VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Законы развития техники и живой природы имеют много общего. Поэтому, представляется возможным описывать объекты электрической системы на основе техноценологических понятий. Подобные системы, как ценозы, рассматриваются в различных направлениях науки. Техноценоз - ограниченная во времени и пространстве искусственная система, сообщество изделий со слабыми связями и едиными целями.

Проведем аналогию био- и техноценозов на примере жителей тайги и силовых трансформаторов. Все виды с одинаковым числом особей или объектов объединяют в касту. Уникальные виды, например, тигры в тайге и очень мощные трансформаторы, составляют "ноеву" касту. Поинтер касту представляют распространенные виды животных и трансформаторы средней мощности. А виды с наибольшей популяцией и все трансформаторы малой мощности составляют саранчевую касту.

Силовые трансформаторы – это один из видов электрооборудования энергосистем, определяющий надежность электроснабжения. Актуальной является задача оценки возможности эксплуатации оборудования, своевременного вывода его в ремонт по техническому состоянию.

Трансформаторное масло представляет собой сложный состав насыщенных и ароматических углеводородов. Любое внутреннее повреждение изоляции в виде локального электрического разряда (частичный разряд) или локального нагрева (“горячая точка”) приводят к выделению тепла и, при температуре, превышающей 250-300 С, крекингу - “разложению” масла на более легкие фракции. Основными продуктами разложения масла под действием термохимического процесса являются следующие основные газы: Н₂ - водород, СН₄- метан, С₂Н₄ - этилен, С₂Н₆- этан, С₂Н₂- ацетилен, СО - оксид углерода, СО₂ - диоксид углерода.

Продолжаются исследования по совершенствованию методов диагностики технического состояния силовых маслонаполненных трансформаторов (СМТ). К основным причинам необходимости повышения эффективности системы диагностики следует отнести: неэффективность существующей системы регламентных испытаний, увеличение числа электроэнергетических объектов, имеющих большое число единиц стареющего оборудования, экономическую необходимость продления эксплуатационного ресурса оборудования.

Детерминированный подход при решении таких задач неприменим для практически бесконечного количества электрооборудования. Появление электрического хозяйства в современном понимании сделало неизбежным отказ от расчетов, основанных на исследованиях единичного, и переход к вероятностным (статистическим) представлениям. Статистику концентрации газов неверно математически описывать параметрами нормального распределения (математическим ожиданием и дисперсией).

В данной работе применяется системный подход, в основе которого лежит рассмотрение объектов, как систем. Трансформатор относится к сложным вероятностным системам, так как он сложен по устройству, числу входящих элементов и параметров, а рабочие режимы представляют собой стохастические процессы.

В качестве технической системы рассматривались филиал ОАО «Тываэнерго» и Красноярское предприятие МЭС. Использовались статистические данные по различным газам для 34 СМТ за временной интервал в 14 лет и для 18 трехфазных автотрансформаторов за временной интервал в 3,5 года соответственно. Рассматриваемые технические системы можно назвать техноценозами [5], т.к. отдельные её элементы (подсистемы), с одной стороны, достаточно независимы и не связаны между собой жестко, а с другой, – объединены слабыми связями, определяемыми единой системой управления, снабжения, эксплуатации, а также общей целью функционирования.

В нашей работе мы установили взаимосвязь концентрации растворенных в масле газов и технического состояния силовых маслонаполненных трансформаторов, используя ранговый анализ. Применение линейного множественного регрессивного анализа к описанию содержания газов в СМТ рассматриваемой электрической сети через выбранные технологические параметры невозможно из-за низкого уровня достоверности.

Для применения методики техноценозов необходимо доказательство, что статистические данные не подчиняются закону нормального распределения.

Это предположение было проверено с использованием:

1. статистики критерия Пирсона, согласно которой теоретические и эмпирические частоты отличаются значимо

(1)

где pj - вероятность попадания изучаемой случайной величины в j-и интервал, вычисляемая в соответствии с гипотетическим законом распределением F(x), ;

1. метода спрямленных диаграмм (рис.1), откуда видно, что точки не лежат вблизи какой-либо прямой, следовательно гипотеза о нормальном распределении генеральной совокупности отвергается

Рисунок 1 – Проверка гипотезы о несоответствии распределения нормальному закону
а) ОАО «Тываэнерго» для СО2	б) б) Красноярское ПМЭС для С2Н6

Рисунок 1 – Проверка гипотезы о несоответствии распределения нормальному закону

1. коэффициента конкордации, который характеризует степень взаимосвязанности объектов техноценоза

(2)

где m – число групп, которые ранжируются,n – число переменных,

– показатель связных рангов в ранжировании j-го эксперта, , - ранг i-фактора у j-единицы.

Коэффициент конкордации получился значимым, что свидетельствует о взаимосвязанности исследуемого техноценоза.

1. выборочного коэффициента линейной корреляции

,

который для филиал ОАО «Тываэнерго» равен 78 %, а для Красноярского предприятия МЭС – 55,56 %, что указывает на существующую связь между элементами исследуемых систем [2, 6].

Проведя аппроксимацию совокупности проранжированных точек методом наименьших модулей, получили аналитические зависимости Н-распределения и возможность вывода результатов аппроксимации в графической форме (рисунок 2). Сплошная линия – аппроксимационная кривая, полученная методом наименьших модулей.

Рисунок 2 – Ранговое параметрическое распределение техноценоза
а) ОАО «Тываэнерго» для СО2	б) Красноярское ПМЭС для С2Н6

С помощью интервального оценивания параметрического распределения [1, 3, 6] определили у каких объектов техноценоза аномальная концентрация газов, растворённых в масле (рис. 3).

Рисунок 3 – Доверительный интервал для полного рангового параметрического распределения
а) ОАО «Тываэнерго»для СО2	б) Красноярское ПМЭС для С2Н6

Для проверки достоверности полученных результатов, по методике [4] произведён расчёт относительной скорости нарастания газов, который подтвердил наличие развивающегося дефекта, а состав и отношение пар газов выявили вероятные причины их появления в масле СМТ. В результате расчета относительная скорость для трансформатора № 9 ОАО «Тываэнерго и для трансформатора № 5 Красноярского ПМЭС составляет более 20%, что указывает на наличие быстро развивающегося дефекта в трансформаторе. Данное превышение говорит об ускоренном старении изоляции, ее увлажнении и перегреве. Это подтверждает решение поставить данный трансформатор на учащённый контроль с одной стороны, и достоверность полученных результатов, с другой.

В исследовании использовался программный вычислительный комплекс «Модель оптимального управления электропотреблением техноценоза», разработанный профессором, доктором технических наук Гнатюком Виктором Ивановичем.

В данной работе доказана принадлежность статистических данных по ХАРГ к статистике ценологического типа; подтверждена возможность использования данного метода для анализа технического состояния маслонаполненных трансформаторов.

Основной проблемой применения предлагаемой методики является отсутствие достоверной статистической информации. При создании адаптированной электрической системы, при автоматизированном пополнении базы данных, предлагаемый метод может быть достаточно эффективным для диагностики силового маслонаполненного оборудования и прогнозирования его технического состояния на следующий временной интервал.

Список литературы

1. Кудрин Б.И. Введение в технетику. - Томск: Издание ТГУ,1993. - 552 с.

2. Четыркин Е.М., Калихман И.Л. Вероятность и статистика. – М.: Финансы и статистика, 1982. - 319 с.

3. Гнатюк В.И. Закон оптимального построения техноценозов. - М.: Изд -во ТГУ -Центр системных исследований, 2005. - 384 с . (Компьютерная версия в сети Интернет - http://gnatukvi.ru/ind.html).

4. Методические указания по диагностике развивающихся дефектов по результатам хроматографического анализа газов, растворённых в масле силовых трансформаторовРД 153-34.0-46.302-00. - РАО "ЕЭС России"-2011.

5. Гнатюк В.И., Лагуткин О.Е. Ранговый анализ техноценозов. – Калининград: БНЦ РАЕН - КВП ФПС РФ, 2000 - 86 с.

6. Кендалл М. Ранговые корреляции. Зарубежные статистические исследования. – М.: Статистика, 1975. - 216 с.

Код для цитирования: Скопировать