Диагностика электротехнического оборудования: обзор методов неразрушающего контроля

Состояние энергетических систем России требует принятия мер, позволяющих продлить сроки эксплуатации электротехнического оборудования и линий электропередачи. Важность поставленной задачи объясняется огромной протяженностью электросетей напряжением от 0,4 до 110 кВ, которая превышает 3 миллиона километров. Мощность всех трансформаторных подстанций и различных пунктов составляет около 520 млн. кВА. Степень износа фондов сетей достигает 40%. За период 90-х годов их техническое перевооружение катастрофически сократилось до минимальных значений.

Не подлежит сомнению, что оценка технического состояния всего электротехнического оборудования и электрических сетей является актуальной задачей. Решение назревших проблем в значительной степени связано с быстрым внедрением самых современных методов инструментального контроля и технической диагностики. Решение поставленной задачи обеспечит безопасную и надежную работу оборудования.

Техническая диагностика: используемые понятия и принятые положения

Техническое диагностирование представляет собой целый аппарат последовательных мероприятий для определения признаков неисправностей, нарушающих работоспособность электрооборудования.

Процесс диагностики определяет методы и самые подходящие для конкретного случая средства, позволяющие сделать однозначное заключение о наличии или отсутствии дефектов или неисправностей, оценивать текущее состояние объекта.

Основной задачей технического диагностирования является поиск и анализ именно внутренних причин возникновения дефектов, приводящих к неисправности электрооборудования. Ещё в 1989 году было дано определение технической диагностике, как необходимой и специфической области знаний, охватывающей теорию, всевозможные методы и соответствующие средства, позволяющие определять техническое состояние объектов. Первоочередная задача технической диагностики — определение текущего состояния технических систем при малом объеме информации, необходимое для повышения надежности системы или оборудования, оценки его остаточного ресурса. Из-за разнообразия эксплуатируемого электротехнического оборудования и его назначения ограничиваться применением одного и того же метода невозможно.

Структура технической диагностики представляет собой два взаимосвязанных направления: распознавание и контролеспособность, объединяемые общей теорией.

Первое рассматривает алгоритмы оптимального распознавания, применяющиеся в различных задачах и представляет собой, как правило, задачи классификации. В технической диагностике используются алгоритмы распознавания, основывающиеся на различных диагностических моделях, связывающих состояние системы и её отражение в общем пространстве получаемых диагностических сигналов. Главная часть системы распознавания — правила принятия решений.

Свойство изделия, обеспечивающие возможность достоверной оценки технического состояния (ТС) и заблаговременного обнаружения даже малейших неисправностей, причины отказов, называется контролеспособностью. Его задачей является рассмотрение методов и средств получения данных. Возможность применения конкретного вида технической диагностики диктуется:

• назначением объекта, подлежащего контролю;
• сложностью объекта, числом параметров и др.;
• экономической и технической целесообразностью;
• степенью опасности возможной аварийной ситуации;
• последствиями отказа проверяемого объекта.

Преимущество при выборе параметров отдаётся тем, которые обеспечивают большую достоверность, и, желательно, избыточность информации. На практике, как правило, используются все доступные параметры, причём, одновременно.

Степень развитости методов определяется числом контролируемых параметров, которое, в свою очередь, зависит от типа и возможностей применяемых приборов. К примеру, число параметров для силовых и других трансформаторов может достигать 38, элегазовых выключателей — до 25, разъединителей с электроприводом — до 14. Именно анализ параметров даёт наиболее точную картину о неисправностях и ресурсе системы.

Кроме правильного выбора алгоритма анализа данных диагностические параметры должны иметь такие свойства, как чувствительность, широта диапазона измерения, информативность, абсолютная однозначность, высокая стабильность и удобство проведения измерений.

Концепция диагностики электротехнического оборудования: три направления

Назначение современной диагностики оборудования условно разделяется на три направления: параметрическая диагностика, оперативная диагностика и диагностика неисправностей:

1. Параметрическая диагностика — контроль параметров оборудования на соответствие нормам и регистрация опасных изменений их значений.

2. Диагностика неисправностей позволяет определять вид и величину дефекта после его регистрации и входит в работы по обслуживанию и ремонту оборудования. Этот вид диагностики следует выполнять после получения результатов контроля.

3. Превентивная диагностика дает возможность обнаружить все потенциально опасные дефекты на ранних стадиях их развития и наблюдать за их развитием. Полученная информация необходима для долгосрочного прогноза состояния оборудования.

Полная и достоверная картина выявляется при применении всех трех направлений диагностики. Именно такой подход соответствует современным требованиям к диагностическому оборудованию.

Основные методы неразрушающего контроля оборудования

Методы диагностирования и контроля оборудования делятся на две группы: методы неразрушающего контроля (МНК) и методы разрушающего контроля материалов и изделий. МНК подразделяется в зависимости от принципа, использующего те или иные физические явления.

Ниже кратко рассмотрены основные МНК, применяемые в настоящее время:

• Магнитные методы неразрушающего контроля, при применении которых регистрируются магнитные поля рассеивания, появляющиеся в местах расположения дефектов или определяются магнитные свойства контролируемых изделий.

• Электрические методы неразрушающего контроля основываются на определении параметров внешнего электрического поля после его взаимодействия с контролируемым объектом или же поля, возникающего в самом контролируемом объекте при внешнем воздействии.

Сюда же можно отнести близкие по принципу вихретоковые и радиоволновые методы.

• Вихретоковые методы неразрушающего контроля основываются на анализе поля вихревых токов, возникающих под действием поля возбуждающей катушки в электропроводящем объекте исследования.

• Радиоволновые методы неразрушающего контроля исследуют взаимодействие электромагнитных волн радиоволнового диапазона с материалом изделия.

• Тепловые методы неразрушающего контроля позволяют оценить картину температурных полей контролируемого объекта.

• Визуально-оптические методы неразрушающего контроля оценивают взаимодействие оптического диапазона излучения с контролируемым объектом.

• Радиационные методы неразрушающего контроля позволяют регистрировать и анализировать проникающее излучение после его взаимодействия с массивом материала объекта.

• Акустические методы неразрушающего контроля опираются на регистрацию возбуждаемых в объекте упругих колебаний.

• Капиллярные методы неразрушающего контроля дают возможность визуально оценить проникновение индикаторных жидкостей в поверхностные и сквозные полости материала.

Алгоритм оценки достоверности результатов МНК и принятие решений по дальнейшей эксплуатации электрооборудования

Одной из основных задач оценки технического состояния электрооборудования является установление факта его пригодности или непригодности для дальнейшей эксплуатации. Если состояние оборудования соответствует всем нормативным документам и требованиям, то оно считается исправным. При невыполнении хотя бы одного требования — неисправным.

Дефекты возникают на разных этапах жизненного цикла оборудования: эксплуатации, настройки, монтаже, испытаниях и ремонте. Последствия их появления могут быть различными. Разновидностей дефектов множество, но обычно выделяют четыре категории, или же, степени развития:

1. Состояние оборудования называется нормальным при полном отсутствии дефектов.

2. Дефект на начальной стадии развития, не оказывают явного влияния на нормальную работу оборудования.

3. Сильно развитый дефект, ограничивающий возможность эксплуатации оборудования или заметно уменьшающий его жизненный срок.

4. Аварийная стадия развития дефекта, при которой дальнейшая эксплуатация оборудования невозможна или недопустима.

Степень развития дефекта определяет следующие мероприятия и возможные решения по их устранению:

• Замена оборудования, его частей или элемента.
• Выполнение полного ремонта оборудования или его элементов с последующим дополнительным обследованием для оценки эффективности ремонта.
• Продолжение эксплуатации, оборудования, но с уменьшенным временем между плановыми периодическими обследованиями.
• Проведение иных дополнительных испытаний.

Выявление дефектов и принятие оптимальных решений по продолжению эксплуатации оборудования должно учитывать точность и достоверность полученной при испытаниях информации. Любой из МНК не гарантирует абсолютной достоверности оценки состояния испытуемого объекта. Результаты измерений могут содержать ошибки, поэтому всегда есть вероятность получения неверных результатов о состоянии оборудования. Возможны следующие ситуации:

• исправный объект признается негодным по причине обнаружения ложного дефекта или ошибки первого рода;
• неисправный объект признается годным в результате допущения ошибки второго рода.

Любые ошибки при неразрушающем контроле приводят к следующим выводам: если дефекты являются ложными, то неизбежно увеличивается объем восстановительных работ, а в случае необнаружения дефекта велика вероятность аварийного повреждения оборудования.

Стоит отметить, что в любом МНК присутствуют три основных фактора, влияющих на достоверность измерений и результаты анализа зафиксированных данных:

• влияние окружающей среды;
• присутствие человеческого фактора;
• технические аспекты измерений.

В группу «окружающей среды» входит влияние температуры, влажности, силы ветра и т.д. Значение имеет квалификация персонала, его профессиональные знания, относящиеся к эксплуатируемому оборудованию и измерительным приборам.

«Технический аспект» учитывает информационную базу, содержащую сведения о диагностируемом оборудовании (свойства материалов, состояние поверхности, паспортные данные и т.д.).

Именно по причине возможных ошибок любого из методов неразрушающего контроля для каждого из них имеется соответствующие нормативы, которые регламентируют:

• назначение метода;
• процедуру проведения контроля;
• особенности результатов анализов;
• возможные виды дефектов;
• рекомендации по их устранению и др.

Факторов, оказывающих влияние на результаты МНК, значительно больше, чем перечислено. Обширность этого раздела техники и его актуальность требуют большого внимания к развитию теоретической основы и методологии технологий неразрушающего контроля электрических сетей и электроустановок любого назначения.

Заключение

Применение специальных программных решений для диагностического тестирования, разработка новых алгоритмов и нормативно-методических документов позволяет создавать компактную, обладающую специфическими функциями аппаратуру для непрерывно совершенствующихся методов неразрушающего контроля. Для её эффективного использования требуются специалисты особого профиля, обладающие достаточной базой знаний. Подготовку таких специалистов целесообразно проводить на базе мощного мобильного центра диагностики, обладающим постоянно обновляемым парком современного диагностического оборудования.

Для получения консультации, а так же для подбора диагностического решения для вашего конкретного случая, заполните форму: