Особенности применения SMART GRID в системах мониторинга и диагностирования теплоэнергетических объектов

Рассмотрены возможности использования «умных сетей» в системах мониторинга и диагностики теплоэнергетического оборудования. Проанализированы причины неисправностей и аварийных ситуаций оборудования генерации, транспортировки и потребления тепловой энергии. Рассмотрены основные методы неразрушающего...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2017
Hauptverfasser:	Запорожец, А.А., Свердлова, А.Д.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2017
Schriftenreihe:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160195
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Особенности применения SMART GRID в системах мониторинга и диагностирования теплоэнергетических объектов / А.А. Запорожец, А.Д. Свердлова // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2017. — № 2. — С. 33-41. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-160195
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1601952019-10-27T01:25:50Z Особенности применения SMART GRID в системах мониторинга и диагностирования теплоэнергетических объектов Запорожец, А.А. Свердлова, А.Д. Научно-технический раздел Рассмотрены возможности использования «умных сетей» в системах мониторинга и диагностики теплоэнергетического оборудования. Проанализированы причины неисправностей и аварийных ситуаций оборудования генерации, транспортировки и потребления тепловой энергии. Рассмотрены основные методы неразрушающего контроля, применимые для диагностики технических узлов, и информативные сигналы, которые возникают в процессе эксплуатации энергетического оборудования. Предложены структуры функционирования теплоэнергетического оборудования для применения технологии Smart Grid в системах мониторинга и диагностирования соответствующих иерархических уровней. Исследованы основные преимущества энергетических сетей на базе технологии Smart Grid перед традиционными сетями. Разработана структура многоуровневой системы диагностики теплоэнергетического оборудования с возможностью использования проводных и беспроводных каналов передачи информации. Розглянуто можливості використання «розумних мереж» в системах моніторингу та діагностики теплоенергетичного обладнання. Проаналізовано причини несправностей та аварійних ситуацій обладнання генерації, транспортування та споживання теплової енергії. Розглянуто основні методи неруйнівного контролю, що застосовуються для діагностики технічних вузлів, та інформативні сигнали, що виникають в процесі експлуатації енергетичного обладнання. Запропоновано структури функціонування теплоенергетичного обладнання для застосування технології Smart Grid в системах моніторингу та діагностування відповідних ієрархічних рівнів. Досліджено основні переваги енергетичних мереж на базі технології Smart Grid перед традиційними мережами. Розроблено структуру багаторівневої системи діагностики теплоенергетичного обладнання з можливістю використання дротяних і бездротових каналів передачі інформації. The possibilities of application of “smart grids” in the systems for monitoring and diagnostics of heat-and-power engineering equipment were considered. The reasons of failures and emergencies of equipment for generation, transporting and consumption of thermal energy were analyzed. Considered were the methods of nondestructive testing applicable to diagnostics of technical assemblies and informative signals, which appear in process of power equipment operation. Functioning structures of heat-and-power engineering equipment were proposed for application of the Smart Grid tehnology in the systems for monitoring and diagnostic of corresponding hierarchy. The main advantages of power grids based on the Smart Grid technology in comparison with traditional grids were investigated. A structure was developed for multi-level system of diagnostic of heatand-power engineering equipment with possibility of application of wire and wireless channels of information communication. 2017 Article Особенности применения SMART GRID в системах мониторинга и диагностирования теплоэнергетических объектов / А.А. Запорожец, А.Д. Свердлова // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2017. — № 2. — С. 33-41. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 0235-3474 DOI: doi.org/10.15407/tdnk2017.02.05 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160195 620.19.40 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Запорожец, А.А. Свердлова, А.Д. Особенности применения SMART GRID в системах мониторинга и диагностирования теплоэнергетических объектов Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Рассмотрены возможности использования «умных сетей» в системах мониторинга и диагностики теплоэнергетического оборудования. Проанализированы причины неисправностей и аварийных ситуаций оборудования генерации, транспортировки и потребления тепловой энергии. Рассмотрены основные методы неразрушающего контроля, применимые для диагностики технических узлов, и информативные сигналы, которые возникают в процессе эксплуатации энергетического оборудования. Предложены структуры функционирования теплоэнергетического оборудования для применения технологии Smart Grid в системах мониторинга и диагностирования соответствующих иерархических уровней. Исследованы основные преимущества энергетических сетей на базе технологии Smart Grid перед традиционными сетями. Разработана структура многоуровневой системы диагностики теплоэнергетического оборудования с возможностью использования проводных и беспроводных каналов передачи информации.
format	Article
author	Запорожец, А.А. Свердлова, А.Д.
author_facet	Запорожец, А.А. Свердлова, А.Д.
author_sort	Запорожец, А.А.
title	Особенности применения SMART GRID в системах мониторинга и диагностирования теплоэнергетических объектов
title_short	Особенности применения SMART GRID в системах мониторинга и диагностирования теплоэнергетических объектов
title_full	Особенности применения SMART GRID в системах мониторинга и диагностирования теплоэнергетических объектов
title_fullStr	Особенности применения SMART GRID в системах мониторинга и диагностирования теплоэнергетических объектов
title_full_unstemmed	Особенности применения SMART GRID в системах мониторинга и диагностирования теплоэнергетических объектов
title_sort	особенности применения smart grid в системах мониторинга и диагностирования теплоэнергетических объектов
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/160195
citation_txt	Особенности применения SMART GRID в системах мониторинга и диагностирования теплоэнергетических объектов / А.А. Запорожец, А.Д. Свердлова // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2017. — № 2. — С. 33-41. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT zaporožecaa osobennostiprimeneniâsmartgridvsistemahmonitoringaidiagnostirovaniâteploénergetičeskihobʺektov AT sverdlovaad osobennostiprimeneniâsmartgridvsistemahmonitoringaidiagnostirovaniâteploénergetičeskihobʺektov
first_indexed	2025-07-14T12:48:47Z
last_indexed	2025-07-14T12:48:47Z
_version_	1837626637973192704
fulltext	33ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №2 наУЧно-ТеХниЧеСКиЙ раЗдеЛ УДК 620.19.40 https://doi.org/10.15407/tdnk2017.02.05 особенности применения технолоГии SMART GRID в системАх мониторинГА и ДиАГностировАния теплоэнерГетичесКих обЪеКтов А. А. ЗАпороЖец, А. д. сВердЛоВА институт технической теплофизики нАн Украины. 03057, г. Киев-57, ул. желябова, 2а. E-mail: lektron2007@gmail.com рассмотрены возможности использования «умных сетей» в системах мониторинга и диагностики теплоэнергетического оборудования. проанализированы причины неисправностей и аварийных ситуаций оборудования генерации, транспор- тировки и потребления тепловой энергии. рассмотрены основные методы неразрушающего контроля, применимые для диагностики технических узлов, и информативные сигналы, которые возникают в процессе эксплуатации энергетиче- ского оборудования. предложены структуры функционирования теплоэнергетического оборудования для применения технологии Smart Grid в системах мониторинга и диагностирования соответствующих иерархических уровней. иссле- дованы основные преимущества энергетических сетей на базе технологии Smart Grid перед традиционными сетями. разработана структура многоуровневой системы диагностики теплоэнергетического оборудования с возможностью использования проводных и беспроводных каналов передачи информации. библиогр. 17, табл. 4, рис. 5. К л юч е в ы е с л о в а : система диагностики, теплоэнергетическое оборудование, неразрушающий контроль, технология Smart Grid одна из главных задач теплоэнергетики заклю- чается в обеспечении промышленности и комму- нального хозяйства тепловой энергией [1]. при эксплуатации теплоэнергетических уста- новок и систем должны быть обеспечены надеж- ность, долговечность и безопасность как системы в целом, так и оборудования, входящего в систе- му. эксплуатационная надежность любого обору- дования заключается в выполнении им заданных функций и сохранении во времени значений уста- новленных технической документацией эксплуа- тационных показателей в допустимых пределах, соответствующих заданным режимам. таким об- разом, актуальной задачей является разработка системы диагностирования объектов теплоэнерге- тики для раннего выявления и устранения возни- кающих дефектов, что позволит повысить надеж- ность функционирующего оборудования. Анализ литературных данных и постанов- ка проблемы. в связи с уменьшением запасов ископаемого топлива, а также с необходимостью повышения эффективности его использования, мониторинг состояния теплоэнергетического обо- рудования является важной задачей. в работе [2] проведен анализ существующих методов и спо- собов диагностирования систем электроснабже- ния, определены основные преимущества и не- достатки существующих методов. в работе [3] представлены основные подходы к мониторингу и диагностике технического состояния машин- ных агрегатов энергетического оборудования по параметрам вибрационных процессов. основные типы дефектов, возникающих при эксплуатации теплоэнергетического оборудования, описаны в работах [4, 5]. в работах [6–10] приведены сред- ства контроля и методы повышения эффектив- ности процесса сжигания топлива в котлоагрега- тах. значительное внимание уделяется методам инфракрасной диагностики теплоэнергетическо- го оборудования [11, 12]. Актуальны разработки систем диагностирования технического состояния трансформаторного оборудования высокого на- пряжения [13]. проводятся интенсивные поиски различных подходов и методов реализации ин- формационных технологий, в т. ч. использования мощных технических комплексов, включая техно- логии Smart Grid [14]. таким образом, актуальной в теплоэнергети- ке является проблема разработки систем диагнос- тирования, основанных на концепции «умных сетей» с возможностью применения подходов, инструментов и методов обработки структуриро- ванных и неструктурированных данных. цель и задачи исследования. проведены иссле- дования с целью установить основные структурные подходы к диагностированию теплоэнергетического оборудования с применением концепции «умных се- тей» Smart Grid в процессах генерации, транспорти- ровки и потребления тепловой энергии. Для достижения цели поставлены следующие задачи: – исследовать причины отказов теплоэнергети- ческого оборудования, основные методы техниче- ской диагностики (тД) и распознавания состояния оборудования; – разработать иерархическую организацию системы диагностируемого теплоэнергетического оборудования; © А. А. запорожец, А. Д. свердлова, 2017 34 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №2 наУЧно-ТеХниЧеСКиЙ раЗдеЛ – разработать структуру системы диагности- рования теплоэнергетического оборудования, ба- зирующейся на использовании концепции умных сетей Smart Grid. результаты исследования. техническое состо- яние каждого объекта характеризуют различные физические величины – механические, гидроме- ханические, аэромеханические, термодинамиче- ские, электрические, электромагнитные, оптиче- ские, акустические и др., анализ которых позволяет обосновать множество диагностических пара- метров. использование методов неразрушающе- го контроля (нК) позволяет получить значение диагностических параметров для определения тех- нического состояния оборудования без его демон- тажа. основным критерием отбора тех или иных физических величин как диагностических параме- тров при изучении физических полей и явлений, которые максимально чувствительны к изменению состояния материала, условий погрузки, эксплуата- ции и др., является возможность определения фи- зических параметров без разрушения образцов. на каждом этапе мониторинга объектов обяза- тельным является определение тепловых нагрузок поверхностей нагрева, исследование процессов сжи- гания топлива в топках котлоагрегатов, тепловых потерь в ограждающих конструкциях и трубопро- водах тепловых сетей (табл. 1), т. е. тепловой кон- троль теплогенерирующих установок, агрегатов, те- плопроводов, ограждающих конструкций. в то же время обслуживание оборудования по фактическому техническому состоянию базиру- ется на применении ряда методов технической диагностики и распознавания технических состоя- ний, которые при совместном использовании могут определить большую часть разных дефектов, воз- никающих в теплоэнергетическом оборудовании. в табл. 2 представлены наиболее распространенные Т а б л и ц а 1 . объекты, параметры и их характеристики при тепловом контроле объект контроля параметры и характеристики теплогенерирующие установки и агрегаты теплота сжигания топлива тепловые потери через обмуровку тепловая нагрузка поверхностей топочных экранов котлоагрегата теплопроводы локальные тепловые потери теплопроводов теплопотери магистральных участков теплосетей Количество теплоты тепловое сопротивление теплоизоляции и целостность трубопроводов влажность теплоизоляционных материалов температура строения тепловой поток температура тепловые потери через ограждающие конструкции зданий (стены, окна, двери, потолки, пол) тепловое сопротивление строительных конструкций терморадиационные характеристики стекла тепловое сопротивление стеклопакетов теплопроводность строительных и других материалов Т а б л и ц а 2 . Методы и объекты диагностики теплоэнергетического оборудования метод оборудование Акустико-эмиссионная диагностика сосуды, работающие под давлением, резервуары, трубопроводы, несущие конструкции трибодиагностика (анализ качества смазки и выявление частиц износа) энергомеханическое оборудование, в том числе низкооборотное, трансформа- торы вибродиагностика и вибромониторинг энергомеханическое оборудование с движущимися деталями тепловидение и термография электроэнергетическое оборудование, теплообменное оборудование, теплоизо- ляция, печи, котлы и др. Аэроультразвуковой контроль утечек (вакуумные утечки) Компрессионное оборудование Анализ токов и электроимпульсное тестирование токопроводящая часть, изоляция, эксцентриситет Ультразвуковая дефектоскопия состояние и толщина стенок трубопроводов, сосудов и резервуаров параметрическая диагностика технологического процесса технологическая или механическая деградация, коррозия стенок 35ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №2 наУЧно-ТеХниЧеСКиЙ раЗдеЛ методы тД и распознавания технических состояний оборудования, применяемые при профилактическом обслуживании [15, 16]. исследование основных причин неисправно- стей котельных установок позволило выявить узлы и их элементы, где наиболее часто воз- никают дефекты: поверхности нагрева котлов, системы топливоподачи, вспомогательное обо- рудование, автоматика и др. К основным при- чинам отказов котлов можно отнести неполад- ки пароперегревателя (потолочного, ширмового, конвективного), экранных труб (испарительные экраны), экономайзера, труб, которые не обогре- ваются и прочее. в табл. 3 и 4 приведены дан- ные о распределении отказов оборудования энер- гоблоков и элементов котлов электростанций соответственно. К аварийным ситуациям и отказам оборудова- ния приводят следующие причины [5]: ошибки проектирования; износ оборудования; заводские дефекты, недостатки узлов, деталей, агрегатов; недостатки конструкции оборудования; дефек- ты строительства, монтажа и наладки; дефекты при проведении ремонтных работ; несоответ- ствие условий работы оборудования проектным режимам; ошибки дежурного, ремонтного, ру- ководящего персонала и нарушения производ- ственных инструкций, неточности инструкций и регламентов. на рис. 1 представлены распространенные де- фекты теплотехнического оборудования, приводя- щие к аварийным ситуациям [5]. при разработке системы диагностики любо- го технического объекта необходимо решить сле- дующие задачи: – изучить объект диагностирования (в том чис- ле принципы его работы, структуру, конструкцию, функции, которые он выполняет, и т. п.); – указать перечень всех возможных дефектов или тех из них, которые являются наиболее веро- ятными или наиболее критическими; условия и признаки их возникновения; Т а б л и ц а 3 . распределение отказов оборудования энергоблоков оборудование Доля отказов, % поверхность нагрева 79,2 Автоматика 7,4 Арматура 4,9 вспомогательное оборудование 3,5 топливоподача, газопроводы 2,0 обмуровка 0,3 регенеративные воздухоподогреватели 0,1 прочее 2,6 Т а б л и ц а 4 . распределение отказов по элементам кот- лов электростанций элементы Доля отказов, % экономайзер 30...35 пароперегреватель 20...40 испарительные экраны 14...30 необогреваемые трубы 3...8 прочие элементы 5...6 Рис. 1. Дефекты трубопроводов: дефектный шов (а); дефектный шов со свищем (б); отрыв трубы (в); раскрытие трубы (г) 36 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №2 наУЧно-ТеХниЧеСКиЙ раЗдеЛ – выбрать известную или построить новую ма- тематическую модель объекта и соответствующие модели возможных дефектов; – выбрать диагностические сигналы и параме- тры по каждому виду оборудования, подлежащего диагностированию; – выбрать методы и составить алгоритмы диагностирования; оценить их качество (по- лноту выявления дефектов, глубину поиска); разработать или выбрать технические средства диагностирования и оценить их характеристики (безотказность, достоверность работы и т. п.). Для решения задач мониторинга и диагности- рования крупных теплоэнергетических систем целесообразно использовать методологию систем- ного подхода. одним из его основных положений является выделение в теплоэнергетической систе- ме нескольких уровней иерархии. на рис. 2 при- ведена иерархическая структура теплоэнергети- ческой системы промышленного предприятия (тэспп). элементы V уровня являются сложны- ми установками (например, паровая турбина) и могут подвергаться дальнейшей детализации на более низкие уровни. К задачам иерархических уровней II–IV от- носятся такие, как распределение различных ви- дов топлива между отдельными потребителями; выбор состава и профиля основного энергети- ческого оборудования; оптимизация параметров и вида тепловой схемы тэспп и др. К задачам уровня V и низших иерархических уровней отно- сятся выбор оптимальных термодинамических и конструктивных параметров конкретного теплоэ- нергетического оборудования с определенными на уровнях II–IV параметрами. на рис. 3 показан другой подход к построению иерархической системы энергетического оборудо- вания [17]. на самом низком I уровне расположены элементы конструкции основных узлов оборудо- вания теплоэлектростанции. именно этот уровень и определяет, какие дефекты возможны в объекте. Глубокое изучение элементов, расположенных на первом уровне иерархии, дает всю необходимую информацию о видах, причинах возникновения и проявлении дефектов. по результатам такого ана- лиза строят диагностические модели, выбирают диагностические сигналы и параметры. собственно узлы оборудования, которые пред- ставляют собой конструктивно единое целое, это II уровень. сюда можно отнести обмотки ротора и статора вращающихся машин, магнитопроводы, подшипниковые узлы, корпус, станину, фунда- мент, систему охлаждения. электротехническое оборудование теплоэлектростанции: генераторы, двигатели собственных потребностей, трансфор- маторы, выключатели, изоляторы, насосы и т. д. – это III уровень; IV уровень иерархии – это уро- вень теплоэлектростанции в целом. можно рассматривать и более высокие уровни: энергообъединение, энергосистему страны и т. д. Данные подходы к рассмотрению теплоэнер- гетической системы позволяют использовать тех- Рис. 2. иерархическая структура теплоэнергетической системы крупного предприятия: (тэс – теплоэнергетическая система; тэц – теплоэлектроцентраль; втэр – вторичные топливо-энергетические ресурсы; Грп – газораспределители; пвс – паро- воздуходувные станции 37ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №2 наУЧно-ТеХниЧеСКиЙ раЗдеЛ нологию Smart Grid для диагностирования от- дельных уровней. ее суть состоит в мониторинге и принятии диагностических решений на каж- дом из отдельных иерархических уровней для выявления, локализации и устранения дефектов до того, как объекты диагностирования станут неисправными. появление и развитие концепции Smart Grid является естественным этапом эволюции теплоэ- нергетической системы, обусловленным, с одной стороны, очевидными потребностями и пробле- мами текущего теплоэнергорынка, а, с другой, технологическим прогрессом, в первую очередь, в области компьютерных и информационных технологий. Действующую тепловую энергетическую си- стему без Smart Grid можно охарактеризовать как пассивную и централизованную, особенно в части последнего звена – от распределительных сетей к потребителям. именно в этой части цепи поста- вок тепловой энергии технология Smart Grid наи- более существенно меняет принципы функциони- рования, предлагая новые подходы активного и децентрализованного взаимодействия составляю- щих системы. технология Smart Grid характеризуется не- сколькими инновационными свойствами, соответ- ствующими новым потребностям рынка, среди ко- торых (рис. 4): – активная двунаправленная схема взаимодей- ствия в реальном времени и информационного об- мена между всеми участниками сети; – охват всей технологической цепочки теплоэ- нергетической системы: производителей тепловой энергии, распределительных сетей и конечных потребителей; – использование цифровых коммуникацион- ных сетей и интерфейсов обмена данными; – Smart Grid «умеет» эффективно защищаться и самовосстанавливаться после сбоев, природных катаклизмов, внешних угроз; – технология Smart Grid способствует опти- мальной эксплуатации инфраструктуры теплоэ- нергетической системы и распределению тепло- вой энергии между потребителями с учетом их приоритета; Рис. 3. Условная структура энергетического оборудования теплоэнергетической системы 38 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №2 наУЧно-ТеХниЧеСКиЙ раЗдеЛ – с точки зрения общей экономики Smart Grid способствует появлению новых рынков тепловой энергии, участников и услуг. структура системы Smart Grid представлена следующими элементами: – Smart Sensors and Devices – интеллектуаль- ные датчики и устройства для магистральных и распределительных сетей; – IT Hardware and Software – информационные технологии, используемые в магистральных и ра- спределительных сетях; – Smart Grid Integrated Communications – ин- тегрированные системы контроля и управления – комплексные решения в области автоматизации; некий аналог известных систем ERP (Enterprise Resource Planning) в пределах предприятия; – Smart Metering Hardware and Software – интел- лектуальные счетчики в форме программно-аппа- ратных средств. технологическая база Smart Grid состоит из следующих ключевых сегментов: – учет энергоресурсов; – автоматизация распределительных сетей; – управление и мониторинг состояния те- плоэлектротехнического оборудования; – автоматизация магистральных электриче- ских сетей и узловых подстанций и регулирова- ние перетоков; – электрические сети и установки потребителей; – нетрадиционные и возобновляемые источни- ки энергии. исходя из иерархий теплоэнергетического оборудования, рассмотренных выше, можно по- строить структуру системы тД на базе техноло- гии Smart Grid. Данная система должна измерять диагностические сигналы, которые несут инфор- мацию о фактическом состоянии узлов диагнос- тированного оборудования. таким образом, в со- став системы могут быть включены сенсоры тех физических величин, которые используются для диагностирования конкретно заданной системы. в зависимости от объекта диагностирования в состав системы могут входить: термопары или терморезисторы для измерения температуры; акселерометры для измерения параметров ви- браций; измерительные микрофоны для опре- деления уровня акустических шумов; сенсоры электрических величин для измерения параме- тров функционирования трансформаторов; сен- соры давления для контроля за разрежением в то- пке; сенсоры газов для определения концентрации вредных веществ в дымовом тракте; счетчики те- пловой энергии для определения текущего режи- ма работы теплотехнического оборудования и др. современные системы диагностики практиче- ски всегда строятся на основе некоторого циф- рового средства вычисления (микроконтроллера, персонального компьютера, промышленной ра- бочей станции и т. д.). Для системы диагности- рования, которая соответствует основным прин- ципам концепции Smart Grid, это требование является обязательным, поскольку в рамках «ум- ных сетей» обмен информацией осуществляется в цифровой форме. таким образом, измеренные сигналы должны превращаться в цифровую фор- му для дальнейшей обработки в вычислительном ядре системы. Конечный этап обработки инфор- мации в системе диагностики – это отражение полученных результатов для пользователей раз- личных уровней. Для этого в структуру системы включаются соответствующие средства, которые, в частности, должны обеспечивать авторизацию пользователей системы, распределение прав до- ступа, защиту информации. Рис. 4. показательная схема различия традиционных и «умных» энергетических сетей 39ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №2 наУЧно-ТеХниЧеСКиЙ раЗдеЛ в системах диагностирования сложных объектов может измеряться значительное коли- чество диагностических сигналов, что приводит к большому обмену информацией между компо- нентами системы. Для уменьшения нагрузки на каналы связи (этот вопрос может быть особенно важным в случае, когда используются беспровод- ные каналы передачи данных) можно применить принцип децентрализации вычислительных ре- сурсов, что является одним из принципов кон- цепции Smart Grid. Данная задача может быть решена следующим образом: измеренная реа- лизация диагностического сигнала передается в вычислительное ядро системы непосредствен- но после оцифровки и подвергается упрощен- ной обработке в том модуле, который отвечает за ее измерения. Далее, в зависимости от резуль- татов такого промежуточного анализа, этот мо- дуль решает, какую информацию предоставлять в вычислительное ядро: – вообще не передавать никакой информации – если не было обнаружено никаких отклонений от нормального состояния; – подать предупредительный сигнал – если об- наружены несущественные отклонения; – предоставить измеренную реализацию в вычислительное ядро для проведения полного анализа – если выявленные отклонения можно считать существенными; – подать аварийный сигнал для немедленного реагирования – если были обнаружены критиче- ские отклонения. таким образом, структуру разрабатываемой системы диагностирования можно условно раз- делить на иерархические уровни (рис. 5), анало- гично тому, как это было сделано выше для энер- гетического оборудования теплоэнергетической системы (см. рис. 3). Для отображения информации локальным поль- зователям (например, обслуживающему персона- лу), а также для обмена информацией с центральной системой диагностирования (ЦСД) тэц все мест- ные системы диагностирования (МСД) включают- ся в локальную сеть, работаю- щую на основе Ethernet. Для предоставления во- зможности обмена информа- цией с внешними пользовате- лями (это могут быть как люди, так и устройства, работающие за пределами данной тэц, но объединенные в «умную сеть»), ЦСД имеет связь с гло- бальной сетью (Internet). по- этому возникает ряд серьезных проблем обеспечения защиты информации и предотвраще- ния возможных террористических атак. Для решения этих проблем используются специальные аппаратные средства защиты сети. система диагностирования теплотехничес- кого оборудования может работать как с провод- ной, так и беспроводной МСД на основании дан- ных, полученных от объекта диагностирования (ОД) при помощи измерительных преобразовате- лей (ИП1–ИПк). проводная МСД состоит из бло- ков согласования (БС1–БСп), коммутатора (К), аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) и ЭВМ. беспроводная МСД состоит из блоков пре- образования (БП1–БПк), микроконтроллера (мК), средств беспроводной связи (СБС) и ЭВМ с паке- том прикладных программ (ППП). использование как проводных, так и беспроводных МСД позво- ляет значительно расширить класс диагностиро- ванного теплоэнергетического оборудования. Учет степени критичности дефектов на этапе разработки системы дает возможность упростить ее структуру, уменьшить объем информации, кото- рая обрабатывается в системе и передается между ее иерархическими уровнями, и в конечном итоге сни- зить стоимость системы при одновременном сохра- нении на достаточном уровне ее функциональности. Главными преимуществами предлагаемой системы диагностирования теплоэнергетическо- го оборудования на базе технологии Smart Grid являются: – надежность (Smart Grid предотвращает мас- совое отключению тепла); – безопасность (Smart Grid постоянно контро- лирует все элементы сети с точки зрения безопас- ности их функционирования); – энергоэффективность (снижение потребле- ния тепловой энергии; оптимальное потребление приводит к снижению потребностей в генерирую- щих мощностях); – экологичность (достигается на счет сниже- ния количества и мощности генерирующих эле- ментов сети; приводит к снижению концентрации вредных веществ в окружающей среде – со, NOx, CxHy, H2, с и др.); Рис. 5. структура многоуровневой системы диагностики теплоэнергетического оборудо- вания (вКс – внутренние компьютерные сети) 40 ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №2 наУЧно-ТеХниЧеСКиЙ раЗдеЛ – финансовая экономичность (снижение опе- рационных расходов; потребители имеют точную информацию о стоимости и могут оптимизиро- вать свои расходы на тепловую энергию; бизнес, в свою очередь, может оптимально планировать и формировать расходы на эксплуатацию и развитие генерации и распределительных сетей). Выводы проведены исследования основных причин от- казов теплоэнергетического оборудования в со- ставе теплоэнергетической системы. проанализи- рованы причины и типы дефектов, приводящие к аварийным ситуациям и отказам оборудования. предложенная иерархическая структура теплоэ- нергетической системы позволяет применить кон- цепцию «умных сетей» (Smart Grid) для диагности- ки теплотехнического оборудования. использование такой структуры дает возможность выявить, лока- лизовать и устранить дефекты до того, как объекты диагностирования станут неисправными. предложена структура многоуровневой системы диагностики, основанной на использовании кон- цепции «умных сетей» (Smart Grid). применение системы позволяет проводить: первичный отбор и подготовку диагностических сигналов, включая преобразование в цифровую форму; математичес- кую обработку, принятие промежуточных диагнос- тических решений, сигнализацию о возможных дефектах; накопление, полноценную обработку и глубокий анализ данных, быстрое реагирование на аварийные сигналы с низшего уровня, приня- тие диагностических решений по объекту диагнос- тики в целом, архивацию статистических данных, прогнозирование надежности и оценки остаточно- го ресурса оборудования, планирование ремонтных работ; представления данных различным пользова- телям и обеспечение защиты системы и ее информа- ции от возможных внешних вмешательств. список литературы 1. бабак в. п. та ін. (2016) Апаратно-програмне забезпе- чення моніторингу об’єктів генерування, транспорту- вання та споживання теплової енергії. Київ, Ін-т тех- нічної теплофізики нАн України. 2. ершов с. в., Дмитриев А. м. (2014) Анализ методик и подходов к проблеме диагностирования техническо- го состояния сетей электроснабжения. Известия ТулГУ. Технические науки, 8, 88-97. 3. Герике б. л. (1999) мониторинг и диагностика техниче- ского состояния машинных агрегатов: Учеб. пособие в 2-х ч. ч.1.: Мониторинг технического состояния по па- раметрам вибрационных процессов. Кемерово, Кузбас. гос. тех. ун-т. 4. Абрамов и. л. (2011) Вибродиагностика энергетическо- го оборудования: учеб. пособие. – Кемерово, Кузбас. гос. тех. ун-т. 5. беляев с. А., литвак в. в., солод с. с (2008) Надеж- ность теплоэнергетического оборудования ТЭС. томск, изд-во нтл. 6. бабак в. п. и др. (2016) повышение эффективности сжи- гания топлива с учетом неопределенности измерения концентрации кислорода. Восточно-Европейский жур- нал передовых технологий, т. 6, 8 (84), 54–59. 7. бабак в. п., запорожець А. о. (2014) система якості горіння повітряно-паливної суміші в котлоагрегатах ма- лої та середньої потужності. Методи та прилади кон- тролю якості. 2(33). 106–114. 8. бабак в. п., запорожець А. о., редько о. о. (2015) підви- щення точності вимірювання коефіцієнта надлишку повітря в котлоагрегатах із застосуванням газоаналіза- торів електрохімічного типу. Промышленная теплотех- ника. 1. 82–96. 9. запорожец А. А. (2014) Автоматическая система регу- лирования тягодутьевыми механизмами котла с исполь- зованием зондового альфа-индикатора. Наука и мир. 3. 168–170. 10. воликов А. н., новиков о. н., окатьев А. н. (2010) по- вышение эффективности сжигания топлива в котлоагре- гах. Энергонадзор-информ. 1. 54–57. 11. н. л. михайлова и др. (2016) инфракрасная диагности- ка теплоэнергетического оборудования. Актуальные про- блемы гуманитарных и естественных наук. 1–2. 103–105. 12. Ahmed Md. A., Huda A.S.N, Isa N.A.M. (2015) Recursive construction of output-context fuzzy systems for the condition monitoring of electrical hotspots based on infrared thermography. Engineering Applications of Artificial Intelligence. 39. 120–131. 13. Khramshin V. R. et al. (2015) Monitoring technical state of the power transformers is a necessary condition of the Smart- Grid technology introduction within the industrial electric networks. Young researchers in electrical and electronic engineering conference (EIConRusNW), 2015 IEEE NW Russia. – St. Petersburg, рр. 214–220. 14. Mariam L., Basu M., Conlon M. F. A Review of existing microgrid architectures (2013) Journal of engineering. 2013, Article ID 937614. 15. недосека А. я. (2005) Контроль критического напряжен- ного состояния методом акустической эмиссии. В мире неразрушающего контроля, 1 (27), 14–16. 16. патон б. е. и др. (2012) опыт иэс им. е. о. патона нАн Украины в области акустико-эмиссионного контроля. Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 1. 7–22. 17. мислович м. в., сисак р. м. (2015) про деякі особли- вості побудови інтелектуальних багаторівневих систем технічної діагностики електроенергетичних об’єктів. Технічна електродинаміка. 1. 78–85. References 1. Babak V. P. ta in. (2016) Aparatno-prohramne zabezpechennia monitorynhu ob’iektiv heneruvannia, transportuvannia ta spozhyvannia teplovoi enerhii. Kyiv, In-t tekhnichnoi teplofizyky NAN Ukrainy. [in Ukrainian] 2. Yershov S. V., Dmitriyev A. M. (2014) Analiz metodik i podkhodov k probleme diagnostirovaniya tekhnicheskogo sostoyaniya setey elektrosnabzheniya. Izvestiya TulGU. Tekhnicheskiye nauki, 8, 88-97. [in Russian] 3. Gerike B. L. (1999) Monitoring i diagnostika tekhnicheskogo sostoyaniya mashinnykh agregatov: Ucheb. posobiye v 2-kh ch. Ch.1.: Monitoring tekhnicheskogo sostoyaniya po parametram vibratsionnykh protsessov. – Kemerovo, Kuzbas. gos. tekh. un-t. [in Russian] 4. Abramov I. L. (2011) Vibrodiagnostika energeticheskogo oborudovaniya: ucheb. posobiye. Kemerovo, Kuzbas. gos. tekh. un-t. [in Russian] 5. Belyayev S. A., Litvak V. V., Solod S. S (2008) Nadezhnost teploenergeticheskogo oborudovaniya TES. Tomsk, Izd-vo NTL. [in Russian] 6. Babak V. P. i dr. (2016) Povysheniye effektivnosti szhiganiya topliva s uchetom neopredelennosti izmereniya kontsentratsii kisloroda. Vostochno-Yevropeysky zhurnal peredovykh tekhnology. 6, 8 (84). 54–59. [in Russian] 7. Babak V. P., Zaporozhets A. O. (2014) Systema yakosti horinnia povitriano-palyvnoi sumishi v kotloahrehatakh maloi ta serednoi potuzhnosti. Metody ta prylady kontroliu yakosti. 2(33). 106–114. [in Ukrainian] 8. Babak V. P., Zaporozhets A. O., Redko O. O. (2015) Pidvyshchennia tochnosti vymiriuvannia koefitsiienta nadlyshku povitria v kotloahrehatakh iz zastosuvanniam 41ISSN 0235-3474. Техн. диагностика и неразруш. контроль, 2017, №2 наУЧно-ТеХниЧеСКиЙ раЗдеЛ hazoanalizatoriv elektrokhimichnoho typu. Promyshlennaya teplotekhnika. 1. 82–96. [in Ukrainian] 9. Zaporozhets A. A. (2014) Avtomaticheskaya sistema regulirovaniya tyagodutyevymi mekhanizmami kotla s ispolzovaniyem zondovogo alfa-indikatora. Nauka i mir. 3. 168–170. [in Russian] 10. Volikov A. N., Novikov O. N., Okatyev A. N. (2010) Povysheniye effektivnosti szhiganiya topliva v kotloagregakh. Energonadzor-inform. 1. 54–57. [in Russian] 11. Mikhaylova N. L. i dr. (2016) Infrakrasnaya diagnostika teploenergeticheskogo oborudovaniya. Aktualnye problemy gumanitarnykh i yestestvennykh nauk. 1–2. 103–105. [in Russian] 12. Ahmed Md. A., Huda A.S.N, Isa N.A.M. (2015) Recursive construction of output-context fuzzy systems for the condition monitoring of electrical hotspots based on infrared thermography. Engineering Applications of Artificial Intelligence. 39. 120–131. 13. Khramshin V. R. et al. (2015) Monitoring technical state of the power transformers is a necessary condition of the Smart- Grid technology introduction within the industrial electric networks. Young researchers in electrical and electronic engineering conference (EIConRusNW), 2015 IEEE NW Russia. – St. Petersburg, рр. 214–220. 14. Mariam L., Basu M., Conlon M. F. A Review of existing microgrid architectures (2013) Journal of engineering. 2013, Article ID 937614. 15. Nedoseka A. Ya. (2005) Kontrol kriticheskogo napryazhennogo sostoyaniya metodom akusticheskoy emissii. V mire nerazrushayushchego kontrolya, 1 (27), 14–16. [in Russian] 16. Paton B. е. i dr. (2012) Experience of the E.O.Paton Institute of the NAS of Ukraine in the fi eld of acoustic-emission monitoring. Tekhnicheskaya diagnostika i nerazrushayushchy kontrol. 1. 7–22. [in Russian] 17. Myslovych M. V., Sysak R. M. (2015) Pro deiaki osoblyvosti pobudovy intelektualnykh bahatorivnevykh system tekhnichnoi diahnostyky elektroenerhetychnykh ob’iektiv. Tekhnichna elektrodynamika. 1. 78–85. [in Ukrainian] А. о. зАпорожецЬ, А. Д. сверДловА Інститут технічної теплофізики нАн України. 03057, м. Київ-57, ул. желябова, 2а. E-mail: lektron2007@gmail.com особливостІ зАстосУвАння технолоГІї SMART GRID в системАх монІторинГУ тА ДІАГностУвАння теплоенерГетичних об’ЄКтІв розглянуто можливості використання «розумних мереж» в системах моніторингу та діагностики теплоенергетично- го обладнання. проаналізовано причини несправностей та аварійних ситуацій обладнання генерації, транспортування та споживання теплової енергії. розглянуто основні методи неруйнівного контролю, що застосовуються для діагностики технічних вузлів, та інформативні сигнали, що виникають в процесі експлуатації енергетичного обладнання. запропонова- но структури функціонування теплоенергетичного обладнання для застосування технології Smart Grid в системах моніторин- гу та діагностування відповідних ієрархічних рівнів. Дослід- жено основні переваги енергетичних мереж на базі технології Smart Grid перед традиційними мережами. розроблено струк- туру багаторівневої системи діагностики теплоенергетичного обладнання з можливістю використання дротяних і бездрото- вих каналів передачі інформації. бібліогр. 17, табл. 4, рис. 5. Ключові слова: система діагностики, теплоенергетичне обладнан- ня, неруйнівний контроль, технологія Smart Grid A.A. ZAPOROZHETS, A. D. SVERDLOVA Institute of Engineering Thermophysics of NAS of Ukraine. 2-a, Zhelyabov str., Kyiv, 03057. E-mail: lektron2007@gmail.com PECULIARITIES OF APPLICATION OF SMART GRID TECHNOLOGY IN SYSTEMS FOR MONITORING AND DIAGNOSTICS OF HEAT-AND-POWER ENGINEERING OBJECTS. The possibilities of application of “smart grids” in the systems for monitoring and diagnostics of heat-and-power engineering equipment were considered. The reasons of failures and emergencies of equipment for generation, transporting and consumption of thermal energy were analyzed. Considered were the methods of non- destructive testing applicable to diagnostics of technical assemblies and informative signals, which appear in process of power equipment operation. Functioning structures of heat-and-power engineering equipment were proposed for application of the Smart Grid technology in the systems for monitoring and diagnostic of corresponding hierarchy. The main advantages of power grids based on the Smart Grid technology in comparison with traditional grids were investigated. A structure was developed for multi-level system of diagnostic of heat- and-power engineering equipment with possibility of application of wire and wireless channels of information communication. Ref. 17, Tables 4, Figures 5 Keywords: diagnostic system, heat-and-power engineering equipment, non-destructive testing, Smart Grid technology Поступила в редакцию 06.01.2017 товариство зварників України Інститут електрозварювання ім. Є. о. патона нАн України НАУкоВо-прАкТичНА коНФереНцІЯ «сУчАсНІ проБЛеМи ЗВАрЮВАЛьНоГо ВироБНицТВА» присвячується 25-річчю товариства зварників України та 175-річчю м. м. бенардоса – винахідника дугового зварювання 22–23 листопада 2017 р, м. Київ, міжнародний виставковий центр ● розвиток прогресивних зварювальних процесів ● нові зварювальні матеріали та обладнання ● проблеми і тенденції автоматизації зварювальних та споріднених процесів ● впровадження прогресивних технологій при виготовленні та ремонті металоконструкцій ● стандартизація та сертифікація в зварювальному виробництві ● підготовка кадрів та організація конкурсів професійної майстерності ● проблеми екології ● розвиток міжна- родного співробітництва. Свої пропозиції та тези доповідей просимо направляти до 1 серпня 2017 р. за адресою: maksimov@paton.kiev.ua, pwi37@ukr.net

Особенности применения SMART GRID в системах мониторинга и диагностирования теплоэнергетических объектов

Institution

Ähnliche Einträge