ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

В настоящее время в энергетическом материаловедении экспертиза состояния металла осуществляется сравнением уровня механических свойств и характеристик структуры с требованиями, изложенными в действующих стандартах, нормах и технических условиях. В частности, структурное состояние металла теплоэнергооборудования оценивается с помощью шкал, позволяющих определять размер зерна, загрязненность неметалличе- скими включениями, степень поврежденности микропорами, дендритную ликвацию и др. Провести соответствующие оценки способны только специалисты, обладающие достаточной квалификацией, практическими навыками, что не всегда обеспечивается штатным составом лаборатории металлов электростанции. Схожие проблемы возникают при анализе изломов разрушенных деталей, определении причин повреждений, оценке результатов неразрушающего контроля, измерения твердости и др.

Малое число специалистов высокой квалификации в области энергетического материаловедения и удаленность электростанций создают трудности при принятии оперативных решений для оценки ресурса по структурному состоянию металла. Аварийные ситуации требуют оперативной консультативной помощи.

Оценку технического состояния металла оборудования тепловых электростанций лучше всего вести в рамках единой отраслевой информационной системы материаловедения (ИСМ) на базе современных телекоммуникаций. Особенно перспективно создание ИСМ для территориально-рас- пределенных технических систем, к которым относится тепловая энергетика.

Примером реально действующих систем может служить положительный опыт построения автоматизированных систем обработки изображений (АСОИЗ) для промышленного контроля реакторных материалов, а также в области телемедицины.

Такой подход обеспечивает преемственность анализа результатов измерений, получение досто-

верной, сопоставимой и обобщенной информации о взаимосвязи между микроструктурой, условиями эксплуатации и свойствами материалов оборудования благодаря объединению в единую информационную систему.

В настоящее время энергетика обладает всей необходимой телекоммуникационной инфраструктурой для построения ИСМ. В РАО “ЕЭС России” на опорах линий электропередачи проложены во- локонно-оптические линии связи, внедряются современные информационные системы и технологии. На существующей материальной базе предлагается создать отраслевую ИСМ. Структура предлагаемой ИСМ для тепловой энергетики показана на ðèñ. 1.

Для определения ключевых параметров микроструктуры непосредственно на оборудовании ТЭС создаются мобильные компьютерные материаловедческие комплексы на основе оптических микроскопов. Обработка и анализ изображений микроструктуры осуществляются автоматизированными системами обработки изображений с применением методов количественной металлографии.

Одновременно с оценкой микроструктуры необходимо проведение контроля целостности материала с использованием неразрушающих методов контроля и его свойств. Полученные результаты неразрушающего контроля и механических свойств должны регистрироваться и обобщаться по семейству однотипных объектов, в том числе в динамике. Полученные усредненные данные контроля классифицируют по видам дефектов и создают образы дефектов, которые должны иметь конкретные числовые величины. Для этого необходимо создать единую базу данных по неразрушающему контролю – библиотеку образов. Современные средства связи и передачи данных позволяют передавать изображения микроструктуры, результаты физико-механических испытаний и неразрушающего контроля металла оборудования непосредственно с ТЭС в специально созданный Центр телематериаловедения и ресурса (Центр должен

быть создан на базе профильного института – ВТИ) для анализа и формирования соответствующих баз данных. Базы данных позволяют осуществлять накопление, систематизацию и статисти- ческую обработку результатов определения физи- ко-механических свойств элементов различных блоков ТЭС. Данные эксплуатационного контроля сопоставляются с нормативными значениями руководящих документов и результатами обобщенных данных. Помимо этого, для повышения точ- ности и надежности определения состояния контролируемого материала производится сопоставление результатов контроля, полученных для однотипных элементов, а также сопоставление результатов различных методов контроля. Анализ информации, занесенной в базу данных, позволяет аргументированно оценивать параметры техниче- ского состояния и параметры старения элементов оборудования ТЭС и устанавливать текущие зна- чения механических характеристик для проведения уточненных расчетов напряженно-деформиро- ванного состояния обследуемого оборудования.

К работе с Центром должны быть привлечены отраслевые научно-исследовательские институты и ведущие специалисты. В рамках Центра необходимо организовать телеконсультации между специалистами ведущих научных центров и ТЭС, что позволит повысить эффективность контроля и материаловедческих исследований.

По существу, речь идет о развитии нового направления в материаловедении, которое условно можно назвать телематериаловедением (материаловедением на расстоянии).

В целом создание ИСМ и внедрение ее в практику энергетического материаловедения позволит получить требуемые объемы статистических данных и установить достоверные статистические связи между свойствами, микроструктурой и эксплуатационными характеристиками материалов, включая их живучесть и эксплуатационную надежность. На основе полученной и статистически обработанной информации могут быть созданы базы данных, в том числе визуальные, по микроструктурам, видам дефектов и повреждений систем и оборудования ТЭС и их взаимосвязи с другими влияющими факторами (условия эксплуатации и др.). ИСМ позволит осуществлять мониторинг ключевых эксплуатационных характеристик

Экспертная система поддержки принятия решений

&

материалов систем и оборудования ТЭС, прогнозировать их работоспособность, надежность и ресурс, а также анализировать влияние тех или иных стратегических и тактических решений на оптимальную работу систем и оборудования ТЭС. При дальнейшем развитии работы возможно построение соответствующей экспертной системы и системы поддержки принятия решений, что в целом приведет к снижению влияния человеческого фактора в возникновении аварийных и катастрофиче- ских ситуаций.

Широкое внедрение АСОИЗ на предприятиях отрасли для металлографического контроля микроструктуры материалов тепловой энергетики также позволит снизить влияние человеческого фактора и обеспечит объективность контроля.

Можно представить, что при анализе состояния металла во время планового контроля система будет действовать следующим образом: с помощью переносного микроскопа и цифрового фотоаппарата или телекамеры изображение микроструктуры будет передаваться на компьютер, где оно будет обрабатываться, а снимки сортироваться. Сведения по режиму и результатам контроля будут передаваться в консультативный центр для включения их в единую базу данных. После их анализа и принятия решения они будут передаваться заказчику. Отсылка информации и выпуск заключения должны осуществляться руководителем достаточно высокого уровня для обеспечения достоверности информации. Элементарная схема системы показана на ðèñ. 2.

При аварийной ситуации система будет обеспе- чивать быстрый анализ и передачу данных в консультативный центр для установления причин разрушения. Так, например, при разрушении крепежа турбины Т-100 на Тюменской ТЭЦ-1 виды изломов разрушившихся при эксплуатации шпилек (ðèñ. 3) были переданы по электронной почте не-

посредственно заведующему лабораторией ВТИ для быстрого анализа причин разрушения.

Дальнейшее развитие работы предполагает разработку и реализацию на инфраструктуре ИСМ телетехнологий (дистанционных технологий) сварки, сборки, монтажа и других ответственных изделий и конструкций тепловой энергетики.

Например, телевизионные технологии позволяют вести наблюдение за технологическим процессом сварки: оценить качество подготовки свариваемых поверхностей, контролировать подачу сварочной проволоки и процесс формирования сварного шва, своевременно обнаруживать образование в нем дефектов (раковин, трещин, непроваров и др.) и осматривать шов после сварки. При этом за процессом сварки особо ответственных изделий может следить и давать телеконсультации одновременно группа ведущих специалистов, находящихся в различных научных центрах и организациях отрасли. Кроме того, процесс сварки может быть записан в цифровом виде и передан в соответствующее компьютерное хранилище технологических процессов с указанием режимов.

Все это может быть реализовано и для других технологических процессов.

Для тепловой энергетики не менее важен и высокий образовательный потенциал ИСМ, что связано с ошибками операторов, обусловленными недостатком знаний. Использование информационных и телекоммуникационных технологий в образовательном процессе придает ему качественно другое содержание: учащиеся могут “посещать” лекции самых авторитетных специалистов, находясь в этот момент за сотни и тысячи километров от своих виртуальных преподавателей. Дистанционное обучение целесообразно организовать на базе МИФИ и ВТИ.

Решение поставленных задач потребует для своей реализации определенных затрат на закупку и настройку требуемого аппаратного компьютерного оборудования и, особенно, на разработку, тестирование и внедрение специализированного программного обеспечения.

Необходимо особо подчеркнуть, что данная система будет использоваться при работе и обслуживании удаленных пользователей с различных энергосистем. Поэтому следует изначально ориентироваться при выборе как аппаратуры, так и разрабатываемого программного обеспечения на технологии удаленного сетевого взаимодействия. Дальнейшее рассмотрение комплектующих оборудования и программных разработок ориентировано именно на указанную структуру, так как в обозначенной предметной области создавать локальную (без размещения в сети) программную систему не имеет смысла.

Аппаратное обеспечение потребует закупки компьютера в конфигурации, ориентированной на работу в качестве сервера. В настоящее время цены на требуемые комплектующие не высоки и в данном обзоре не рассматриваются. Гораздо более важным является обеспечение высокоскоростного и надежного канала доступа к сети. Наиболее подходящим как с точки зрения возможностей, так и безопасности, представляется оптоволокно.

Предварительный анализ возможных реализаций программного обеспечения показывает, что необходимо решить две основные задачи: во-пер- вых, обеспечить высокую функциональность системы для пользователей; во-вторых, построить систему, основываясь на доступных пользователям ресурсах. Оба этих критерия, их положительные и отрицательные стороны рассматриваются далее.

Любая современная программная система должна обеспечивать удобный и легко осваиваемый интерфейс работы пользователя, скрывая всю сложность своей внутренней структуры.

Рассмотрим, что потребуется реализовать для работы пользователей. Во-первых, это задача аутентификации. Очевидно, что каждый клиент при входе в систему захочет работать как с общедоступной, так и со своей индивидуальной областью внесенной или вносимой в базу данных информацией. К тому же, всем важно знать, кто именно внес или изменил данные, так как это обеспечит некоторую степень ответственности за осуществляемые им действия. Во-вторых, это раз-

витая подсистема работы с базой данных. Учитывая достаточно большой и разносторонний объем хранимой информации, уже проектирование самой структуры базы данных представляется весьма неординарной задачей. Необходимо обеспечить как корректное сохранение вносимой информации, так и ее согласованность и непротиворечи- вость. В-третьих, на основании хранимых данных требуется формировать различные отчеты, графики и др. Потребности пользователей могут быть самыми разносторонними, и предусмотреть весь их возможный круг представляется весьма затруднительным. Очевидно, что данный вопрос будет изменяться и дорабатываться при взаимодействии с клиентами в процессе работы.

Столь широкий круг задач наиболее оптимально решить разработкой специализированного программного комплекса. Однако это повлечет за собой ряд трудностей. Во-первых (и это представляется наиболее значимым), потребуется распространять среди возможных потребителей данный программный продукт. Учитывая, что не известно как число возможных пользователей, так и их местоположение, это может представлять собой определенную трудность, так как потребуется работать индивидуально с каждым заказчиком. Вообще говоря, такой подход широко распространен, но в данном случае (особенно, на начальном этапе развития) требуется в наиболее сжатые сроки охватить максимальный круг заинтересованных организаций. Во-вторых, это вопросы переносимости. Суть проблемы состоит в том, что для каждой операционной системы (Windows, Linux или Macintosh) потребуется значительно перерабатывать всю системную часть программного комплекса. Полагаться на то, что все потенциальные пользователи работают только на Windows, было бы крайне неосмотрительно, особенно, учитывая последние тенденции в развитии всей компьютерной индустрии.

Рассмотрим, что имеет каждый пользователь для доступа к сети и начала работы с системой (естественно, предполагается, что на стороне клиента есть доступ к сети). Собственно говоря, из всего доступного только какой-либо из WEB клиентов (Internet Explorer или Netscape Navigator) сколько-нибудь полно подходит для работы. Однако у них есть и отрицательные стороны, одной из которых является то, что придется “вписываться в рамки” того, что эти программы могут. Хотя могут они вполне достаточно. Очень важно, что все более или менее последние их версии содержат в своем составе встроенную поддержку технологии Java и различные механизмы шифрования передаваемой информации.

В настоящее время подавляющее число сетевых узлов работает под управлением какого-либо из клонов операционной системы UNIX, давно доказавшей свою надежность и эффективность. Ком-

мерческие варианты системы (такие как HP-UX от Hewlett Packard или AIX от IBM) очень дороги и не рассматриваются. Но параллельно с ними существуют и чрезвычайно быстро развиваются бесплатные варианты UNIX, такие, как FreeBSD и Linux. Последние практически ничем не уступают коммерческим, а в некоторых случаях даже превосходят их. К тому же для этих систем разработано много необходимого для проектируемой системы программного обеспечения. Это, например, всем известный HTTP сервер Apache, SQL сервер MySQL. В пользу этих программных продуктов говорит тот факт, что они используются в сетевом программировании чрезвычайно широко (около 80%) и, что немаловажно, бесплатны.

Очевидно, что вся функциональность системы должна основываться на спроектированной базе данных.

Широко распространенный в настоящее время протокол HTTP и язык HTML для серьезной разработки морально устарели и не обеспечивают необходимой функциональности. Им на смену различ- ными “гигантами” компьютерной индустрии продвигаются самые различные замены. Предварительно решено остановить выбор на созданной корпорацией Sun в середине 90-х годов технологии Java.

Этот выбор сделан по нескольким причинам. На Java можно реализовать системы практически любой требуемой сложности (в крайнем случае, необходимые модули можно реализовать на языке C++ на стороне сервера и интегрировать с Java). И, что самое главное, Java – платформо-независи- ма, т.е. не придется создавать программное обеспечение отдельно для Windows, Linux или какойлибо другой операционной системы. Собственно говоря, ради этого Sun и создавала Java. Все современные browser (Internet Explorer, Netscape Navigator, Opera и др.) имеют встроенную виртуальную Java-машину. Поэтому вообще не придется задумываться, какая у пользователя операционная система на компьютере и каким browser он пользуется. Система на Java разрабатывается и реализуется 1 раз без какого-либо дальнейшего переделывания под конкретных клиентов. Это сразу снимает очень большой объем возможных проблем.

Также не придется распространять среди пользователей написанный программный продукт. Internet Explorer или Netscape Navigator есть практи- чески на каждом компьютере и ими можно сразу воспользоваться для работы с проектируемой системой.

В настоящее время ВТИ готов взять на себя роль разработчика отраслевой системы дистанционной экспертизы состояния и определения при- чин повреждений элементов оборудования тепловых электростанций. При этом на первом этапе создания системы возможно проведение данных работ с использованием электронной почты.