Диагностирование и испытание электрооборудования

ЭКСПЛУАТАЦИЯ и ремонт ОБОРУДОВАНИЯ (5 курс)

ЛЕКЦИЯ №12

Диагностирование и испытание электрооборудования

Учебные вопросы:

1. Диагностирование электрооборудования при проведении ТО и ТР.
2. Назначение и виды испытаний электрооборудования.

3. Оптимальное обнаружение и поиск отказов.

1. Диагностирование электрооборудования при проведении ТО и ТР

Определение неисправностей и причин отказов простого электрооборудования, у электротехнического персонала не вызывает особых затруднений. Этому же способствуют и операции проводимые при плановом ТО.

Для выявления причин неисправностей сложного электрооборудования и сложных электрических схем рекомендуется составлять алгоритмы поиска, в которых указывается наиболее рациональная последовательность выполнения операций. Эта последовательность обеспечивает минимальные затраты времени и средств для проведения поиска неисправностей.

Для поиска неисправностей наиболее распространены следующие способы:

- последовательного функционального анализа;

- половинного разбиения;

- вероятностно-временной способ.

Способ последовательного функционального анализа основан на определении основных функций контролируемого электрооборудования или схемы. Путем проверки функциональных параметров отыскивают отклонения и устанавливают отказавший элемент.

Этот способ достаточно прост, нагляден, однако последовательность поиска неисправности не оптимальна.

Для электрооборудования с последовательным соединением элементов часто применяют способ половинного разбиения. Согласно этому способу вначале определяют элемент, разделяющий объект контроля примерно на 2 части, вероятность возникновения отказа которых примерно одинаковы. Затем в неисправной половине объекта вновь находят элемент, разделяющий эту половину на части имеющие одинаковую вероятность возникновения отказа. Такие операции проводят до обнаружения отказа.

Вероятностно-временной способ поиска неисправностей обычно применяют для сложных объектов и схем. Информативной основой этого способа являются данные о вероятности отказов или вероятности безотказной работы элементов или вероятности безотказной работы элементов и затрачиваемое на их проверку время. Для проведения поиска по структурной или электрической схеме электрооборудования строят функциональную модель, а затем составляют матрицу неисправностей. Эта матрица обычно имеет следующий вид:

-  верхней части матрицы размещают перечень всех основных признаков неисправностей;

-  в строках - перечень причин отказов или отказавших элементов, изменение состояния которых может вызвать признаки неисправностей.

Поиск неисправностей начинается с проверки элемента, имеющего наименьшее отношение времени проверки к вероятности отказа и продолжительности до тех пор, пока не будет найден отказавший элемент. Построенная таким образом программа обеспечивает минимальные затраты времени на поиск неисправности.

2. НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ электрооборудования

Испытания электрооборудования служат основой обеспечения требуемого качества при его изготовлении и ремонте. Только они позволяют сделать объективное заключение о соответствии параметров и характеристик электрооборудования установленным требованиям.

Объем и нормы испытаний регламентируются множественными отечественными и международными документами (их около 50).

По цели их разделяют на три труппы:

- типовые и контрольные;

- приемосдаточные;

- профилактические и другие эксплуатационные испытания.

Типовые и контрольные испытания электрооборудования проводят на заводе-изготовителе по программе и методике, изложенной в соответствующих стандартах. В случае невозможности провести какие-либо испытания на заводе, их выполняют на месте установки данного электрооборудования.

Типовые испытания проводят с целью определения годности серийной партии электрооборудования и проверки соответствия требованиям, предъявляемым к нему стандартами, а при отсутствии их — техническими условиями на поставку. Сроки проведения типовых испытаний и количество электрооборудования, подлежащего испытанию, также устанавливаются стандартами или техническими условиями. Контрольные испытания электрооборудования проводят с целью проверки качества и соответствия его характеристик расчетным данным.

Приемосдаточным испытаниям должно подвергаться на месте все вновь установленное и реконструированное электрооборудование в целом. Цель этих испытаний:

- проверка технического состояния электрооборудования, приборов и аппаратов, первичной и вторичной коммутации и качества их монтажа;

- выявление соответствия электрооборудования проекту и требованиям ГОСТ;

- снятие характеристик и сопоставление их с результатами заводских испытаний;

- регулировка, наладка и включение в работу всей технологической установки в целом.

Во время наладки и приемосдаточных испытаний могут быть выявлены существенные недостатки проекта и монтажа оборудования и предложены рациональные решения по их устранению. В этом заключается важная сторона работы наладчика электрооборудования. Кроме того, эти испытания должны послужить исходными данными для сравнения с ними результатов профилактических испытаний, проводимых в условиях эксплуатации в период капитальных ремонтов и при текущих проверках. Согласно ПУЭ заключение о пригодности ввода оборудования в эксплуатацию составляют на основе анализа результатов приемосдаточных испытаний по электроустановке в целом. Оценку ненормируемых величин проводят путем сопоставления полученных при испытании величин с результатами испытания однотипного оборудования, а также с имеющимися результатами заводских или предыдущих испытаний.

Оборудование при удовлетворительных результатах испытаний вводят в эксплуатацию после его опробования в рабочем режиме. Так, например, разрешается вводить во временную эксплуатацию турбогенераторы и другое основное и вспомогательное оборудование электростанций, если после непрерывной 72-часовой работы не обнаружено недостатков, препятствующих их нормальной эксплуатации. Трансформаторные пункты и линии электропередачи напряжением до 10 кВ включительно допускается принимать в эксплуатацию включением толчком. Известно, что наладочные работы и приемосдаточные испытания проводят как в период монтажа энергоустановок, так и после его окончания перед включением в эксплуатацию.

Профилактические испытания электрооборудования проводят в условиях эксплуатации, они весьма эффективны в части выявления дефектов, предупреждения аварийных отключений энергооборудования и простоев промышленных предприятий. Широкое внедрение профилактических испытаний позволяет также реже проводить капитальные и другие ремонты электрооборудования и обеспечивает необходимое качество отпускаемой электроэнергии (поддержание нормальной частоты и заданного уровня напряжения в сети).

Профилактические испытания обязательны при эксплуатации всех электроустановок. Они позволяют обнаружить неисправности, которые не могут быть установлены при помощи осмотра, т. к. иногда они не имеют внешних проявлений. Своевременное устранение таких неисправностей предупреждает возникновение аварий и повреждение оборудования в период между ремонтами.

Объем профилактических испытаний электрооборудования включает в себя следующие операции:

1) Сопротивление изоляции силовых проводок и проводок электрического освещения измеряют 1 раз в 2 года в помещениях с нормальной средой и 1 раз в год в остальных помещениях. Сопротивление не должно быть менее 0,5 МОм (мегаомметр на 1000 В).

2) Испытания изоляции проводок повышенным напряжением (1000 В промышленной частоты) в течение 1 минуты 1 раз в три года. Для этой цели можно использовать мегаомметр напряжением 2500 В.

3) При вводе электрооборудования в эксплуатацию после его капитальных ремонтов и перестановки необходимо проверять фазировку и целостность электрических цепей.

4) Сопротивление изоляции электродвигателей, аппаратов и цепей вторичной коммутации измеряют в сроки, установленные лицом, ответственным за электрохозяйство. Для электродвигателей до 500 В необходимо использовать мегаомметр на 1000В.

5) Элементы заземляющих устройств, находящиеся в земле, осматривают со вскрытием грунта выборочно не реже 1 раза в год. Цепь между заземлением и заземляющими элементами проверяют не реже 1 раза в год.

6) Сопротивление пробивных предохранителей проверяют при вводе в эксплуатацию, ремонте электрооборудования и если есть предположение, что предохранители сработали.

7) Сопротивление петли "фаза-нуль" в установках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью проверяют при вводе в эксплуатацию и далее не реже 1 раза в 5 лет. Сопротивление должно быть таким, чтобы ток однофазного короткого замыкания превышал не менее чем в три раза номинальный ток ближайшей плавкой вставки и в 1,2 раза ток отключения максимального расцепителя соответствующего автоматического выключателя.

В зависимости от исполнителей выделяют квалификационные, аттестационные, эксплуатационные, специальные и исследовательские испытания.

Квалификационные испытания — это испытания, проводимые особой комиссией над отобранными образцами установочной серии или первой промышленной партии с целью проверки готовности предприятия к выпуску продукции данного типа в заданном объеме.

Аттестационные испытания — это испытания, проводимые для оценки уровня качества продукции при ее аттестации. Проведение таких испытаний поручают специально назначенным комиссиям, члены которых принимают участие в испытаниях вместе с постоянным персоналом испытательной станции.

Эксплуатационные испытания проводят в процессе эксплуатации крупного электрооборудования, их цель — проверка исправности машины; программы испытаний устанавливаются самим потребителем.

Кроме этих видов нормальных промышленных испытаний, могут проводиться еще специальные и исследовательские испытания.

Специальные испытания проводят дополнительно к приемочным или приемосдаточным испытаниям по специальным программам; их цель — установление соответствия электрооборудования особым требованиям, определяемым стандартами или техническими условиями на электрооборудование данного вида и выходящим из пределов требований общих стандартов.

Исследовательские испытания проводят над электрооборудованием или группой электрооборудования данного типа, данной серии или данного вида по программе, разработанной для каждого отдельного случая. Цели этих испытаний самые различные; наиболее характерные из них:

- получение исходных данных для проектирования новых типов электрооборудования или технического усовершенствования существующего;

- установление возможности экономии применяемых материалов и замены их другими материалами;

- проверка влияния новых технологических процессов, применяемых при изготовлении электрооборудования, на их качество;

- разработка новых методов расчета и уточнение существующих;

- исследование новых схем и сочетаний электрооборудования как друг с другом, так и с другими механизмами и т. д.

Специальные и исследовательские испытания могут в значительной части состоять из тех же опытов, которые входят в программы приемочных испытаний; однако нередко в них включают особые опыты, которые выходят из пределов этих программ.

В процессе ремонта электрооборудования проводят ряд испытаний, цель которых — проверка качества выполненных операций ремонта. Например, после намотки статорной или роторной обмотки электрической машины проверяют отсутствие в ней обрывов и витковых замыканий. Испытаниями проверяют и качество соединений проводников пайкой или сваркой. Отремонтированные трансформаторы и электрические машины испытывают по определенной программе, в которую входят выявление дефектов в отремонтированном электрооборудовании и проверка их характеристик на соответствие стандартам и техническим условиям.

3. Оптимальное обнаружение и поиск отказов

Система рассматривается как объект контроля (ОК), состоящий из совокупности «n» элеметов (множество W), соединенных между собой функциональными связями. Каждый из элементов может находиться в одном из двух возможных состояний: работоспособности или отказа. Вероятность работоспособного состояния i-го элемента - pi, а вероятность отказа - qi, где qi=1- pi. Предполагается, что отказы отдельных элементов системы взаимонезависимы.

Для контроля работоспособности и поиска мест отказов ОК имеется возможность применения тестов ti, где i=1,...,m, позволяющих проверить «m» параметров, номинальное значение каждого из которых обеспечивается работоспособностью элементов определенного подмножества Wi. Результаты применения теста могут быть классифицированы как успешные или неуспешные.

Совокупность тестов удобнее представить в виде матрицы Т=||tji||, где i=1,...,m; j=1,...n, строки которой соответствуют имеющимся тестам, а столбцы - элементам множества W. Таким образом:

, i=1,...,m; j=1,...n.

Вектор-столбец С={С1,...,Сm} определяет затраты связанные с применением каждого теста.

Процессы контроля можно классифицировать по ряду признаков.

1) По глубине локализации отказов различают процессы контроля работоспособности системы в целом и диагностирования с целью определения состояния каждого элемента.

2) По способу проведения процесс контроля можно разделить на последовательные и комбинационные. В первом случае выбор каждого следующего теста или окончание процедуры производится в соответствии с некоторой условной программой по результатам предыдущих проверок. Во втором случае истинное состояние ОК определяется после применения всей совокупности выбранных заранее тестов.

3) Последовательность процедуры контроля обычно оценивается двумя типами критериев оптимальности: минимумом средних затрат на реализацию программы и минимумом максимального значения этой величины. Критерием оптимальности комбинационного поиска служат обычно суммарные затраты на его проведение.

4) При априорном определении множества допустимых состояний ОК принимают 2 гипотезы: в ОК возможен отказ не более одного элемента; возможны произвольные комбинации одновременно отказавших элементов.

5) По совокупности элементов, оставшихся непроверенными после проведения контроля различают контроль полным или неполным охватом элементов ОК.

3.1. Контроль работоспособности и диагностирование систем с одиночным отказом

Постановка задачи. Известно о существовании одного отказа, задана матрица тестов «Т» и вероятности отказов каждого элемента - qi, i=1,...,n. Необходимо выбрать некоторую группу тестов, достаточную для отыскания отказавшего элемента и определить условный порядок последовательного применения тестов этой группы (программу) так, чтобы средние значения суммарной стоимости проведения процедуры поиска было минимально.

Приближенный алгоритм при произвольных пересекающихся тестах. Пусть к началу М-го шага проверки проведена последовательность тестов: d(М-1)={t1,...t(M-1)} и задача сводится к отысканию отказавшего элемента в подмножестве W(М-1).

Алгоритм отыскания единственного отказавшего элемента заключается в следующем:

1. Определяются величины qj(0) - условные вероятности отказа именно j-го элемента, если в проверяемом множестве ровно один отказавший элемент:

Примечание - далее достаточно вычислить величину , так как ниже в пункте 5 имеют существенное значение лишь относительные, а не абсолютные величины  на каждом шаге. Это сокращает процесс вычислений.

2. Для каждого существенного теста вычисляется вероятность неуспешного исхода в проверяемом подмножестве:

3. Для каждого существенного теста ti находят связанные с ним затраты  c учетом того, что проведена последовательность тестов s(0). Затраты на проведение теста могут как возрастать так и убывать.

4. Для каждого теста ti определяют величины: .

5. Выбирают такой тест tk, для которогоминимальны: .

6. Применяется тест tk если:

а) tk заканчивается успешно, то сводится к поиску отказавшего элемента в подмножестве 

б) tk заканчивается неуспешно, то задача сводится к поиску отказавшего элемента в подмножестве: 

Если подмножество W(1) состоит из одного элемента, то отыскание отказавшего элемента заканчивается.

7. Фиксируется новая последовательность примененных тестов s(1), которая содержит предыдущую последовательность s(0) и последний примененный тест tk.

8. К подмножеству W(1) начиная с п.1 применяется процедура проверки с соответствующей заменой верхнего индекса (0) на индекс (1). Процедура проверки продолжается до тех пор, пока в п.6 на некотором шаге k не сформируется подмножество W(k), которое состоит из единственного элемента.

Пример 1. Система состоит из 8 элементов и может быть проверена 6-ю тестами, описание которых приводится в таблице 18.1. Известны затраты на проведение тестов: С1=1; с2=2; С3=1,2; С4=1,5; С5=2,5; С6=1,3, величина Сi не зависит от порядка применения теста.

Таблица 18.1 - Матрица тестов

Номер	Номер элемента
теста	1	2	3	4	5	6	7	8
1	1	1			1	1
2		1		1				1
3			1		1	1
4	1					1		1
5	1		1	1	1
6					1		1	1

Вероятности отказов элементов q1=0,1; q2=0,1; q3=0,2; q4=0,3; q5=0,1; q6=0,5; q7=0,5; q8=0,2; В системе имеется один отказавший элемент. Необходимо найти элемент при минимальных средних затратах на проведение необходимых для этого тестов.

РЕШЕНИЕ.

1) Находим величины  для каждого элемента:

, тогда        

2) Вычисляем величины для каждого теста

3) Далее для каждого теста находим отношение стоимости проведения теста к величине вероятности неуспешного исхода:

Из расчетов видно, что первым применяемым тестом должен быть тест t1, т. к. величина  является наименьшей.

Проведение теста t1 может быть успешным и неуспешным. Рассмотрим первый исход, т. е. отказавший элемент находится среди тех, которые не были охвачены тестом t1.

Осталось подмножество элементов W(1)={3, 4, 7, 8} - неохваченных тестом t1.

Вычислим для каждого из оставшихся тестов :

; ; ; ; .

Далее находим :

 Таким образом, в этом случае первым применяемым тестом должен быть тест t6. Проведение этого теста может быть в свою очередь успешным и неуспешным. Рассмотрим на этот раз вторую возможность: отказавший элемент находится в подмножестве, которое проверяется тестом t6, т. е. среди элементов W(2)={7, 8}. Следующим шагом являются тесты t2 и t4. Из них следует отдать предпочтение тесту t2 как более дешевому

()

Подобная процедура продолжается до тех пор, пока не будет построены все фрагменты инструкции проверки, позволяющие локализовать отказ до номера единственного элемента.

PAGE \* MERGEFORMAT 14

Диагностирование и испытание электрооборудования