Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор и анализ состояния мониторинга транс форматорного оборудования
1.1 Анализ состояния парка силовых трансформаторов и автотрансфор маторов
1.1.1 Выводы по пункту 1.1 17
1.2 Задачи, решаемые известными системами мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов 17
1.2.1 Требования ОАО «ФСК ЕЭС» к системам мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов 17
1.2.2 Задачи, решаемые системой TDM
1.2.3 Задачи, решаемые системой СУМ ТО 21
1.2.4 Задачи, решаемые системой TPAS ?1
1.2.5 Выводы по пункту 1.2 23
1.3 Алгоритмы мониторинга, используемые известными системами мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов 25
1.3.1 Требования ОАО «ФСК ЕЭС» к алгоритмическому обеспечению систем мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов.. 25
1.3.2 Алгоритмы, используемые системой TDM 26
1.3.3 Алгоритмы, используемые системой СУМ ТО 27
1.3.4 Алгоритмы, используемые системой TPAS
1.3.5 Выводы по пункту 1.3 30
1.4 Техническая реализация известных систем мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов 32
1.4.1 Требования ОАО «ФСК ЕЭС» к способам реализации систем мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов 32
1.4.2 Техническая реализация системы TDM
1.4.3 Техническая реализация системы СУМ ТО 37
1.4.4. Техническая реализация системы ТРAS 39
1.4.5 Выводы по пункту 1.4 .»
1.5 Способы интеграции в АСУ ТП, используемые в известных системах мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов
1.5.1 Требования ОАО «ФСК ЕЭС» к способам интеграции систем мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов в АСУ ТП ~
1.5.2 Способ интеграции в АСУ ТП СУМ ТО 43
1.5.3 Выводы по пункту 1.5
1.6 Выводы по главе 1 46
2 Технические решения системы мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации . 48
2.1 Оценка экономической эффективности системы мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации...
2.2 Методика выбора устройства контроля газосодержания и влагосо-держания трансформаторного масла для системы мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации 56
2.3 Устройство сопряжения системы управления охлаждением и системы мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации
2.4 Контроль деформации обмоток силового трансформатора под рабочим напряжением
2.4.1 Анализ существующих методов контроля деформации обмоток силового трансформатора под рабочим напряжением
2.4.2 Эквивалентная схема силового трансформатора 69
2.4.3 Моделирование в среде Matlab
2.5 Система контроля состояния вводов с бумажно-масляной изоляцией
2.5.1 Обзор методов контроля состояния вводов с бумажно-масляной и RIP-изоляцией конденсаторного типа 78
2.5.2 Система автоматизированного контроля изоляции вводов, отстроенная от влияния атмосферных осадков на загрязнённых поверхностях вводов
2.5.3 Алгоритм отстройки системы автоматизированного контроля изоляции вводов от влияния атмосферных осадков на загрязнённых поверхностях вводов 89
2.6 Выводы по главе 2
3 Нейронные сети в системе мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации 93
3.1 Методы определения старения изоляции 0-
3.1.1 Выводы по пункту 3.1 100
3.2 Определение требований к методу, используемому для решения задач моделирования концентрации газов в трансформаторном масле и моделирования относительной скорости термического износа изоляции..
3.2.1 Общие сведения о нейронных сетях 104
3.2.2 Моделирование относительной скорости термического износа изоляции при помощи нейронных сетей 107
3.2.3 Выбор типа и определение требований к нейронной сети, решающей задачу моделирования концентрации газов в трансформаторном масле 109
3.3 Применение нейросетевой модели относительной скорости термического износа изоляции в системе мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации 111
3.4 Определение экономической целесообразности включения-отключения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения 115
трансформатора
3.5 Выводы по главе 3 121
4 Разработка и испытания системы мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации 123
4.1 Структура разработанной системы мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации
4.2 Алгоритмической обеспечения системы мониторинга силовых транс форматоров, длительное время находящихся в эксплуатации
4.2.1 Общие положения 128
4.2.2 Алгоритмы контроля теплового состояния, повышения напряжения и газосодержания трансформаторного масла 132
4.2.3 Алгоритмы контроля состояния системы охлаждения
4.3 Интерфейс АРМ оператора 143
4.4 Обеспечение электропитания системы мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации и связи 146
4.5 Лабораторные испытания системы мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся к эксплуатации 146
4.6 Выводы по главе 4 150
Заключение
Литература 153
- Требования ОАО «ФСК ЕЭС» к способам реализации систем мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов
- Анализ существующих методов контроля деформации обмоток силового трансформатора под рабочим напряжением
- Выбор типа и определение требований к нейронной сети, решающей задачу моделирования концентрации газов в трансформаторном масле
- Алгоритмы контроля теплового состояния, повышения напряжения и газосодержания трансформаторного масла
Введение к работе
Актуальность работы. Силовые трансформаторы (автотрансформаторы) входят в состав основного высоковольтного оборудования электростанций и подстанций. Они являются системообразующими элементами и по своим техническим и конструктивным параметрам не подлежат частой замене. Аварийный отказ трансформатора ставит под угрозу нормальное функционирование электростанции или подстанции, тем самым создавая угрозу недоотпуска электроэнергии потребителям с ущербом, величина которого зависит от специфики потребителя. Опыт эксплуатации показывает, что значительный недоотпуск электроэнергии в электрических сетях происходит из-за аварий силовых трансформаторов.
Особенностью силовых трансформаторов, в первую очередь, является недоступность обмоток для прямого обследования, которая делает контроль их состояния сложной задачей. Ещё одной особенностью является высокий уровень напряжений и электромагнитных помех, усложняющих измерение электрических параметров трансформатора во время его работы.
Таким образом, повреждаемость силовых трансформаторов непосредственно влияет на надёжность энергосистемы в целом, что объясняет высокие требования, предъявляемые к надёжности силовых трансформаторов. Одним из путей повышения надёжности является своевременное диагностирование развивающегося дефекта, который может привести к аварийному отказу силового трансформатора. В этой связи в последние годы повышенное внимание уделяется контролю, диагностике, а также прогнозированию состояния трансформаторного оборудования, находящегося в эксплуатации.
Наибольшей эффективностью в предупреждении аварий трансформаторов обладают автоматизированные системы контроля технического состояния (далее, система, АСКТС). Этой же позиции придерживается Международный совет по большим энергетическим системам (CI-GRE).
Первые разработки АСКТС относятся к началу 80-ых годов ХХ-го века. В настоящий момент наиболее проработанными являются системы зарубежного производства (системы TPAS, Siemens, ABB Secheron), существует также ряд разработок производства России и стран СНГ (системы SAFE-T, TDM, СУМ-ТО).
Указанные системы контролируют состояние элементов трансформатора, на которые приходятся наибольшее число выявленных НИЦ «ЗТЗ-Сервис» дефектов: система охлаждения -22,71 %, высоковольтные вводы - 14,31 %, дефекты в устройстве регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) - 7,15 %, дефекты выявляемые контролем концентрации газов, растворенных в масле - 9,02 %.
Вышеупомянутые системы в подавляющем большинстве случаев устанавливаются на новые трансформаторы, вводимые в эксплуатацию, но, как видно из данных НИЦ «ЗТЗ-Сервис», значительное количество отказов имеет место на трансформаторах, срок эксплуатации которых составляет более 10 лет (около 90 % парка силовых трансформаторов России).
Разработка и обоснование технических и алгоритмических решений для АСКТС силовых трансформаторов с длительным сроком эксплуатации (ТсДСЭ), представляет научный и практический интерес.
Приведенные соображения объясняют актуальность разработки АСКТС ТсДСЭ.
Целью работы является разработка АСКТС ТсДСЭ, обеспечивающая уменьшение числа аварийных отказов трансформаторного оборудования.
Задачи исследования:
1. Исследование и анализ существующих систем, их алгоритмического и программного
обеспечения, а также их структуры.
2. Разработка методики оценки экономического эффекта от использования АСКТС
ТсДСЭ.
3. Разработка устройства интеграции системы управления охлаждением, ранее установ
ленной на трансформаторе, в АСКТС ТсДСЭ.
Разработка методики оценки экономической целесообразности включения-отключения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения.
Определение целесообразного набора газов, контролируемых устройствами контроля газосодержания и влагосодержания масла, являющегося составной частью АСКТС ТсДСЭ.
Разработка способа контроля степени деформации обмоток трансформатора под рабочим напряжением.
Усовершенствование устройства контроля состояния изоляции высоковольтных вводов по неравновесно-компенсационному методу (НКМ), интегрируемого в АСКТС ТсДСЭ, позволяющее избежать ложного срабатывания в случае наличия атмосферных осадков на загрязненных поверхностях вводов.
8. Разработка АСКТС ТсДСЭ, основанной на предложенных усовершенствованиях, а
также её алгоритмического и программного обеспечения.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректностью допущений, принимаемых при разработке расчетных схем и математических моделей, применением традиционных методологических принципов современной науки для их исследования, использованием метрологически аттестованного оборудования для проведения экспериментов, приемлемой сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, лабораторными испытаниями.
Научная новизна работы. В работе содержатся следующие новые научные результаты:
Предложен способ автоматизированного контроля деформации обмоток понижающего трёхфазного трёхстержневого трансформатора или трёхфазной группы однофазных силовых трансформаторов под рабочим напряжением, в отличие от существующих основан на сравнении вычисленных и базовых значений индуктивных сопротивлений короткого замыкания с учетом неравенства сопротивлений намагничивания для токов прямой и нулевой последовательностей.
Предложено усовершенствование структуры системы автоматизированного контроля состояния изоляции высоковольтных вводов по неравновесно-компенсационному методу, отличающийся от существующих сравнением значений контролируемых токов утечки вводов с заданными и запрете сигнализации о недопустимом ухудшении изоляции, позволяющее избежать ложного срабатывания в случае наличия атмосферных осадков на загрязненных поверхностях вводов.
Разработана методика оценки экономического эффекта от внедрения АСКТС ТсДСЭ, в отличие от существующих основанная на определении целесообразного числа контролируемых АСКТС ТсДСЭ параметров трансформатора.
4. Разработана методика оценки экономической целесообразности включения-
отключения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения, отличающийся от сущест
вующих тем, что базируется на сравнении экономии ресурса изоляции трансформатора и затрат
на обеспечение указанной экономии.
5. Обосновано сокращение контролируемых модулем контроля газосодержания и влаго
содержания масла газов до СО и СО2, отличающееся от существующих тем, что основано на
анализе совокупности диагностических функций, реализуемых АСКТС трансформаторного
оборудования.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
1. Предложенные усовершенствования АСКТС (контроль степени деформации обмоток, течей масла, дефектов системы охлаждения, использование датчиков вибрации и частичных разрядов, во вводах и обмотках трансформатора), использование которых позволяет уменьшить величину отношения «стоимость системы - процент выявляемых дефектов», выраженную в процентах к системе, отвечающей требованиям ОАО «ФСК ЕЭС», почти в два раза по отношению к системе, соответствующей требования ОАО «ФСК ЕЭС», не увеличивая значительно при этом стоимость самой системы по отношению к системе, соответствующей требованиям ОАО
«ФСК ЕЭС».
2. Разработано и практически реализовано устройство интеграции системы управления
охлаждением, ранее установленной на трансформаторе, в АСКТС ТсДСЭ.
3. Предложенные в диссертации усовершенствования реализованы в АСКТС ТсДСЭ.
Реализация результатов работы. Результаты работы используются в АСКТС ТсДСЭ,
изготовленной ООО НПФ «Квазар» (г. Новочеркасск) по заданию филиала ОГК-5 «Невиномыс-ская ГРЭС».
Основные положения, выносимые на защиту
Методика оценки экономического эффекта от внедрения АСКТС ТсДСЭ.
Способ контроля степени деформации обмоток трансформатора под рабочим напряжением.
Усовершенствованная структура системы автоматизированного контроля изоляции, позволяющая избежать ложного срабатывания в случае наличия атмосферных осадков на загрязненных поверхностях вводов.
Методика оценки экономической целесообразности включения-отключения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения.
Устройство интеграции в АСКТС системы управления охлаждением, ранее установленной на трансформаторе.
Обоснование целесообразности контроля концентрации газов, растворённых в масле СО и С О 2, модулем контроля газосодержания и влагосодержания масла, входящим в состав АСКТС ТсДСЭ.
Публикации. По результатам выполненных исследований и разработок опубликовано 9 печатных работ, из них 4 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 164 страницах, содержит 45 рисунков, 16 таблиц и 104 литературных источников.
Требования ОАО «ФСК ЕЭС» к способам реализации систем мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов
Все технические средства системы TDM реализованы в виде интегрированной конструкции с использованием модульной структуры. Подразделение технических средств СМ на отдельные модули производилось на основании следующих критериев: - максимальное объединение всех функций мониторинга, контроля и диагностики отдельной подсистемы трансформатора в один модуль; - добавление в СМ, или исключение из системы, отдельного модуля изменяет функциональные возможности системы, но не влияет на работоспособность других модулей системы; - перенастройка алгоритмов работы всей СМ, после модернизации ее свойств путем изменения количества отдельных модулей, легко осуществляется изменением соответствующих параметров конфигурации; - добавление в систему нового модуля автоматически подключает его к центральному модулю мониторинга. Объединение информации от всех модулей осуществляется по общей цифровой и аналоговой шине, проходящей через все модули. Использование модульной структуры СМ позволяет легко реализовывать такую структуру, которая необходима для каждого конкретного приложения [13]. Структурно система TDMсостоит из шести модулей: - модуля мониторинга; - модуля контроля температуры и управления системой охлаждения; - модуль регистратора аварийных сигналов; - модуль контроля вводов и параметров Zk; - модуль контроля частичных разрядов (ЧР); - модуль контроля и управления РПН. Модуль мониторинга является центральным модулем системы TDM. С его помощью решаются три основные задачи: - сбор информации от модулей системы, решающих вопросы мониторинга и диагностики отдельных подсистем трансформатора. Собранная информация обрабатывается и интегрируется. На основании обработки формируется комплексное заключение о техническом состоянии трансформатора. Полученная информация архивируется и сохраняется в памяти центрального модуля мониторинга; - организация связи и обмена информацией системы TDM с системой АСУ-ТП более высокого уровня. С этой целью на модуле имеется возможность подключения информационных каналов всех основных типов — промышленные интерфейсы, локальная вычислительная сеть; - сбор информации от первичных датчиков и диагностических систем, не входящих в систему TDM. Модуль контроля температуры и управления системой охлаждения используется для оптимизации тепловых режимов работы трансформатора и контроля состояния электродвигателей системы охлаждения. Исходной информацией для управления тепловыми режимами трансформатора являются значения температур на входе и выходе охладителей, получаемые с датчиков PtlOO, подключенных к модулю. Дополнительная информация о температуре масла в баке (баках) трансформатора поступает из модуля мониторинга. При помощи этого модуля регистратора аварийных режимов ведется контроль величины фазных первичных и вторичных напряжений работающего трансформатора. В качестве источников информации о напряжениях используются падения напряжений, от протекания токов проводимости вводов предназначенного для контроля состояния вводов трансформатора. Регистрируемые значения рабочих напряжений используются во встроенных в систему расчетных моделях, по которым определяется остаточный ресурс изоляции обмоток. Эта же информация используется для формирования выходных сигналов системы автоматизированного управления положением РПН трансформатора, в функции поддержания заданного выходного напряжения. Модуль контроля состояния изоляции вводов и нарушений геометрических размеров обмоток трансформатора предназначен для реализации одной из наиболее важных функций ЄМ" технического состояния трансформатора - обеспечения контроля состояния изоляции высоковольтных вводов. На ПИН каждого контролируемого ввода трансформатора устанавливается датчик марки «DB-2», в выходном сигнале которого содержит в своем составе ток проводимости ввода и импульсы частичных разрядов. Токи проводимости вводов регистрируются в данном модуле, а частичные разряды передаются в специализированный модуль. К модулю регистрации. ЧР может быть подключено; до 12 датчиков частичныхразрядов, установленных на трансформаторе. Модуль контроля технического состояния и управления РПН трансформатора, системный, предназначен для комплексной оценки технического состояния РНН в4процессе его работы. Для этой цели в модуле 6 реализованы следующие методы контроля: - контроль текущего положения РПН, регистрация архива коммутаций по всем положениям.избирателя; - контроль температуры бака РПН (температуры масла) и сравнение ее с температурой бака трансформатора; - контроль частичных разрядов в баке РПН в интервалах между коммутациями при помощи акустического датчика; - регистрация виброграммы каждой коммутации, что позволяет оценивать наличие и длительность горения дуги в контакторе РПН; - регистрация мощности, потребляемой приводным электродвигателем в процессе каждой коммутации, что позволяет оценивать техническое состояние механической части РПН; [10].
Анализ существующих методов контроля деформации обмоток силового трансформатора под рабочим напряжением
На деформацию обмоток приходится в среднем порядка 1.5% дефектов трансформаторного оборудования. Однако, выявление дефектов подобного рода крайне важно, так как они приводят к коротким замыканиям внутри обмоток трансформатора, что приводит к тяжёлым последствиям со значительным материальным ущербом.
Опыт испытаний силовых трансформаторов на стойкость при КЗ и анализ повреждений трансформаторов в эксплуатации показывают, что основным видом повреждений при КЗ трансформаторов мощностью выше 10 MB-А является потеря радиальной устойчивости обмоток. Это объясняется воздействием на обмотки радиальных сжимающих сил, что приводит к появлению волнообразной деформации по всей высоте обмотки [19]. Следует отметить, что согласно требованиям [20] необходимо производить контроль степени деформации обмотки.
Механизм деформации обмоток силовых трансформаторов при протекании через них токов КЗ известен. При КЗ под действием электродинамических сил по закону Ампера медь обмоточного провода деформируется. В упрощенном виде электродинамическая сила, действующая на проводник с током, по закону Ампера равна: где / - значение тока в проводнике обмотки трансформатора; В - магнитная индукция в месте расположения проводника; / - длина проводника; а - угол между направлением тока и вектором магнитной индукции [21]. Причина деформации обмоток заключается в том, что в процессе эксплуатации трансформатора, из-за старения и усадки изоляции, существенной вибрации и релаксации системы прессовки, происходит ослабление усилия поджатия обмоток. В случае короткого замыкания в сети это приводит к деформации витков (при наличии электродинамических усилий возникающих в обмотках), их замыканию и, как следствие, выходу трансформатора из строя. Однако, если механическое состояние обмоток и свойства изоляции трансформатора удовлетворительные, то замена таких трансформаторов-на новые объективно не оправдана. В большинстве случаев целесообразнее провести комплекс профилактических мероприятий, в том числе, при необходимости, подпрессовку обмоток [22]. В этой связи актуально использование методов и средств, дающих адекватную оценку состояния деформации обмоток. Основной признак деформации обмоток - изменение полных сопротивлений КЗ и их индуктивных составляющих вследствие изменения размеров канала рассеяния. В настоящее время широко используются два основных метода диагностики геометрии обмоток: - зондирование низковольтными импульсами (метод НВИ) [23]; - измерение сопротивления короткого замыкания (ZK). Метод НВИ впервые разработан в 1966 г. польскими учеными-электротехниками В. Лехом и Л. Тыминским [24], их исследования были продолжены в ВЭИ. У истоков создания аппаратуры для диагностики обмоток трансформаторов методом НВИ стояли Е.А. Попов, Г.В. Аветиков, Е.И. Левицкая и другие [25]. Метод НВИ заключается в том, что на одну из обмоток расшинованного трансформатора подается прямоугольный зондирующий импульс низкого напряжения 100 - 600 В с одновременным измерением тока на измерительных шунтах, подключенных к другим обмоткам. Полученные таким образом де-фектограммы сравниваются в нормограммами (записанными до КЗ), после чего делается вывод о степени деформации обмоток трансформатора [26]. Метод НВИ эффективно обнаруживает остаточные деформации обмоток силовых трансформаторов, так как он чувствителен к любым изменениям геометрических размеров, возникающих при сквозных токах КЗ в результате изменения индуктивно-емкостных связей между обмотками различных фаз [19]. Следует отметить, что метод НВИ не может быть использован в СМ по той причине, что он применим к расшинованному трансформатору, а также тот факт, что этот метод не получил широкого применения и среди средств диагностирования на отключённом оборудования, так как при установлении степени деформации обмоток по результатам НВИ необходимо использовать накопленный в эксплуатации опыт дефектографирования и каталог повреждений силовых трансформаторов, составленный по результатам испытаний на стойкость токам КЗ, которые не всегда имеются [27]. Контроль изменения сопротивления КЗ положен в основу диагностики механического состояния обмоток на отключенном трансформаторе, согласно [28]. Недостатком этого метода можно считать тот факт, что отсутствие базовых данных пофазных измерений, неправильные расчеты паспортного значения Zro отсутствие опыта у персонала, низкого класса точности применяемых приборов, несоблюдение требуемых [28] условий измерения могут искажать результаты, что зачастую приводит к принятию неоправданных решений руководством энергопредприятий, стремящихся предотвратить возможный ущерб от перерыва электроснабжения. Ещё одним минусом метода является то, что измерения производятся на отключенном трансформаторе, в то время, как для использования в СМ необходим метод, применимый к трансформатору, находящемуся в эксплуатации. Профессором А.С. Засыпкиным разработан метод контроля состояния деформации обмоток по значениям циркулирующих токов, который лишён вышеприведённых недостатков и может быть использован для измерения степени деформации обмоток трансформатора, без его отключения. Дальнейшее развитие идея контроля состояния деформации обмотки под рабочим напряжением получила в работах к.т.н. СВ. Дорожко, усовершенствовавшего метод [29], предложенный профессором А.С. Засыпкиным и разработавшим устройство, прошедшее лабораторные испытания и применяемое в РСК «Ростов-энерго», а также в А.В. Прохорова, предложившего контролировать угол сдвига фаз между входными и выходными напряжениями трансформатора [30]. К недостаткам вышеупомянутых методов можно отнести тот факт, что они разрабатывались без учёта возможности их использования в СМ. На основании вышесказанного можно сделать следующие выводы: 1. Метод НВИ в общем случае не может быть использован в СМ в силу того, что диагностику надо производить на находящемся под рабочим напряжением, а НВИ применяется на отключенном от сети трансформаторе. 2. Необходимо разработать метод контроля состояния деформации обмотки силового трансформатора, находящегося под рабочим напряжениям, учитывающий особенности СМ.
Выбор типа и определение требований к нейронной сети, решающей задачу моделирования концентрации газов в трансформаторном масле
Нейронные сети - это мощный метод имитации процессов и явлений, позволяющий воспроизводить чрезвычайно сложные зависимости. Нейронные сети по своей природе являются нелинейными, в то время как на протяжении многих лет для построения моделей использовался линейный подход [82].
Модели нейронных сетей могут быть как программного, так и аппаратного исполнения. В дальнейшем рассматриваются только сети программного исполнения, ввиду отсутствия в разрабатываемой СМ средств для аппаратной реализации нейронных сетей.
Нейронные сети (нейросети) выполняют ряд функций. Первая функция - это функция адаптивного регулятора нелинейного многосвязного объекта. Возможны два варианта функционирования нейросети: - нейросеть обучается и одновременно формирует управляющее воздействие на входе исполнительного устройства системы управления. Цель обучения сети и цель управления объектом совпадают, что отражается в задании единой целевой функции системы; - нейросеть обучается в реальном времени, в темпе протекания процессов в системе (режим on-line). Во этом варианте работа сети состоит из двух этапов. Первый этап - предварительный, заключающийся в обучении сети заданной оптимальной функции управления. Второй - этап воспроизведения аппроксимации этой функции в режиме управления объектом при тех же условиях или близких к ним [83-85]. Выбор конкретного подхода к обучению сети {on-line или off-line) зависит от специфики задачи и определяет конкретный вид алгоритма обучения сети. Так, например, в отраслях промышленности, где накоплены огромные массивы данных о поведении исследуемого технического объекта (например, в автомобильной промышленности при проектировании системы управления новым типом двигателя [84] более разумным представляется использование off-line техники обучения с применением генетических алгоритмов [86], алгоритмов с элементами случайного поиска или «статистического» обучения [87-89]. С другой стороны, для объектов, технические характеристики которых меняются в процессе эксплуатации, наиболее предпочтительным становится применение on-line алгоритмов настройки сети. Вторая функция нейросетей заключается в том, что нейронные сети находят применение как идентификаторы для оценивания вектора состояния нелинейных систем и как расширенные фильтры Калмана. Третья функция обусловлена использованием нейросети в качестве оптимизаторов для настройки параметров регуляторов с типовыми законами регулирования и для настройки параметров алгоритмов адаптации, реализуемых на основе известных методов теории адаптивных систем. Наибольшее распространение для целей управления нашли многослойные нелинейные нейронные сети (МНС), меньшее - сети Хопфилда и еще меньшее - сети Кохонена; в частности «самоорганизующаяся карта» Кохонена образует первый слой применяемых в системах управления сетей с «радиаль-но базисными функциями» активации (i F-сети) [81, 89, 90]. МНС обладают рядом достоинств, оправдывающих их применение в задачах управления нелинейными динамическими объектами, наиболее существенными из которых приведены ниже. Во-первых, универсальные аппроксимационные свойства многослойных сетей [91, 92], играющие ключевую роль в формировании нелинейных алгоритмов управления. На основе обобщённой аппроксимационной теории Сто-уна-Вейерштрасса [85, 90] сделан вывод о том, что с помощью нелинейных сетей можно сколь угодно точно равномерно приблизить любую непрерывную функцию многих переменных на любом замкнутом ограниченном множестве [80, 85, 93, 91]. Вывод послужил теоретическим обоснованием возможности применения многослойных нейросетей для формирования оптимальных управляющих функций в динамических системах. Во-вторых, адаптивность нейросетевых структур вследствие их обучения в процессе функционирования. Это свойство, в принципе, позволяет корректировать в реальном времени функцию управления при неконтролируемых изменениях динамических и статических характеристик объекта, используя для этого текущую измерительную информацию в системе. В-третьих, способность нейросетей к параллельной обработке сигналов, что делает естественным их применение для управления многомерными (или многоканальными) объектами. Под обучением искусственной нейронной сети понимается процесс настройки весовых коэффициентов Wij ее базовых процессорных элементов, результатом чего является выполнение сетью конкретных задач — распознавания, оптимизации, аппроксимации, управления [83, 84]. Различают три основных подхода к обучению нейросетей: - с учителем; - без учителя; - смешанная. Перечисленным стратегиям соответствуют конкретные алгоритмы обучения искусственных нейросетей. Каждый алгоритм ориентирован на конкретную архитектуру сети и применим для решения определённого типа задач.
Общим для всех модификаций алгоритмов является их рекуррентный характер, а сами алгоритмы обучения представляют собой линейные или чаще нелинейные дифференциальные (или разностные) уравнения первого порядка, составленные по определенному правилу. Эти правила имеют эвристический характер, не всегда вытекающие из принципов функционирования бионейронов и нервной сети живого организма [83].
Главной проблемой как алгоритмического, так и структурного синтеза нейросетевых систем управления является обоснованный выбор содержательной информации, необходимой для обучения многослойных нейронных сетей для формирования ею оптимального закона управления и установления условий существования решения задачи управления для класса нелинейных объектов и требуемых целей управления [83, 84].
Решению задач алгоритмического и структурного синтеза посвящены нижеидущие пункты диссертации.
Алгоритмы контроля теплового состояния, повышения напряжения и газосодержания трансформаторного масла
После сборки шкафов СМ производятся испытания целью которых является проверка правильности сборки, а также правильности работы программного обеспечения.
Испытания проходят в два этапа: 1. Проверка исправности оборудования СМ первого и второго структурных уровней (шкаф контроля состояния изоляции высоковольтных вводов, шкаф контроля газосодержания и влагосодержания трансформаторного масла, шкаф контроля состояния систему управления системой охлаждения, шкаф контроля состоянии РПН и шкаф управления) — проверка корректности работы шкафов, в чьи функции входит сбор данных о состоянии контролируемого объекта и передача их на АРМ оператора. 2. Проверка исправности оборудования СМ третьего структурного уровня (АРМ оператора) - проверка корректности работы СМ в целом. Для подключения шкафов СМ к ПК в процессе проведения испытаний разработано устройство присоединения к СМ (УПСМ-01), позволяющее проверить работоспособность каждого модуля шкафа СМ. Структурная схема УПСМ-01 представлена на рисунке 4.20. После выполнения присоединения УПСМ-01 согласно рисунку 4.21, устройство приводится в рабочее состояние переводом автоматического выключателя в положение «ВКЛЮЧЕНО». Для работы с УПСМ-01 на ПК должно быть установлено следующее программное обеспечение фирмы «ICP-DAS»: - «VxComm Utility» - утилита, позволяющая настроить виртуальные порты контроллера I7188EX, к которым происходит подключение шкафов СМ; - «DCON Utility» - утилита, позволяющая перехватывать информацию, передаваемую модулями, входящими в состав шкафа СМ (инструкции по настройке содержатся в [106, 107, 108]). Отключение УПСМ-01 производится переводов автоматического выключателя в положение «ВЫКЛЮЧЕНО». Программа лабораторных испытаний СМ представлена в Приложении Б. Результаты лабораторных испытаний СМ представлены в Приложении В. 4.6 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 1. Разработана структурная схема СМ, отвечающая требованиям ОАО «ФСК ЕЭС». 2. На основании требований ОАО «ФСК ЕЭС», а также предложенных в п.2.2 усовершенствований, разработано программное обеспечение СМ. 3. На основании требований ОАО «ФСК ЕЭС», а также предложенных в г.2 усовершенствований, разработана СМ, ориентированная на установку на трансформаторы с длительным сроком эксплуатации и изготовлен её экспериментальный образец. 4. Разработано устройство подключения СМ (УПСМ-01), позволяющее производить проверку шкафов СМ. 5. Разработана программа проведения лабораторных испытаний СМ и про ведены её лабораторные испытания. В диссертационной работе изложены научно-обоснованные технические разработки, обеспечивающие решение важных прикладных задач. Основные научные выводы и практические результаты можно сформулировать в следующем виде: 1. Разработана методика оценки экономического эффекта от внедрения автоматизированной системы контроля состояния трансформаторов с длительным сроком эксплуатации (АСКТС ТсДСЭ), которая может быть использована для определения значения срока функционирования трансформатора, начиная с которого установка на нём система даст наибольший экономический эффект. 2. Предложен ряд усовершенствований АСКТС ТсДСЭ, использование которых увеличит процент выявляемых дефектов почти в два раза, по отношению к проценту дефектов выявляемых системой, соответствующей требованиям ОАО «ФСК ЕЭС». Стоимость системы, по отношению к системе, соответствующей требованиям ОАО «ФСК ЕЭС», при этом возрастает на 10%. К этим усовершенствованиям относятся: контроль деформации обмоток, контроль дефектов системы охлаждения и др. 3. На основе анализа совокупности диагностических функций, реализуемых АСКТС ТсДСЭ, обоснована целесообразность сокращения числа контролируемых газов контролируемых модулем контроля газосодержания трансформаторного масла до СО и СО2. 4. Разработана новая методика оценки экономической целесообразности включения-отключения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения. 5. Разработано устройство МКССУО-01, интегрирующее систему управления охлаждением, ранее установленную на трансформаторе, в АСКТС ТсДСЭ. При этом нет необходимости в установке нового модуля контроля и управления системой охлаждения. 6. Предложено усовершенствование структуры системы автоматизированного контроля состояния изоляции высоковольтных вводов по НКМ, позво 152 ляющее снизить вероятность ложного срабатывания в случае наличия атмосферных осадков на загрязненных поверхностях вводов. 7. Предложен способ контроля степени деформации обмоток трехфазных трансформаторов под рабочим напряжением, базирующийся на фиксации векторов напряжений и токов и вычислении индуктивного сопротивления короткого замыкания, учитывающий неравенство сопротивлений намагничивания прямой (обратной) и нулевой последовательностей. 8. Разработаны: структурная, функциональная и принципиальная схемы АСКТС силовых трансформаторов, длительное время находится в эксплуатации, а также алгоритмическое обеспечение АРМ оператора. При участии автора разработан и изготовлен образец АСКТС ТсДСЭ. Образец прошел лабораторные испытания.
