Методы диагностирования электрооборудования
Мониторинг и диагностика ВЛ
1.3.1 Общие сведения
Надежность обеспечения электроэнергией, то есть электроснабжения большого количества распределенных по всей стране потребителей энергией, в основном определяется состоянием ВЛ. По этой причине вопросам мониторинга и диагностики ВЛ уделяется пристальное внимание, особенно в последнее время, когда уровень технологии обеспечил надежную связь многочисленных датчиков и устройств, обменивающихся цифровыми данными.
Мониторинг в приложении к технике - ϶ᴛᴏ реализованный с помощью цифрового оборудования процесс дискретного автоматического сбора, передачи, хранения и анализа мгновенных данных о параметрах, изменяющихся во времени и характеризующих состояние объекта управления и/или контроля. Дискретность или частота сбора информации о параметрах определяется видом и состоянием объекта. В процессе мониторинга дискретность может изменяться, в случае если это предусмотрено алгоритмом работы. Мониторинг осуществляется на работающем объекте под напряжением. Объектом контроля в данном случае является ВЛ.
Задачи мониторинга:
Обеспечение подразделений, принимающих решение, достоверной оперативной информацией;
Информирование о нештатных ситуациях на ВЛ (обледенение, обрыв проводов, возникновение КЗ);
Оценка текущего технического состояния объекта;
Мгновенное обнаружение неисправностей и указание точного места их расположения (к примеру, номер опоры);
Решение других информационных и аналитических задач (характер нагрузки, симметрия фаз и пр.).
Из решаемых задач видно, что мониторинг является составной частью автоматизированной системы управления объектом, в которой окончательное решение принимает человек.
Все виды осмотров (пешие, конные, на автомобилях, вертолетах, самолетах, из космоса) по решаемым задачам являются не компьютерной эпизодической формой мониторинга. Осмотры останутся незаменимыми для решения многих задач, к примеру, определение состояния фундаментов опор и оттяжек, проверка качества заземлений, диагностика состояния опор, качества соединения проводов и тросов и т.д. То есть до тех пор, пока не появятся дешевые надежные датчики, учитывающие изменение параметров, необходимых для решения перечисленных задач.
Техническая диагностика - ϶ᴛᴏ оценка технического состояния объекта͵ начинающаяся с определения места и характера имеющихся проблемных элементов и заканчивающаяся переходом объекта в неработоспособное состояние. Диагностика осуществляется на базе использования современных методов и средств и решает задачу обеспечения безопасности, функциональной надёжности и эффективности работы технического объекта͵ а также сокращения затрат на его техническое обслуживание и уменьшения потерь от простоев в результате отказов.
Диагностическое обследование выполняется на отключенном оборудовании . При помощи систем диагностического мониторинга решается задача эффективного управления эксплуатацией и ремонтом оборудования.
Трудно найти физическое явление или процесс, которые не использовались бы для целей диагностики. Рассмотрим некоторые из них, нашедшие широкое применение в электроэнергетике.
Физико-химические методы . Энергетическое воздействие на изоляцию электрических устройств приводит к ее изменениям на молекулярном уровне. Это происходит вне зависимости от типа изоляции и завершается химическими реакциями с образованием новых химических соединений, причем под действием электромагнитного поля, температуры, вибрации одновременно идут процессы разложения и синтеза. Анализируя количество и состав появляющихся новых химических соединений можно делать выводы о состоянии всех элементов изоляции. Наиболее просто это сделать с жидкой углеводородной изоляцией, каковой являются минеральные масла, так как все или почти все образовавшиеся новые химические соединения остаются в замкнутом объёме.
Преимуществом физико-химических методов диагностического контроля является их высокая точность и независимость от электрических, магнитных и электромагнитных полей и от других энергетических воздействий, так как все исследования проводятся в физико-химических лабораториях. Недостатками этих методов является относительная дороговизна, и запаздывание от текущего времени, то есть неоперативный контроль.
Метод хроматографического контроля маслонаполненного оборудования. Этот метод основан на хроматографическом анализе различных газов, выделяющихся из масла и изоляции при дефектах внутри маслонаполненного электрооборудования. Алгоритмы определения дефектов, на ранней стадии их возникновения, основанные на анализе состава и концентрации газов, являются распространенными, хорошо проработанными для диагностики маслонаполненного электрооборудования и описаны в .
Оценка состояния маслонаполненного оборудования осуществляется на базе контроля:
Предельных концентраций газов;
Скорости нарастания концентраций газов;
Отношений концентраций газов.
Метод контроля диэлектрических характеристик изоляции.
Метод основан на измерении диэлектрических характеристик, к которым относятся токи утечки, величины емкости, тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ
) и др.
Размещено на реф.рф
Абсолютные значения tgd, измеренные при напряжениях, близких к рабочему, а также его приращения при изменении испытательного напряжения, частоты и температуры, характеризуют качество и степень старения изоляции.
Для измерения tgd и емкости изоляции используются мосты переменного тока (мосты Шеринга). Метод используется для контроля высоковольтных измерительных трансформаторов и конденсаторов связи.
Метод инфракрасной термографии. Потери электрической энергии на нагрев элементов и узлов электрооборудования в процессе эксплуатации зависят от их технического состояния. Измеряя инфракрасное излучение, обусловленное нагревом, можно делать выводы о техническом состоянии электрооборудования. Невидимое инфракрасное излучение с помощью тепловизоров преобразуется в видимый человеком сигнал. Данный метод дистанционный, чувствительный, позволяющий регистрировать изменения температуры в доли градуса. По этой причине его показания сильно подвержены влияющим факторам, к примеру, отражающей способности объекта измерения, температуре и состоянию окружающей среды, так как запыленность и влажность поглощают инфракрасное излучение, и др.
Оценка технического состояния элементов и узлов электрооборудования под нагрузкой производится либо сопоставлением температуры однотипных элементов и узлов (их излучение должно быть примерно одинаковым), либо по превышению допустимой температуры для данного элемента или узла. В последнем случае тепловизоры должны иметь встроенное оборудование для коррекции влияния температуры и параметров окружающей среды на результат измерения.
Метод вибродиагностики. Для контроля над техническим состоянием механических узлов электрооборудования используют связь параметров объекта (его массы и жесткости конструкции) со спектром частот собственной и вынужденной вибрации. Всякое изменение параметров объекта в процессе эксплуатации, в частности жесткости конструкции вследствие ее усталости и старения, вызывает изменение спектра. Чувствительность метода увеличивается с ростом информативных частот. Оценка состояния по смещению низкочастотных составляющих спектра менее эффективна.
Методы контроля частичных разрядов в изоляции. Процессы возникновения и развития дефектов изоляторов ВЛ, независимо от их материала, сопровождаются появлением электрических или частичных разрядов, которые, в свою очередь, порождают электромагнитные (в радио и оптическом диапазонах) и звуковые волны. Интенсивность проявления разрядов зависит от температуры и влажности атмосферного воздуха и связана с наличием атмосферных осадков. Такая зависимость получаемой диагностической информации от атмосферных условий требует совмещать процедуру диагностирования интенсивности разрядов в подвесной изоляции ЛЭП с крайне важно стью обязательного контроля температуры и влажности окружающей среды.
Для контроля широко применяются все виды и диапазоны излучения. Метод акустической эмиссии работает в звуковом диапазоне. Известен метод контроля оптического излучения ПР с помощью электронно-оптического дефектоскопа. Он основан на регистрации пространственно временного распределения яркости свечения и определении по ее характеру дефектных изоляторов. Для этих же целей с разной эффективностью применяют радиотехнический и ультразвуковой методы, а также метод контроля ультрафиолетового излучения с помощью электронно-оптического дефектоскопа ʼʼФилинʼʼ.
Метод ультразвукового зондирования. Скорость распространения ультразвука в облучаемом объекте зависит от его состояния (наличия дефектов, трещин, коррозии). Это свойство используется для диагностики состояния бетона, древесины и металла, которые широко применяются в энергохозяйстве, к примеру, в качестве материала опор.
Методы диагностирования электрооборудования - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Методы диагностирования электрооборудования" 2017, 2018.
Техническая диагностика - область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объекта. Назначение технической диагностики в обшей системе технического обслуживания - снижение объема затрат на стадии эксплуатации за счет проведения целевого ремонта.
Техническое диагностирование - процесс определения технического состояния объекта. Оно подразделяется на тестовое, функциональное и экспресс-диагностирование.
Периодическое и плановое техническое диагностирование позволяет:
выполнять входной контроль агрегатов и запасных узлов при их покупке;
свести к минимуму внезапные внеплановые остановки технического оборудования;
управлять старением оборудования.
Комплексное диагностирование технического состояния оборудования дает возможность решать следующие задачи:
проводить ремонт по фактическому состоянию;
увеличить среднее время между ремонтами;
уменьшить расход деталей в процессе эксплуатации различного оборудования;
уменьшить объем запасных частей;
сократить продолжительность ремонтов;
повысить качество ремонта и устранить вторичные поломки;
продлить ресурс работающего оборудования на строгой научной основе;
повысить безопасность эксплуатации энергетического оборудования:
уменьшить потребление ТЭР.
Тестовое техническое диагностирование - это диагностирование, при котором на объект подаются тестовые воздействия (например, определение степени износа изоляции электрических машин по изменению тангенса угла диэлектрических потерь при подаче напряжения па обмотку двигателя от моста переменного тока).
Функциональное техническое диагностирование - это диагностирование, при котором измеряются и анализируются параметры объекта при его функционировании но прямому назначению или в специальном режиме, например определение технического состояния подшипников качения по изменению вибрации во время работы электрических машин.
Экспресс-диагностирование - это диагностирование по ограниченному количеству параметров за заранее установленное время.
Объект технического диагностирования
- изделие или его составные части, подлежащие (подвергаемые) диагностированию (контролю).
Техническое состояние - это состояние, которое характеризуется в определенный момент времени при определенных условиях внешней среды значениями диагностических параметров, установленных технической документацией на объект.
Средства технического диагностирования - аппаратура и программы, с помощью которых осуществляется диагностирование (контроль).
Встроенные средства технического диагностирования - это средства диагностирования, являющиеся составной частью объекта (например, газовые реле в трансформаторах на напряжение 100 кВ).
Внешние устройства технического диагностирования - это устройства диагностирования, выполненные конструктивно отдельно от объекта (например, система виброконтроля на нефтеперекачивающих насосах).
Система технического диагностирования - совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования по правилам, установленным технической документацией.
Технический диагноз - результат диагностирования.
Прогнозирование технического состояния это определение технического состояния объекта с заданной вероятностью на предстоящий интервал времени, в течение которого сохранится работоспособное (неработоспособное) состояние объекта.
Алгоритм технического диагностирования - совокупность предписаний, определяющих последовательность действий при проведении диагностирования.
Диагностическая модель - формальное описание объекта, необходимое для решения задач диагностирования. Диагностическая модель может быть представлена в виде совокупности графиков, таблиц или эталонов в диагностическом пространстве.
Существуют различные методы технического диагностирования:
Реализуется с помощью лупы, эндоскопа, и других простейших приспособлений. Этим методом пользуются, как правило, постоянно, проводя внешние осмотры оборудования при подготовки его к работе или в процессе технических осмотров.
Виброакустический метод
реализуется с помощью различных приборов для измерения вибрации. Вибрация оценивается по виброперемещению, виброскорости или виброускорению. Оценка технического состояния этим методом осуществляется по общему уровню вибрации в диапазоне частот 10 - 1000 Гц или по частотному анализу в диапазоне 0 - 20000 Гц.
Реализуется с помощью . Пирометрами измеряется температура бесконтактным способом в каждой конкретной точке, т.е. для получения информации о температурном ноле необходимо этим прибором сканировать объект. Тепловизоры позволяют определять температурное поле в определенной части поверхности диагностируемого объекта, что повышает эффективность выявления зарождающихся дефектов.
Метод акустической эмиссии основан на регистрации высокочастотных сигналов в металлах и керамике при возникновении микротрещин. Частота акустического сигнала изменяется в диапазоне 5 - 600 кГц. Сигнал возникает в момент образования микротрещин. По окончании развития трещины он исчезает. Вследствие этого при использовании данного метода применяют различные способы нагружения объектов в процессе диагностирования.
Магнитный метод используется для выявления дефектов: микротрещин, коррозии и обрывов стальных проволок в канатах, концентрации напряжения в металлоконструкциях. Концентрация напряжения выявляется с помощью специальных приборов, в основе работы которых лежат принципы Баркгаузсна и Виллари.
Метод частичных разрядов применяется для выявления дефектов в изоляции высоковольтного оборудования (трансформаторы, электрические машины). Физические основы частичных разрядов состоят в том, что в изоляции электрооборудования образуются локальные заряды различной полярности. При разнополярных зарядах возникает искра (разряд). Частота этих разрядов изменяется в диапазоне 5 - 600 кГц, они имеют различную мощность и длительность.
Существуют различные методы регистрации частичных разрядов:
метод потенциалов (зонд частичных разрядов Lemke-5);
акустический (применяются высокочастотные датчики);
электромагнитный (зонд частичных разрядов);
емкостный.
Для выявления дефектов в изоляции станционных синхронных генераторов с водородным охлаждением и дефектов в трансформаторах на напряжение 3 - 330 кВ применяется хромотографический анализ газов . При возникновении различных дефектов в трансформаторах в масле выделяются различные газы: метан, ацетилен, водород и т.д. Доля этих растворенных в масле газов чрезвычайно мала, но тем не менее имеются приборы (хромотографы), с помощью которых указанные газы выявляются в трансформаторном масле и определяется степень развития тех или других дефектов.
Для измерения тангенса угла диэлектрических потерь в изоляции в высоковольтном электрооборудовании (трансформаторы, кабели, электрические машины) применяется специальный прибор - . Этот параметр измеряется при подаче напряжения от номинального до 1,25 номинального. При хорошем техническом состоянии изоляции тангенс угла диэлектрических потерь не должен изменяться в этом диапазоне напряжения.
Графики изменения тангенса угла диэлектрических потерь: 1 - неудовлетворительное; 2 - удовлетворительное; 3 - хорошее техническое состояние изоляции
Кроме того, для технического диагностирования валов электрических машин, корпусов трансформаторов могут использоваться следующие методы: ультразвуковой, ультразвуковая толщинометрия, радиографический, капиллярный (цветной), вихретоковый, механические испытания (твердометрия, растяжение, изгиб), рентгенографическая дефектоскопия, металлографический анализ.
Грунтович Н. В.
При возникновении в системе отказа двух и более элементов процесс поиска неисправности комбинационным методом значительно усложняется, однако методика проверок остается прежней. В данном случае появляются дополнительные комбинации нескольких функциональных элементов, приводящие к новым кодовым числам.
При комбинационном методе поиска среднее число проверок равно среднему числу параметров (тестов), используемых для однозначного определения отказа одного или нескольких функциональных элементов. Количество проверок не должно быть меньше минимального числа проверок mmin, определяемого выражением:
где i – число функциональных элементов в системе.
Максимальное число проверок равно числу функциональных элементов, тогда nmax = N.
Среднее время поиска отказавшего элемента при m проверках равно:
, (5.8)
где tпk, t0 – среднее время k-й проверки и время обработки всех результатов проверок, соответственно.
Достоинство комбинационного метода диагностики заключается в простоте логической обработки результатов. Недостатки: большое число обязательных проверок, трудности применения при числе отказов больше двух.
На практике наблюдается определенная дифференциация в применении методов поиска отказов в электротехнических изделиях и аппаратуре релейной защиты и автоматики. Метод последовательных групповых проверок используется при последовательном соединении функциональных элементов, еще более широко может применяться метод последовательных поэлементных проверок, но время поиска при его реализации весьма значительно. Комбинационный метод удобен для анализа сложных схем управления электрооборудованием с большим числом разветвлений, но он трудно реализуем при одновременном числе отказов больше двух.
Рекомендуется комплексное использование различных способов диагностики: на уровне систем – комбинационный метод; на уровне блоков – метод последовательных групповых проверок, и на уровне отдельных узлов – метод последовательных поэлементных проверок.
5.4 Технические средства диагноза
Реализация процессов технической диагностики осуществляется с помощью встроенных элементов контроля и специальной диагностической аппаратуры. Длительное время системы диагноза строились на основе использования приборов и установок общего назначения – амперметров, вольтметров, частотомеров, осциллографов и др. Применение таких средств отнимало много времени на сборку и разборку контрольных и испытательных схем, требовало относительно высокой квалификации операторов, способствовало ошибочным действиям и т. п.
Поэтому в практику эксплуатации стали внедряться встроенные устройства контроля, представляющие собой дополнительную аппаратуру, входящую в состав диагностической системы, и работающую совместно с ней. Обычно такие устройства контролируют функционирование наиболее ответственных частей системы и обеспечивают выдачу сигнала при выходе соответствующего параметра за установленные пределы.
В последнее время широкое распространение получили специальные диагностические устройства на основе комплексной аппаратуры. Такие устройства (например, пульты автономных проверок) выполняются в виде отдельных блоков, чемоданов или комбинированных стендов, в которых заранее смонтированы схемы, предусматривающие соответствующий объем диагностических операций.
Схемы комплектных устройств, применяемых при эксплуатации электрооборудования, весьма многообразны и завися от конкретного типа диагностируемого оборудования, а также от целей применения (проверки работоспособности или поиска отказов). Однако комплектные устройства не позволяют достаточно объективно судить о состоянии диагностируемого объекта, ибо даже в случае положительного исхода возможны ошибочные выводы, поскольку весь процесс диагноза зависит от субъективных качеств оператора. Поэтому в настоящее время в практику эксплуатации стали внедряться автоматизированные средства диагноза. Такие средства строятся на основе информационно-измерительных систем и предназначаются не только для контроля функционирования объекта диагноза, но и для поиска отказавшего элемента с заданной глубиной диагноза, для количественной оценки отдельных параметров, обработки результатов диагноза и т. д.
Современной тенденцией в разработке диагностических средств является создание универсальных автоматизированных средств, работающих по сменной программе, и поэтому пригодных для широкого класса электрооборудования систем электроснабжения.
5.5 Особенности технической диагностики электрооборудования
5.5.1 Задачи диагностических работ при эксплуатации электрооборудования
Применение диагностирования позволяет предупредить отказы электрооборудования, определить его пригодность для дальнейшей эксплуатации, обоснованно установить сроки и объемы ремонтных работ . Диагностирование целесообразно проводить как при применении существующей системы планово-предупредительных ремонтов и технических обслуживании электрооборудования (система ППРЭсх), так и в случае перехода к новой, более совершенной форме эксплуатации, связанной с применением диагностирования по текущему состоянию.
При применении новой формы обслуживания электрооборудования в сельском хозяйстве следует проводить:
· техническое обслуживание согласно графикам,
· плановое диагностирование через определенные периоды времени или наработки;
При техническом обслуживании диагностирование служит для определения работоспособности оборудования, проверки стабильности регулировок, выявления необходимости ремонта или замены отдельных узлов и деталей. При этом диагностируются так называемые обобщенные параметры, которые несут максимум информации о состоянии электрооборудования – сопротивление изоляции, температура отдельных узлов и др.
При плановых проверках контролируются параметры, характеризующие техническое состояние агрегата и позволяющие определить остаточный ресурс узлов и деталей, ограничивающих возможность дальнейшей эксплуатации оборудования.
Диагностирование, проводимое при текущем ремонте на пунктах технического обслуживания и текущего ремонта или на месте установки электрооборудования, позволяет в первую очередь оценить состояние обмоток. Остаточный ресурс обмоток должен быть больше периода между текущими ремонтами, иначе оборудование подлежит капитальному ремонту. Помимо обмоток выполняется оценка состояния подшипников, контактов и других узлов.
В случае проведения технического обслуживания и планового диагностирования электрооборудование не разбирают. При необходимости снимают защитные сетки вентиляционных окон, крышки выводов и другие быстросъемные детали, обеспечивающие доступ к узлам. Особую роль в данной ситуации играет внешний осмотр, позволяющий определить повреждения выводов, корпуса, установить наличие перегрева обмоток по потемнению изоляции, проверить состояние контактов.
С целью улучшения условий диагностирования электрооборудования, используемого в сельском хозяйстве, рекомендуется размещать его в отдельном энергоблоке, расположенном вне основных помещений. В этом случае проверка состояния электрооборудования может быть проведена с использованием специализированных передвижных лабораторий. Стыковка с энергоблоком осуществляется с помощью разъемов. Находящийся в автолаборатории персонал может проверить состояние изоляции, температуру отдельных узлов, выполнить настройку защит, т. е. провести% всего необходимого объема работ. При текущем ремонте производится разборка электрооборудования, что позволяет более детально исследовать состояние изделия и выявить неисправные элементы.
5.5.2 Основные параметры диагностирования
В качестве диагностических параметров следует выбирать характеристики электрооборудования, критичные к ресурсу работы отдельных узлов и элементов. Процесс износа электрооборудования зависит от условий эксплуатации. Решающее значение принадлежит режимам работы и условиям окружающей среды.
Основными параметрами, проверяемыми при оценке технического состояния электрооборудования, являются:
для электродвигателей: температура обмотки (определяет срок службы), амплитудно-фазовая характеристика обмотки (позволяет оценить состояние витковой изоляции), температура подшипникового узла и зазор в подшипниках (указывают на работоспособность подшипников). Кроме этого для электродвигателей, эксплуатируемых в сырых и особо сырых помещениях, дополнительно следует замерять сопротивление изоляции (позволяет прогнозировать срок службы электродвигателя);
для пускорегулирующей и защитной аппаратуры: сопротивление петли «фаза - нуль» (контроль соответствия условиям защиты), защитные характеристики тепловых реле, сопротивление контактных переходов;
для осветительных установок: температура, относительная влажность , напряжение, частота включения.
Помимо основных может быть оценен и ряд вспомогательных параметров, дающих более полное представление о состоянии диагностируемого объекта.
5.5.3 Техническое диагностирование и прогнозирование остаточного ресурса обмоток электротехнических изделий
Обмотки – наиболее важный и уязвимый узел аппаратов. От 90 до 95 % всех отказов электродвигателей приходится на неисправности обмоток. Трудоемкость текущего и капитального ремонта обмоток составляет от 40 до 60 % общего объема работ. В свою очередь в обмотках самым ненадежным элементом является их изоляция. Все это говорит о необходимости тщательной проверки состояния обмоток. С другой стороны, следует отметить значительную сложность диагностирования обмоток.
В процессе эксплуатации электрооборудование находится под воздействием следующих факторов:
· нагрузки,
· температуры окружающей среды,
· перегрузок со стороны рабочей машины,
· отклонений напряжения,
· ухудшения условий охлаждения (засорение поверхности, работа без вентиляции),
· повышенной влажности.
Среди различных процессов, влияющих на срок службы изоляции аппаратов, определяющим является тепловое старение. Чтобы прогнозировать состояние изоляции, нужно знать скорость теплового старения. Тепловому старению подвержена изоляция длительно работающих агрегатов. В этом случае срок службы изоляции определяется классом нагревостойкости изоляционного материала и рабочей температурой обмотки. Тепловое старение – это необратимые процессы, происходящие в диэлектрике и ведущие к монотонному ухудшению его диэлектрических и механических свойств.
Первые работы в области количественной оценки зависимости срока службы от температуры относятся к электродвигателям с изоляцией класса А. Установлено правило «восьми градусов», в соответствии с которым повышение температуры изоляции на каждые 8 0С сокращает срок ее службы вдвое. Аналитически это правило может быть описано выражением
, (5.9)
где Тсл.0 – срок службы изоляции при температуре 0 0С, ч;
Q – температура изоляции, 0С.
Правило «восьми градусов» из-за своей простоты находит широкое применение. По нему можно проводить ориентировочные расчеты, но получить надежные результаты не представляется возможным, поскольку это чисто эмпирическое выражение, полученное без учета ряда факторов.
В процессе диагностирования электродвигателей обычно измеряют температуру корпуса статора, для этого термометр вставляется в углубление, высверленное в корпусе и залитое трансформаторным или машинным маслом. Полученные замеры температуры сравниваются с допустимыми значениями. Температура корпуса электродвигателя не должна превышать 120...150 0С для электродвигателей серии 4А. Более точные результаты оценки температурного режима можно получить, поместив термопару в обмотку статора.
Универсальным средством диагностирования теплового состояния электродвигателей является инфракрасная термография, которая обеспечивает контроль его состояния без вывода в ремонт. Неконтактные ИК-термометры измеряют температуру поверхности объекта с безопасного расстояния, что делает их исключительно привлекательными для эксплуатации вращающихся электрических машин. На отечественном рынке имеется значительное количество тепловизионных камер, тепловизоров, термографов отечественного и зарубежного производства для этих целей.
Помимо прямого замера температуры в этой ситуации могут быть использован косвенный метод – учет потребляемого тока. Повышение величины тока сверх номинального значения является диагностическим признаком ненормального развития процессов в электрической машине. Значение тока является достаточно эффективным диагностическим параметром, поскольку величина его определяет потери активной мощности, которые в свою очередь являются одной из основных причин нагревания проводников обмотки. Перегрев электродвигателя может носить длительный и кратковременный характер. Длительные превышения тока обусловлены нагрузочными режимами, плохим качеством электроэнергии. Кратковременные перегрузки возникают в основном при пуске электрической машины. По величине длительные перегрузки могут составлять(1 ... 1,8)Iном, а кратковременные (1,8Iном.
Установившееся превышение температуры обмотки асинхронного электродвигателя tу при перегрузке может быть найдено по выражению
где DРсн – расчетные постоянные потери мощности (потери в стали) при номинальном режиме работы, Вт;
DРмн – расчетные переменные потери мощности в проводниках (потери в меди) при номинальном режиме работы электродвигателя, Вт;
kн – кратность тока нагрузки по отношению к номинальному току;
А – теплоотдача электродвигателя.
Вместе с тем, как при использовании в качестве диагностического параметра тока, так и при измерении температуры обмотки с использованием специальных встроенных датчиков, не учитывается температура окружающей среды, необходимо также помнить о переменном характере приложенной нагрузки.
Существуют и более информативные диагностические параметры, характеризующие состояние тепловых процессов в электродвигателе – это, например, скорость теплового износа изоляции. Однако определение ее представляет значительные сложности.
Результаты исследований, проведенных в Украинском филиале ГОСНИТИ, показали, что одним из возможных средств определения технического состояния корпусной и межфазной изоляции является измерение токов утечки. Для определения токов утечки между корпусом и каждой из фаз электродвигателя подается напряжение постоянного тока от 1200 до 1800 В и производятся соответствующие замеры. Разница в величинах токов утечки разных фаз в 1,5 ... 2 и более раз указывает на наличие местных дефектов в изоляции фазы с наибольшей величиной тока (растрескивание, разрывы, истирание, перегрев).
В зависимости от состояния изоляции, наличия и вида дефекта при повышении напряжения наблюдается рост тока утечки. Броски и колебания токов утечки указывают на появление кратковременно возникающих в изоляции пробоев и проводящих мостиков, т. е. о наличии дефектов.
Для измерения токов утечки могут быть использованы серийно выпускаемые приборы ИВН-1 и ВС-2В или сконструирована достаточно простая установка на основе выпрямительного моста и регулируемого трансформатора напряжения.
Изоляцию считают исправной, если при повышении напряжения не наблюдается бросков тока, ток утечки при напряжении 1800 В не превышает 95 мкА для одной фазы (230 мкА для трех фаз), относительное приращение токов не более 0,9, коэффициент несимметрии токов утечки фаз не превышает 1,8.
5.5.4 Определение уровня прочности межвитковой изоляции
Повреждение межвитковой изоляции - одна из наиболее распространенных причин выхода из строя электродвигателей и другой аппаратуры.
Техническое состояние межвитковой изоляции характеризуется пробивным напряжением, которое достигает 4 ... 6 кВ. Создать такое напряжение на межвитковой изоляции электродвигателей и других аппаратов для целей испытания практически невозможно, так как в этом случае к изоляции обмоток по отношению к корпусу необходимо приложить напряжение, превышающее десятки киловольт, что приведет к пробою корпусной изоляции. При условии исключения вероятности пробоя корпусной изоляции к обмоткам электрических машин напряжением 380 В можно приложить напряжение не выше 2,5 ... 3 кВ. Поэтому реально можно определить пробивное напряжение только дефектной изоляции.
В месте виткового замыкания обычно возникает дуга, приводящая к разрушению изоляции на ограниченном участке, затем процесс разрастается по площади. Чем меньше расстояние между проводниками и больше сила сжатия их, тем быстрее снижается пробивное напряжение. Экспериментально установлено, что при горении дуги снижение пробивного напряжения между витками от 1В до 0 происходит за времяс.
В связи с тем, что пробивное напряжение в месте дефекта при его возникновении достаточно велико (400 В и более), а перенапряжения в витках возникают кратковременно и достигают величины пробоя не часто, с момента возникновения дефекта в изоляции и до полного виткового замыкания проходит значительное время. Эти данные свидетельствуют о том, что в принципе можно прогнозировать остаточный ресурс изоляции, если располагать данными о фактическом ее состоянии.
Для диагностики межвитковой изоляции могут быть использованы аппараты серии СМ, ЕЛ или прибор ВЧФ 5-3. Аппараты типа СМ и ЕЛ позволяют определить наличие виткового замыкания. При использовании их к зажимам прибора подключаются две обмотки, и на последние подается импульсное напряжение высокой частоты. Наличие витковых замыканий определяется по кривым, наблюдаемым на экране электроннолучевой трубки. В случае отсутствия виткового замыкания наблюдается совмещенная кривая, при наличии короткозамкнутых витков – кривые раздваиваются. Прибор ВЧФ 5-3 позволяет определить наличие дефекта в витковой изоляции и пробивное напряжение в месте повреждения.
Техническое состояние межвитковой изоляции напряжением 380 В рекомендуется определять при подаче в обмотку высокочастотного напряжения величиной 1В, которое можно считать не влияющим на электрическую прочность изоляции, т. к. средняя импульсная прочность межвитковой изоляции составляет 8,6 кВ, а минимальная 5 кВ.
Следует помнить, что существующие приборы позволяют получить определенный результат только в отношении обмоток, уже имеющих дефект, и не дают полной информации о техническом состоянии бездефектной изоляции. Поэтому для предотвращения внезапных отказов из-за пробоя витковой изоляции диагностирование следует проводить не реже одного раза в год для новых изделий и не реже одного раза в два месяца или не реже 250 ч работы для отремонтированных аппаратов или работающих более трех лет, что позволит обнаружить дефект на ранней стадии развития.
Разборка электрической машины при диагностировании витковой изоляции не требуется, т. к. аппарат типа ЕЛ может быть подключен к силовым контактам магнитного пускателя. Однако следует помнить, что при повреждении ротора асинхронного электродвигателя он может создавать магнитную асимметрию, соизмеримую с асимметрией, создаваемой обмотками статора, и реальная картина может быть искажена. Поэтому лучше диагностирование обмоток на наличие межвитковых замыканий выполнять на разобранном электродвигателе.
5.5.5 Диагностирование и прогнозирование сопротивления изоляции обмоток
В процессе эксплуатации обмотки электрических аппаратов подвергаются либо тепловому старению, либо старению под действием влаги. Увлажнению подвергается изоляция электрооборудования, которое мало используется в течение суток или года и расположено в сырых или особо сырых помещениях.
Минимальная продолжительность нерабочего периода для электродвигателей, при которой начинается увлажнение, составляет от 2,7 до 5,4 ч, в зависимости от габарита. Агрегаты, простаивающие больше чем продолжительность приведенных пауз на два и большее количество часов, должны подвергаться диагностированию на предмет определения состояния корпусной и междуфазной изоляции.
Техническое состояние обмоток рекомендуется проверять по значению сопротивления изоляции постоянному току или коэффициенту абсорбции https://pandia.ru/text/78/408/images/image029_23.gif" width="84 height=25" height="25">, (5.11)
где Rн – сопротивление изоляции после корректировки, МОм;
kt – поправочный коэффициент (зависит от соотношения измеренной температуры и наиболее вероятной в данном помещении);
Rи – измеренное сопротивление изоляции, МОм.
Прогнозируемое при третьем предстоящем измерении значение сопротивления изоляции вычисляется по выражению
https://pandia.ru/text/78/408/images/image031_22.gif" width="184" height="55">, (5.15)
где Iпв – номинальный ток плавкой вставки, А;
Iэм – номинальный ток электромагнитного расцепителя, А;
Uф – фазное напряжение, В;
Zф. о – полное сопротивление цепи «фаза - нуль», Ом.
Проверяется соответствие защиты условиям устойчивого пуска электропривода
https://pandia.ru/text/78/408/images/image033_10.jpg" width="405" height="173 src=">
Рисунок 5.9 – Схема испытательной трубки для люминесцентного светильника со стартерной схемой зажигания: 1 – испытательная трубка, 2 – штырьки, 3 – контрольные лампы типа НГ127-75 или НГ127-100, 4 – щуп
Испытательная трубка выполняется из прозрачного изоляционного материала, например, из оргстекла. Для удобства работы ее рекомендуется делать разъемной. Для ламп мощностью 40 Вт длина трубки без штырьков должна быть 1199,4 мм.
Технология проверки состояния светильника при помощи испытательной трубки следующая. Трубка вставляется в осветительный прибор вместо неисправной люминесцентной лампы. Подается напряжение, и по специальной таблице, в которой приводится возможный перечень неисправностей, определяется поврежденный узел. Состояние изоляции светильника проверяется путем присоединения щупа 4 к металлическим частям корпуса.
Поиск неисправностей осветительных установок можно выполнить по внешним признакам, имея соответствующую диагностическую таблицу.
При техническом обслуживании осветительных установок проверяется уровень освещенности, проводится контроль сопротивления изоляции проводов, оценивается состояние пускорегулирующей и защитной аппаратуры.
Для осветительных установок можно прогнозировать срок службы. По номограммам, разработанным во ВНИИПТИМЭСХ (рисунок 5.10), в зависимости от условий окружающей среды (температуры и относительной влажности воздуха), значений напряжения и частоты включения осветительной установки определяется средняя наработка на отказ.
Пример 5.3 . Определить срок службы люминесцентной лампы для следующих исходных данных: относительная влажность 72%, напряжение 220 В, температура окружающей среды +15° С.
Р е ш е н и е.
Решение задачи показано на номограмме (рисунок 5.10). Для заданных исходных условий срок службы светильника составляет 5,5 тыс. ч.
shortcodes">
Как было указано ранее, диагностирование позволяет осуществить переход к новой прогрессивной форме эксплуатации электрооборудования, согласно которой ремонтные работы проводят исходя из действительного технического состояния электрооборудования. При эксплуатации электрооборудования диагностирование применяется в следующих основных случаях:
- для определения технического состояния при контроле электрооборудования в плановом порядке;
- для определения причин возникновения отказов или нарушения нормальной работы электрооборудования при внеплановом диагностировании;
- для определения сроков текущих и капитальных ремонтов; при проведении технического обслуживания;
- при проведении текущих и капитальных ремонтов.
Схема применения методов и средств диагностирования при проведении планового контроля, технического обслуживания и текущих ремонтов электрооборудования показана на рис. 53.
Рис. 53. Схема применения методов и средств диагностирования электрооборудования
Исследования, проведенные при разработке и внедрении методов и средств диагностирования показывают, что с применением диагностирования система ППР приобретает новую прогрессивную форму, в соответствии с которой эксплуатацию электрооборудования целесообразно организовать следующим образом.
Техническое обслуживание проводить периодически, согласно квартальным графикам. При техническом обслуживании, кроме ранее выполнявшихся согласно системе ППР операций, рекомендуется проводить диагностирование для определения общего технического состояния электрооборудования по обобщенным (основным) показателям, а также контролировать стабильность регулируемых параметров.
Плановое диагностирование проводить периодически, согласно заранее составленным графикам. При плановом диагностировании определяется техническое состояние всех деталей и узлов, ограничивающих ресурс работы электрооборудования, техническое состояние диагностируемой электрической машины или установки в целом и прогнозируется остаточный ресурс их работы до текущего или капитального ремонта. На 1-м этапе внедрения методов диагностирования до накопления достаточного опыта допускается прогнозировать безотказную работу электрооборудования до следующего планового диагностирования.
Текущий и капитальный ремонты проводить по данным диагностирования, т. е. только с учетом технического состояния. При текущем и капитальном ремонтах проводят диагностирование основных деталей и узлов для определения их остаточного ресурса. По данным диагностирования при текущем ремонте устанавливают или уточняют сроки проведения очередного капитального ремонта, так как становится известным остаточный ресурс основных деталей и узлов электрооборудования.
Для некоторых видов электрооборудования, в связи с особенностями их работы, допускается отступать от приведенной выше схемы организации эксплуатации. Например, для погружных электронасосов контроль технического состояния целесообразно проводить с помощью автоматических диагностических устройств, устанавливаемых около или встраиваемых в станции управления.
Таким образом, по сравнению с ранее выполнявшимися работами дополнительно вводится новый вид работ — диагностирование. Затраты времени и средств на диагностирование окупаются в несколько раз в результате снижения трудоемкости и затрат на проведение текущих и капитальных ремонтов электрооборудования, так как ремонты проводятся не периодически по заранее составленным графикам, а только при необходимости. Кроме того, при введении диагностирования в систему эксплуатации резко снижается число отказов электрооборудования, т. е. повышается надежность его работы.
Введение планового диагностирования в систему эксплуатации не означает отказ от планирования работ по текущему и капитальному ремонтам электрооборудования. Если до введения диагностирования составлялись планы (годовые для капитального ремонта и квартальные для текущего), в которых указывались сроки ремонта каждой единицы электрооборудования и определялись общие объемы ремонтных работ, то после введения диагностирования также составляются планы ремонта, но в них указываются только общие объемы работ на группу электрооборудования, например, электрооборудования цеха или небольшого предприятия. Сроки проведения ремонта каждой конкретной единицы электрооборудования устанавливаются в процессе эксплуатации по данным планового диагностирования.
Планирование объемов (трудоемкости и стоимости) ремонтных работ проводят на основании средних статистических данных о годовых объемах ранее выполненных по данным диагностирования работ по текущему и капитальному ремонтам для каждого основного вида электрооборудования (электродвигателей, синхронных генераторов, сварочных генераторов и преобразователей, низковольтных аппаратов и др.). По истечении года эти данные корректируются на основании фактически выполненного объема работ и скорректированные значения используют для расчетов объемов работ на следующий планируемый год. Такая ежегодная корректировка позволяет наиболее точно определять объемы ремонтных работ, которые будут выполняться по данным диагностирования, а также необходимую численность ремонтного персонала.
Работы по плановому диагностированию электрооборудования проводятся согласно графикам (приложение, форма 1), составляемым на год. График диагностирования электрооборудования обычно утверждает главный энергетик предприятия. На предприятиях, где должность главного энергетика не предусмотрена штатным расписанием, график утверждает главный инженер. При составлении графика для каждой единицы электрооборудования учитывается срок проведения последнего диагностирования и периодичность диагностирования (межконтрольный срок).
На предприятиях, в зависимости от количества электрооборудования и местных условий, рекомендуется применять один из вариантов проведения диагностирования: или диагностирование проводит отдельная группа эксплуатационного персонала; или диагностирование проводит ремонтно-диагностическая группа.
При диагностировании электрооборудования по первому варианту, определение технического состояния проводится группой, состоящей не менее, чем из двух человек (в соответствии с правилами техники безопасности). Группа диагностов может также выполнять регулировочные операции, при которых требуется проведение измерений диагностическими приборами.
Результаты измерений при диагностировании и выводы о техническом состоянии и необходимости замены деталей или проведения ремонта электрооборудования заносятся в журнал (приложение, форма 2), в котором каждой единице подлежащей диагностированию электрооборудования отводится одна или несколько страниц. Проведение записей отдельно для каждой конкретной единицы электрооборудования облегчает сравнительный анализ полученных данных с данными предыдущих диагностирований, так как можно легко обнаружить изменения в техническом состоянии объектов.
В журнале записывают дату проведения диагностирования, наработки после последнего диагностирования и установки электрооборудования, результаты внешнего осмотра, данные измерений диагностических параметров. Наработка после последнего диагностирования и после установки необходима для прогнозирования остаточного ресурса работы электрооборудования. На основании сравнения данных измерений диагностических параметров с их допустимыми значениями в графе 12 формы 2 записывают вывод о техническом состоянии электрооборудования (не требует ремонта до следующего диагностирования, требуется провести регулировку определенного узла, необходима замена быстросъемной детали, необходим текущий или капитальный ремонт).
Если диагностирование проводит диагностическая группа, а ремонт — группа (бригада) ремонта, то по результатам диагностирования электрооборудования участка или цеха заполняют бланк распоряжения на проведение ремонтных работ и передают группе (бригаде) ремонтников.
В распоряжение заносят сведения только о том электрооборудовании, которому необходимо провести текущий или капитальный ремонт, а также в случаях, когда в нем требуется заменить быстросъемный узел или деталь или провести регулировочные операции. В распоряжение записывают вид ремонта или работ, которые необходимо провести (текущий или капитальный ремонты, замена детали, регулировка узла). Кроме того, проставляют срок, до которого данная единица электрооборудования может работать без угрозы выхода из строя, т. е. предельный срок проведения ремонта, замены узла или детали, выполнения регулировочных работ, а также указывают объемы работ, которые необходимо выполнить при текущем ремонте, например, заменить подшипник со стороны вентилятора и др. В случае необходимости замены быстросъемного узла или детали, указывают наименование требующего замены узла или детали, а при необходимости выполнения регулировочных работ — какие параметры электрооборудования нужно отрегулировать. Если электрооборудованию необходим капитальный ремонт, указывают причину его вывода в капитальный ремонт, например, ослабление и наличие дефектов в меж-витковой изоляции обмотки статора.
Распоряжение составляет руководитель группы диагностов, а подписывают энергетик или начальник цеха (отделения, участка и др.). После выполнения указанных в распоряжении объемов работ, делают соответствующую отметку.
При втором варианте, когда диагностирование и ремонт электрооборудования проводит одна и та же группа или бригада, вначале проводится диагностирование, а затем — ремонт. В этом случае распоряжение не составляется, а ремонтные и другие работы выполняются согласно данным журнала диагностирования электрооборудования (форма 2). После окончания работ в графе 13 формы 2 делают отметку о выполненной работе.
Первый вариант наиболее приемлем при наличии на предприятии сравнительно большого числа электрооборудования и хорошо налаженной службы эксплуатации. Если на предприятии имеется электротехническая лаборатория, диагностирование электрооборудования целесообразно проводить силами этой лаборатории. По второму варианту можно организовать работы по диагностированию и ремонту электрооборудования на предприятиях с меньшим числом электрооборудования и ограниченной численностью эксплуатационного персонала.
Полный перечень проводимых при диагностировании операций, последовательность, а также указания по содержанию выполняемых операций должны быть приведены в технической документации на диагностирование электрооборудования (в технологиях диагностирования, типовых технологических картах на диагностирование отдельных узлов и деталей и в другой документации).
Периодичность диагностирования зависит от режимов и условий работы электрооборудования (продолжительность работы в течение суток, месяца, года; степени загрузки; среды и др.). До накопления достаточного количества данных эксплуатации для определения строго обоснованной периодичности планового диагностирования продолжительность межконтрольного периода (времени между диагностированиями) рекомендуется принимать меньшей продолжительности периода между текущими ремонтами, устанавливаемого согласно вневедомственной «Системе планово-предупредительного ремонта оборудования и сетей промышленной энергетики».
Следует отметить, что кроме плановых на практике приходится проводить внеплановые диагностирования, когда эксплуатационный персонал обнаруживает нарушения в нормальной работе электрооборудования или данные измерений обобщенных диагностических параметров, проводимых при техническом обслуживании, указывают на необходимость детального диагностирования.
На специализированных участках и в цехах по текущему или капитальному ремонтам электрооборудования рекомендуется организовать рабочие места диагностирования. Задачей таких рабочих мест является определение технического состояния и остаточного ресурса наиболее ответственных узлов и деталей электрооборудования и решение вопросов, проработают ли эти узлы и детали без ремонта следующий межремонтный период. Если в процессе диагностирования оказывается, что остаточный ресурс узла или детали меньше межремонтного периода, узел или деталь подвергают ремонту или заменяют.
При проведении диагностирования электрооборудования электротехнический персонал должен быть обеспечен нормативно-технической и технологической документацией. К нормативно-технической документации относятся инструкции (указания, рекомендации) по организации диагностирования электрооборудования в ведомстве и на предприятиях, периодичность проведения диагностирования разных видов электрооборудования, трудоемкость выполнения работ по диагностированию, расценки работ, нормы расхода запасных частей на техническое обслуживание и ремонт средств для диагностирования и другие документы.
К технологической документации относятся технологии диагностирования разных видов электрооборудования, обычно издаваемых в виде набора технологических карт на диагностирование отдельных узлов и деталей электрооборудования. Как правило, технологию диагностирования разрабатывают отдельно для каждого наименования электрооборудования, например, для электродвигателей, синхронных и сварочных генераторов, преобразователей, магнитных пускателей, автоматических выключателей и др.
5.1 Основные понятия и определения
Диагноз в переводе с греческого означает «распознавание», «определение». Техническая диагностика – это теория, методы и средства, с помощью которых делается заключение о техническом состоянии объекта.
Чтобы определить техническое состояние электрооборудования, необходимо с одной стороны установить, что и каким способом следует контролировать, а с другой стороны – решить, какие средства для этого потребуются. В данной проблеме просматривается две группы вопросов:
· анализ диагностируемого оборудования и выбор методов контроля для установления его действительного технического состояния,
· построение технических средств контроля состояния оборудования и условий эксплуатации.
Итак, для проведения диагноза нужно иметь объект и средства диагноза. Объектом диагноза может быть любое устройство, если оно может находиться в двух взаимно исключаемых состояниях – работоспособном и неработоспособном. При этом в нем можно выделить элементы, каждый из которых также характеризуется различными состояниями. На практике реальный объект при исследованиях заменяют диагностической моделью.
Воздействия, специально создаваемые для целей диагноза технического состояния и подаваемые на объект диагноза от средств диагноза, называются тестовыми воздействиями. Различают контролирующие и диагностирующие тесты. Контролирующим тестом называется совокупность наборов входных воздействий, позволяющих провести проверку работоспособности объекта. Диагностическим тестом называется совокупность наборов входных воздействий, позволяющих осуществить поиск неисправности, т. е. определить отказавший элемент или неисправный узел.
Центральной задачей диагностики является поиск неисправных элементов, т. е. определение места, а возможно, и причины появления отказа. Для электрооборудования такая задача возникает на различных этапах эксплуатации. В силу этого, диагностика является эффективным средством повышения надежности электрооборудования в процессе его эксплуатации.
Этапы поиска неисправностей в установке обычно включает в себя следующие этапы:
· логический анализ имеющихся внешних признаков;
· составление перечня неисправностей, которые способны привести к отказу;
· выбор оптимального варианта проверок;
· переход к осуществлению поиска неисправного узла.
Рассмотрим простейший пример. Электродвигатель вместе с исполнительным механизмом не вращается при подаче на него напряжения. Возможные причины – сгорела обмотка, двигатель заклинило. Следовательно, нужно проверять обмотку статора и подшипники. С чего начать диагностирование? Проще с обмотки статора. С нее и начинаются проверки. Затем уже, в случае необходимости, осуществляется разборка двигателя и оценка технического состояния подшипников и других элементов.
Методы поиска неисправностей. Каждый конкретный поиск носит характер логического исследования, для которого необходимы знания, опыт, интуиция обслуживающего электрооборудование персонала. При этом помимо знания устройства оборудования, признаков нормального функционирования, возможных причин выхода из строя необходимо знать методы поиска неисправностей и уметь правильно выбрать требуемый метод из них.
Различают два основных вида поиска отказавших элементов – последовательный и комбинационный.
При использовании первого метода проверки в аппаратуре выполняются в некотором порядке. Результат каждой проверки сразу же анализируется, и если отказавший элемент не определен, то поиск продолжается. Порядок выполнения операций диагноза может быть строго фиксированным или зависеть от результатов предыдущих опытов. Поэтому программы, реализующие этот метод можно подразделить на условные, в которых каждая последующая: проверка начинается в зависимости от исхода предыдущей, и безусловные, в которых проверки выполняются в некотором заранее фиксированном порядке. При участии человека всегда используются гибкие алгоритмы, чтобы избежать лишних проверок.
Для оптимизации процедуры поиска неисправностей при использовании рассматриваемого метода должны быть заданы вероятности отказа элементов. При экспоненциальном законе распределения наработки до отказа:
где Qi (t) – вероятность отказа i-го элемента;
li – интенсивность отказов i-го элемента в данных условиях работы;
t – время.
При использовании комбинационного метода состояние объекта определяется путем выполнения заданного числа проверок, порядок выполнения которых безразличен. Отказавшие элементы выявляются после проведения всех испытаний путем анализа полученных результатов. Для этого метода характерны такие ситуации, когда не все полученные результаты необходимы для определения состояния объекта.
В качестве критерия для сравнения различных систем поиска неисправностей обычно используется среднее время обнаружения отказа. Могут быть применены и другие показатели – количество проверок, средняя скорость получения информации и пр.
На практике помимо рассматриваемых методов нередко используется эвристический метод диагноза. Строгие алгоритмы здесь не применяются. Выдвигается определенная гипотеза о предполагаемом месте отказа. Осуществляется поиск. По результатам его гипотеза уточняется. Поиск продолжается до определения неисправного узла. Зачастую такой подход использует радиомастер при ремонте радиоаппаратуры.
Помимо поиска отказавших элементов понятие технической диагностики охватывает также процессы контроля технического состояния электрооборудования в условиях применения его по назначению. При этом лицо, осуществляющее эксплуатацию электрооборудования, определяет соответствие выходных параметров агрегатов паспортным данным или техническим условиям (ТУ), выявляет степень износа, необходимость регулировок, потребность в замене отдельных элементов, уточняет сроки проведения профилактических мероприятий и ремонтов.
5.2 Контроль технического состояния электроустановок
Модель электроустановки. Функционирование любой технической системы можно рассматривать как реакцию на входные воздействия. Например, для механических систем такими воздействиями являются силы и моменты, для электротехнического оборудования – напряжения и токи. Схематически модель электроустановки можно представить в виде некоторого двухполюсника (рисунок 5.1), на вход которого поступает совокупность входных воздействий (сигналов) Х = х (t), а на выходе получается совокупность выходных сигналов У = у (t).
Любая система обладает множеством свойств, определение которых связано с установлением реакции системы на входное воздействие.
Рисунок 5.1 – Схема функционирования системы
Рассмотрим, например, статическую характеристику релейного элемента с зоной нечувствительности (рисунок 5.2)
Рисунок 5.2 – Статическая характеристика релейного элемента
Из приведенного рисунка видно, что при достижении входной величиной значений ± х1 форма выходного сигнала резко изменяется.
Пространство состояний системы. Оценка состояния электрооборудования является существенной стороной многих эксплуатационных процессов. При этом необходимо стремиться к достижению достаточно точной оценки, ибо от этого зависит правильность принятия решения о дальнейших способах и формах проведения эксплуатационных мероприятий.
Состояние системы считается известным, если известно значение каждого из ее параметров из заданного набора. Поскольку речь идет о совокупности свойств (параметров), то состояние системы А имеет смысл рассматривать в пространстве состояний в некоторый момент времени.
Из множества свойств обычно выделяют те, без которых система не может быть использована по назначению в данных условиях. Эти свойства обычно называются функциональными или основными. Аналогичное название получили и соответствующие этим свойствам параметры. Для электроустановок, например, такими параметрами являются напряжение, ток, частота и др. Вспомогательными параметрами называются такие параметры, которые характеризуют выполнение узлами своих частных задач, например, коэффициент трансформации отдельного трансформатора. Нефункциональные свойства могут характеризовать удобство эксплуатации, защиту от окружающей среды и т. д.
Обычно различают три основных области пространства состояний:
· область исправных состояний Р, в которой все параметры находятся в пределах установленных допусков;
· область дефектных состояний Q, в которой за пределами установленных допусков могут находиться лишь вспомогательные (нефункциональные параметры);
· область нерабочих состояний S, которой значения функциональных параметров не соответствуют требованиям НТД.
Последние две области составляют область неисправного состояния электроустановки. На рисунке 5.3 показан график указанных областей для двухмерной системы.
Рисунок 5.3 – Пространство состояний системы
При относительно большом количестве параметров, характеризующих систему, ее возможные состояния могут быть представлены в виде таблицы состояний (таблица 5.1).
Таблица 5.1 – Таблица состояний
Состояние системы | Параметры |
|||||
Из таблицы видно, что состояние Р3 соответствует исправному состоянию системы, так как все параметры ее находятся в установленных пределах. Остальные Рn – 1 состояний являются неисправными. Если каждый из параметров характеризует вполне определенный элемент, то приведенная таблица может быть преобразована в таблицу неисправностей (таблица 5.2), в которой отражается влияние каждого из элементов системы на ее выходные параметры.
Таблица 5.2 – Таблица неисправностей
Отказавший | Параметры |
|||||
Все элементы исправны |
Возможность перехода системы из одного состояния в другое можно оценить количественно, используя вероятностную меру.
Информация о системе. Процесс приема, обработки и получения информации, которая оценивает состояние системы предъявляемым к ней требованиям и обеспечивает принятие решения или выдачу управляющих воздействий, называется контролем.
Информация об объекте контроля обычно получается путем измерения, под которым понимают процесс сравнения измеренной величины с эталонной величиной. Однако контроль состояния системы (ее качества) не может быть сведен только к измерениям, поскольку даже при исправности всех элементов могут быть нарушены их взаимные связи, а отклонения отдельных параметров скомпенсированы. Другим важным аспектом контроля является тот факт, что оценка качества рассматривается как процесс, протекающий во времени. С этих позиций под контролем технического состояния следует понимать определение состояния объекта в данный момент времени путем получения и анализа технической информации, характеризующей этот объект.
Нередко понятие контроля и измерения отождествляются. Однако это нельзя признать правильным. При измерениях некоторая физическая величина сравнивается с другой, выбранной в качестве единицы измерения . При проведении контроля, так же как и при измерениях производится операция сравнения, однако если основным результатом измерения является количественное определение измеряемой величины, то основным результатом контроля является не только получение количественных значений параметров, но и составление определенного суждения о последующих действиях по управлению объектом .
Рассмотрим в качестве примера действия диспетчера электросетевого предприятия. В данном случае оператора интересует работа не только отдельных элементов сети, но и общая (внешняя по отношению к элементу) обстановка, о которой он судит по световым сигналам мнемосхемы и контролируемым параметрам.
Особенности процесса контроля различных объектов выражаются в методах контроля. В настоящее время наиболее широко применяются следующие методы контроля: внешний осмотр, проверка работоспособности по внешним признакам, проверки с помощью контрольно-измерительной аппаратуры.
Внешний осмотр заключается во всесторонней визуальной проверке состояния электрооборудования. При внешнем осмотре необходимо убедиться: в отсутствии загрязнений, повреждений и поломок оборудования, ослабления степени затяжек гаек и болтов; наличии маркировки и пломб; исправности коммутационных аппаратов; соответствии уровня заполнения электроустановок жидкими диэлектриками т. п.
Несмотря на очевидные недостатки этого метода, связанные с субъективностью оценки и большой трудоемкостью, он пока остается одним из важнейших методов контроля.
Проверка по внешним признакам осуществляется визуально и на слух путем наблюдения за перемещением устройств, состоянием сигнализации, восприятием специфического шума, характерного для определенного режима работы электроустановки. Такая проверка обеспечивает получение информации о наличии или отсутствии внутренних повреждений и явных признаков нарушения нормального функционирования.
Оба рассмотренных метода наряду с простотой обладают существенным недостатком – они не дают количественной оценки состояния объекта контроля, не обеспечивают тем самым проведение настроечных и регулировочных работ, не позволяют прогнозировать дальнейшее состояние электроустановки.
Проверка с помощью контрольно-измерительной аппаратуры не имеет недостатков, свойственным двум предыдущим методам, однако отличается сложностью и высокой стоимостью оснащения электроустановок контрольно-измерительными приборами и устройствами. Тем не менее, этот метод получил широкое распространение при определении технического состояния электрооборудования, выявлении отказов, обеспечении регулировочных и ремонтных работ , восстановлении работоспособности. Алгоритм работы контрольно-измерительной аппаратуры при контроле и ее структура полностью определяются задачами контроля, которые в свою очередь, обусловлены функциональным назначением электроустановки, степенью ее сложности, местом проведения контроля и другими предъявляемыми требованиями.
5.3 Методы поиска отказов в электроустановках
Метод последовательных поэлементных проверок. Применение метода требует наличия статистических данных, характеризующих вероятность появления неисправностей в элементах оборудования, и данных по трудозатратам на проверки. В качестве критерия оптимальности в этом случае используется минимум отношения:
где ti – время проверки i-го элемента;
ai – условная вероятность отказа i-го элемента.
При распределении наработки до отказа по экспоненциальному закону
где Qi – вероятность отказа i-го элемента;
n – число элементов.
Проведя анализ объекта диагноза, и определив отношения ti/ai, их располагают в порядке возрастания. В этом случае критерий оптимальности будет иметь вид:
(5.4)
Первой проводят проверку, для которой выполняется условие .
Основным достоинством метода является возможность оптимизации программы по суммарному времени диагноза. К недостаткам метода следует отнести ограниченные возможности его применения при сложных взаимных связях функциональных элементов, необходимость иметь данные о времени поиска отказавшего элемента и интенсивностях отказов, а также неопределенность в выборе последовательности проверок при равенстве отношений:
(5.5)
При равной вероятности появления неисправностей, т. е. a1 = a2 = ...= an поиск проводится в последовательности, определяемой минимальным временем, затрачиваемым на проверки.
Метод последовательных групповых проверок. Если исходные данные по надежности элементов отсутствуют, то оптимальным методом поиска неисправных элементов может быть метод половинного разбиения. Сущность этого метода заключается в том, что участок схемы с последовательно соединенными, элементами делится на две равные части (рисунок 5.4) и равнозначно выбирается для проверки левая или правая часть.
https://pandia.ru/text/78/408/images/image012_41.gif" width="83" height="32"> минимален. При этом –вероятность отрицательного исхода.
Подсчитав значения для всех проверок и используя предложенный критерий, можно выбрать место первой проверки. После того, как первая проверка выбрана, схема разбивается на две части, которые рассматриваются как самостоятельные объекты. Для каждого из них определяются коэффициенты отказов их элементов (сумма коэффициентов должна быть равна 1). Составляется перечень возможных проверок и выбирается проверка, для которой вероятности исходов наиболее близки к 0,5. Указанный процесс продолжается до отыскания неисправного элемента.
Пример 5.1. Пусть задан объект, состоящий из 5 элементов, функциональные связи между которыми показаны на рисунке 5.5. Буквами А, В, С, D, E, F, G обозначены входные и выходные сигналы элементов Известны коэффициенты отказов элементов b1 = 0,2; b2 = 0,1; b3 = 0,3; b4 = 0,3; b5 = 0,1.
Требуется составить алгоритм поиска неисправности объекта, обеспечивающий минимальное среднее количество проверок.
Рисунок 5.5 – Схема объекта
Р е ш е н и е. Для составления алгоритма поиска неисправностей необходимо вначале сформировать перечень возможных проверок объекта. Представим его в виде таблицы 5.3.
Таблица 5.3 – Перечень возможных проверок
Входной сигнал | Выходной сигнал | Код проверки | ||||||
Элементы | ||||||||
