151912 (Оценка технического состояния трансформаторных вводов на основе нечетких алгоритмов), страница 4

Во-вторых, если за период времени, равный продолжительности реакции устройства, на входе измерительного элемента 1 (рис.3.6) будут действовать несколько импульсов, то их энергия суммируется и на выходе появится один эквивалентный импульс. При этом не только будет утеряна такая характеристика, как количество разрядов (или их средняя частота следования), но и будут искажены данные о заряде импульсов, ибо на выходе усилителя амплитуда импульсов будет иметь случайное значение, зависящее не только от заряда, но и от интервала между импульсами.

10. Оценка технического состояния трансформаторных вводов на основе теории нечетких множеств

Традиционным методам диагностики трансформаторных вводов присущи многие недостатки, так как они не учитывают существующую неполноту и нечеткость информации о состоянии ввода.

Анализ опытов диагностики вводов обнаруживает, что для большинства случаев существует такое решающее правило "если параметр X не выше нормы Xн, то ..., а если параметр X выше нормы Xн , то ... ". Норма Xн обычно определяется из результата статистической обработки аварийных состояний по параметру X, однако чем больше мощность и класс напряжения силового трансформатора, тем скуднее такая статистика в связи с трудностью ее реализации. Это привело к тому, что норма Xн - нечеткая величина и нет резких границ или жестких граней, отделяющих одно состояние ввода от другого.

Другое непростое обстоятельство при диагностике вводов по традиционным методам заключается в том, что количество контролируемых параметров значительно, поэтому количество комбинаций этих параметров (при разных условиях) довольно большое. А опыт диагностики в виде решающих правил "если параметр X₁..., параметр X₂..., ..., параметр X_п..., то ..." не охватывает полный набор комбинаций параметров. Отсюда возникает вопрос: если комбинация параметров находится вне существующих решающих правил, то какое решение необходимо принимать в таком случае ?

Для преодоления этих трудностей целесообразно применять теорию нечетких множеств Заде [9]. Эта теория была предложена для количественного анализа таких гуманистических систем как лингвистика, экономика, политика. Однако в последнее время отмечено применение теории нечетких множеств в технике для решения задач проектирования и управления в медицинской диагностике.

В теории канторовских множеств произвольное подмножество А универсального множества U однозначно определяется своим индикатором:

Заде расширил класс подмножества U, введя понятие нечеткого, "расплывчатого" множества. Нечеткому множеству соответствует обобщенный индикатор (числовые функция со значениями из всего отрезка [0,1]), получивший название функции принадлежности µ(x). Тогда справедливо следующее определение: нечеткое множе-ство содержит элементы с функциями принадлежности, принимаю-щими любые значения на интервале [0,1], хотя бы одна из которых отлична от единицы.

Ниже приведем основные определения и операции с нечеткими множествами, которые необходимые нам при решении задачи диагностики трансформаторных вводов [8].

Объединением нечетких множеств А и В в пространстве X называется нечеткое множество А и В с функцией принадлежности, определяемой соотношением вида

,

или, в дизъюнктивной форме,

,

где символ ”V “ означает максимум.

Пересечением нечетких множеств А и В в пространстве V называется нечеткое множество А ^ В с функцией принадлежности, определяемой соотношением вида

,

или, в конъюнктивной форме,

,

где символ “ ^ ” означает минимум.

Согласно общего алгоритма [10] методика диагностики вводов на основе теории нечетких множества реализуется в несколько этапов.

На первом этапе необходимо определить возможный диапазон изменения контролируемых параметров состояния ввода и составить базу знаний на фоне решающих правил, которые были накоплены на практике диагностики вводов в течение многих лет, и отсюда вывести систему нечетких логических уравнений о диагнозах.

На втором этапе необходимо задавать вид функции принадлежности нечетких термов при разных контролируемых параметрах по мнениям опытного персонала по диагностике вводов.

На третьем этапе необходимо зафиксировать значения измеренных параметров состояния ввода

На четвертом этапе определяем функции принадлежности нечетких термов при фиксированных значениях измеренных параметров .

На пятом этапе вычисляем значения многопараметрических функций принадлежности при векторе состояния для всех диагнозов d пользуясь логическими уравнениями из базы знаний. При этом логические операции И (^) и ИЛИ (V) над функциями принадлежности заменяются на операции min и max.

На шестом этапе определяем решение d, для которого

Этому решению и будет соответствовать искомый диагноз ввода с вектором параметров состояния

Аппаратная реализация этой методики реализуется с помощью элементов вычислительной техники. При этом вычислительная часть легко реализуется путем выполнения операций min и mах. Для изложения базы знаний будем обозначать: tgδ₁ - тангенс угла диэлектрических потерь основной изоляции (%); tgδ₃ - тангенс угла диэлектрических потерь наружных слоев изоляции (%); tgδ_м↓70C - тангенс угла диэлектрических потерь масла, измеренный при подъеме температуры в точке 70°С (%); tgδ_м↑70C -тангенс угла диэлектрических потерь масла, измеренный при снижении температуры в точке 70°С, после предварительной выдержки масла при температуре 90-100°С в течение 15-20 минут (%); Ai- значение концентрации растворенного в масле 1 -го газа или суммы концентраций газов (% об. 10^-4= мкл / л), где i - Н₂, С₂Н₂, ∑С_ХН_У = СН4 + С2Н2 + С2Н4 + С2H6; V_i - абсолютная скорость нарастания концентрации i-го газа или суммы газов (% об. 10^-4 / мес),

где А_iп- значение концентрации i -го газа при предыдущем измерении (все обозначения нижним индексом с буквой п означают предыдущее измерение), Т - промежуток времени с момента предыдущего измерения (мес.); V_∑- относительная скорость нарастания концентрации суммы всех газов (% / мес),

где А_iн- начальное (безопасное) значение концентрации i -го газа (% об. 10 ) определяется из табл. 7, N - граничное значение контролируемого параметра (Ai, tgδ, V, V_∑ и т.д.) определяется из табл.3.5-3.7.

На основании [11] приведем правила принятия решений, при этом мы постоянно будем обращаться к таблицам 3.2-3.6.

Правило 1: Вводы эксплуатируются с обычно принятой периодичностью контроля при выполнении следующих условий:

тангенс угла диэлектрических потерь основной изоляции tgδ₁ удовлетворяют условиям табл. 3.5;

• значение tgδ₁ возросло не более чем в 1.2 раза;

• тангенс угла диэлектрических потерь наружных слоев изоляции tgδ₃ не превышает значений, приведенных в табл. 3.5;

• значение tgδ₃ возросло не более чем в 1.5 раза по сравнению с предыдущими измерениями;

• значение tgδ₃ возросло не более чем в 2 раза по сравнению с данными при вводе в эксплуатацию;

-тангенс угла диэлектрических потерь масла на спаде температуры (tgδ_м↓70C) не превышает значений, приведенных в табл. 3.5 (если такие измерения проводились);

-концентрация содержания любого из газов Н₂, С2Н2, С_ХН_У не превышает значений, приведенных в табл.3.5, а соотношение А_CO/А_CO2<0.2;

-относительная скорость увеличения концентрации суммы горючих газов Н₂ + ∑С_ХН_У в месяц (V_∑).

V_∑< 10 (%/мес.) при периодичности контроля через 1 год,

V_∑< 4 (%/мес.) при периодичности контроля через 3 года.

Эти условия в наглядном виде приведены в таблице 3.2.

Правило 2: Вводы подлежат немедленной отбраковке при выполнении одного из следующих условий:

• имеется tgδ₃ > 1.5 N, по табл. 3.5;

• значение tgδ₁ увеличивалась более чем в 1.2 раза по сравнению с предыдущим измерением, а tgδ₃ превышает значения, приведенные в табл. 3.5;

• концентрация растворенных газов превышает значения по табл. 3.8, а тангенс наружных слоев изоляции tgδ₃ превышает значения,приведенные в табл. 3.5;

• концентрация газов Н₂, С₂Н₂ и ∑С_ХН_У превышают или равны значениям, приведенным в табл. 3.5 одновременно;

-абсолютная скорость нарастания любого из газов Н₂, С₂Н₂, и ∑С_ХН_У превышает значения, приведенные в табл. 3.6;

• тангенс угла диэлектрических потерь масла, измеренный при подъеме и на спаде температуры превышают значения, приведенные в табл. 3.7 и 3.5 соответственно (если проводился отбор пробы масла);

• концентрация любого из газов Н₂, С₂Н₂ и ∑С_ХН_У превышает в 2 и более раза значения, приведенные в табл. 3.5;

• величина tgδ₃ превышает значения, приведенные в табл. 3.5 и значения tgδ_3п при предыдущем измерении, при этом относительная скорость нарастания суммы горючих газов в месяц V_г превышает значений по табл. 3.2.

Эти условия в наглядном виде приведены в таблице 3.3. Отмечаем особый случай, когда tgδ₁<0. При этом если tg₁ превышает значения, приведенные в табл.4 то считают, что ввод подлежит отбраковке, а если tgδ₃ меньше нормы по табл. 3.5 то необходимо убедиться в истинности результатов измерений. Для этого необходимо предпринять меры по исключению влияния погодных условий и загрязнения внешней изоляции.

Правило 3: Вводы с предполагаемым наличием дефекта, у которых значение контролируемых параметров отклоняются от нормы, требуют уточнения диагноза эксплуатационного состояния. Для этого необходимо увеличить объем испытаний, провести дополнительные измерения или повторный контроль при сокращенной периодичности. Правило формируется в виде "если ... то ...".

-если значение tgδ₁ лежит в пределах величин, приведенных в табл. 3.5, а tgδ₃ превышает указанное в табл. 3.5, но не более чем в 1.5 раза, а концентрации газов не превышают значений табл. 3.8, то необходимо произвести отбор пробы масла для измерения tgδ_м↑70C и tgδ_м↓70C измеренные при подъеме и спаде температуры, если эти тангенсы не превышают значений в табл. 3.7 и 3.5 соответственно, то допустима проведение повторного контроля через год;

• если значение tgδ₁ лежит в пределах величин, приведенных в табл. 3.5, а tgδ₃ превышает указанное в табл. 3.5, но не более чем в 1.5 раза, а концентрация газов превышает значения по табл. 3.8, но не более граничных значений по табл. 3.5, а относительная скорость нарастания суммы горючих газов в месяц V₁ < N (табл. 3.2) то допустимо проведение повторного контроля через 0.5 года;

• если концентрации растворенных газов достигают граничных значений только за счет содержания Н₂ и СH₄, но не более удвоенного значения по табл. 3.5 и при этом А_CO/А_CO2 < 0.15, то допустимо проведение повторного контроля через 0.5 года;

-если установлено, что относительная скорость нарастания суммы горючих газов в месяц V_∑ не превышает значений по таб. 3.2, а концентрация каждого из газов Н₂, С₂Н₂ и ∑С_ХН_У не превышает значений по табл. 3.5, или концентрация газов превышает граничное значение, но не более удвоенного граничного значения по табл. 3.5 только по отдельным газам, то необходимо произвести повторный контроль не позднее, чем через время

где N - граничные значения концентраций газов по табл. 3.5; А_{i ,}А_iП - концентрации газов, полученные при последнем и предыдущем измерении соответственно; Т - период между последним и предыдущим измерением; Т_сл - минимальное значение из рассчитанных по газам Н₂, ∑С_ХH_У по выражению в правой части выше приведенного неравенства.

Эти условия в наглядном виде приведены в таблице 3.4.

В соответствии с базой знаний (табл.3.2-3.4) будем определять следующие технические состояния:

Таблица 3.9

Исходя из базы знаний, целесообразно ввести следующие входные параметры с соответствующими возможными диапазонами изменения [11]:

Таблица 3.10

В случае, когда при измерении x₁ <0, то необходимо проверить тщательно результаты других измерений и повторно производить измерение параметра x₁. Если это подтверждается, то ввод подлежит отбраковке.

Задача диагностики состоит в том, чтобы каждому сочетанию значений факторов поставить в соответствие одно из решений d_m.

Параметры x₁-x₁₈, определенные выше, будем рассматривать как лингвистические переменные. Кроме того, введем еще одну лингвистическую переменную: d - опасность повреждения ввода, которая измеряется уровнями d₁ - d₅.

Для оценки значений лингвистических переменных x₁, x₂, x₅, x₆, x₁₇, x₁₁, x₁₂, x₁₃, x₁₄, x₁₅, x₁₆, x₁₇ будем использовать два терма: Н - низкий, В – высокий. Для оценки значений лингвистических переменных x₃, x₄, x₈, x₉, x₁₀, x₁₈ будем использовать три терма: Н - низкий, С - средний, В – высокий. Каждый из этих термов задает нечеткое ограничение на множество, заданное с помощью соответствующей функции принадлежности.