Системы эксплуатационного контроля

Надежность оборудования определяется его конструкцией и качеством изготовления. Однако в ходе эксплуата­ции из-за процессов старения материалов и внешних воздействий на­дежность оборудования снижается. Создание электрооборудования, показатели надежности которого за весь период эксплуатации не ста­нут ниже допустимых, - задача достаточно трудная и в значитель­ном числе случаев экономически нецелесообразная. Поэтому в ходе эксплуатации оборудования необходимо проведение работ по поддер­жанию требуемого технического состояния.

В условиях эксплуатации необходимо обеспечивать как минимум работоспособное состояние. Это возлагается на систему технического обслуживания (ТО) и ремонтов. Основное содержание ТО - контроль за состоянием оборудования и собственно обслуживание, т. е. поддер­жание исправности или работоспособности (чистка, смазка, регулиров­ка и т. п.). Задача ремонта - восстановление исправности или работо­способности.

Значения диагностических параметров, определенные при испыта­ниях, характеризуют техническое состояние объекта в данный мо­мент времени. Для отнесения объекта к соответствующей группе сос­тояний необходимо установить предельные значения параметров; эти значения и являются признаками дефекта. При периодическом контроле необходимо также учитывать скорость развития дефекта, чтобы неработоспособное состояние не наступило ранее следующего контроля. Поэтому браковочное значение параметра обычно ниже предельного, устанавливаемого как граница работоспособного состо­яния объекта.

Диагностирование может быть функциональным (на объект посту­пают только рабочие воздействия) и тестовым (при подаче специаль­ных воздействий). Соответственно строятся и средства диагностиро­вания: для функционального диагностирования это в основном изме­рительные устройства; для тестового диагностирования, кроме того, необходим источник тестовых воздействий.

Эксплуатационный контроль оборудования является системой определения его технического состояния. На ос­новании полученных при контроле данных принимается решение о допустимости дальнейшей эксплуатации оборудования или о необхо­димости и объеме ремонта. Система эксплуатационного контроля должна обеспечить выявление и идентификацию дефектов (собствен­но диагностирование), а также прогнозирование их развития.

Необходимый объем испытаний определяется исходя из конструк­ции оборудования и возможных его дефектов. Как правило, основ­ным при этом является опыт эксплуатации. Периодичность контроля определяется скоростью развития дефектов, устанавливаемой рядом повторяемых испытаний или на основании других данных. Основным при принятии решения о дальнейшей эксплуатации объекта являются результаты диагностирования и прогнозирования, ибо при этом выяв­ляются характер дефекта и опасность его развития.

В дальнейшем термином контроль будем определять всю совокуп­ность процедур, необходимых для принятия решения по обеспечению нормальной эксплуатации оборудования.

В наибольшей степени требованиям эксплуатации соответствует контроль по прогнозирующему параметру. Предполагается, что имеет­ся наблюдаемый параметр объекта, который прогнозирует его отказ, т. е. между вероятностью наступления отказа в определенном интер­вале времени после момента контроля и значением параметра имеет­ся стохастическая (т.е случайная, вероятностная) связь. Достоверность прогнозирования зависит от того, насколько тесна эта связь.

Создание системы контроля оборудования, основанной на прогно­зе надежности, возможно лишь в случае, если для каждого вида обо­рудования будут выявлены прогнозирующие параметры, определе­ны их предельно допустимые значения и разработаны методы их из­мерения в условиях эксплуатации. Пока таких данных еще нет.

Первые партии вводов 500 кВ из-за неудачной конструкции и недостатков технологии имели высокую повреждаемость; в основном наблюдались тепловые пробои. Такой характер развития дефекта связан с ростом диэлектрических потерь; диагностический параметр — tg δ изоляции. Можно предположить, что tg δ является прогнозирующим па­раметром. Корреляционная связь между значением tg δ и остаточным сроком службы ввода оказалась достаточно тесной, что определило высокую эффективность контроля. Повреждаемость вводов после отбраковки по результатам испытаний существенно умень­шилась.

Для вводов 110 кВ использовать в качестве прогнозирующего только параметр tg δ нельзя; корреляционная связь его значения со сроком службы недостаточна. В этом случае для диагностирования необходимо использование также и других параметров.

Диагностирование дает данные о состоянии объекта в момент конт­роля, т. е. дает точечную оценку. Для прогнозирования необходимо знание процесса изменения технических характеристик. Проводя ди­агностирование достаточно часто или использовав данные за длитель­ный период, можно накопить сведения, необходимые для оценки хо­да и тенденций изменения параметров объекта, и при осторожной их экстраполяции получить информацию для прогнозирования. Это и используется в практике эксплуатационного контроля, так как за­ключение о техническом состоянии оборудования всегда делается не только по значениям контролируемых параметров, но и с учетом характера их изменения.

Достоверность оценки надежности оборудования по результатам диагностирования не всегда достаточна. Для некоторых видов обо­рудования пределы значений диагностических параметров, характе­ризующие область работоспособности, с достаточной достоверностью не установлены. Отказ современного мощного оборудования часто со­пряжен с большими экономическими потерями. Поэтому реально реализуемая система эксплуатационного обслуживания оборудова­ния высших классов напряжения ориентирована на поддержание практически неизменного технического состояния, хотя это требует повышенных трудозатрат и не является экономически оптимальным. При этом ТО и ремонты проводятся в заданные сроки независимо от их реальной необходимости.

Соответственно построена система контроля: с жестко регламенти­рованными объемом и периодичностью испытаний и узкими допуска­ми на изменение значений параметров. Кроме того, традиционная система контроля не включает в себя ряд новых методов диагности­ки, позволяющих обнаружить дефекты, ранее не выявляемые.

Переход к новой стратегии технического обслуживания оборудо­вания - по его состоянию - требует значительного повышения эф­фективности контроля. На систему диагностики при этом возлагает­ся еще одна задача - определение необходимости отключения объ­екта. Следовательно, современная система диагностики должна в первую очередь быть системой раннего выявления развивающихся дефектов.

Для создания эффективной системы эксплуатационного контроля электрооборудования необходимо:

- обобщить и проанализировать опыт эксплуатации, выявить дефек­ты, приводящие к отказам, причины их возникновения и ход разви­тия;

- определить наблюдаемые характеристики (параметры) оборудова­ния, изменение которых связано с возникновением и развитием де­фектов;

- выявить связи между значениями параметров и техническим сос­тоянием оборудования; установить предельные значения параметров, характеризующие переход объекта в другой класс технических сос­тояний;

- разработать методы измерения этих параметров в условиях эксп­луатации, выявить источники помех, определить реально выявляе­мые изменения параметров (чувствительность метода измерения);

- исходя из взаимосвязи изменений совокупности наблюдаемых па­раметров и технического состояния оборудования, определить объ­ем и периодичность испытаний, а также их последовательность (ал­горитм контроля);

- установить критерии браковки, учитывающие всю совокупность наблюдаемых изменений технического состояния, оценку их тенден­ций и условий эксплуатации.

Повреждения по характеру их развития можно разбить на следую­щие основные группы:

- повреждения, при которых переход из исправного (работоспособ­ного) состояния в неработоспособное (отказ) происходит очень быст­ро (мгновенный отказ);

- локальные повреждения (дефекты), которые развиваются до отка­за в течение нескольких суток или месяцев;

- повреждения (дефекты) с длительным периодом развития до не­скольких лет, которые можно рассматривать как процесс ускоренно­го старения.

В первом случае контроль с целью выявления дефектов невозмо­жен. Это область действия защиты сети от развития повреждений.

При быстро развивающихся локальных дефектах необходимы автома­тизированные системы диагностики, обеспечивающие непрерывный или достаточно частый контроль. В третьем случае достаточен перио­дический контроль.

Контроль оборудования без отключения. Большинство методов контроля оборудования без вывода его из работы, под напряжением развито сравнительно недавно. Не все они широко применяются в системе диагностики, хотя уже ясно, что использование таких мето­дов существенно повышает эффективность контроля и открывает возможность его автоматизации. Кроме того, снижаются трудозатра­ты на проведение испытаний и улучшаются условия труда персонала.

Контроль оборудования без отключения можно вести, проводя ана­лизы периодически отбираемых проб, а также измеряя характеристи­ки объекта в процессе его функционирования. Развитие получили методы измерений характеристик изоляции оборудования при рабо­чем напряжении на нем, а также контроль проб изоляционного масла.

Повышение эффективности контроля обеспечивается за счет увели­чения частоты испытаний, так как при этом повышается вероятность своевременного обнаружения дефектов, а также появляется воз­можность выявления зависимостей наблюдаемых параметров от вре­мени, температуры и т. п., которые обладают большей информатив­ностью по сравнению с точечными оценками. Кроме того, использует­ся ряд эксплуатационных факторов, позволяющих повысить чувст­вительность методов контроля (например, обнаружение увлажне­ния изоляции путем измерений при повышенной температуре, выяв­ление частичных разрядов при рабочем напряжении и т. п.).

Снижение трудоемкости контроля обеспечивается применением стационарных схем измерений и отсутствием необходимости в подго­товке объекта к испытаниям. Улучшение условий труда определяет­ся снижением объема работ, проводимых в зоне высокого напряже­ния на месте установки оборудования, а также безопасностью стацио­нарных измерительных систем.

Автоматизация измерений и анализов обеспечивает не только сни­жение объема работ персонала и возможность непрерывного конт­роля. Принципиальным отличием такой системы контроля является возможность передачи соответствующему устройству значительной части функций собственно диагностики, т. е. функций идентификации дефектов и оценки технического состояния объекта. Такими возмож­ностями обладают диагностические системы на базе ЭВМ. Эти системы могут проводить измерения и математическую обработку получен­ных данных с целью снижения помех, анализ результатов измерений и сравнение их с нормами. При необходимости автоматическая сис­тема диагностики меняет тактику (алгоритм) контроля (периодич­ность измерений, способ оценки их результатов) и выдает оператору сообщение вместе с протоколом, содержащим данные для принятия решений по эксплуатации данного объекта.

Возможны два способа организации контроля оборудования под напряжением:

- ранняя диагностика, т. е. выявление признаков ухудшения техни­ческого состояния, вызывающих изменения значений контролируе­мых параметров;

- сигнализация предельных состояний, т. е. выявление признаков ухудшения технического состояния, являющихся опасными с точки зрения надежности оборудования.

Оба способа взаимно дополняют друг друга, обеспечивая возмож­ность выявления тенденций и скорости изменения диагностических параметров, а также своевременное получение сигнала об опасности отказа оборудования. Это позволяет лучше планировать ремонты обо­рудования и при необходимости производить срочное отключение объектов, находящихся в предаварийном состоянии.