АО «НТЦД»

Центр диагностики
URL: http://diaprom.com/
E-mail:
Адрес: 109518, г. Москва, ул. Газгольдерная, д. 14, оф. 329
Телефон/Факс: (495) 690-9195

Опыт разработки стационарных систем диагностики арматуры

Опыт разработки стационарных систем диагностики арматуры

А.В. Матвеев, В.В. Головлев, М.Г. Рязанова, А.Б. Ярышев, ЗАО «НТЦД», г. Москва,

А.К. Адаменков, филиал ОАО «Концерн Энергоатом» «Волгодонская АЭС»,

С.М. Иванов, филиал ОАО «Концерн Энергоатом» «Балаковская АЭС»

Статья опубликована в журнале
№ 1 (58) 09 «Арматуростроение»
Текст статьи в журнале (PDF, 992 Кб)

Безопасность и надежность эксплуатации ядерных объектов РФ непосредственно связаны с надежностью работы технологического оборудования АЭС, в том числе трубопроводной арматуры. Создание систем контроля технического состояния и систем мониторинга параметров арматуры с электроприводом является одним из направлений программы работ «Создание и внедрение в промышленную эксплуатацию систем оперативной диагностики на действующих энергоблоках АЭС концерна «Росэнергоатом» АЭС ПРГ-123 К04 разработанной по результатам опыта создания и внедрения систем оперативной диагностики в 2001-2003 гг. и утвержденной в апреле 2004 г.

Первыми шагами по развитию данной тематике стало проведение под эгидой концерна «Росэнергоатом» расширенных экспертных советов, в состав которых входили разработчики арматуры и производители электроприводов, иностранные специалисты в области диагностики арматуры с электроприводом, представители диагностических подразделений АЭС концерна.

Большой вклад в выработку основных направлений развития диагностики арматуры, требующих унифицированных решений в части технических средств, методик и программного обеспечения, в этот момент внесли начальник отдела диагностики оборудования концерна «Росэнергоатом» К.А. Корниенко, генеральный директор Центра диагностики «Диапром» А.И. Усанов, заместитель генерального директора по науке Центра диагностики «Диапром» В.И. Павелко, специалисты «Смоленскатомтехэнерго».

Была проведена большая работа по интеграции решений зарубежных коллег, опыта специалистов, работающих на российских АЭС и опыта работы специализированных предприятий. Результатом этой работы стала разработка и утверждение программы работ «Развитие систем технического диагностирования трубопроводной арматуры АЭС» - АЭС ПРГ-206 К05. В соответствии с решением концерна «Росэнергоатом» и рекомендациями Экспертного совета концерна «Росэнергоатом», ответственным исполнителем работ по программе, стал Центр диагностики «Диапром».

В программе сформулированы основные направления развития систем диагностики трубопроводной арматуры АЭС:

  • создание комплекса технических средств сбора и обработки информации;
  • создание специализированного программного обеспечения и баз данных;
  • разработка методической и нормативной документации;
  • организация научно-технического сопровождения.

Одним из перспективных направлений развития технических средств диагностики арматуры было выбрано создание автономных малогабаритных накопителей для автоматической регистрации электрических параметров арматуры.

В результате разработки технических средств в 2005-2007 гг. была создана и внедрена в опытно-промышленную эксплуатацию на Балаковской и Волгодонской АЭС система диагностирования арматуры с электроприводом (СДЭА).

Принципиальная схема работы системы СДЭА

1 - арматура с электроприводом; 2 - сборки РТЗО; 3 – измерительный модуль;
4 – коммутационные кабели; 5 – шкаф контроля арматуры; 6 – диагностический разъём;
7 – накопителя электрических параметров; 8 – переносной компьютер;
9 - аналитическое программное обеспечение; 10 – протокол обследования

Рисунок 1. Принципиальная схема работы системы СДЭА

Система СДЭА предназначена для регистрации электрических сигналов электропривода и анализа технического состояния оборудования путем регистрации и обработки электрических параметров электропривода.

Система состоит из стационарно установленных измерительных модулей, накопителей информации, компьютеров сбора информации, сервера базы данных и аналитического ПО. Принципиальная схема работы системы СДЭА показана на рис. 1.

Система диагностирования арматуры с электроприводом (1), состоит из установленных в сборки РТЗО (2) измерительных модулей (3), соединенных посредством информационно-измерительных кабелей (4), с диагностическими разъемами (6), в которых устанавливаются и накопители электрических параметров (7), совокупность накопителей может устанавливаться в шкаф контроля арматуры (5), или непосредственно в шкаф РТЗО.

Работа системы СДЭА осуществляется следующим образом: измерительные модули (3) производят измерение сигналов тока, напряжения и концевых выключателей электропривода арматуры (1). Накопители (7) срабатывают автоматически и производят запись параметров при каждом срабатывании арматуры в соответствии с заданной конфигурацией. Накопители формируют информационные файлы, которые хранятся в энергонезависимой памяти и могут быть перезаписаны по месту установки накопителя при помощи переносного ПК (8), или путем съема и переноса накопителей в лабораторию.

После перезаписи информации с накопителей, она передается в аналитическое ПО (9), при помощи которого производится обработка диагностических параметров тока, активной мощности, работы концевых выключателей, запись результатов в базу данных, формирование и печать протокола с результатами обследования (10).

Накопитель электрических параметров НЭП-256 является основой системы СДЭА, накопитель автоматически производит запись электрических параметров при срабатывании электропривода арматуры, затем записанные результаты передаются для обработки в специализированное программное обеспечение.

Накопитель НЭП-256 - осуществляет измерение, запись, хранение и передачу информации о токах и напряжениях электродвигателя по трем фазам и диаграммам работы концевых выключателей (рис. 2). Накопитель включается в режим записи автоматически при каждом срабатывании арматуры или вручную от кнопки. В составе системы накопитель может работать с различными типами датчиков тока и напряжения, обладает малыми габаритами и энергонезависимой памятью, обеспечивает достаточную точность измерений при частоте дискретизации до 12 кГц. Технические характеристики НЭП-256 приведены в таблице 1.

Накопитель НЭП-256, образца 2005 г.

Накопитель НЭП-256, образца 2005 г.

Накопитель НЭП-256М, образца 2008 г.

Накопитель НЭП-256М, образца 2008 г.

Рисунок 2. Общий вид накопителя
Таблица 1. Краткие технические характеристики НЭП-256
Краткое наименованиеНЭП-256
ПроизводительЦентр диагностики «Диапром»
Год разработки2005
Страна изготовительРоссия
Габариты, мм84х59х24
Объем памяти, Мб256
Количество каналов8 аналоговых,
2 дискретных
Частота записи, кГц1-12
Частота выдачи данных, кГц1-12
Разрядность АЦП, бит12
Канал обмена с ПКUSB
Приведенная погрешность измерения действующего напряжения на входе НЭП (реализация 2сек), %0,3
Время перекачки 1 Мб данных, сек1
Автоматический режим записиесть
ПО обмена с персональным компьютером«Приложение НЭП»
Операционная система«Windows – 98/2000/XP»
Измерительный модуль МДТН-10Рисунок 3. Измерительный модуль МДТН-10

Для измерения электрических сигналов используются измерительные модули тока и напряжения МДТН-10 (рис. 3), конструкция которых оптимизирована для монтажа в шкаф РТЗО. В качестве датчиков в модулях используются кольцевые трансформаторы тока и напряжения с эффектом Холла. Модуль МДТН-10 производит измерение сигналов напряжения и тока по трем фазам электродвигателя, сигналов концевых выключателей и выдает информацию по десяти каналам. Технические характеристики МДТН-10 приведены в таблице 2.

Таблица 2. Технические характеристики МДТН-10
Наименование параметраДиапазоны измерения*
Ток в фазе «А», А10, 50, 100, 150
Напряжение в фазе «А», Вдо 400
Ток в фазе «B», А10, 50, 100, 150
Напряжение в фазе «B», Вдо 400
Ток в фазе «C», А10, 50, 100, 150
Напряжение в фазе «C», Вдо 400
Ток в цепи конечного выключателя открытия «КВО», мА100
Ток в цепи конечного выключателя закрытия «КВЗ», мА100
Напряжение в цепи «инициативного сигнала Открытия», Вдо 240
Напряжение в цепи «инициативного сигнала Закрытия», Вдо 240
Приведенная погрешность измерения фазных токов и напряжений, %0,7
* - приведены действующие значения переменного тока и напряжения синусоидальной формы
Диагностический разъем РД-01 с установленным накопителемРисунок 4. Диагностический разъем
РД-01 с установленным накопителем

Монтаж измерительных модулей данной системы не требует разрывов в электрической цепи электропривода и изменения проектных схем управления электроприводом. Модули позволяют проводить монтаж модулей в сжатые сроки путем простого продевания силовых проводов через измерительные датчики. Все каналы измерения имеют полную гальваническую развязку, осуществляемую применением индуктивных датчиков и оптронных пар.

Диагностический разъем предназначен для установки идентификационного кода технологической позиции и передачи сигналов с МДТН-10.

Диагностические разъемы РД-01 (рис. 4) могут быть установлены в отдельном шкафу или в шкафу управления определенной арматуры. На разъеме устанавливается идентификационный код арматуры, который считывается накопителем и сохраняется в информационных файлах.

Диагностический разъем РД-01 позволяет производить установку необходимого количества накопителей в шкафу РТЗО или шкафу контроля арматуры путем установки на стандартную дин-рейку.

Габариты разъема РД-01 и габариты присоединительных разъемов позволяют устанавливать разъемы вплотную друг к другу по вертикали и по горизонтали, образуя единое коммутационное поле.

Технические характеристики НЭП-256 и РД-01 позволяют размещать их в местах наиболее удобных для проведения работ по съему и первичной обработке данных. В силу чего возможны два основных способа размещения:

Вариант 1 – установка накопителей и диагностических разъемов производится в основном модуле системы (шкафу контроля арматуры), данный вариант позволяет легко работать с накопителями без доступа в шкафы РТЗО, применяется при наличии места для размещения модуля в помещении сборок РТЗО, оптимален для работы с системой персоналом ЛТД. Габаритные размеры шкафов контроля выбираются таким образом, чтобы обеспечить резерв внутреннего объема для размещения в последующем USB-хост контроллеров, позволяющих производить дистанционный опрос накопителей.

Вариант 2 – установка накопителей и диагностических разъемов осуществляется непосредственно в шкафах управления арматурой (сборках РТЗО), данный вариант позволяет минимизировать затраты на установку, удобен для организации распределенных систем, оптимален для работы с системой персоналом ЦТАИ.

  • EVA 3.1 – ПО верхнего уровня – обработка, анализ и управление данными
  • «Приложение НЭП» –
    программа управления
    НЭП
  • Системное ПО НЭП –
    программа нижнего
    уровня ПЗУ НЭП
Структура программного обеспечения СДЭАРисунок 5. Структура программного обеспечения СДЭА

Уточнение вариантов размещения накопителей производится непосредственно после определения перечня арматуры и шкафов РТЗО, оснащаемых системой.

Программное обеспечение (ПО) состоит из трех основных блоков, принадлежащих к нижнему и верхнему уровню (рис. 5).

Программное обеспечение нижнего уровня, состоит из программы работы микропроцессора НЭП-256, которая записывается и хранится в ПЗУ устройства на предприятии-изготовителе, ПО является системным и осуществляет:

  • запуск НЭП-256 в режим записи и остановку записи;
  • опрос и оцифровку измерительных каналов;
  • создание и ведение каталога записей во встроенной энергонезависимой FLASH-памяти;
  • хранение конфигурации НЭП-256.

«Приложение НЭП» поставляется в комплекте с накопителем НЭП-256, устанавливается на ПК, принадлежит к верхнему уровню и состоит из программы управления НЭП-256 (рис. 6а), программы перезаписи и первичной обработки данных с блоком расчета активной мощности и визуализации данных (рис. 6б), данное ПО осуществляет:

  • управление настройками НЭП-256;
  • перезапись измерений в ПК;
  • просмотр каталога измерений и визуализация содержащихся данных;
  • расчет активной мощности электродвигателя;
  • экспорт данных программы для дальнейшей обработки.
Главное окно ПО «Приложение НЭП»

а) главное окно ПО «Приложение НЭП»

Просмотр результатов

б) просмотр результатов

Рисунок 6. Программа перезаписи и первичной обработки данных
«Приложение НЭП»

Для анализа данных активной мощности электропривода используется специализированное программное обеспечение обработки, хранения и управления диагностической информацией электроприводной арматуры - ПО «EVA v.3.1» (рис. 7).

Данное ПО позволяет обрабатывать диагностические данные активной мощности и сохранять протоколы обработки в виде твердой копии и записывать в базу данных для последующего контроля трендов.

Для работы сетевой версии ПО EVA v.3.1 используется СУБД Microsoft SQL-Server 2005.

Типовой состав работ по оснащению оборудования системой диагностирования и научно-технической поддержке включает в себя:

  • уточнение перечня оборудования и характеристик шкафов;
  • изготовление соответствующего количества комплектов;
  • поставка оборудования на АЭС;
  • монтаж, шеф-монтаж и пуско-наладка системы;
  • установка аналитического программного обеспечения;
  • ввод базовых характеристик арматуры с электроприводом;
  • обучение пользованию системой;
  • поддержка базы данных диагностических параметров.

Применение данной системы со стационарной установкой измерительных модулей по месту измерения, позволяет:

«EVA v.3.1» - окно анализа и обработки данных. Съем и сохранение диагностических параметров

Съем и сохранение диагностических параметров

Рисунок 7. «EVA v.3.1» - окно анализа и
обработки данных
  • выполнять автоматическую регистрацию параметров питающей цепи при срабатывании арматуры;
  • обеспечить высокую точность и измерений;
  • исключить влияние «человеческого фактора» на результаты измерений;
  • производить работы по монтажу и настройке системы однократно при установке системы;
  • исключить необходимость доступа к силовым линиям для проведения измерений;
  • исключить необходимость установки крупногабаритных элементов системы в помещениях сборок РТЗО;
  • исключить необходимость прокладки линий связи;
  • обеспечить проведение измерений, как во время плановых прокруток арматуры, так и при работе блока на мощности.

В качестве компьютеров сбора информации могут применяться переносные ПК, имеющиеся в лаборатории технической диагностики. Установка аналитического ПО и базы данных с использованием ресурсов имеющейся станционной ЛВС, позволяет обеспечить доступ к результатам диагностического обследования цехам-владельцам оборудования для работы в многопользовательском сетевом режиме.

Анализ электрических параметров запорной арматуры с электроприводом производится специалистом-экспертом в соответствии с «Методикой диагностирования электроприводной арматуры по электрическим параметрам», разработанной Центром диагностики «Диапром» совместно с группой авторов из ЮРГТу, и специалистами Волгодонской, Балаковской и Смоленской АЭС.

Система диагностирования арматуры с электроприводом защищена авторским свидетельством Российской Федерации, патент №72080 от 05.12.2007. Ведутся работы по сертификации накопителя НЭП-256 и включения его в Государственный реестр средств измерений.