Техническое
состояние
электрооборудования
:
способы
оценки
Н
адежность
оборудования
закладывается
в
про
-
цессе
проектирования
,
обеспечивается
при
из
-
готовлении
и
контролируется
при
эксплуатации
.
Чем
сложнее
техническое
устройство
,
тем
больше
вероятность
того
,
что
его
отказ
в
процессе
эксплуатации
принесет
значительный
материальный
ущерб
.
Техническое
состояние
(
ТС
)
оборудования
характеризуется
определен
-
ными
параметрами
в
данный
момент
времени
и
при
опре
-
деленных
внешних
факторах
.
Показатели
надежности
и
ТС
относятся
к
одним
из
важнейших
технико
-
экономических
по
-
казателей
электрооборудования
и
систем
[1].
Техническое
состояние
оборудования
объектов
электро
-
энергетики
влияет
на
надежность
и
эффективность
их
ра
-
боты
.
В
настоящее
время
электроэнергетическое
оборудо
-
вание
—
это
один
из
самых
надежных
и
контролируемых
различными
системами
мониторинга
параметров
.
Несмотря
на
это
в
условиях
непрерывного
функционирования
электро
-
оборудования
(
ЭО
)
его
эксплуатационная
надежность
по
ис
-
течении
времени
ухудшается
под
воздействием
различных
внешних
факторов
и
возникает
опасность
появления
отказа
,
который
может
привести
к
сбою
электроэнергетической
сис
-
темы
.
Для
определения
ТС
оборудования
используются
кон
-
тролируемые
параметры
.
При
выборе
диагностического
параметра
приоритет
отдается
тому
из
них
,
который
удов
-
летворяет
требованиям
определения
истинного
ТС
данного
ЭО
в
реальных
условиях
эксплуатации
.
На
практике
чаще
используют
не
один
,
а
одновременно
несколько
контроли
-
В
статье
рассмотрены
метод
и
правила
оценки
техниче
-
ского
состояния
электрооборудования
.
Для
оценки
техни
-
ческого
состояния
выбрано
энергетическое
оборудование
:
турбогенератор
и
силовой
трансформатор
.
Расчет
индекса
технического
состояния
проводится
на
основе
весовых
по
-
казателей
функциональных
узлов
рассматриваемых
элек
-
трических
машин
.
Вес
узла
рассчитывается
по
методу
пар
-
ных
сравнений
(
метод
Саати
).
Предложена
методика
оценки
показателей
надежности
оборудования
на
основе
весо
-
вых
показателей
функциональных
узлов
и
с
учетом
групп
контролируемых
параметров
.
Методика
базируется
на
по
-
строении
структурных
схем
,
элементы
которых
соедине
-
ны
последовательно
и
соответствуют
функциональным
узлам
электрических
машин
.
Даны
структурные
схемы
на
-
дежности
трансформатора
и
турбогенератора
,
включаю
-
щие
группы
контролируемых
параметров
.
В
соответствии
с
предложенной
методикой
проведен
расчет
вероятности
безотказной
работы
рассматриваемых
машин
для
периода
нормальной
эксплуатации
.
Дмитрий
ВОДЕННИКОВ
,
заместитель
Предсе
-
дателя
Правления
—
главный
инженер
«
Россети
ФСК
ЕЭС
»
8
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
4(15),
декабрь
2019
Техническое
состояние
сетей
руемых
параметров
,
которые
дают
более
общее
представ
-
ление
о
техническом
состоянии
во
время
работы
объекта
.
Результаты
мониторинга
и
диагностики
в
виде
заключения
и
рекомендаций
могут
быть
получены
в
автоматическом
ре
-
жиме
либо
после
соответствующей
экспертной
оценки
,
по
-
лученной
в
ходе
анализа
данных
.
Цель
исследования
,
описанного
в
статье
, —
оценить
тех
-
ническое
состояние
и
надежность
электрооборудования
на
основе
весовых
показателей
функциональных
узлов
.
Оценка
технического
состояния
оборудования
(
расчет
индекса
технического
состояния
)
выполняется
поэтапно
и
включает
две
стадии
контроля
состояния
:
исследование
и
применение
[2].
Стадия
исследования
начинается
с
анализа
функци
-
онирования
и
эксплуатационной
надежности
объекта
,
со
-
ставления
перечня
основных
узлов
и
определения
связи
возможных
неисправностей
с
этими
узлами
.
Для
выявления
неисправностей
и
повреждений
выбираются
диагности
-
ческие
признаки
и
контролируемые
параметры
,
на
основе
которых
подтверждаются
диагностические
признаки
неис
-
правностей
.
Затем
выбираются
методы
измерения
,
датчики
или
дру
-
гие
технические
средства
для
получения
контролируемых
параметров
.
Также
для
измерения
и
мониторинга
параме
-
тров
могут
применяться
автоматизированные
системы
кон
-
троля
.
Стадия
применения
начинается
процедурой
обработки
сигналов
с
дальнейшим
распознаванием
состояния
иссле
-
дуемого
объекта
и
его
узлов
.
После
обработки
данных
уста
-
навливается
диагноз
ЭО
,
оценивается
его
критичность
,
про
-
гнозируется
дальнейшее
состояние
объекта
и
риск
отказа
.
Рассматриваются
методики
оценки
надежности
и
расче
-
та
индексов
технического
состояния
исследуемых
объектов
электроэнергетики
на
основе
контролируемых
параметров
.
Для
проведения
качественного
и
количественного
анализа
показателей
ТС
и
надежности
выбрано
ЭО
энергетических
объектов
и
станций
:
турбогенератор
(
ТГ
)
и
силовой
транс
-
форматор
(
ТР
).
Для
этих
электрических
машин
(
ЭМ
)
выявле
-
ны
повреждения
,
диагностические
признаки
неисправностей
и
контролируемые
параметры
[1, 3, 4].
В
трансформаторе
можно
выделить
следующие
основ
-
ные
функциональные
узлы
(
ФУ
):
изоляционная
система
(
ИС
),
обмотки
трансформатора
(
ОБМ
),
магнитопровод
(
МС
),
высоковольтный
ввод
(
ВВ
),
система
регулирования
напря
-
жения
(
СРН
).
Турбогенератор
состоит
из
неподвижной
части
—
стато
-
ра
,
включающего
сердечник
(
СС
)
с
обмоткой
(
ОС
),
а
также
вращающегося
ротора
(
СР
)
с
обмоткой
возбуждения
(
ОР
).
При
расчете
индекса
ТС
ТГ
также
рассматриваются
подшип
-
ники
(
ПП
)
и
система
возбуждения
(
СВ
).
Для
каждого
вида
ЭО
существует
определенный
набор
критериев
работоспособ
-
ности
,
подтвержденный
в
процессе
эксплуатации
монито
-
рингом
параметров
или
другими
способами
обнаружения
не
-
исправностей
.
На
основе
групп
контролируемых
параметров
и
результатов
их
определения
можно
оценить
ТС
.
Оценка
ТС
проводится
для
ЭО
в
целом
и
для
основных
узлов
и
кон
-
структивных
элементов
.
К
основным
показателям
,
получае
-
мым
в
результате
оценки
ТС
,
относятся
индекс
технического
состояния
ФУ
и
индекс
ТС
оборудования
.
Порядок
оценки
ТС
включает
следующие
этапы
:
–
анализ
функционирования
и
возможных
отказов
ЭО
;
–
выявление
основных
узлов
,
обеспечивающих
работу
;
–
выбор
диагностических
признаков
и
контролируемых
параметров
.
Параметры
могут
быть
объединены
в
груп
-
пы
по
схожим
признакам
;
–
выявление
нормативных
значений
параметров
для
рас
-
сматриваемого
оборудования
;
–
определение
контролируемых
параметров
на
основе
данных
,
полученных
в
ходе
испытаний
,
мониторинга
при
эксплуатации
или
на
основе
заводских
данных
;
–
расчет
весовых
коэффициентов
функциональных
узлов
;
–
проведение
расчета
индекса
ТС
ФУ
и
оборудования
в
целом
.
Расчет
ТС
ФУ
проводится
в
несколько
этапов
:
оценива
-
ются
индекс
ТС
группы
параметров
,
узлов
и
индекс
ТС
еди
-
ницы
оборудования
.
Индекс
ТС
оборудования
может
быть
представлен
зна
-
чением
от
0
до
100
баллов
,
где
100
баллов
—
наилучший
показатель
состояния
.
Параметр
ТС
ФУ
также
имеет
балльную
шкалу
.
Суще
-
ствует
пять
диапазонов
значений
параметров
ТС
от
четырех
баллов
,
соответствующих
выполнению
функций
объекта
в
полном
объеме
,
до
нуля
—
наихудшей
оценки
,
при
которой
оборудование
не
может
в
дальнейшем
эксплуатироваться
.
Группа
параметров
ФУ
оценивается
минимальным
значе
-
нием
бальной
оценки
в
данной
группе
.
Весовой
коэффици
-
ент
группы
параметров
изменяется
от
0
до
1,
и
сумма
всех
весовых
коэффициентов
равна
единице
.
Весовые
коэффи
-
циенты
ФУ
ЭО
определяют
значимость
узлов
при
функцио
-
нировании
с
точки
зрения
надежности
и
работоспособности
и
также
имеют
суммарный
вес
,
равный
единице
.
Кроме
количественной
есть
еще
и
качественная
оценка
ТС
,
которая
определяется
в
зависимости
от
индекса
[2].
Ре
-
зультаты
оценки
технического
состояния
ЭО
выстраиваются
в
порядке
убывания
индекса
ТС
в
группах
однотипного
обо
-
рудования
.
Наименьший
индекс
ТС
в
группе
ЭО
определяет
наибольшую
необходимость
технического
воздействия
.
Вес
функциональных
узлов
рассматриваемого
оборудования
рассчитывается
при
помощи
метода
Саати
[5].
В
соответ
-
ствии
с
методом
Саати
составляется
таблица
парных
срав
-
нений
для
каждого
вида
оборудования
(
таблицы
1
и
2),
где
количество
строк
и
столбцов
соответствует
названиям
ос
-
новных
узлов
.
Цифры
определяют
важность
узла
перед
дру
-
гими
ФУ
.
Затем
на
втором
этапе
элементы
каждого
столбца
делятся
на
сумму
элементов
этого
столбца
.
Проводится
сложение
элементов
каждой
строки
с
последующим
делени
-
9
ем
на
число
элементов
в
ней
.
Полученный
результат
—
это
вес
ФУ
.
Для
расчета
весовых
коэффициентов
по
методике
Саати
для
турбогенератора
используется
таблица
1.
Для
расчета
индекса
ТС
необходимо
знать
оценку
состо
-
яния
оборудования
,
которую
может
предоставить
изготови
-
тель
или
она
может
быть
получена
в
процессе
испытания
и
мониторинга
.
Диагностическая
оценка
ФУ
ЭО
,
умноженная
на
вес
ФУ
,
позволяет
получить
результат
в
баллах
,
равный
индексу
ТС
.
Диагностическая
оценка
узла
и
индекс
ТС
обо
-
рудования
оценивается
по
100-
балльной
шкале
.
Расчет
ин
-
декса
ТС
трансформатора
представлен
в
таблице
3.
Полученный
в
таблице
3
индекс
ТС
соответствует
хо
-
рошему
состоянию
рассматриваемого
оборудования
при
постоянном
диагностировании
его
параметров
[2].
При
одинаковом
техническом
состоянии
всех
узлов
(
в
соот
-
ветствии
с
данными
контроля
и
диагностики
)
наибольший
вклад
в
индекс
технического
состояния
внесет
узел
с
наи
-
большим
весом
.
Расчет
надежности
ЭМ
проводится
на
основе
эксплуата
-
ционных
данных
об
отказах
и
согласуется
с
оценкой
ТС
.
Для
оценки
показателей
надежности
необходимо
:
–
выявить
основные
функциональные
узлы
,
влияющие
на
работоспособность
объекта
,
в
соответствии
с
результа
-
тами
оценки
ТС
;
–
задать
весовые
показатели
ФУ
,
полученные
в
ходе
оцен
-
ки
ТС
(
тем
самым
устанавливается
рейтинг
узла
с
точки
зрения
функциональной
надежности
,
сумма
весовых
показателей
узлов
ЭМ
должна
равняться
единице
);
–
установить
закон
распределения
отказов
ЭМ
в
целом
или
ее
отдельных
узлов
и
задать
показатели
этих
законов
;
–
составить
структурную
схему
надежности
ЭМ
,
для
кото
-
рой
можно
найти
вероятность
безотказной
работы
(
ВБР
)
любого
узла
и
машины
в
целом
;
–
провести
расчет
показателей
надежности
ЭМ
или
ее
ФУ
на
основе
принятого
закона
распределения
отказов
для
заданного
времени
работы
.
Методика
дает
возможность
прогнозировать
изменение
ТС
и
дальнейшую
бесперебойную
работу
узлов
и
объекта
в
целом
.
Практически
для
любого
технического
устройства
существует
три
периода
эксплуатации
:
приработка
,
нор
-
мальная
эксплуатация
и
старение
.
Основной
период
—
это
период
нормальной
эксплуатации
,
во
время
которого
отказы
ЭО
обычно
подчиняются
экспоненциальному
закону
распре
-
деления
.
Сложные
технические
устройства
состоят
из
узлов
.
К
таким
устройствам
относятся
ТГ
и
силовой
ТР
.
Модель
«
слабейшего
звена
»
применяется
для
рассматриваемых
ТГ
и
ТР
,
которые
представляют
собой
с
точки
зрения
надежно
-
сти
систему
последовательно
соединенных
элементов
;
при
отказе
одного
элемента
выходит
из
строя
весь
объект
[1].
Последовательно
соединенными
элементами
структурных
схем
надежности
ЭМ
являются
функциональные
узлы
.
Каждый
из
узлов
может
рассматриваться
как
подсисте
-
ма
.
Показатели
надежности
подсистемы
рассчитываются
от
-
дельно
и
затем
определяется
результирующая
надежность
системы
.
При
построении
структурных
схем
учитываются
только
те
функциональные
узлы
,
которые
вносят
наиболь
-
ший
вклад
в
оценку
технического
состояния
ЭМ
.
Для
каждого
ФУ
ЭМ
существует
группа
параметров
ТС
,
суммарный
вес
которых
равен
единице
[4] (
таблица
4).
Для
оценки
эксплуатационной
надежности
электриче
-
ских
машин
широко
применяется
понятие
удельной
повреж
-
даемости
(
удельного
числа
аварийных
отключений
),
которое
представляет
собой
среднее
число
аварийных
отключений
на
одну
машину
в
год
,
выраженное
в
процентах
от
общего
числа
отключений
.
Статистика
показывает
,
что
удельная
по
-
вреждаемость
возрастает
с
увеличением
мощности
.
Для
проведения
расчетного
исследования
приняты
среднестатистические
данные
об
отказах
рассматривае
-
мых
ЭМ
[6].
В
соответствии
с
данными
литературы
[6]
интен
-
сивность
отказов
высоковольтных
силовых
трансфор
-
Табл
. 1.
Расчет
весовых
коэффициентов
турбогенератора
ФУ
ПП
СС
ОС
СР
ОР
Вес
,
о
.
е
.
ПП
1
1/2 1/2 1/3 1/5
=>
0,074
СС
2 1 1
1/2
1/3
0,135
ОС
2 1 1
1/2
1/3
0,135
СР
3
2
2
1
1/2
0,241
ОР
5
3 3 2 1
0,415
Табл
. 3.
Расчет
индекса
ТС
трансформатора
Название
ФУ
ТР
Оценка
ФУ
,
балл
Вес
ФУ
Индекс
ТС
,
балл
СРН
85
0,047
0,047 · 85 + 0,105 · 75 +
+ 0,105 · 50 + 0,497 · 90 +
+ 0,246 · 70 = 79,1
МС
75
0,105
ОБМ
50
0,105
ИС
90
0,497
ВВ
70
0,246
Табл
. 2.
Расчет
весовых
коэффициентов
узлов
трансформатора
ФУ
СРН
МС
ОБМ
ИС
ВВ
Вес
,
о
.
е
.
СРН
1
1/3
1/3
1/7
1/5
=>
0,047
МС
3
1
1
1/5
1/3
0,105
ОБМ
3
1
1
1/5
1/3
0,105
ИС
7
5
5
1
3
0,497
ВВ
5
3
3
1/3
1
0,246
10
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
4(15),
декабрь
2019
Техническое
состояние
сетей
маторов
можно
принять
равной
ТР
= 2,3 · 10
–6
ч
–1
,
что
соответствует
ТР
= 0,02
г
.
–1
.
Для
расчета
надежности
тур
-
богенератора
принята
удельная
повреждаемость
ТГ
= 7,9%
[1],
что
численно
соответствует
интенсивности
отказов
ТР
= 0,079
г
.
–1
= 0,9·10
–5
ч
–1
.
В
данной
статье
рассмотрены
метод
и
правила
оценки
ТС
электрооборудования
.
На
основе
метода
парных
сравнений
(
метод
Саати
)
проведен
расчет
весовых
показателей
функ
-
циональных
узлов
трансформатора
и
турбогенератора
.
Для
рассматриваемых
электрических
машин
наиболее
значимы
-
ми
узлами
с
точки
зрения
надежного
функционирования
явля
-
ются
изоляционная
система
ТР
и
обмотка
ротора
ТГ
.
Расчет
индекса
ТС
проводился
с
учетом
диагностиче
-
ской
оценки
состояния
узлов
ЭМ
по
100-
балльной
шкале
.
Наибольший
вклад
в
индекс
ТС
вносят
узлы
с
максималь
-
ным
относительным
весом
.
Сформулированы
основные
этапы
методики
оценки
надежности
ЭМ
на
основе
весовых
показателей
узлов
и
с
учетом
групп
контролируемых
пара
-
метров
.
Предложенная
методика
базируется
на
построении
структурных
схем
надежности
.
Элементы
структурных
схем
соответствуют
функциональным
узлам
ЭМ
.
В
соответствии
с
предложенной
методикой
выполнен
расчет
вероятности
безотказной
работы
ТР
и
ТГ
и
их
узлов
для
периода
нор
-
мальной
эксплуатации
.
Пример
расчета
ВБР
машин
сделан
для
интервала
времени
,
равного
году
работы
.
Расчет
индек
-
са
ТС
и
надежности
с
учетом
весовых
показателей
узлов
позволяет
прогнозировать
возможные
отказы
оборудования
и
вид
технического
воздействия
на
него
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Кузнецов
Н
.
Л
.
Надежность
электрических
машин
.
М
.:
Из
-
дательский
дом
МЭИ
, 2006. 432
с
.
2.
Приказ
Минэнерго
России
от
26.07.2017
№
676 «
Об
ут
-
верждении
методики
оценки
технического
состояния
основного
технологического
оборудования
и
линий
элек
-
тропередачи
электрических
станций
и
электрических
сетей
» (
зарегистрировано
в
Минюсте
России
05.10.2017
№
48429). URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/
doc/71679722/.
3.
Попов
Г
.
В
.,
Игнатьев
Е
.
Б
.
Определение
индекса
техниче
-
ского
состояния
силовых
трансформаторов
в
процессе
их
эксплуатации
//
Вестник
ИГЭУ
, 2014,
№
4.
С
. 25–32.
4.
Вольдек
А
.
И
.,
Попов
А
.
С
.
Электрические
машины
.
Маши
-
ны
переменного
тока
.
СПб
.:
Питер
, 2010. 350
с
.
5.
Саати
Т
.
Принятие
решений
.
Метод
анализа
иерархий
/
пер
.
с
англ
.
Р
.
Г
.
Вачнадзе
.
М
.:
Радио
и
связь
, 1993.
278
с
.
6.
Калявин
В
.
П
.,
Рыбаков
Л
.
М
.
Надежность
и
диагностика
электроустановок
:
учеб
.
для
вузов
.
Йошкар
-
Ола
:
Изд
-
во
МарГу
, 2000. 348
с
.
Табл
. 4.
Весовые
коэффициенты
групп
контролируемых
параметров
ТГ
Номер
узла
Название
узла
Вес
узла
,
о
.
е
.
Группа
параметров
технического
состояния
узла
Номер
группы
параметров
Вес
группы
парамет
-
ров
,
о
.
е
.
У
1
ПП
0,074
Состояние
подшипников
1,1
1
У
2
ОС
0,135
Состояние
изоляции
2,1
0,25
Состояние
крепления
лобовых
частей
2,2
0,25
Элементарные
проводники
и
паяные
соединения
2,3
0,25
Полые
проводники
стержней
2,4
0,25
У
3
СС
0,135
Состояние
изоляции
листов
3,1
0,33
Плотность
прессовки
стали
3,2
0,33
Состояние
крепления
сердечника
3,3
0,34
У
4
СР
0,241
Состояние
металла
и
формы
ротора
4,1
0,33
Состояние
посадочных
поверхностей
вала
4,2
0,33
Бандажные
узлы
ротора
4,3
0,34
У
5
ОР
0,415
Состояние
корпусной
изоляции
5,1
0,25
Катушки
и
паяные
соединения
5,2 0,25
Состояние
узла
центрального
токоподвода
5,3 0,25
Состояние
щеточно
-
контактного
аппарата
5,4
0,25
11
Оригинал статьи: Техническое состояние электрооборудования: способы оценки
В статье рассмотрены метод и правила оценки технического состояния электрооборудования. Для оценки технического состояния выбрано энергетическое оборудование: турбогенератор и силовой трансформатор. Расчет индекса технического состояния проводится на основе весовых показателей функциональных узлов рассматриваемых электрических машин. Вес узла рассчитывается по методу парных сравнений (метод Саати). Предложена методика оценкипоказателей надежности оборудования на основе весовых показателей функциональных узлов и с учетом групп контролируемых параметров. Методика базируется на построении структурных схем, элементы которых соединены последовательно и соответствуют функциональным узлам электрических машин. Даны структурные схемы надежности трансформатора и турбогенератора, включающие группы контролируемых параметров. В соответствии с предложенной методикой проведен расчет вероятности безотказной работы рассматриваемых машин для периода нормальной эксплуатации.
