Про деякі особливості побудови інтелектуальних багаторівневих систем технічної діагностики електроенергетичних об'єктів
Сформульовано вимоги до систем діагностування електроенергетичного обладнання з урахуванням концепції Smart Grid. Розроблено узагальнену структуру інтелектуальної розподіленої багаторівневої системи технічної діагностики електроенергетичного обладнання, яка відповідає основним вимогам концепції Smar...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Технічна електродинаміка |
|---|---|
| Datum: | 2015 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електродинаміки НАН України
2015
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136409 |
| 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: | Про деякі особливості побудови інтелектуальних багаторівневих систем технічної діагностики електроенергетичних об'єктів / М.В. Мислович, Р.М. Сисак // Технічна електродинаміка. — 2015. — № 1. — С. 78-85. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-136409 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Мислович, М.В. Сисак, Р.М. 2018-06-16T11:42:05Z 2018-06-16T11:42:05Z 2015 Про деякі особливості побудови інтелектуальних багаторівневих систем технічної діагностики електроенергетичних об'єктів / М.В. Мислович, Р.М. Сисак // Технічна електродинаміка. — 2015. — № 1. — С. 78-85. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1607-7970 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136409 621.31+620.9.001 Сформульовано вимоги до систем діагностування електроенергетичного обладнання з урахуванням концепції Smart Grid. Розроблено узагальнену структуру інтелектуальної розподіленої багаторівневої системи технічної діагностики електроенергетичного обладнання, яка відповідає основним вимогам концепції Smart Grid: двосторонній обмін інформацією між елементами системи та децентралізація обчислювальних ресурсів. Сформулированы требования к системам диагностирования электроэнергетического оборудования с учетом концепции Smart Grid. Разработана обобщенная структура интеллектуальной распределенной многоуровневой системы технической диагностики электроэнергетического оборудования, которая соответствует основным требования концепции Smart Grid: двусторонний обмен информацией между элементами системы и децент- рализация вычислительных ресурсов. The main goal of the paper is development of structure of intelligent distributed multi-level system for technical diagnostics of power electrical equipment. The discussed system implements the following general principles: distribution of computational resources between different levels which is needed to support required periodicity of measurements and signal processing; structuring of the diagnostic information on hierarchical principle; classification of the diagnostic information by severity level for the optimization of information exchange. This structure of the developed system complies with the basic requirements of the Smart Grid concept: bi-directional exchange of information between system elements, and decentralization of computing resources. One possible implementation of the system is discussed, which consists of 4 hierarchical levels typical to an average power plant. The structure represents central diagnostic system, a number of local diagnostic systems and intelligent measuring devices. The paper details the logic of data exchange between different hierarchical levels and their main functions. uk Інститут електродинаміки НАН України Технічна електродинаміка Електроенергетичні системи та устаткування Про деякі особливості побудови інтелектуальних багаторівневих систем технічної діагностики електроенергетичних об'єктів О некоторых особенностях построения интеллектуальных многоуровневых систем технической диагностики электроэнергетических объектов On some peculiarities of design of intelligent multi-level systems for technical diagnostics of electric power facilities Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Про деякі особливості побудови інтелектуальних багаторівневих систем технічної діагностики електроенергетичних об'єктів |
| spellingShingle |
Про деякі особливості побудови інтелектуальних багаторівневих систем технічної діагностики електроенергетичних об'єктів Мислович, М.В. Сисак, Р.М. Електроенергетичні системи та устаткування |
| title_short |
Про деякі особливості побудови інтелектуальних багаторівневих систем технічної діагностики електроенергетичних об'єктів |
| title_full |
Про деякі особливості побудови інтелектуальних багаторівневих систем технічної діагностики електроенергетичних об'єктів |
| title_fullStr |
Про деякі особливості побудови інтелектуальних багаторівневих систем технічної діагностики електроенергетичних об'єктів |
| title_full_unstemmed |
Про деякі особливості побудови інтелектуальних багаторівневих систем технічної діагностики електроенергетичних об'єктів |
| title_sort |
про деякі особливості побудови інтелектуальних багаторівневих систем технічної діагностики електроенергетичних об'єктів |
| author |
Мислович, М.В. Сисак, Р.М. |
| author_facet |
Мислович, М.В. Сисак, Р.М. |
| topic |
Електроенергетичні системи та устаткування |
| topic_facet |
Електроенергетичні системи та устаткування |
| publishDate |
2015 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Технічна електродинаміка |
| publisher |
Інститут електродинаміки НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
О некоторых особенностях построения интеллектуальных многоуровневых систем технической диагностики электроэнергетических объектов On some peculiarities of design of intelligent multi-level systems for technical diagnostics of electric power facilities |
| description |
Сформульовано вимоги до систем діагностування електроенергетичного обладнання з урахуванням концепції Smart Grid. Розроблено узагальнену структуру інтелектуальної розподіленої багаторівневої системи технічної діагностики електроенергетичного обладнання, яка відповідає основним вимогам концепції Smart Grid: двосторонній обмін інформацією між елементами системи та децентралізація обчислювальних ресурсів.
Сформулированы требования к системам диагностирования электроэнергетического оборудования с учетом
концепции Smart Grid. Разработана обобщенная структура интеллектуальной распределенной многоуровневой
системы технической диагностики электроэнергетического оборудования, которая соответствует основным требования концепции Smart Grid: двусторонний обмен информацией между элементами системы и децент-
рализация вычислительных ресурсов.
The main goal of the paper is development of structure of intelligent distributed multi-level system for technical
diagnostics of power electrical equipment. The discussed system implements the following general principles:
distribution of computational resources between different levels which is needed to support required periodicity of
measurements and signal processing; structuring of the diagnostic information on hierarchical principle; classification
of the diagnostic information by severity level for the optimization of information exchange. This structure of the
developed system complies with the basic requirements of the Smart Grid concept: bi-directional exchange of
information between system elements, and decentralization of computing resources. One possible implementation of the
system is discussed, which consists of 4 hierarchical levels typical to an average power plant. The structure represents
central diagnostic system, a number of local diagnostic systems and intelligent measuring devices. The paper details the
logic of data exchange between different hierarchical levels and their main functions.
|
| issn |
1607-7970 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136409 |
| citation_txt |
Про деякі особливості побудови інтелектуальних багаторівневих систем технічної діагностики електроенергетичних об'єктів / М.В. Мислович, Р.М. Сисак // Технічна електродинаміка. — 2015. — № 1. — С. 78-85. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT mislovičmv prodeâkíosoblivostípobudoviíntelektualʹnihbagatorívnevihsistemtehníčnoídíagnostikielektroenergetičnihobêktív AT sisakrm prodeâkíosoblivostípobudoviíntelektualʹnihbagatorívnevihsistemtehníčnoídíagnostikielektroenergetičnihobêktív AT mislovičmv onekotoryhosobennostâhpostroeniâintellektualʹnyhmnogourovnevyhsistemtehničeskoidiagnostikiélektroénergetičeskihobʺektov AT sisakrm onekotoryhosobennostâhpostroeniâintellektualʹnyhmnogourovnevyhsistemtehničeskoidiagnostikiélektroénergetičeskihobʺektov AT mislovičmv onsomepeculiaritiesofdesignofintelligentmultilevelsystemsfortechnicaldiagnosticsofelectricpowerfacilities AT sisakrm onsomepeculiaritiesofdesignofintelligentmultilevelsystemsfortechnicaldiagnosticsofelectricpowerfacilities |
| first_indexed |
2025-11-24T15:49:07Z |
| last_indexed |
2025-11-24T15:49:07Z |
| _version_ |
1850848838142656512 |
| fulltext |
78 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 1
ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ ТА УСТАНОВКИ
УДК 621.31+620.9.001
ПРО ДЕЯКІ ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНИХ БАГАТОРІВНЕВИХ
СИСТЕМ ТЕХНІЧНОЇ ДІАГНОСТИКИ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНИХ ОБ’ЄКТІВ
М.В.Мислович, докт.техн.наук, Р.М.Сисак, канд.техн.наук
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна.
e-mail: mysl@ied.org.ua, rsysak@ied.org.ua
Сформульовано вимоги до систем діагностування електроенергетичного обладнання з урахуванням концепції
Smart Grid. Розроблено узагальнену структуру інтелектуальної розподіленої багаторівневої системи технічної
діагностики електроенергетичного обладнання, яка відповідає основним вимогам концепції Smart Grid: дво-
сторонній обмін інформацією між елементами системи та децентралізація обчислювальних ресурсів.
Бібл. 9, табл. 1, рис. 4.
Ключові слова: електроенергетичне обладнання, система технічної діагностики, концепція Smart Grid.
Вступ. Сучасний етап розвитку технологій, які застосовуються в енергетичному виробництві,
характеризується суттєвим збільшення інформаційного обміну між всіма елементами енергосистеми
на всіх її ієрархічних рівнях. Електроенергетичні системи (ЕС) розвинутих країн світу переходять до
використання інтелектуальних мереж, побудованих на основі концепції Smart Grid, що ставить нові
вимоги і перед засобами забезпечення надійності як енергосистеми в цілому, так і її компонентів.
З’являється необхідність у формуванні цілісної багаторівневої системи керування, яка забезпечує ви-
сокий рівень автоматизації та надійності всієї ЕС, охоплює виробників електроенергії, передавальні
та розподільчі мережі, споживачів. При цьому важливе місце посідає отримання актуальної інфор-
мації про фактичний стан кожного елемента електричної мережі (ЕМ) та обмін цією інформацією між
багатьма учасниками, що в сукупності забезпечує підвищення надійності ЕС в цілому.
Таким чином, одним з ключових завдань у галузі електроенергетики на сьогодні є розробка
методів та технічних засобів моніторингу стану та технічного діагностування [8, 9], які б здійснювали
глибоку діагностику стану окремих пристроїв ЕС у реальному масштабі часу, забезпечували уза-
гальнення такої діагностичної інформації, виділення з великого масиву даних тієї інформації, що є
критичною для системи в цілому, та передачу її на вищий рівень ієрархії.
Реалізувати поставлену мету можна шляхом створення інтелектуальної розподіленої багато-
рівневої системи моніторингу стану та діагностики електроенергетичних об’єктів (ЕЕО), основними
принципами побудови якої є:
– децентралізація обчислювальних ресурсів з метою забезпечення необхідної частоти
вимірювання і обробки діагностичних сигналів, отриманих на конкретних пристроях;
– об’єднання діагностичної інформації по ієрархічному принципу;
– класифікація діагностичної інформації за ступенем критичності для оптимізації інфор-
маційних потоків між ієрархічними рівнями системи.
Впровадження такої системи дасть можливість забезпечити точне та своєчасне виявлення де-
фектів усіх критичних пристроїв ЕЕО за рахунок постійного глибокого діагностування їхнього стану;
своєчасне інформування обслуговуючого персоналу про місце та вид дефекту; передачу узагальненої
інформації про фактичний стан об’єкту діагностування на вищий рівень ієрархії для швидкого реа-
гування. В кінцевому результаті це дасть можливість підвищити надійність роботи ЕС в цілому,
забезпечити високий рівень якості електричної енергії, що є важливою передумовою інтеграції ЕС
України в об’єднану європейську систему [7,8].
Виходячи з вищезазначеного, метою даної статті є розробка структури інтелектуальної розпо-
діленої багаторівневої системи технічної діагностики ЕЕО, яка ґрунтується на концепції Smart Grid та
передбачає можливість інтеграції в інтелектуальні мережі.
Особливості систем діагностування ЕЕО в інтелектуальних електричних мережах. Кон-
цепція Smart Grid, на відміну від традиційного підходу до побудови ЕС, передбачає активну взає-
© Мислович М.В., Сисак Р.М., 2015
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 1 79
модію споживачів і постачальників, а також децентралізацію управління системою. Поява і розвиток
інтелектуальних мереж є логічним етапом еволюції ЕС, що був зумовлений як наявними потребами і
проблемами сучасного ринку електроенергії, так і технологічним прогресом, якого було досягнуто
протягом останніх років у галузі обчислювальної техніки та інформаційних технологій [8]. Основ-
ними інноваціями Smart Grid можна вважати наступні [4]:
1). Активна схема взаємодії та інформаційного обміну в реальному масштабі часу між усіма
елементами мережі – від виробників енергії до кінцевих пристроїв споживачів.
2). Охоплення всього технологічного ланцюжка ЕС: виробників електроенергії (як централь-
них – АЕС, ТЕС, ГЕС, так і автономних – дизель-електричних генераторів, сонячних панелей, нако-
пичувачів енергії), розподільчих мереж і кінцевих споживачів.
3). Постійне забезпечення керованого балансу між споживанням і виробництвом електричної
енергії за рахунок постійного обміну між елементами мережі інформацією про параметри елек-
тричної енергії, режими споживання і генерації, кількість спожитої енергії і планове споживання, а
також комерційною інформацією, даними про технічний стан тощо.
4). Захищеність і самовідновлення від збоїв, природних катаклізмів, зовнішніх загроз.
5). Автоматична оптимізація експлуатації інфраструктури ЕС.
Метою створення концепції Smart Grid було вирішення таких ключових завдань: 1) підви-
щення надійності електропостачання та безвідмовності роботи системи; 2) підвищення енергетичної
ефективності; 3) збереження навколишнього середовища.
Виходячи із зазначених цілей, концепція Smart Grid спрямована, в першу чергу, на забез-
печення високої якості електричної енергії, що постачається споживачам. Визначальним для досяг-
нення цієї мети є підвищення надійності та керованості всіх елементів ЕМ. Тому розвиток технологій
інтелектуальних мереж суттєво позначиться на такому сегменті електроенергетики, як управління та
моніторинг стану електротехнічного обладнання, оскільки підвищуються вимоги до надійності об-
ладнання ЕМ, а відповідно і вимоги до засобів її забезпечення.
Основні відмінності між традиційним підходом до забезпечення надійності елементів ЕС та
вимогами концепції Smart Grid наведено в таблиці. В рамках традиційного підходу обслуговування
обладнання здійснюється на основі планово-попереджувальних ремонтів, а засоби технічного діаг-
ностування використовуються, в основному, для пошуку дефектів уже після виведення об’єкта з
роботи. Особливо відповідальне обладнання оснащується власними системами контролю та моніто-
рингу, котрі забезпечують аварійну сигналізацію при виникненні нештатних ситуацій, але часто не
мають засобів для виявлення, класифікації і локалізації дефектів.
Забезпечення надійності елементів ЕС
у рамках традиційного підходу
Забезпечення надійності елементів ЕС
у рамках концепції Smart Grid
функціональне діагностування (постійно або періо-
дично) лише для особливо відповідальних об’єктів
тестове діагностування (під час планових зупинок)
система планово-попереджувальних ремонтів
локальні системи діагностування, захисту та авто-
матики для особливо відповідальних об’єктів
діагностування та віддалений моніторинг стану для
широкого класу обладнання
обслуговування та ремонт за фактичним станом
адаптивні розподілені системи забезпечення
надійності (діагностування, моніторинг стану,
самовідновлення де це можливо)
У рамках концепції Smart Grid передбачається, що обслуговування та ремонт повинні здійс-
нюватися за фактичним станом [8]. Для цього значно більша частина обладнання повинна бути охоп-
лена системами забезпечення надійності, які повинні здійснювати постійний чи періодичний контроль
його фактичного технічного стану. Крім того, самі ці системи повинні мати більше можливостей: забез-
печувати двосторонній обмін інформацією на всіх рівнях, віддалений моніторинг стану, прогнозування
відмов, планування необхідності у запасних частинах, оцінку залишкового ресурсу тощо.
У зарубіжній англомовній літературі перелічені вище задачі об’єднують під загальною наз-
вою “Asset Management”. Зараз активно ведуться як інженерні, так і наукові роботи в даному на-
прямку, причому автори пов’язують свої результати саме з реалізацією ключових моментів концепції
Smart Grid. Провідні виробники потужного електротехнічного обладнання вже зараз пропонують ряд
програмних продуктів, призначених для збору та узагальнення статистичної інформації про умови
80 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 1
експлуатації та фактичний стан обладнання ЕМ.
Потреба в оснащенні широкого класу різноманітного обладнання ЕМ системами діагнос-
тування, моніторингу та контролю стану зумовлює те, що ці системи повинні бути адаптивними,
значно інтелектуальнішими, ніж існуючі. Важливу роль у забезпеченні широких можливостей систем
нового покоління буде відігравати розподіл обчислювальних ресурсів між різними системами діаг-
ностування, моніторингу та контролю, що працюють на різних рівнях ієрархії ЕС.
Системи діагностування обладнання ЕЕО розробляються вже впродовж кількох десятиліть.
Проаналізуємо, як змінюються вимоги та підходи до проектування, якщо розроблювана діагностична
система повинна відповідати концепції Smart Grid.
Відомо, що при розробці системи діагностування будь-якого технічного об’єкта необхідно
розв’язати наступні завдання [5,6]:
– вивчити об’єкт діагностування (у тому числі – принципи його роботи, структуру,
конструкцію, функції, котрі він виконує, тощо);
– вказати перелік усіх можливих дефектів або тих з них, що є найбільш ймовірними чи
найбільш критичними; умови і ознаки їхнього виникнення;
– вибрати або побудувати математичну модель об’єкта і відповідні моделі можливих
дефектів;
– вибрати діагностичні сигнали та діагностичні параметри по кожному виду обладнання,
що підлягає діагностуванню;
– вибрати методи і скласти алгоритми діагностування; оцінити їхню якість (повноту
виявлення дефектів, глибину пошуку);
– розробити технічні засоби діагностування – спланувати структуру системи, вибрати її
компоненти; оцінити їхні характеристики (безвідмовність, достовірність роботи тощо).
Питання, що стосуються перших п’яти завдань з наведеного переліку, не зазнають особливих
змін при введенні концепції Smart Grid. Вирішення останнього завдання потребує нових наукових
досліджень.
Таким чином, розглянемо питання створення узагальненої структурної схеми системи діагно-
стування, у якій реалізовано основні вимоги концепції Smart Grid. При цьому необхідно врахувати,
що складний технічний об’єкт практично завжди можна розглядати у вигляді деякої ієрархічної
структури [3, 5, 6]. Особливо це очевидно на прикладі сучасної ЕС, де можна виділити різні орга-
нізаційні рівні «зверху-донизу»: від
центрального диспетчерського управлін-
ня і до елементів конструкції обладнання
електрогенеруючих станцій чи ЕМ або
до побутових електроприладів кінцевого
споживача.
Розглянемо умовне розбиття на
ієрархічні рівні на прикладі електро-
станції.
Умовний розподіл обладнання
ЕЕО та його окремих вузлів за рів-
нями, що можуть призводити до різ-
них видів його відмов.
На рис. 1 показано ієрархію елек-
тротехнічного обладнання традиційної
електростанції (ТЕС, АЕС, ГЕС), най-
більш важливого з точки зору надійно-
сті всього об’єкта, яка була прийнята в
рамках цієї роботи. Зазначимо, що при
побудові цієї ієрархії не ставилася мета
врахувати всі можливі типи електричних
машин та їхніх вузлів. Тому наведена
діаграма не є вичерпною, а лише умовно
ілюструє принцип розподілу обладнання
електростанції по рівнях з метою розроб-
Електрична станція
(ТЕС, АЕС, ГЕС) в цілому
Генератор Двигуни
власних потреб Трансформатор Вимикачі,
роз’єднувачі
ІІІ рівень
Обмотки
Шихтований
магнітопровід
Станина та місця її
кріплення до
фундаменту
Підшипникові
вузли
Щітково-
колекторний вузол
Система
охолодження та її
елементи
ІІ рівень
ІV рівень
Вузли електричних машин Проводи обмотки
Ізоляція
Пластини
Стягуючі струбцини (призми)
Ізоляція між пластинами
Деталі кріплення
Бабітні вкладки
Система змащення
Щіткоутримувач
Щітки
Поверхня колектора (кілець)
Крильчатки вентилятора
Канали циркуляції холодоагенту
Циркуляційні насоси
І рівень
Кільця
Сепаратор
Система змащення
(підшипники
ковзання)
(підшипники
кочення)
Рис. 1
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 1 81
ки відповідних технічних засобів діагностування.
На першому рівні розташовані елементи конструкції основних вузлів обладнання електро-
станції. Саме цей рівень і визначає, які дефекти можливі в об’єкті, що розглядається. Глибоке вивчення
елементів, розташованих на першому рівні ієрархії, дає всю необхідну інформацію про види, причини
виникнення та прояви дефектів. У результаті такого аналізу будують діагностичні моделі, вибирають
діагностичні сигнали та параметри. Другий рівень – це вузли обладнання, які представляють собою
конструктивно єдине ціле: обмотки ротора та статора обертових машин, магнітопроводи, підшипникові
вузли, корпус, станину, фундамент, систему охолодження. Третій рівень – електротехнічне обладнання
електростанції: генератори, двигуни власних потреб, трансформатори, вимикачі, роз’єднувачі, ізоля-
тори, насоси тощо. Четвертий рівень ієрархії – це рівень електростанції в цілому.
Дефекти технічних об’єктів можна класифікувати за різними ознаками [1, 2]. З точки зору оп-
тимізації складності системи діагностування доцільно розглянути розподіл усіх можливих у даному
об’єкті діагностування дефектів на три класи: катастрофічні, некатастрофічні, часткові.
Катастрофічні дефекти при їхній появі в технічному об’єкті викликають повне припинення
виконання його функцій. Некатастрофічні дефекти можуть призводити до погіршення окремих ха-
рактеристик роботи об’єкта, але при цьому він продовжує виконувати основні функції. Часткові де-
фекти порушують окремі функції об’єкта діагностування, при цьому він продовжує виконувати інші
функції в повному об’ємі.
ЕЕО містять велику кількість конструктивних вузлів і тому розробка системи діагностування,
що повністю охоплює всі можливі дефекти і їхні комбінації, виявляється надзвичайно складною тех-
нічною задачею. Вартість такої системи діагностики може значно перевищити вартість основного об-
ладнання, в результаті чого розробка системи діагностування взагалі може втратити сенс з еко-
номічної точки зору. Тому виникає важливе питання, що потребує вирішення при розробці системи
діагностування: які елементи об’єкта, що діагностується, є критичними для його правильного функ-
ціонування, а які – ні. Ще на етапі розробки структури системи необхідно чітко окреслити перелік
дефектів, які повинна виявляти система діагностики, та визначити ті вузли обладнання, у яких мож-
лива поява цих дефектів.
Очевидно, що будь-яка система діагностування повинна обов’язково виявляти катастрофічні
дефекти, оскільки вони повністю порушують працездатність об’єкта діагностування. Разом з тим, де-
які некатастрофічні чи часткові дефекти можна залишити поза увагою системи. Такий підхід до роз-
робки системи дає можливість спростити її структуру, зменшити обсяги інформації, що оброб-
ляються в системі та передаються між її ієрархічними рівнями. За рахунок цього система може бути
здешевлена, а наявні обчислювальні ресурси можна перерозподілити на виконання більш критичних
функцій.
Узагальнена структурна схема інтелектуальної розподіленої багаторівневої системи мо-
ніторингу стану та діагностування електроенергетичного обладнання. Виходячи з ієрархії облад-
нання електричної станції, що була розглянута вище, побудуємо структуру системи технічного діаг-
ностування її основних елементів.
Перш за все, система повинна вимірювати сигнали, які несуть інформацію про фактичний
стан вузлів обладнання, які діагностуються. Отже, до складу системи необхідно включити сенсори
тих фізичних величин, які вимірюються. В залежності від об’єкта діагностування до складу системи
можуть входити, наприклад, термопари чи терморезистори – для вимірювання температури, акселе-
рометри – для вимірювання параметрів вібрацій, вимірювальні мікрофони – для визначення рівня
акустичних шумів, датчики акустичної емісії, різноманітні датчики електричних величин: вимірю-
вальні трансформатори, шунти, лічильники – для визначення електричних параметрів та обліку
електроенергії тощо.
Практично всі сучасні системи діагностування побудовані на основі цифрових обчислю-
вальних засобів (мікроконтролерів, персональних комп’ютерів, промислових робочих станцій). Для
системи діагностування, яка повинна відповідати основним принципам концепції Smart Grid, ця
вимога є обов’язковою, оскільки в рамках інтелектуальних мереж обмін інформацією здійснюється в
цифровій формі.
Таким чином, виміряні сигнали повинні перетворюватися в цифрову форму з метою по-
дальшої обробки обчислювальними засобами. Для цього сигнали від первинних перетворювачів по-
винні проходити певну первинну обробку: приводитися до деякого уніфікованого рівня по напрузі, а
також до вибраної смуги частот.
82 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 1
В окремих випадках (в основному, для забезпечення сумісності з уже встановленими на
енергетичному об’єкті системами діагностування попередніх поколінь) може виявитися раціо-
нальним розділення функцій між різними пристроями: відбір та попередню обробку даних орга-
нізувати безпосередньо в точках вимірювання, а перетворення в цифрову форму – в єдиному блоці з
комутацією аналогових каналів.
Разом з тим, на думку авторів, при розробці нових систем діагностування на основі сучасних
компонентів усі перелічені вище функції доцільно об’єднати в одному функціонально завершеному
пристрої, який має цифровий інтерфейс для двостороннього обміну інформацією. На вхід він повинен
приймати управляючі команди, а на вихід подавати реалізацію виміряного діагностичного сигналу в
деякій стандартизованій формі. Цей зовнішній інтерфейс може бути як дротовим (на основі стан-
дартів RS232, Ethernet, USB тощо), так і бездротовим (на основі стандартів BlueTooth, Wi-Fi, ZigBee
тощо).
Для подальшого аналізу інформації та прийняття діагностичних рішень виміряні та пере-
творені в цифрову форму сигнали передаються в обчислювальне ядро системи, яке, в залежності від
конкретної потреби, може представляти собою як малопотужний мікроконтролер, так і сучасний над-
потужний комп’ютер чи кластерну серверну систему.
Кінцевий етап обробки інформації в рамках системи діагностування обладнання електро-
станції – це відображення результатів користувачам. Для цього в структуру системи необхідно вклю-
чити відповідні засоби, які, зокрема, повинні забезпечувати авторизацію користувачів системи, роз-
ділення прав доступу, захист інформації.
У системах діагностування складних об’єктів може вимірюватися значна кількість діагнос-
тичних сигналів, що призводить до обміну величезними обсягами інформації між компонентами
системи. Для зменшення навантаження на канали зв’язку (це питання може бути особливо важливим
у випадку, коли використовуються бездротові канали передачі даних) необхідна децентралізація
обчислювальних ресурсів, що є одним з принципів концепції Smart Grid. Зменшення кількості ін-
формації, що передається між компонентами системи, можна досягнути таким чином: виміряна реа-
лізація діагностичного сигналу не передається в обчислювальне ядро системи безпосередньо після
оцифрування, а піддається спрощеній обробці в тому модулі, що відповідає за її вимірювання. Далі, в
залежності від результатів такого проміжного аналізу, цей модуль вирішує, яку інформацію надавати
в обчислювальне ядро. При цьому можливі наступні варіанти:
– взагалі не передавати ніякої інформації – якщо не було виявлено жодних відхилень від
нормального стану;
– подати попереджувальний сигнал – якщо було виявлено несуттєві відхилення;
– надати виміряну реалізацію в обчислювальне ядро для проведення повного аналізу –
якщо виявлені відхилення можна вважати суттєвими;
– подати аварійний сигнал для негайного реагування – якщо виявлено критичні від-
хилення.
Розглянуті вище функції реалізуються в модулі вимірювання та обробки діагностичних
сигналів за допомогою спеціалізованого алгоритмічного забезпечення.
Слід зазначити, що врахування ступеня критичності дефектів на етапі розробки системи дає
можливість спростити її структуру, зменшити обсяги інформації, що обробляються в системі та пе-
редаються між її ієрархічними рівнями, і в кінцевому результаті знизити вартість системи при
збереженні її функцій на достатньому рівні.
З урахуванням цих вимог було розроблено узагальнену структуру інтелектуальної роз-
поділеної багаторівневої системи моніторингу стану та діагностики електроенергетичного обладнан-
ня, яка складається з ряду модулів, кожен з яких призначений для відбору та попередньої обробки ви-
мірювальної інформації про технічний стан певного вузла (генератор, циркуляційний насос, транс-
форматор тощо), та одного центрального модуля, який збирає і узагальнює інформацію від всіх міс-
цевих модулів, а також може за необхідності узагальнювати дані і передавати їх на більш високий
рівень ієрархії (рис. 2).
Розподіл функцій між цими ієрархічними рівнями пропонується організувати таким чином:
рівень І – первинний відбір та підготовка діагностичних сигналів (вимірювання діагностичних
сигналів, підсилення, аналогова фільтрація, перетворення в цифрову форму);
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 1 83
рівень ІІ – попередня математична обробка і
прийняття проміжних діагностичних рішень (прості ал-
горитми, реалізація яких не вимагає значних обчислю-
вальних ресурсів, розділення інформації за ступенем
критичності дефектів); сигналізація на вищий рівень при
наявності дефектів; накопичення незначних обсягів ви-
мірювальної інформації та передача її на вищий рівень
(при відповідному запиті);
рівень ІІІ – накопичення, повноцінна обробка і
глибокий аналіз даних, швидке реагування на аварійні
сигнали з нижчого рівня, прийняття діагностичних рі-
шень по об’єкту діагностики в цілому, архівація статис-
тичних даних, прогнозування надійності та оцінка за-
лишкового ресурсу обладнання, планування ремонтних
робіт;
рівень ІV – представлення даних різним корис-
тувачам (у тому числі територіально віддаленим, на-
приклад, через Web технології) з розмежуванням прав
доступу.
Функції рівнів І−ІІІ доцільно об’єднати в окре-
му підсистему для кожного великого об’єкта, що вхо-
дить до складу електростанції, наприклад, для кожного
енергоблока, кожного потужного циркуляційного насо-
са, кожного трансформатора тощо, – іншими словами,
для певної сукупності конструктивно і логічно об’єд-
наних вузлів, що формують одне ціле і достатньо ком-
пактно розташовані у просторі. Тому логічно назвати
систему цього рівня Місцевою системою технічного
діагностування (СТД).
Рівень ІV об’єднує інформаційні потоки, що надходять з різних систем рівня ІІІ. Тому до-
цільно назвати систему рівня ІV Центральною.
З урахуванням вищезазначеного, структуру місцевої та центральної систем діагностування
ЕЕО електростанції пропонується деталізувати, як це показано на рис. 3 і рис. 4 відповідно.
На
ОД
ВП1 Діагност.
сигнал 1
БУ1
К
ВПn Діагност.
сигнал n
БУn
АЦП
ЕОМ
ППП
. . .
ВП1 БП1 ЗБЗ Діагност.
сигнал n+1
МК ЗБЗ
ВПk БПkДіагност.
сигнал k
МК ЗБЗ
WEB WEB LAN
LAN
користувачі
ЦСД
Рис. 3
Сервер
програм
WEB WEB WAN
зовнішні
користувачі
Сервер
даних
WEB WEB LAN
LAN
локальні
користувачі
МСД2
МСД1
F
W R
адмініст-
ратор Рис. 4
Центральна система
діагностування
Місцева
СТД 1
Місцева
СТД k . . .
сенсори
– вібрацій, акустичних величин,
– електричних величин,
– температури, тощо
узгоджуючі пристрої
– попередні підсилювачі
– фільтри: ФНЧ, ФВЧ,
смугові, режекторні
канали передачі даних
– аналогові/цифрові
– провідні/бездротові
засоби перетворення даних в
цифрову форму
програмно-апаратні засоби
(проміжні діагностичні рішення)
ІV
рівень
ІІІ
рівень
І та ІІ
рівні
Рис. 2
84 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 1
рисунках позначено: ОД – об’єкт діагностики; ВП – вимірювальний перетворювач (сен-сор); БУ –
блок узгодження; К – комутатор; АЦП – аналого-цифровий перетворювач; БП – блок пере-творення;
МК – мікроконтролер; ЗБЗ – засоби бездротового цифрового зв’язку; ЕОМ – електронна
обчислювальна машина; ППП – пакет прикладних програм для аналізу даних, прийняття діагнос-
тичних рішень, оцінки залишкового ресурсу тощо; ЦСД – центральна система діагностування; МСДn
– місцеві системи діагностування; LAN – локальна мережа (Intranet); WAN – глобальна мережа
(Internet); R, FW – засоби захисту інформації (Router, Firewall).
Для відображення інформації локальним користувачам (наприклад, обслуговуючому пер-
соналу), а також для обміну інформацією з центральною системою діагностування електростанції всі
місцеві СТД включаються в локальну мережу, що працює на основі Ethernet.
Для надання можливості обміну інформацією із зовнішніми користувачами (це можуть бути
як люди, так і пристрої, що працюють за межами даної електростанції, але об’єднані в інтелектуальну
мережу) Центральна система діагностування має зв’язок з глобальною мережею (Internet). У зв’язку з
цим виникає необхідність забезпечення захисту інформації та уникнення можливих терористичних
атак, для чого використовуються спеціальні апаратні засоби.
Висновки. Системи технічного діагностування, контролю та моніторингу стану можуть вирі-
шити одне з найважливіших завдань «інтелектуальних мереж» – підвищення надійності та керо-
ваності всіх елементів електричної мережі як визначальних чинників, необхідних для забезпечення
високої якості електричної енергії, що постачається споживачам. Для цього системи технічного діаг-
ностування повинні забезпечувати двосторонній інформаційний обмін з іншими елементами мережі,
а також децентралізацію обчислювальних та інформаційних ресурсів. Виконання цих вимог можливо
за умови, що структура діагностичних систем побудована за ієрархічним принципом і містить не
менше чотирьох рівнів, функції яких описані в даній роботі.
1. Биргер И.А. Техническая диагностика. – М.: Машиностроение, 1978. – 211 с.
2. Генкин М.Д., Соколова А.Г. Вибродиагностика машин и механизмов. – М.: Машиностроение, 1987. –
288 с.
3. Гуляев В.А. Вычислительная диагностика. – К.: Наукова думка, 1992. – 232 с.
4. Ильин В.В. Введение в Smart Grid // АВОК. – 2012. – №7. – С. 76–86.
5. Клюев В.В., Пархоменко П.П. Технические средства диагностирования. – М.: Машиностроение, 1989. –
672 с.
6. Надежность и эффективность в технике: Техническая диагностика. Том 9. – М.: Машиностроение,
1987. – 352 с.
7. Стогній Б.С., Кириленко О.В., Буткевич О.Ф., Сопель М.Ф. Інформаційне забезпечення задач керу-
вання електроенергетичними системами // Енергетика: економіка, технології, екологія. – 2012. – №1. –
С. 13–22.
8. Стогній Б.С., Кириленко О.В., Денисюк С.П. Інтелектуальні електричні мережі електроенергетичних
систем та їхнє технологічне забезпечення // Техн. електродинаміка. – 2010. – №6. – С. 44–50.
9. Стогній Б.С., Кириленко О.В., Праховник А.В., Денисюк С.П. Еволюція інтелектуальних електричних
мереж та їхні перспективи в Україні // Технічна електродинаміка. – 2012. – №5. – С. 52–67.
УДК 621.31+620.9.001
О НЕКОТОРЫХ ОСОБЕННОСТЯХ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ МНОГОУРОВНЕВЫХ
СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
М.В.Мыслович, докт.техн.наук, Р.М.Сысак, канд.техн.наук
Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина.
e-mail: mysl@ied.org.ua, rsysak@ied.org.ua
Сформулированы требования к системам диагностирования электроэнергетического оборудования с учетом
концепции Smart Grid. Разработана обобщенная структура интеллектуальной распределенной многоуровневой
системы технической диагностики электроэнергетического оборудования, которая соответствует основным
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 1 85
требования концепции Smart Grid: двусторонний обмен информацией между элементами системы и децент-
рализация вычислительных ресурсов. Библ. 9, табл. 1, рис. 4.
Ключевые слова: электроэнергетическое оборудование, система технической диагностики, концепция Smart Grid.
ON SOME PECULIARITIES OF DESIGN OF INTELLIGENT MULTI-LEVEL SYSTEMS FOR
TECHNICAL DIAGNOSTICS OF ELECTRIC POWER FACILITIES
M.V.Myslovych, R.M.Sysak
Institute of Electrodynamics National Academy of Science of Ukraine,
pr. Peremohy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine.
e-mail: mysl@ied.org.ua, rsysak@ied.org.ua
The main goal of the paper is development of structure of intelligent distributed multi-level system for technical
diagnostics of power electrical equipment. The discussed system implements the following general principles:
distribution of computational resources between different levels which is needed to support required periodicity of
measurements and signal processing; structuring of the diagnostic information on hierarchical principle; classification
of the diagnostic information by severity level for the optimization of information exchange. This structure of the
developed system complies with the basic requirements of the Smart Grid concept: bi-directional exchange of
information between system elements, and decentralization of computing resources. One possible implementation of the
system is discussed, which consists of 4 hierarchical levels typical to an average power plant. The structure represents
central diagnostic system, a number of local diagnostic systems and intelligent measuring devices. The paper details the
logic of data exchange between different hierarchical levels and their main functions. References 9, table 1, figures 4.
Key words: electric power facilities, system for technical diagnostics, Smart Grid.
1. Birger I.A. Technical diagnostics. – Moskva: Mashinostroenie, 1978. – 211 p. (Rus)
2. Genkin M.D., Sokolova A.G.. Vibrational diagnostics of machines and mechanisms. – Moskva:
Mashinostroenie, 1987. – 288 p. (Rus)
3. Guliaev V.A. Computational diagnostics. – Kyiv: Naukova dumka, 1992. – 232 p. (Rus)
4. Ilin V.V. Introduction to Smart Grid // AVOK. – 2012. – No 7. – Pp. 76–86. (Rus)
5. Kliuev V.V., Parkhomenko P.P. Technical means of diagnostics. – Moskva: Mashinostroenie, 1989. – 672 p.
(Rus)
6. Reliability and efficiency in technology: Technical diagnostics. Vol. 9. – Moskva: Mashinostroenie, 1987. –
352 p. (Rus)
7. Stohnii B.S., Kyrylenko O.V., Butkevych O.F., Sopel M.F. Informational support for tasks of power electrical
systems control // Enerhetyka: Ekonomika, Tekhnolohii, Ekolohiia. – 2012. – No 1. – Pp. 13–22. (Ukr)
8. Stohnii B.S., Kyrylenko O.V., Denysiuk S.P. Intelligent electrical networks of power systems and their
technological components // Tekhnichna Elektrodynamika. – 2010. – No 6. – Pp. 44–50. (Ukr)
9. Stohnii B.S., Kyrylenko O.V., Prakhovnik A.V., Denysiuk S.P. Evollution of intelligent electrical networks
and their perspectives in Ukraine // Tekhnichna Elektrodynamika. – 2012. – No 5. – Pp. 52–67. (Ukr)
Надійшла 09.07.2014
Остаточний варіант 15.10.2014
|