Информационно-измерительная система для диагностирования электроприводной арматуры атомных станций на основе вейвлет-преобразования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат технических наук Синельщиков, Павел Владимирович

• Синельщиков, Павел Владимирович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Синельщиков, Павел Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОПРИВОДНОЙ АРМАТУРЫ

1.1 Электроприводная арматура как объект диагностирования

1.2 Техническое обслуживание и ремонт электроприводной арматуры

1.3 Информационно-измерительные системы для определения технического состояния электроприводного оборудования энергоблоков АЭС

1.4 Методы диагностирования электроприводной арматуры

1.4 Л Методы виброакустической диагностики

1.4.2 Методы, основанные на анализе активной мощности

1.4.3 Методы, основанные на анализе токового сигнала

1.4.4 Измеренные и расчетные диагностические параметры

1.4.5 Поля допусков на диагностические параметры

1.4.6 Анализ спектра токового сигнала

1.4.7 Достоинства и недостатки методов диагностирования с использованием

39

токового сигнала

1.5 Цели и задачи работы

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДНОЙ АРМАТУРЫ

2.1 Фильтрация токового сигнала

2.2 Метод построения огибающей токового сигнала с использованием «двух

скользящих средних»

2.3 Метод анализа частотных составляющих токового сигнала с использованием

непрерывного вейвлет-преобразования

2.4 Диагностическое обследование ЭПА с использованием предлагаемых

методов

Выводы по второй главе

3. АНАЛИЗ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

3.1 Метрологические характеристики информационно-измерительной системы диагностирования ЭПА

3.2 Использование непрерывного вейвлет-преобразования в цифровой

информационно-измерительной системе диагностирования ЭПА

Выводы по третьей главе

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛАГАЕМЫХ В ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

4.1 Испытательная установка и её технические характеристики

4.2 Проведение экспериментов на испытательном стенде и анализ полученных

результатов

Выводы по четвертой главе

5. ИНФОРМАЦИОННО - ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДНОЙ АРМАТУРЫ

5.1 Информационно - измерительная система технической диагностики

электроприводной арматуры

5.2 Технические характеристики ЭПА, выбранной для проверки эффективности результатов диагностирования

5.3 Диагностирование ЭПА с использованием ранее известных и предлагаемых в диссертационной работе методов

5.4 Сравнительный анализ существующих и предлагаемых методов

диагностирования электроприводной арматуры

Выводы по пятой главе

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. Перечень возможных дефектов ЭПА и соответствующих им

отклонений диагностических параметров

Приложение Б. Теоретические значения частот вращения элементов испытательной

установки

Приложение В. Теоретические значения частот вращения элементов привода ЭПА

типоразмера 1010-100-Э2

Приложение Г. Акт внедрения результатов диссертационной работы

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

ЭПА - электроприводная арматура

ППР - планово-предупредительный ремонт

ИИС - информационно-измерительная система

ТОиР - техническое обслуживание и ремонт

СКЗ - среднеквадратичное значение

ФНЧ - фильтр нижних частот

ПГ - преобразование Гильберта

ДВП - дискретное вейвлет - преобразование

НВП - непрерывное вейвлет - преобразование

АЦП - аналого-цифровое преобразование

КВ - концевые выключатели

НТД - нормативно-техническая документация

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Информационно-измерительная система для диагностирования электроприводной арматуры атомных станций на основе вейвлет-преобразования»

ВВЕДЕНИЕ

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 детальным анализом отдельных информативных участков, а также построение и анализ частотного спектра токового сигнала.

Следует отметить, что существующие методы обработки результатов не обладают достаточной степенью достоверности при диагностировании оборудования в реальных условиях эксплуатации, что в свою очередь не всегда позволяет дать однозначное заключение о наличии конкретного дефекта. Это связано как с недостаточной чувствительностью самих методов, так и вносимыми помехами от внешних электромагнитных полей или случайными шумами.

Таким образом, большое значение в развитии отечественной диагностики имеет создание новых, обладающих высокой точностью методов оценки 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:

1. Проведение сравнительного анализа современных методов обработки диагностических сигналов ЭПА.

2. Разработка метода обработки диагностического (токового) сигнала с учетом фильтрации шумовых составляющих, без потери информации о происходящих

процессах при работе ЭПА.

3. Разработка метода построения огибающей, которая более точно отражает

изменения токового сигнала во времени.

4. Разработка метода анализа частотных составляющих диагностического (токового) сигнала, повышающего достоверность результатов диагностирования

Заключение диссертации по теме «Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)», Синельщиков, Павел Владимирович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате выполненной работы получены следующие выводы:

1. Установлено, что наличие в диагностическом (токовом) сигнале нестационарностей не позволяет дать однозначную оценку технического состояния элементов ЭПА при помощи существующих методов обработки. Повышение достоверности диагностического обследования может быть осуществлено за счет совершенствования методов обработки диагностических (токовых) сигналов.

2. Экспериментально установлено, что одной из причин недостаточной достоверности применяемых методов является искажение токового сигнала различными помехами. Проведенные исследования тестовых и реальных токовых сигналов подтвердили возможность повышения точности методов диагностирования ЭПА при помощи дискретного вейвлет - преобразования с выбором базисной функции Морле по критерию минимума энтропии.

3. Предложен метод построения огибающей диагностического (токового) сигнала с использованием «двух скользящих средних», который, в отличие от традиционных методов, наиболее точно отражает изменение амплитуды токового сигнала во времени за счет использования при построении огибающей фактических, а не усредненных значений.

4. На основе проведенного анализа установлены преимущества вейвлет - преобразования по сравнению с анализом спектров сигналов с использованием преобразования Фурье, заключающиеся в возможности локализации существующих нестационарностей диагностического (токового) сигнала и восстановления его частотных составляющих.

5. Установлены основные источники погрешности измерения токовых сигналов, что позволило определить состав ошибки измерения ИИС при диагностировании ЭПА. Сформулированы требования к параметрам ИИС, при которых обеспечивается заданная точность.

6. Экспериментальные исследования показали, что непрерывное вейвлет - преобразование обладает большей чувствительностью к изменениям амплитуд частотных составляющих диагностического (токового) сигнала и позволяет осуществлять мониторинг их изменения.

7. Установлено, что использование метода диагностирования на основе непрерывного вейвлет - преобразования позволяет обнаружить дефекты электромеханической части ЭПА на более ранних стадиях их развития. Полученные результаты обладают достаточной достоверностью за счет использования анализа нестационарностей токового сигнала во времени.

8. Разработанная методика положена в основу создания ИИС диагностического обследования технического состояния ЭПА. Получены положительные результаты использования ИИС для диагностирования ЭПА в период проведения ППР на Ростовской АЭС.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Синельщиков, Павел Владимирович, 2012 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авраменко A.A., Камынин П.А. Вибрационная диагностика выкрашивания в зубчатых передачах // Динамика станков: Тез. докл. Всесоюзн. науч.-техн. конф. — Куйбышев: Куйбыш. политехнический институт, 1980. —С. 11-12.

2. Адаменков А.К., Адаменков К.А., Веселова И.Н. Диагностирование - один из основных инструментов ресурсосберегающей технологии в энергетике. Повышение эффективности производства электроэнергии // Материалы V международной научно-технической конференции в г.Новочеркасске 26-28 октября 2005г. - Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2005. С.141-144.

3. Адаменков А.К., Веселова И.Н. Диагностика технического состояния электроприводной арматуры //«Электрические станции». № 2. 2007. С. 53-56.

4. Адаменков А.К., Веселова И.Н., Козырев В.Д. Ваттметрия-диагностика электропроводной арматуры по мощности - возможность перехода от ремонта по регламенту к ремонту по техническому состоянию // Трубопроводная арматура и оборудование. № 1(22). — М., 2006. — С. 30-31.

5. Адаменков К.А. Методы шумовой диагностики оборудования первого контура Нововоронежской АЭС. Вопр. атомной науки и техники. Физика и техника ядерных реакторов, 1981, № 6 (19), с. 73-76, 3 ил. -библиогр.: 3 назв. — 167 с.

6. Акимова H.A., Котеленец Н.Ф., Сентюрихин Н.И. Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт электрического и электромеханического оборудования — М.: ACA-DEMA, 2004. — 296 с.

7. Алексеев, К.А. Обработка сигналов и изображений\Wavelet

Та/~»*-»а'т'тхтто/-«тгтхе» т ттттгК'гтххтт-'а Г^тт^хсгтлг^ттттчй Г>£»Г»Л7Г\л! - TTRT

http://matlab.exponenta.ru/wavelet/book7/

8. Аркадов Г.В., Павелко В.И., Усанов А.И. Виброшумовая диагностика ВВЭР — М.: Энергоатомиздат, 2004. - 344 с.

9. Аркадов Г.В., Павелко В.И., Финкель Б.М. Системы диагностирования ВВЭР — М.: Энергоатомиздат, 2010. — 391 с.

10. Астафьев Н.М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения // Успехи физ. наук. — М., 1996. Т. 166, № 11. _ С. 1145-1170.

П.Балицкий Ф.Я., Иванова М.А., Соколова А.Г., Хомяков Е.И. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов. — М.: Наука,

1984. — 120 с.

12. Барков А Современные возможности вибродиагностики машин и оборудования. Контроль. Диагностика. — М., октябрь 2007.

13. Барков A.B. Диагностика и прогнозирование технического состояния подшипников качения по сигналу вибрации. — М.: Судостроение,

1985, №3, —С. 21-23.

14. Барков A.B., Баркова H.A., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации — СПб.: Изд. Центр СПбМТУ, 2000. — 170 с.

15. Баркова H.A. Оптимизация методов диагностики подшипников качения по высокочастотной вибрации // Сб. Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования. Выпуск 15.— СПб., 2001. — С. 21-23.

16. Биргер И. А. Основы технической диагностики / И. А. Биргер — М.: Машиносроение, 1978. —240 с.

17. Веселова И.Н. Метод диагностирования электроприводной арматуры атомных и тепловых станций: дис. ... канд. тех. наук: 05.04.11 / Ирина Николаевна Веселова. - М, 2007. - 143с.

18. Воробьев В.И., Грибунин В.Г. Теория и практика вейвлет преобразования — ВУС, 1999. — 204 с.

19. Генкин М.Д. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов — М.: Наука, 1984. — 112 с.

20. Генкин М.Д., Балицкий Ф.Я., Бобровницкий Ю.И. и др. Вопросы акустической диагностики. - В кн.: Методы виброизоляции машин и присоединенных конструкций — М.: Наука, 1975. — С. 67-91.

21. Гиттис Э.И., Пискулов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи — М.: Энергоиздат, 1981. —360 с.

22. ГОСТ 27.003-90. Надёжность в технике. Состав и общие правила задания требований по надёжности: Введ. 01.01.91. М., 1990. 21 с.

23. ГОСТ Р 51317.3.3-2008 Ограничение изменений напряжения, колебаний напряжения и фликера в низковольтных системах электроснабжения общего назначения. Технические средства с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе), подключаемые к электрической сети при несоблюдении определенных условий подключения. Нормы и методы испытаний — М., 2009. — 19 с.

24. ГОСТ Р 52720-2007. Арматура трубопроводная промышленная. Термины и определения: Введ. 01.01.2008. М., 2007. 13 с.

25. ГОСТ Р ИСО 17359-2009. Контроль состояния и диагностика машин. Общее руководство по организации контроля состояния и диагностирования: Введ. 01.01.2011. М., 2009. 30 с.

26. Гуревич Д.Ф., Ширяев В.В., Пайкин И.Х. Арматура атомных электростанций — М.: Энергоиздат, 1982. —312 с.

27. Дискретное вейвлет-преобразование [Электронный ресурс] — URL: http://ш.wikipedia.org/wiki/Диcкpeтнoe_вeйвлeт-пpeoбpaзoвaниe

28. Добеши И. Десять лекций по вейвлетам. / Пер. с англ. — Ижевск:

НИЦ регулярная и хаотическая динамика, 2001. — 464 с.

29. Дремин И.М., Иванов О.В., Нечетайло В.А. Вейвлеты и их использование — Том 171, №5 — М., 2001. — 37 с.

30. Дремин И.М., Иванов О.В., Нечетайло В.А. Вейвлеты и их использование. — т. 171, № 5 — М.: Успехи физических наук, 2001. — с. 465-561

31. Ефимов В.М. Квантование по времени при измерении и контроле — М.: Энергия, 1969. — 89 с.

32. Китаев В.Е., Ю.М. Корхов, Свирин В.К. Электрические машины. Ч. II. Машины переменного тока: Учеб. Пособие для техникумов /Под ред. В.Е. Китаева. —М.: Высш. Школа, 1978. — 184 с.

33. Корепанов В.В. Использование вейвлет-анализа для обработки экспериментальных вибродиагностических данных: метод, материал к спецкурсу «Современные проблемы механики»/авт.-сост.: В.В. Корепанов, М.А. Кулеш, И.Н. Шардаков; Перм.ун-т. — Пермь, 2007. — 64с.

34. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. В 2-х тт. Т. 2. — М.: Мир, 1983. — 312, 257 с.

35. Методика изменения периодичности технического обслуживания и ремонта арматуры 3 и 4 классов безопасности Балаковской АЭС. MJI,2,3,4. ОППР/91/ОО. —М., 1991. —167 с.

36. Методика контроля и диагностики электроприводной арматуры АЭС. Концерн «Росэнергоатом». — М., 2002. — 143 с.

37. МТ 1.2.3.02.999.0085-2010. Методика диагностирования трубопроводной электроприводной арматуры — М., 2010. — 239 с.

38. Научно-производственный комплекс «Крона» [Электронный ресурс] - URL: http://npk-krona.ru.

39. Новиков Л.В. Спектральный анализ сигналов в базисе вейвлетов:

Научное приборостроение, том 10, №3 / Л.В. Новиков— СПб.: Институт аналитического приборостроения РАН, 2000. — С. 57-64.

40. Новиков. Л. В. Основы вейвлет-анализа сигналов. Учебное пособие — СПб.: Изд-во ООО "МОДУС+", 1999. — 152 с.

41. НП 068-05. Трубопроводная арматура для атомных станций. Общие технические требования: Введ. 05.07.2006. М., 2005. — 76 с.

42. НП-001-97. Общие положения обеспечения безопасности атомных станций (ОПБ-88/97) — М., 1997. — 48 с.

43. НП-011-99. Требования к обеспечению качества для АС— М., 1999. — 102 с.

44. Ождихин Г.М., Попов О.Б. Компактное представление звукового сигнала с использованием адаптивной фильтрации / Материалы Международной научно-технической конференции, ЮТЕИМАТЮ - 2011, часть 3// — М.:МИРЭА, 2011. —С. 149-151.

45. Оппенгейм А., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов. — Изд. 2-е, испр. — М.: «Техносфера», 2007. — 856 с.

46. ОСТ 26-07-818-80. Арматура трубопроводная. Методика определения показателей надёжности по результатам испытаний на надёжность. — М., 1980. — 65 с.

47. Пензтяжпромарматура. Каталог. «Трубопроводная арматура для атомной энергетики». — Пенза, 2002. — 33 с.

48. Петухов А.П. Введение в теорию базисов всплесков: Учебное пособие — СПб.: СПбГТУ, 1999. — 132 с.

49. Петухов В. Соколов В. Диагностика состояния электродвигателей. Метод спектрального анализа потребляемого тока // Новости электротехники. — № 1,2005 — 71 с.

50. ПНАЭГ-01-011-97. «Общие положения обеспечения безопасности

атомных станций» (ОПБ-88/97). — М., 1997. — 44 с.

51. ПНАЭГ-7-008-89. «Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок». — М., 1999. —56 с.

52. Прыгунов А.И. Анализ формы: новый метод исследования сигналов [Электронный ресурс] —!ЖЬ: http://www.vibration.ru/wavelet2.shtml

53. Рабинович С.Г. Погрешности измерений — Л.: Энергия, 1978. —

197 с.

54. РД 95.028.003-92. Система технического обслуживания и ремонта АС. Техническое обслуживание оборудования и систем. Основные положения: Введ. 05.07.1993. М., 1992. 134 с.

55. РД ЭО 0069-97. Правила организации технического обслуживания и ремонта систем и оборудования атомных станций: Введ. 01.10.1997. М., 1997. 167 с.

56. РД ЭО 0086-97. Система технического обслуживания и ремонта оборудования атомных станций. Технологическая документация на ремонт. Виды и комплектность. Правила построения, изложения и оформления: Введ. 01.10.1997. М., 1997. 114 с.

57. РД ЭО 0318-01. Метрологическое обеспечение неразрушающего контроля и диагностики на атомных станциях. Основные положения: Введ. 02.03.2002. М., 2001. 69 с.

58. РД ЭО 0348-02. Основные правила обеспечения эксплуатации атомных станций (ОПЭ АС): Введ. 05.10.2002. М, 2002. 135 с.

59. РД ЭО 0420-02.Типовое положение о диагностическом подразделении на АЭС: Введ. 01.02.2003. М., 2002. 89 с.

60. РД ЭО 1.1.2.01.0190-2010. Положение по оценке технического состояния и остаточного ресурса трубопроводной арматуры энергоблоков

атомных станций. Введ. 01.06.2011. М., 2011. 19 с.

61. РД ЭО 1.1.2.01.0769-2008. Организация ремонта оборудования атомных станций по техническому состоянию— М., 2002. — 69 с.

62. РД ЭО-0648-2005. Положение о техническом диагностировании электроприводной промышленной арматуры на энергоблоках атомных станций концерна «Росэнергоатом»: Введ. 01.01.1996. М., 2002. 67 с.

63. Розенберг Г.Ш. Вибродиагностика: Моногр. /Г.Ш. Розенберг, Е.З. Мадорский, Е.С. Голуб и др.; Под ред. Г.Ш. Розенберга. - СПб.: ПЭИПК, 2003. — 284 с.

64. Русов В.А. Спектральная вибродиагностика — Пермь, 1996. —

176 с.

65. Синелыциков П.В. Анализ изменения частотных составляющих токового сигнала электроприводной арматуры методом непрерывного вейвлет преобразования. Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики: Материалы IX Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 29 сент. 2008 г. / Юж.-Рос. Гос. Техн. Ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2008. - 67 с.

66. Синелыциков П.В., Бабенко Р.Г., Новожилов A.C. Особенности обработки токового сигнала при диагностировании электроприводной арматуры. Известия высших учебных заведений: Северо - Кавказский регион. Технические науки. Состояние и перспективы строительства и безопасной эксплуатации Волгодонской АЭС. / Юж.-Рос. Гос. Техн. Ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2008. - 47с.

67. Синелыциков П.В., Белых Г.А., Новожилов A.C. К вопросу оценки технического состояния однотипной электроприводной арматуры. Известия высших учебных заведений: Северо - Кавказский регион. Технические науки. Состояние и перспективы строительства и безопасной эксплуатации

Волгодонской АЭС. / Юж.-Рос. Гос. Техн. Ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2007. - 58 с.

68. Синелыцнков П.В., Гольдберг В.Ф., Новожилов A.C. Опыт эксплуатации и анализ работы приводов электроприводной арматуры. Известия высших учебных заведений: Северо - Кавказский регион. Технические науки. Состояние и перспективы строительства и безопасной эксплуатации Волгодонской АЭС. / Юж.-Рос. Гос. Техн. Ун-т (НПИ). -Новочеркасск: ЮРГТУ, 2008. - 70 с.

69. Синелыциков П.В., Новожилов A.C. Использование непрерывного вейвлет преобразования для диагностирования электроприводной арматуры: Инженерный вестник Дона №2 2009 г. [Электронный источник] — URL: http://ivdon.ru/magazine/archive/nly2009/109/, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. рус.

70. Синелыциков П.В., Чернов A.B. Использование непрерывного вейвлет преобразования для анализа токового сигнала при диагностировании дефектов в червячной передаче: Инженерный вестник Дона №3 2011 г. [Электронный источник] — URL: http://ivdon.ru/magazine/latest/n3y2011/500/, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. рус.

71. Синелыциков П.В., Чернов A.B., Никифоров В.Н. Алгоритм построения огибающей токового сигнала электроприводной арматуры. Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики: Материалы VIII Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 28 сент. 2007г./ Юж.-Рос. гос. техн. Ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2007. - С. 83-88.

72. Сипайлов Г.А., Кононенко Е.В., Хорьков К.А. Электрические машины (специальный курс). Высшая школа — М., 1987. — 287 с.

73. Сиротин Д. В. Информационно-измерительная система для диагностики электроприводной арматуры АЭС: дис. канд. тех. наук: 05.11.16:

защищена 14.12.06 / Сиротин Дмитрий Викторович. — Волгоград, 2006. — 127 с.

74. Сиротин Д.В. Использование параметров токового сигнала электродвигателя для оценки технического состояния электромеханического оборудования // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки, 2006 г. - С.57-62.

75. Смоленцев Н.К. Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в MATLAB — М.: ДМК Пресс, 2005. — 304 с.

76. Таран В.П. Диагностирование электрооборудования— К.: Техшка, 1983. —200 с.

77. Техническое решение №5-14/24 TP от 01.10.2001 о применении положений новой редакции нормативного документа "Арматура для оборудования и трубопроводов АЭС. Общие технические требования". — М., 2001. —25 с.

78. Цветков Э. И. Алгоритмические основы измерений / Э. И. Цветков — СПб.: Энергоатомиздат, 1992. — 256 с.

79. Цветков Э.И. Расчетное оценивание характеристик погрешностей — СПб., 2002. —345 с.

80. Цветков Э.И. Основы математической метрологии— СПб.: Политехника, 2005. — 510 е.: ил.

81. Чистяков А.Б., Парфёнов Б.М., Свешников В.К. Приводы и их элементы: Каталог - справочник — М.: Машиностроение, 1995. — 230 с.

82. Чуй К. Введение в вэйвлеты — М.: Мир, 2001. — 235 с.

83. Altug, S. Fuzzy Inference Systems Implemented on Neural Architectures for Motor Fault Detection and Diagnosis / S. Altug, C. Mo-Yuen, H. Joel Trussell : IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 46. —№ 6 1999. —22 c.

84. Bayir R., Kohonen Network based fault diagnosis and condition monitoring of serial wound starter motors / R. Bayir, O. F. Bay: IJSIT Lecture Note of International Conferense on Intelligent Knowledge Systems, Vol. 1, — № 1, 2004. — 45 c.

85. Carmona R., Hwang W-L., Torresani B. Practical Time-Frequency — San Diego: Academic Press, 1998. — 69 c.

86. Daubechies I. The wavelet transform, time-frequency localization and signal analysis. — IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 36, 1990, pp. 961-1005

87. Holschneider M. Wavelets: an Analysis Tool. — Oxford: Clarendon Press, 1995. —345 c.

88. Marques Cardoso, A.J. Inter-Turn Stator Winding Fault Diagnosis in Three-Phase Induction Motors, by Park's Vector Approach / A.J. Marques Cardoso, S.M.A. Cruz, D.S.B. Fonseca: IEEE Transaction on Energy Conversion, Vol. 14. — №3, 1999. —23 c.

89. Masuda A. Accurate Computation of Forward/Inverse Continuous Wavelet Transform — Kyoto Institute of Technology: Memoirs of the Faculty of Engineering and Design, 2002. — C. 9-19

90. NRC generic letter 89-10: Safety-related motor-operated valve testing and surveiliance-10 CFR 50.54 (f). June 28, 1989. Attachment A. Summary of Common Motor-Operated Valve Deficiencies, Misadjustments, and Degraded Conditions. Адрес в сети Интернет http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/gen-letters/, 1989. — 10 с.

91. Sweldens. W. The Lifting Scheme: A new Philosophy in Biorthogonal Wavelet Constructions. In Wavelet Applications in Signal and Image Processing III. — Proc. SPIE 2569, 1995, pp. 68-79.

92. Sweldens. W. The Lifting Scheme: A Construction of Second Generation — SIAM J. Math. Anal, vol. 29 (1997), №. 2. — pp. 511-546.

93. Thomson W. T. and Penrose K. "Industrial application of current signature analysis to diagnose faults in 3-phase squirrel cage induction motors," in Proceedings of the Annual Pulp and Paper Industry Technical Conference, pp. 205211,2000.

Перечень возможных дефектов ЭПА и соответствующих им отклонений _диагностических параметров [93]_

Наименование неисправности Возможные отклонения диагностических параметров Некоторые сопутствующие отклонения в спектре токового сигнала

1 2 3

Электродвигатель

Повреждения (дефекты) обмотки Несимметричность рабочего тока и напряжения в фазах (перекос фаз) более 10% Рост амплитуды частотной составляющей 2^ = 100Гц выше - 40дБ

Износ, поломка или отсутствие смазки подшипника на валу ЭД Волнистость временной огибающей с периодом волны, соответствующим обороту дефектных деталей подшипника. Рабочий ток больше номинального значения Появление в спектре частотных составляющих вращения дефектных деталей подшипника. Рост амплитуды этих составляющих в сравнении с эталоном. Наличие энергетических горбов «белого шума» в районе основных частот £эд и £эп

Биение вала ЭД Плавность рабочего хода ниже нормы Появление в спектре частотной составляющей, близкой по значению к частоте вращения выходного вала ЭД f в/в. Множественная однотональная модуляция Г эд и £эп

Несоответствие типа ЭД и ЭП, несоосность полумуфт зацепления ЭД и ЭП Плавность рабочего хода ниже нормы (< 75%). Рабочий ток в фазах больше номинального значения. Время открытия и закрытия (То, Тз) больше нормативного Рост амплитуды fэд и ее гармоник (24,4 и 48,8 Гц) выше - 40дБ. Однотональная модуляция £эд частотой вращения ЭП

Отклонения в работе ЭД Пусковой ток значительно превышает рабочий. Большое время пуска ЭД. Большое время отключения ЭД при окончании открытия и закрытия. Рабочий ток больше номинального значения. Время открытия, закрытия больше нормативного. Разница времени открытия и закрытия больше допустимого значения (более 5%) Рост амплитуды £эд выше - 40дБ

КЗ в обмотках статора ЭД Плавность рабочего хода в одной из фаз отличается от плавности в двух других фазах более чем на 10% Появление в спектре этой же фазы однотональной модуляции основных частот ЭД и редуктора ЭП

Нет зацепления ЭД и ЭП Отсутствует перемещение запорного органа - нет сигнала -

Редуктор электропривода

Биение выходного вала То и Тз больше нормативного (в зависимости от степени развития дефекта). Плавность рабочего хода ниже нормы (< 75% - одинаково во всех трех фазах) Множественная однотональная модуляция Гэп в районе «несущей» частоты & = 50 Гц

1 2 3

Износ кинематических пар редуктора, поломка зубьев зубчатых передач Общий люфт кинематических пар больше нормы (тл > 14). Отклонение формы огибающей активной мощности (токового сигнала) в виде периодических выбросов с частотой вращения выходного вала ЭП (одинаково во всех тех фазах). То и Тз больше нормативного. Плавность рабочего хода ниже нормы (< 75% - одинаково во всех трех фазах) Появление в спектре модуляции «несущей» частоты Ш = 50 Гц частотой вращения кинематических пар и выходного вала редуктора ЭП. Асимметрия спектра относительно йн

Дефект, поломка подшипников червячного вала редуктора Плавность рабочего хода ниже нормы (< 75% - одинаково во всех трех фазах) Появление горба "белого шума" в районе « несущей» частоты = 50 Гц) и частоты вращения выходного вала редуктора ЭП и ЭД. Модуляция «несущей» частоты частотой вращения кинематической пары «червяк -червячное колесо»

Односторонний износ в червячной паре Мощность на рабочем ходе при открытии Рро больше мощности при закрытии Ррз более чем на 20%. Плавность рабочего хода ниже нормы (< 75% - одинаково во всех тех фазах) Модуляция «несущей» частоты частотой вращения кинематической пары «червяк -червячное колесо» ^эп). Отличие спектров при открытии и закрытии арматуры

Недостаточно смазки или загрязнение смазки в редукторе ЭП Плавность рабочего хода ниже нормы (одинаково во всех трех фазах). Пусковой ток (Рп) значительно превышает рабочий (Рр). То и Тз больше нормативного. Появление в спектре характерного горба (горбов), "белого шума" в районе ГЭд, fэп и частот fzi зубозацепления в зубчатых передачах редуктора ЭП. Рост амплитуд гармоник fэп, £эд, fzi

Посторонний предмет в редукторе ЭП Плавность рабочего хода ниже нормы (< 75%). Отклонение формы огибающей сигнала активной мощности (токового сигнала) в виде периодических выбросов с частотой вращения кинематической пары с посторонним предметом (одинаково во всех трех фазах). То и Тз больше нормативного Появление в спектре характерного горба (горбов) "белого шума" в районе частоты вращения кинематической пары, в которой находится посторонний предмет

Ошибочная настройка ограничителей момента То и Тз больше нормативного. Большой момент затяга (1з-1р/1р>15% или >30%). Форма сигнала при затяге отличается от формы, характерной для данного типоразмера арматуры (одинаково во всех трех фазах). Отсутствует затяг при закрытии и срыв при открытии, характерные для данного типоразмера аоматуиы

1 2 3

Ходовой узел

Дефекты (износ) резьбовой части ходового узла. Тугой ход, рывки, заедание Отклонение формы огибающей токового сигнала (сигнала активной мощности) на рабочем ходе от эталонной для данного типоразмера арматуры (повышение усилия на шпинделе в нижнем положении - рост момента при закрытии). Плавность рабочего хода ниже нормы (< 75% - одинаково во всех трех фазах). Волнистость (серия пиков) огибающей тока или мощности на рабочем ходе. Повышенная нагрузка на ЭД. Биение выходного вала ЭП Появление в спектре составляющей с частотой вращения ходового узла. Появление горбов «белого шума» в районе Гэп, fэд, 1ху. Рост амплитуды fэд выше - 40 дБ. Однотональная модуляция 1н, fэп, 1эд частотой вращения ходового узла 1ху

Дефекты (износ) или загрязнение упорно-радиальных подшипников То и Тз больше нормативного. Плавность рабочего хода ниже нормы (< 75% - одинаково во всех трех фазах). Отклонение формы огибающей токового сигнала (сигнала активной мощности) на рабочем ходе от эталонной для данного типоразмера арматуры. Значительная нагрузка на ЭД Появление в спектре составляющей с частотой вращения ходового узла. Появление горбов «белого шума» в районе Гэп, Гэд, &у. Рост амплитуды 1эд выше - 30 дБ. Выраженная асимметрия спектра относительно йн

Потеря формы (деформация) пружинных блоков То и Тз больше нормативного. Плавность рабочего хода ниже нормы (< 75% - одинаково во всех трех фазах). Отклонение формы огибающей токового сигнала (сигнала активной мощности) на рабочем ходе от эталонной для данного типоразмера арматуры. Значительная нагрузка на ЭД Появление в спектре составляющей с частотой вращения ходового узла. Появление горбов «белого шума» в районе fэп, 1"эд, &у. Рост амплитуды £эд выше - 30 дБ. Выраженная асимметрия спектра относительно &

Шток (шпиндель)

Затирание штока (тугой ход) из-за отсутствия смазки или ее загрязнения То и Тз больше нормативного. Рост (спад) усилия на рабочем ходе. Нарушена плавность рабочего хода. Повышенная нагрузка на ЭД. Биение выходного вала ЭП Появление горба «белого шума» в районе 1эп, fэд, 1ху и их гармоник. Рост амплитуды fэд (25 и 75 Гц) выше - 40 дБ. Множественная однотональная модуляция £эп, fэд, &у

Затирание штока (тугой ход) из-за слишком тугой набивки сальника То и Тз больше нормативного. Рро отличается от Роз более 5%, (но не более чем на 20%). Постепенный рост (спад) с последующим спадом (ростом) усилия на рабочем ходе (холм). Нарушена плавность хода. Повышенная нагрузка на ЭД. Биение выходного вала ЭП Рост амплитуды fэд (25 и 75 Гц) выше - 40 дБ. Рост амплитуды 1эп. Множественная однотональная модуляция fэп, fэд, 1ху

1 2 3

Слабая набивка сальника (возможен пропуск среды) Рро отличается от Роз более 5%, (но не более чем на 20%) Появление горба «белого шума» в районе £эп, Гэд, &у и их гармоник. Рост амплитуды Гэд (25 и 75 Гц) выше - 40дБ. Модуляция «несущей» частоты 50 Гц частотами вращения кинематических пар редуктора ЭП

Трещины, задиры, царапины, корро-зионные повреж-дения, износ поверхности штока в зоне сальникового узла (тугой ход) Нарушена плавность рабочего хода. Отклонения формы огибающей на рабочем ходе (скачки) Появление горба «белого шума» в районе fэп, fэд, &у

Нарушение геометрии (искривление) штока Нарушена плавность рабочего хода в месте повреждения. Отклонения формы огибающей от характерной для данного типоразмера на отдельных участках рабочего хода Появление горбов «белого шума» в районе fэп и fэд. Рост амплитуды £эд (25 и 75 Гц) выше - 40 дБ. Увеличение ширины частотной полосы

Запорный 01 рган

Заедание, заклинивание, залипание, прикипание запорного органа в седле (дефекты наплавленной уплотнительной поверхности) То и Тз больше нормативного. ЛТ больше допустимого значения. Большой момент срыва при открытии и затяга при закрытии. Большое время уплотнения запорного органа при закрытии (т)з. Форма сигнала при срыве и затяге отличается от характерной для данного типоразмера арматуры

Тугая посадка в седло (дефекты наплавленной уплотнительной поверхности, дефекты направляющих) Отклонение формы огибающей токового сигнала и сигнала активной мощности от эталона -плавное нарастание I и Р во второй половине рабочего хода при закрытии. Превышение тока срыва 1с/1р>50%

Отрыв запорного органа Форма сигнала в зоне срыва при открытии отличается от характерной для данного типоразмера арматуры. Отсутствует момент срыва при открытии. Отсутствует момент затяга при закрытии

1 2 3

Сильфонный узел

Потеря Тоз>нормы. Рост амплитуды 5эд выше - 40дБ.

эластичности ДТ>нормы. Появление горба (горбов) «белого шума» в

сильфонных Расхождение Рро и Ррз на районе Гэп, £эд, fxy

гофр. рабочем ходе.

Перекосы и Плавность рабочего хода ниже

деформация нормы (< 75%).

гофр Отклонение формы огибающей

токового сигнала (сигнала

активной мощности) от

эталонного для данного

типоразмера:

- неровный ход огибающей;

- скачкообразное нарастание

усилия в ходе выполнения

операций «Открытие»,

«Закрытие»;

- волнистость огибающей на

рабочем ходе;

- бугор в средней части рабочего

хода.

Повышенная нагрузка на ЭД.

Биение выходного вала ЭП

Примечания:

ЭП - электропривод;

ЭД - электродвигатель;

30 - запорный орган;

То - время открытия арматуры,

Тз - время закрытия арматуры;

АТ - разность времени открытия и закрытия;

Уоз - плавность рабочего хода при выполнении операций «открытие» и «закрытие»;

1ро, 1рз - рабочий ток при выполнении операций «открытие» и «закрытие»;

1по, 1пз - пусковой ток при выполнении операций «открытие» и «закрытие»;

1с - ток срыва 30;

1з - ток затяга 30;

А - амплитуда частотной составляющей спектра;

йн - несушая частота;

Гэд - частота вращения вала электродвигателя;

£эп - частоты вращения деталей электропривода;

&у - частота вращения ходового узла;

^-частоты вращения деталей редуктора;

fz-i - частоты вращения деталей зубчатой передачи;

горбы «белого шума» - участки амплитудно-частотного спектра, отражающие нестационарную работу

отдельных узлов и деталей

Теоретические значения частот вращения элементов испытательной установки (частота вращения электродвигателя 1450

об/мин)

Таблица Б .1 - Частота вращения электродвигателя

№ Наименование частоты Значение, Гц

1 Частота вращения вала электродвигателя 24,17

Таблица Б.2 - Частоты вращения валов электропривода

№ Наименование частоты Значение, Гц

1 Частота вращения червяка 24,17

3 Оборотная частота червячного колеса 1,22

4 Зубцовая частота червячного колеса 98

Таблица Б.З - Частоты подшипника 1 в редукторе на червяке

№ Наименование частоты Значение, Гц

1 Частота вращения сепаратора относительно наружного кольца, & 19,55

2 Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу, Ей 234,63

3 Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу, Гв 351,37

4 Частота вращения тел качения, 1тк 113,69

Таблица Б.4 - Частоты подшипника 2 в редукторе на червяке

№ Наименование частоты Значение, Гц

1 Частота вращения сепаратора относительно наружного кольца, & 19,38

2 Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу, & 174,43

3 Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу, 1в 265,07

4 Частота вращения тел качения, 1тк 113,36

Таблица Б.5 - Частоты подшипников 1и 2 в редукторе на колесе

№ Наименование частоты Значение, Гц

1 Частота вращения сепаратора относительно наружного кольца, & 0,99

2 Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу, & 10,92

3 Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу, Гв 15,94

4 Частота вращения тел качения, йк 6,31

Таблица Б.6 - Частоты подшипников 1 и 2 в двигателе

№ Наименование частоты Значение, Гц

1 Частота вращения сепаратора относительно наружного кольца, & 17,96

2 Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу, & 125,69

3 Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу, fв 216,14

4 Частота вращения тел качения, й?к 85,82

Таблица Б.7 - Частоты подшипников 1и 2 в тормозе

№ Наименование частоты Значение, Гц

1 Частота вращения сепаратора относительно наружного кольца, & 0,97

2 Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу, & 8,72

3 Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу, £в 13,25

4 Частота вращения тел качения, 1тк 5,67

Таблица Б.8 - Частоты подшипника 1и 2 в стойке

№ Наименование частоты Значение, Гц

1 Частота вращения сепаратора относительно наружного кольца, & 19,25

2 Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу, йн 173,24

3 Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу, 266,26

4 Частота вращения тел качения, 1тк 110,19

Теоретические значения частот вращения элементов привода ЭПА

типоразмера 1010-100-Э2

Таблица В. 1 - Частота вращения электродвигателя

№ Наименование частоты Значение, Гц

1 Частота вращения вала электродвигателя 24,17

Таблица В.2 - Частоты вращения валов электропривода

№ Наименование частоты Значение, Гц

1 Частота вращения червяка 24,17

3 Оборотная частота червячного колеса 0,36

4 Зубцовая частота червячного колеса 24,17

Таблица В.З - Частоты подшипника 1 в редукторе на червяке

№ Наименование частоты Значение, Гц

1 Частота вращения сепаратора относительно наружного кольца, {с 9,61

2 Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу, & 134,55

3 Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу, fв 203,78

4 Частота вращения тел качения, йгк 54,90

Таблица В.4 - Частоты подшипника 2 в редукторе на червяке

№ Наименование частоты Значение, Гц

1 Частота вращения сепаратора относительно наружного кольца, & 9,61

2 Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу, & 134,55

3 Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу, fв 203,78

4 Частота вращения тел качения, 1тк 54,90

Таблица В.5 - Частоты подшипников 1 и 2 в двигателе

№ Наименование частоты Значение, Гц

1 Частота вращения сепаратора относительно наружного кольца, & 8,87

2 Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу, & 62,09

3 Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу, Гв 107,08

4 Частота втащения тел качения, йк 42,22

Таблица В.6 - Частоты подшипника №8112

№ Наименование частоты Значение, Гц

1 Частота вращения сепаратора относительно наружного кольца, & 0,16

2 Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу, Ан 3,58

3 Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу, fв 4,59

4 Частота вращения тел качения, 1тк 1,42

Таблица В. 7 - Частоты подшипника № 113

№ Наименование частоты Значение, Гц

1 Частота вращения сепаратора относительно наружного кольца, & 19,25

2 Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу, & 173,24

3 Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу, fв 266,26

4 Частота вращения тел качения, йгк 110,19

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии

на атомных станциях" ОАО "Концерн Росэнергоатом"

ФИЛИАЛ

НОВОВОРОНЕЖСКАЯ АТОМНАЯ СТАНЦИЯ

«УТВЕРЖДАЮ» кл.н., директор филиала Нововоронежская атомная / 4 электростанция *

. . „ ,ч.....

- * _ Ч-__Поваров В Л.

\ 2011г.

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы младшего научного сотрудника ВИТИ БИЯУ МИФИ

Синелыцикова Павла Владимировича

«Информационно - измерительная система для диагностирования

электроприводной арматуры атомных станций на основе вейвлег -преобразования», представленной на соискание ученой степени: кандидата

технических наук

Комиссия в составе: председателя Зюбанова В.Г, - начальника отдела технической диагностики, членов комиссии Говорухин ЮЛ. - заместителя начальника отдела технической диагностики и Сысоева Н.П. - начальника лаборатории диагностики ЭПА - оформила настоящий акт о том, что диссертационная работа «Информационно - измерительная система для диагностирования электроприводной арматуры атомных станций: на основе вейвлег - преобразования» нашла практическое применение при проведений диагностического обследования электроприводной арматуры во время планово-предупредительного ремонта на блоках 3,4,5 Нововоронежской АЭС в 2011,

При этом были использованы следующие результаты;

- методы обработки токового сигнала электроприводной арматуры для получения диагностических признаков и выдачи заключения о техническом состоянии арматуры на основе их анализа;

- диагностические признаки наличия дефектов червяной передачи и несимметрии фазных токов в вейвлет - спектре;

- рекомендации по проведению оценки технического состояния электроприводной арматуры, разработанные в рамках диссертации.

Практическое использование указанных результатов позволяет:

- повысить качество формируемых диагностом заключений о техническом состоянии электролриводной арматуры;

- сохранить действующую процедуру оценки технического состояния электроприводной арматуры: но огибающей токового сигнала;

- сократить затраты на проведение ремонтных операций.

Председатель »миссии: $

Начальник отдела технической диагностики • ь - с^ВТ. Зюбанов

Члены комиссии:

Заместитель начальника отдела технической .,

диагностики _ _ (.1'._Ю,П, Говорухин

/л* ,

Начальник лаборатория диагностики Э11А ^,' >

Н.П. Сысоев