Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

transform.ru :: Попов Г.В., Рогожников Ю.Ю. Алгоритм диагностики масляных трансформаторов // Электрические станции. - 2003. № 8. - с. 54-59.
 

Алгоритм диагностики масляных трансформаторов

Попов Г.В., Рогожников Ю.Ю.


 

 

В условиях рыночной экономики просматривается объективная тенденция соизмерять затраты и прибыль от любых технических мероприятий. Факт необходимости тщательного диагностирования мощного электротехнического оборудования сегодня является неоспоримым. Это обусловлено его высокой себестоимостью, значительными затратами на перевозку, монтаж и т.п., а также финансовыми издержками из-за нарушения технологических процессов при недоотпуске электроэнергии. В то же время организация контроля состояния электротехнических объектов при современном уровне приборного и программного обеспечения, а также возможности эффективного обучения навыкам использования и сопровождения этих средств и выполнения этих работ ограниченным числом специалистов по своим суммарным издержкам на несколько порядков меньше стоимости установленного оборудования.

Так, стоимость силового трансформатора мощностью от 125 до 400 МВ× А составляет порядка 15 – 40 млн. рублей [1], что на три порядка выше стоимости компьютерной программы паспортизации и оценки состояния оборудования. Если при этом учесть, что подобная программа будет обеспечивать обслуживание десятков и сотен объектов, как впрочем, и хроматограф, и тепловизор и др., то станет понятно, что руководители, не обращающие внимания на этот вопрос, уподобляются «скупому, который платит дважды».

В статье пойдет речь об одном алгоритме комплексной диагностики силовых трансформаторов, который может быть реализован в конкретной энергосистеме с учетом местных условий.

Известно, что в каждой проблемной области традиционно сложился набор методов для контроля состояния оборудования, который с течением времени подвергается определенным корректировкам. Согласно [2] на сегодняшний день для силовых трансформаторов официальными считаются 21 вид испытаний и контроля, начиная с хроматографического анализа газов, растворенных в масле и кончая испытанием трансформаторов включением на номинальное напряжение. Очевидно, что следующее издание этого РД будет содержать уже несколько иной перечень методов оценки состояния трансформаторов и другого оборудования.

В настоящее время предлагаются методы, хорошо себя зарекомендовавшие на практике, для включения в новое издание РД, в частности, вибрационный контроль состояния прессовки обмоток [3], контроль температуры горячей точки обмотки как прямым, так и непрямым способом, мониторинг звука и вибрации во время переключения РПН [4], оценка электродинамической стойкости обмоток методом низковольтных импульсов [5] и др.

Сделаем попытку формализации процесса принятия решений путем формирования для произвольной ситуации универсального алгоритма диагностики трансформатора, что особенно важно в условиях, когда такая диагностика выполняется автоматизировано, т.е. с помощью компьютерной системы.

Пусть задано конечное множество , состоящее из элементов , , именуемых неисправными работоспособными состояниями. Разнообразие состояний обусловлено многообразием дефектов, т.е. в состоянии в объекте имеет место дефект , в состоянии - и т.д. (случаи одновременного наличия нескольких дефектов здесь не рассматриваются). Каждому состоянию приписана неотрицательная весовая функция , называемая вероятностью состояния . Задано также конечное множество разбиений множества на классы; число элементов в множестве равно . Элементы , , являются конкретными испытаниями в смысле [2]. В [6] их называют вопросами. Число подмножеств , на которые вопрос разбивает множество , называют основанием вопроса. Очевидно, что .

Каждому вопросу приписано положительное число , называемое ценой вопроса (стоимостью испытания). Задать вопрос на множестве означает разбить это множество на подмножеств. Каждый вопрос (в том числе и ) можно задать не только на всем множестве , но и на любом его подмножестве.

Для иллюстрации сказанного, приведем очень простой пример. Предположим, в некотором гипотетическом трансформаторе возможны дефекты, соответствующие набору состояний , где - деформация обмоток; - уменьшение размеров горизонтальных охлаждающих каналов обмоток вследствие разбухания дополнительной изоляции на крайних катушках; - нагрев участков стенок бака (крышки) потоками рассеивания; - старение витковой изоляции обмоток; - нарушение изоляции между параллельными ветвями обмотки; - засорение труб охладителей системы охлаждения. События образуют полную группу.

Допустим, что об этом трансформаторе известно, что он находится в одном из состояний , т.е. в нем имеется дефект. Нам доступно некоторое множество методов испытаний (ограниченное для простоты), которое представлено следующим набором , где - хроматографический анализ растворенных газов (ХАРГ) в масле; - оценка бумажной изоляции обмоток по степени полимеризации; - измерение потерь холостого хода; - измерение сопротивления короткого замыкания ; - тепловизионный контроль состояния трансформатора.

Возникает вопрос, как организовать алгоритм испытаний, чтобы определить характер дефекта и затратить наименьшие ресурсы? Покажем это на нашем примере.

Приведенная совокупность вопросов , должна обеспечить полную идентификацию состояний , . Связь с представим в виде матрицы инциденций, которую называют также таблицей функций неисправностей (табл. 1).

Таблица 1

1

2

3

4

5

6

1

0

1

1

0

1

1

2

0

0

0

1

1

0

3

0

0

0

0

1

0

4

1

0

0

0

0

0

5

0

0

1

0

0

1

Любой вопрос разбивает множество на два подмножества, т.е. . Наличие единицы на пересечении -ой строки и -ого столбца матрицы означает, что -ый метод идентифицирует -ое состояние (выявляет соответствующий дефект). Здесь пока речь идет о детерминистском подходе к распознаванию.

Следует отметить, что представленная в виде табл. 1 матрица не является логически полной. Это означает, что не для любой пары состояний и существует вопрос , позволяющий эти состояния различить. В приведенной матрице такими состояниями являются и (формальным признаком логической неполноты выступает наличие двух одинаковых столбцов в матрице). Однако ниже будет показано, что в нашем случае неполнота матрицы не является препятствием для решения задачи распознавания.

Совокупность вопросов и последовательность, в которой они задаются для полной идентификации состояний множества , называют вопросником для . Очевидно, что при одних и тех же множествах и могут быть построены вопросники, различающиеся как набором вопросов, так и порядком, в котором они задаются, в чем собственно и состоит проблема комплексного подхода к оценке состояния различных объектов, в том числе и трансформаторов.

Вопросник можно представить нагруженным орграфом, при этом терминальным вершинам графа соответствуют состояний множества , а каждая внутренняя вершина является вопросом (видом испытания) . В графе существует одна особая вершина – корневая, относительно которой строится процесс идентификации.

Одной и той же матрице инциденций, как отмечалось выше, могут соответствовать разные (неоптимальные) вопросники. Так, для нашего примера на рис. 1а приведен вопросник, в котором в качестве корневого выбран ХАРГ, а на рис. 1б построение вопросника выполнено относительно метода измерения . На дугах графа 0 и 1 показаны варианты ответов (результатов) при использовании соответствующего метода:

0 – дефекта не обнаружено;

1 – дефект обнаружен.

Подчеркнем еще раз, что в примере с методической целью выбран ограниченный набор событий и методов ; события образуют полную группу, т.е. речь идет об анализе заведомо дефектного оборудования.

а) б)

Рис. 1. Графы неоптимальных вопросников

Из рассмотрения приведенных графов можно сделать предварительные выводы:

  1. схемы проведения испытаний при комплексной оценке состояния трансформатора могут существенно отличаться;
  2. важнейшую диагностическую информацию несет не только положительный результат испытаний (обнаружение дефекта данным методом), но и отрицательный (выяснение, что дефектов такого вида нет);
  3. в детерминистской схеме можно ограничиваться достаточно узким набором методов для оценки состояния объекта.

Объединение на графах состояний и в одну группу не означает, что они неразличимы. Просто тепловизионный контроль, выявив группу дефектов, в ряде случаев (как в нашем примере) позволяет их затем идентифицировать.

Усложним теперь табл. 1, добавив в нее следующую информацию:

– стоимость вопроса (испытания);

– степень достоверности оценки состояния объекта при данном испытании;

– вероятность дефекта.

Подобная информация позволит нам перейти к вероятностной схеме распознавания, которая более адекватна действительности. Отметим, что данные, приведенные в табл. 2 имеют сугубо методическое назначение.

Таблица 2

Метод

Состояние,

, отн. ед

, отн. ед

1

2

3

4

5

6

1

1

0,8

0

1

1

0

1

1

2

0,5

0,9

0

0

0

1

1

0

3

1,5

0,9

0

0

0

0

1

0

4

1,5

0,9

1

0

0

0

0

0

5

2

0,9

0

0

1

0

0

1

Вероятность, , отн. ед

0,15

0,05

0,05

0,4

0,1

0,25

Статистика распределения повреждений в силовых трансформаторах приводится достаточно часто, в частности она содержится в [3]. Что касается стоимости каждого испытания , , то для разных энергосистем эти значения могут различаться. Величины достоверности результатов испытаний по мере отработки формализованных подходов будут уточняться. Выполним еще одну формальную операцию. Для более наглядного сопоставления разных видов испытаний вычислим . Будем считать, что испытание предпочтительнее , если . Для возможности использования компьютерных алгоритмов преобразуем таблицу функций неисправностей (табл. 2) в логически полную. Для этого сделаем допущение – предположим, что идентифицирует и состояние (вместо 0 в соответствующей клетке поставим 1). После этого методом динамического программирования получаем оптимальную схему диагностирования (рис. 2).

Рис. 2. Оптимальный вопросник

Рассмотрим теперь реальную ситуацию. Возможные дефекты в трансформаторе представлены на рис. 3. В качестве методов испытаний выберем из [2] одиннадцать методов наиболее подходящих для поставленной задачи. Использование всех методов [2] нами также производилось, но иллюстрация этого случая должна сопровождаться и расширенным набором дефектов в трансформаторе (вводах, системе очистки масла, системе защиты масла, системе защитной и контрольно-измерительной аппаратуры), что в рамках журнальной статьи оказывается весьма громоздким.

Рис. 3. Классификация дефектов в силовых трансформаторах

КС – контактное соединение; ПУ – переключающее устройство; КЗ – короткозамкнутый

Таким образом, , где - 1.1; - 1.2; - 1.3; - 1.4; - 1.5; - 1.6; - 2.1; - 2.2; - 2.3; - 3.1; - 3.2; - 3.3; - 3.4; - 4.1; - 4.2; - 5.1; - 5.2; - 6.1; - 6.2; - 6.3; - 7.1; - 7.2; - 8.1; - 8.2 (рис. 3). Для идентификации состояний применяются методы испытаний , где - 6.2; - 6.3; - 6.4.1; - 6.4.2; - 6.5; - 6.6.1; - 6.6.2; - 6.8; - 6.11; - 6.12; - 6.19 (номера методов из [2], например, 6.2 – ХАРГ и т.д ).

Матрица инциденций для этого случая представлена в таблице 3.

Таблица 3

mi

Состояние, sj

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

1

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

0

1

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

2

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

3

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

4

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

5

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

6

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

7

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

8

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

9

1

1

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

10

0

0

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

11

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

Приведем матрицу инциденций к логической полноте посредством объединения нераспознаваемых дефектов, а также введем в нее информацию по трудоемкости и достоверности испытаний, , полученной на основе оценок специалистов Ивэнерго. Сформированная таблица функций неисправностей (табл. 4) должна содержать также вероятности дефектов , которые получены на основе [1,3] и других источников.

Таблица 4

mi

ci, чел.-час.

ki, отн. ед

ci’

Состояние, sj

1

2

3, 5

4, 12,18

6

7,11,14

8

9

10

13

15, 21, 22, 23

16

17

19, 20

24

1

16,5

0,95

17,37

1

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

0

1

2

8

0,9

8,89

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

3

5,5

0,8

6,87

1

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

4

3

0,8

3,75

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

5

5

0,85

5,88

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

6

17

0,95

17,89

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

7

17

0,95

17,89

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

8

16,5

0,9

18,33

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

9

3,5

0,8

4,37

1

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

10

4

0,8

5

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

11

3

0,6

5

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

1

0

0

1

1

Вероятность, pj, отн. ед

0,05

0,125

0,12

0,05

0,05

0,1

0,005

0,015

0,05

0,01

0,1

0,05

0,1

0,15

0,025

Решение данной задачи методом динамического программирования (класс компьютера не ниже Pentium III) позволяет получить оптимальную схему диагностирования (рис. 4).

Рис. 4. Схема оптимального диагностирования (критерий трудозатраты)

Если в качестве приоритетной задачи организации диагностики поставить минимизацию стоимости определения вида дефекта, то тогда оптимальная схема организации испытаний изменяется (рис. 5), а ХАРГ займет привычное для специалистов место корневого узла. При получении оптимального варианта при такой постановке задачи значения стоимости испытаний (в тысячах рублей) задавались следующими (в виде вектора-строки): С=(4,31; 2,15; 3,83; 2,35; 4,15; 8,6; 8,6; 3,3; 2,96; 3,1; 2,5).

Рис. 5. Схема оптимального диагностирования (критерий стоимость)

Реализованный алгоритм функционирует в составе системы оценки состояния силовых трансформаторов «Диагностика+», рассмотренной в [7] и представленной в Интернете на сайте www.transform.ru.

Выводы.

  1. При наличии дефекта в силовом трансформаторе возможна оптимальная схема диагностирования при использовании любого заданного критерия: трудоемкости, стоимости испытаний, времени нахождения дефекта и др.
  2. Использование конкретного метода в схеме комплексного диагностирования определяется характеристиками данного метода: трудозатратами на его использование и достоверностью даваемых им результатов. Для оптимизации общих трудозатрат следует в каждой энергосистеме стремиться к получению объективных значений этих характеристик.
  3. Для более детального распознавания дефектов в силовом трансформаторе можно рекомендовать расширение набора диагностических методов.

Список литературы

  1. Повреждаемость, оценка состояния и ремонт силовых трансформаторов // А.П. Долин, В.К. Крайнов, В.В. Смекалов, В.Н. Шамко. – Энергетик, 2001, № 7.
  2. Объем и нормы испытаний электрооборудования. РД 34.45–51.300–97. М.: ЭНАС, 1998.
  3. О повреждениях силовых трансформаторов напряжением 110 – 500 кВ в эксплуатации // Б.В. Ванин, Ю.Н. Львов, М.Ю. Львов и др. – Эл. Станции, 2001, № 9.
  4. Лизунов С.Д., Лоханин А.К. Проблемы современного трансформаторостроения в России. – Электричество, 2000, № 8.
  5. Левицкая Е.И., Лурье А.И., Панибратец А.Н. Проблема электродинамической стойкости трансформаторов при коротких замыканиях. – Электротехника, 2001, № 9.
  6. Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Основы технической диагностики. М.: Энергоатомиздат, 1981.
  7. Попов Г.В., Игнатьев Е.Б. О совершенствовании технологий диагностирования маслонаполненного электротехнического оборудования. – Новое в российской энергетике, 2001, № 7.
 
  Источник:  ©  Электрические станции.
Материал размещен на www.transform.ru21.02.2005 г.
 

 

Перейти в форум для обсуждения

  ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????