Диагностика трансформаторов является одной из ключевых тем на современных совещаниях и конференциях, посвящённых электрооборудованию. С каждым годом актуальность этой проблемы возрастает, что обусловлено широким спектром мнений специалистов: от полного отрицания необходимости диагностики до её провозглашения панацеей от всех проблем.
Однако вопрос о необходимости диагностики не правомочен, так как она безусловно необходима. Более корректно ставить вопрос об эффективности диагностики в её нынешнем состоянии.
На данный момент эффективность диагностики трансформаторов явно недостаточна. Это связано с разрывом между уровнем развития технических средств диагностики и её теоретическим обеспечением.
Под теоретическим обеспечением понимается разработанность моделей, в первую очередь математических, и, как следствие, разработанность аппарата обработки диагностической информации и формализованность процедуры постановки диагноза.
Задача распознавания конкретных дефектов весьма сложна и в настоящий момент решена лишь для ограниченного числа случаев. В данной статье предлагается возможный путь решения этой проблемы с использованием методов теории распознавания образов.
Реализация этих методов для электрооборудования ограничивается использованием простейших алгоритмов вычисления оценок на основе булевозначных обучающих последовательностей.
Причины такой ограниченности коренятся в количественной недостаточности и недостоверности имеющейся статистической информации, а также в трудностях обобщения последней для разнородного парка трансформаторного оборудования.
Для повышения эффективности технико-распознавательного подхода предлагается заменить булевы элементы таблицы обучения величинами, которые, не являясь вероятностными, в то же время адекватны последним по своему функциональному назначению.
В качестве инструмента реализации данной идеи могут быть использованы элементы теории электрических цепей и теории чувствительности, что позволит построить математические модели различных дефектов и объединить их в рамках единой диагностической модели.
Основные принципы такого подхода включают формирование таблицы, состоящей из множества дефектов трансформаторов и множества признаков дефектов. Каждый элемент такой таблицы ассоциируется с изменением одного или нескольких физических параметров, не входящих в набор выделенных параметров.
В этих условиях целесообразно использовать нормализованные значения диагностических параметров или их конечно-разностные аналоги. Это позволит построить соответствующие математические модели и повысить эффективность диагностики трансформаторов. Подробнее об этом читайте далее.
Метод теории распознавания образов
Апробированный (в определенной степени) подход к разрешению проблемы эффективности диагностики трансформаторов заключается в использовании методов теории распознавания образов. При этом реализация указанных методов для электрооборудования ограничивается использованием простейших алгоритмов вычисления оценок на основе булевозначных обучающих последовательностей (таблиц обучения, матриц диагностирования).
Причины указанной ограниченности коренятся в количественной недостаточности (а зачастую и в недостоверности) имеющейся статистической информации, а также в трудностях обобщения последней для весьма разнородного парка трансформаторного оборудования.
Отмеченные причины не позволяют воспользоваться хорошо разработанными статистико-вероятностными методами распознавания и вынуждают использовать лишь наиболее простые (качественные) связи между дефектами и их признаками.
Для повышения эффективности технико-распознавательного подхода необходимо заменить булевы элементы таблицы обучения величинами, которые, не являясь вероятностными, в то же время адекватны последним по своему функциональному назначению и позволяют дифференцировать относительный вклад различных дефектов в изменение того или иного диагностического параметра.
В качестве инструмента реализации данной идеи могут быть использованы элементы теории электрических цепей и теории чувствительности, с помощью которых возможно построение математических моделей различных дефектов, а также их объединение в рамках единой диагностической модели.
Основные принципы такого подхода следующие.
Сформируем таблицу, образованную, с одной стороны, множеством дефектов трансформаторов, а с другой множеством признаков дефектов (диагностических параметров).
Каждый элемент такой таблицы ассоциируется с изменением одного или нескольких физических параметров (например, числа витков, геометрических размеров и т.п.), не входящих в набор выделенных параметров.
В этих условиях имеет смысл выбрать в качестве значений элементов таблицы обучения нормализованные значения диагностических параметров к соответствующим дефектам или их конечно-разностные аналоги.
Основным достоинством таких представлений является возможность построения соответствующих математических моделей (в частности, цепных моделей), с помощью которых могут быть вычислены требуемые значения элементов.
С другой стороны безразмерность и ограниченность значений вводимых величин делает их близкими по уровню к традиционным вероятностным характеристикам, что позволяет предполагать возможность формирования смешанных аналитико-вероятностных таблиц обучения.
Пример
В качестве примера моделирования дефектов рассмотрим случай короткого замыкания в обмотках двухобмоточного трансформатора. При этом ограничимся вычислением чувствительностей или их конечно-разностных аналогов по отношению к различным дефектам трансформаторов на множестве электромагнитных параметров.
Суть идеи состоит в том, чтобы рассмотреть двухобмоточный трансформатор, часть витков одной из обмоток которого выкорочена, как трехобмоточный трансформатор с одной закороченной обмоткой.
Допустим для определенности, что короткое замыкание имеет место в первичной обмотке с общим числом витков wk. Тогда обмотки вновь образованного трансформатора будут иметь w1 = w1; w2 = w2; w3 = wk витков.
В результате, поставленная выше задача сводится к определению электромагнитных параметров нового трехобмоточного трансформатора по заданным характеристикам исходного двухобмоточного объекта.
Таким образом, предложен подход построения матрицы диагностирования трансформаторов, базирующийся на математическом моделировании дефектов, не требующий накопления и обработки статистической информации.