествами обладает рядом недостатков, главным из которых является производство ремонтов по истечении регламентированного (фиксированного) межремонтного периода. Это приводит к необоснованному завышению объёмов ремонтно-восстановительных работ и величины ремонтного фонда предприятия. Альтернативой ППР является ремонт электрооборудования по его техническому состоянию, при котором на основе определённой периодичности проведения диагностического контроля определяется остаточный ресурс оборудования и объем ремонтных работ по устранению выявленных неисправностей.

Состояние технических устройств определяется не только их сроком службы, но и условиями эксплуатации. Одной из ключевых задач в обеспечении надежного и экономичного функционирования объектов электроэнергетики является задача управления техническим состоянием оборудования. Мировой опыт решения данной проблемы предлагает выбор (для определенной возрастной категории технических устройств) стратегии эксплуатации на основе диагностического контроля и оценки текущего состояния с выводом оборудования в ремонт по необходимости.

В этом случае перед персоналом, эксплуатирующим энергооборудование, стоит задача обнаружения неисправности на основе надежных методов её проявления, следить за процессами, вызывающими неисправности, выявлять причину возникновения повреждений и принимать решения по устранению обнаруженных дефектов и разрушений. Поэтому диагностика должна включать в себя анализ множества вероятных событий/состояний электротехнических устройств и требовать от специалистов определенного багажа знаний.

Наиболее массовым видом энергетического оборудования являются различные агрегаты, оснащенные асинхронным приводом. Асинхронный привод агрегатов различного назначения широко применяется как в промышленности, так и в сельском хозяйстве, на транспорте и в строительстве. В этой связи разработка и введение в действие средств и методов диагностики и мониторинга технического состояния асинхронных электроагрегатов, особенно в условиях их интенсивного старения, является весьма актуальной задачей.

Однако разработка современных средств и методов диагностики и мониторинга состояния асинхронного привода является многокритериальной научно-технической задачей. Решение такой задачи требует тщательного анализа существующих методов и средств диагностирования в мировой и отечественной практике и рационального решения целого ряда сложных научно-технических задач синтеза систем диагностики и мониторинга на микропроцессорной основе, теория которых в настоящее время разработана еще недостаточно.

В этой связи задача разработки теоретических основ создания систем диагностики и мониторинга технического состояния асинхронных агрегатов промышленных предприятий, тепловых сетей и электрических станций сформулирована как основная цель данной диссертационной работы.

При этом решение основной задачи базируется на решении следующих частных задач:

• во-первых, исследования сущности диагностики и мониторинга как процесса и как способа распознавания различных событий/состояний электроагрегатов на основе теории информации, теории измерений и теории передачи и обработки информации;

• во-вторых, проведения аналитического обзора современных технических средств и методов (технологий) неразрушающего контроля технического состояния асинхронных электроагрегатов;

• в третьих, построения концептуальных и математических моделей процессов деградации и алгоритмов диагностирования и прогнозирования состояния контролируемого оборудования;

• в-четвертых, разработки стратегии реализации программных комплексов, реализующих технологии диагностики и мониторинга состояния асинхронных электроагрегатов в конкретных условиях их эксплуатации.

Все вышеуказанные задачи, с достаточной степенью детализации рассмотрены в данной диссертационной работе.

ВЫВОДЫ

В заключение главы следует отметить эффективность и перспективность проводимых работ, которые будут постепенно увеличиваться за счет расширения парка контролируемого оборудования и включения в состав задач АДП новых задач по планированию и организационно-технической подготовке и проведению необходимых и достаточных ремонтных работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совокупность выдвинутых и обоснованных в диссертационной работе теоретических положений и их практическое использование представляют собой решение важной прикладной задачи повышения эксплуатационной надежности систем теплоэлектроснабжения больших городов на базе информационных технологий оценки технического состояния их оборудования.

Выполненные научные исследования направлены на разработку информационной технологии контроля и диагностики асинхронных агрегатов, которые являются основной компонентой систем теплоэлектроснабжения больших городов.

При этом были получены следующие научные и практические результаты:

1.1. Проведено исследование систем и технологических процессов обеспечения эксплуатационной надежности сложных энергетических объектов на базе диагностики и мониторинга их состояния. Оно показало, что в случае использования таких систем, сроки останова эксплуатации, объем ремонта и технического обслуживания объектов рассчитываются по фактическому состоянию контролируемых объектов. В этом заключается суть ресурсосбережения стратегий управления надежностью сложных энергетических объектов на базе технической диагностики и мониторинга.

1.2. Разработана стратегия создания программных комплексов прикладных программ на основе теории шкал, с помощью которых реализуются информационные технологии контроля и диагностики выбранных объектов. С помощью разработанной стратегии весьма просто осуществлять концептуальное, математическое и структурное моделирование, а также рабочее программирование пакетов прикладных программ, реализующих информационные технологии контроля и диагностики наблюдаемых объектов.

1.3. Предложены концептуальные модели оценки состояния контролируемых объектов, с помощью которых проведен анализ состава, взаимосвязи и взаимодействия контролируемых элементов с помощью иерархических, статических и динамических моделей исследуемых объектов и систем.

1.4. Построены математические модели задач распознавания событий и оценки технического состояния наблюдаемых объектов. Модели распознавания представлены в виде алгоритмов диагностирования и определения неисправностей, а модели оценки состояния - в виде численных трендов состояния и сплайн функций прогнозирования отказов оборудования.

1.5. Разработана структура модулей пакета прикладных программ и выдано техническое задание фирме "ЭДМОН" на разработку пакета прикладных программ "ASIN-EA", с помощью которого осуществляется контроль технического состояния, поиск скрытых неисправностей и прогнозирование времени безаварийной работы наблюдаемого оборудования.

1.6. Разработанные в диссертации теоретические положения и практические методы были использованы при создании автономного поста диагностики и мониторинга асинхронных тягодутьевых электроагрегатов Тюменской ТЭЦ-2. С помощью этих методов с 1998 года ведется постоянный контроль указанного оборудования, исключивший аварийные отказы из-за износа и постепенной деградации элементов наблюдаемого оборудования.

1. Годовой отчет правления "РАО ЕЭС РОССИИ" за 2000 год. http:Wwww.rao-eec.ruY

2. Шуйский В.П. Расчет электрических машин. Л.: Машиностроение, 1968. -732 с.

3. Гольдберг О. Д. Качество и надежность асинхронных двигателей. М.: Энергия, 1968, -176 с.

4. Гольдберг О.Д. Надежность электрических машин промышленного и бытового назначения. М.: Энергия, 1976. 56 с.

5. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. Л.: 1984. 408 с.

6. Шубов И.Г. Шум и вибрация машин. Л.: Энергия. 1986. 208 с.

7. Котеленец Н.Ф., Кузнуцов Н.Л. Испытания и надежность электрических машин. -М.: Высш. шк., 1988. 232 с.

8. Ермолин Н.П., Жерихин И.П. Надежность электрических машин. -Л.: Энергоатомиздат, 1976. 248 с.

9. ГОСТ 27004-85. Надежность в технике. Термины и определения.

10. Северцев Н.А. Надежность сложных систем в эксплуатации и отработке. М.: Высш. шк., 1989. -432 с.

11. Китушин В.Г. Надежность энергетических систем. -М.: Наука, 1984. 256 с.

12. Руденко Ю.Н., Ушаков И.А. Надежность систем энергетики. -М.: Наука, 1986. 252 с.

13. Гладышев Г.П., Аминов Р.З. и др. Надежность теплоэнергетического оборудования ТЭС и АЭС. -М.: Высш. шк., 1991. 303 с.

14. Надежность технических систем: Справочник/ Барлоу Р., Беляев Ю.К., Богатырев В.А. и др. М.: Радио и связь, 1985. 606 с.

15. Единая система планово-предупредительного ремонта и рациональной эксплуатации технологического оборудования машиностроительных предприятий. -М.: Машиностроение, 1967. 168 с.

16. Баранов В.Н., Бессчастнов А.А., Богомолов В.П., Кузякйн В.И. Задача выбора стратегии обеспечения эксплуатационной надежности энергетических объектов. // Известия вузов. Нефть и газ.-1998.-N5.-С.79-81.

17. Технические средства диагностирования : Справочник/ Под общ. редакц. В.В. Клюева. -М.: Машиностроение, 1989. 672 с.

18. Давыдов П.С. Техническая диагностика радиоэлектронных устройств и систем. -М.: Радио и связь, 1988. 256 с.

19. Биргер И.А. Техническая диагностика. -М.: Машиностроение, 1978. 240 с.

20. Гуляев В.А., Иванов В.М. Диагностическое обеспечение энергетического оборудования. -Киев: ИЭД, 1982. 66 с.

21. Mitchel John S. An Introduction to Machinary Analisis and Monitoring. Tusla: Penn Well Books. 1993.

22. Мадоян A.A., КанцедаловВ.Г. Дистанционный контроль оборудования ТЭС и АЭС. -М.: Энергоатом издат, 1985. 198 с.

23. Скляров В.Ф., Гуляев В.А. Диагностическое обеспечение энергетического производства. -Киев: Техника, 1985. 184 с.

24. Клюев Н.И. Информационные основы передачи сообщений. -М.: Сов. радио, 1966 360. с.

25. Котельников В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости. М.:- Госэнергоиздат, 1956, 405. с.

26. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. М.: Изд. ин. литературы, 1963. 380. с.

27. Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учеб. пособие для вузов. М.: Логос, 2001. 408. с.

28. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. JL: Энергия, 1978. 278. с.

29. Мирский Г.Я. Электронные измерения. М.: Радио и связь, 1986. 276. с.

30. Яворский Я. Математические модели измерительных процедур и систем. Варшава: 1977. 235. с.

31. Супес П., Зинес Д. Основы теории измерений // Психологические измерения. М.: Мир, 1967. 345. с.

32. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Системотехника. М.: Радио и связь, 1985. 200 с.

33. Каменев А.Ф. Технические системы: закономерности развития. -JL: Машиностроение, 1985. 216 с.

34. Хубке В. Теория технических систем. -М.: Мир, 1987. 208 с.

35. Диксон Д. Проектирование систем: изобретательство, анализ, принятие решений. -М.: Мир, 1969. 432 с.

36. Бусленко Н.П., Калашников В.В., Коваленко И.Н. Лекции по теории сложных систем. -М.: Сов. радио, 1973. 440 с.

37. Солодовников В.В., Тумаркин В.И. Теория сложности и проектирование систем управления. -М.: Наука, 1990. 168 с.

38. Эффективность сложных систем. Динамические модели / Виноградов В.А., Грущанский В.А. и др. -М.: Наука, 1989. 285 с.

39. Дмитриев А.К., Мальцев П.А. Основы теории построения и контроля сложных систем. -Л.: Энергоатомиздат, 1988. 192 с.

40. Кузякин В.И. Информационная технология и архитектура дискретных систем мониторинга технического состояния сложных объектов // Автоматика и вычислительная техника. Рига: Зинатне, 1992. -N2.-C.60-65

41. Кузякин В.И. Компьютерные системы диагностики и мониторинга бурового и нефтегазового оборудования. Екатеринбург: Свердловский ЦНТИ, 1997. -15 с.

42. Кузякин В.И. Проблемы построения и использования систем мониторинга технического состояния сложных объектов // Изв. вузов. Черная металлургия.-1992.-N8.-С. 19-22.

43. Баркова И.А. Современное состояние виброакустической диагностики машин. http:/www.vibrotec.com/.

44. Барков А.В., Баркова Н.А., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации. http:/wAvw.vibrotec.com/.

45. Барков А.В., Баркова Н.А. Интеллектуальные системы мониторинга и диагностики машин по вибрации. http:/www.vibrotec.com/.

46. Болотин В.В. Применение методов теории вероятностей и теории надежности в расчетах конструкций. -М.: Машиностроение, 1965. 524 с.

47. Байхельт Ф., Франкен П. Надежность и техническое обслуживание. Математический подход: Пер. с нем. -М.: Радио и связь, 1988. 392 с.

48. Половко A.M. Основы теории надежности. -М.: Наука, 1964. 448 с.

49. Положение о планово-предупредительных ремонтах оборудования и транспортных средствна предприятиях цветной металлургии СССР. -М.: Недра, 1976. 67 с.

50. Единая система планово-предупредительного ремонта и рациональной эксплуатации технологического оборудования машиностроительных предприятий. -М.: Машиностроение, 1967. 168 с.

51. Якобсон М.О. Планово-предупредительный ремонт в машиностроении. -М.: Машиностроение, 1969. 303 с.

52. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. -М.: Энергоатомиздат, 1992. 290 с.

53. Кузякин В.И. и др. Эффективность диагностики и мониторинга технического состояния буровых установок в условиях Оренбуржья // Строи-тельство нефтяных и газовых скважин на суше и на море, На-учн.-техн. информ. сборник. -М: ВНИИОЭНГ. 1992 -N8. -С.1-6.

54. Воробьев В.Г., Козлов А.И. Прогнозирование технического состояния изделий авиационой техники. 4.1. -М.: МИИГА, 1977. 108 с.

55. Диллон Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем. -М.: Мир, 1984. 318 с.

56. Калявин В.П., Мозгалевский А.В. Технические средства диагностирования. -JI.Судостроение, 1984, 208 с.

57. Александров А.А., Барков А.В., Баркова Н.А., Шафранский В.А. Вибрация и вибродиагностика судового электрооборудования. -JL: Судостроение, 1986. 198 с.

58. Явленский К.Н., Явленский А.К. Вибродиагностика и прогнозирование качества механических систем. -М.: Машиностроение, 1983. 239 с.

59. Карасев В.А., Максимов В.П., Сидоренко М.К. Вибрационная диагностика газотурбинных двигателей. -М.: Машиностроение, 1978. 230 с.

60. Мадоян А.А., КанцедаловВ.Г. Дистанционный контроль оборудования ТЭС и АЭС. -М.: Энергоатом издат, 1985. 198 с.

61. Скляров В.Ф., Гуляев В.А. Диагностическое обеспечение энергетического производства. -Киев: Техника, 1985. 184 с.

62. Сайт интернета http://www.vibrobit.ru/ Научно-производственное предприятие. НПП "Вибробит".

63. Сайт интернета http://www.dynamiks.ru/ Научно-производственный центр. НПЦ "Динамика".

64. Сайт интернета http://www.zfs.lg.ua/vibro/ Инженерно-технический центр. ИТЦ "Вибродиагностика".

65. Сайт интернета http://vibro61.boom.ru/ Научно-производственное предприятие. НПП "Вибро-Прибор-61".

66. Сайт интернета http://www.vtb.spb.ru/ Предприятие "VTB-group".

67. Сайт интернета http://www.obesp.sar.ru/globaltest/ Предприятие "ГлобалТест".

68. Сайт интернета http://www.chereda.net/~diagnostika/ Научно-технический центр "Диагностика".

69. Сайт интернета http://www.unim.ru/ Научно-производственное ПО "Измерительные технологии".

70. Сайт интернета http://home.ip.com.ru/mira/ Специальное конструкторское бюро. СКВ "Индикатор".

71. Сайт интернета http://www.incotec.ru/ Инженерная фирма. ИФ "Инкотес".

72. Сайт интернета http://www.sysinv.spb.ru/ Предприятие "Ин-формтех".

73. Сайт интернета http://www.mosotd.ru/ Инженерно-технический центр. НТЦ "Оргтехдиагностика".

74. Сайт интернета http://www.inteltek.com/ Виброакустические системы и технологии. ОАО "ВАСТ"

75. Сайт интернета http://www.diameh.ru/ ООО фирма "Диамех".

76. Сайт интернета http://www.vicont.ru/ Научно-технический центр. НТЦ "ВиКонт".

77. Сайт интернета http://narod.edmon.ru./ Информационные технологии диагностики и мониторинга. НПФ "Эдмон".

78. Сайт интернета http://www.vibro-center.ru/ Научно-внедренческая фирма. НВФ "Вибро-Центр".

79. Сайт интернета http://csi.com./ Международные компьютерные системы. Фирма "CSI".

80. Баранов В.Н., Бессчастнов А.А., Богомолов В.П., Кузякин В.И. Задача выбора стратегии обеспечения эксплуатационной надежности энергетических объектов. II Известия вузов. Нефть и газ.-1998.-N5.-С.79-81.

81. Кузякин В.И. Концептуальное проектирование систем мониторинга состояния оборудования буровых установок // Изв. вузов. Горный журнал.- 1990 N7 - С.94-98.

82. Баранов В.Н., Бессчастнов А.А., Богомолов В.П., Кузякин В.И. Концептуальные модели стратегий и систем технического обслуживания и ремонтов энергетических объектов. // Известия вузов. Нефть и газ.-1998.-N6.-C.90-92.

83. Бессчастнов А.А., Богомолов В.П., Кузякин В.И. Разработка программных комплексов контроля и диагностики состояния энергетических объектов с помощью теории шкал. // Программные продукты и системы. Тверь: 2001.-№3.-С.2-6.

84. Математика. Большой энциклопедический словарь. / Под ред. Прохорова Ю.В. -М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. 848 с.

85. Баранов В.Н., Богомолов В.П. и др. Исследование технического состояния оборудования систем теплогазоснабжения. М.: РААиСН, 2001.208 с.

86. Антонова Е.О., Иванов И.А. и др. Мониторинг силовых агрегатов на компрессорных станциях. СПб.: Недра, 1998. 216 с.

87. Гольдин А.С. Вибрация роторных машин. М.: Машиностроение, 2001. 344 с.

88. Баранов В.Н., Бессчастнов А.А., Богомолов В.П., Кузякин В.И. Диагностический пост контроля состояния оборудования Тюменской ТЭЦ-2. // Известия вузов. Нефть и газ.-1999.-№.-С.86-88.