СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДНОГО ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК G01R31/34 

Предлагаемое изобретение относится к способам определения технического состояния объекта, преимущественно электроприводного оборудования, и может быть использовано для контроля электроприводной арматуры, насосов, вентиляционного оборудования атомных электростанций, приводов систем управления и защиты для водо-водяных энергетических реакторов мощностью 440 МВт.

Известен способ диагностики на основании анализа спектров модулей вектора Парка, рассчитанных по сигналам тока и напряжения, измеренным в трех фазах электродвигателей (патент РФ №2339049). Оператор визуально оценивает спектр потребляемого тока, выделяя характерные частоты электродвигателя и связанных с ним устройств. При этом характер и степень развития неисправности выявляется путем сравнения значений амплитуд модуля вектора Парка тока на характерных частотах со значением модуля вектора Парка тока на частоте ноль герц.

Существенными признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются измерение сигнала тока и расчет спектра потребляемого тока.

Известен способ диагностики механизмов и систем с электрическим двигателем (патент РФ №2269759),заключающийся в том, что измеряют частоты амплитудной модуляции потребляемого электрическим двигателем электрического тока и для каждой частоты модуляции измеряют глубину амплитудной модуляции тока, по измеренной частоте модуляции определяют дефектный агрегат механизма или системы, вызывающий появление переменной нагрузки на электрический двигатель, а по измеренной глубине модуляции определяют величину этого дефекта.

Существенным признаком, совпадающим с существенным признаком заявляемого способа, является измерение частот амплитудной модуляции потребляемого электрическим двигателем электрического тока, в заявляемом способе - измерение сигнала потребляемого тока.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является способ диагностирования электрооборудования (патент РФ №2456629), заключающийся в сравнении измеряемых величин спектра тока электродвигателя с исходными величинами, хранящимися в базе данных, состоящий в том, что в процессе работы электродвигателя измеряют механические вибрации, фиксируемые в электрическом сигнале тока в обмотках статора асинхронного электродвигателя, который используют в качестве датчика вибраций, причем после измерения сигнала тока со статора асинхронного двигателя происходит его обработка и преобразование, при этом в качестве диагностического параметра используют спектр тока, причем частота сигнала тока нормирована к частоте сети, а по изменению амплитуды собственных частот узлов арматуры и электропривода судят о развитии дефекта, при этом при неизменной амплитуде ставят диагностическое заключение «норма», при слабом линейном росте амплитуды диагностическое заключение «работоспособное состояние», при экспоненциальном или параболическом росте - диагностическое заключение «состояние, предшествующее отказу оборудования», а при появлении различий между измеряемыми и базовыми величинами спектра, превышающих допустимые параметры рассогласования, делают вывод о неисправности конкретного узла электроприводной арматуры.

Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются: сравнение измеряемых величин спектра тока электродвигателя с исходными величинами, хранящимися в базе данных; измерение механических вибраций, фиксируемых в электрическом сигнале тока в обмотках статора асинхронного электродвигателя (в заявляемом способе - измерение сигнала потребляемого тока); после измерения сигнала тока со статора асинхронного двигателя происходит его обработка и преобразование, при этом в качестве диагностического параметра используют спектр тока (в заявляемом способе - полученный сигнал тока обрабатывают, преобразовывают и формируют спектр тока).

Недостатками вышеперечисленных технических решений является использование отдельных дискретных составляющих спектра, соответствующих расчетным значениям вынужденных и собственных частот деталей оборудования, которые во многих случаях отличаются от эмпирических, и игнорирование таких диагностических признаков в спектре, как наличие энергетических горбов и уровень шума.

Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке такого способа диагностики технического состояния электроприводного оборудования по спектру сигнала тока, в котором комплексно учитываются все составляющие спектра.

Технический результат достигается тем, что предварительно рассчитывают спектр эталонного сигнала, а различие между измеряемым и эталонным спектрами определяют по формуле , где и - амплитуды соответственно измеряемого и эталонного спектров; i, n - номера дискретных составляющих в анализируемых участках спектра, при этом полученное значение сравнивают с исходными величинами и определяют состояние оборудования как «работоспособное исправное», или «работоспособное неисправное», или «частично работоспособное»; также тем, что в качестве спектра тока эталонного сигнала используют спектры тока, полученные в результате моделирования «работоспособного исправного», «работоспособного неисправного», «частично работоспособного» состояния электроприводного оборудования, при этом на основании минимального различия между измеряемым и эталонным спектрами, рассчитанного по формуле , состояние электроприводного оборудования определяется как «работоспособное исправное», или «работоспособное неисправное», или «частично работоспособное».

Для достижения технического результата в способе диагностики технического состояния электроприводного оборудования, заключающемся в сравнении измеряемых величин спектра тока с исходными величинами, хранящимися в базе данных, состоящем в том, что в процессе работы электродвигателя производят измерение сигнала потребляемого тока, полученный сигнал тока обрабатывают, преобразовывают и формируют мощностной амплитудный спектр тока с логарифмической амплитудной шкалой, предварительно рассчитывают мощностной амплитудный спектр тока эталонного сигнала с логарифмической амплитудной шкалой, а различие между измеряемым и эталонным спектрами определяют по формуле , при этом полученное значение сравнивают с исходными величинами и определяют состояние оборудования как «работоспособное исправное», или «работоспособное неисправное», или «частично работоспособное»; также в качестве спектра тока эталонного сигнала используют спектры тока, полученные в результате моделирования «работоспособного исправного», «работоспособного неисправного», «частично работоспособного» состояния электроприводного оборудования, при этом на основании минимального различия между измеряемым и эталонным спектрами, определяемого по формуле , состояние электроприводного оборудования определяется как «работоспособное исправное», или «работоспособное неисправное», или «частично работоспособное».

Вся заявленная совокупность существенных признаков влияет на достижение технического результата и, в конечном итоге, на решение поставленной задачи.

Изобретение поясняется чертежом. На фиг. 1 представлена структурная схема, с помощью которой реализуется предлагаемый способ, где:

1 - блок формирования эталонов;

2 - блок измерения;

3 - электродвигатель;

4 - измерительно-преобразовательная аппаратура;

5 - блок получения мощностных амплитудных спектров тока с логарифмической амплитудной шкалой;

6 - блок определения различия между измеряемым и эталонным спектрами;

7 - блок сравнения с исходными величинами;

8 - база данных;

9 - блок идентификации.

Предлагаемый способ диагностики технического состояния электроприводного оборудования состоит в следующем. Предварительно в блоке формирования эталонов 1 рассчитывают эталонный сигнал, соответствующий исправному работоспособному состоянию оборудования и мощностной амплитудный спектр эталонного сигнала с логарифмической амплитудной шкалой. В блоке измерения 2 получают сигнал тока электродвигателя 3 с использованием измерительно-преобразовательной аппаратуры 4. В блоке 5 получают мощностной амплитудный спектр тока с логарифмической амплитудной шкалой. Измеряемый и эталонный спектры подают в блок 6 для определения различия между измеряемым и эталонным спектрами по формуле ,где и - амплитуды соответственно измеряемого и эталонного спектров; i, n - номера дискретных составляющих в анализируемых участках спектра. В блоке сравнения 7 полученное значение сравнивают с исходными величинами, хранящимися в базе данных 8. В блоке идентификации 9 текущее состояние диагностируемого оборудования относят к одному из следующих классов: «работоспособное исправное», «работоспособное неисправное», «частично работоспособное».

Способ диагностики технического состояния электроприводного оборудования осуществляется следующим образом. В одной из фаз электродвигателя производят запись сигнала потребляемого тока в течение не менее пяти секунд. Полученный сигнал тока преобразуют в цифровую форму с шагом дискретизации 10^-5 с и формируют мощностной амплитудный спектр тока с логарифмической амплитудной шкалой. При расчете спектра тока задают размер БПФ 1684, весовую функцию Hann и усреднение 75%.

Исправность диагностируемого объекта определяют на основании сравнения полученного мощностного амплитудного спектра тока с логарифмической амплитудной шкалой тока со спектром тока заведомо исправного оборудования того же типа (рассчитанным ранее эталонным спектром с теми же параметрами). Различие между измеряемыми и эталонными спектрами тока определяют по формуле . Производят расчет в диапазоне 0-150 Гц. Когда различие превышает заданные исходные величины, делают вывод о неисправности оборудования и ее степени:

- если значение S изменяется от 0 до 700 дБ, диагностируют состояние оборудования как «работоспособное исправное»;

- если значение S изменяется от 700 до 1500 дБ, диагностируют состояние оборудования как «работоспособное неисправное»;

- если значение S достигает значения свыше S>1500 дБ, диагностируют состояние оборудования «частично работоспособное».

На фиг. 2 представлено наложение мощностного амплитудного спектра тока двигателя диагностируемого электрооборудования с логарифмической амплитудной шкалой на полученный ранее эталонный спектр с теми же параметрами на участке 0-110 Гц, где рассчитано различие S=1600, которое превышает заданный допустимый предел, характеризующий высокую степень неисправности оборудования - «частично работоспособное».

Также при отсутствии эталонного сигнала с помощью модели рассчитывают сигнал соответствующий «работоспособному исправному» состоянию диагностируемого оборудования. Оба сигнала должны быть оцифрованы с шагом дискретизации 10^-5 с, по ним формируют мощностные спектры с логарифмической амплитудной шкалой. При расчете спектров задают размер БПФ 1684, весовую функцию Hann и усреднение 75%. Производят расчет различия спектров по формуле , где и - амплитуды соответственно измеряемого и эталонного спектров; i, n - номера дискретных составляющих в анализируемых участках спектра, в диапазоне 0-150 Гц. Когда различие превышает заданные исходные величины, делают вывод о неисправности оборудования и ее степени:

- если значение S изменяется от 0 до 700 дБ, диагностируют состояние оборудования как «работоспособное исправное»;

- если значение S изменяется от 700 до 1500 дБ, диагностируют состояние оборудования как «работоспособное неисправное»;

- если значение S достигает значения свыше S>1500 дБ, диагностируют состояние оборудования «частично работоспособное».

Технико-экономические преимущества способа перед известными заключаются в возможности оперативного контроля технического состояния исполнительных механизмов автоматизированных систем управления технологических процессов электрических станций, что в конечном состоянии позволяет перейти от их планового обслуживания к обслуживанию по фактическому состоянию.

Изобретение относится к способам определения технического состояния объекта, преимущественно электроприводного оборудования, и может быть использовано для контроля электроприводной арматуры, насосов, вентиляционного оборудования атомных электростанций, приводов СУЗ для ВВЭР-440. Технический результат: возможность комплексного учета всех составляющих спектра. Сущность: в процессе работы электродвигателя измеряют сигнал потребляемого тока и формируют мощностной амплитудный спектр тока. Различие между измеряемым и эталонным спектрами определяют по формуле , где и - амплитуды соответственно измеряемого и эталонного спектров; i, n - номера дискретных составляющих в анализируемых участках спектра. Полученное значение сравнивают с исходными величинами и определяют состояние оборудования как «работоспособное исправное», или «работоспособное неисправное», или «частично работоспособное». В качестве эталонного спектра тока используют спектры, полученные в результате моделирования «работоспособного исправного», «работоспособного неисправного», «частично работоспособного» состояния электроприводного оборудования. На основании минимального различия между измеряемым и эталонным спектрами определяется состояние оборудования как «работоспособное исправное», или «работоспособное неисправное», или «частично работоспособное». 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ диагностики технического состояния электроприводного оборудования, заключающийся в сравнении измеряемых величин спектра тока с исходными величинами, хранящимися в базе данных, состоящий в том, что в процессе работы электродвигателя производят измерение сигнала потребляемого тока, полученный сигнал тока обрабатывают, преобразовывают и формируют мощностной амплитудный спектр тока с логарифмической амплитудной шкалой, отличающийся тем, что предварительно рассчитывают мощностной амплитудный спектр тока с логарифмической амплитудной шкалой эталонного сигнала, а различие между измеряемым и эталонным спектрами определяют по формуле , где и - амплитуды соответственно измеряемого и эталонного спектров; i, n - номера дискретных составляющих в анализируемых участках спектра, при этом полученное значение сравнивают с исходными величинами и определяют состояние оборудования как «работоспособное исправное», или «работоспособное неисправное», или «частично работоспособное».

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве спектра тока эталонного сигнала используют спектры, полученные в результате моделирования «работоспособного исправного», «работоспособного неисправного», «частично работоспособного» состояния электроприводного оборудования, при этом на основании минимального различия между измеряемым и эталонным мощностными спектрами с логарифмической амплитудной шкалой, рассчитанного по формуле , состояние электроприводного оборудования определяется как «работоспособное исправное», или «работоспособное неисправное», или «частично работоспособное».