Основы диагностики в системах электроснабжения

1.

Основы диагностики в системах
электроснабжения
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КГЭУ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
1

2.

ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения
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.
Задачами теxнического диагностирования являются:
- контроль теxнического состояния;
- поиск места и определение причин отказа (неисправности)
- прогнозирование теxнического состояния.
Контроль теxнического состояния – основной задачей является определение
вида теxнического состояния (исправное, неисправное, работоспособное,
неработоспособное). Для человека –это измерение температуры тела, ЭКГ,
Теxническое диагностирование – основной задачей является поиск места и
определение причин отказа объекта, прогноз его развития.
Мониторинг следует понимать контроль основных параметров, выявление
тенденций их изменений и прогноз развития контролируемых параметров.

3.

Исправное состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям
нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.
Неисправное состояния - состояние объекта, при котором он не соответствует
хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской
(проектной) документации.
Работоспособное состояние - состояние объекта, при котором значения всех
параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют
требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной)
документации. Понятие исправный шире, чем работоспособный. Исправный объект, как
правило, работоспособный. Работоспособный объект может быть неисправным.
Неработоспособное состояние - состояние объекта, при котором значение хотя бы
одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не
соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной)
документации.
Примечание. Для сложных объектов возможно деление их неработоспособных состояний.
При этом из множества неработоспособных состояний выделяют частично
неработоспособные состояния, при которых объект способен частично выполнять
требуемые функции.
Предельное состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима
или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или
нецелесообразно.

4.

1. Состояния и события, характеризующие надежность
Надежность, как комплексное свойство включает в отдельности
или в определенном сочетании следующие 4 свойства (ГОСТ
27.002-89):
- безотказность;
- долговечность;
- ремонтопригодность;
- сохраняемость.
Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное
состояние в течение некоторого времени или наработки.
Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до
наступления предельного состояния при установленной системе технического
обслуживания и ремонта.
Ремонтопригодность
свойство
объекта,
заключающееся
в
приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного
состояния путем технического обслуживания и ремонта.
Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения
параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые
функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

5.

Основные события, связанные с состоянием
изделия
- повреждение;
- отказ;
- дефект.
Повреждение - событие, заключающееся в нарушении
исправного состояния объекта при сохранении работоспособного
состояния. Повреждение может быть существенным и являться
причиной нарушения работоспособности и не существенным, при
котором работоспособность объекта сохраняется.
Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного
состояния объекта.
Дефект – каждое отдельное несоответствие продукции
установленным требованиям.
Дефектное изделие – изделие, имеющее хотя бы один дефект.

6.

Неразрушающие методы
контроля
По общей классификации, все методы диагностирования можно разделить на две группы,
также называемые методами контроля: методы неразрушающего и разрушающего контроля.
Методы
неразрушающего
контроля (МНК) - методы контроля
материалов (изделий), не требующие
разрушения образцов материала
(изделия).
Соответственно,
методы
разрушающего контроля - методы
контроля материалов (изделий),
требующие разрушения образцов
материала (изделия).
6

7.

Визуально-оптический метод
неразрушающего контроля
Визуально-оптический метод основан на наблюдении или
регистрации параметров оптического излучения,
взаимодействующего с объектом контроля

8.

Визуально-оптический метод
неразрушающего контроля
-
По характеру взаимодействия с объектом
контроля:
прошедшего излучения
отраженного излучения
рассеянного излучения
индуцированного излучения (люминесценция)

9.

Визуально-оптический метод
неразрушающего контроля
С помощью оптических МНК
обнаруживают пустоты, поры,
расслоения, трещины, инородные
включения, геометрические отклонения
и внутренние напряжения
в объектах контроля.

10.

Визуально-оптический метод
неразрушающего контроля

11.

Визуально-оптический метод неразрушающего контроля
1. Фонарь карманный
4.Штангенциркуль ШЦ-1-125-0,1 с
глубиномером
8. Лупа просмотровая
с подсветкой 4х
6. Универсальный шаблон
сварщика УШС-3
5. Угольник
поверочный
3.Рулетка измерительная 5 м
2. Маркер по металлу
9. Лупа
измерительная
ЛИ-10-10х
7. Линейка металлическая Л-300
12.Набор радиусных
шаблонов
11. Набор щупов №4
10. Лупа
просмотровая 7х
13. Набор
радиусных
шаблонов
№1

12.

Дефектоскопы
Приборы ВОК принято делить на три группы, в
зависимости от применения:

13. 1) Оборудование для поиска и анализа скрытых объектов (эндоскопы, бороскопы, видеосистемы, ерископические  дефектоскопы).

Дефектоскопы
1) Оборудование для поиска и анализа скрытых
объектов (эндоскопы, бороскопы,
видеосистемы, ерископические дефектоскопы).

14. 2) Приборы для контроля объектов, удаленных от рабочего места дефектоскописта (1>250мм) - телескопические лупы, бинокли,

Дефектоскопы
2) Приборы для контроля объектов,
удаленных от рабочего места
дефектоскописта (1>250мм) телескопические лупы, бинокли,
зрительные трубы.

15. 3) Инструмент для обследования мелких близкорасположенных объектов, находящихся от глаз специалиста на расстоянии диапазона его

Дефектоскопы
3) Инструмент для
обследования мелких
близкорасположенных
объектов, находящихся от
глаз специалиста на
расстоянии диапазона его
наилучшего зрения 1<=250
мм (лупы, микроскопы)

16.

ФИБРОСКОПЫ
Это приборы, состоящие из рукоятки с гибкой рабочей частью и камерой с
подсветкой на конце, позволяющей увидеть внутренние элементы различных
конструкций, доступ к которым ограничен.

17.

Видеоэндоскопы
Видеоэндоскоп состоит из
видеокамеры на тонком гибком
зонде, подсоединенном к
монитору, на который
выводится полученное при
исследовании изображение.
Многие модели могут
осуществлять фото- и
видеозапись, оснащены
светодиодной подсветкой для
получения более качественного
изображения. В зависимости от
преследуемых целей возможно
применение зондов различной
длины или диаметра.

18.

Видеоскоп Olympus IPLEX UltraLite
IPLEX Ultralite: промышленный
видеоскоп размером с ладонь, весом
всего 700 г, обеспечивает высокое
качество изображения. Его компактный
и прочный корпус позволяет проводить
эндоскопические осмотры в
труднодоступных местах при суровых
условиях эксплуатации. Прочная
рабочая часть обеспечивает быструю и
точную артикуляцию.

19.

Бороскоп
Бороскоп в общем случае
представляет собой жесткий
эндоскоп. Состоит устройство из
оптической трубки, расположенной
на одном его конце, и объективом
на другом. Между ними находится
оптическая среда. Посредством
имеющегося оптоволокна, которое
окружает оптическую систему,
происходит подсвечивание
контролируемого объекта.
С помощью системы оптических линз, встроенной в прибор, происходит
формирование изображения объекта контроля, которое затем передается
через имеющуюся оптическую систему на объектив и там уже
наблюдается человеческим глазом. Бороскопы находят широкое
применение в целях проведения контроля в удаленных и труднодоступных
местах, например, для проведения оценки состояния газовых и паровых
турбин, а также различных двигателей.

20.

Микроскопы
Микроскопические исследования - один
из самых надежных видов
неразрушающего контроля на любом
производстве
Оптические приборы увеличивают при
помощи системы линз. Путем
приближения и отдаления одной от
другой или их приближения к
исследуемому объекту достигается
четкость изображения и нужная степень
увеличения, достигающая 1600 крат и
более.

21.

Дефектоскопы
Вертикальные измерительные
видеопроекторы серии VP Назначение:
визуальный контроль и оценка
геометрических размеров различных деталей
Высокоточная система для
бесконтактных измерений
по трем осям HAWK

22.

Практически любой контроль объекта начинается с его визуального
осмотра с целью получения первичной информации о том изделии, с
которым будет работать оператор.
Достоинства оптического метода —
простота контроля, несложное
оборудование и сравнительно
небольшая трудоемкость. Поэтому их
применяют на различных стадиях
изготовления деталей и элементов
конструкций, в процессе
регламентных работ и осмотров,
проводимых при эксплуатации
техники, а также при ее ремонте.

23.

Тепловые методы контроля
Тепловые методы контроля (ТМК) основаны на измерении, оценке и
анализе температуры контролируемых объектов.
Инфракрасная диагностика является наиболее перспективным и
эффективным направлением развития в диагностике электрооборудования.
Она обладает рядом достоинств и преимуществ по сравнению с
традиционными методами испытаний, а именно:
1) достоверность, объективность и точность получаемых сведений;
2) безопасность персонала при проведении обследования оборудования;
3) отсутствие необходимости отключения оборудования;
4) отсутствие необходимости подготовки рабочего места;
5) большой объем выполняемых работ за единицу времени;
6) возможность определения дефектов на ранней стадии развития;
7) диагностика большинства типов подстанционного электрооборудования;
8) малые трудозатраты на производство измерений на единицу
оборудования.
23

24.

Тепловые методы контроля
ТМК для диагностики электротехнического оборудования на электрических
станциях и подстанциях может использоваться для следующих видов оборудования:
1) силовых трансформаторов и их высоковольтных вводов;
2) коммутационного оборудования: силовых выключателей, разъединителей;
3) измерительных трансформаторов: трансформаторов тока (ТТ) и напряжения
(ТН);
4) разрядников и ограничителей перенапряжения (ОПН);
5) ошиновки распределительных устройств (РУ);
6) изоляторов;
7) контактных соединений;
8) генераторов (лобовых частей и активной стали);
9) линий электропередачи (ЛЭП) и их конструктивных элементов
(например, опоры ЛЭП) и т. д.
24

25.

Тепловые методы контроля
Тепловизоры бывают различных модификаций, но принцип работы и
конструкции у них примерно одинаковы.
Внешний вид тепловизора: а — профессиональный тепловизор; б —
стационарный тепловизор для систем непрерывного контроля и мониторинга; в —
простейший компактный переносной тепловизор
25

26.

Тепловые методы контроля
Также для бесконтактного измерения температуры используют пирометры,
принцип действия которых основан на измерении мощности теплового излучения
объекта измерения преимущественно в инфракрасном диапазоне
Как работает пирометр?
26

27.

27

28.

Магнитные методы контроля
Магнитные методы контроля, согласно ГОСТ 24450–80, основаны на
регистрации магнитных полей рассеяния, возникающих над дефектами, или на
определении магнитных свойств контролируемых изделий.
По способу получения первичной информации различают следующие методы
магнитного вида контроля:
· магнитопорошковый (МП),
· магнитографический (МГ),
· феррозондовый (ФЗ),
· эффекта Холла (ЭХ),
· индукционный (И),
· пондеромоторный (ПМ),
· магниторезисторный (МР).
28

29.

Радиационные методы контроля
Радиационные методы контроля основаны на регистрации и анализе
проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия с контролируемым
объектом (ГОСТ 18353–79).
При радиационном контроле используют как минимум три
основных
Радиационные методы контроля
элемента (рис. 11.1):
используются для контроля сварных
· источник ионизирующего излучения;
и паяных швов, отливок, проката и т. п.
· контролируемый объект;
· детектор, регистрирующий дефектоскопическую
информацию.
Методы радиационного контроля различаются
способами детектирования дефектоскопической информации
и, соответственно, делятся:
· радиографические
· радиоскопические
· радиометрические
Изделия просвечивают с использованием различных видов Схема просвечивания объекта:
1–источник; 2 – изделие; 3 – детектор
29
ионизирующих излучений.

30.

Радиоволновой метод контроля
Радиоволновой метод контроля — метод неразрушающего контроля,
основанный
на
анализе
взаимодействия
электромагнитного
излучения
радиоволнового диапазона с объектом контроля (ГОСТ 25313–82).
Метод основан на регистрации изменения параметров СВЧ электромагнитных
волн радиодиапазона, взаимодействующих с контролируемым объектом. Обычно
диапазон волн 1-100 мм. (3.1011-3.109 Гц) или, конкретно, 3 см диапазон (около 10
ГГц) или 8 мм диапазон (35 ГГц), которые наиболее освоены и обеспечены набором
измерительной аппаратуры. Метод используется для материалов, в которых
радиоволны затухают не очень сильно - диэлектрики (пластмассы, керамика,
стекловолокно), магнитодиэлектрики, полупроводники, тонкостенные металлические
объекты. По характеру взаимодействия различают методы прошедшего, отраженного,
рассеянного излучения и резонансный. Первичный информационный параметр амплтитуда, фаза, поляризация, частота, геометрия распространения вторичных волн,
время их прохождения и др
30

31.

Вихретоковый метод контроля
Вихретоковый метод контроля основан на анализе взаимодействия внешнего
электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых
возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля этим полем.
31

32.

Капиллярные методы контроля
Капиллярные методы контроля, согласно ГОСТ 24521–80, основаны на
капиллярном проникновении индикаторных жидкостей в полости поверхностных и
сквозных несплошностей материала объектов контроля и регистрации
образующихся индикаторных следов визуальным способом или с помощью
преобразователя.
Капиллярный НК предназначен для обнаружения невидимых или слабовидимых
невооруженным глазом поверхностных и сквозных дефектов в объектах контроля,
определения их расположения, протяженности (для дефектов типа трещин) и ориентации по
поверхности.
Этот вид контроля позволяет диагностировать объекты любых размеров и форм,
изготовленные из черных и цветных металлов и сплавов, пластмасс, стекла, керамики, а
также других твердых неферромагнитных материалов.
32

33.

Электрические методы контроля
Электрические методы контроля, согласно ГОСТ 25315–82, основаны на регистрации
параметров электрического поля, заимодействующего с контрольным объектом, или поля,
возникающего в контрольном объекте в результате внешнего воздействия.
Электрические методы основаны на создании в контролируемом объекте электрического
поля:
· непосредственным воздействием на него электрическим возмущением (например,
электростатическим полем, полем постоянного или переменного стационарного тока);
· косвенно, с помощью воздействия возмущениями неэлектрической природы
(например, тепловым, механическим и др.).
В качестве первичного информативного параметра используются электрические
характеристики объекта контроля.
К числу этих характеристик относятся:
· электрическое сопротивление R;
· электрическая проводимость g;
· электрическая емкость С;
· относительная диэлектрическая проницаемость Е;
· тангенс угла диэлектрических потерь tg j ;
· электродвижущая сила Ед;
33
· электрический ток I.

34.

Электрические методы контроля
К электрическим, согласно ГОСТ 25315, относятся методы, основанные на регистрации
электрических характеристик объекта контроля (их еще называют методами, использующими
внешние источники электрического сигнала).
Наиболее распространенными методами этой группы являются:
· электроемкостный – метод, основанный на регистрации емкости участка объекта
контроля;
· электропотенциалный – метод, основанный на регистрации распределения потенциалов
по поверхности объекта контроля;
· электроискровой – метод, основанный на регистрации возникновения электрического
пробоя и (или) изменений его параметров в окружающей объект контроля среде или на его
участке;
· метод контактной разности потенциалов – метод электрического неразрушающего
контроля, основанный на регистрации контактной разности потенциалов на участках объекта
контроля, через который пропускается электрический ток;
· электрорезистивный метод – метод электрического неразрушающего контроля,
основанный на регистрации электрического сопротивления участка объекта контроля.
34

35.

Электрические методы контроля
К группе генераторных относятся методы, основанные на регистрации электрических
сигналов, формируемых самим объектом контроля (их еще называют методами,
использующими собственные источники электрических сигналов).
термоэлектрический - метод электрического неразрушающего контроля, основанный
на регистрации величины термоэлектродвижущей силы, возникающей при прямом контакте
нагретого образца известного материала с объектом контроля;
· трибоэлектрический – метод электрического неразрушающего контроля, основанный
на регистрации величины электрических зарядов, возникающих в объекте контроля при
трении разнородных материалов;
· рекомбинационного излучения – метод электрического неразрушающего контроля,
основанный на регистрации рекомбинационного излучения р-n переходов в
полупроводниковых изделиях;
· экзоэлектронной эмиссии – метод электрического неразрушающего контроля,
основанный на регистрации экзоэлектронов, эмитированных поверхностью контролируемого
объекта при приложении к нему внешнего стимулирующего воздействия.
В совокупности электрические методы успешно применяют при решении задач
дефектоскопии,
толщинометрии,
структуроскопии,
термометрии
объектов
из
электропроводящих и диэлектрических материалов.
35

36.

Акустические методы контроля
Акустические методы контроля основаны на применении упругих
колебаний, возбуждаемых или возникающих в объекте контроля (ГОСТ 23829–
85).
Для акустического контроля применяют колебания ультразвукового и звукового
диапазонов частотой от 50 Гц до 50 МГц. Такие колебания происходят в области упругих
деформаций среды, где напряжения и деформации связаны пропорциональной зависимостью.
Акустический метод неразрушающего контроля находит свое применение в различных
областях: котлонадзор, системы газоснабжения, подъемные сооружения, объекты
горнорудной промышленности, объекты угольной промышленности, нефтяная и газовая
промышленность, металлургическая промышленность, оборудование взрывопожароопасных
и химически опасных производств, объекты железнодорожного транспорта, объекты
хранения и переработки зерна.
По характеру взаимодействия различают активный и пассивный. Пассивный метод
предусматривает регистрацию упругих волн, возникающих в самом объекте, например в
работающем механизме – это шумовибрационный метод. Регистрация уровня вибрации
относится к вибрационному методу.
36

37.

Акустические методы контроля
Метод акустической эмиссии основан на регистрации и анализе акустических волн,
возникающих в процессе пластической деформации и разрушения (роста трещин)
контролируемых объектов. Другим источником контроля методом акустической эмиссии является
истечение рабочего тела (жидкости или газа) через сквозные отверстия в контролируемом объекте.
Метод используется для измерения толщины, изучения свойств материалов (модуля упругости,
коэффициента затухания).
Характерными особенностями метода акустической эмиссии, определяющими его
возможности и область применения, являются следующие:
- обеспечение обнаружения и регистрации только развивающихся дефектов, что позволяет
классифицировать дефекты не по размерам, а по степени их опасности;
- весьма высокая чувствительность к растущим дефектам, позволяющая выявить в рабочих
условиях приращение трещины порядка долей миллиметра. Предельная чувствительность
акустико-эмиссионной аппаратуры по теоретическим оценкам составляет порядка 1-10 мм-6, что
соответствует выявлению скачка трещины протяженностью 1 мкм на величину 1 мкм;
- свойство интегральности метода акустической эмиссии, обеспечивающее контроль всего
объекта с использованием одного или нескольких преобразователей акустической эмиссии,
неподвижно установленных на поверхности объекта;
37

38.

Акустические методы контроля
- возможность проведения контроля различных технологических процессов и
процессов изменения свойств и состояния материалов;
- положение и ориентация объекта не влияет на выявляемость дефектов;
- метод акустической эмиссии имеет меньше ограничений, связанных со
свойствами и структурой материалов.
Особенностью метода акустической эмиссии, ограничивающей его применение,
является в ряде случаев трудность выделения сигналов акустической эмиссии из
помех. Это объясняется тем, что сигналы акустической эмиссии являются
шумоподобными, поскольку акустическая эмиссия есть стохастический импульсный
процесс. Поэтому, когда сигналы акустической эмиссии малы по амплитуде,
выделение полезного сигнала из помех представляет собой сложную задачу. При
развитии дефекта, когда его размеры приближаются к критическому значению,
амплитуда сигналов акустической эмиссии и темп их генерации резко увеличивается,
что приводит к значительному возрастанию вероятности обнаружения такого
источника акустической эмиссии.
38