Разработка технологий диагностирования электрооборудования

Как было указано ранее, при диагностировании электрооборудования в основном решаются три задачи: определение работоспособности, установление остаточного ресурса и поиск причин отказов. В соответствии с этими задачами разрабатывают и технологии диагностирования, которые должны обеспечивать решение поставленных задач с минимальными затратами средств при заданном уровне достоверности результатов.

Обычно технология диагностирования разрабатывается в виде технологических карт, в которых приведено наименование и содержание операций, порядок проведения операций, технические требования к проведению операций, указано, какими диагностическими средствами необходимо проводить измерения, а также приведены номинальные, предельные и допустимые значения диагностических параметров. Технологические карты взаимоувязываются таким образом, чтобы обеспечивалась непрерывность работ при диагностировании.

Основная трудность, встречающаяся при разработке технологии диагностирования, состоит в установлении последовательности диагностирования узлов и деталей электрооборудования и в установлении последовательности операций при определении причин отказов электрооборудования. Наиболее полную информацию о техническом состоянии можно получить при диагностировании всех элементов электрической машины или аппарата. Однако затраты труда и стоимость диагностирования при этом будут чрезмерно большими, так как многие элементы электрооборудования могут оказаться в хорошем состоянии и не приведут к отказам до следующего диагностирования. Если при диагностировании измеряется произвольно ограниченное число параметров, то в электрооборудовании будут возникать отказы, что может привести к большим затратам средств на устранение отказов и к значительному ущербу от простоев.

Разрабатываемая технология диагностирования должна обеспечивать минимальные суммарные приведенные затраты при эксплуатации деталей и узлов (элементов) электрооборудования, включая и затраты на диагностирование.

Таким образом, оптимальную структуру диагностирования определяют по критерию минимума суммарных приведенных затрат З_м.д при эксплуатации электрооборудования по формуле

где 3_э.дi — приведенные затраты при эксплуатации элементов электрооборудования с применением диагностирования, р.; n — число элементов электрооборудования.

При этом следует учитывать, что затраты на диагностирование будут оптимальными, когда объем и периодичность диагностирования соответствуют техническому состоянию машины или аппарата.

При разработке технологии учитывается ее целевое назначение. При проведении технического обслуживания в основном определяется работоспособность и правильность функционирования электрооборудования. В этом случае объем и глубину диагностирования устанавливают следующим образом. Среди диагностических параметров выбирают параметры, несущие информацию об общем техническом состоянии нескольких или отдельного элемента контролируемой электрической машины или аппарата, т. е. так называемые обобщенные диагностические параметры. Диагностирование проводят, начиная с измерения этих обобщенных параметров, а затем измеряют параметры, характеризующие состояние элементов, которое нельзя определить с помощью обобщенных параметров. Если результаты измерения обобщенных параметров свидетельствуют об удовлетворительном состоянии контролируемых элементов или узлов, дальнейшее углубленное диагностирование электрооборудования не проводится. К таким обобщенным диагностическим параметрам для электрических машин можно отнести вибрацию и структуру шума при работе, потребляемые из сети токи и др. Если данные измерений обобщенных параметров указывают на нарушения работоспособности или на отклонения в правильности функционирования, то дополнительно проводят измерения определенного числа диагностических параметров для уточнения диагноза, поиска неисправности или ее причины.

Основной задачей планового диагностирования, кроме проверки работоспособности, является установление остаточного ресурса узлов и деталей электрооборудования. В этом случае кроме измерения обязательных параметров для определения работоспособности необходимо измерить определенное число диагностических параметров, по которым проводят прогнозирование остаточного ресурса работы электрической машины или аппарата.

В связи с вышеизложенным, одним из важных этапов работ при разработке технологии диагностирования является составление минимального диагностического теста, т. е. определение минимального числа проверок, при которых обеспечивается требуемая достоверность определения и прогнозирования технического состояния электрической машины или аппарата (различимость состояний).

Минимальный диагностический тест составляют после построения диагностической матрицы (таблицы функций неисправностей). При составлении матрицы в верхней части (в столбцах) располагают наименования узлов и элементов электрооборудования, подлежащих диагностированию, а в строках — диагностические параметры, выбранные из множества параметров, характеризующих техническое состояние данного вида электрооборудования. Наличие связи между диагностическим параметром и техническим состоянием диагностируемого элемента или узла обозначают цифрой «1», а отсутствие связи — «0». Обычно для удобства работы с диагностической матрицей нули опускают.

В таблице приведен пример построения диагностической матрицы короткозамкнутого асинхронного электродвигателя со всыпной обмоткой.

Диагностическая матрица короткозамкнутого асинхронного электродвигателя

Диагностические параметры	Узлы и элементы электродвигателя
	Изоляция обмотки относительно корпуса	Межфазная изоля­ция	Межвитковая изоляция	Обмотка статора	Короткозамкнутая обмотка ротора	Подшипники	Вал	Активная сталь статора	Контакты доски зажимов
Проверка работоспособности
Вибрация электродвигателя*			1	1	1	1	1	1
Шум при работе электродвигателя*			1	1	1	1	1	1
Токи, потребляемые из сети*			1	1	1
Момент сопротивления при проворачивании вала*						1	1
Следы перегрева контактных поверхностей*									1
Токи утечки*	1	1
Уровень электрической прочности изоляции	1	1	1
Радиальное перемещение вала ,						1
Биение выступающего конца вала							1
Определение остаточного ресурса
Токи утечки*	1	1
Уровень электрической прочности изоляции*	1	1	1
Токи, потребляемые из сети*			1	1	1				1
Радиальное перемещение вала*						1
Следы перегрева контактных поверхностей*									1
Сопротивление обмоток постоянному току				1					1
* Параметры, входящие в минимальный диагностический тест.

Минимальное число проверок устанавливают, выбирая минимальное множество строк матрицы, так, чтобы каждый столбец имел обозначение «1» не менее, чем в одной из строк матрицы. Выбор наилучшего множества строк проводят по критерию минимальной стоимости диагностирования или удельной стоимости диагностирования па единицу наработки электрооборудования. При этом предварительно учитывают оптимальную последовательность диагностирования элементов или узлов. Следует отметить, что минимальный диагностический тест устанавливает минимальное число проверок, которые должны обязательно выполняться при диагностировании элемента, узла или машины и аппарата в целом. Для сложных машин или аппаратов минимальные диагностические тесты определяют отдельно для узлов, а затем для электрической машины или аппарата в целом. Для сравнительно простого электрооборудования минимальные диагностические тесты определяют сразу для машины или аппарата в целом.

В матрице для сложных электрических машин или аппаратов в верхней части располагают составляющие их узлов, а в строках — диагностические параметры минимальных диагностических тестов этих узлов. На основании анализа матрицы для машины или аппарата устанавливают диагностические параметры, входящие в минимальный диагностический тест. В связи с тем, что трудоемкость и стоимость диагностирования в значительной мере зависят не только от числа диагностических операций, но и от последовательности их выполнения, при разработке технологии диагностирования определяют последовательность выполнения контрольных операций, обеспечивающую минимальную трудоемкость диагностирования электрической машины или аппарата.

Если при диагностировании электрической машины необходимо измерить n диагностических параметров, то для их выполнения можно составить n1 последовательностей выполнения. Так, при наличии только семи независимых диагностических параметров можно составить 5040 сочетаний последовательного их измерения, а при 11 параметрах — 39 916 800. При наличии пяти и более диагностических параметров установить простым перебором вариантов, при какой последовательности проверок трудоемкость диагностирования минимальна, практически невозможно. Поэтому при установлении последовательности диагностирования вначале определяют общие требования к проведению диагностирования, например, исходное состояние или режим работы электрической машины или аппарата (машина должна работать или быть отключена от сети, быть холодной или прогретой и т. д.). Затем составляют матрицу режимов диагностирования, в верхней части которой (в столбцах) помещают все диагностические параметры (согласно минимальному тесту диагностирования), а в строках — режимы выполнения или отдельные требования, предъявляемые к выполнению диагностирования. Анализируя данные матрицы, находят связи между диагностическими параметрами и режимами, при которых они измеряются, т. е. измерения диагностических параметров классифицируются по группам. При этом измерения при диагностировании обычно проводят по группам параметров при заданном исходном состоянии или режиме работы электрической машины или аппарата.

Для оптимизации алгоритма диагностирования на следующем этапе устанавливают последовательность выполнения работ по группам параметров. Как правило, эта последовательность также зависит от теплового состояния электрической машины или аппарата во время диагностирования. Вначале измеряют группу параметров, измерение которых необходимо провести в отключенном и практически холодном состоянии машины или аппарата, затем группу, измеряемую во время пуска или прогрева машины, а после нее группу, требующую номинального нагрева или номинального режима работы и т. д.

Для примера в таблице приведена матрица режимов диагностирования короткозамкнутого асинхронного электродвигателя со всыпной обмоткой по минимальному диагностическому тесту. Из данных таблицы видно, что часть работ по диагностированию проводится, когда электродвигатель отключен от электрической сети (1-я группа параметров), а часть — во время его работы (2-я группа параметров).

Матрица режимов диагностирования короткозамкнутого асинхронного электродвигателя

Режимы при диагностировании	Диагностические параметры минимального диагностического теста
	Токи, потребляемые из сети	Вибрация электродвигателя	Шум при работе электродвигателя	Момент сопротивления при проворачивании вала	Следы перегрева контактных поверхностей	Токи утечки изоляции	Уровень электрической прочности изоляции	Радиальное перемещение вала
Проверка работоспособности
Электродвигатель не ра­ботает				1	1
Электродвигатель работает на х. х. или под нагрузкой	1	1	1
Определение остаточного ресурса
Электродвигатель не работает и находится практически в холодном состоянии				1	1	1	1	I
Электродвигатель работает на х. х. или под нагрузкой	1	1	1

Исходя из требований к измерениям диагностических параметров, проверку работоспособности диагностирования можно начинать с измерения параметров как 1-й, так и 2-й группы, так как характеристики измеряемых параметров практически не зависят от температуры электродвигателя. При определении остаточного ресурса вначале измеряют параметры 1-й группы (при неработающем электродвигателе), а затем — 2-й. Это вызвано тем, что измерения токов утечки, уровня электрической прочности изоляции, радиального перемещения вала в подшипниках должно проводиться в практически холодном состоянии, так как токи утечки, электрическая прочность межвитковой изоляции и зазоры в подшипниках зависят от температуры электродвигателя. Кроме того, измерение параметров при одинаковой температуре позволяет сравнивать полученные результаты с результатами предыдущих диагностирований.

Для дальнейшего сокращения трудоемкости измерений параметры в группах делят на подгруппы, объединенные общими характеристиками или измеряемые одним прибором, например, измерение токов утечки и проверка уровня электрической прочности межвитковой изоляции.

При определении остаточного ресурса сокращение трудоемкости и стоимости диагностирования обычно достигается установлением последовательности проведения измерений, обеспечивающей в 1-ю очередь обнаружение неисправностей, при которых электрическая машина или аппарат подлежат текущему или капитальному ремонту. В таких случаях после измерения параметра, указавшего на необходимость ремонта электрооборудования, дальнейшее диагностирование прекращают как не имеющее смысла, так как при ремонте электрооборудование разбирается и определяется техническое состояние деталей и узлов.