Разработка методик и элементов для экспертно-диагностической системы маслонаполненного оборудования

Появление проблемно-ориентированных экспертно-диагностических систем в энергетике связано не столько с экспансией новых информационных технологий, сколько с целым рядом технических, экономических и организационных причин, а также тенденциями в энергетике.

Точная диагностика состояния маслонаполненного оборудования на основе данных эксплуатационных испытаний и измерений, как фактор повышения надежной, безаварийной работы оборудования, всегда была актуальна и приобретает все большую значимость. Это связано с несколькими причинами.

Во-первых, повсеместно (в том числе и за рубежом) наблюдается старение парка оборудования. Например, силовые трансформаторы, проработав по 20−30 лет приблизились к концу срока эксплуатации, оговоренному производителями. В связи с этим, встает вопрос: можно ли продолжать эксплуатацию состарившегося оборудования, если — да, то до какого времени ?

Во-вторых, заметна тенденция к переходу от профилактического ремонта на ремонт оборудования по его техническому состоянию, что позволяет экономить средства на ремонт, сократить потери от отключения оборудования на период ремонта, уменьшить отрицательное влияние человеческого фактора. Желательно выводить оборудование в ремонт и для замены в оптимальные сроки, (при состояниях, предшествующих критическим.).

В-третьих, увеличение единичных мощностей оборудования приводит при его отказе к увеличению материальных потерь от разрушений самого оборудования, причем, при авариях к стоимости оборудования добавляется ущерб причиненный аварией, нередко сопровождаемых пожарами, взрывами (ущерб причиненный аварией зачастую превышает стоимость оборудования) и, что более существенно, от нарушения электроснабжения потребителей. Ущерб от недоотпуска электроэнергии может достигать несколько десятков тысяч рублей в сутки.

В-четвертых, рост стоимости оборудования приводит к необходимости наиболее полного использования его ресурса. Например, силовой трансформатор стоит от 1,5 до 3,5 миллионов рублей, высоковольтный вводот 18 до 30 тысяч рублей (в ценах 1998 г).

В-пятых, развитие энергетических систем приводит к возрастанию количества оборудования, а следовательно, к возрастанию объема работ и потока информации о состоянии оборудования, приходящегося на обслуживающий персонал, что может приводить к увеличению ошибок по вине персонала. В «АО Свердловэнерго» в настоящее время эксплуатируется более 600 трансформаторов на напряжения 110−500 киловольт и около 8000 высоковольтных вводов на напряжения 110−500 киловольт.

В-шестых, точная и своевременная диагностика оборудования является далеко нетривиальной задачей, требующей не только знаний и определенных психологических качеств от персонала, но и богатый практический опыт.

Исторически, в силу ряда причин, сложилось так, что в вопросах диагностики лидируют 3−4 энергосистемы России: АО «Свердловэнерго», АО «Ленэнерго», АО «Пермьэнерго», и столичные исследовательские институты: ВЭИ, ВНИИЭ, ОРГРЭС, где работают признанные опытные специалисты-эксперты по диагностике оборудования. Использование этого опыта призвано снизить ошибки персонала и повысить надежность и качество принимаемых решений.

В настоящее время, в некоторых энергосистемах образовались специальные подразделения, занимающиеся вопросами диагностики электрооборудования, что подчеркивает актуальность задач диагностики.

Перечисленные причины ставят проблемы точной (качественной) оценки состояния и прогнозирования работоспособности энергетического оборудования на одно из первых мест в системе обслуживания.

К основным видам электрооборудования высокого напряжения (наиболее крупному (мощному), многочисленному и дорогостоящему), от работоспособности которого в значительной мере зависит надежная работа энергосистемы, относится маслонаполненное оборудование: силовые трансформаторы, автотрансформаторы, маслонаполненные реакторы, высоковольтные вводы, масляные выключатели, измерительные трансформаторы тока и напряжения, вольтодобавочные трансформаторы.

В перечисленных типах оборудования, имеющих изоляцию масло-барьерного или бумажно-маслянного типа, появление и развитие дефектов, а так же условия работы изоляции, имеют ряд общих закономерностей, поэтому диагностика маслонаполненного оборудования представляет собой самостоятельную задачу.

Все маслонаполненное оборудование периодически выводится из эксплуатации и подвергается профилактическим испытаниям, которые регламентируются соответствующими нормативными документами. Однако сложившаяся система профилактических испытаний и известные методы диагностики оборудования не достаточно эффективны так как: -традиционные методы профилактических испытаний и измерений, как правило, не позволяют выявить зародившиеся дефекты на ранних стадиях их развития;

— жестко регламентированный период между испытаниями по ряду дефектов превосходит время развития до отказа, ибо периодичность испытаний не согласована со скоростью развития дефекта;

— некоторые рекомендованные директивными документами нормы и методы устарели, так как были разработаны для ранее выпускаемого оборудования, не учитывают современное состояние электроаппаратостроения (снижение запасов прочности при проектировании оборудования и т. д.) и более высокую чувствительность современной измерительной аппаратуры;

— периодическое проведение плановых профилактических работ (испытаний и измерений, ремонтов), приводит к отключению работоспособного оборудования и потерям из-за его простоя.

Таким образом, разработка и усовершенствование экспертно-диагности-ческих систем маслонаполненного оборудования, с целью полученйя ранней й точной диагностики оборудования, как фактора повышения его надежности, приобретает все большую значимость в связи с вышеперечисленными причинами.

5.5.Выводы.

Разработанны подсистема приобретения знаний (ППЗ) и подсистема анализа браковок и отказов оборудования (ПАБО), позволяющие получать знания первого рода (критерии для интерпретации данных, а также связи между ними) для БЗ из знаний второго рода — эмпирических фактов, с помощью развитых средств, базирующихся на методах математической статистики.

Подробно рассматриваются функции модулей и блоков ППЗ и ПАБО, реализованные в них методики, приведены примеры их использования.

Одним из таких примеров является усовершенствованная методика расчета предельных параметров. Определены виды функций плотности распределения вероятности наблюдаемых значений параметров, при которых у существующей методики (РД.34.46.302−89) возникают ошибки завышения и занижения граничных значений. Предложены меры, позволяющие минимизировать эти ошибки. Предложены и обоснованы критерии выбора «порога опасности» и «порога повреждаемости». По усовершенствованной методике на основе данных нескольких энергосистем Урала, по базе данных за 22 года, проведены расчеты предельных значений концентраций газов с учетом класса напряжения и вида защиты масла для трансформаторов, класса напряжения и марки масла для вводов.

Разработана и реализована в подсистеме ПЗ методика синтеза моделей дефектов на основе анализа статистических фактов. С помощью этой методики на основании 98 актов повреждений вводов АО «Свердловзнерго», собранных за последние 10 лет, составлен словарь классов распознаваемых состояний вводов с описанием признаков дефекта и причин его возникновенияполучены 12 моделей дефектов высоковольтных вводов.

В качестве примеров, поясняющих работу подсистемы АБО, приведен анализ причин повреждаемости трансформаторов и вводов АО «Свердловзнерго» за последние 8 лет, на основании полученных результатов отмечены тенденции повреждаемости оборудования, сделан сравнительный анализ браковки вводов по классам напряжения.

Проведенный анализ повреждаемости позволил переопределить ранжирование вероятности возникновения дефектов, сделанное первоначально на основе экспертных оценок.

По мере пополнения статистических данных, разработанные средства, позволяют пополнять базу знаний новыми знаниями и уточнять уже существующие знания о диагностики оборудования (получать как более дифференцированные предельные значения параметров, так и новые модели дефектов, и т. п.), выявлять эффективные методы диагностики, оценивать применяемые в эксплуатации оборудования стратегии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Для построения эффективной системы эксплуатационного контроля электрооборудования были изучены виды и контролируемые параметры измерений, на основании которых производится диагностика оборудования, и выбраны наиболее информативные.

Определены особенности и необходимые функции экспертно-диагностической системы (ЭДС) для электротехнической службы энергосистемы, а также, функции, и структура ее подсистем, их взаимодействие.

Созданы структурно-функциональные и информационные модели экспертной системы для диагностики оборудования с учетом выявленной специфики предметной области.

Систематизированы и формализованы знания по диагностике маслонаполненного оборудования (разработана база знаний), для этого изучены применяемые в России и за рубежом методики диагностики, нормативные документы, регламентирующие состояние оборудования, опыт работы экспертов-практиков в этой области.

Предложены способы описания состояния диагностируемого объекта в виде логико-математических моделей по каждому виду измерения, для этого выявлены связи между значениями параметров и техническим состоянием оборудованияопределены значения параметров, характеризующие переход объекта из одного класса технического состояния в другой.

Составлены словарь классов состояния объекта и словарь выдаваемых персоналу рекомендаций по дальнейшим эксплуатационным мероприятиям.

Осуществлено распознавание класса состояния оборудования в виде правил продукций. Исходя из взаимосвязи изменений совокупности наблюдаемых параметров и технического состояния оборудования, правилами продукции определяется объем и периодичность испытаний, а также объем других эксплуатационных мероприятий по обслуживанию оборудования в том числе и ремонтов.

Предложена новая методика диагностики оборудования по результатам хроматографического анализа растворенных в масле газов, включающая:

— модель описания состояния диагностируемого оборудования в виде графического образа;

— алгоритм распознавания состояния оборудования по графическим образам классов состояния;

— методику синтеза классов состояния объектов на основе достоверно известных и расследованных фактов аварий и актов вскрытия оборудования.

С помощью предложенной методики получено описание 12 классов состояния высоковольтных вводов.

Решена задача вывода общего заключения о состоянии оборудования по совокупности моделей, описывающих его состояние при многоаспектной диагностике.

Предложен вариант работы машины логического вывода модульной иерархической базы знаний в условиях недостоверной, неполной информации, изменения состояния оборудования во времени и учета его истории.

Предложены критерии оценки состояния оборудования по предельным значениям параметров и рассмотрены пути их получения. Определены предельные значения концентраций газов, характеризующие переход оборудования в «группу риска «, дифференцированные по классам напряжения и конструктивным особенностям для региона Урала.

Разработаны подсистемы анализа браковок и отказов оборудования и получения знаний, позволяющие получать закономерности, характеризующие процессы в оборудовании на основании статистических данных с помощью математических методов. Проведен анализ причин повреждаемости трансформаторов и вводов по АО «Свердловэнерго» за восемь лет.

Разработанная ЭДС реализована, включая все ее подсистемы в алгоритмах и на языке программирования, включая варианты работы при делении на части по видам оборудования, видам измерения, структурным подразделениям с возможностью информационного обмена между частями [90].

Выработана технология обслуживания системы, предусматривающая работу нескольких категорий пользователей.

Проведена апробация ЭДС на производстве, по результатам эксплуатации проведено совершенствование технологии обслуживания и интерфейса.

ЭДС эксплуатируется на ряде предприятий семи энергосистем. Документы, подтверждающие внедрение приведены в прил.З.

В АО «Свердловэнерго» проведена аттестация ЭДС по всем случаям вывода из работы и последующего вскрытия оборудования за период с 1995 по 1997 гг. Тестировалось 23 отказа трансформаторов и 37 повреждений вводов. Результаты аттестации приведены в прил. 2.

Сделаны доклады на научно-технических конференциях по методам и средствам оценки состояния маслонаполненного оборудования, проводившихся в 1996 и 1997 гг. в Кирове, Москве, Санкт-Петербурге, Новочеркасске, Екатеринбурге.

Созданная экспертная система позволяет осуществлять точную pi надежную диагностику состояния маслонаполненного оборудования, что подтверждено результатами аттестации, проведенной АО «Свердловэнерго» (достоверность выдаваемых диагнозов — 96%).

Проведенная работа позволит тиражировать накопленный опыт в энергосистемах, не имеющих экспертов высокого класса.