Разработка системы многоаспектной оценки технического состояния и обслуживания высоковольтного маслонаполненного электрооборудования

Вид материала

Автореферат

Содержание Научный консультант Ведущая организация Общая характеристика работы Цель работы. Предмет исследования Методы исследования Научная новизна и положения, выносимые на защиту. Практическая ценность результатов работы и ее внедрение. Апробация работы. Достоверность полученных результатов. Структура и объем диссертации. Основное содержание работы Таблица 1 - ИАС диагностики маслонаполненного оборудования Таблица 2 - Аналитические возможности ИАС диагностики оборудования Во второй главе В третьей главе Подсистема анализа Рисунок 1 - Структурная схема ИАС многоаспектной оценки технического состояния высоковольтного маслонаполненного оборудования РМ (постановки диагноза) и модули планирования мероприятий по дальнейшей эксплуатации оборудования ПМ Рисунок 2 - Процесс вывода решения базой знаний ЭДИС «Альбатрос» ... Полное содержание

Подобный материал:

• Техническое задание «Разработка системы диагностики технического состояния маслонаполненного, 225.4kb.
• Комплект оборудования для передвижной лаборатории оперативной оценки технического состояния, 47.86kb.
• Комплексное диагностическое моделирование параметров технического состояния силового, 700.09kb.
• Краткий курс лекций по дисциплине «Подвижной состав железнодорожного транспорта» специальность, 910.14kb.
• Разработка и апробация системы оценки состояния гидротехнических сооружений речных, 503.04kb.
• Задание модели системы в пространстве состояний, построение оптимального наблюдателя, 14.7kb.
• Анализ состояния сервисной системы технического обслуживания и ремонта авиационной, 139.65kb.
• О мониторинге технического состояния жилых домов на территории города Москвы, 111.45kb.
• Технического обслуживания и ремонта машин, 361.45kb.
• Учебно-тематический план «Монтаж, наладка, текущий ремонт и контроль технического состояния, 89.17kb.

На правах рукописи


Давиденко Ирина Васильевна


РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МНОГОАСПЕКТНОЙ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ОБСЛУЖИВАНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО МАСЛОНАПОЛНЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ


Специальность 05.14.12 - Техника высоких напряжений


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук


Екатеринбург – 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждение высшего профессионального образования “ Уральский государственный технический университет -УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина”.


Научный консультант: доктор технических наук, профессор,

Пластун Анатолий Трофимович


Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Овсянников Александр Георгиевич


доктор технических наук

Алпатов Михаил Евгеньевич

доктор технических наук, профессор

Васин Владислав Петрович


Ведущая организация: Московский завод “Изолятор” имени А. Баркова, г. Москва.


Защита диссертации состоится 12 ноября 2009 г. в 10 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.173.01 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, д. 20

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.


Автореферат разослан «____» ____________2009 года.


Ученый секретарь

диссертационного совета Тимофеев И.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы. В настоящее время возросли требования к эффективности, оперативности управления и организации процесса эксплуатации электрооборудования, что особенно остро чувствуется во время реформирования отрасли. В условиях конкуренции между энергокомпаниями становится более востребованной экономическая оценка тактики эксплуатации.

Растет понимание экономической целесообразности качественной технической диагностики по следующим причинам: более половины парка маслонаполненного оборудования выработало расчетный ресурс и темпы старения выше темпов обновления парка; вследствие, экономии средств на техническое обслуживание (ТО) и перехода на ремонты по техническому состоянию.

Актуальность данного исследования обусловлена тем, что совершенствование критериев диагностики и методов анализа диагностической информации повышает объективность оценки технического состояния высоковольтного маслонаполненного оборудования, и, следовательно, позволяет планировать и своевременно проводить необходимые операции технического обслуживания и ремонта, что делает надежнее эксплуатацию электрооборудования, продлевает ресурс его работы, экономит средства, снижает риски ущербов.

В условиях реформирования отрасли обостряется дефицит высоко-квалифицированных специалистов из-за: распыления кадровых ресурсов по новым организационным структурам; нарушения системы повышения квалификации персонала; разрыва в передаче опыта между поколениями.

Таким образом, создание информационных аналитических систем (ИАС), осуществляющих достоверную, многоаспектную оценку технико-экономического состояния оборудования с использованием новых методов и критериев оценки, которые повышают оперативность и качество организации ТО оборудования и способствуют обучению персонала, является актуальной задачей.

В диссертации развиты критерии диагностики характеристик жидкой изоляции, так как общепризнанно, что ее параметры содержат до 60% информации о состоянии маслонаполненного оборудования. Большой вклад в диагностику оборудования по состоянию трансформаторного масла внесли отечественные ученые Липштейн Р.А., Сви П.М., Бида Е.М., Соколов В.В. Активные исследования в этом направлении продолжили Аракелян В.Г., Бережной В.Н., Васин В.П., Гречко О.Н., Курбатова А.Ф., Калачева Н.И.., Колушев Д.Н., Туркот В.А., Шуварин Д.В.

Автор благодарит за информацию о повреждаемости оборудования и богатый практический опыт диагностики, которыми с ним поделились эксперты: Комаров В.И. (Свердловэнерго), Тихонов А.А. (Красноярскэнерго), Осотов В.Н., Константинов А.Г. (Свердловэнергоремонт), Устинов В.Н., Кокуркин Б.П. (завод Мосизолятор), Храмцов Н.Г. (Когалымские ЭС).

Цель работы. Совершенствование системы диагностики маслонаполненного электрооборудования высокого напряжения путем создания новых методов и критериев многоаспектной оценки его технического состояния для информационно-аналитической системы, которая позволит обеспечить максимально возможное, экономически оправданное продление срока службы электрооборудования.

Достижение поставленной цели связывается в диссертации с решением следующих задач:

1. Улучшить методическую базу ИАС диагностики, в том числе:

• определить требования к ИАС в электроэнергетике по обязательному информационному содержанию, а также необходимому и достаточному перечню выполняемых функций;
  
• разработать корпоративную ИАС на структурно-функциональном и информационном уровнях с учетом выявленной специфики предметной области, база данных которой будет содержать информацию для выполнения многоаспектного технико-экономического анализа маслонаполненного оборудования.
  
• предложить единую методологию сбора, обмена, обработки и анализа информации о техническом состоянии оборудования, проводимых эксплуатационных мероприятиях и ремонтах во всех структурных подразделениях корпорации;
  

2. Обобщить и формализовать знания по оценке ТО маслонаполненного оборудования следующим образом:

• разработать логико-математические модели (ЛММ), наиболее полно описывающие техническое состояние объекта и динамику его изменения, а также влияющие на него факторы в пространстве диагностических признаков с учетом особенностей выбранных видов контроля и видов маслонаполненного оборудования. Логико-математические модели должны обеспечивать интеграцию разнородной информации, ее ‘помехозащищенность’, служить основой для формализации знаний и распознавания класса технического состояния;
  
• предложить модель базы знаний (БЗ) для многоаспектной оценки технического состояния маслонаполненного оборудования с учетом выявленной специфики предметной области, осуществляющую вывод решения по оптимальному пути, работающую устойчиво, надежно и выполняющую следующие задачи:
  

- диагностику по выбранным параметрам контроля технического состояния,

- составление рекомендаций по дальнейшим эксплуатационным мероприятиям,

- обучение персонала и объяснение принятых решений.

3. Расширить и улучшить нормативную базу системы диагностики, в том числе:

• определить необходимый набор контролируемых параметров для диагностики каждого вида маслонаполненного оборудования в соответствии с современным отечественным и зарубежным опытом эксплуатации;
  
• разработать методику получения допустимых и предельно-допустимых значений (ДЗ и ПДЗ) контролируемых параметров и их трендов на основе массива наблюдаемых данных, адаптированную к задачам энергетической отрасли;
  
• найти механизм определения факторов, влияющих на ДЗ и ПДЗ контролируемых параметров и их тренды, а также оценки значимости этого влияния для рас-смотрения целесообразности дифференцирования регламентируемых значений;
  
• провести исследование многолетних данных эксплуатации по контролю трансформаторного масла с целью определения влияющих на него факторов и оценки степени их влияния;
  
• исследовать статистику повреждаемости маслонаполненного оборудования с целью выделения характерных периодов и определения присущих им потоков повреждаемости;
  
• определить значения ДЗ и ПДЗ контролируемых параметров масла, а также их трендов для каждой из групп оборудования согласно найденным факторам влияния и периодам повреждаемости;
  

4. Предложить новые методы анализа диагностической информации и методики получения критериев диагностики:

• разработать методику многоаспектной диагностики для вывода общего решения о состоянии оборудования по совокупности оценок состояния объекта на основании разных видов контроля;
  
• предложить модель описания технического состояния объекта по результатам анализа семи газов, растворенных в трансформаторном масле, в виде графического образа, позволяющую выделить область исправного состояния, а также алгоритм идентификации вида дефекта по этой модели с учетом особенностей каждого вида высоковольтного маслонаполненного оборудования;
  
• разработать методики синтеза описания классов состояния объекта на основе статистики фактов повреждений оборудования и результатов анализа растворенных газов (АРГ) путем использования характерного набора газов, превышающих регламентируемые значения, и характерных соотношений пар газов, а также в виде графической модели;
  
• получить критерии распознавания классов технического состояния высоковольт-ных вводов и измерительных трансформаторов на основе результатов АРГ.
  

5. Предложить критерии оценки технико-экономических показателей парка оборудования:

• разработать методику планирования технического обслуживания и ремонта (ТОиР), а также замены высоковольтного маслонаполненного оборудования путем его ранжирования с учетом оценок технического состояния с помощью ИАС, риска отказа и оценки эксплуатационных затрат;
  

• предложить процедуры анализа структуры эксплуатационных затрат с целью их минимизации и выбора наиболее выгодных вариантов инвестирования;
  

разработать методику анализа причин повреждаемости оборудования на основании актов расследования отказов, описаний ремонтов.

6. Реализовать ИАС, включая все ее подсистемы, методики и алгоритмы на языке программирования; выработать наиболее эффективную технологию внедрения, сопровождения ИАС; провести аттестацию диагностических возможностей ИАС и анализ эффекта ее использования в энергокомпаниях.

Предмет исследования – высоковольтное маслонаполненное электрооборудование. В качестве объекта исследований в данной работе выбраны следующие виды маслонаполненного оборудования высокого напряжения: силовые трансформаторы, вводы, трансформаторы тока и напряжения.

Методы исследования - теория распознавания образов, интегральное исчисление, реляционное исчисление, предикатная логика, нейронные сети, теория вероятности, методы математической статистики, дисперсионный анализ.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту. Установлено:

1. модель базы знаний должна быть построена в виде иерархической структуры модулей, имитирующих в процессе вывода решения операции логики мышления человека по оценке технического состояния объекта и планированию действий персонала. Модули специализированны на следующих функциях: построении и трансформации пространств диагностических признаков, распознавании технического состояния и выработке рекомендаций по ТОиР оборудования. Выбор необходимых модулей, реализующих стратегию решения, должен осуществляться самой моделью, а алгоритм принятия решения для вывода общего заключения о состоянии оборудования должен основываться на совокупности оценок состояния объекта, полученных с помощью разных видов контроля;

2. диагностика технического состояния маслонаполненного оборудования высокого напряжения на основе ДЗ и ПДЗ контролируемых параметров и их трендов обеспечивает достоверность оценки только при учете степени воздействия факторов на значения контролируемых параметров и значений потоков повреждаемости оборудования, соотнесенных со сроком его эксплуатации.

3. Усовершенствованы критерии оценки состояния жидкой изоляции маслонаполненного высоковольтного оборудования по результатам АРГ и физико-химического анализа (ФХА) масла, а также их трендов для силовых трансформаторов, высоковольтных вводов, трансформаторов тока и напряжения с учетом их конструктивных особенностей, срока эксплуатации и уровня повреждаемости.

4.Предложена графическая модель описания технического состояния маслонаполненного оборудования в виде лепестковой диаграммы, построенной по результатам семи растворенных в масле газов, которая позволяет выделить область исправного состояния и показать динамику изменения состояния объекта.

5. Разработан алгоритм распознавания состояния оборудования, отличающийся:

- учетом специфики каждого вида маслонаполненного оборудования путем трансформации образов типовых дефектов принимая во внимание конструктивные особенности объекта, учетом информативности признаков описания дефектов, вероятности возникновения и опасности дефектов;

- снижением неоднозначности и неустойчивости распознавания посредством оценки значений меры близости групп дефектов одинакового характера.

6. Созданы три методики синтеза описания классов состояния объекта на основе статистики фактов повреждений оборудования и результатов АРГ путем анализа характерного набора газов, превышающих ДЗ, характерных соотношений пар газов, а также в виде графической модели.

7. С помощью предложенных методик получены критерии распознавания:

- десяти классов технического состояния высоковольтных вводов по характерным наборам газов, превышающих ДЗ, и характерным соотношениям пар газов;

- девяти классов технического состояния трансформаторов тока и три класса технического состояния трансформаторов напряжения по образам дефектов в виде лепестковой диаграммы.

8. Предложена методика планирования необходимых операций ТОиР и приоритетов их выполнения на основе трех интегральных показателей, учитывающих оценки технического состояния, риска ущербов, стоимость эксплуатации оборудования. В методике использовано пять категорий ТО, определенных с учетом соотношения категорий в условиях эксплуатации.

Практическая ценность результатов работы и ее внедрение. Разрабатываемая автором с 1989 г. ИАС многоаспектной оценки технического состояния высоковольтного маслонаполненного оборудования ЭДИС «Альбатрос в настоящее время эксплуатируется в 65 филиалах 28 энергосистем, 19 филиалах 5 МЭС, 10 электрических станциях, 8 заводах в России, а также на 8 предприятиях за рубежом – в Молдавии, Украине, Латвии (всего более 110 предприятий, 200 рабочих мест). На всех предприятиях МЭС Урала, МЭС Сибири, Тюменьэнерго, Татэнерго, МРСК Центра и Поволжья, ДРСК система ЭДИС «Альбатрос» эксплуатируется как корпоративная, автоматизируя процессы сбора и анализа информации с мест, по 2-3-х уровневой схеме вертикали управления организацией техническим обслуживанием. ИАС ЭДИС «Альбатрос» позволяет построить систему автоматизированной организации ТОиР на основе раннего выявления повреждений и достаточно точной их идентификации.

Разработанные автором общие требования к ИАС, которыми должны быть оснащены службы диагностики ОАО «ФСК ЕЭС»” вошли в “Концепцию диагностики электротехнического оборудования подстанций и линий электропередачи электрических сетей ОАО «ФСК ЕЭС»”, которая должна быть реализована до 2012 г.

Спроектированное хранилище данных диагностической информации по маслонаполненному оборудованию используется в автоматизированной системе управления ТОиР оборудования ОАО «ФСК ЕЭС».

Накопленный в БД десятка энергосистем, использующих ЭДИС «Альбатрос», массив результатов ФХА масла, а также предложенная автором методика получения ДЗ и ПДЗ контролируемых параметров использована при разработке нормативных требований к трансформаторным маслам при пересмотре РД ЭО 0444-2003.

Критерии обнаружения повреждения на основании АРГ в трансформаторах тока различного типа использовались в 2006г. в ОАО «ФСК ЕЭС» при формировании целевой программы замены трансформаторов тока 110-750 кВ по техническому состоянию.

Ряд МРСК (Центра и Поволжья, ДРСК и др.) включили в стандарты предприятий критерии оценки результатов АРГ силовых трансформаторов 35 кВ, измерительных трансформаторов 110-220кВ и высоковольтных вводов 110-220кВ, а также критерии оценки физико-химического анализа масла, полученные автором. В стандартах предприятий при назначении периодичности профилактического контроля учитываются характерные периоды повреждаемости маслонаполненного оборудования, определенные автором.

Специалисты управлений Тюменьэнерго, ДРСК, МРСК Центра и Приволжья используют предложенную методику анализа причин повреждаемости маслонаполненного оборудования.

Успешная работа по разработке и внедрению системы отмечена в 2002 г. золотой медалью “Уральских выставок” и в 2008 г. Дипломом лауреата премии “За обустройство Земли Российской”.

На основе материалов, содержащихся в диссертации, подготовлен курс “Системы диагностирования высоковольтного маслонаполненного оборудования”, который читается, в течение последних 5 лет на курсах повышения квалификации работников энергосистем (г.г. Екатеринбург, Набережные-Челны, Новосибирск, Казань, Сургут, Челябинск).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: всероссийской конференции «Новые информационные технологии в исследовании дискретных структур» (Екатеринбург, 1996); научно-практических семинарах Минэнерго «Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования» (С-Петербург, 1997-2008); всесоюзной научно-практической конференции «Диагностика и эксплуатация энергетического оборудования» (Москва, 1998); международном симпозиуме «Состояние, основные направления развития производства, повышение технического уровня и надежности обслуживания трансформаторного оборудования» (Украина, Запорожье, 1998); International Conference of Electrical Insulation - ICEI (Санкт-Петербург, 1999, 2002); научно-техническом семинаре «Современные методы и средства оценки технического состояния и продления сроков эксплуатации высоковольтного оборудования энергосистем» РАО ЕС (Москва, 2001, 2003); всероссийском электротехническом конгрессе с международным участием ВЭЛК-99 «Диагностика и безопасность в

электротехнике и энергетике» (Москва, 1999); международной конференции «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» EECCES-2003 (Екатеринбург, 2003); всероссийской научно-технической конференции «Энергосистема: управление, качество, конкуренция» (Екатеринбург, 2004), международном научно-техническом семинаре «Современные методы оценки технического состояния и способы повышения надежности оборудования подстанций» Электроэнергетического Совета СНГ (Москва, 2004); International Conference IEEE PowerTech-2005 (St.Petersburg, 2005); VIII, IX симпозиумах Электротехника-2010 (Москва, 2005, 2007); XI International Scientific Conference “Transformer Building-2005” (Ukraine, Zaporozhye, 2005); научно-практических конференциях по диагностике электрических установок специалистов Сибири и Востока (Новосибирск, 2004, 2006, Красноярск, 2007, Ангарск, 2008, Барнаул, 2009); International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis - CMD 2006 (Changwon, Korea, 2006); ISH 15-th International Simposium on Higt Voltage Engineering (Ljubljana, Slovenia, 2007) IVth International Scientific Symposium ELEKTROENERGETIKA-2007 (Stará Lesná, Slovak Republic, 2007); научно-практической конференции «Высоковольтные вводы – современное состояние производства, эксплуатации, диагностирования и ремонта» (Москва, 2008); The 6-th international forum Power Engineering -2008 (Saint-Petersburg, 2008).

Достоверность полученных результатов. Сформулированные в диссертации выводы и рекомендации обоснованы теоретически, базируются на строго доказанных выводах и обширном статистическом материале, собранном при эксплуатации оборудования.

Достоверность полученных критериев обнаружения и идентификации дефектов, а также эффективность и полезность, выполняемых ЭДИС «Альбатрос» функций подтверждена 10 справками с мест внедрения, в которых отмечены случаи подтверждения заключений системы о техническом состоянии силовых и измерительных трансформаторов, а также высоковольтных вводов результатами ремонтов. По результатам тестирования системы экспертами АО «Свердловэнерго» в 1998 г., проведенном на 21 случае выявленных дефектов в трансформаторах, достоверность диагнозов, выдаваемых системой - 96%. В 2004 г. система прошла экспертную проверку ОРГРЭС и рекомендована для использования при оценке и комплексной диагностике электрооборудования. Полученные результаты исследования подтверждены широкой практикой использования разработанных автором методик, методов и алгоритмов для диагностики маслонаполненного оборудования, а также многократным внедрением ЭДИС «Альбатрос» в отрасли.

Публикации. Результаты работы опубликованы в 64 научных трудах, из них 11 входят в список изданий, рекомендованных ВАК РФ для докторских диссертаций. Число публикаций без соавторов - 41, из них 2 патента на полезную модель, 3

свидетельства Роспатента на программу. Личный вклад автора в 20 публикациях с соавторами является определяющим, в четырех – равноправным.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа выполнена на 407 страницах основного текста и состоит из введения, шести глав, заключения, 5 приложений, списка использованных источников, который содержит 181 наименование, 61 рисунка и 76 таблиц.


ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Во введении обоснованы актуальность и практическая значимость работы.

В первой главе в результате ретроспективы отечественного опыта создания информационно-аналитических систем в энергетике использование информационных технологий (ИТ) предложено разделить на четыре уровня, соответствующих уровням их развития, обобщения информации и полезного эффекта от их использования: создание базы данных (БД) для упорядоченного хранения информации; создание автоматизированных рабочих мест для автоматизации легко формализуемых действий персонала по оценке оперативных данных; использование систем искусственного интеллекта (ИИ) для решения тактических задач (диагностика оборудования; планирование действий персонала по дальнейшей эксплуатации этого оборудования, прогноз хода событий, обучение персонала); использование систем ИИ для решения стратегических задач (формирование политики ТОиР, в том числе уточнение критериев диагностики, планирование инвестиций, нахождение резервов для снижения издержек без потерь надежности и качества энергоснабжения и т.д.). Для каждого уровня ИТ рассмотрена необходимость его разработки и выполняемые задачи. Перечислены требования к пользователям и эффект от внедрения, присущие каждому уровню. Системы искусственного интеллекта (ИИ) применяются на третьем и четвертом уровнях ИТ.

Рассмотрены стадии разработки систем ИИ и необходимые специальности состава разработчиков. Отмечено, что для создания системы ИИ средней сложности при наличии опытного коллектива разработчиков требуется не менее 5 лет. Предложена классификация систем ИИ применительно к рассматриваемой предметной области: по типу решаемых задач; по типу информационных объектов, на которых они специализированы; по степени проработки предметной области и обработки информации; по времени реакции на изменения, происходящие в окружающей среде; по инструментальным средствам и стадии разработки. Эта классификация используется для сравнения отечественных и зарубежных ИАС, выполняющих оценку технического состояния высоковольтного маслонаполненного электрооборудования на основании поступающих в систему значений контролируемых параметров. В таблице 1 представлен сравнительный анализ 11 систем, разработанных до коммерческой стадии, имеющих опыт внедрения, проведенный по информации в открытой печати и в сети Internet на ноябрь 2008 г.. Как видно из таблицы 1, экспертно-

диагностическая система оценки технического состояния маслонаполненного высоковольтного электрооборудования “Альбатрос” (ЭДИС “Альбатрос”), разработчиком которой и является автор диссертации, была создана одной из первых.