Компания ЭНПРО: технологии энергоэффективности

+7 (499) 967 85 67
Статьи 21.02.2009
Статьи 21.02.2009

Повышение эффективности диагностики электрооборудования путем применения данных автоматизированной системы диспетчерского управления

Максим Женихов, главный инженер проекта ЭНПРО

В настоящее время в российской электроэнергетике происходит бурное внедрение компьютерных технологий. В первую очередь это автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии, системы регистрации аварийных событий, микропроцессорные релейные защиты, системы телемеханики. Делаются попытки интеграции данных систем между собой, но в большинстве случаев системы функционируют независимо друг от друга.

В каждой системе заложен достаточно серьёзный потенциал (большое количество измеряемых параметров, локальные вычислительные сети, серверное оборудование), использование которого представляется возможным не только для интеграции систем между собой, но и создания дополнительных систем. В статье будут описаны возможные методы применения данных из указанных автоматизированных систем в качестве основы для создания автоматизированных систем диагностики электрооборудования.

В целом в российской электроэнергетике внедряются специализированные системы диагностики состояния электрооборудования, но стоимость таких решений не всегда приемлема для небольших предприятий. При этом на предприятиях электроэнергетики, как указывалось выше, уже внедрен ряд автоматизированных систем в качестве обязательных (например, для генерирующих станций это автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии, системы телемеханики, системы регистрации аварийных событий). Представляется возможным использование их данных для дальнейшего анализа в системе диагностики, которая в данном случае может представлять из себя программную среду либо иметь в своем составе дополнительные датчики (например, температуры и давления).

На рисунке 1 приведена блок-схема реализации системы диагностики с использованием трёх автоматизированных систем и установки дополнительных датчиков. Интеграция той или иной автоматизированной системы в систему диагностики определяется, во-первых, наличием данной системы на предприятии вообще и, во-вторых, наличием в данной системе необходимых для диагностики датчиков. Установка дополнительных датчиков определяется отсутствием уже установленных подобных датчиков в других системах и необходимостью проводить диагностику с использованием параметров с данных датчиков.

Рисунок 1. Блок-схема системы диагностики технического состояния электрооборудования на предприятии электроэнергетики

Система диагностики может провести предварительный анализ поступающих данных, систематизировать их, провести свою предварительную оценку и предоставить результаты в удобном виде для дальнейшей экспертной оценки состояния оборудовании (текущие параметры, параметры за период, тенденцию изменения и т.п.). Последнее более актуально для сложного оборудования и более «развернутых» систем, включающих свои дополнительные датчики, либо интегрированных в автоматизированную систему, имеющую множество датчиков.

Основные задачи, которые необходимо решить при построении данной системы:

  • Стыковка создаваемой системы диагностики с существующими автоматизированными системами.
  • Выбор математической модели, описывающей состояния оборудования.
  • Разработка программной среды для обработки и отображения информации.

Стыковка в настоящее время не является сложной проблемой. Все системы имеют возможность выдавать информацию в стандартизированном виде — OPC-сервер, протоколы Modbus, МЭК 870-5-101/104, формат осциллограмм Comtrade и т.п. Описанные механизмы передачи информации являются открытыми (имеются описания принципов передачи данных) и могут быть использованы для передачи данных в базу данных системы диагностики.

Для большинства типов электрооборудования разработаны математические модели их состояния. Необходимо адаптировать их для использования в системе диагностики с учетом количества параметров, которые может получать система диагностики и с учетом принципа функционирования самой системы.

Программная среда должна в первую очередь предоставлять все необходимые данные в удобном для пользователя виде и иметь возможность осуществлять ввод исходной и дополнительной информации (корректировки данных после проведения ремонтов оборудования и т.п.).

Рассмотрим алгоритм работы программы по диагностике технического состояния высоковольтных выключателей.

При разработке прототипа программы диагностики высоковольтных выключателей используется математический пакет MathCad. Это позволяет отработать основные операции по обработке данных без затрат на создание специализированно программного продукта, который целесообразно создавать уже на основании отлаженных алгоритмов функционирования.

Принято, что основными воздействующими факторами, влияющими на техническое состояние высоковольтных выключателей, являются коммутируемый ток и количество коммутаций. В нормальном режиме работы при отсутствии коммутаций электрические параметры, как правило, не превышают установленных заводом-изготовителем номинальных параметров и остаточный ресурс не уменьшается. В данном случае предполагается использование данных с двух автоматизированных систем — системы телемеханики (подсчет количества коммутаций) и системы регистрации аварийных событий (определение коммутируемого тока).

Пуск регистратора аварийных событий не обязательно является следствием отключения конкретного диагностируемого выключателя, вследствие чего количество осциллограмм не совпадает с количеством реальных отключений. Поэтому каждое включение/отключение фиксируется именно системой телемеханики (дискретные входы контроллеров телесигнализации подключаются к блок-контактам выключателя), и на основании времени события выбирается соответствующая осциллограмма тока на выключателе. Полученные данные из каждой осциллограммы в указанном прототипе программы импортируются в матрицу значений в программе MathCAD, в которой происходит выделение переходного процесса, усреднение мгновенных значений токов и расчет сработанного и остаточного ресурсов.

Методы расчета остаточного ресурса выключателей приводятся в [1, 2]. Для выключателей, у которых функции отключения и включения выполняются различными контактными системами, коммутационный ресурс определяется как количеством отключений, так и количеством включений. Далее будет рассмотрена методика для выключателей, у которых отключения и включения выполняются одними и теми же контактами (как правило, расход коммутационного ресурса при включении существенно меньше, чем при отключении). Кривые зависимости допустимого количества отключений (включений) от тока строятся на основании данных предприятий-изготовителей, приводимых в инструкциях по эксплуатации. На рисунке приведена зависимость количества отключений для выключателя BB/TEL-10-20/1000 [3].

Рисунок 2. Зависимости допустимого количества отключений выключателя BB/TEL-10-20/1000 от коммутируемого тока

В данном случае для получения по исходным точкам самой математической функции допустимого количества отключений применена кубическая сплайн-интерполяция.

Расход коммутационного ресурса за одно отключение тока I равен величине, обратной допустимому количеству отключений при данном токе:

где ρ0I — расход коммутационного ресурса при токе I;

n0I — допустимое количество отключений при токе I.

После каждой коммутации из остаточного ресурса выключателя Rост вычитается величина расхода коммутационного ресурса за одно отключение, и таким образом определяется текущий остаточный ресурс выключателя:

где Rост.т — текущий остаточный ресурс выключателя (с учетом рассматриваемого отключения);

Rост — остаточный ресурс выключателя (до рассматриваемого отключения).

Условие вывода выключателя в ремонт:

где n0мин — допустимое количество отключений при наибольшем токе, возможном в месте установки выключателя.

Учет остаточного ресурса рассчитывается для каждого из полюсов высоковольтного выключателя.

На основании статистики отключений (количество циклов включения/отключения, токов отключений), которая ведется в программе диагностики, можно осуществлять прогноз и рекомендации по сроку проведения очередного ремонта.

Следует также отметить, что у одного из производителей регистраторов аварийных событий в России в программном обеспечении имеется функция «Определение расхода коммутационного ресурса выключателей».

Таким образом в настоящее время существует возможность с минимальными затратами создавать на предприятиях электроэнергетики системы диагностики электрооборудования (от самых простых до достаточно серьезных систем контроля состояния трансформаторов и генераторов). Системы для «простого» оборудования в большей степени способны сами производить прогноз, системы для сложного оборудования менее точны в области прогнозирования, но могут предоставлять информацию для дальнейшего экспертного анализа о состоянии электрооборудования.


Список литературы

  1. Назарычев, А. Н. Методы и модели оптимизации ремонта электрооборудования объектов энергетики с учетом технического состояния. — Иваново: ИЭК Минэнерго РФ, 2002. — 168 с.
  2. Методические указания по определению расхода коммутационного ресурса выключателей при эксплуатации // НИЦ ВВА, 1991. — 9 с.
  3. Выключатели вакуумные серии BB/TEL (коммутационный модуль). Руководство по эксплуатации ТШАГ674152.003 РЭ.
  4. Гук Ю.Б., Довжик Л.Б., Мессерман Г.Т., Никифорова Ф.В. Прогнозирование надежности высоковольтных выключателей с помощью математической модели отказов // Электричество. — 1969. — №11. — С. 5-10.
Задать вопрос или оставить заявку
Задать вопрос или оставить заявку
Ваше имя
E-mail
Ваше сообщение
Введите символы с картинки: CAPTCHA
Необходимо заполнить все поля