Повышение эффективности эксплуатации оборудования ГЭС за счет введения автоматизированной системы контроля и оперативной диагностики состояния агрегатов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.08, кандидат технических наук Алиомаров, Алиомар Газимагомедович

• Алиомаров, Алиомар Газимагомедович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Алиомаров, Алиомар Газимагомедович

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ.

1.1. Анализ повышения эксплуатационной надежности и готовности технологического оборудования на примере Чиркейской ГЭС

1.2. Анализ систем автоматизированного контроля и технической диагностики энергообъектов

1.3. Применение экспертных систем (ЭС) для автоматизированных систем контроля и диагностики энергетического оборудования

1.4. Выводы.

2. АНАЛИЗ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ (АСКД).

2.1.Общие положения построения систем автоматизированного контроля и диагностики.

2.2. Цели и задачи автоматического контроля и диагностики оборудования электростанций.

2.3 Методы автоматического контроля и диагностики.

2.4 Оценка применимости МСИ к решению задач оперативной диагностики.

2.5. Выводы.

3. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И ОПЕРАТИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ ГИДРОАГРЕГАТА ГЭС.

3.1 Задача автоматизированной системы контроля и оперативной диагностики (АСКОД) состояния гидроагрегата (ГА)

3.2. Задача и общие положения моделирования структуры

АСКОД ГА. 88 3.3 Оперативный контроль и диагностика работы ГА в режиме синхронного генератора.

3.4. Построение комплексной СФМ системы контроля и оперативной диагностики пуска ГА в режим синхронного генератора.

3.5. Выводы. 126 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ ГИДРОАГРЕГАТА В ДИНАМИКЕ.

4.1. Анализ процедуры поиска дефектов при пуске ГА

4.2. Анализ процедуры поиска дефектов при работе ГА в режиме синхронного генератора

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности эксплуатации оборудования ГЭС за счет введения автоматизированной системы контроля и оперативной диагностики состояния агрегатов»

Актуальность темы исследования. За последние 10 лет в энергосистемах России по данным Департамента Генеральной инспекции по эксплуатации электрических станций и сетей РАО «ЕЭС России» произошло около 200 технологических нарушений с разделением их на части или снижением частоты до 49 Гц и ниже. Ежегодный суммарный недоотпуск электроэнергии составляет от 1300 до 1500МВт.ч.

За этот же десятилетний период имели место 300 сбросов нагрузки на электростанциях с частичной или полной потерей электроснабжения собственных нужд. Число вынужденных остановов блоков из-за отказов оборудования собственных нужд на ТЭС составляет около 30 %.

Основная доля технологических нарушений приходится на электротехническое оборудование, примерно треть — на тепломеханическое оборудование и остальная их часть — на устройства релейной защиты, автоматики и управления.

Данные о зарегистрированных отказах оборудования ГЭС на примере Чиркейской ГЭС показывают, что среднегодовое число отказов и дефектов различного вида составляют: более 80 дефектов и 20 отказов оборудования гидроагрегатов (ГА).

Значительная часть нарушений происходит по вине персонала. Данные Департамента Генеральной инспекции по эксплуатации электрических станций и сетей РАО «ЕЭС России» за 1999-2002 гг. показывает, что по этой причине возникает до 50% всех зарегистрированных технологических нарушений. Причем около 7,5% нарушений происходит при аварийных режимах, когда время принятия решения оперативным персоналом жестко ограничено, а информация для принятия решений является либо явно недостающей, либо избыточной.

Для снижения уровня технологических нарушений, повреждаемости оборудования и отказов в электроснабжении разработана «Комплексная программа повышения надежности работы оборудования и персонала и снижения аварийности в ЕЭС России», утвержденная Правлением РАО «ЕЭС России» и введенная в действие приказом от 29.03.01 № 142 «О первоочередных мерах по повышению надежности работы ЕЭС России».

Среди первоочередных задач Программы отмечены: совершенствование технической системы обеспечения надежности и управления ресурсом энергетического оборудования, зданий и сооружений электростанций; повышение надежности систем и средств диспетчерского технологического управления, технических средств контроля и противоаварийной автоматики ОЭС и ЕЭС России; совершенствование управления надежностью профессиональной деятельности персонала.

Практика эксплуатации оборудования ГЭС и анализ существующих систем АСУ ТП ГЭС показывают, что одними из основных задач, которых необходимо решить при модернизации и развитии АСУ ТП, это задачи автоматизированного контроля и оперативной диагностики оборудования, позволяющие повысить надежность эксплуатации оборудования и деятельности персонала ГЭС.

В представленной диссертационной работе, выполненной в рамках работ по модернизации существующей АСУ ТП Чиркейской ГЭС (ЧГЭС), рассмотрена задача построения комплексной автоматизированной системы контроля и оперативной диагностики (АСКОД) гидроагрегата, предназначенная для реализации в составе АСУ ТП.

Целью работы является повышение эффективности и надежности эксплуатации основного и вспомогательного оборудования ГЭС за счет введения в состав АСУ ТП ГЭС системы автоматизированного контроля и оперативной диагностики состояния гидроагрегата (ГА).

В задачи исследования входили: анализ существующих систем контроля и диагностики, выбор методики для построения АСКОД для ГА ЧГЭС; определение полного состава задач АСКОД ГА ЧГЭС; определение полного перечня контролируемых параметров ГА ЧГЭС; построение комплексной модели контроля и оперативной диагностики ГА на основе современных методов и подходов к системному моделированию; экспериментальное исследование работоспособности построенной комплексной модели контроля и оперативной диагностики на примере ГА ЧГЭС.

Методика проведения исследований базируется на теоретических основах гидроэнергетики, положениях теории и практики построения автоматизированных систем управления, методиках технической диагностики промышленного оборудования и моделирования дискретных систем.

Новизна результатов, полученных в работе, заключается в следующем: 1. Построена комплексная модель контроля и оперативной диагностики ГА, предназначенная для реализации средствами АСУ ТП ГЭС, и обладающая следующими свойствами: высокой универсальностью, которая позволяет использовать одну и ту же структурно- функциональную модель (СФМ) для целей контроля и диагностики любых конструктивных узлов объекта диагностики и определения дефектов различной природы; возможностью быстрого внесения изменений в ее программную реализацию при изменении объема поступающей с объекта контрольной и диагностической информации с минимальными затратами на модернизацию системы АСКОД; включением в зону охвата АСКОД элементов, которые в настоящее время не оснащены средствами измерения в цикле оперативного управления, путем учета логических связей и экспертных заключений; включением элементов существующих средств технологической автоматики, что обеспечивает возможность внедрения АСКОД с минимальными затратами на модернизацию АСУ ТП.

2. Проведено экспериментальное исследование применимости и эффективности комплексной модели для анализа причин фактически наблюденных отказов оборудования, зарегистрированных в оперативном журнале ЧГЭС.

4. Разработаны рекомендации по использованию комплексной модели при модернизации и реконструкции АСУ ТП ЧГЭС.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том что:

1. Разработанная в диссертации комплексная модель контроля и оперативной диагностики позволяет: повысить надежность и готовность ГЭС за счет непрерывной проверки правильности выполнения объектом основных функций, своевременного обнаружения факта отказа, определения места отказа, оперативной подготовки рекомендаций для дальнейшей эксплуатации; повысить уровень подготовки эксплуатационного персонала за счет использования детального описания технологических процессов в модели АСКОД при проведении технического обучения персонала непосредственно на объекте (ЧГЭС); повысить информативность и одновременно уменьшить избыточность информации о состоянии оборудования для оперативного персонала, что особенно важно при ликвидации аварийных ситуаций на ГЭС.

2. Построенная комплексная модель может быть использована как для контроля и оперативной диагностики оборудования на работающем в нормальном режиме, так и выведенном из работы для диагностики его состояния оборудовании с включением нештатных измерительных систем или подачей контрольных (зондирующих) сигналов.

3. Полученная комплексная модель предназначена для использования при модернизации существующей АСУ ТП ЧГЭС в качестве функциональной подсистемы, а также среды для обучения и тренировки персонала.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.

Заключение диссертации по теме «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии», Алиомаров, Алиомар Газимагомедович

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Показана актуальность задачи повышения надежности эксплуатации оборудования электрических станций и сетей, позволяющей снизить ежегодный недоотпуск электроэнергии из-за технологических нарушений и время поиска неисправностей.

2. Показано, что повышение надежности и экономичности эксплуатации оборудования ГЭС возможно при создании комплексной системы контроля и оперативной диагностики состояния оборудования станции.

3. На основании анализа существующих систем диагностики оборудования электростанций показано, что они ориентированы на поиск причин возникновения неисправностей в основном и вспомогательном оборудовании станций, но не охватывают цепи управления технологическими процессами.

4. Анализ методов построения структурно-функциональных моделей объекта диагностики показал, что применение для этих целей метода структурных инвариантов является наиболее строгим и целесообразным.

5. С позиций метода структурных инвариантов, как наиболее строгого и целесообразного для структурно-функционального моделирования объекта контроля и диагностики, сформулирована общая задача управления процессом контроля и диагностики объекта в виде объединения задач установления факта возникновения дефекта и определения места возникновения дефекта.

6. Сформулированы задачи и принципы построения комплексной системы контроля и оперативной диагностики гидроагрегата ГЭС. Построены структурно-функциональные модели гидроагрегата и его элементов, включая элементы агрегатной автоматики. Показаны возможность и процедура их использования для определения факта и места возникновения дефектов оборудования.

7. Построена комплексная структурно-функциональная модель АСКОД гидроагрегата. Показано, что разработанная модель АСКОД полностью описывает множество ситуаций функционирования гидроагрегата в пределах графа его состояний.

8. Определена процедура проверки работоспособности модели АСКОД для определения дефектов при анализе документально подтвержденных случаев отказа оборудования ЧГЭС и проведен анализ отказов при пуске гидроагрегата, ложной форсировке возбуждения генератора, отказов в системе охлаждения тиристорной системы возбуждения главного и вспомогательного генераторов, сброса нагрузки из-за неисправности электрогидравлического регулятора турбины.

9. Показано полное совпадение результатов поиска дефекта с помощью модели АСКОД и документированных нарушений, что подтверждает работоспособность разработанной модели.

Ю.Показано, что выполнение процедур контроля и оперативной диагностики в цикле оперативного управления ГЭС позволит избежать потерь выработки электроэнергии, потерь времени на поиск места возникновения дефекта, а также затрат на восстановление оборудования, вышедшего из строя вследствие несвоевременного обнаружения факта и места отказа оборудования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Алиомаров, Алиомар Газимагомедович, 2005 год

1. Алексеев Б.А. Определение состояния (диагностика крупных турбогенераторов) Москва, Энас. 1997

2. Мс Cluskey R.K., Gauder R.H. Smee A.B. Экономичная система контроля и диагностики генераторов II Ргос. Amer. Power. Conf. 1988. FHC-50.

3. Система контроля мощных генераторов в энергообъединении АЕР (США) /Н № Scherer, M.R. Hajny, Y.H. Provanrana A al //Доклад СИГРЭ 11-01,1982.

4. Sanderson И.С. отображение и сохранение данных о состоянии мощного турбогенератора // IEE Trans on PAS. 1984. VOL. 103.№. 8.

5. Технические требования (положения) к разработке экспериментальной автоматизированной системы диагностирования (АСД) генераторов Красноярской ГЭС ВНИИЭ, Москва 1985 г.

6. Первый опыт применения локальной подсистемы диагностического контроля турбины на базе персональной ЭВМ. Лайзерович А.Ш., Бейзерман Б.Р., Комаров Н.Ф. М.: Электрические станции 1993, №4

7. Экспертные системы диагностики генераторов. Надточий В.М., Ординян А.А., М.: Электрические станции, 1994, № 9

8. Экспертные системы для энергетики. Любарский Ю.Я., Надточий В.М., Рабинович Р.С., Орнов В. Г., Портной М.Г. Москва, ^ Электричество. 1991 № 1.

9. Ю.Экспертные системы диагностики электрооборудования ВНИИЭ.

10. Дьяков А.Ф. , Любарский Ю.Я., Моржин Ю.Я. Интеллектуальные информационные системы. М.: Электричество 1994 №2

11. М.Г. Тягунов. Отчет по научно-исследовательской работе Разработка и адаптация экспертных систем принятия решений в задачах электроэнергетики -М.: Научно техническое бюро " Энергия", 1990.

12. Экспертные системы поддержки принятие решения в энергетике

13. Башлыков А.А., Еремеев А.П. Москва, Издательство МЭИ. 1994 г. 18.0sborn R. Field experience With expert systems tor on-line giagnosis of turbine generators. -Proceed.Of CIGRE . session-88. Paris, 1988,

14. Gonzales A., Osborn R. An expert system for on-line diagnosis of turline generators. Proceed.of CIGRE session-86, Paris, 1986,

15. Проектирование систем принятия решения в энергетике. Башлыкова

16. A. А. Энергоатомиздат 1986.

17. А.Ф. Дьяков , Ю.А. Любарский ЮЛ.Моржин, В.Г.Орнов,

18. B.А.Семенов, Е.В.Цветков «Интеллектуальные системы для оперативного управления в энергообъединениях» Изд. М. «МЭИ» 1995 г.

19. Автоматизированная система контроля и диагностики генератора АСКДГ-М . Сумский В.П, Безчастнов Г.А., Григорян РАО «ЕЭС России» НПА «Сура» Энергетик, 1999 г. №7.

20. Н.Н. Соболев, В.И. Колесов, к.т.н. М.М. Лукьянов, Э.А. Харисов (ОАО «Челябэнерго») Новое в технической диагностике электрооборудования Электронный журнал «НОВОЕ В РОССИЙСКОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ» 2001 № 3

21. Диагностика мощных генераторов. В.А. Цветков. Научно-учебный центр «ЭНАС» Москва 1995 г.

22. Борисов Г.М., Макарчьян В.А. Внедрение систем оперативной диагностики средство улучшения технико-экономической работы оборудования на ТЭС - С.5-7. Вестник МЭИ(ТУ) 2004 N 5

23. Ицкович Э.А. Контроль производства с помощью вычислительных машин М. Энергия, 1975

24. Колин К.К., Липаев В.В. Проектирование алгоритмов управляющих ИВМ. М.: Сов. радио, 1970

25. Тягунов М.Г. Управление режимами ГЭС. М.: МЭИ, 1984.

26. Прототипная экспертная система диагностики технического состояния оборудования электростанций. Соболенко Н.А., Тягунов М.Г., Хоанг К.Т., Данг, Шкурин А.Н. .//Электрические станции, № 993, №3

27. К.т.н. М.Ю. Львов (РАО «ЕЭС России») Методологические аспекты развития системы диагностики силовых трансформаторов при переходе к ремонту по техническому состоянию. Электронный журнал «НОВОЕ В РОССИЙСКОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ 2003 №9

28. К.т.н. В.Ю. Аврух (ОАО «ЦКБ Энергоремонт») Повышение надежности эксплуатации турбогенераторов в нестационарном режиме. Электронный журнал «НОВОЕ В РОССИЙСКОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ 2003 № 5

29. Синтез системы управления непрерывным технологическим процессом (на примере ГЭС). Тягунов М.Г., Бойчев Ч.Ч., Лушников О.Г., Соболенко Н.А.// Изв. Вузов. Энергетика. 1990. №3

30. Метод построения сетевой модели системы управления / Тягунов М.Г., Соболенко Н.А., Бойчев Ч.Ч., Лушников ОТ.// Электорнное моделирование. 1991 №3

31. САПР логических систем управления / В.А. Горбатов, А.В. Крылов, Н.В. Федоров, М.: Энергоиздат., 1987.

32. УДК 621.112.32 Новые признаки, основанные на преобразовании Фурье, для диагностики и распознавания образов/Л.М. Гельман, Л.Н. Удовенко//Техническая диагностика и неразрушающий контроль. -2001.- №3.

33. Александров А.Е. Гушин, Эльклид Ю.М. О системе технологического контроля мощных гидрогенераторов Электрические станции. 1981 №6

34. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. Генкин М.Д. Соколова А.Г. М:.МЭИ 1988.

35. Системный подход к управлению энергосистемами с ГЭС. Тягунов М.Г. / Ред. Н.К. Малинин. М.: МЭИ

36. Управление режимами ГЭС. Тягунов М.Г. / под ред. В.И. Обрезкова М.: МЭИ, 1998.

37. Разработка методики структурного моделирования систем управления гидроэнергоустановками. Соболенко Н.А. автореферат диссертации на соискание ученой степени .1991.

38. Автоматизирование системы управления технологическими процессами гидроэлектростанций. Опыт разработки и внедрение. Тезисы докладов Респ. Н-тех. Сов. «Автоматизация технологических процессов гидроэнергетических комплексов».-Ташкент УЗИ

39. Тягунов М.Г., Соболенко И.А., Бойчев Ч.Ч., Лушников О.Г. Экспертная система управления обобщенным технологическим процессом на примере гидроагрегата ГЭС // тр. МЭИ 1991 г.

40. Федоренко Г.М. Научные основы локальной интенсификации жидко — заполненных электрических машин: Автореферат диссетации . в форме научного доклада К.: 1990.

41. Хоанг К.Т.Д., Соболенко Н.А., Тягунов М.Г., Шкурин АН-Представление знаний об оборудовании электростанций для автоматизиро-ванной системы диагностики его технического состояния. // Изв. РАН энергетика 1993 № 4.

42. Шахмаева Е.Ю. Разработка методики и прототипной экспертной системы контроля и диагностики состояния сооружений ГЭУ. Автореферат дис. канд. тех. наук МЭИ.-М.1990.

43. Цветков В.Д. Системно структурное моделирование и автоматизация проектирования технических процессов. Минск: Наука и техника 1979

44. М.А. Рабинович «Цифровая обработка информации для задач оперативного управления в электроэнергетике». М. «ЭНАС» 2001 г.

45. Гидрогенераторы И.А. Глебов, Домбровский В.В., А.А. Дукштау, А.С. Ланер, Г.Б. Пинский, Э.В. Школьник. Л. Энергоиздат., Ленинградское отд-ние. 1982.

46. Вибрации в технике. Справочник Т.5 под. Ред. М.Д. Генгина. М.: Машиностроение 1981 г.

47. Ю.Я. Любарский. Интеллектуальные информационные системы М.: Наука. 1990 г.

48. А.И. Вольдек. Электрические машины. Изд-во «Энергия» Ленинградское отделение. 1974 г.

49. Технические средства диагностирования. Справочник (под общ. ред. В. В. Киселева М.: Машиностроение, 1989,

50. Тягунов М.Г., Шахмаева Е.Ю. Метод построения прототипной экспертной системы контроля и диагностики гидротехнических сооружений ГЭС.//Гидротехническое строительство 1991 N2

51. Основы технической диагностики. Модель объектов, методы и алгоритмы диагноза/ Под ред. Пархоменко П. П. М: Энергия , 1976

52. Пархоменко П.П., Согомонян Е.С.Методика построения логических моделей непрерывных элементов диагностики. Горький, ВНИИМАШ, 1976.65.3ыков А.А. Основы теории графов М.: Наука, Глав.ред. физ. мат. лит. 1987

53. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем. Перевод с англ. 1984

54. А.В.Захаров (АО «Владимирэнерго) Алгоритм оптимального принятия решения о состоянии аппарата при диагностировании силовых маслонаполненных трансфоматоров. Электронный журнал «НОВОЕ В РОССИЙСКОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ» 2001 г. №3

55. Алексеев Б.А «Определение состояния (диагностика) крупных гидрогенераторов». 2-е изд., перераб. и доп. М. «ЭНАС». 2002 г.

56. Б.А.Алексеев «Определение состояния (диагностика) крупных турбогенераторов» 2-е изд., перераб. и доп. М. «ЭНАС»2001 г.

57. Скляров В.Ф. Гулеев В.А. Диагностическое энергетическое производство. Киев.Техника 1989.

58. УДК 629.735.083.02/03.004.58 (043.3) Совершенствование методики диагностирования авиационных двигателей/О.Н. Цуриков//Техническая диагностика и неразрушающий контроль. -2001. №3.

59. К.т.н. В.И. Трубицын (МЭИ-ТУ) Формализация деятельности оперативного персонала на электростанциях Электронный журнал «НОВОЕ В РОССИЙСКОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ» № 1,2001 г.

60. МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ 9 (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)1. На правах рукописи

61. Алиомаров Алиомар Газимагомедович

62. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ГЭС ЗА СЧЕТ ВВЕДЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И ОПЕРАТИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ АГРЕГАТОВ.специальность 05.14.08 энергоустановки на основе возобновляемыхвидов энергии)

63. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук