Устойчивость и бесперебойность электроснабжения потребителей при имеющемся резерве генерирующей мощности достигаются повышением надежности энергетических агрегатов и оптимизацией затрат на техническое обслуживание и ремонт. В последнее десятилетие в стране и за рубежом особое внимание уделяется долговечности машин, их узлов и элементов. В связи с этим созданы и продолжают разрабатываться многочисленные системы мониторинга и диагностики генераторов для электрических станций. Такие системы позволяют наблюдать за изменением состояния узлов и элементов генераторов, за ранним зарожден нем дефектов и скоростью их развития, обеспечивая оптимизацию режимов эксплуатации машин. Информационная часть средств диагностики помогает эксплуатационному персоналу принимать решение о необходимости проведения дополнительных осмотров, о времени проведения ремонтных работ, о временном изменении режимов работы или ограничении определенных режимов и др.
В первую очередь должны быть исключены самые тяжелые по последствиям повреждения узлов генератора: вала и бандажных колец ротора, обмотки и сердечника статора. Наряду с этим необходимо предупреждать нарушения и в других элементах машины, к которым относятся витковые замыкания в катушках обмотки ротора, повреждение изоляции обмотки статора, повышенное искрение в щеточно-контактном аппарате, ухудшение уплотнений вала ротора и подшипников. Особое внимание должно уделяться контролю за уровнем вибраций элементов ротора и статора. Своевременное обнаружение возникшей неисправности на ранней стадии ее развития, как правило, возможно за счет применения новых нетрадиционных методов контроля.
Другой стороной проблемы является оценка технического состояния генератора во время ревизий путем проведения инструментальных исследований. Разработка новых методов дополняет диагностику генераторов во время работы, так как выявляет те дефекты, которые не проявились во время эксплуатации. Это позволяет выполнить предупредительный ремонт и устранить дефект или ограничить опасные режимы работы генераторов и сократить период между ревизиями для оценки динамики развития дефекта (так называемый ремонт по техническому состоянию - как альтернатива планово-предупредительному ремонту).
В ГОСТ 20911-89 сформулированы следующие задачи технического диагностирования:
- Контроль технического состояния.
- Поиск места и определение причин отказа (неисправности).
- Прогнозирование технического состояния.
Термин («техническое диагностирование» применяется, когда эти задачи равнозначны или основной является задача 2. Термин «контроль технического состояния» применяется, когда основной задачей является определение вида технического состояния
(исправное, неисправное, работоспособное и т.п.) в зависимости от значений определенных параметров в данный момент времени.
Техническая диагностика энергоагрегатов включает (до некоторой степени условно) два основных направления - оперативное и ремонтное диагностирование. Оперативное диагностирование используется на работающем оборудовании и решает задачи 1 и 3, ремонтное - на выведенном из работы в ремонт оборудовании. Оно решает в основном задачу 2, в какой-то мере и задачу 3.
В отечественной энергетике ремонтное диагностирование является основным средством выявления дефектов генерирующего оборудования. Это и определило сложившуюся структуру ремонтного и технического Обслуживания с четкой регламентацией сроков и типов плановых ремонтов. Оперативное диагностирование развито меньше, несмотря на то, что оперативное диагностирован не является основным условием для перехода к ремонтному и техническому обслуживанию по техническому состоянию.
Система оперативного диагностирования базируется на методах раннего обнаружения дефектов. Методы первой группы основаны на использовании инструментальных средств, входящих в систему штатного контроля (например, методы обнаружения витковых замыканий в обмотке ротора турбогенераторов, перегревов в обмотке статора турбо- и гидрогенераторов, основных дефектов масляных уплотнений вала). При разработке таких методов важно выбрать достаточно информативные измеряемые величины и наиболее эффективно обработать результаты измерений.
Методы второй группы опираются на средства измерений, не входящие пока в штатный контроль. В этом случае наряду с оптимизацией обработки измерений необходимы разработка и совершенствование самих инструментальных средств. К таким методам относятся вибрационные испытания обмотки и сердечника статора, виброакустическая диагностика распушений крайних пакетов сердечника и другие, рассматриваемые далее.
Таким образом, для оценки технического состояния генератора можно выделить три группы средств контроля и предъявляемые к ним требования:
- эксплуатационный штатный контроль (увеличение объема контролируемых параметров для вновь изготавливаемых генераторов, повышение эффективности отображения информации о результатах контроля за счет использования вычислительной техники, оптимальное насыщение средствами диагностического контроля);
-эксплуатационный периодический контроль (развитие новых методов контроля, повышение их результативности с участием заводов-изготовителей);
- операционный ремонтный контроль (выполнение при минимальном демонтаже генератора и получение более полного и достоверного объема информации о техническом состоянии по сравнению с традиционными методами).
Последний вид контроля наиболее перспективен и его внедрение связано как с совершенствованием новых методов, так и с повышением контролепригодности проектируемых и. установленных, на электростанциях генераторов.
Общие требования для всех видов контроля: возможность оценки текущего состояния и прогнозирования развития выявленных отклонений технического состояния; архивирование результатов контроля современными техническими средствами; анализ существующих критериев контроля и установление новых, наличие системы отображения результатов контроля для нескольких пользователей - оператора, эксперта.
Информационное обеспечение должно позволять: накапливать информацию у владельца оборудования о техническом состоянии генераторов, способах и результатах устранения дефектов; накапливать информацию в аналитических центрах о совокупной выборке оборудования по типам и сравнимым конструкциям; анализировать накапливаемую информацию на всех уровнях, разрабатывать мероприятия по выявлению и устранению дефектов; обмениваться оперативной информацией посредством компьютерных сетей о результатах проведенного контроля, его анализа, об аналогичных дефектах и способах их устранения; использовать целевые экспертные системы.
Составление плана диагностического обслуживания и его реализация потребуют: концептуальной разработки, корректировки методов оценки надежности оборудования, разработки классификатора дефектов, анализа существующих методов контроля и надежности эксплуатируемого оборудования, установления методов оценки остаточного ресурса составных частей, создания организационно-информационной структуры, составления планов модернизации генераторов а целях выполнения комплекса работ по повышению ресурса отдельных составных частей генераторов, их ремонте - и контролепригодности, организации производства необходимых средств контроля.
Диагностическое обслуживание должно стать одной из форм поддержки эксплуатации, аналогичной ремонтному обслуживанию и наладке и взаимодействующей с ними.
Техническая стратегия развития системы диагностики. Диагностическое обслуживание генераторов (и другого электрооборудования) может осуществляться двумя взаимосвязанными системами эксплуатационной и ремонтной диагностики (ЭД, РД).
Система ЭД должна контролировать эксплуатационные параметры работающего оборудования на соответствие фактического режима работы техническим условиям с обработкой информации по следующим признакам:
выявление отклонений режимных и диагностических параметров от нормы;
определение резерва по загрузке оборудования;
определение допустимости и длительности перегруза оборудования;
веден не статистики по перегрузу оборудования и аварийным воздействиям на оборудование;
общая наработка и межремонтная наработка;
ведение статистики числа коммутаций и значений коммутируемых токов.
В результате анализа обработанной информации система ЭД должна обеспечивать выявление дефектов, прогнозировать развитие дефектов и выдавать оценку технического состояния оборудования и рекомендации по его дальнейшей эксплуатации. В качестве технических средств системы ЭД должны в первую очередь использоваться существующие системы штатного оперативного контроля режима работы оборудования и устройства внештатной оперативной диагностики, работающие в реальном времени, при наличии на энергообъекте АСУ ТП необходимо использовать возможности АСУ для построения автоматизированного рабочего места эксплуатационной диагностики, позволяющего расширить аналитические возможности по выявлению и прогнозированию развития дефектов.
Перспективой развития системы ЭД следует считать совершенствование существующих методов раннего обнаружения дефектов на работающем оборудовании с использованием инструментальных средств, как входящих в систему штатного контроля, так и специальных средств контроля, проводимого по отдельным программам; внедрение устройств внештатной оперативной диагностики с интеграцией их в АСУ ЭД.
Система РД осуществляет контроль технического состояния оборудования и выявление дефектов следующими методами:
путем испытаний и специзмерений на остановленном оборудовании и обработки результатов;
внутренним осмотром с применением специальных технических средств;
комплексным анализом данных, полученных системой ЭД.
Анализ обработанной информации системы РД должен выявлять дефекты, прогнозировать развитие дефектов и выдавать оценку технического состояния оборудования; производить экспертное сравнение этих показателей с нормативными и выдавать оценку остаточного ресурса и объемов ремонта оборудования; подготавливать рекомендации по дальнейшей эксплуатации, модернизации и реконструкции оборудования
В качестве технических средств системы РД должны в первую очередь использоваться существующие системы штатного контроля и испытаний оборудования, а также существующие на предприятии более сложные системы и устройства РД. При наличии АСУ ТП и локальных компьютерных сетей оперативно-диспетчерского управления необходимо использовать эти возможности для обобщения результатов функционирования АСУ ЭД, создавать базу знаний и базу данных для интеллектуальной аналитической системы и на этой основе организовывать процедуры РД.
Основными направлениями работ по совершенствованию контроля технического состояния генераторов являются продолжение разработки, внедрение и совершенствование интегрированных систем эксплуатационного (оперативного) контроля - мониторинга и экспертных систем;
разработка, внедрение и совершенствование систем комплексной оценки технического состояния и остаточного ресурса генераторов в том числе их составных частей при выполнении ремонтных операций с минимальными объемами разборки генераторов; в основу комплексной оценки следует положить результаты прогнозирования развития обнаруженных дефектов и технико-экономические показатели, связанные с последствиями возможных отказов или их своевременным предотвращением;
продолжение работ по ультразвуковой дефектоскопии бандажных колец, роторов турбогенераторов бет их снятия с вала ротора, методам измерения частичных и пазовых разрядов, оценке интенсивности короны статорных обмоток генераторов, методам выявления распушений крайних пакетов активной стали на основе спектральной обработки виброакустических сигналов;
совершенствование методов тепловизионного контроля; накопление и анализ результатов новых методов контроля с целью определения его критериев;
решение проблемы информационного обеспечения контроля технического состояния генераторов (сбор информации, обработка, передача хранение);
отработка головных образцов разрабатываемых интегрированных информационных систем контроля и диагностирования генераторов на базовых демонстрационных объектах (ТЭС, ГЭС, ГАЭС), определяемых РАО «ЕЭС России».
