Прогнозування залишкового ресурсу електрообладнання електроенергетичних систем на основі моніторингу значення визначальних параметрів

Доцент, к.т.н. Бардик Є.І., магістрант Стеблик В.В.

У процесі експлуатації важливо не тільки визначити технічний стан електрообладнання (тобто знати які характеристики має обладнання в даний момент часу), але й передбачити технічний стан і залишковий ресурс у майбутній відрізок часу. Це дає можливість своєчасно прийняти міри щодо запобігання відмовам у випадку можливого небажаного характеру розвитку дефекту. Зазвичай визначення цих характеристик електрообладнання виконують в основному при необхідності продовження терміну експлуатації за межі нормативного терміну, а також для планування контролю технічного стану з метою безпечної його експлуатації і визначення ефективної стратегії управління технічним станом шляхом своєчасного переведення на резерв, виводу в ремонт або переходу на нові робочі режими [1,4].

З відомих на сьогоднішній день фактрографічних методів для прогнозування технічного стану і залишкового ресурсу електрообладнання, що базуються на даних про об’єкт і його минулий розвиток в основному використовуються дві групи [2,3]:

- статистичні, які ґрунтуються на статистичній обробці даних про відмови і ресурси аналогів, коли по параметрам технічного стану немає ретроспективних даних (не використовується стратегія обслуговування за технічним станом);

- екстраполяційні, які ґрунтуються на аналізі тренду параметрів технічного стану електрообладнання.

При використанні екстраполяційних методів, які потребують наявності ретроспективних даних по параметрам технічного стану , визначення залишкового ресурсу полягає в розрахунку терміну протягом якого електрообладнання за деякими параметрами технічного стану з моменту останньої діагностики буде знаходитись в працездатному стані. Метою прогнозування змінювання технічного стану є побудова адекватної прогнозованої моделі і визначення терміну досягнення вибраним параметром технічного стану граничного значення. Екстраполяційні моделі, які використовують в існуючих експертних системах ґрунтується на базі регресійного аналізу і значення параметра технічного стану в них визначається з виразу [2,3]:

,

де - вибрана функція х невідомими параметрами - нормальний стаціонарний процес з нульовим середнім, який описує випадкову похибку; .

На основі даних діагностування за методами найменших квадратів оцінюються коефіцієнти рівняння тренда

.

Функції , які відтворюють тенденцію динаміки змінювання параметра технічного стану в розроблених моделях орієнтуються на відомі основні типи лінії тренду:

Вибір прийнятої моделі тренда проводять шляхом оцінювання дисперсної похибки

по кожній залежності

де - розрахункове за вибранною моделлю значення параметра технічного стану в момент часу ; - число параметрів в моделі.

За основу приймають модель , для якої значення є мінімальним.

Довірчі інтервали для визначаються на основі оцінки дисперсії для коефіцієнтів ; де - квантиль нормованого нормального закону (або розподілу Ст’юдента), який залежить від довірчої ймовірності .

Гарантовані оцінки коефіцієнтів вибирають такими , якщо параметр збільшується, і , якщо параметр зменшується.

Очікуваний залишковий ресурс визначається шляхом розв’язання рівняння

.

При цьому дорівнює:

де - граничне значення параметра; - термін останньої діагностики.

Гарантований залишковий ресурс можна визначити, якщо в рівняння регресії підставити гарантовані оцінки коефіцієнтів .

Середня швидкість змінювання параметра технічного стану при цьому визначається з виразу:

,

Де - термін початку контрольних вимірів; .

Розрахунки за вище розглянутим алгоритмом визначення залишкового ресурсу електрообладнання дозволяють планувати проведення технічного обслуговування і ремонтів таким чином, при якому можна продовжити наявний строк експлуатації електрообладнання. Особливо це стосується основного силового і комутаційного електрообладнання електростанцій, підстанцій і електричних мереж, яке відпрацювало свій нормативний строк і реальний технічний стан якого та можливість продовження строку служби багато в чому залежить не тільки від фактичного терміну експлуатації, а й від експлуатаційних факторів (загальної кількості пусків і зупинок, їх частоти, кількості підвищених робочих температур, перенавантажень, високого рівня механічних вібрацій, недостатнього контролю і якості технічного обслуговування інших причин).

Для більшості одиниць електрообладнання електростанцій, підстанцій і електричних мереж здійснюється постійний контроль, проводяться вимірювання багатьох параметрів, а основі яких виконується відповідні ремонти і відновлення електрообладнання, передбачається також перевірка відповідності значень параметрів об’єкта вимогам технічної документації. При цьому дуже часто не виконують аналіз динаміки змінювання невідновлювальних параметрів старіння, які характеризують незворотні деградаційні замінювання, без яких неможливо достеменно визначити ступінь старіння і залишковий ресурс.

Для визначення залишкового ресурсу або продовження стоку служби в якості параметрів необхідно приймати ті фізичні параметри, змінювання яких може привести в непрацездатний або граничний стан внаслідок накопичення незворотніх деградаційних змінювань, пов’язаних із старінням даного електрообладнання. Ці параметри називають визначальними. Для кожного виду електрообладнання вибір визначальних параметрів здійснюється виходячи з фізичних властивостей і аналізу оперативної діагностики, статистики змінювань у часі.

У процесі оцінки технічного стану важливо також знати не тільки чи справне або несправне електрообладнання, але й ступінь його справного стану для того, щоб зробити висновок щодо допустимості і можливих термінах подальшої експлуатації. По кожному визначальному параметру доцільно ввести коефіцієнт відносної оцінки технічного стану даного електрообладнання:

Де – початкове, виміряне граничне значення і-го визначального параметра.

Коефіцієнт змінюється і по мірі старіння обладнання він знижується від 1 до 0. При цьому встановлюються у відповідності зі значенням градації технічного стану електрообладнання : «відмінний», «добре», «задовільний», «незадовільний». Загальна оцінка технічного стану визначається за методом «слабкої ланки», тобто загальний технічний стан можна визначити значенням лінійного коефіцієнта одного з визначальних параметрів. Процес старіння визначається шляхом аналізу змінювання в залежності від часу визначальних параметрів і виявлення домінуючого визначального параметра, швидкість змінювання якого максимальна.

На основі вищеописаних алгоритмів прогнозування залишкового ресурсу і загальної оцінки технічного стану по методу «слабкої ланки» розроблено відповідне програмне забезпечення з допомогою якого на підставі вимірювань, виконаних на працюючому обладнанні, а також при проведенні поточних і капітальних ремонтів визначається динаміка визначальних параметрів і виявлення механізмів старіння, а також оцінка реального технічного стану за значенням коефіцієнта і швидкості змінювання визначального параметра для окремих періодів експлуатації. Крім того, на основі вимірювань параметрів технічного стану, розгорнутих в часі розраховуються параметри і вибирається найбільш прийнятна модель тренда і прогнозується майбутнє змінювання, видаються рекомендації щодо планування періодичності контролю, визначаються терміни приближення параметрів до граничних значень.

Висновок: запропоновано підхід до прогнозування технічного стану і залишкового ресурсу електрообладнання на основі аналізу тренду визначальних параметрів технічного стану. Для визначення термінів проведення технічних оглядів і ремонтів розроблене відповідне програмне забезпечення.

Перелік посилань:

1. Алексеев Б.Л. Контроль состояния крупных силовых трансформаторов. – М.: Издательство НУ ЭНАС, 2002. - 216с.

2. Афанасьев В.Н., Юзбашев М.М. Анализ временных рядов и прогнозирование. – М.: Финансы и статистика, 2001. – 228с.

3. Калмуцький В.С. Прогнозирование ресурса деталей машин и элементов конструкций. – Кишинев, «Штинда», 1989. – 160с.

4. Штабский Л.М., Шумков Е.А. Оценка технического состояния, показателей надежности и остаточного ресурса электотехнического оборудования АЭС // Энергетика и электрификация. – 2006, №8.