диагностика оборудования. Электрических станций
 Скачать 1 Mb.
|
|
Импедансные методы Эти методы основаны на анализе изменения механического импеданса или входного акустического импеданса участка поверхности ОК, с которым взаимодействует преобразователь. Внутри группы методы разделяют по ти- пам возбуждаемых в ОК волн и по характеру взаимодействия преобразова- теля с ОК. Метод применяют для контроля дефектов соединений в многослойных конструкциях. Его используют также для измерения твердости и других фи- зико-механических свойств материалов. Отдельным методом хотелось бы рассмотреть метод ультразвуковой дефектоскопии. Ультразвуковая дефектоскопия применяется не только к крупногаба- ритному оборудованию (к примеру, трансформаторы), но также и к кабель- ной продукции. Основные типы оборудования для ультразвуковой дефектоскопии: 1. Осциллограф, позволяющиий регистрировать осциллограмму сиг- нала и его спектр; Рис. 17. Осцилограф 51 9. Акустические методы контроля 2. Ультразвуковой зонд, в котором используются гетеродинирование сигнала и прослушивание преобразованного спектра сигнала через науш- ники; Рис. 18. Зонд 3. Ультразвуковой модератор, который позволяет записать, замедлить и услышать ультразвуковой сигнал. Рис. 19. Модератор 52 10. Акустико-эмиссионная диагностика Акустическая эмиссия — это мощное техническое средство неразру- шающего тестирования и оценки материалов. Она основана на обнаруже- нии упругих волн, генерируемых внезапной деформацией напряженного материала. Эти волны распространяются от источника к датчику (датчикам), где они преобразуются в электрические сигналы. Приборы АЭ измеряют эти сигналы и отображают данные, на основе которых оператор оценивает со- стояние и поведение структуры под напряжением. Традиционные методы неразрушающего контроля (ультразвуковой, радиационный, токовихревой) обнаруживают геометрические неоднород- ности путем излучения в исследуемую структуру некоторой формы энергии. Акустическая эмиссия использует другой подход: она обнаружива- ет микроскопические движения, а не геометрические неоднородности. Рост трещины, разлом включения и утечка жидкости или газа — вот при- меры из сотен процессов, производящих акустическую эмиссию, кото- рая может быть обнаружена и эффективно исследована с помощью этой технологии. С точки зрения АЭ, растущий дефект производит свой собственный сигнал, который проходит метры, а иногда и десятки метров, пока не до- стигнет датчиков. Дефект не только может быть обнаружен дистанционно; часто представляется возможным найти его местоположение путем обра- ботки разницы времен прихода волн к различным датчикам. Преимущества метода АЭ контроля: 1. Метод обеспечивает обнаружение и регистрацию только развиваю- щихся дефектов, что позволяет классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности; 2. В производственных условиях метод АЭ позволяет выявить прира- щение трещины на десятые доли миллиметра; 3. Свойство интегральности метода обеспечивает контроль всего объ- екта с использованием одного или нескольких преобразователей АЭ, не- подвижно установленных на поверхности объекта за один раз; 4. Положение и ориентация дефекта не влияют на выявляемость; 53 10. Акустико-эмиссионная диагностика 5. Метод АЭ имеет меньше ограничений, связанных со свойствами и структурой конструкционных материалов, чем другие методы неразруша- ющего контроля; 6. Осуществляется контроль зон, недоступных для других методов (тепло- и гидроизоляция, конструктивные особенности); 7. Метод АЭ предотвращает катастрофические разрушения конструк- ций при испытаниях и эксплуатации за счет оценки скорости развития де- фектов; 8. Метод определяет места течей. 54 11. Радиационный метод диагностики Используются рентгеновское, гамма-излучение, потоки нейтринов и т. д. Проходя через толщу изделия, проникающие излучения по-разному ослабляются в дефектном и бездефектном сечениях и несут информацию о внутреннем строении вещества и наличии дефектов внутри изделия. Радиационные методы контроля используются для контроля сварных и паяных швов, отливок, проката и т. п. Они относятся к одному из видов неразрушающего контроля. При разрушающих методах испытаний проводят выборочный кон- троль (например, по вырезанным образцам) серии однотипной продукции и статистически оценивают ее качества, не устанавливая качества каждого конкретного изделия. В то же время к некоторой продукции предъявляются высокие требования по качеству, вызывающие необходимость проведения сплошного контроля. Такой контроль обеспечивается методами неразру- шающего контроля, которые в основном поддаются автоматизации и ме- ханизации. Качество продукции определяется, согласно ГОСТ 15467–79, совокуп- ностью свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетво- рять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Это емкое и обширное понятие, на которое оказывает влияние многообразие техноло- гических и конструктивно-эксплуатационных факторов. Для объективного анализа качества продукции и управления им привлекают не только ком- плекс методов неразрушающего контроля, но и разрушающие испытания и разные проверки и контроль на различных этапах изготовления продук- ции. Для ответственных изделий, рассчитанных с минимальным запасом прочности и эксплуатируемых в тяжелых условиях, применяют стопро- центный неразрушающий контроль. Под радиационным неразрушающим контролем понимается вид не- разрушающего контроля, основанный на регистрации и анализе проника- ющего ионизирующего излучения после взаимодействия с контролируе- мым объектом. В основе радиационных методов контроля лежит получение дефектоскопической информации об объекте с помощью ионизирующего излучения, прохождение которого через вещество сопровождается иони- зацией атомов и молекул среды. Результаты контроля определяются при- родой и свойствами используемого ионизирующего излучения, физико- техническими характеристиками контролируемого объекта, типом и свой- 55 11. Радиационный метод диагностики ствами детектора (регистратора), технологией контроля и квалификацией дефектоскопистов. Различают непосредственно и косвенно ионизирующие излучения. Непосредственно ионизирующее излучение — ионизирующее излучение, состоящее из заряженных частиц (электроны, протоны, а-частицы и др.), обладающих достаточной кинетической энергией для того, чтобы при стол- кновении ионизировать среду. Косвенно ионизирующее излучение — ио- низирующее излучение, состоящее из фотонов, нейтронов или других не- заряженных частиц, которые могут создавать непосредственно ионизирую- щее излучение и (или) вызывать ядерные превращения. В качестве детекторов в радиационных методах применяют рентгено- графические пленки, полупроводниковые газоразрядные и сцинтилляци- онные счетчики, ионизационные камеры и др. Назначение методов Радиационные методы дефектоскопического контроля предназначе- ны для обнаружения макроскопических нарушений сплошности материа- ла контролируемых дефектов, возникающих при изготовлении (трещины, пористость, раковины и др.), для определения внутренней геометрии де- талей, узлов и агрегатов (разностенность и отклонения формы внутрен- них контуров от заданных по чертежу в деталях с закрытыми полостями, неправильная сборка узлов, зазоры, неплотные прилегания в соединениях и т. п.). Радиационные методы используют также для выявления дефектов, появившихся в процессе эксплуатации: трещин, коррозии внутренней по- верхности и др. В зависимости от способа получения первичной информации разли- чают радиографический, радиоскопический, радиометрический контроль и метод регистрации вторичных электронов. В соответствии с ГОСТ 18353– 79 и ГОСТ 24034–80, эти методы определяются следующим образом. Под радиографическим понимают метод радиационного контроля, ос- нованный на преобразовании радиационного изображения контролируе- мого объекта в радиографический снимок или записи этого изображения на запоминающее устройство с последующим преобразованием в световое изображение. Радиографический снимок представляет собой распределе- ние плотности почернения (или цвета) на рентгеновской пленке и фото- пленке, коэффициента отражения света на ксерографическом снимке и т. д., соответствующее радиационному изображению контролируемого объекта. В зависимости от типа используемого детектора различают соб- ственно радиографию — регистрацию теневой проекции объекта на рент- геновскую пленку — и электрорадиографию. Если в качестве детектора используется цветной фотоматериал, т. е. градации радиационного изо- бражения воспроизводятся в виде градации цвета, то говорят о цветовой радиографии. 56 Диагностика электрооборудования электрических станций и подстанций Под радиоскопическим понимают метод радиационного контроля, ос- нованный на преобразовании радиационного изображения контролируе- мого объекта в световое изображение на выходном экране радиационно-оп- тического преобразователя, причем полученное изображение анализируют в процессе контроля. При использовании в качестве радиационно-оптиче- ского преобразователя флюоресцентного экрана или в замкнутой телевизи- онной системе цветного монитора различают флуороскопию или цветовую радиоскопию. В качестве источников излучения в основном используют рентгеновские аппараты, реже ускорители и радиоактивные источники. Радиометрический метод основан на измерении одного или нескольких параметров ионизирующего излучения после его взаимодействия с кон- тролируемым объектом. В зависимости от вида используемых детекторов ионизирующих излучений различают сцинтилляционный и ионизацион- ный методы радиационного контроля. В качестве источников излучения в основном находят применение радиоактивные источники и ускорители, а в системах толщинометрии используются также рентгеновские аппараты. Различают также метод вторичных электронов, когда регистрируется поток высокоэнергетических вторичных электронов образованного в ре- зультате взаимодействия проникающего излучения с контролируемым объ- ектом. По характеру взаимодействия физических полей с контролируемым объектом различают методы прошедшего излучения, рассеянного излуче- ния, активационного анализа, характеристического излучения, автоэмис- сионный. Методами прошедшего излучения являются практически все классические методы рентгено- и гамма-дефектоскопии, а также толщи- нометрии, когда различными детекторами регистрируется излучение, про- шедшее через контролируемый объект, т. е. полезную информацию о кон- тролируемом параметре несет, в частности, степень ослабления интенсив- ности излучения. Метод активационного анализа основан на анализе ионизирующего излучения, источником которого является наведенная радиоактивность контролируемого объекта, возникшая в результате воздействия на него пер- вичного ионизирующего излучения. Наведенная активность в анализируе- мом образце создается нейтронами, фотонами или заряженными частица- ми. По данным измерения наведенной активности определяют содержание элементов в различных веществах. В промышленности при поисках и разведке полезных ископаемых на- ходят применение методы нейтронно- и гамма-активационного анализа. При нейтронно-активационном анализе в качестве источников первичного излучения широкое распространение получили радиоактивные источники нейтронов, генераторы нейтронов, подкритические сборки, реже — ядер- ные реакторы и ускорители заряженных частиц. В гамма-активационном 57 11. Радиационный метод диагностики анализе используются всевозможные ускорители электронов (линейные ускорители, бетатроны, микротроны), позволяющие проводить высоко- чувствительный элементный анализ образцов горных пород и руд, биологи- ческих объектов, продуктов технологической переработки сырья, веществ высокой чистоты, делящихся материалов. К методам характеристического излучения относятся методы рентгено- радиометрического (адсорбционный и флуоресцентный) анализа. По своей сущности этот метод близок классическому рентгеноспектральному и ос- нован на возбуждении атомов определяемых элементов первичным излу- чением от радионуклида и последующей регистрации характеристического излучения возбужденных атомов. Рентгенорадиометрический метод в срав- нении с рентгеноспектральным имеет более низкую чувствительность. Но благодаря простоте и транспортабельности аппаратуры, возможностям автоматизации технологических процессов и использованию моноэнерге- тических источников излучения рентгенорадиометрический метод нашел широкое применение при массовом экспресс-анализе технологических или геологических проб. К методу характеристического излучения относят также методы рентгеноспектрального и рентгенорадиометрического изме- рения толщины покрытий. Автоэмиссионный метод неразрушающего (радиационного) контроля основан на генерации ионизирующего излучения веществом контролируе- мого объекта без активации его в процессе контроля. Сущность его заклю- чается в том, что при помощи внешнего электрода с высоким потенциалом (электрическое поле напряженностью порядка 106 В/см) с металлической поверхности контролируемого объекта можно вызвать автоэлектронную эмиссию, ток которой измеряется. Таким образом можно контролировать качество подготовки поверхности, наличие на ней загрязнений или пленок. 58 12. Современные экспертные системы Современные системы оценки технического состояния (ОТС) высо- ковольтного электрооборудования станций и подстанций предполагают автоматизированные экспертные системы, направленные на решение двух видов задач: определение фактического функционального состояния обо- рудования с целью корректировки жизненного цикла оборудования и про- гнозирования его остаточного ресурса и решение технико-экономических задач, таких как управление производственными активами сетевых пред- приятий. Как правило, среди задач европейских систем ОТС, в отличие от рос- сийских, основной целью не является продление срока службы электрообо- рудования, по причине замены оборудования после окончания его срока службы, определенного заводом изготовителем. Достаточно сильные отли- чия в нормативной документации по обслуживанию, диагностике, испыта- ниям и т. д. электрооборудования, составу оборудования и его эксплуата- ции не позволяют использовать зарубежные системы ОТС для российских энергосистем. В России существует несколько экспертных систем, которые сегодня активно используются на реальных энергообъектах. Современные системы ОТС Структура всех современных систем ОТС в общем и целом примерно схожа и состоит из четырех основных составляющих: 1) база данных (БД) — исходные данные, на основе которых и выпол- няется ОТС оборудования; 2) база знаний (БЗ) — набор знаний в виде структурированных правил обработки данных, включающих в себя всевозможный опыт экспертов; 3) математический аппарат, с помощью которого описывается меха- низм работы системы ОТС; 4) результаты. Обычно раздел «Результаты» состоит из двух подразде- лов: сами результаты ОТС оборудования (формализованные или не фор- мализованные оценки) и управляющие воздействия на основе полученных оценок — рекомендации о дальнейшей эксплуатации оцениваемого обору- дования. Безусловно, структура систем ОТС может отличаться, но чаще всего архитектура таких систем идентична. В качестве входных параметров (БД) обычно используются данные, полученные в ходе различных методов неразрушающего контроля, испы- 59 12. Современные экспертные системы таний оборудования, или данные, полученные с различных систем монито- ринга, датчиков и т. д. В качестве базы знаний могут использоваться различные правила, как представленные в РД и других нормативных документах, так и в виде слож- ных математических правил и функциональных зависимостей. Результаты, как было описано выше, отличаются обычно только «ви- дом» оценок (индексов) состояния оборудования, возможными интерпре- тациями классификаций дефектов и управляющих воздействий. Но основным отличием систем ОТС друг от друга является использо- вание разных математических аппаратов (моделей), от которых в большей степени и зависят достоверность и корректность самой системы и ее работа в целом. На сегодняшний день в российских системах ОТС электрооборудова- ния в зависимости от их назначения применяются различные математиче- ские модели — от самых простых моделей на основе обычных правил про- дукции до более сложных, например на основе метода Байеса, как пред- ставлено в источнике [1]. Несмотря на все безусловные достоинства существующих систем ОТС, в современных условиях они имеют ряд существенных недостатков: · ориентированы на решение конкретной задачи конкретного соб- ственника (под конкретные схемы, конкретное оборудование и т. д.) и, как правило, не могут использоваться на других аналогичных объектах без се- рьезных переработок; · используют разномасштабную и разноточную информацию, что может приводить к возможной недостоверности оценки; · не учитывают динамику изменения критериев ОТС оборудования, другими словами, системы не обучаемы. Все вышесказанное, на наш взгляд, лишает современные системы ОТС их универсальности, из-за чего сложившаяся ситуация в электроэнергетике России вынуждает совершенствовать существующие или искать новые ме- тоды моделирования систем ОТС. Современные системы ОТС должны обладать свойствами анализа (са- моанализа) данных, поиска закономерностей, прогнозирования и, в конеч- ном счете, обучения (самообучения). Такие возможности дают методы ис- кусственного интеллекта. Сегодня использование методов искусственного интеллекта — это не только общепризнанное направление научных иссле- дований, но и вполне успешная реализация фактического применения дан- ных методов для технических объектов различных сфер жизни. 60 Заключение Надежность и бесперебойность работы силовых электротехнических комплексов и систем во многом определяются работой элементов, состав- ляющих их, и в первую очередь силовых трансформаторов, обеспечиваю- щих согласование комплекса с системой и преобразование ряда параметров электроэнергии в требуемые величины для дальнейшего ее использования. Одним из перспективных направлений повышения эффективности функ- ционирования электротехнического маслонаполненного оборудования является совершенствование системы технического обслуживания и ре- монтов электрооборудования. В настоящее время кардинальным путем снижения объемов и стоимости технического обслуживания электрообору- дования, численности обслуживающего и ремонтного персонала осущест- вляется переход от предупредительного принципа, жесткой регламентации ремонтного цикла и периодичности проведения ремонтов к обслуживанию на основе нормативов планово-предупредительных ремонтов. Разработана концепция эксплуатации электротехнического оборудования по техниче- скому состоянию путем более глубокого подхода к назначению периодич- ности и объемов технических обслуживании и ремонтов по результатам диагностических обследований и мониторинга электротехнического обо- рудования в целом и маслонаполненного трансформаторного оборудова- ния в частности как неотъемлемого элемента любой электротехнической системы. При переходе к системе ремонтов по техническому состоянию каче- ственно изменяются требования к системе диагностирования электро- оборудования, при которой главной задачей диагностирования становит- ся прогноз технического состояния на относительно длительный период. Решение такой задачи не является тривиальным и возможно только при комплексном подходе к совершенствованию методов, средств, алгоритмов и организационно-технических форм диагностирования. Анализ опыта применения автоматизированных систем мониторинга и диагностики в России и за рубежом позволил сформулировать ряд задач, которые должны быть решены для получения максимального эффекта при внедрении систем online-мониторинга и диагностики на объектах: 1. Оснащение подстанций средствами непрерывного контроля (мони- торинга) и диагностики состояния основного оборудования следует про- водить комплексно, создавая единые проекты автоматизации подстанций, 61 Заключение в которых вопросы управления, регулирования, защиты и диагностики со- стояния оборудования будут решаться взаимосвязано. 2. При выборе номенклатуры и количества непрерывно контролиру- емых параметров основным критерием должно быть обеспечение прием- лемого уровня риска эксплуатации каждого конкретного аппарата. В соот- ветствии с этим критерием наиболее полным контролем в первую очередь должно охватываться оборудование, работающее за пределами норматив- ного срока службы. Затраты на оснащение средствами непрерывного кон- троля оборудования, выработавшего нормированный срок службы, долж- ны быть выше, чем нового оборудования с более высокими показателями надежности. 3. Необходима разработка принципов технически и экономически обоснованного распределения задач между отдельными подсистемами АСУ ТП. Для успешного решения задачи создания полностью автоматизирован- ных подстанций для всех видов оборудования должны быть разработаны критерии, представляющие собой формализованные физико-математиче- ские описания исправного, дефектного, аварийного и других состояний аппаратов как функции результатов мониторинга параметров их функцио- нальных подсистем. 62 Список библиографических ссылок 1. Боков Г. С. Техническое перевооружение российских электриче- ских сетей // Новости электротехники. 2002. № 2 (14). C. 10–14. 2. Вавилов В. П., Александров А. Н. Инфракрасная термографиче- ская диагностика в строительстве и энергетике. М. : НТФ «Энергопро- гресс», 2003. С. 360. 3. Ящура А. И. Система технического обслуживания и ремонта обще- промышленного оборудования : справочник. М. : Энас, 2012. 4. Биргер И. А. Техническая диагностика. М. : Машиностроение, 1978. С. 240. 5. Вдовико В. П. Методология системы диагностики электрообору- дования высокого напряжения // Электричество. 2010. № 2. С. 14–20. 6. Чичев С. И., Калинин В. Ф., Глинкин Е. И. Система контроля и управления электротехническим оборудованием подстанций. М. : Спектр, 2011. С. 139. 7. Барков А. В. Основа для перевода вращающегося оборудования на обслуживание и ремонт по фактическому состоянию [Электронный ре- сурс] // Вибродиагностические системы Ассоциации ВАСТ. URL: http:// www.vibrotek.ru/russian/biblioteka/book22 (дата обращения: 20.03.2015). Загл. с экрана. 8. Захаров О. Г. Поиск дефектов в релейно-контакторных схемах. М. : НТФ «Энергопресс», «Энергетик», 2010. С. 96. 9. Сви П. М. Методы и средства диагностики оборудования высокого напряжения. М. : Энергоатомиздат, 1992. С. 240. 10. Хренников А. Ю., Сидоренко М. Г. Тепловизионное обследование электрооборудования подстанций и промышленных предприятий и его экономическая эффективность // Рынок Электротехники. № 2 (14). 2009. С. 96–100. 11. Сидоренко М. Г. Тепловизионная диагностика как современное средство мониторинга [Электронный ресурс]. URL: http://www.centert.ru/ articles/22/ (дата обращения: 20.03.2015). Загл. с экрана. 63 Оглавление ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................ 3 1. ОСНОВНыЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОжЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОй ДИАГНОСТИКИ ....................................................................................... 4 2. КОНЦЕПЦИЯ И РЕЗУЛьТАТы ДИАГНОСТИКИ ...................... 8 3. ДЕФЕКТы ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ...................................... 11 4. ТЕПЛОВыЕ МЕТОДы КОНТРОЛЯ ............................................... 14 4.1. Тепловые методы контроля: основные термины и назначение ........................................................................................... 14 4.2. Основные приборы для обследования оборудования ТМК ...... 15 5. ДИАГНОСТИКА МАСЛОНАПОЛНЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ..................................................................................... 20 6. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДы НЕРАЗРУшАЮщЕГО КОНТРОЛЯ ................................................................................................ 29 7. ВИБРОДИАГНОСТИКА .................................................................. 33 8. МАГНИТНАЯ СТРУКТУРОСКОПИЯ ........................................... 41 9. АКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДы КОНТРОЛЯ .................................... 44 10. АКУСТИКО-ЭМИССИОННАЯ ДИАГНОСТИКА ..................... 52 11. РАДИАЦИОННый МЕТОД ДИАГНОСТИКИ ........................... 54 12. СОВРЕМЕННыЕ ЭКСПЕРТНыЕ СИСТЕМы ........................... 58 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................... 60 СПИСОК БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ ССыЛОК ............................... 62 Учебное издание Хальясмаа Александра Ильмаровна Дмитриев Степан Александрович Кокин Сергей Евгеньевич Глушков Даниил Александрович ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИй И ПОДСТАНЦИй Редактор В. О. Корионова Верстка Е. В. Суховой Подписано в печать 13.07.2015. Формат 70×100 1/16. Бумага писчая. Плоская печать. Усл. печ. л. 5,16. Уч.-изд. л. 4,3. Тираж 200 экз. Заказ 206. Издательство Уральского университета Редакционно-издательский отдел ИПЦ УрФУ 620049, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 5 Тел.: 8 (343) 375–48–25, 375–46–85, 374–19–41 E-mail: rio@urfu.ru Отпечатано в Издательско-полиграфическом центре УрФУ 620075, Екатеринбург, ул. Тургенева, 4 Тел.: 8 (343) 350–56–64, 350–90–13 Факс: 8 (343) 358–93–06 E-mail: press-urfu@mail.ru |