Технические науки/5.Энергетика.

Костерев Н. В., Бардик Е. И., Трохименко И. А.

Национальный технический университет Украины «КПИ»

Оценка технического состояния силовых трансформаторов с помощью нечетких алгоритмов.

Показатели надежности и экономичности функционирования электростанций, подстанций и электрических сетей определяются уровнем эксплуатационной надежности основного электрооборудования, в частности силовых трансформаторов[1]. Поэтому предоставляется наиболее важным обеспечить диагностирование для определения технического состояния и принятия решений о стратегии дальнейшей эксплуатации в первую очередь таких ответственных элементов. Рассмотрим использование алгоритмов нечеткого логического вывода для оценки технического состояния силового масляного трансформатора.

Для оценки технического состояния трансформатора можно использовать автоматический классификатор, построенный на основе нечетких алгоритмов и позволяющий на основе параметров состояния (признаков) хi отнести объект диагностирования к одному из классов технического состояния (D1,..., Dk) [6,7,9].

Техническое состояние силового трансформатора характеризуется большим количеством параметров состояния (признаков) хi, значения которых можно получить используя как штатные средства измерения так и путем проведения дополнительных испытаний на работающем или отключенном оборудовании. При большом числе параметров состояния хi , задача построения нечеткой базы знаний информационной системы представляющей совокупность высказываний о причинно-следственных связях «параметр состояния – класс технического состояния »  становится затруднительной.

В [6,9] для электрооборудования входные переменные хi классифицируются на группы и формируется иерархическая многоуровневая база знаний, состоящая из вложенных друг в друга нечетких баз знаний меньшей размерности. На рис. 1 представлена разработанная иерархическая структурная схема нечеткого логического вывода о техническом состоянии и принятии решений о стратегии дальнейшей эксплуатации силового масляного трансформатора.

Рис 1. Иерархическая структурная схема нечеткого логического вывода о техническом состоянии масляного трансформатора.

Информация о состоянии трансформатора, сгруппированная по видам измерений и испытаний [8,9] имеет следующую структуру:

1.     Хроматографический анализ растворенных газов (ХАРГ). х11,...х17 -соответственно концентрации водорода (Н2), метана (СН4), ацетилена (С2Н2), этилена (С2Н4), этана (С2Н6), оксида углерода (СО), диоксида углерода (СO2).

2.     Физико-химический анализ масла. х21,..х27 - соответственно минимальное пробивное напряжение (); тангенс угла диэлектрических  потерь (tgδМ); кислотное число (КОН), температура вспышки (Твсп), газосодержание (Сг), наличие частиц и механических примесей (Смп), влажность (w).

3.     Измерения по определению состояния твердой изоляции. x31,.. .х35 - соответственно тангенс угла  диэлектрических  потерь  (tgδ), сопротивление изоляции обмоток (R60,R15) емкость изоляции (Сиз), концентрация фуранов (Сф).

4.     Измерения в опыте холостого хода. х41 - ток холостого хода (Iхх), х42 - потери холостого хода (∆Рхх).

5.     Испытания по измерению сопротивления короткого замыкания. х41 - сопротивление короткого замыкания zк.

6.     Измерение сопротивлений обмоток постоянному току. х61 - сопротивление обмоток постоянному току.

7.     Другие виды измерений и испытаний х71 – х7j.

В иерархической структурной схеме (рис. 1), представленной в виде дерева нечеткого логического вывода [6,7,9], связь в котором между входными переменными хi (), которые отнесены к классам Xj (), и выходной переменной Dj (), являющейся интегральным показателем (классом технического состояния), описывается системой соотношений:

………………...,                                                           (1)

Переменные, входящие в систему уравнений (1) являются лингвистическими со следующими термами:  - множество термов для оценки переменной классов технических состояний D;  - множество термов для оценки входных переменных состояния. Соотношениям (1) на рис. 1 соответствуют базы знаний (обозначены буквами ), состоящие из логических высказываний о взаимодействии входных и выходных переменных [4,6,7]:

……………………………………………..,

                       (2)

Здесь ,  - веса правил (коэффициенты доверия), характеризующие степень уверенности эксперта в этом правиле.

Уравнениям соответствуют нечеткие логические уравнения, связывающие функции принадлежности нечетких термов входных и выходных переменных:

…………………………………………….,

                         (3)

Классификация, то есть отнесения состояние трансформатора к одному из классов состояний с использованием иерархической схемы нечеткого логического вывода осуществляется по следующему алгоритму:

1.     Определяют множество классов технических состояний электрооборудования  и множество признаков состояния  объекта диагностирования; нечеткие термы для лингвистической оценки признаков состояния хi, и соответствующие им функции принадлежности; разрабатывают нечеткую базу знаний, построенную по иерархическому принципу, с использованием которой выполняется оценка технического состояния.

2.     Для заданного фиксированного вектора значений входных переменных определяют значения функции принадлежности нечетким    термам    входных    переменных ; ki - количество термов для оценки лингвистических переменных хi.

3.     Используя соотношения (3) вычисляют функции принадлежности  термов-оценок выходных интегральных параметров состояния соответствующих вектору значений входных параметров объекта диагностирования.

4.     Решение  определяют как такое, для которого функция принадлежности  максимальна.

Имея результаты каждого вида испытаний и измерений трансформатора с использованием определенного набора признаков и соответствующей базы знаний Xj  (j = 1,m) можно оценить техническое состояние трансформатора и отнести его к некоторому классу состояний (нормальное, или неисправное с дефектом определенного типа), оцениваемых по результатам данного вида испытаний или измерений. Интегральная оценка технического состояния осуществляется на основе объединения частичных выводов о техническом состоянии и выполняется с использованием базы знаний D, в которой все правила сформулированы на основе экспертных знаний.

ЛИТЕРАТУРА

1.     Алексеев Б. Л. Контроль состояния крупных силовых трансформаторов. -М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2002.-216с.

2.     Назарычев А.Н. Основные принципы системы технического обслуживания и ремонта электрооборудования по техническому состоянию//Надежность либерализованых систем энергетики /Под ред. Н.И.Воропая, А.Д.Тевяшева.- Новосибирск: Наука, 2004. - с. 173-189.

3.     Структура экспертно-диагностической и информационной системы оценки состояния высоковольтного оборудования /Давиденко И.В., Голубев В.П., Комаров В.И., Осотов В.Н. // Электрические станции. 1997. №6. с.25-27.

4.     Practical use expert systems in planning and operation of power systems / OGRE Task Force 38.06.03 //ELECTRA №146 February 1993 pp 31-67.

5.     Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применения к принятию приближенных решений. -М.: Мир, 1976.   -165.

6.     Ротштейн А.П. Медицинская диагностика на нечеткой логике. - Винница: Континент-ПРИМ, 1996. -132с.

7.     Штовба С. Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику. http://www.matlab.ru/fozzylogic/book/index.asp.

8.     Объем и нормы испытаний электрооборудования. -6-е изд.перераб. и доп. РД 34.45-51.300-97.М.: Изд во НЦ ЭНАС, 2001.

9.     Костерев Н.В., Бардик Е. И. Диагностика электрооборудования электростанций и подстанций с использованием нечеткой логики // Матеріали другої міжнародної науково-практичної конференції «Сучасні наукові дослідження  - «2006». Том 15. Технічні науки. – Дніпропетровськ. – 2006. с. 75-78.