Основы технической диагностики

ГЛАВА 6

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

6.1. Основные понятия и определения технической

Диагностики

Техническая диагностика – область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объекта. Техническое состояние – состояние, которое характеризуется в определенный момент времени при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект. В дальнейшем рассматривются виды состояний: работоспособное и неработоспособное.

Общим понятием теории надежности и технической диагностики является работоспособность. Это понятие используется для обозначения класса состояний ОД, находясь в котором он выполняет свойственную ему работу. Состояние, при котором значения всех диагностических признаков, характеризующих способность ОД выполнять заданные функции, соответствуют установленным требованиям, называется работоспособным. В этом случае можно говорить, что оборудование функционирует штатно. Установленные требования образуют область работоспособности (ОР).

Неработоспособное состояние – состояние, при котором значение хотя бы одного диагностического признака, характеризующего выполнение заданной функции, не соответствует установленным требованиям. Если объект неработоспособен и выполняет часть функций, то он функционирует нештатно.

Процесс определения технического состояния объекта называется диагностированием. Различают рабочее и тестовое диагностирование. При рабочем диагностировании состояние объекта оценивается по выходным параметрам при подаче на его входы рабочих воздействий. При тестовом диагностировании состояние объекта оценивается по его реакции, вызываемой подаваемыми на его входы специальными тестовыми воздействиями.

Диагностирование может осуществляться различными методами. Метод диагностирования – совокупность операций, действий, позволяющих дать объективное заключение о состоянии объекта. Определение состояния объекта предусматривает наличие обоснованных алгоритмов диагностирования. Алгоритм диагностирования представляет собой совокупность предписаний, определяющих упорядоченную последовательность действий при проведении диагностирования. Они реализуются средствами диагностирования, под которыми понимаются аппаратура, программы и ремонтно-эксплуатационная документация, позволяющая оценить состояние технических объектов. Результат диагностирования, то есть заключение о техническом состоянии объекта, называют диагнозом.

Блок, устройство, прибор, оборудование, система, подлежащие (подвергаемые) диагностированию, называются объектом диагностирования (ОД). Часть ОД, которую при диагностировании нельзя разделить на более мелкие, называют элементом (структурной единицей, СЕ). Любой объект диагностирования состоит из элементов. Например, генератор электростанции может рассматриваться как ОД из одной СЕ. Распределительная сеть может включать в себя как минимум три элемента (опору, провод, изолятор). Районная электрическая подстанция состоит из многих структурных единиц.

Все ОД с позиции используемого математического аппарата для описания изменения его состояния можно разделить на: непрерывные (аналоговые, кроме ЭВМ) и дискретные (цифровые) – ЭВМ (релейно-контакторные схемы).

Состояние ОД оценивается по диагностическим признакам. Диагностическим признаком (ДП) называют параметр или характеристику, используемую при диагностировании и несущую информацию об изменении состояния ОД:

параметры – физические величины: сила тока I, напряжение U, мощность P, время переходного процесса t_пп и др.;

характеристики – зависимость одной физической величины от другой, а именно: статическая характеристика, если величина не зависит от времени, частоты. Например, внешняя характеристика U = f(I) генератора постоянного тока (рис.6.1,а) при смешанном 1, независимом 2, параллельном 3 возбуждении соответственно; динамическая характеристика, если такая зависимость есть. Например, амплитудно-частотная А=f(w) (рис.6.1,б), переходная h(t) характеристика(рис.6.1,в). Каждому состоянию соответствует определенное значение диагностического признака.

Электрическую сеть характеризуют две группы параметров: первая позволяет оценить электроэнергию с точки зрения потребителя, вторая - состояния сети в качестве надежного и безопасного канала транспортировки этой энергии. К первой группе относятся: частота, напряжение, ток, мощность, угол сдвига между током и напряжением, а также ряд параметров, характеризующих качество электроэнергии.

Ко второй группе можно отнести сопротивление изоляции, емкость сети по отношению к земле, т.е. все то, что позволяет оценить качество изоляции электрической сети.

Переход из класса работоспособных состояний, определяющих область работоспособности ОР, в класс неработоспособных называется отказом. При этом возможен полный отказ (момент t_п.о), приводящий к полной потере работоспособности и прекращению функционирования (отключение фидера при двух- и трехфазных замыканиях), и частичный отказ (момент t_ч.о) при однофазных замыканиях на землю), т.е. сеть продолжает функционировать с ухудшенными показателями качества электроэнергии (рис.6.2).

Существует третий тип отказа элемента – "перемежающийся", означающий, что он то исчезает, то снова появляется. Это затрудняет определение местоположения отказавшего элемента, так как при проверке оборудование может оказаться работоспособным, а через некоторое время неработоспособным.

Причиной потери работоспособности или резкого снижения запаса работоспособности является дефект от лат. defectus – изъян, недочет, недостаток.

В ОД, состоящем из нескольких элементов, дефектом является отказ элемента, нарушение связи или появление связи между элементами. Возникновение же дефекта в ОД, состоящего из нескольких элементов, не обязательно приводит к потере его работоспособности. При этом ОД сохраняет работоспособность при наличии в нем дефекта за счет избыточности (структурной, временной, информационной) или за счет того, что потеря работоспособности не всех элементов приводит к потере его работоспособности. Например, в гирлянде изоляторов воздушной линии появились нулевые элементы, в ОД возник дефект, но он не потерял работоспособности. В этом случае говорят, что запас работоспособности его снизился, а следовательно, повысилась вероятность его отказа в дальнейшем.

Дефекты разделяют на одиночные и кратные (несколько сразу), логические (нарушение алгоритмов) и физические (элементы, связи).

При диагностировании могут решаться следующие задачи:

: z₁ – контроль работоспособности (КР); z₂ – поиск места и определение причины отказа – дефекта(ПД); z₃ – прогнозирование изменения состояния (ПИС). Какие из этих задач решаются в процессе диагностирования зависит от условий его выполнения и особенностей электроэнергетического оборудования.

Первая задача обязательно решается при диагностировании объектов любого назначения. Контроль работоспособности предполагает проверку соответствия значений диагностических признаков ОД требованиям технической документации и определение на этой основе вида технического состояния в данный момент времени. Видами технического состояния являются работоспособное и неработоспособное. Поэтому в дальнейшем наряду с понятием контроль технического состояния употребляются понятия контроль работоспособности и контроль запаса работоспособности.

В том случае, когда ОД утратил работоспособность или запас работоспособности значительно снизился, при диагностировании может решаться вторая задача. Целесообразность решения ее определяется возможностью восстановления ОД, устранения возникшего дефекта, т.е. восстановления работоспособности ОД. В свою очередь, устранить возникший дефект можно только, если ОД ремонтопригоден и приспособлен к устранению возникающих в нем дефектов, а обслуживающий персонал имеет средства и время для его восстановления. Поиск возникшего дефекта начинается при условии, что уже известно о наличии дефекта, но неизвестно, какой именно дефект возник.

При решении третьей задачи изучается характер изменения диагностических параметров под влиянием внешних и внутренних воздействий и на основе сформировавшихся тенденций предсказывается значение параметров в будущий момент времени.

Наиболее распространенными сочетаниями задач, решаемых в процессе диагностирования являются:

контроль работоспособности (запаса работоспособности) и поиск возникшего дефекта;

контроль работоспособности (запаса работоспособности) и прогнозирование технического состояния;

контроль работоспособности (запаса работоспособности), поиск возникшего дефекта и прогнозирование технического состояния.

Первый случай имеет место тогда, когда диагностируется восстанавливаемый ОД. В этом случае на основе полученного диагноза обслуживающий персонал проводит работы по восстановлению его работоспособности. Второй случай характерен для ОД, когда обслуживающий персонал, учитывая диагноз, принимает решение об использовании или режиме его использования. Третий случай наблюдается при наличии у восстанавливаемого ОД необходимости установления срока его безотказного функционирования. Такое положение типично для диагностирования высокосложных и особо ответственных ОД.

При решении основных задач диагностирования возможны различные действия по формированию диагноза (рис.6.3):

а) при положительном результате КР:

выдача заключения о работоспособности ОД;

контроль запаса работоспособности (КЗР) объекта диагностирования и выдача заключения о его состоянии;

прогнозирование изменения состояния (ПИС) объекта диагностирования и выдача заключения о его состоянии;

б) при отрицательном результате КР:

выдача заключения о неработоспособности ОД;

поиск возникшего дефекта (ПД) и выдача заключения о состоянии ОД.

При этом возможны следующие виды диагноза:

1) "Работоспособен", "Годен", "Да";

2) степень работоспособности 10,...,50,...,100%;

3) оборудование проработает 10000ч;

4) "Неработоспособен", "Не годен", "Нет";

5) "Износ изоляции силового трансформатора".

В основу методологии технической диагностики положены следующие исходные положения.

1. Допущение о том, что объект может находиться в конечном множестве состояний S, которое определяется ограниченными возможностями измерительных средств (рис.6.4). В множестве S выделяются два непересекающихся подмножества : Sр – подмножество работоспособных состояний; Sн – подмножество неработоспособных состояний.

Подмножество Sр={s_i}, включает все состояния, которые позволяют ОД выполнить возложенные на него функции или решить поставленные перед ним задачи, т.е. когда ОД работоспособен. Каждое состояние в этом подмножестве различается запасом работоспособности, который характеризуется приближением состояния объекта к предельно допустимому. Состояние оценивается путем измерения и контроля параметров (рис.6.5) или характеристик.

Подмножество S_н = {s_j}, включает все состояния, соответствующие возникновению в объекте дефектов, приводящих к потере его работоспособности. Мощность подмножества S_н определяется количеством различимых дефектов или глубиной поиска дефектов.

При допусковом контроле работоспособности i = 1, j = 1. Если дается заключение "не годен меньше-годен-не годен больше" i = 1, j = 2.

2. Решение задач по оценке состояния объекта сводится к анализу множества S, если отсутствует информация о состоянии ОД; подмножества S_н или S_р ,если информация о состоянии ОД имеется.

При контроле работоспособности проверяются условия работоспособности и полученные результаты относят к одному из подмножеств S_р или S_н. Условия работоспособности определяются как ограничения на диагностические признаки, при выполнении которых ОД может выполнить поставленные перед ним задачи или возложенные на него функции.

При поиске возникшего дефекта, когда установлено, что объект неработоспособен, осуществляется анализ подмножества состояний S_н и устанавливается, какому именно состоянию s_j соответствует его текущее состояние. В случае резкого снижения запаса работоспособности поиск дефекта возможен в подмножестве работоспособных состояний S_р. Необходимость поиска дефектов определяется ремонтопригодностью объекта и требованием минимизации времени его технического обслуживания и восстановления.

При прогнозировании работоспособного состояния объекта осуществляется анализ подмножества S_р состояний, причем каждому состоянию соответствует определенный запас работоспособности объекта. Анализ состояний объекта в подмножестве S_р позволяет установить характер изменения запаса его работоспособности и в ряде случаев предсказать моменты перехода объекта в подмножество состояний S_н и, следовательно, спрогнозировать состояние объекта.

3.Возникновение в объекте дефекта не означает, что он неработоспособен. Появление дефекта приводит к тому, что объект из одного состояния s_k переходит в другое состояние s_l. Однако при этом могут не нарушаться условия работоспособности. Это происходит в том случае, когда s_k и s_l относятся к подмножествусостояний S_р (в случае резервирования). Таким образом, работоспособный объект может иметь дефект, так же как и неработоспособный. Следовательно, заключение о том, что ОД работоспособен, не означает, что в нем отсутствуют дефекты. С другой стороны, если ОД неработоспособен, то в нем обязательно имеется дефект.

4. В процессе диагностирования участвуют объект диагностирования (ОД), средства технического диагностирования (СТД) и человек оператор (ЧО). Их совокупность образует систему диагностирования (рис.6.6).

Рассмотренные положения являются основой, позволяющей создавать системы диагностирования ЭУ. При этом объект должен иметь диагностическое обеспечение – комплекс диагностических признаков, алгоритмы и средства, необходимые для осуществления диагностирования на всех этапах жизненного цикла объекта.