Целью диагностирования является обеспечение рациональной эксплуатации электрооборудования при заданных показателях надежности и сокращение затрат на техническое обслуживание и ремонт. Эта цель достигается путем управления техническим состоянием электрооборудования в процессе эксплуатации, что позволяет проводить ТОР в соответствии с данными диагностирования.
Основная задача технического диагностирования состоит в получении достоверной информации о техническом состоянии электрооборудования в процессе эксплуатации. Она решается на основе измерения, контроля, анализа и обработки количественных и качественных значений параметров электрооборудования, а также путем управления оборудованием в соответствии с алгоритмом диагностирования.
Анализ причин возникновения дефектов электрооборудования показывает, что техническое состояние каждого из них характеризуется как только ему присущими индивидуальными, так и общими признаками. Для каждого вида оборудования характерны свои типовые дефекты, многократно встречающиеся в эксплуатации. Объединив все дефекты и признаки их появления в отдельные группы, получим структуру диагностирования электрооборудования, состоящую из трех уровней и подсистем: проверки функционирования, выявления дефектов, оценки и прогнозирования работоспособности. При этом на каждом последующем уровне используются результаты предыдущих.
Как уже отмечалось, техническая диагностика электрооборудования включает в себя два главных направления – оперативную и ремонтную диагностику. В основные задачи оперативной диагностики входят:
· раннее выявление дефектов на работающем или выведенном из работы для обследования (но не разобранном) оборудовании;
· прогнозирование развития дефектов, оценка их опасности и общего состояния оборудования;
· подготовка рекомендаций по дальнейшей эксплуатации и техническому обслуживанию оборудования (например, немедленный вывод в ремонт, сдвиг сроков планового ремонта, работа без ограничений и т.п.).
Ремонтная диагностика осуществляется на выведенном из работы в ремонт оборудовании. В ее основные задачи входят: локализация дефектов оборудования, определение объема ремонтно-восстановительных работ вплоть до рекомендации о целесообразности замены оборудования.
Большое разнообразие видов оборудования и задач технического диагностирования привело к тому, что в настоящее время применяются средства диагностирования самых различных прин-ципов построения и назначения. Все эти средства различаются по следующим признакам: способам технической реализации, конструктивному исполнению, расположению относительно объекта диагностирования, степени автоматизации и универсальности, принципам воздействия на объект диагностирования, формам обработки и представления информации о состоянии объекта, режимам работы. На рис. 5.2 показана классификация технических средств диагностирования по основным признакам.
Рис. 5.2.
К аппаратурным средствам диагностирования относятся различные устройства: приборы, пульты, стенды, специальные промышленные компьютеры. Аппаратурные средства, составляющие с объектом диагностирования конструктивно единое целое, являются встроенными аппаратурными средствами диагностирования. Примерами подобных средств могут быть электроизмерительные приборы (тока, напряжения, мощности, частоты и др.), устройства индикации технического состояния элементов (реле, светоизлучающие диоды, неоновые лампы и т.п.), устройства контроля изоляции и др.
Если в схемах эксплуатации электрооборудования встроенные средства диагностирования не предусмотрены либо их оказывается недостаточно для диагностирования с требуемой глубиной, то применяют внешние аппаратурные средства диагностирования, выполненные отдельно от конструкции оборудования и подключаемые к нему лишь в процессе диагностирования. Простейшими примерами внешних аппаратурных средств могут быть комбинированные приборы для измерения в цепях постоянного и переменного тока, тестеры логического состояния, электронно-лучевые и цифровые осциллографы, переносные измерительные комплекты и т.п.
Если аппаратурные средства диагностирования предназначены только для однотипного оборудования, то они являются специализированными, а если для оборудования различного конструктивного выполнения и функционального назначения - универсальными.
Внешние специализированные средства диагностирования – это устройства, используемые, например, для проверки работоспособности отдельных элементов или узлов электрооборудования на стадиях технического контроля после выполнения ремонтных работ.
В число встроенных специализированных средств диагностирования могут входить специально разработанные вычислительные устройства с жестко запрограммированными алгоритмами диагностирования конкретной системы электрооборудования.
Универсальные средства диагностирования технически достаточно сложны и, как правило, построены на базе серийных промышленных компьютеров.
Программные средства диагностирования представляют собой компьютерные программы, которые управляют работой оборудования в соответствии с алгоритмом диагностирования. Они применимы, например, для программируемых контроллеров, микропроцессорных систем управления релейной защитой и других. Программы обеспечивают техническое диагностирование оборудования как в процессе его использования по прямому назначению (рабочие программы), так и при кратковременном прерывании функционирования объекта (специальные испытательные программы). Программные средства в сочетании с аппаратурными образуют программно-аппаратурные средства диагностирования, позволяющие решать задачи самодиагностирования оборудования, например на основе современных SCADA-систем.
По степени автоматизации средства диагностирования могут быть ручными, автоматизированными и автоматическими. Применение ручных средств требует участия человека-оператора и в подключении средств к объекту диагностирования, и в принятии решений о его техническом состоянии. Такой подход снижает производительность и объективность диагностирования. Как правило, ручные средства выполняются специализированными.
Автоматизированные средства требуют частичного участия оператора для их подключения к оборудованию и выбора режимов диагностирования. Основная же процедура диагностирования, включая выдачу информации о техническом состоянии оборудования, осуществляется автоматически.
Автоматические средства (микропроцессорные комплекты, микро- и мини-ЭВМ) решают задачи диагностирования без вмешательства человека.
Автоматизированные и автоматические средства могут быть как специализированными, так и универсальными. Они обладают высоким быстродействием и достоверностью диагностирования.
В зависимости от форм обработки и представления информации технические средства диагностирования могут быть разделены на аналоговые, цифровые и цифроаналоговые.
По степени воздействия на объект диагностирования технические средства могут быть активными и пассивными. Активные воздействуют на объект, посылая в него сигнал, вызывающий реакцию объекта, которая затем и анализируется. Возмущающие сигналы могут быть импульсными, ступенчатыми, гармоническими и др. Пассивные средства выполняют лишь измерения, обработку и оценку сигналов, характеризующих состояние объекта.
Из всего многообразия средств диагностирования в электроэнергетике наибольшее применение в настоящее время находят аппаратурные средства для определения работоспособности и исправности отдельных сборочных единиц электрооборудования. Программные и программно-аппаратурные средства диагностирования широко внедряются по мере распространения микропроцессорных систем и вычислительной техники.
Важность обеспечения надежности электрооборудования на основе применения методов и средств диагностики предъявляет к последним высокие требования. При проектировании и эксплуатации средств диагностирования эти требования характеризуются:
· номинальными и допустимыми значениями входных и выходных сигналов;
· статической и динамической точностью их измерения;
· глубиной диагностирования (числом диагностируемых сигналов);
· достоверностью диагностирования;
· технической и метрологической надежностью;
· способом связи с объектом диагностирования;
· формой представления результатов.
Перечисленные показатели взаимосвязаны и должны быть согласованы между собой. Рассмотрим основные из них.
При диагностировании электрооборудования контролируются непрерывные и дискретные сигналы в широком диапазоне их номинальных значений. Так, выходные сигналы информационно-измерительных устройств находятся на уровне 0…±5 В по напряжению и 0…±10 mА по току, а силовой части электрооборудования – на уровне 0…750 кВ и 0…104 кА. Целесообразно принять входные и выходные сигналы средств диагностирования в соответствии с рядом значений шкал приборов, принятых в государственной системе приборов. Унификация облегчает объединение приборов в комплексы и подсоединение датчиков к компьютерной технике. Выходные сигналы средств диагностирования, технически реализованных на элементах компьютерной техники, должны совпадать по уровню с входными сигналами компьютеров.
Технические средства диагностирования могут иметь погрешность измерения, удовлетворяющую ряду ±5; ±2,5; ±1%. На величину погрешности влияют: вид сигнала (аналоговый или дискретный), способ и форма передачи информации, а также статические и динамические характеристики контролируемых параметров электрооборудования.
Высокий уровень электромагнитных и технологических помех на объектах электроэнергетики, связанный со спецификой работы оборудования и естественными колебаниями электрических и технологических параметров, предъявляет высокие требования к помехозащищенности и помехоустойчивости средств диагностирования.
Когда используют аппаратурные средства диагностирования и соблюдают иерархический принцип выделения дефекта (начиная с диагностирования отдельных функциональных элементов и заканчивая диагностированием оборудования в целом), то для каждого из них считают достаточным контролировать не более 25-26 диагностических параметров. Дальнейший рост числа входных сигналов неоправданно усложняет техническую реализацию средств диагностирования и может привести к увеличению его длительности. Для программных средств диагностирования количество контролируемых сигналов определяется емкостью носителя информации и может быть неограниченным, хотя чрезмерно большое количество диагностических параметров затрудняет их анализ и представление.
Достоверность средств диагностирования – свойство обеспечивать соответствие результата диагностирования истинному состоянию объекта – зависит от глубины диагностирования (набора или числа диагностируемых параметров), периода проверки и его длительности, помехоустойчивости и т.п. Достоверность диагностирования снижается при увеличении длительности периода проверки из-за возможного возникновения дефектов оборудования за это время. В зависимости от требуемой точности оценки диагностических параметров оборудования (оценки исправности, работоспособности или правильности функционирования), период проверки отдельных элементов электрооборудования может колебаться в широких пределах: от 10-4 до 105 с.
Факторы, влияющие на период проверки, определяют целесообразную его длительность. Быстродействие диагностирования растет по мере снижения числа контролируемых параметров, выбора из их состава наиболее информационных, применения встроенных средств диагностирования, а также использования программируемых вычислительных устройств.
Надежность средств диагностирования не должна быть ниже уровня надежности элементов и деталей электрооборудования, а также не должна снижать их надежность в процессе диагностирования. Достижение высокой надежности средств диагностирования может быть обеспечено за счет использования в них высоконадежных комплектующих элементов и деталей, выбором системных и технических решений построения схем, устойчивых к различным дестабилизирующим факторам, применением резервных устройств, методом самоконтроля и т.п.
К техническим средствам диагностирования могут предъявляться высокие требования по метрологической надежности, особенно при оценке работоспособности и прогнозировании технического состояния оборудования. По отношению к средствам выделения неисправностей объекта, когда они выражены в логической форме, метрологические требования могут быть существенно снижены, поскольку пороговые значения сигналов 1 и 0, как правило, различаются заметно.
Для внешних средств диагностирования необходимо наличие гальванического разделения электрических цепей оборудования и средств диагностирования. Последнее диктуется не только условиями надежности работы низковольтной электрической цепи средств диагностирования, но и условиями безопасности диагностирования устройств с высоким потенциалом.
Результаты диагностирования должны быть представлены в удобной для их анализа форме. Обычно это индикация в виде звуковой и световой сигнализации или документированной записи на бумажных и магнитных носителях.