Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

Системный подход к оценке состояния силовых масляных трансформаторов в режиме on- и off-line
 

Системный подход к оценке состояния силовых масляных трансформаторов в режиме on- и off-line

Игнатьев Е.Б., Попов Г.В., Тихонов А.И. Центр по проектированию и повышению надежности электрооборудования

(Ивановский государственный энергетический университет)

 

 

Системы диагностики и мониторинга предназначены для повышения надежности эксплуатации электротехнического оборудования. В этом они похожи. Различие этих систем проявляется в возможностях, которые они обеспечивают. СМ позволяют оптимизировать режимы эксплуатации, повышать коэффициент использования установленной мощности оборудования. СД дают возможность наглядно представлять жизненный цикл объекта, проводить одно- или многокритериальное ранжирование объектов в рамках конкретного множества, реализовывать эффективную стратегию по ремонтам, модернизации и замене оборудования.

На рынке РФ представлены как отечественные, так и зарубежные СМ и СД. Среди первых можно выделить СМ АВВ T-monitor, MAISTR, TDM, МS 2000, СУМТО. Среди СД определенный интерес представляют две системы: Альбатрос и Диагностика+. При анализе этих систем каких-либо попыток объединения их возможностей выявлено не было. Обзор систем мониторинга и систем диагностики показывает, что системы мониторинга, не используют данные обследований, а системы диагностики оценивают состояние оборудования без учета данных мониторинга. Диагноз ставится оборудованию, зачастую, даже без учета его нагрузки.

Для повышения точности и достоверности оценки технического состояния оборудования требуются интегрированные СД, которые могли бы использовать как данные мониторинга, так и данные, полученные при всех измерениях на протяжении жизненного цикла объекта: под нагрузкой, на отключенном оборудовании, при комплексных обследованиях, в процессе ТОиР и т.д.

В ЦППНЭ ИГЭУ сделана попытка объединения таких систем в единый прогрммно-технический комплекс оценки технического состояния трансформаторного оборудования. Разработана система мониторинга силовых трансформаторов, которая как и система Диагностика+ может работать автономно, но в комплексе эти две системы дополняют друг-друга и переходят на более высокий уровень (рис. 1).

Система мониторинга оперативно реагирует на недопустимые изменения значений контролируемых параметров, но получая дополнительные сведения от системы Диагностика+ сервер мониторинга может более точно вычислять граничные и предельно-допустимые значения, а также, при необходимости, оперативно проводить углубленный анализ состояния объекта и квалифицированно выдавать рекомендации по действиям оперативного персонала.

И, наоборот, при работе системы Диагностика+ для более точной оценки технического состояния трансформатрного оборудования из БД мониторинга берется: график нагрузки, количество коротких замыканий и значения токов короткого замыкания (по фазам), сведения о перенапряжениях, число переключений РПН, графики температуры воздуха и верхних слоев масла.

Для планирования регламентных работ важным параметром будет фактическая наработка двигателей обдува и маслонасосов.В качестве сервера БД обе системы используют СУБД FireBird (клон известной СУБД Interbase). Это позволяет системам беспрепятственно использовать данные друг-друга.

В качестве сервера БД обе системы используют СУБД FireBird (клон известной СУБД Interbase). Это позволяет системам беспрепятственно использовать данные друг-друга.

Так как выборка из БД мониторинга всей необходимой для Диагностики+ информации собрана в отдельных правилах ЭС, то при работе системы Диагностика+ с другими системами мониторинга, только эти правила должны быть изменены. ЭС изначально строилась для работы с неполными данными, поэтому, если часть используемых в системе Диагностика+ данных системой мониторинга не предоставляется, то никаких сбоев в работе системы не происходит, но может быть только понижен коэффициент доверия к результатам анализа.

Часто на предприятии система мониторинга работает в отдельной «технологической» сети, поэтому между сетями необходим шлюзовой компьютер.

 

Рис. 1. Связь системы Диагностика+ с системой мониторинга

Модель диагностирования

Модель диагностирования описывает в общем виде процессы активизации системы диагностики, определения технического состояния, имеющихся дефектов и остаточного ресурса оборудования.

На рис. 2 представлены все основные потоки данных модели диагностирования, а на рис. 3 – модель процесса диагностирования.

Производится постоянный анализ текущих данных мониторинга. В случае неудовлетворительных результатов температурного контроля масла бака, контроля газосодержания, влагосодержания масла, состояния высоковольтных вводов или состояния РПН выполняется обращение к экспертной системе диагностики.

 

Рис. 2. Диаграмма потоков данных

В случае нарушения граничных значений параметров по известным методикам определяются диагностические признаки, определяется степень нарушения допустимых значений параметров, фиксируется место дефекта и формируются сообщения об этих нарушениях для протокола.

В первую очередь для определения какого-либо диагностического признака выбираются данные СМ, если для данного объекта нет нужных данных, то берутся данные обследований оборудования под рабочим напряжением и данные обследований на отключенном оборудовании, в том числе, и данные, полученные при комплексном обследовании. При этом выбираются те данные, для которых период актуальности не закончился. Если необходимые данные отсутствуют, то выдаются рекомендации о проведении диагностических обследований. При этом по возможности минимизируется отношение стоимость/информативность для рекомендуемого набора измерений и обследований.

По диагностическим признакам определяются тип, место и степень достоверности для каждого вероятного дефекта.

Отсеиваются все дефекты, у которых степень доверия меньше установленного уровня.

Уточняются возможные дефекты. Выявляются наиболее вероятные дефекты. Оцениваются скорости их развития. В случае необходимости (и при соответствующей настройке параметров запуска СД) производится интерактивное уточнение диагностических признаков у Пользователя.

Определяются индексы состояния узлов оборудования.

По выявленным дефектам определяются рекомендации по дальнейшей эксплуатации оборудования, необходимости проведения восстановительных работ и дополнительных обследований.

По значениям индексов состояния узлов рассчитывается индекс состояния оборудования в целом и определяется его класс состояния.

 

Рис. 3. Процесс диагностирования

Генерируется протокол с заключением и рекомендациями.

В БД записываются результаты анализа (класс состояния, обнаруженные дефекты, перечень необходимых работ по ТО и Р).

Формируются фрагменты протокола с учетом определенных диагностических признаков, дефектов и рекомендаций.

Определение состояния

Для классификации состояния оборудования сначала определяются индексы состояния его узлов, показанных в табл. 1:

Таблица 1. Узлы оборудования и их весовые коэффициенты

Узел

Весовой коэффициент

1.     Обмоточная система

10

2.     Магнитная система

5

3.     РПН

5

4.     Бак

1

5.     Масло

5

6.     Система охлаждения

1

7.     Высоковольтные вводы

5

8.     Вспомогательные узлы

1

Индексы состояния узлов оборудования зависят от вида обнаруженного дефекта, его интенсивности и опасности, а также от значений некоторых диагностических признаков [1]. Значения этих критериев оценки технического состояния узлов определяются в соответствие с данными, приведенными в [2 приложении 3].

Индекс технического состояния (Ii) каждого узла рассчитывается как ранжированная сумма значений критериев данного узла, умноженных на их весовые коэффициенты.

 

где Ii– значение индекса состояния i-го узла; значение округляется до ближайшего целого;

Kij – значение j-го критерия состояния i-го узла;

Vij – весовой коэффициент j-го критерия i-го узла; весовые коэффициенты должны быть целыми;

Mij – максимальное значение индекса j-го критерия i-го узла;

mi – число означенных критериев i-го узла.

В качестве критериев используются ДП и дефекты со своими весовыми коэффициентами. Значение критериев оценки состояния узла оборудования лежит в диапазоне от 1 до 10. В общем случае применяются следующие значения критерия: 1 – очень хороший; 3 – хороший; 6 – удовлетворительный; 8 – ниже удовлетворительного; 10 – плохой.

Критерий состояния узла, значение которого не определено, не учитывается ни в числителе, ни в знаменателе формулы.

На пятом этапе по индексам состояния узлов рассчитывается индекс состояния оборудования и определяется его класс состояния.

Индекс технического состояния (IO) оборудования рассчитывается как ранжированная сумма значений индексов состояния узлов данной единицы оборудования, умноженных на их весовые коэффициенты (табл. 1).

 

где I0  – значение индекса состояния оборудования; значение округляется до ближайшего целого;

Ii – значение индекса состояния i-го узла;

Vi – весовой коэффициент i-го узла; весовые коэффициенты должны быть целыми; коэффициенты (табл. 1) рассчитаны на основе накопленной статистики отказов узлов трансформаторного оборудования.

Mi – максимальное значение индекса i-го узла;

n – число узлов, с рассчитанным значением индекса состояния.

Индекс состояния узла, значение которого не определено, не учитывается ни в числителе, ни в знаменателе формулы.Рассчитанные индексы технического состояния оборудования сопоставимы с индексами состояния, рассчитанными по Методике экспертной оценки технического состояния оборудования (ОАО «ФСК ЕЭС») [1].

Таблица 2. Определение класса состояния оборудования

Название класса

Значение индекса технического состояния

1. Пригодно

1 IO < 10

2. Под контролем

10 ≤ IO < 40

3. Зона риска

40 ≤ IO < 80

4. Непригодно

80 ≤ IO ≤ 100

5. В ремонте

Определяется оперативным персоналом

6. Списано

Определяется оперативным персоналом

Классификация оборудования по его состоянию

В результате анализа данных, проводимого ЭС, для трансформатора вычисляется индекс технического состояния, который характеризует степень риска эксплуатации оборудования, то есть, вероятность возникновения отказа.

По значению индекса состояния оборудование относится к одному из четырех классов технического состояния. Характеристика классов состояния объектов приведена в табл. 3.

Таблица 3. Характеристика классов состояния объектов

Название класса

Характеристика

1.  Пригодно

Оборудование находится в исправном и работоспособном состоянии. Контролируемые параметры не выходят за границы допустимых значений. Отсутствуют любые повреждения.

ЭС СД рекомендует продолжать эксплуатацию оборудования в том же режиме.

2.  Под контролем

Оборудование находится в работоспособном состоянии. Нарушены граничные значения одного или нескольких контролируемых параметров, что подтверждено результатами повторных измерений. Дефекты, зачастую, обусловлены естественным процессом старения. Возникшие  повреждения не мешают оборудованию выполнять основные функции.

ЭС СД фиксирует факт дефекта и взятие его на контроль, рекомендует продолжать эксплуатацию объекта  и определяет сроки для контроля значений соответствующих параметров (если необходимая информация недоступна от СМ).

3.  Зона риска

Оборудование находится в работоспособном состоянии. Нарушены предельно-допустимые значения одного или нескольких контролируемых параметров. Имеющиеся повреждения пока не мешают оборудованию выполнять свои основные функции.

ЭС СД указывает на  особый контроль значений тех параметров оборудования, которые могут свидетельствовать о степени развитии предполагаемого дефекта (дефектов). При этом (в случае отсутствия информации от СМ) жестко регламентируются сроки проведения повторных измерений.  Как правило, рекомендуется перевод объекта в щадящий режим работы. Даются также другие рекомендации, направленные на выяснение степени опасности и продолжительности развития дефекта.

Персонал должен находиться в состоянии готовности для разгрузки объекта и его останова.

 

4.  Непригодно

а). Степень развития дефекта (дефектов) достигла предельного уровня. Дальнейшая эксплуатация объекта представляет опасность для функционирования. Большая вероятность наступления отказа.

ЭС СД рекомендует вывод объекта в восстановительный ремонт, определяет характер, объем и примерную стоимость ремонта.

б). Степень износа объекта достигла предельного уровня из-за полной выработки ресурса или объект морально устарел. Дальнейшая его эксплуатация экономически неэффективна, а в ряде случаев опасна.

ЭС СД рекомендует списание оборудования.

5.  В ремонте

Неработоспособное состояние оборудования. Оно выведено из эксплуатации и находится в ремонте.

ЭС СД должна «знать» о выводе оборудования в ремонт.

Вся информация о проведенных ремонтных работах должна быть доступна ЭС СД. 

6.  Списано

Оборудование полностью выработало свой ресурс или перешло в неработоспособное состояние в результате неустранимого дефекта или аварии. Соответствующей комиссией предприятия оно было списано. 

В БД ЭС необходимо занести данные о списании объекта.

 

Класс «Под контролем» соответствует первой (низшей) степени риска. Класс «Зона риска» – второй степени риска. Класс «Непригодно» – третьей (высшей) степени риска.

Варианты интеграции систем

В основе интеграции компьютерных систем на энергетическом предприятии в единый комплекс лежит идея использования общей информационной модели (CIM - Common Information Model) и единой системы классификации и кодирования в электроэнергетике (ЕСККЭ) [3].

Задачей CIM-модели является единое унифицированное представление структур данных, независимо от источника их происхождения и целей использования. Эта идея была развита в документах Международной электротехнической комиссии (IEC – МЭК). Cоздается единая информационная модель физического объекта и все приложения обмениваются данными, используя их единое описание [4]. Информационная модель должна:

  • быть устойчивой к изменениям объекта управления (изменения внутри объекта управления не должны сказываться на интерфейсах обмена и доступа к данным и их реализациям);
  • быть открытой (модификация модели не должна влиять на существующие элементы программного обеспечения);
  • обеспечивать возможность интеграции как существующих, так и вновь устанавливаемых приложений независимо от типа их программной технологии и вычислительной платформы;
  • состоять из компонентов (такими компонентами являются объекты информационной модели: подстанции, линии, станции, потребители);
  • представлять собой единое информационное пространство данных, включая измерения. В процессе эксплуатации необходимо постоянно поддерживать адекватность модели текущему состоянию системы.
  • В системе Диагностика+ используется механизм объектного отображения предметной области, что наиболее соответствует CIM моделям, рекомендованным рабочей группой WG14 технического комитета TC57 международной электротехнической комиссии IEC.

    Используется не только декларативная информационная модель, применяемая для представления предметной области, но и полностью объектная, включающая в себя событийный механизм, и механизм объектных методов.

    Поскольку комплекс «Диагностика+» не охватывает многих областей деятельности энергетических предприятий, а является специализированной экспертной системой диагностики электрооборудования, то его интеграция в общую информационную структуру предприятия на основе моделей и стандартов ЕСККЭ [3] позволит не только повысить эффективность диагностических процедур, так как обеспечит оперативную доставку информации о измерениях и аппаратном мониторинге от специализированных систем, но и избавит систему от выполнения несвойственных ей функций. При создании единой информационной среды объектов электроэнергетики система «Диагностика+» может стать одним из кирпичиков в данной структуре. «Диагностика+» – комплекс программ, который уже обладает рядом свойств, необходимых для создания такой глобальной системы.

    В системе реализован механизм учета и классификации оборудования, работ и испытаний, как внутри отдельного предприятия, так и в энергосистеме, состоящей из множества предприятий и подразделений этих предприятий, имеющих иерархическую организационную связь.

    При настройке системы возможно первоначальное создание классификационных единиц филиалов, подразделений, оборудования, испытаний, работ и т.п. в виде информационных классов с необходимым набором свойств для каждого вида. После чего осуществляется переход к классификации видов, установка связей между видами информационных классов в отношении старший класс – подчиненный класс. Непосредственно классификация уже заложена в обобщенном виде, а также производится при настройке системы и может быть легко изменена под нужды любого предприятия или энергосистемы.

    В системе есть справочники и механизм, позволяющий использовать, создавать, редактировать и синхронизировать справочные данные в системе. Элементы справочников, добавленные на одном узле, распространяются на все узлы. При этом производится синхронизация («утверждение») этих данных на старших узлах - удаление дубликатов, исправление занесенной информации и отправка соответствующих действий на нижележащие узлы системы.

    Внедрен механизм уникальной идентификации объектов внутри отдельной энергосистемы. Каждый объект при создании получает уникальный идентификатор, который может быть использован при работе с объектом на любом узле системы.

    Наличие полноценной объектной модели, включая язык высокого уровня, даёт возможность делать отображение внутренних объектов системы «Диагностика+» на объекты CIM моделей при условии совместимости справочной информации. При работе над новыми возможностями системы «Диагностика+», будет учитываться возможность интеграции комплекса в общий информационный ресурс предприятий электроэнергетики. Для этого необходимо выполнить следующие шаги.

    1. Произвести настройку классов, их свойств и областей допустимых значений этих свойств, а также обеспечить установление связей между информационными объектами разных классов в соответствии со стандартной моделью.

    2. Перейти на глобальную идентификацию объектов URI, согласно рекомендациям W3C для всех систем, работающих на предприятиях электроэнергетики. В настоящее время рассматривается альтернативный вариант интеграции системы «Диагностика+» на предприятиях, имеющих свою БД оборудования. Он заключается в гетерогенной репликации.

    3. Обеспечить импорт и экспорт данных в формате языка обмена данными. Необходим разнообразный обмен данными - внутри предприятия - между предприятиями и взаимодействие с общим центром стандартизации. При создании данных средств потребуется также разработать средства синхронизации системных справочников со стандартными справочниками и создать средства выборки данных для экспорта из системной БД. Для формирования единой информационной среды объектов электроэнергетики, нужно подготовить соответствующую базу данных, содержащую агрегированные данные по разным предприятиям. Для этого необходимо в систему внедрить выгрузку и загрузку обобщенных данных, или части данных, существующих в системе, которые передаются между разными независимыми предприятиями.

    4. Разработать программный интерфейс, для того чтобы внешние ИС могли непосредственно обращаться к данным и методам системы. Потребуется реализовать систему управления доступом внешних ИС к ресурсам системы.

    5. Разработать средства защиты информационного обмена.

    Решение заключается в том чтобы периодически запускалась процедура обмена данными между БД двух систем. Системы настраиваются таким образом, что те данные, котрые копируются из другой системы, в данной системе изменяться вообще не могут. И наооборот.

    Репликация данных в распределенной системе

    С 2006 года корпоративная версия системы «Диагностика+» позволяет строить корпоративные диагностические системы охватывающие множество предприятий энергосистемы.

    Информационная модель такой распределенной системы содержит разделяемую и общую информацию.

    Паспортные данные оборудования, данные о структуре предприятия и месте установки оборудования, данные с испытаниями и измерениями, данные о ТОиР относятся к разделяемой информации. Эти данные можно разделить между предприятиями по принадлежности оборудования. Деление можно осуществить на уровне объектов. Так, например, данные об оборудовании установленном на подстанциях какого-либо ПМЭС хранятся только на сервере этого ПМЭС, на сервере МЭС и на сервере центра (рис. 4).

    НСИ, словари, база диагностических правил и экспертиз (база знаний) и т.д. – вся эта информация носит общий характер и используется всеми субъектами распределенной системы (общая информация).

     

    Рис. 4. Состав БД по узлам системы

    Общая информация на всех предприятиях должна иметь одинаковую структуру и состав.

    Добиться целостности и непротиворечивости информационной модели можно с помощью механизма иерархической отложенной репликации. Суть ее в том, что для синхронизации БД между узлами распределенной системы передаются только изменения. При иерархической репликации все изменения передаются от сервера к серверу последовательно, и постепенно охватывают всю сеть узлов (рис. 5). Обмен изменениями осуществляется только с одним сервером на вышестоящем уровне и подчиненными серверами уровнем ниже.

    Передача изменений в вышестоящую структуру может осуществляться каскадно, например, по четырехуровневой схеме: ПС – ТЭС – МЭС – Центр (рис. 5).Репликация выполняется пакетами. Изменения накапливаются на подчиненных серверах и передаются на центральный сервер. В свою очередь изменения, выполненные на центральном сервере посылаются подчиненным серверам.

     

    Рис. 5. Иерархическая репликация

    Периодически администратор системы дает команду на создание пакетов репликации для старшего узла и для всех подчиненных узлов. Сервер репликации на основе системного журнала автоматически формирует файлы (пакеты репликаций). Данные файлы отсылаются на соответствующие узлы.

    Полученный пакет репликации обрабатывается сервером репликаций и все присланные изменения повторяются в БД данного узла. Если при приеме пакета репликации возникает конфликт, например, было обнаружено значительное сходство между элементами словаря, то программа обратится с вопросом к администратору. Он решает объединить эти два элемента в один или нет.

    Если пакет репликации по каким-то причинам был пропущен, то все изменения придут в следующем пакете.

    Формат обмена данными

    Для обмена данными между различными диагностическими системами должен использоваться специальный формат файлов обмена данными.

    Такой формат должен быть разработан на основе информационной модели СД и утвержден, а на его базе разработаны программные средства, обеспечивающие:

    - выгрузку в файл информации об одном объекте или множестве объектов одного класса, включая или исключая все подчиненные им объекты;

    - загрузку из файла дополнительной или измененной информации об объекте или множестве объектов;

    - возможность просмотра и печати информации из таких файлов.

    Поддержка

    Все изменения, направленные на исправления ошибок и развитие системы, автоматически фиксируются. Периодически разработчики формируют пакеты изменений. Эти пакеты представляют программу, которая при её запуске производит те же самые изменения в системах пользователей. Пакеты обновлений выкладываются для свободного скачивания на портале Центра transform.ru.

    При первом запуске в локальной системе в БД узлов и заменяет программные файлы.Начиная с 2006 г. было выпущено 10 пакетов обновления.

    Полуавтоматический способ формирования пакетов обновления и их публикация на сайте позволяют эффективно развивать систему даже при большом количестве установленных экемпляров системы.

    Второй немаловажный фактор в поддержке системы – это бесплатный переход от четвертой версии к принципиально новой пятой версии, и помощь в конвертации данных из БД старых версий. То же самое можно сказать о намеченном переходе на новую 6-ую версию. Конвертер БД будет встроен в очередной пакет обновлений.

    Для выявления причин отказов системы в неё включена процедура автоматического сбора информации о настройках всех компонентов системы. По результатам её работы формируется файл, который можно отослать разработчикам.

    Выводы

    1. Реформирование энергетики, возникновение ОГК, ТГК, энергетических концернов, и повышение требований к контролю за состоянием оборудования остро ставят вопрос о создании корпоративных информационных систем с единой распределенной БД, в том числе, и систем оценки технического состояния электрооборудования станций и подстанций. Использование единой распределенной корпоративной информационной системы обеспечивает объединение всех сведений в базе данных центральной службы компании и согласование баз данных, ведущихся в различных предприятиях компании.

    2. Автономные, закрытые информационные системы не поддерживающие стндарты по обмену информацией – не имеют будущего. Нужны системы, которые легко могут быть встроены в уже существующий на предприятии комплекс программных систем.

    3. Хорошо зарекомендовал себя механизм отложенной двухфазной репликации БД. Для узлов системы имеющих связь между собой по относительно медленным каналам связи или временно совсем не имеющих связи (например, передвижных лабораторий) – этот способ просто незаменим.

    4. Очень облегчили работу по поддержке системы и переходу на новые версии технология публикации на web-сайте пакетов обновления и создание конвертеров для БД старых версий системы.

    5. Интеграция с другими информационными системами, связь с системами мониторинга, формализация ремонтных работ позволяют создать и вывести процесс автоматического диагностирования на более высокий уровень.

    Список литературы

    1. Система Стратегического планирования ремонтов ОАО «ФСК ЕЭС». Методика экспертной оценки технического состояния оборудования.- ОАО «ФСК ЕЭС».-2006, 34 с.

    2. Общие технические требования к автоматизированной подсистеме диагностики трансформаторного оборудования подстанций ЕНЭС. - Иваново, 2007 г.

    3. Единая система классификации и кодирования в электроэнергетике. Проблемы и пути решения / Макоклюев Б.И, Лондер М.И., Попов С.Г., Котляр М.Л., Шумилин В.Ф., Шадунц Ю.А. – Электрические станции. - 2006, № 3.- С. 2-5.

    4. Создание обобщенной информационной модели и системы идентификации электросетевых объектов / Вишняков Л.Н., Костенко В.В., Лондер М.И. Эктрические станции. - 2007, № 5. - С. 55-60.

     
     
    Полное содержание статьи Вы можете найти в первоисточнике
    Источник:  ©  Игнатьев Е.Б., Попов Г.В., Тихонов А.И. Центр по проектированию и повышению надежности электрооборудования (Ивановский государственный энергетический университет). Системный подход к оценке состояния силовых масляных трансформаторов в режиме on- и off-line. Электроэнергетика, №  4,  2009.– С.87-92.
    Материал размещен на www.transform.ru: 26.10.2009 г.
     

     

    Перейти в форум для обсуждения

      ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


    Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????