Введение к работе
Актуальность работы. Поддержание проектного уровня эксплуатационной надежности технологического оборудования атомной электростанции (АЭС), максимальное использование его рабочего ресурса и сведение к минимуму аварийных отказов тесно связаны с необходимостью оценки технического состояния электроприводной арматуры (ЭПА). Такой подход становится особенно актуальным в условиях рыночной экономики, так как на его основе можно снизить затраты, сократить общее время технического обслуживания и ремонтных операций, и, тем самым, повысить эффективность проведения планово-предупредительного ремонта (ППР).
Внедрение активной стратегии ремонта по техническому состоянию утверждено концерном «Росэнергоатом» и обеспечивается рядом документов. Несмотря на существование достаточной нормативной базы, имеется ряд трудностей, связанных с чувствительностью используемых методов определения технического состояния ЭПА.
Для определения технического состояния ЭПА в настоящее время используются виброакустический анализ, анализ электрической мощности и токового сигнала. Методы диагностирования ЭПА по токовому сигналу, регистрируемому с обмоток электродвигателя привода, получили более широкое распространение ввиду их мобильности и оперативности получения результатов обследования. Кроме того, при использовании данных методов имеется возможность проведения дистанционных измерений, когда доступ к объекту диагностирования затруднен или невозможен (например, при наличии радиации или высокой температуры).
Принятие решения о техническом состоянии ЭПА осуществляется на основе выполненной процедуры измерения, объективность которой во многом определяется точностью получаемых данных от измерительных приборов и систем. Анализ используемых на АЭС информационно-измерительных систем (ИИС) показал, что они обладают высокой надежностью и точностью измерения. Дальнейшее повышение точности результатов диагностического обследования может быть осуществлено за счет совершенствования используемых методов обработки измеряемых данных.
Для получения информации о техническом состоянии используются такие методы, как построение огибающей токового сигнала с последующим контролем отдельных информативных участков, а также построение и анализ частотного спектра токового сигнала.
Следует отметить, что использование токового сигнала в качестве источника диагностической информации затруднено по ряду причин: токовый сигнал искажается различными помехами, возникновение которых может быть вызвано влиянием внешних электромагнитных полей на электрическую цепь, а так же случайными шумами; используемые методы построения огибающей искажают реальное поведение токового сигнала во времени; появление нестационарностей в токовом сигнале уменьшает достоверность использования преобразования Фурье для частотного анализа.
Эти причины приводят к ограничению возможностей анализа технического состояния ЭПА существующими методами и могут привести к ошибкам при принятии решений. Таким образом, актуальной является задача создания эффективных методов определения технического состояния ЭПА.
Цель и задачи работы. Целью работы является повышение уровня безопасной эксплуатации атомных станций на основе совершенствования методов оценки технического состояния ЭПА с использованием информационно - измерительной системы выявления электромеханических дефектов на ранней стадии их развития.
Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:
Проведение сравнительного анализа современных методов обработки сигналов и диагностирования ЭПА.
Разработка метода обработки диагностического (токового) сигнала для удаления его шумовых составляющих, без потери информации о происходящих процессах при работе ЭПА.
Разработка метода построения огибающей диагностического (токового) сигнала, который в отличие от традиционных не вносит существенных искажений в форму сигнала и более точно отражает изменение амплитудной модуляции.
Разработка метода анализа частотных составляющих диагностического (токового) сигнала, повышающего достоверность результатов диагностирования технического состояния ЭПА.
Экспериментальная оценка эффективности предлагаемых в диссертационной работе методов обработки диагностических сигналов.
Создание информационно - измерительной системы для диагностического обследования электроприводной арматуры на основе предлагаемых методов.
Методы исследования. Для анализа токовых сигналов ЭПА использовались методы математического, вейвлет, спектрального и статистического анализов. Исследования проводились на экспериментальной установке и действующей ЭПА с помощью информационно-измерительной системы.
Научная новизна работы заключается в результатах исследований проявлений дефектов электромеханического оборудования в токовых сигналах:
Установлено, что существенным фактором снижения чувствительности методов обработки измеряемых диагностических (токовых) сигналов является наличие в них нестационарностей.
Обосновано повышение эффективности диагностического обследования за счет использования в методах обработки:
дискретного вейвлет - преобразования с выбором базисной функции Морле по критерию минимума энтропии для снижения уровня шумовой компоненты;
демодуляции сигнала при помощи построения огибающей с использованием двух скользящих средних;
непрерывного вейвлет - преобразования для анализа частотных составляющих в измеряемых диагностических (токовых) сигналах, обладающих наибольшей информативностью.
Практическая ценность работы:
Разработаны методы, позволяющие проводить обработку токовых сигналов электродвигателей ЭПА в условиях АЭС и обнаруживать дефекты на ранней стадии их развития.
Установлена связь между наличием дефекта в виде «уменьшенной толщины зуба червячного колеса» и изменениями коэффициентов непрерывного вейвлет -преобразования.
Показана возможность проведения оценки несимметрии фазных токов с помощью непрерывного вейвлет - преобразования по токовому сигналу в одной фазе.
Предложена информационно - измерительная система анализа токовых сигналов, содержащих нестационарности.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Метод снижения уровня шумовой компоненты диагностического сигнала, базирующийся на использовании дискретного вейвлет - преобразования с выбором базисной функции Морле.
Метод построения огибающей диагностического (токового) сигнала с использованием двух скользящих средних.
Метод анализа частотных составляющих в измеряемых диагностических (токовых) сигналах на основе использования непрерывного вейвлет - преобразования, обладающих наибольшей информативностью.
Соответствие паспорту специальности. Указанная область исследований соответствует специальности 05.11.16 - «Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении)», а именно: пункту 4 - «Методы и системы программного и информационного обеспечения процессов обработки и испытаний образцов информационно-измерительных и управляющих систем»; пункту 5 - «Методы анализа технического состояния, диагностики и идентификации информационно-измерительных и управляющих систем»; пункту 6 - «Исследование возможностей и путей совершенствования существующих и создания новых элементов, частей, образцов информационно-измерительных систем, улучшение их технических, эксплуатационных, экономических и эргономических характеристик, разработка новых принципов построения и технических решений».
Внедрение результатов работы.
Результаты диссертационной работы используются на Нововоронежской АЭС при проведении диагностического обследования ЭПА.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и
обсуждались на следующих конференциях и семинарах: «27-29 Курчатовские чтения»,
2008 - 2010гг., г. Волгодонск; региональная научно - практическая конференция
«Состояние и перспективы развития строительства и безопасной эксплуатации
Волгодонской АЭС», 2008 - 2010гг., г. Волгодонск; региональная научно - практическая
конференция «Состояние и перспективы развития строительства и ввода в эксплуатацию
второго блока Ростовской АЭС», 2009 - 2010гг., г. Волгодонск; научно практическая
конференция студентов и преподавателей Волгодонского инженерно-технического
института НИЯУ МИФИ «Студенческая весна», 2011г., г. Волгодонск; VII Международная
научно - практическая конференция «Безопасность ядерной энергетики»,
2011г., г. Волгодонск.
Личный вклад автора. Все научные и практические результаты, а именно: анализ методов диагностирования ЭПА, разработка требований к предложенному методу диагностирования, создание методов первичной обработки данных, шумоподавление (вейвлет), выделение признаков и классификация дефектов, разработка комплексного метода обнаружения дефектов ЭПА, получены автором лично.
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано восемь печатных работ, четыре из которых опубликованы в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложений, изложенных на 143 страницах, в том числе 22 таблицы, 100 рисунков. Список используемой литературы содержит 92 наименования.
