Содержание
Введение
1. Методы диагностирования силовыхтрансформаторов тяговых подстанций
1.1 Основы технической диагностики
1.2 Диагностика изоляции силовоготрансформатора
1.3 Трансформаторноемасло — инструмент оценки состояния трансформатора
1.3.1 Методы определения фурановыхпроизводных в трансформаторном масле
1.3.1.1 Метод определения4-х фурановых производных методом газожидкостной хроматографии
1.3.1.2 Экспресс-методикавизуального определения фурфурола в трансформаторных маслах
1.3.2 Определениефракционного состава механических примесей
контроль классапромышленной чистоты
1.3.3 Контроль влажности
1.3.4 Метод определениярастворенного в масле ионола
1.3.5 Автоматизированнаясистема измерения температурой зависимости тангенса угла диэлектрических потерьтрансформаторного масла
1.4 Основы измеренияхарактеристик частичных разрядов в силовых трансформаторах
1.5 Диагностикамеханического состояния обмоток силовых трансформаторов методом частотногоанализа
1.6 Вибрационноеобследование и диагностика состояния силовых трансформаторов
1.6.1 Цель проведениявибрационной диагностики силовых трансформаторов
1.6.2 Определение параметров прессовкиобмоток и магнитопровода по вибрации на поверхности бака трансформатора
1.6.3 Уточнение диагноза«распрессовка обмотки» проведением измерений вибрации при изменении температурытрансформатора
2. Термографические методыдиагностирования тяговых подстанций
2.1 Основные определения
2.2 Методы тепловизионного диагностирования силовыхтрансформаторов тяговых подстанций
2.3 Факторы, влияющие наэффективность тепловизионного обследования
2.4 Методика ТВО электрооборудования
2.5 Тепловизионное обследование силовыхтрансформаторов
2.5.1 Определение местоположениядефектов в магнитопроводах трансформаторов
2.5.2 Определение внутренних дефектовобмоток
2.5.3 Определение работоспособностиустройств системы охлаждения трансформатора
2.5.3.1 Маслонасосы
2.5.3.2 Дутьевые вентиляторы
2.5.3.3 Термосифонные фильтры
2.5.3.4 Переключающие устройства
2.5.3.5 Радиаторы
2.5.3.6 Датчик температуры
2.5.3.7 Поверхность бакатрансформатора
2.5.3.8 Маслорасширители
2.5.3.8 Системы охлаждениятрансформаторов
3. Результаты тепловизионныхобследований (ТВО) тяговых подстанций ВСЖД
3.1 Анализ результатовтепловизионного контроля силовых Трансформаторов
4. Применение экспертных систем дляобработки результатов диагностирования силовых трансформаторов
4.1 Основные понятия и определения
4.1.1 Назначения и основные свойстваэкспертных систем
4.1.2 Архитектура экспертных систем
4.1.3 Состав и взаимодействиеучастников построения и
эксплуатации экспертных систем
4.1.4 Преимущества использованияэкспертных систем
4.1.5 Основные режимы работыэкспертных систем
4.1.6 Отличие экспертных систем оттрадиционных программ4.1.7 Технология разработки экспертныхсистем
4.2 Представление знаний в экспертныхсистемах
4.2.1 Логические исчисления
4.2.2 Фреймовая модель
4.2.3 Семантические сети
4.2.4 Представление знаний сиспользованием правил
4.3 Концепция экспертной системы дляобработки результатовТВО трансформаторов
4.3.1 Интегрированнаяинструментальная среда exsys
4.3.2 Написание набора правил винструментальной среде exsys
5. Расчёт стоимости программногопродукта
6.Охрана труда и безопасность жизнедеятельности проекта.
Эргономическиеи санитарно-гигиенические нормы при организации работы вычислительного центра
6.1Необходимость разработки и соблюдения норм…
6.2Общие положения и область применения…
6.3Требования к ПЭВМ
6.4Требования к помещениям для работы с ПЭВМ
6.5Требования к микроклимату, содержанию аэроионов и вредных химических веществ ввоздухе на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ
6.6Требования к уровням шума и вибрации на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ
6.7 Требования косвещению на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ
6.8 Требования куровням электромагнитных полей на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ
6.9 Требования квизуальным параметрам ВДТ, контролируемым на рабочих местах
6.10 Общие требования к организациирабочих мест пользователей ПЭВМ…
6.11 Требования к организации иоборудованию рабочих мест с ПЭВМ для взрослых пользователей
6.12 Требования к организации иоборудованию рабочих мест с ПЭВМ для обучающихся в общеобразовательныхучреждениях начального и высшего профессионального образования
6.13 Требования к организациимедицинского обслуживания пользователей ПЭВМ…
6.14 Требования к проведениюгосударственного санитарно-эпидемиологического надзора и производственногоконтроля
6.15Расчет искусственного освещения аудитории вычислительного центра
Заключение
Приложение А
Список литературы
Введение
Системы тягового электроснабжения (СТЭ)образуют значительное количество устройств, длительная эксплуатация которых безнадлежащего диагностирования технического состояния может привести к выходу ихиз строя и значительному экономическому ущербу. Для реализации эффективногодиагностирования устройств тягового электроснабжения необходимы методикиконтроля и современные технические средства.
Внастоящее время в эксплуатацию помимо традиционных испытаний все более широкоеприменение находят такие современные методы, как высокоэффективная жидкостная игазовая хроматография, определение фракционного состава механических примесей ихарактера загрязнений при помощи автоматических счетчиков частиц и устройствмембранной фильтрации, инфракрасная спектроскопия, определение электрическойпроводимости трансформаторных масел.
Приоценке состояния трансформаторов, прежде всего с длительным сроком службы, атакже вызывающих «беспокойство», в связи с отрицательной динамикой изменениядиагностических параметров целесообразно проводить комплексные диагностическиеобследования, привлекая для этого специализированные организации.
Решение задач диагностированияэлектрооборудования тяговых подстанций (ТП) может быть выполнено на основетепловизионных обследований (ТВО). Современные инфракрасные камеры имеютзначительное оптическое разрешение, широкий диапазон измеряемых температур, нетребуют охлаждения термочувствительного элемента жидким азотом. Эти приборыпозволяют автоматически отсчитывать температуру в центре визирного перекрытия,выстраивать профиль температуры в режиме реального времени, вести непрерывнуюзапись изображения на гибкий магнитный носитель. Вместе с приборамипоставляются программные продукты, обеспечивающие эффективную компьютернуюобработку получаемых термограмм.
Тепловизионноедиагностирование позволяет решать актуальные практические задачи, такие как:
1) массовоеобследование огромного объема электрооборудования одной бригадой из трехчеловек с одной тепловизионной камерой;
2)выявление значительного количествааппаратов, находящихся в предаварийном состоянии (дефектные контактныесоединения, трансформаторы тока, конденсаторы связи, вентильные разрядники иОПН);
3)выявление таких дефектов, которые немогут быть выявлены никакими другими методами, например, местный перегревконструктивных элементов баков силовых трансформаторов, нагрев соединительныхболтов в поддерживающих металлических конструкциях шинопроводов или перегрузкиотдельных элементов вентильных разрядников 110 кВ и выше.
В системах тяговогоэлектроснабжения термография может применяться по всему циклу распределения ипотребления электроэнергии: от тяговых подстанций до электрооборудования ЭПС.Термограмма быстро и четко укажет на возникшие неполадки задолго до того, какони превратятся в крупные эксплуатационные проблемы.
В настоящее время при проведениитепловизионного обследования ставят в основном задачи выявления участков локальноготеплового перегрева, обусловленного потенциальными дефектами, и при ихобнаружении задачу считают выполненной. Это сужает рамки ТВО и не позволяетиспользовать инфракрасную технику в полной мере. Превратить ТВО в полноценныйспособ технического диагностирования можно на основе разработки математическихметодов и компьютерных технологий обработки результатов обследований.
Эффективность и информативностьэтого вида оценки состояния оборудования оказывается особенно высокой, еслитепловизионный контроль включается в комплексный процесс диагностики СТ,проводимой на базе экспертной системы.
Экспертная система (ЭС) — этопрограммное средство, использующее экспертные знания для обеспечениявысокоэффективного решения неформализованных задач в узкой предметной области.Основу ЭС составляет база знаний (БЗ) о предметной области, котораянакапливается в процессе построения и эксплуатации ЭС.
В процессе решения задачиЭС запрашивает у пользователя факты, касающиеся конкретной ситуации (проблемы).Получив ответы, ЭС пытается вывести заключение (рекомендацию). Эта попыткавыполняется механизмом вывода, решающим, какая стратегия эвристического поискадолжна быть использована применительно к данной проблеме. Пользователь можетзапросить объяснение поведения ЭС и объяснение ее заключений. Качество выводаопределяется методом, выбранным для представления знаний, объемом базы знаний имощностью механизма вывода.
1. Методыдиагностирования силовых трансформаторов тяговых подстанций
1.1 Основытехнической диагностики
Диагностика – областьзнаний, охватывающая теорию, методы и средства определения техническогосостояния объектов.
Диагностирование –определение технического состояния объекта.
Мониторинг – контрольобъекта с заданной степенью регулярности.
Техническаядиагностики — отрасль научно-технических знаний, сущность которой составляюттеории, методы и средства обнаружения и поиска дефектов в объектах техническойприроды. Под дефектами следует понимать любое несоответствие свойств объектазаданным (требуемым или ожидаемым) свойствам. Установление каким-либо способомфакта несоответствия называют обнаружением дефекта.
Основноеназначение технической диагностики состоит в повышении эксплуатационнойнадежности объектов, а также в предотвращении брака при изготовлении, каксамого объекта, так и составляющих его частей. Повышение надежностиобеспечивается улучшением таких показателей, как коэффициент готовности,коэффициент технического использования, время восстановления работоспособногосостояния, а также ресурс (срок службы) и наработка до отказа или наработка наотказ для резервированных объектов с восстановлением.
Если втекущий момент реальною времени использования объекта по назначению егопараметры (признаки) находятся в требуемых пределах, то такой объект являетсяправильно функционирующим.
Техническоесостояние неправильно функционирующею, неисправного или неработоспособногообъекта может быть детализировано путем обнаружения конкретных дефектов,нарушающих исправность, работоспособность или правильность функционирования, причемдефекты эти могут относиться как к объекту в целом, так и к его составнымчастям.
Обнаружениеи поиск дефектовявляются процессами определения технического состояния объекта и объединяютсяобщим термином «диагностирование». По результатам диагностированияставится диагноз. Задачами диагностирования являются проверка исправности,работоспособности и правильности функционирования объекта, а также поискдефектов, нарушающих ни показатели. Строгая постановка таких задачпредполагает, во-первых, прямое или косвенное задание класса возможных дефектови, во-вторых, наличие формализованных методов построения алгоритмовдиагностирования, реализация которых обеспечивает или обнаружение дефектов иззаданного класса с требуемой полнотой, или поиск дефектов с требуемой глубиной.
Диагностированиетехнического состояния любого объекта осуществляется теми или иными средствами.Средства могут быть аппаратными или программными. Средства и объектдиагностирования, взаимодействующие между собой, образуют систему диагностирования.
Всистемах тестового диагностирования на объект подаются специально организуемыетестовые воздействия. В системах функционального диагностирования, которыеработают в процессе применения объекта по назначению, подача тестовыхвоздействий, как правило, исключается; на объект поступает только рабочеевоздействие, предусмотренное его алгоритмом функционирования. В системах обоихвидов средств диагностирования воспринимают и анализируют ответы объекта навходные (тестовые иди рабочие) воздействия и выдают результат диагностирования,т.е. ставят диагноз: объект исправен или неисправен, работоспособен илинеработоспособен, функционирует правильно или неправильно, имеет какой-нибудьдефект или в объекте повреждена какая-то его составная часть и тому подобное.
Системадиагностирования в процессе определения технического состояния объектареализует некоторый алгоритм тестового или функционального диагностирования.Алгоритм диагностирования в общем случае состоит из определенной совокупноститак называемых элементарных проверок и правил анализа их результатов.Результатом экспериментальной проверки являются конкретные значения ответныхсигналов объекта в соответствующих контрольных точках. Окончательное заключениео техническом состоянии объекта (диагноз) делается в общем случае посовокупности полученных результатов экспериментальных проверок.
Втехнической диагностике можно выделить три типа задач определения техническогосостояния объектов:
1) к первому типуотносятся задачи определения технического состояния, в котором находится объектв настоящее время; это задачи диагностирования;
2)ко второму типуотносятся задачи предсказания технического состояния, в котором окажется объектв некоторый будущий момент времени; это задачи прогнозирования;
3)к третьему типуотносятся задачи определения технического состояния, в котором находился объектв некоторый момент времени в прошлом; это задачи генеза.
Задачипервого типа формально можно отнести к технической диагностике, а второго типа- к технической прогностике (к техническому прогнозированию) Отрасль знания,занимающаяся решением задач третьего типа, называется технической генетикой.
Задачи технической генетики возникают прирасследовании аварий, когда техническое состояние объекта в рассматриваемое времяотличается от состояния, в котором он был в прошлом. Эти задачи решаются путемопределения возможных или вероятных предысторий, ведущих в настоящее состояниеобъекта.
Кзадачам технической прогностики относятся задачи, связанные с определениемсрока службы объекта или с назначением периодичности профилактических испытанийи ремонтов. Эти задачи решаются путем определения возможных или вероятныхэволюции состояния объекта, начинающихся в настоящий момент времени.
Решениезадач прогнозирования очень важно для организации технического обслуживанияоборудования по состоянию — (в место обслуживания по срокам или ресурсу).Непосредственное применение методов решения задач диагностирования к задачампрогнозирования невозможно из-за различия моделей, с которыми приходитсяработать. При диагностировании моделью обычно является описание объекта, в товремя как при прогнозировании необходима модель процесса эволюции техническиххарактеристик объекта во времени.
Врезультате диагностирования каждый раз определяется не более чем одна«точка» указанного процесса эволюции для текущего момента (интервала)времени. Вместе с тем хорошо организованное диагностическое обеспечение объектас хранением всех предшествующих результатов дает полную и объективнуюинформацию, представляющую собой предысторию развития (динамику) процессаизменения технических характеристик объекта в прошлом, что может бытьиспользовано для систематической корреляции прогноза и повышения его достоверности.
Наличиеили появление дефектов, что возможно на любой стадии жизни объектов,отрицательно сказывается на качестве и надежности.
Впроблеме надежности можно выделить аспекты, определяемые принципами, методами исредствами обеспечения и поддержания тех или иных показателей надежности.
Совокупностьпринципов, методов и средств обнаружения (поиска) дефектов при их изготовленииили в эксплуатации называем организацией диагностического обеспечения, котороесоставляет основу диагностического аспекта надежности. В рамкахдиагностического аспекта решаются задачи определения технического состоянияобъекта (исправен, работоспособен) и поиска дефекта, как при производстве, таки в эксплуатации.
Неполнотаобнаружения дефектов при проверке исправности (после изготовления или ремонта)или при проверке работоспособности (при профилактике) эквивалентна фактическомуснижению показателей безотказности (в частности, вероятности безотказнойработы), долговечности (ресурса) и сохраняемости объекта.
Главнымпоказателем качества системы диагностирования являются гарантируемые полнотаобнаружения и глубина поиска дефектов. К числу «вторичных»показателен качества систем диагностирования можно отнести затраты нааппаратуру, время, энергию, а также показатели надежности средствдиагностирования, в том числе достоверность диагноза.
Видыдиагностики электрооборудования
1) диагностикаизоляции;
2)диагностикаконтактных соединений;
3)диагностикасиловых трансформаторов и реакторов;
4)диагностикавысоковольтных выключателей.
1.2 Диагностикаизоляции силового трансформатора
Изоляциювысоковольтного оборудования испытывают после изготовления и в эксплуатации.Основная задача приемо-сдаточных испытаний — определение соответствия изделиятребованиям нормативно-технической документации. Испытания при капитальных итекущих ремонтах, а также в период между ремонтами проводятся с целью оценкисостояния изоляции и выявления дефектов.
Прииспытаниях во время эксплуатации, проводимых с помощью передвижных установок,может быть получен ограниченный объем информации. Наиболее предпочтительныметоды контроля оборудования под рабочим напряжениям без вывода его изэксплуатации, что обеспечивает повышение эффективности техническогодиагностирования. Контроль под напряжением можно автоматизировать, при этомприменяют два варианта диагностирования раннюю диагностику и сигнализацию предельныхсостояний.
Вэксплуатации происходит старение диэлектрика (постепенное ухудшение или полнаяпотеря изоляционных свойств), которое вызывается процессами, связанными схимическими, тепловыми, механическими и электрическими воздействиями. Следуетотмстить, что ни процессы действуют одновременно и могу быть взаимосвязанными.
Кхимическим процессам ухудшения изоляционных материалов относится окисление иреакции с агрессивными компонентами окружающей среды.
Принагреве вследствие внешних причин и диэлектрических потерь ухудшение свойствизоляции сопровождается распадом вещества, появлением хрупкости, снижениемэлектрической прочности.
Косновным явлениям старения относятся физические и химические измененияорганических изоляционных материалов, вызванные частичными разрядами (ЧР).
Механическиевоздействия, вызывая нарушение целостности материала (разрывы, расслоения),также снижают электрическую прочность изоляционной конструкции.
Изоляционноемасло является и теплоотводящей и изолирующей средой. При старении маслоокисляется, что приводит к образованию органических кислот, растворимых вмасле, и осадков. Увлажнение снижает электрическую прочность масла, термическиевоздействия приводят к крекингу.
Старениемасла снижает надежностьизоляционной конструкции, так как повышенная кислотность способствует старениютвердой изоляции, а осаждение шлама увеличивает диэлектрические потери иухудшает отвод тепла. Влага в масле, переходя в твердый диэлектрик, усиливает внем процессы разрушения. Наличие в масле пузырьков газа способствует развитиюЧР.
Врезультате воздействия всех перечисленных факторов происходит изменениеструктуры диэлектриков, их свойств, появляются внутренние дефекты и продуктыразложения.
Прямыеметоды определения интенсивности названных процессов, пригодные дляэксплуатационных условий, отсутствуют. Применяются косвенные методы контроля, идля этого используются параметры изоляции, значении которых определяютсяпроцессами, происходящими и диэлектриках (поляризация, адсорбция,проводимость,). К таким параметрам относятся комплексная проводимость изоляции,диэлектрические потери, емкость, интенсивность ЧР. Для диагностированияиспользуются также зависимости этих параметров от температуры, приложенногонапряжения и времени.
Втаблице 1 приведены воздействующие факторы и реакция изоляции на них. Для болееполного диагностирования целесообразно использовать все возможные методы.Следует указать, что совпадение результатов, полученных разными методами,позволяет более уверенно идентифицировать дефект.
Браковочнымкритерием служит совокупность значений диагностических параметров и другихпризнаков, достаточных для оценки состояния контролируемого объекта иклассификации его дефектов. Конечной целью такой классификации является прогнозированиеработоспособности оборудования.
Забраковочный критерий принимается отклонение значений контролируемых параметровза установленные критерии. При этом необходимо учитывать, что одни и те же измененияпараметра могут быть вызваны различными дефектами, при развитии которыхопасность отказа объекта неодинакова.
Таблица1 — Изменение характеристик изоляции в зависимости от воздействующих факторовВоздействующие факторы Изменяемые характеристики, процессы в изоляции Увлажнение Уменьшение сопротивления Увеличение емкости t
Увеличение /> Повышение температуры Повышение давления (вводы)
Снижение /> масла Изменение химического состава Частичные разряды Загрязнение Уменьшение сопротивления
Увеличение /> Повышение температуры
Снижение />масла Изменение химического состава Частичные разряды Перенапряжения Пробой изоляции Межкатушечное и витковое замыкание Частичные разряды Перегрев Уменьшение сопротивления
Увеличение /> Повышение давления (вводы) Изменение химического состава Частичные разряды Продолжение таблицы 1 Длительное воздействие электрического поля и температуры Пробой изоляции Межкатушечное и витковое замыкание Изменение химического состава
Увеличение /> Частичные разряды
Снижение /> масла Короткое замыкание Межкатушечное и витковое замыкание Смещение обмотки Частичные разряды
1.3 Трансформаторноемасло — инструмент оценки состояния трансформатора
Трансформаторноемасло представляет собой смесь достаточно сложных органических соединенийразличных классов. В процессе эксплуатации под воздействием таких факторов, какэлектрические и магнитные поля, влажность и температура как внутри, так и вневысоковольтного маслонаполненного электрооборудования, происходит разложениеисходно содержащихся в трансформаторном масле органических соединений. Помимотого, в масло переходят продукты деструкции твердой изоляции и другихконструкционных материалов.
Образующиесяпродукты разложения в свою очередь могут вступать
вновые взаимодействия друг с другом, следствием чего является появление болеесложных соединений с относительно большей молекулярной массой. Кроме того,появляющиеся вторичные компоненты порой представляют значительную опасность,так как, вступая во взаимодействие с элементами конструкции оборудования,существенно ускоряют процесс его износа и даже являются причиной аварий. Этотпроцесс может происходить достаточно быстро и при отсутствии своевременноговыявления приводит к выходу оборудования из строя.
Следовательно,своевременное обнаружение в трансформаторном масле тех или иных образующихся впроцессе эксплуатации компонентов, несомненно, является важной задачей длянадежной оценки состояния высоковольтного маслонаполненного оборудования.
Важнымявляется также тот факт, что образующиеся соединения представляют собой всемногообразие агрегатных состояний: газообразное, жидкое и твердое. Причем, взависимости от условий эксплуатации они могут находиться в масле в виде раствора(газ в газе, газ в жидкости, жидкость в жидкости, твердое тело в жидкости),суспензии (твердое вещество в жидкости) или эмульсии (жидкость в жидкости), атакже образовывать различные ассоциаты.
Такимобразом, в процессе эксплуатации исходный состав трансформаторного масла ещеболее усложняется как с качественной (состав) и количественной (концентрации)точки зрения, так и по агрегатному состоянию.
Необходимостьконтроля за изменением состава масла в процессе эксплуатации поставила вопрос овыборе такого аналитического метода, который смог бы обеспечить надежноекачественное (состав) и количественное (концентрации) определение содержащихсяи образующихся в масле соединений. В наибольшей степени этим требованиямотвечает хроматография, которая в современном варианте представляет собойкомплексный метод, объединивший стадию разделения сложных смесей на отдельныекомпоненты и стадию их количественно-качественного определения(детектирование).
Насегодня хроматография широко используется для анализа растворенных втрансформаторных маслах газов, воздуха, воды, фурановых соединений и ионола.Результаты таких анализов являются одним из важнейших параметров, по которымпроводится оценка состояния маслонаполненного высоковольтногоэлектрооборудования.
Внастоящее время в эксплуатацию помимо традиционных испытаний все более широкоеприменение находят такие современные методы, как высокоэффективная жидкостная игазовая хроматография, определение фракционного состава механических примесей ихарактера загрязнений при помощи автоматических счетчиков частиц и устройствмембранной фильтрации, инфракрасная спектроскопия, определение электрическойпроводимости трансформаторных масел.
1.3.1 Методыопределения фурановых производных в трансформаторном масле
Первичнаяоценка состояния трансформаторов основывается на анализах трансформаторногомасла. Однако этот вид анализа не дает исчерпывающей информации о состояниибумажной изоляции. Поэтому специалистами в течение длительного временипроводился поиск в трансформаторном масле соединений-индикаторов,характеризующих старение целлюлозной изоляции.
Врезультате этих исследований было установлено, что такими соединениями являютсяфурановые производные, образующиеся при старении бумажной изоляции, причем, какоказалось, концентрация фурфурола в масле хорошо коррелируется со степеньюполимеризации бумаги.
Методконтроля состояния бумажной изоляции маслонаполненного оборудования посодержанию фурановых производных получил распространение за рубежом с середины80-х годов и стал применяться дополнительно к анализу растворенных в маслегазов. Как правило, для этой цели используются всевозможные хроматографическиеметоды и метод фотометрии.
Наибольшеераспространение за рубежом получил метод высоко эффективной жидкостнойхроматографии (ВЭЖХ), отличительной особенностью которого является применениекапиллярной микроколонки, обладающей большой разделительной способностью. Вкачестве подвижной фазы используются водные растворы метанола или ацетонитрила,а для обнаружения фурановых производных — ультрафиолетовый детектор.
Жидкостныехроматографы достаточно дорогие приборы и требуют значительно большейквалификации обслуживающего персонала по сравнению с газовыми хроматографами.
Разработанынесколько методик определения фурановых производных, позволяющих использоватьуже имеющиеся в лабораториях энергосистем газовые хроматографы илифотоколориметры.
1.3.1.1Метод определения четырех фурановых производных методом газожидкостнойхроматографии
Методикаопределения фурановых производных методом газожидкостной хроматографии основанана предварительной экстракции фурановых соединений из масла, разделении их нахроматографической колонке с по следующим обнаружением пламенно-ионизационнымдетектором таких компонентов, как фурфурол (FAL), 2-ацетилфуран (ACF),5-метилфурфурол (MEF) и фурфуриловый спирт (FOL).
Экстракцияпроводится в стеклянных медицинских шприцах на 20 мл при соотношении объемовмасла и экстрагента 20:1, причем в этой методике, равно как и в другихметодиках определения фурановых производных, экстракция проводится как с цельюотделения определяемых соединений от компонентов масла, так и с целью повышениячувствительности анализа.
Объемэкстракта, дозируемый в хроматограф, составляет 1-2 мкл. Температура термостатаколонок 170-180°С. Соотношения аргона, водорода и воздуха стандартные, 1: 1:10. Градуировка хроматографа проводится по образцам масла с известнымсодержанием фурановых производных.
Пределобнаружения FAL, ACF и MEF в масле не превышает 0,1 мг/кг, в то время какпредел обнаружения фурфурилового спирта составляет 0,03 мг/кг при соотношениисигнал/шум более 10:1.
Методикааттестована на государственном предприятии «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева».Относительная погрешность определения фурановых соединений в градуируемомдиапазоне концентраций от 0,5 до 10 мг/кг не превышает 15%.
Несомненнымпреимуществом применяемой в этой методике хроматографической колонки являетсявозможность ее использования не только для определения фурановых соединений, нои для определения антиокислительной присадки ионол.
1.3.1.2Экспресс-методика визуального определения фурфурола в трансформаторных маслах
Экспресс-методикавизуального полуколичественного определения фурфурола также основана навзаимодействии FAL с уксуснокислым анилином. Эта методика не требует никакогоаппаратурного обеспечения, но в то же время позволяет определить не тольконаличие фурфурола в масле, но и интервал значений концентраций, в которомнаходится содержание этого соединения.
Онахорошо сочетается с любой количественной методикой определения фурановыхпроизводных — ВЭЖХ, ГЖХ или фотометрии. Это означает, что количественный анализэтих соединений в большинстве случаев следует проводить, если в масле обнаруженфурфурол, что значительно снижает трудозатраты на проведение этого анализа испособствует более длительной работе хроматографических колонок и приборов.
Кнастоящему времени в ВС Ленэнерго проанализировано более 450 пробтрансформаторного масла на определение фурфурола. Следует отметить, чтореальное содержание фурфурола в эксплуатационных маслах на много меньше тогоуровня, который регламентирован в последнем издании «Объема и Норм испытанияэлектрооборудования». В большинстве случаев высокое содержание FAL (> 1мг/кг) зарегистрировано в кислых маслах с относительно высоким содержанием С02.
Внастоящее время без накопления достаточного опыта еще рано говорить окаких-либо надежных критериях оценки состояния бумажной изоляции по определениюфурановых соединений. Тем не менее, если в практику эксплуатации не внедрятьметодики определения фурановых соединений, то этот метод контроля не сможетразвиваться.
Следуетотметить, что уже сейчас (до выработки надежных критериев отбраковки) только пофакту обнаружения фурановых производных в масле можно установить, в какойочередности следует выводить оборудование в ремонт при прочих равных параметрахего отбраковки.
1.3.2Определение фракционного состава механических примесей. Контроль классапромышленной чистоты
Электроизоляционныесвойства трансформаторных масел в первую очередь определяются их чистотой. Такна пробивное напряжение трансформаторных масел отрицательное воздействиеоказывает дисперсная вода и твердые частицы, обладающие электропроводящимисвойствами.
Воздействиечастиц в зависимости от их количества, размера и природы требует более глубокихисследований, что практически невозможно без применения современных систем иприборов контроля за степенью загрязнения. Определение содержания механическихпримесей в маслах может осуществляться весовыми методами по ГОСТ 6370-83 илиРТМ 34.70.653-83, которые трудоемки, продолжительны по времени и не даютинформации о размере и природе частиц. Для определения содержания загрязнений вмаслах с учетом их количества и размеров, а также их характера используютсяавтоматические счетчики частиц совместно с лабораторией мембранной фильтрации.При этом контролируется класс промышленной чистоты (КПЧ) по ГОСТ 17216-71 и(или) ISO
4406,который наиболее полно описывает дисперсную фазу в маслах. По заказу РАО ЕЭСРоссии в 90-х годах были изготовлены и адаптированы для нужд энергетики приборыконтроля промышленной чистоты энергетических масел.
Лабораторныйприбор — АЗЖ-915, АЗЖ-975 (последний может работать в стандарте ГОСТ 17216 илиISO 4406), прибор встроенного контроля ПОТОК-945, ПОТОК-995.
Подтверждениесоответствия функциональных показателей выше перечисленных анализаторовзагрязнения жидкостей отраслевым требованиям и условиям эксплуатации былопроведено фирмой «ОРГРЭС» в 1994 г. Также были проведены сравнительные испытания прибора АЗЖ—915 с результатами исследований гранулометрическогосостава методом мембранной фильтрации фирмы «PALL» на электрозаводеимени Куйбышева.
Расхождениерезультатов между двумя принципиально различными методами в основном составилане более 3%.
Определениеколичества загрязнений в маслах по классу промышленной чистоты по ГОСТ 17216-71и (или) ISO 4406 является мощным диагностическим средством, позволяющимконтролировать не только эффективность действия средств очистки, но ипозволяющих выявлять наличие и развитие различных дефектов в энергетическомоборудовании. Данный метод значительно более информативен, достоверен,оперативен и прост в обслуживании по сравнению с применяемыми весовымиметодами.
Какправило, трансформаторные масла содержат большое количество частиц менее 10мкм, и они, обладая значительной подвижностью, способны дрейфовать иконцентрироваться в областях повышенных напряженностей электрического поля. Этоприводит к усилению неоднородности поля и последующему снижению надежностимасляной изоляции. Частицы металлов, кроме ухудшения электроизоляционныхсвойств, усиливают каталитическое воздействие на термоокислительное старениемасел.
Контролькласса промышленной чистоты позволяет осуществлять диагностику состояниябумажно-масляной изоляции электрооборудования непосредственно при ихэксплуатации (для этих целей очень интересно определение количества целлюлозныхволокон в масле).
«Техносервис-Электро»в своей практике контроля КПЧ совместно использует приборы серии АЗЖ, ПОТОК илабораторию мембранной фильтрации фирмы «PALL».Совместное применениеэтих приборов позволяет определять не только количество, но и природу частиц,содержащихся в масле.
1.3.3Контроль влажности
Важнымисточником ухудшения изоляционных свойств является содержащаяся в масле вода,которая может появляться в нем как при нарушении герметичности оборудования,так и при интенсивном процессе окисления изоляции, одной из причин которогоявляется недостаточное содержание в масле антиокислительной присадки ионол.Задача по определению воздуха и воды в основном решается с использованием РД34.43.107-95.
Вместес тем, важным является тот факт, что вода, присутствующая в масле, можетнаходиться в не только в растворенном, но и в связанном виде, а также в видеэмульсии. Присутствующая в связанном виде вода — это та вода, которая находитсяв масле в сольватированной форме. Между всеми тремя видами воды, которыеопределяют общее ее содержание в трансформаторном масле, существуетдинамическое равновесие. Это равновесие может смещаться в ту или иную сторонупод действием различных факторов и, в первую очередь, температуры. Изменениетемпературы может приводить к изменению соотношения этих форм воды и, какследствие, к изменению изоляционных свойств трансформаторных масел.
Влагосодержаниетрансформаторных масел в России в основном контролируют по ГОСТ 7822-75гидридкальциевым методом на приборе ПНВ. Однако наибольшее применение в миреполучил метод кулонометрического титрования воды в реактиве Карла Фишера наавтоматических приборах по стандарту МЭК 814.
Разработкаметодики оценки увлажненности трансформатора, не требующей его вскрытия,проведена в последние годы рядом фирм и университетов Германии и Швейцарии.
Методанализа токов поляризации и деполяризации (РDС — Polarization/Depolarization Currents) как неразрушающий метод определениясодержания влаги в твердой изоляции. При измерениях постоянное напряжение 100 Вприкладывается к контролируемому объекту на время заряда, а затем происходитразряд на измеритель тока. Измерения проводятся анализатором PDC-Analyser-3205 (разработка компании «Siemens AG»). Для анализа используется модель изоляциитрансформатора, учитывающая геометрические соотношения масла, барьеров идистанционных реек. Электрическая модель соответствует схеме Максвелла — Вагнера, представляющей изоляцию как бесконечный ряд резистивно-емкостныхцепочек с разной постоянной времени.
Помнению авторов метода, хорошее соответствие результатов PDC-анализа непосредственномуопределению влаги в изоляции по Карлу Фишеру и по измерениям точки росы,проведенным на заводе Siemensна многих трансформаторах разной мощности, конструкции и срока службы,позволяет считать PDC-анализнадежным методом определения увлажнения твердой изоляции. На основе результатовPDC-анализа эксплуатационный персоналможет принимать решение о дальнейших действиях, в частности, о сушке активнойчасти трансформатора на месте установки.
Внастоящее время НПО «Техносервис-Электро» разработал и испыталотечественный анализатор влаги по методу МЭК 814 – это АКВА-901.
Определениеводы в трансформаторных маслах по стандарту МЭК 814 включено в РД 34.43.107-95и вошло в «ОНИЭ» 6 издание. Основные преимущества данного анализатораи метода заключаются в оперативности и простоте процедуры контроля.
Существующиеметоды анализа воды в масле, как правило, ограничиваются в основном суммарнымопределением растворенной и эмульгированной воды. Эти методы не даютвозможности индивидуального определения связанной и общей воды. Извышеизложенного вытекает необходимость разработки методики определения в маслене только растворенной и эмульгированной, но и связанной воды.
НПФ«ЭЛЕКТРА» была разработана газохроматографическая методика анализавоздуха и воды, растворенных в трансформаторных маслах, которая не толькосоответствует требованиям РД 34.43.107-95, но и позволяет определять совместнорастворенную и эмульгированную воду, а также общее содержание в масле воды,включая связанную воду.
Этаметодика основана на прямом вводе пробы масла в испаритель хроматографа приразных температурах испарителя. Температура испарителя выбирается в зависимостиот конструкции каждого конкретного хроматографа. Проба масла (20-100 мкл),введенная в испаритель хроматографа, переходит в парообразное состояние ивыделенные из нее воздух и вода разделяются на хроматографической колонке.После разделения воздух и вода переносятся газом-носителем (гелием) в детекторпо теплопроводности (ДТП).
Дляпредотвращения попадания анализируемого масла в разделительную колонку ивозможности поддержания высокой температуры в испарителе хроматографа передосновной разделительной колонкой устанавливается предколонка, заполненнаядиатомитовым носителем. Поскольку масло вводится в испаритель«напрямую», то через какое-то время необходимо проводить регенерациюсистемы для его удаления. В испаритель допустимо вводить суммарно до 0,6 млмасла, после чего проводится регенерация предколонки с целью удаления из неемасла. Эта операция выполняется в режиме обратной продувки газом носителем приповышенных температурах испарителя и детектора. Время регенерации составляет3-4 часа.
Градуировкахроматографа по воздуху осуществляется специальным микродозатором, позволяющимвводить дозы воздуха от 0,5 до 20 мкл.
Устройство,обеспечивающее проведение градуировки хроматографа по воздуху и регенерации хроматографическойсистемы после введения в нее масла «напрямую», разработано,выпускается и внедряется НПФ «ЭЛЕКТРА». Данное устройство являетсяосновным элементом установки для определения воздуха и воды в трансформаторныхмаслах.
1.3.4Метод определения растворенного в масле ионола
Методика,позволяющая определять растворенный в масле ионол. В хроматограф вводится ненепосредственно масло, а спиртовой экстракт из него. В этом случае отсутствуетнеобходимость в защите разделительной колонки и детектора хроматографа спомощью предколонки.
Ионолизвлекается из масла экстракцией. Время расслоения фаз после проведенияэкстракции составляет не более 2 часов. Анализ ведется на газовом хроматографес пламенно-ионизационным детектором (ДИП) или с ДТП. В качестве газа-носителяможно использовать гелий, а также аргон или азот при работе с ДИП.
Градуировкахроматографа проводится по раствору ионола в спирте.
Приградуировке рассчитывается поправочный коэффициент чувствительности по ионолу.
Разработанныеметодики активно используются в АО ВНИИЭ для оценки эксплуатационного состояниявысоковольтного маслонаполненного электрооборудования по программам РАО«ЕЭС России».
Данныеметодики готовы к внедрению, как на хроматографах потребителей, так и споставкой хроматографов, адаптированных к этим методикам.
1.3.5Автоматизированная система измерения температурой зависимости тангенса угладиэлектрических потерь трансформаторного масла
Средиконтролируемых показателей масла повышенное внимание уделяется измерениютемпературной зависимости тангенса угла диэлектрических потерь tgδ = f(T).Методика ее получения задается ГОСТ 6581-75 «Материалы электроизоляционныежидкие. Методы электрических испытаний».
ПредприятиемООО «Электродиагност» была выполнена разработка нескольких модификацийавтоматической системы АСТ-1-1, АСТ-1-4, АСТ-1М для измерения зависимостиtgδ = f(T).
Таблица2 — Основные показателиприборов ИТП-4 и АСТ-1-1Наименование измерительного средства Наименование показателя /> ИТП-4 АСТ-1-1 /> Испытательное напряжение, U, кВ 2 /> Основной диапазон измерения tgδ 0,0005…0,5 или 0,05…50 % /> Емкость измеряемого объекта, С, пФ 30…100 /> Рабочая частота, F, Гц 50 /> Время одного измерения, с, не более 20 /> Режим измерения Ручной Программно-управляемый /> Способ индикации ЖКИ /> Диапазон испытательной температуры масла, Т, 0С +5…+100 /> /> Время нагрева масла от 20 до 90 0С, t, минут 35 /> />
Последняяцифра в обозначении АСТ соответствует количеству испытательных трехзажимныхячеек плоского типа, что позволяет в едином измерительном цикле производитьиспытания от одной (АСТ-1-1) до четырех (АСТ-1-4) проб ЖД. Последняямодификация АСТ-1М является полным аналогом АСТ-1-1, но изготовлена сиспользованием микропроцессорной техники.
Разработантакже прибор ИТП-4 с ручным управлением при измерении зависимости tgδ = f(T).
Принципработы АСТ-1-1 заключается в измерении фазового сдвига между сигналамисинусоидальной формы, один из которых снимается с нижнего плеча резистивногоделителя напряжения, а второй, с измерительного сопротивления, включённогопоследовательно испытательной ячейкой.
Оцифрованныеосциллограммы сигналов с измерительных сопротивлений от испытательной ячейкипоступают в компьютер, где для каждой ячейкивычисляется tgδ залитого в неёмасла, температура которого уже измерена термодатчиком.
/>
Рисунок1 — Функциональная схема установки АСТ -1 — 1
Основнымиблоками АСТ-1-1 являются блок измерений, управляющий регистр и компьютер. Всостав блока измерений входят источник высокого напряжения, трехэлектроднаяплоская ячейка и нагреватель.
Ячейкаснабжена электронным термометром и тепловым экраном в виде полого цилиндра,выполненным из фторопласта. Первичный датчик электронного термометра жесткокрепится на измерительном электроде ячейки.
Управлениеработой блока измерений производится с помощью компьютера и управляющегорегистра, смонтированным на плате АЦП «Lab-master». Управляющий регистр,согласно командам с компьютера, производит включение/выключение высоковольтноготрансформатора и/или нагревателя. Система управления позволяет выполнятьизмерения контролируемых параметров в режиме, близком к самописцу, например,производить измерения с интервалом несколько десятков секунд. Можнозапрограммировать АСТ-1-1 на измерение только нескольких контрольных значенийtgδ, температуры или времени; включать высокое напряжение на момент измеренияtgδ при включенном выключенном нагревателе; отключать нагреватель придостижении заданной температуры.
Отключаетсяустановка также автоматически, по заданному значению одного из контролируемыхпараметров с включением звуковой сигнализации для оповещения оператора обокончании испытания.
Калибровкасистемы производится на незаполненной маслом испытательной ячейке вполуавтоматическом режиме перед испытаниями каждой пробы масла. Измеренноезначение tgδ, как среднее из полученных на 100 периодах испытательногонапряжения, заносится в соответствующий раздел программы и используется приобработке результатов измерений.
Программаобработки результатов измерений переводит табличные данные в формат Exсel, споследующим построением в графическом виде зависимости tgδ = f (Т).
УстановкаАСТ-1М состоит из двух блоков: высоковольтного и измерительного. В нейрезультаты измерений tgδ и значений температуры выводятся на дисплей,смонтированный на лицевой панели измерительного блока.
Измерениятемпературной зависимости диэлектрических потерь жидкого диэлектрика с помощьюприбора ИТП-4 производится с ручным управлением и считыванием результатовизмерений прибора. После включения нагревателя и установки переключателя вположение «контроль температуры» оператор по ЖКИ производит наблюдение заизмерением температуры жидкого диэлектрика. При достижении заданной температурыоператор переводит переключатель в положение «контроль tgδ» и заносит вжурнал показания измеренное значение.
1.4Основы измерения характеристик частичных разрядов в силовых трансформаторах
Возникновениеи развитие практически всех дефектов в изоляции мощных силовых трансформатороввысших классов напряжения сопровождается развитием частичных разрядов (Ч.Р.).Поэтому измерение и анализ характеристик частичных разрядов являетсяэффективной и информативной методикой для определения состояния силовыхтрансформаторов, позволяющей не только выявить наличие дефекта, но и идентифицироватьего тип, степень развития, определить место развития этого дефекта. Однако до настоящеговремени эта методика является скорее искусством, нежели инженерной практикой,что связано с большим количеством проблем, сопутствующих измерению и анализухарактеристик частичных разрядов.
Однойиз основных проблем при измерении характеристик частичных разрядов в полевыхусловиях на действующем электрооборудовании является наличие различного родапомех в виде электрических сигналов, имеющих те же, что и частичных разрядов частотныехарактеристики. Для решения этой проблемы используют обычно два основныхподхода. Первый из них – аппаратный основывается на попытках разработкиизмерительной аппаратуры, позволяющей разделить сигналы частичных разрядов ипомех с использованием самых различных принципов. Второй аналитическийосновывается на отыскании характеристик, позволяющих при одновременномизмерении сигналов частичных разрядов и помех выявить наличие и характеристикидефекта, развивающегося во внутренней изоляции трансформаторов. Несмотря наопределенные достижения, полученные при реализации аппаратного подхода, онпредставляется менее плодотворным, поскольку сигналы, возникающие при коронномразряде, поверхностных разрядах, во внешней изоляции весьма слабо отличаются отчастичных разрядов во внутренней изоляции, и, следовательно, устройства,подавляющие эти помехи могут одновременно искажать характеристики частичныхразрядов, развивающихся внутри трансформатора.
Реализацияаналитического подхода дает наилучшие результаты при использовании двуххарактеристик: амплитудных спектров частичных разрядов и «образов частичныхразрядов » (от англ. «PD shape»).
Амплитудныеспектры частичных разрядов представляют собой зависимость интенсивностичастичных разрядов от величины кажущегося заряда. В зависимости от метода ихизмерения различают интегральные, если строится интенсивность частичныхразрядов, превышающих заданный уровень кажущегося заряда, и дифференциальные,если строится интенсивность в заданном диапазоне уровней, спектры частичныхразрядов. Очевидно, что различные формы спектров легко пересчитываются друг вдруга. Для выявления дефектов более удобной является дифференциальная форма, адля измерения чаще используется интегральная форма.
Основныетипы дефектов в изоляции трансформаторов, такие как разряд в масляном клине,пробой первого масляного канала, скользящий разряд по поверхности твердойизоляции, ползущий разряд, изменяют вид амплитудных спектров характернымобразом, что позволяет с высокой степенью вероятности идентифицировать типдефекта по виду амплитудного спектра частичных разрядов. Удобство использованияамплитудных спектров состоит в простоте интерпретации получаемых результатов ивозможности достаточно просто формализовать алгоритмы идентификации дефектов.
Образычастичных разрядов получаются с использованием измерительной аппаратуры,обеспечивающей возможность фазовой селекции сигналов частичных разрядов. В этомслучае измерительная информация строится в осях «величина кажущегосязаряда» – «время». Для удобства на график наноситсясинхронизирующее напряжение в виде одного периода. Каждый частичный разряд наноситсяв виде точки в момент его появления с соответствующей амплитудой кажущегосязаряда.
Приизмерении в течение определенного времени точки накапливаются, образуяхарактерный рисунок, который и называется образом частичных разрядов Примерытаких образов показаны на рисунке 3 для случаев развития их в газовой поре и свременной задержкой
/>
Рисунок2 — Характерный вид амплитудных спектров частичных разрядов в процессе развития ползущего разряда: А-5мин, В-30 мин, С-55мин
а)
/>
б)
/>
Рисунок3 — Примеры образов частичныхразрядов
а)для газовой поры у электрода;
б) втолще диэлектрика
Синтетическийподход, позволяющий одновременно получать и амплитудные спектры и образычастичных разрядов реализованы в переносном комплексе диагностики силовыхтрансформаторов СКИТ. Общий вид интерфейса, реализованный в данном измерителе,показан на рисунке 4.
/>
Рисунок4 — Общий вид интерфейса измерителя частичных разрядов диагностического комплекса СКИТ
Аппаратурапостроена таким образом, что амплитудные спектры ч.р. снимаются в течениекаждых 18 фазовых градусов (каждую миллисекунду), и на рисунке строятся 20амплитудных спектров в соответствующих фазах. Достоинство такого представлениясостоит в наглядности картины развития частичных разрядов. Очевидно, чтополучаемые данные легко могут быть представлены как в виде общего амплитудногоспектра за все время измерения, так и в виде соответствующих образов частичныхразрядов.
Важнымс точки зрения требований к измерительной аппаратуре является вопрос онеобходимом времени измерения и возможности пауз в процессе измерений. Анализдинамики развития частичных разрядов в трансформаторной изоляции показал, чтопрактически все виды дефектов развиваются не монотонно. В момент появлениядефекта, а также во время их интенсивного развития величина кажущегося зарядачастичных разрядов и/или их интенсивность заметно увеличиваются, а затемпроисходит замедление развития дефекта с соответствующим снижением характеристикчастичных разрядов.
Однакопоследние полностью не прекращаются, а формируют определенный спектр,характерный для медленного развития данного дефекта. Если имеются данные о видеспектров (или образов частичных разрядов ) при медленном развитии дефектов,можно выявить их наличие и степень развития при сравнительно кратковременныхизмерениях с помощью достаточно простой измерительной аппаратуры.
Весьмаполезными с точки зрения выявления развивающихся дефектов
являютсяакустические методы измерения частичных разрядов. Сопоставление достоинств инедостатков электрического и акустического методов показывают их взаимнуюпротивоположность, а именно – электрический метод позволяет измерять абсолютныезначения кажущегося заряда с достаточной точностью, но имеет низкуюпомехозащищенность, акустический же метод наоборот имеет высокуюпомехозащищенность, но не позволяет получать абсолютные значения кажущегосязаряда. Поэтому одновременное использование обоих методов дает хорошиерезультаты. В этом случае использование метода фазовой селекции затруднительно,так как сигнал на акустический датчик приходит с большой задержкой по сравнениюс электрическим сигналом, но можно использовать амплитудные спектры частичныхразрядов.
1.5Диагностика механического состояния обмоток силовых трансформаторов методомчастотного анализа
Недостаточнаяэлектродинамическая стойкость обмоток трансформатора при протекании токовкороткого замыкания, приводящая к механическим деформациям обмоток, являетсяодной из основных причин аварийного выхода трансформатора из строя. Этапроблема усугубляется значительным увеличением доли изношенногоэлектрооборудования, нормируемый срок службы которого уже истек илиприближается к этому.
Внастоящее время в России для диагностики механического состояния моток силовыхтрансформаторов в основном применяются два метода: метод измерениясопротивления короткого замыкания и более чувствительный метод — методнизковольтных импульсов (НВИ). За рубежом широкое распространение получил методчастотного анализа (МЧА). Достоинством МЧА является хорошая воспроизводимостьизмерений, обусловленная меньшей чувствительностью к некоторым изменениямпараметров генератора сигналов, влиянию кабелей, соединителей и тому подобное.
Известныдва подхода при диагностике обмоток трансформатора методом частотного анализа.Суть первого подхода заключается в том, что от свип-генератора на ввод обмоткиподается синусоидальный сигнал с изменяющейся частотой от десятков герц донескольких мегагерц, а с измерительных шунтов, подключенных к этой или другимобмоткам, осциллографируются их реакции на воздействие этого сигнала — амплитудно-частотные характеристики A(F), то есть спектры частот.
Придругом подходе на ввод обмотки подается стандартный импульс определеннойдлительности, а сигнал с измерительных шунтов подается на входспектроанализатора. Поскольку этот подход требует дорогостоящего оборудования исвязан с более сложной и длительной процедурой диагностики, при разработкеновой методики диагностики в ВЭИ за основу был выбран первый подход, врезультате чего была разработана и изготовлена диагностическая установка«Импульс-8С».
Программноеобеспечение, разработанное для Windows и содержит 3 функциональных блока:
1)Блок управления съемом обеспечивает формирование базы данных, тестированиеизмерительной схемы, управление съемом (установку параметров измерений, выборканалов измерений, переключение каналов).
2)Блок предварительной обработки и визуализации результатов измеренийобеспечивает фильтрацию от помех, статистическую обработку сигналов, записьсигналов в базу данных, вывод результатов измерений – амплитудно-частотныххарактеристик объекта на экран монитора.
3)Блок анализа результатов диагностики обеспечивает сравнение осциллограмм текущихизмерений (дефектограмм) с осциллограммами предшествующих измерений по рядукритериев.
/>
Рисунок5 — Диагностическая установка «Импульс-8С» для дефектографированияобмоток трансформаторов методом частотного анализа
Основнымикритериями оценки механического состояния обмоток трансформатора методом МЧАбыли приняты следующие:
1)коэффициент парной корреляции (Кр )
— характеризует степень отклонения связи от линейной между двумя массивамиданных, описывающих два процесса, например, нормограмму и дефектограмму. Так,если две осциллограммы полностью совпадают; то Кр=1; чем больше отличие междудвумя спектрами, тем меньше Кр;
2)разность осциллограмм (V, %)
-характеризуетразность между нормограммой и дефектограммой во всем диапазоне их изменения вовремени, выраженную в процентах (отнесенную к нормограмме) или в вольтах;
3)парная корреляционная функция Кр (f)
— показывает, в каком именно диапазоне частот появились значительные изменения;
4) весовойкоэффициент К (в)
–интегральный параметр, показывающий степень различия нормограммы отдефектограммы;
5) сдвигчастот (f)
–характеризует величину смещения пиков основных частот (гармоник) нормограммы идефектограммы.
Процедурадиагностики производится следующим образом: После запуска программы и выбора изпредложенного меню команды «Старт» плата блока управления формируетсигнал на запуск генератора качающейся частоты и аналого-цифровогопреобразователя. С выхода генератора сигнал с начальной частотой Fo проходит поизмерительному кабелю, согласующий блок, установленный на крышке бакатрансформатора, соединитель, подключенный к вводу трансформатора с помощьюзажима “крокодил”, и поступает на трансформатор (в зависимости от выбраннойсхемы дефектографирования — или на ввод нейтрале, или на закоротку обмотокодного напряжения). Параллельно основному выходу с контрольного выходаусилителя мощности генератора сигнал поступает на вход платы БУК и далее на АЦП- для контроля.
/>
Рисунок6 — Алгоритм оценки механического состояния обмоток по результатам обмеров
Реакцииобмоток (отклики) на воздействие синусоидального сигнала с
вводовтрех фаз через соединители, согласующий блок и измерительный кабель поступаютна вход БУК. Блок коммутации каналов последовательно подключает к АЦП 1-й, 2-йи 3-й каналы от трансформатора и 4-й – контрольный сигнал от генератора. АЦП поочереди записывает эти сигналы (осциллограммы) сначала в свой буфер, а затемпередает их в ПК для последующей обработки и анализа. Далее частота генератораувеличивается на величину />F ипроцесс повторяется до тех пор, пока частота синусоидального сигнала недостигнет конечного значения Fk. Результатом измерений в пределах одного циклаявляются спектральные характеристики диагностируемых обмоток трех фаз трансформатора,которые записываются в базу данных.
/>
Рисунок7 — Принципиальная схема диагностики обмоток методом частотного анализа
Вкачестве примеров на рисунке 8 представлены спектры частот, полученные наспециальной модели обмотки с помощью установки «Импульс-8С»,
длядвух смоделированных видов повреждений: деформации обмотки в осевом направлении(Рисунок 8.а) и в радиальном направлении (Рисунок 8.б).
а)
/>
б)
/>
Рисунок8 — Спектры частот модели обмотки трансформатора
Результатыизмерений подтвердили высокую чувствительность метода
частотногоанализа к обнаружению механических и электрических повреждений обмоток. Однакодля практического применения разработанной методики необходимо иметь критерииоценки состояния обмоток по результатам диагностики. В настоящее время этазадача успешно решается благодаря наличию объемной базы данных, содержащейрезультаты обмеров сотен трансформаторов, полученных на основе использованияметода низковольтных импульсов. Целью является адаптация этих данных для методачастотного анализа.
1.6 Вибрационноеобследование и диагностика состояния силовых трансформаторов
1.6.1Цель проведения вибрационной диагностики силовых трансформаторов
Вибрационноеобследование силовых маслонаполненных трансформаторов является достаточноэффективным способом оценки некоторых аспектов их технического состояния. Впроцессе вибрационного обследования производится, в основном, определениекачества взаимного крепления внутренних и внешних элементов трансформатора,определяется целостность конструкции, диагностируется состояние механизмовсистемы охлаждения.
Достоинствомвибрационных методов диагностики технического состояния силовых трансформатораявляется возможность проведения с их помощью «виброналадки» узлов и элементов трансформаторов.Под этим термином понимается возможность улучшения некоторых вибрационных параметровработы трансформатора.
Важнымдостоинством применения вибрационных диагностических методов являетсявозможность проведения технической оценки качества прессовки обмоток имагнитопровода трансформатора.
Вибрационноеобследование силовых маслонаполненных трансформаторов должно проводится сиспользованием современных виброизмерительных приборов — переносныхмалогабаритных виброметров и виброанализаторов.
Виброметры,самые простые виброизмерительные приборы, предназначены для измеренияинтегральных параметров вибрации, таких как, например, СКЗ (среднеквадратичноезначение) виброскорости или размах виброперемещения (двойная амплитудавибрации).
Виброанализаторыне только измеряют интегральные параметры вибрации, но и позволяют разлагатьконтролируемый вибрационный сигнал на отдельные гармонические составляющие,хранить эти параметры во встроенной памяти прибора.
Приборывиброконтроля выпускают многие фирмы в России и за рубежом, выбор этих приборовдостаточно велик.
1.6.2Определение параметров прессовки обмоток и магнитопровода по вибрации наповерхности бака трансформатора
Количественныезначения остаточной прессовки обмоток и магнитопровода являются важными эксплуатационнымипараметрами. Наибольшее значение, при оценке технического состояния силовоготрансформатора, следует уделять качеству прессовки обмоток. Этот параметропределяет динамическую механическую устойчивость обмотки, особенно впереходных режимах, например, при протекании через трансформатор токовкороткого замыкания (от нагрузки). Ослабление прессовки обмотки может привестик необратимому взаимному смещению отдельных витков и даже слоев обмотки. Итогомтаких изменений может явиться снижение изоляционной прочности и выходтрансформатора из строя.
Определениекачества прессовки обмоток и магнитопровода может быть выполнено на основаниианализа спектрального состава вибрационных сигналов на поверхности бакатрансформатора работающего трансформатора. Полностью этот метод реализован вэкспертной системе «Веста». В методе отработаны точки проведения измерений,определены уставки виброизмерительной аппаратуры, режимы контроля.
Методбазируется на измерении вибрации в 12 точках на поверхности бака трансформатора.Измерения вибрации проводятся в двух режимах холостого хода и нагрузки. Всевибрации в режиме холостого хода вызываются магнитострикцией в магнитопроводе.Вибрации в обмотках существенно ниже, так как ток в режиме холостого ходатрансформатора мал. В режиме нагрузки вибрации вызываются сердечником иобмотками, ток в которых уже весьма значителен.
Анализвибрационных сигналов производится на основании сравнения спектров. Основнойчастотой в трансформаторах является 100 Гц. Именно на этой частоте, равнойудвоенной частоте питающей сети, действуют силы магнитострикции в сердечнике иэлектродинамические усилия в обмотках.
Состояниепрессовки магнитопровода определяются по вибрациям в режиме холостого хода.Совместный анализ вибрации в режимах холостого хода и нагрузки позволяетразделить вибрационные процессы в различных элементах трансформатора.
Дляудобства проведения диагностики трансформаторов, у которых трудно организоватьизмерение в двух режимах, в системе «Веста» предусмотрена диагностика по одномурежиму. Магнитопровод наиболее точно диагностируется по режиму холостого хода,а обмотка по режиму нагрузки. Соответственно, по режиму, близкому к холостомуходу прессовка обмоток диагностируется с большой погрешностью, а в режименагрузки трудно диагностировать прессовку магнитопровода. Это являетсяследствием проведения диагностики качества прессовки по одному режиму работытрансформатора.
1.6.3Уточнение диагноза «распрессовка обмотки» проведением измерений вибрации приизменении температуры трансформатора
Основный«активные» материалы силового трансформатора, медь обмоток и стальмагнитопровода имеют различный температурный коэффициент линейного расширения.Обмотка, с ростом рабочей температуры, увеличивает свои линейные размеры болеезначительно, чем магнитопровод трансформатора При этом усилие прессовки обмоткивозрастает, так как обмотка «распирается» в своих элементах крепления,смонтированных на магнитопроводе. При снижении рабочей температуры обмотка«уменьшается» в своих размерах быстрее, чем магнитопровод, поэтому усилиепрессовки обмотки уменьшается. Расчетное значение этого эффекта составляетединицы миллиметров.
Знаниеэтой особенности внутренних процессов в трансформаторе, связанной с изменениемрабочей температуры, позволяет проводить дополнительные исследования, которыемогут существенно уточнить диагноз «распрессовка обмотки», получаемый припомощи экспертной системы «Веста».
Оченьупрощенно, не вникая в суть физических процессов и в особенности конструкцииреальных типов трансформаторов, можно считать, что увеличение рабочейтемпературы трансформатора (охлаждающего масла) на один градус приводит кувеличению усилия прессовки обмотки на один процент (от номинального значения).Такое количественное соотношение произвольно выбрано для удобства проведениярасчетов, хотя и достаточно хорошо согласуется с реальными практически данными.
Такойподход к физическим процессам в трансформаторе предполагает следующий планпроведения экспериментальных работ, имеющих своей целью более корректноевыявление распрессовки обмоток силового маслонаполненного трансформатора.
Натрансформаторе проводятся измерения вибрации по методике, предусмотренной вэкспертной системе «Веста». Они включают в себя измерения в режимах холостогохода и нагрузки. Эти измерения делаются за такой период времени, когдатемпература трансформатора (охлаждающего масла), примерно одинакова, т.е.достаточно быстро. Желательно, чтобы температура трансформатора была не оченьбольшой.
Подэтим термином понимается нижний уровень рабочей температурытрансформатора,больше соответствующей небольшой нагрузке или, идеально, холостому ходу.
Еслив заключении системы «Веста» будет информация, что имеет место распрессовкаобмоток среднего или сильного уровня, то необходимо планировать проведениеследующего этапа работ. Трансформатор разогревается до максимально допустимойтемпературы, например, за счет отключения системы охлаждения. В режимеповышенной температуры трансформатор должен быть выдержан не менее двух — трехчасов, в течение которых должно произойти выравнивание температурных полей вобмотках и магнитопроводе. Далее производится измерение вибраций на поверхностибака в режиме нагрузки примерно равной нагрузке при первом измерении вибрации,при меньшей температуре.
Если сравнитьдва диагноза, получаемых при помощи системы «Веста» по одному замеру (нагрузки)при двух различных температурах охлаждающего масла, но одинаковой нагрузкетрансформатора, то можно существенно уточнить диагноз «распрессовка обмотки».
Еслис ростом рабочей температуры трансформатора расчетный коэффициент,характеризующий усилие прессовки обмотки, будет возрастать, то это будетговорить о подтверждении предварительного диагноза «распрессовка обмотки».Условно можно говорить, что коэффициент качества прессовки обмоток, которымоперирует экспертная система «Веста» в своих отчетах, должен увеличиваться на0,01 при увеличении рабочей температуры трансформатора (охлаждающего масла) накаждые пять градусов.
Еслитакая связь температуры и качества прессовки обмоток будет экспериментальновыявлена, то диагностическое включение «распрессовка обмотки» можно считатьдополнительно подтвержденным испытаниями, выполненными при различных рабочихтемпературах трансформатора.
Еслитакой связи между рабочей температурой трансформатора и коэффициентом качествапрессовки обмоток не будет выявлено, то, вероятнее всего, диагноз был поставленэкспертной системой не совсем корректно. На получаемое программой заключениеповлияли особенности внутренней конструкции контролируемого трансформатора илииные факторы, не учтенные в программе. О недостоверности диагноза, вособенности, следует говорить тогда, когда по итогам диагностики с ростомтемпературы будет выявляться уменьшение степени прессовки обмотоктрансформатора.
диагностика тепловизионный тяговый трансформаторexsys
2. Термографические методыдиагностирования тяговых подстанций
2.1 Основные определения
Системы тягового электроснабжения (СТЭ)образуют значительное количество устройств, длительная эксплуатация которых безнадлежащего диагностирования технического состояния может привести к выходу ихиз строя и значительному экономическому ущербу. Для реализации эффективногодиагностирования устройств тягового электроснабжения необходимы методикиконтроля и современные технические средства.
Решение задач диагностированияэлектрооборудования тяговых подстанций (ТП) может быть выполнено на основетепловизионных обследований (ТВО). Современные инфракрасные камеры имеютзначительное оптическое разрешение, широкий диапазон измеряемых температур, нетребуют охлаждения термочувствительного элемента жидким азотом. Эти приборы позволяютавтоматически отсчитывать температуру в центре визирного перекрытия, выстраиватьпрофиль температуры в режиме реального времени, вести непрерывную записьизображения на гибкий магнитный носитель. Вместе с приборами поставляютсяпрограммные продукты, обеспечивающие эффективную компьютерную обработкуполучаемых термограмм.
Цель тепловизионногообследования – сократить объем, сроки и стоимость ремонтных работ, увеличитьмежремонтные сроки и повысить надежность работы СТЭ за счет выявления локальныхдефектов. Применение тепловизионного диагностирования основано на том, чтонекоторые виды дефектов высоковольтного оборудования вызывают изменениетемпературы дефектных элементов и, как следствие, изменение интенсивности инфракрасного(ИК) излучения, которое может быть зарегистрировано тепловизионными приборами.
Инфракрасный контроль,осуществляемый с помощью высокочувствительных портативных тепловизоров,позволяет при минимальных финансовых затратах, в сжатые сроки, без выводаоборудования из работы проверять надежность контролируемого объекта, выявлятьдефекты на ранней стадии их развития, сокращать затраты на техническоеобслуживание за счет прогнозирования сроков и объема ремонтных работ.
Тепловизионноедиагностирование позволяет решать актуальные практические задачи, такие как:
4) массовоеобследование огромного объема электрооборудования одной бригадой из трехчеловек с одной тепловизионной камерой;
5) выявлениезначительного количества аппаратов, находящихся в предаварийном состоянии(дефектные контактные соединения, трансформаторы тока, конденсаторы связи,вентильные разрядники и ОПН);
6) выявление такихдефектов, которые не могут быть выявлены никакими другими методами, например,местный перегрев конструктивных элементов баков силовых трансформаторов, нагревсоединительных болтов в поддерживающих металлических конструкциях шинопроводовили перегрузки отдельных элементов вентильных разрядников 110 кВ и выше.
В системах тягового электроснабжениятермография может применяться по всему циклу распределения и потребленияэлектроэнергии: от тяговых подстанций до электрооборудования ЭПС. Термограммабыстро и четко укажет на возникшие неполадки задолго до того, как онипревратятся в крупные эксплуатационные проблемы.
В настоящее время при проведениитепловизионного обследования ставят в основном задачи выявления участковлокального теплового перегрева, обусловленного потенциальными дефектами, и приих обнаружении задачу считают выполненной. Это сужает рамки ТВО и не позволяетиспользовать инфракрасную технику в полной мере. Превратить ТВО в полноценныйспособ технического диагностирования можно на основе разработки математическихметодов и компьютерных технологий обработки результатов обследований.
2.2 Методы тепловизионногодиагностирования силовых трансформаторов тяговых подстанций
Тепловизионныеобследования относятся к методам теплового неразрушающего контроля. Онибазируются на анализе температурных полей с помощью термограмм, получаемых наоснове портативных инфракрасных камер — тепловизоров, рисунке 9. По результатамТВО принимаются экспертные решения о состоянии оборудования.
/>
а)
/>
б)
Примечание — предприятиеВЧД-2 ВСЖД, ввод 10 кВ ТП 14, аварийный дефект, требующий немедленногоустранения
Рисунок 9 — Примеринфракрасного диагностирования
а) – цифровая фотография,б) — термограмма
Технические возможностисовременных тепловизоров и практические задачи, решаемые с их помощью,многообразны [10, 11, 12]. Наиболее массовым объектом ТВО в электроустановкахтяговых подстанций являются контактные соединения в открытых и закрытыхраспределительных устройствах, например, болтовые и спрессованные соединения, сварныешвы, контакты разъединителей. С помощью тепловизионного диагностирования могутбыть выявлены следующие повреждения силовых трансформаторов:
1) очагивозникновения магнитных полей рассеяния (Рисунок 10);
2) наличие застойныхзон в баках за счет шлакообразования;
3) разбухания илисмещения изоляции обмоток;
4) неисправностимаслосистемы;
5) дефекты вводов исистем охлаждения (Рисунки 11, 12).
/> />
Примечание — Кружкомотмечена наиболее нагретая часть
Рисунок 10 — Термограммаи фотография трансформатора ТП Култук ВСЖД
/>
Примечание — дефектсистемы охлаждения
Рисунок 11- Термограмма ифотография трансформатора ТП Половина ВСЖД
/>
Примечание — отсутствиециркуляции масла в радиаторах, помеченных овалом
Рисунок 12 — Термограммаи фотография трансформатора ТП Кижа ВСЖД
СистемаТВО иллюстрируется схемой, показанной на рисунке 13, и включает в себя комплексвзаимосвязанных циклов, определяющих последовательность проведения операций иих информативность [10]. Регламент проведения ТВО включает в себя периодичностьи объем измерений на контролируемом объекте (тяговой подстанции). ПериодичностьТВО электрооборудования определяется с учетом опыта его эксплуатации, режимаработы, внешних факторов и регламентируется нормами [13]. Тепловизионноеобследование должно выполняться приборами инфракрасного контроля (ИКТ),обеспечивающими достаточную эффективность в определении дефекта на работающемоборудовании.
Выявлениедефекта должно осуществляться на ранней стадии его развития, для чего приборИКТ должен обладать достаточной чувствительностью даже при воздействии ряданеблагоприятных факторов, которые могут наблюдаться в эксплуатации: влияниеотрицательных температур, запыленности, электромагнитных полей и тому подобное.
При анализе результатов ТВО должнаосуществляться оценка выявленного дефекта и прогнозирование возможностей егоразвития. Следует отметить, что для тяговыхтрансформаторов эффективность и информативность такой оценки оказываетсяособенно высокой, если она осуществляется на базе экспертной системы [14]. Вэтом случае от совместного использования всей доступной на текущий моментинформации проявляется синергетический эффект от её анализа, что и позволяетполучить максимальный результат.
Послеустранения выявленного дефекта необходимо провести повторное диагностирование длясуждения о качестве выполненного ремонта.
База данных дляответственных объектов (трансформаторы, выключатели, разрядники) должна содержатьрезультаты ТВО и необходимую техническую информацию о диагностируемом объекте:
1) срок службы иусловия эксплуатации;
2)объемы и виды ремонтных работ;
3)результаты профилактических испытанийи измерений.
На основании рассмотрениявсего комплекса имеющихся факторов можно объективно оценивать техническоесостояние объекта.
/>
Рисунок 13 — Систематепловизионного диагностирования электрооборудования тяговых подстанций
2.3 Факторы, влияющие наэффективность тепловизионного обследования
Инфракрасное излучение(ИИ) испускается всеми телами при любой температуре, отличной от абсолютногонуля. Как и другое излучение, оно может поглощаться телами, помещенными на ихпути, и превращаются в теплоту. ИИ является частью оптического излучения изанимает в спектре электромагнитных колебаний диапазон от 0.76 до 1000 мкм.Спектр излучения твердых тел характеризуется непрерывным распределениемизлучения по всему диапазону с единственным максимумом, положение которогозависит от температуры тела и определяется законом смещения Вина, согласнокоторому длина волны максимального излучения /> обратнопропорциональна абсолютной температуре
/>,
Где:
b – постоянная Вина, равная 0.2898 см∙град.
Инфракрасную областьспектра принято делить на четыре части: ближнюю, среднюю, дальнюю и оченьдалекую. Такое деление связано с особенностями прохождения инфракрасного излучениячерез атмосферу, которая в значительной степени ослабляет излучениеопределенных частей спектра за счет рассеяния и поглощения его молекуламиводяного пара, углекислого газа и озона. Участки спектра ИИ, на которыхинфракрасные лучи проходят через атмосферу с незначительным ослаблением,называют атмосферными окнами.
Важно заметить также, чтоземная атмосфера пропускает через атмосферные окна до 65 % солнечного излученияв инфракрасной области спектра. Исходя из расчетов спектральной плотностиизлучения реальных объектов при температуре, близкой к 300 кельвинам (27 °С),а, также учитывая пропускание атмосферы, установлено, что оптимальным являетсяокно 8…13 мкм, что и используют при конструировании тепловизионных приборов. Вэтом окне для расстояний, с которых производится выявление дефектов высоковольтногооборудования, атмосфера практически не ослабляет интенсивности инфракрасногоизлучения. Начиная с 14 мкм, поглощение ИИ компонентами атмосферы становитсянастолько сильным, что в спектральном диапазоне 14…200 мкм атмосферапрактически непрозрачна для инфракрасных лучей.
При оценке интенсивностиинфракрасного излучения большое влияние на результаты оказывает угол междунормалями к поверхности излучения и осью оптической системы приемника. Чембольше этот угол, тем меньшая часть потока ИИ попадает на площадку приемника.Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе точки расположениятепловизионных приборов, стараясь расположить оптическую ось приемника по возможностиперпендикулярно излучающей поверхности.
Тепловизионноеобследование желательно проводить при отсутствии солнца (в облачную погоду илиночью), при минимальном воздействии ветра и в период максимальных токовых нагрузок.
При проведенииинфракрасного контроля должны учитываться следующие факторы [10]:
1) коэффициентизлучения материала;
2)солнечная радиация;
3)скорость ветра;
4)расстояние до объекта;
5)значение токовой нагрузки;
6)тепловое отражение и тому подобное.
Рассмотренные свойства иособенности инфракрасного излучения определяют следующие методическиерекомендации при выявлении дефектов высоковольтного оборудования:
1) измерениенеобходимо проводить при отсутствии прямого солнечного излучения, тумана илидождя;
2)необходимо учитывать коэффициентизлучения поверхности обследуемого объекта, а также угол между осьютепловизионного приемника и нормалью к излучающей поверхности.
При проведении ТВОэлектрооборудования необходимо максимально устранять погрешности, оказывающиевлияние на результаты измерения. Погрешности при проведении ТВО могут возникатьот воздействия солнечной радиации, из-за неправильного выбора коэффициентаизлучательной способности и других факторов.
Солнечная радиациянагревает поверхность контролируемого объекта. При наличии участков с хорошейотражательной способностью создается впечатление о наличие высоких температур вместах измерения. Эти явления проявляются при использовании инфракрасныхприборов со спектральным диапазоном 2…5 мкм. Для исключения влияния солнечнойрадиации рекомендуется осуществлять инфракрасный контроль в ночное время суток илив облачную погоду. Для того чтобы облегчить проведение инфракрасного контроляпри безоблачном небе и при солнечном отражении можно использовать солнечныйрефлекторный фильтр. Измерения в электроустановках при солнечной погодерекомендуется производить для каждого объекта из нескольких диаметральнопротивоположных точек.
Если инфракрасныйконтроль осуществляется на открытом воздухе, необходимо принимать во вниманиевозможность охлаждения ветром контролируемого объекта. Превышение температуры,измеренное при скорости ветра пять метров в секунду, будет примерно в два разаниже, чем при скорости ветра один метр в секунду. Температура токоведущего узлазависит от нагрузки и прямо пропорционально квадрату тока, проходящего через контролируемыйучасток.
Дождь, туман, мокрый снегв значительной степени охлаждают поверхность объекта и рассеивают инфракрасноеизлучение каплями воды. Инфракрасный контроль допускается проводить принебольшом снегопаде с сухим снегом или легком моросящем дожде.
При работе синфракрасными приборами в электроустановках с большими рабочими токами, ккоторым относятся тяговые подстанции, приходится сталкиваться с проблемойзащиты инфракрасного прибора от влияния магнитного поля. Последнее вызываетискажение картины теплового поля объекта на кинескопе тепловизора. При наличиимагнитных полей при проведении инфракрасного контроля рекомендуется:
1) еслимногоамперные токоведущие шины находятся вблизи оператора с тепловизоромнеобходимо выбрать место для измерения с минимальным влиянием магнитного поля;
2) использовать объектив с меньшим угломнаблюдения, что позволит осуществлять ТВО с удаленного расстояния.
При ТВОэлектрооборудования, расположенного в закрытых распределительных устройствах(РУ) ТП, приходится сталкиваться с возможностью получения ошибочных результатовв результате теплового отражения от нагревательных элементов, ламп освещения,соседних фаз и других элементов. Этот фактор особенно сильно проявляется приТВО объектов с малым коэффициентом излучения, обладающих хорошей отражательнойспособностью. В результате термограмма может показать горячую точку (пятно),хотя в действительности это просто тепловое отражение. Рекомендуется в подобныхслучаях производить инфракрасное обследование объекта под различными углами.
Существенное значение приТВО играет расстояние до контролируемого объекта ввиду рассеяния и поглощенияинфракрасного излучения в атмосфере за счет тумана, снега и других факторов.Особенно это влияние сказывается при использовании тепловизоров, работающих вспектральном диапазоне 3…5 мкм.
В тех случаях, когдаконтролируемый объект находится на значительном расстоянии или размеры егомалы, может возникнуть ситуация, при которой в зону измерения попадает участок внешнейсреды (воздух и тому подобные факторы) с иной температурой. Температура внешнейсреды в этом случае может внести существенную погрешность в результаты. Принеобходимости осуществления контроля температуры контактных соединений,расположенных внутри комплектных ячеек распределительных устройств, имеющихсмотровые застекленные проемы, следует учитывать, что большинство стекол непропускает излучение с длинами волн более 2.7 мкм.
2.4 Методика ТВО электрооборудования
При ТВО используютсяследующие понятия:
— /> -превышение температуры,определяемое как разность между измеренной температурой нагрева и температуройокружающего воздуха;
— /> избыточная температура,определяемая как превышение измеренной температуры контролируемого узла надтемпературой аналогичных узлов других фаз, находящихся в одинаковых условиях;
— /> - коэффициент дефектности,представляющий собой отношение измеренного превышения температуры контактногосоединения к превышению температуры, измеренному на целом участке шины(провода), отстоящем от контактного соединения на расстоянии не менее одногометра.
Оценка тепловогосостояния электрооборудования и токоведущих частей ТП в зависимости от условийих работы и конструкции может осуществляться:
1) по нормированнымтемпературам нагрева (превышениям температуры);
2) по избыточнойтемпературе;
3) по коэффициентудефектности;
4) на основе анализадинамики изменения температуры во времени;
5) путем сравненияизмеренных значений температуры в пределах фазы, между фазами, с заведомоисправными участками.
При оценке состоянияконтактов и болтовых контактных соединений по избыточной температуре и токенагрузки 0,5Iном различают следующие области постепени неисправности:
— />= 5…10 ºС — начальнаястепень неисправности, которую следует держать под контролем и принимать мерыпо ее устранению во время проведения ремонта, запланированного по графику;
— />=10…30 ºС — развившийся дефект, требующий принять меры по устранению неисправности приближайшем выводе электрооборудования из работы;
— /> 30 ºС — аварийныйдефект, требующий немедленного устранения.
Исходя из коэффициентадефектности, различают следующие степени неисправности:
1) />1.2 — начальная степеньнеисправности, которую следует держать под контролем;
2) /> 1.2…1.5- развившийсядефект, необходимо принять меры по устранению неисправности при ближайшемвыводе электрооборудования из работы.
3) /> 1.5- аварийный дефект,требующий немедленного устранения.
Для тяговых подстанцийкритерий избыточной температуры имеет ограниченное применение, так каквследствие однофазной тяговой нагрузки наблюдается значительная несимметриятоков по фазам. Наиболее эффективным критерием при ТВО электрооборудования ТПявляется коэффициент дефектности. Дополнительный положительный фактор приприменении /> состоит в том, что данныйпараметр теоретически не зависит от величины протекающего тока. Действительно,на основании соотношения [15] можно записать:
/>,
или
/>.
В публикациях,посвященных ТВО [16, 15, 17], отмечается интенсивное развитие метода, однако донастоящего времени методологическая база тепловизионных измеренийэлектрооборудования проработана слабо, обмен технической информацией ограничен,задерживается выработка единых технических требований. Несмотря на большойобъем экспериментальных данных, они не обобщены, что снижает эффективностьобследований. Существующая нормативная документация ТВО не учитывает имеющийсяопыт диагностирования. Кроме того, в настоящее время возрастает стоимость тепловизоровна фоне незначительного прироста их эффективности.
В настоящее время при ТВОэлектрооборудования используют пассивный тепловой контроль с регистрациейтепловых полей на поверхности объектов. Подобный подход сужает возможностиразвивающейся тепловизионной диагностики. Расширение круга задач связано сразвитием методов активного теплового контроля на работающем оборудовании,например при его включении, выключении, коммутационных процессах и др. При этомтепловизионная техника становится незаменимым инструментом для анализа переходныхтепловых процессов, распространения тепловых волн в действующем электрооборудовании.
Согласно ГОСТ 20911—89техническое диагностирование предназначено для решения двух задач, первая изкоторых связана с установлением технического диагноза; вторая — направлена на прогнозированиетехнического состояния. В задачу установления диагноза входит:
1) поиск местанеисправности;
2)определение причин отказа;
3)контроль технического состояния.
Технический диагнозявляется конечным результатом контроля технического состояния. Решение второйзадачи обеспечивает определение с заданной вероятностью ресурса, в течениекоторого сохранится работоспособное состояние объекта.
Сложность определенияпричин отказа оборудования в большинстве случаев связана с тем, что практическине развиты диагностические модели, представляющие собой формализованноеописание объекта, необходимое для решения задач диагностирования. В литературеприведено ограниченное число диагностических моделей, которые с различнымиприближениями описывают физические процессы в оборудовании.
Вторая задача техническойдиагностики, связанная с прогнозированием, до настоящего времени практически нерешается. Возникающие при этом проблемы связаны, со следующими факторами [17]:
1) несовершеннойсистемой тепловизионного контроля, в рамках которой ТВО проводят эпизодически,без накопления и анализа данных, не создают алгоритмы и технологии сбора истатистической обработки результатов ТВО, позволяющих приступить к решениюпроблемы прогноза;
2)недостаточным развитиемдиагностических моделей, позволяющих прогнозировать поведение сложного оборудования,его отдельных узлов, электроизоляционных материалов.
2.5 Тепловизионноеобследование силовых трансформаторов
Тепловизионноеобследование силовых трансформаторов, является вспомогательным методомдиагностики, обеспечивающий наряду с традиционными методами (измерениеизоляционных характеристик, тока холостого хода., хроматографического анализасостава газов в масле и др.) получение дополнительной информации о состоянииобъекта.
При тепловизионной съёмкесиловых трансформаторов проверяются:
1) вводы;
2) баки;
3) системыохлаждения (радиаторы, вентиляторы, маслонасосы);
4) термосифонныефильтры (ТСФ);
5) контактныесоединения.
Опыт проведенияинфракрасной диагностики силовых трансформаторов показал на возможностьвыявления с ее помощью следующих неисправностей:
а) возникновениемагнитных полей рассеивания в трансформаторе за счет нарушения изоляцииотдельных элементов магнитопровода (консоли, шпильки и тому подобное);
б) нарушение в работесистем охлаждения (вентиляторов, маслонасосов, циркуляции масла в радиаторах) ирегенерации масла (термосифонных фильтров (ТСФ)) и оценка их эффективности;
в) изменение внутреннейциркуляции масла в баке трансформатора (образование застойных зон) в результатешламообразования, конструктивных просчетов, разбухания или смещения изоляцииобмоток (особенно у трансформаторов с большим сроком службы);
г) нагревы внутреннихконтактных соединений обмоток НН с выводами трансформатора;
д) витковое замыкание вобмотках встроенных трансформаторов тока;
е) ухудшение контактнойсистемы некоторых исполнений РПН.
Возможности инфракраснойдиагностики применительно к трансформаторам недостаточно изучены. Сложностизаключаются в том, что, во-первых — тепловыделения при возникновении локальныхдефектов в трансформаторе «заглушаются» естественными тепловымипотоками от обмоток и магнитопровода; во-вторых — работа охлаждающих устройств,способствующая ускоренной циркуляции масла, как бы сглаживает температуры,возникающие в месте дефекта.
При проведении анализарезультатов инфракрасной диагностики необходимо учитывать конструкциитрансформаторов, способ охлаждения обмоток и магнитопровода, условия ипродолжительность эксплуатации, технологию изготовления и ряд других факторов.
Поскольку оценкавнутреннего состояния трансформатора тепловизором осуществляется путемизмерения значений температур на поверхности его бака, необходимо считаться схарактером теплопередачи магнитопровода и обмоток. Кроме того, источникамитепла являются:
1) массивныеметаллические части трансформатора, в том числе бак, прессующие кольца, экраны,шпильки и тому подобное, в которых тепло выделяется за счет добавочных потерьот вихревых токов, наводимых полями рассеивания;
2) токоведущие частивводов, где тепло выделяется за счет потерь в токоведущей части и в переходномсопротивлении соединителя отвода обмотки;
3) контактыпереключателей РПН.
Условия теплопередачи,характер распределения температур в трансформаторах различного конструктивногоисполнения подробно освещены в технической литературе.
Отвод тепловых потерь отмагнитопровода и обмоток к маслу и от последнего к системе охлажденияосуществляется путём конвекции. Зоны интенсивного движения масла имеются толькоу поверхностей бака трансформатора, где происходит теплообмен. Остальное маслов баке трансформатора находится в относительном покое и приходит в движение приизменении нагрузки или температуры охлаждающего воздуха.
В соответствии с пунктомномер 5.3.13 правил эксплуатации электроустановок температура верхних слоевмасла при номинальной нагрузке должна быть не выше:
1) у трансформаторови реакторов с охлаждением ДЦ — 75 °С;
2) с естественныммасляным охлаждением М и охлаждением Д — 95 °С;
3) у трансформаторовс охлаждением Ц — 70 °С (на входе в маслоохладитель).
В трансформаторах ссистемами охлаждения М и Д разность между максимальной и минимальной температурамипо высоте трансформатора составляет 20 — 35 °С. Перепад температур масла повысоте бака в трансформаторах с системами охлаждения ДЦ и Ц находится впределах четыре – восемь градусов цельсия. Однако, несмотря на такоевыравнивание температур масла по высоте бака, теплоотдача от обмоток всё жеосуществляется путём естественной конвекции масла. Это означает, чтотемпература катушек в верхней части обмоток будет значительно выше, чем в нижней.
Таким образом, если втрансформаторах с естественной циркуляцией масла температура верхних слоевмасла и температура в верхних каналах обмотки примерно одинаковы, то втрансформаторах с принудительной циркуляцией масла в баке будет иметь местозначительный перепад между температурой масла в верхних каналах обмоток итемпературой верхних слоев масла в баке. Таким образом, в трансформаторах сестественной и принудительной циркуляцией масла наиболее нагретыми являютсяверхние катушки обмоток, изоляция которых стареет быстрее, чем нижних катушек.
При оценке нагрева маслав трансформаторах следует считаться с возможностью застоя верхних слоев масла иего повышенных нагревов, если расстояние между крышкой бака и патрубкамирадиаторов или охладителей велико (больше 200-300 мм). Так, при исполнении крышки «гробиком» температура масла под верхней частью крышкиможет превышать температуру масла на уровне верхних патрубков охладителейпримерно на 10 °С.
Приведённые вышепараметры температур для отдельных конструкций трансформаторов характерны дляустановившегося режима работы. При проведении инфракрасной диагностикитрансформаторов необходимо считаться с тем, что постоянная времени обмотокотносительно масла различных исполнений трансформаторов находится в пределахчетыре – семь минут, а постоянные времени всего трансформатора — в пределах 1,5- 4,5 часов. Установившийся тепловой режим трансформатора по обмоткам наступаетчерез 20 — 30 минут, а по маслу через 10 — 20 часов.
С учётом рассмотренных вышетемпературных режимов работы трансформаторов, ниже сделана попытка определитьусловия оценки их состояния при проведении инфракрасной диагностики.
2.5.1 Определениеместоположения дефектов в магнитопроводах трансформаторов
Как известно, состояниемагнитопровода трансформаторов весьма эффективно оценивается по результатамхроматографического анализа состава газов в масле. По составу и содержаниюгазов в масле определяется вид дефекта.
При наличии повреждения вмагнитопроводе трансформатора, обусловленного перегревом, основными при анализерастворённых в масле газов являются этилен (С2Н4) или ацетилен (С2Н2) принагреве масла. Характерные газы: водород (Н2), метан (СН4) и этан (С2Не).
Образование указанныхгазов в масле может быть обусловлено:
1) нарушением изоляциистяжных шпилек, ярмовых балок, амортизаторов, прессующих колец,
2) местными нагревами отмагнитных полей рассеяния в ярмовых балках, бандажах, прессующих кольцах,
3) неправильнымзаземлением магнитопровода и другое.
Инфракрасное обследованиетрансформаторов, являясь вспомогательным средством контроля, позволяет приналичии газообразования в трансформаторе оценить зону образования дефекта вмагнитопроводе, а при наличии заводской технологической документации сузитьместо поиска дефекта.
Для получения болееполных данных о характере развития дефекта целесообразно проводить инфракрасныйконтроль при холостом ходе трансформатора и дополнительно при двух-трёхступенях нагрузки.
2.5.2 Определениевнутренних дефектов обмоток
Выявление внутренних дефектовв трансформаторах путем измерения температуры на поверхности их баков являетсявесьма трудоемкой операцией, зависит от многих факторов (конструкция обмоток,нагрузка, способ охлаждения, внешние климатические факторы, состояниеповерхности трансформатора и тому подобное) и позволяет выявлять неисправностилишь на поздних стадиях их развития. В принципе инфракрасное обследованиетрансформаторов позволяет выявлять локальные и общие перегревы, связанные соследующими факторами:
1) Конструктивные просчеты;
Существенное влияние нараспределение температуры по поверхности бака трансформатора оказывают мерыконструктивного характера, использованные заводом-изготовителем по выравниваниюпотерь в обмотках трансформаторов. Неравномерность распределения этих потерь пообмотке может являться одной из причин возникновения местных перегревов,вызывающих ускоренное старение изоляции отдельных катушек или витков обмоток, атакже возникновения локальных нагревов на стенках бака трансформатора.Неправильный выбор места подсоединения охладителей к баку трансформатора или воценке эффективности охлаждающих устройств, могут привести как к образованию«застойных зон», так и к перегревам отдельных катушек или фаз обмоток.
2) Перегревы контактныхсоединений отводов обмоток;
3) Образование«застойных зон» масла, вызванного разбуханием бумажной изоляциивитков, шламообразованием и другими причинами.
2.5.3 Определениеработоспособности устройств системы охлаждения трансформатора
Снятие термограммустройств системы охлаждения трансформаторов (дутьевые вентиляторы,маслонасосы, фильтры, радиаторы трансформаторов с естественной циркуляциеймасла и тому подобное) позволяет оценить их работоспособность и принеобходимости принять оперативные меры по устранению неполадок.
2.5.3.1 Маслонасосы
Температура нагрева наповерхности корпуса маслонасоса и трубопроводов работающего трансформаторабудет практически одинакова. При появлении неисправности в маслонасосе (трениякрыльчаток, витковое замыкание в обмотке электродвигателя и тому подобное)температура на поверхности корпуса маслонасоса должна повысится и будетпревышать температуру на поверхности маслопровода.
2.5.3.2 Дутьевыевентиляторы
Оценка тепловогосостояния электродвигателей вентиляторов осуществляется сопоставлениемизмеренных температур нагрева. Причинами повышения нагрева электродвигателеймогут быть:
— неисправностьподшипников качения;
— неправильно выбранныйугол атаки крыльчатки вентилятора;
— витковое замыкание вобмотке электродвигателя и тому подобное.
2.5.3.3 Термосифонныефильтры
При инфракрасном контролеможно судить о работоспособности термосифонных фильтров трансформаторов. Какизвестно, термосифонный фильтр предназначен для непрерывной регенерации масла впроцессе работы трансформатора. Движение масла через фильтр с адсорбентомпроисходит под действием тех же сил, которые обеспечивают движение масла черезохлаждающие радиаторы, то есть разностей плотности горячего и холодного масла.Термосифонный фильтр подсоединен параллельно трубам радиатора системыохлаждения и поэтому у работающего фильтра температуры на входе и выходе, еслитрансформатор нагружен, должны отличаться между собой. В налаженном фильтребудет иметь место плавное повышение температуры по его высоте.
При использованиимелкозернистого силикигеля, шламообразования в фильтре, случайном закрытиизадвижки на трубопроводе фильтра, при работе трансформатора в режиме холостогохода, циркуляция масла в фильтре будет незначительна или отсутствовать вообще.В этих случаях температура на входе и выходе фильтра будет практически одинакова.
2.5.3.4 Переключающиеустройства
Переключающие устройствасерии РНТ и им подобные, встраиваемые в трансформаторы, состоят изпереключателя и реактора, расположенных в баке трансформатора, а такжеконтактора. Контактор переключающего устройства размещается в отдельном кожухе,расположенном на стенке баке трансформатора и залитом маслом. Контрольсостояния контактов переключателя, ввиду его глубинного расположения в бакетрансформатора весьма проблематичен. При перегреве контактов контактора, ввидунебольшого объема, залитого в него масла, на стенках бака контактора будутиметь место локальные нагревы.
2.5.3.5 Радиаторы
Неисправность плоскогокрана радиатора или ошибочное его закрытие приведет к перекрытию протока маслачерез радиатор. В этом случае температура труб радиаторов будет существеннониже, нежели у работающего радиатора. С течением времени, в эксплуатации,поверхности труб радиаторов подвергаются воздействию ржавчины, на них оседаютпродукты разложения масла и бумаги, что порой приводит к уменьшению сечения дляпротока масла или полного его прекращения. Трубы с подобными отклонениями будут«холоднее» остальных.
/> />
Примечание — Не работаеткрайний радиатор 1Т
Рисунок 14 — Термограммаи фотография силового трансформатора (ЭЧЭ-1)
2.5.3.6 Датчик температуры
Практически единственнымкритерием оценки эффективности работы системы охлаждения является температураверхних слоев масла трансформатора, измеряемая с помощью термометров, либотермометрическим сигнализатором с электроконтактным манометром, либодистанционным термометром сопротивления, устанавливаемых в карманах (гильзах)крышки бака. Контроль температуры масла в этих случаях может быть связан ссущественными погрешностями, которые обусловлены как инструментальной точностьюизмерения, местом размещения гильзы и другими факторами. Поэтому при термографическомобследовании трансформатора необходимо также сравнивать значения температур накрышке бака измеренные тепловизором с данными датчика температуры.
2.5.3.7 Поверхность бакатрансформатора
Снятие температурныхпрофилей бака трансформатора в горизонтальном и вертикальном направлениях исопоставление их с конструктивными особенностями трансформатора (расположениеобмоток, отводов, элементов охлаждения и тому подобное), пофазное сравнениеполученных данных, в зависимости от длительности эксплуатации и режима работы,позволяет в ряде случаев получить дополнительную информацию о характерепротекания тепловых процессов в баке трансформатора. При термографическом обследованиитрансформатора необходимо оценивать как значения температур, так и ихраспределение по фазам.
2.5.3.8 Маслорасширители
Как известно, приизменении теплового состояния трансформатора происходит обмен масла между егообъемами, находящимися в баке трансформатора и маслорасширителе. Пристабилизации теплового состояния, теплообмен между этими объемами маслапроисходит в основном за счет теплопередачи. При осмотре с помощью тепловизоравыхлопной трубы трансформатора виден уровень масла, находящейся в ней ихарактер изменения температуры по высоте трубы. При работе трансформатора снагрузкой просматривается также и уровень масла в его маслорасширителе. Однаков отдельных случаях, в маслопроводе соединяющем крышку трансформатора смаслорасширителем может происходить резкое падении температуры на поверхностимаслопровода непосредственно после газового реле или отсечного клапана. Причинатакой аномалии должна быть изучена с учетом конструкции трансформатора,диаметра маслопровода, нагрузки и других факторов и может быть обусловленадефектом плоского крана, расположенного у газового реле.
Термографическоеобследование трансформатора во многом является вспомогательным средством оценкиего теплового состояния и исправности в работе, связанных с ним систем и узлов.Термографическому обследованию трансформатора должно предшествоватьознакомление с конструкцией выполнения обмоток, системы охлаждения, результатовработы трансформатора, объем и характер выполнявшихся ремонтных работ,длительности эксплуатации, анализа повреждений трансформаторов идентичногоисполнения (если они происходили), результатов эксплутационных испытаний иизмерений и тому подобное.
Поверхности бакатрансформаторов, термосифонных фильтров, систем охлаждения должны бытьосмотрены и с них, по возможности, должны быть удалены грязь, следы масла,закрашена ржавчина, то есть созданы условия для обеспечения одинаковойизлучательной способности поверхностей трансформатора. Обследованиепредпочтительно проводить ночью (перед восходом солнца), при отключенномискусственном освещении трансформатора, в безветренную, не дождливую погоду,при максимально возможной нагрузке и в режиме холостого хода. Тепловизор илиего сканер должен располагаться на штативе, как можно ближе к трансформатору,на оси средней фазы, с использованием объектива 7 — 12 ° и обеспечиватьвозможность как видео, так и аудиозаписи. После настройки постоянноготемпературного режима записи тепловизора, ведется no-кадровая регистрациятермоизображений, начиная с верхней части крайней фазы (например «А»)по направлению к фазе «С», с наложением кадров друг на друга около10% размера. Достигнув поверхности бака фазы «С» объектив сканераопускается ниже и далее no-кадровая съемка продолжается в противоположномнаправлении и таким образом, процесс съемки ведется, пока не будет записана всяповерхность бака, включая расположенные под его днищем маслонасосы,маслопроводы и другие узлы.
Термографической съемкеподвергается вся доступная для этого поверхность бака по периметру. Тепловизор(2), во всех точках съемки, должен находится на одинаковом расстоянии оттрансформатора (1) (Рисунок 15).
/>
Рисунок 15 — Плантемпературной съемки трансформатора
Минимальное количествоточек съемки — четыре, максимальное — зависит от расположения и типа системыохлаждения. Так, при установке выносной системы охлаждения (3), количество точексъемки увеличивается до шести, термографическая съемка сопровождается речевымикомментариями, записываемыми на звуковую дорожку кассеты видеомагнитофона. Вкомментариях должно отражаться — режим работы трансформатора, ход ведения обследования,описание явлений фиксируемых тепловизором и другие события, связанные свидеозаписью. В последующем осуществляется по кадровое совмещение результатовсъемки в единый развернутый «тепловой» план. Участки плана саномальными температурами нагрева должны сопоставляться с техническойдокументацией на трансформатор, характеризующей конструктивное расположениеотводов обмоток, катушек, зон циркуляции масла, магнитопровода и его элементови тому подобное. При этом фиксируется работа систем охлаждения, оцениваетсязона циркуляции масла, создаваемая каждой из них. Обращается внимание наобразование аномальных зон нагрева на поверхности бака в результате смещенияпотоков масла.
При проведении плановогоинфракрасного контроля состояния трансформатора, оценивается работоспособностьотдельных его узлов в объеме, указанном в таблице 3.
Таблица 3 — Критерииоценки работоспособности отдельных узлов трансформаторов при инфракрасномконтроле Объект контроля Критерии оценки Примечания Контактное соединение ошиновка-ввод Превышение температуры нагрева(∆t) °С __________ Верхняя часть остова маслонаполненного ввода (м/н) Характер распределения температуры по высоте м/н ввода __________ Крышка бака Сравнение с показателями датчика температуры Для уточнения теплового режима работы трансформатора Контактор РПН Сравнение измеренных температур на стенке контактора пофазно Для определения работоспособности контактов контактора РПН Термосифонный фильтр (ТФ) Сравнение измеренных температур на входе и выходе ТФ Для определения работоспособности ТФ Вентиляторы обдува Сравнение температур на поверхности корпуса электродвигателей __________ Трубы вентиляторов системы охлаждения Аномальные нагревы участков труб Для выявления труб с отложениями Маслонасосы Сравнение температур на поверхности корпуса маслонасоса Определение работоспособности маслонасосов Болты нижнего разъёма колокола бака Сравнение с температурой нагрева поверхности бака Для предупреждения термического разложения резинового уплотнения Маслорасширитель Соответствие измеренного уровня масла фактическому Для определения работоспособности датчиков уровня масла
2.5.3.8 Системыохлаждения трансформаторов
Известно, что одним изосновных критериев оценки теплового состояния трансформаторов является значениетемпературы верхних слоев масла (Тв.м).Температура верхних слоев масла нормируетсядля номинальной нагрузки трансформатора и ее абсолютное значение находится впределах 70 — 95 °С в зависимости от категории исполнения охлаждающего устройства( М, Д, ДЦ или Ц ). В процессе эксплуатации трансформаторов в системахохлаждения могут возникать неисправности, оказывающие влияние на тепловоесостояние трансформатора и Тв.м. Поузловой инфракрасный контроль системохлаждения трансформаторов позволяет достаточно эффективно оценить их работоспособность.
Однако в ряде случаев,например, перед проведением ремонта трансформатора, при повышении температурыверхних слоев масла сверх допустимых значений, перед возможным повышениемнагрузки трансформатора, при появлении аномальных нагревов на поверхности баковтрансформаторов и тому подобное, целесообразно оценить работоспособностькаждого из охладителей системы охлаждения.
Испытание охладителейдолжны проводиться в летнее время года, в сухую погоду, без значительноговетра, при температуре окружающего воздуха выше + 10 °С (для систем охлажденияМ, Д и ДЦ). Условия охлаждения трансформатора в разных точках могут существенноотличаться в результате влияния теплового отражения от межфазных противопожарныхперегородок, соседних фаз или других трансформаторов, ветра, солнца и другихфакторов. Поэтому для трансформаторов с системой охлаждения М температуру охлаждающеговоздуха измеряют примерно на уровне одной трети высоты бака на расстоянии 2 — 3 м от него, для трансформаторов с системой охлаждении Д на уровне половины высоты установкивентиляторов, для трансформаторов с системой охлаждения ДЦ на уровне нижнихвентиляторов. Измерение температуры производится с точностью 0,5 °С.
Оценка работоспособностикаждого из охладителей системы охлаждения трансформаторов осуществляется путемсравнения измеренных и расчетных значений температур охлажденного масла, сучетом значений превышения температуры верхних слоев масла над температурой окружающеговоздуха (Тв.м).
3. Результаты тепловизионныхобследований (ТВО) тяговых подстанций ВСЖД
В 2002-2004 гг. проведеныкомплексные тепловизионные обследования электрооборудования тяговых подстанций Восточно-Сибирскойжелезной дороги. Обобщающие результаты этих обследований приведены в таблицах 4- 6 и проиллюстрированы диаграммами, представленными на рисунках 16 — 24.
Таблица 4- Результатытепловизионных обследований тяговых подстанций ВСЖДЭЧ ТП Число дефектов
РУ 0.4
кВ,
/>
РУ 6-10
кВ,
/>
РУ 27.5
кВ,
/>
РУ 35
кВ,
/>
РУ 110-220 кВ,
/>
Суммарное число дефектов />
Среднее
значение /> 1 Замзор 4.00 2.00 6.00 0.00 17.00 29.00 5.80 1 Невельская 5.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.00 1.00 1 Новочунка 2.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.00 0.40 1 Облепиха 3.00 2.00 1.00 0.00 0.00 6.00 1.20 1 Тайшет-Восток 5.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.00 1.00 1 Тайшет — Запад 3.00 13.00 1.00 0.00 2.00 19.00 3.80 1 Ук 2.00 4.00 7.00 0.00 0.00 13.00 2.60 1 Тайшет, ЦРП-35 1.00 15.00 0.00 1.00 0.00 17.00 3.40 2 Будагово 3.00 2.00 1.00 0.00 0.00 6.00 1.20 2 ВРЗ 0.00 0.00 0.00 0.00 4.00 4.00 0.80 2 Зима 3.00 1.00 5.00 2.00 9.00 20.00 4.00 2 Нижнеудинск 4.00 2.00 1.00 1.00 4.00 12.00 2.40 2 Нюра 3.00 0.00 1.00 2.00 2.00 8.00 1.60 2 Тулюшка 1.00 0.00 1.00 0.00 4.00 6.00 1.20 2 Харик 3.00 0.00 2.00 1.00 0.00 6.00 1.20 2 Худоеланская 1.00 2.00 4.00 0.00 6.00 13.00 2.60 5 Андриановская 2.00 0.00 1.00 0.00 1.00 4.00 0.80 5 Большой луг 2.00 1.00 0.00 0.00 1.00 4.00 0.80 5 Головинская 4.00 0.00 1.00 0.00 0.00 5.00 1.00 5 Гончарово 1.00 3.00 1.00 0.00 0.00 5.00 1.00 5 Гришево 3.00 0.00 0.00 1.00 0.00 4.00 0.80 Продолжение таблицы 4 5 Делюр 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 1.00 0.20 5 Жаргон 0.00 1.00 0.00 2.00 0.00 3.00 0.60 5 Залари 3.00 2.00 2.00 0.00 1.00 8.00 1.60 5 Иркутск-Сорт. 0.00 3.00 1.00 0.00 0.00 4.00 0.80 5 Максимовская 3.00 0.00 0.00 0.00 2.00 5.00 1.00 5 Мальта 4.00 0.00 0.00 0.00 3.00 7.00 1.40 5 Мегет 3.00 0.00 0.00 0.00 1.00 4.00 0.80 5 Подкаменная 5.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.00 1.00 5 Половина 6.00 1.00 0.00 3.00 1.00 11.00 2.20 5 Рассоха 0.00 0.00 2.00 0.00 1.00 3.00 0.60 5 Суховская 5.00 0.00 1.00 0.00 0.00 6.00 1.20 5 Тельма 2.00 2.00 0.00 0.00 1.00 5.00 1.00 5 Тыреть 1.00 2.00 0.00 0.00 0.00 3.00 0.60 5 Усолье-Сибирское 2.00 0.00 0.00 0.00 4.00 6.00 1.20 6 Ангасолка 1.00 0.00 1.00 2.00 2.00 6.00 1.20 6 Байкальск 7.00 0.00 1.00 0.00 3.00 11.00 2.20 6 Выдрино 7.00 0.00 3.00 0.00 8.00 18.00 3.60 6 Култук 7.00 0.00 4.00 1.00 11.00 23.00 4.60 6 Мысовая 10.0 0.00 2.00 0.00 1.00 13.00 2.60 6 Переёмная 8.00 1.00 4.00 0.00 1.00 14.00 2.80 6 Посольская 8.00 0.00 8.00 0.00 3.00 19.00 3.80 7 Заиграево 0.00 0.00 4.00 1.00 0.00 5.00 1.00 7 Заудинск 1.00 0.00 2.00 0.00 0.00 3.00 0.60 7 Кижа 2.00 0.00 3.00 0.00 4.00 9.00 1.80 7 Новоильинск 5.00 0.00 5.00 0.00 0.00 10.00 2.00 7 Селенга 0.00 0.00 8.00 0.00 3.00 11.00 2.20 7 Татаурово 4.00 0.00 4.00 0.00 3.00 11.00 2.20 8 Чуна 1.00 0.00 1.00 0.00 0.00 2.00 0.40 8 Чукша 6.00 1.00 3.00 0.00 0.00 10.00 2.00 8 Моргудон 1.00 0.00 10.00 0.00 0.00 11.00 2.20 8 Турма 0.00 0.00 5.00 0.00 0.00 5.00 1.00 8 Гидростроитель 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 1.00 0.20 8 Огневка 1.00 0.00 4.00 0.00 0.00 5.00 1.00 8 Зяба 0.00 0.00 1.00 0.00 1.00 2.00 0.40 8 Кежемская 2.00 0.00 4.00 0.00 0.00 6.00 1.20 9 Видим 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 1.00 0.20 9 Чёрная 2.00 0.00 1.00 0.00 2.00 5.00 1.00 9 Коршуниха 1.00 1.00 1.00 0.00 0.00 3.00 0.60 9 Лена Восточная 4.00 0.00 4.00 0.00 3.00 11.00 2.20 9 Осетрово 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.20 9 Ручей 1.00 1.00 0.00 0.00 0.00 2.00 0.40 9 Семигорск 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.20 9 Усть-Кут 1.00 3.00 0.00 0.00 0.00 4.00 0.80 Продолжение таблицы 4 9 Хребтовая 0.00 0.00 3.00 0.00 0.00 3.00 0.60 СУММА 170.0 66.00 126.0 17.00 111.0 490.0 98.00 Среднее 2.62 1.02 1.94 0.26 1.71 1.51 1.51
/>
Рисунок 16 — Диаграммадефектов электрооборудования
/>
Рисунок 17 — Распределение дефектов по распределительным устройствам (средние значения)
/>
Рисунок 18 — Упорядоченная диаграмма дефектов электрооборудования
/>
Рисунок 19 — Максимальное, минимальное и среднее число дефектов
/>
Рисунок 20 — Распределение дефектов по РУ
Таблица 6 — Распределениедефектов по дистанциям электроснабжения
Дистанция
электроснабжения 0.4 кВ 6-10 кВ 27.5 кВ 35 кВ 110-220 кВ Суммарное число дефектов ЭЧ-1 25 36 15 1 19 96 ЭЧ-2 18 7 15 6 29 75 ЭЧ-5 46 15 9 6 17 93 ЭЧ-6 48 1 23 3 29 104 ЭЧ-7 12 26 1 10 49 ЭЧ-8 11 1 29 1 42 ЭЧ-9 10 6 9 6 31 Итого 170 66 126 17 111 490
/>
Рисунок 21 — Распределениедефектов по дистанциям электроснабжения
/>
Рисунок 22 — Распределениедефектов по дистанциям электроснабжения
Таблица 7 — Среднееколичество дефектов, приходящихся на одну ТП
Дистанция
электроснабжения Суммарное число дефектов Число подстанций Среднее количество дефектов, приходящихся на одну ТП ЭЧ-1 96 8 12 ЭЧ-2 75 8 9 ЭЧ-5 93 19 5 ЭЧ-6 104 7 15 ЭЧ-7 49 6 8 ЭЧ-8 42 8 5 ЭЧ-9 31 9 3 Итого 490 65 8
/>
Рисунок 23 — Среднееколичество дефектов, приходящихся на одну ТП
/>
Рисунок 24 — Распределениедефектов по дистанциям электроснабжения
Из анализа представленныхматериалов можно сделать следующие заключения:
1) Выявленные врезультате ТВО дефекты неравномерно распределяются по распределительнымустройствам. Наибольшее число дефектов обнаружено в РУ 0.4, 27.5 и 110-220 кВ.
2) Распределение дефектовпо дистанциям электроснабжения также является неравномерным. Наиболееинформативным параметром в данном случае является среднее число дефектов,приходящихся на одну ТП в границах дистанции электроснабжения. Из таблицы 7 ирисунка 4 следует, что наибольшие значения этого параметра имеют место в ЭЧ-6(15 дефектов на одну ТП) и ЭЧ-1 (12 дефектов на одну ТП).
3.1 Анализ результатовтепловизионного контроля силовых трансформаторов
а) Радиаторы
Неисправностямирадиаторов, в значительной мере влияющих на тепловое состояние трансформаторамогут являться:
— дефекты плоских кранов,связанное с выжиманием внутрь резиновых прокладок, что не обеспечивает полноеоткрытие крана, увеличивает гидравлическое сопротивление потоку масла иухудшает теплоотдачу радиатора;
— наличие воздушной«подушки» в коллекторе радиатора;
— закупорка внутреннейполости трубы радиатора, нарушение ее целости, загрязнение поверхностей трубили их межтрубного пространства.
При тепловизионномконтроле радиаторов проводится анализ распределения температуры по высоте трубрадиатора, по отдельным трубам, равномерности нагрева коллектора, температурынагрева узлов соединения радиаторов с баком трансформатора.
Локальные перепадытемпературы в коллекторе могут быть обусловлены наличием в нем воздушнойподушки.
При не полностью открытомплоском кране температуры на поверхности труб радиатора будут понижены посравнению с таковыми на других радиаторах. Чрезмерное охлаждение вентилятораминижних частей радиатора может привести к увеличению вязкости масла на входе вохлаждающие каналы обмоток и ухудшению условий их охлаждения. У многоходовых радиаторовжелательно оценивать характер изменения температуры по поверхности труб по ходудвижения масла.
б) Маслонасосы
Наиболее частымипричинами поваленного нагрева маслонасоса могут являться витковые замыкания вобмотке электродвигателя, дефекты подшипников, задевание рабочего колеса насосаза корпус последнего и т.п. Общий повышенный нагрев корпуса маслонасоса можетбыть связан с неэффективной работой охладителя за счет ограниченного теплосъемас его поверхности. Оценка состояния маслонасосов осуществляется путемсравнительного анализа значений измеренных температур на корпусе маслонасоса иповерхности маслопроводов с привязкой их к режиму работы трансформатора ивнешним температурным воздействиям.
В отдельных случаях дляуглубленного анализа состояния работающего маслонасоса полезно знать его токпотребления, осуществлять акустические измерения на его корпусе с помощьюультразвукового дефектоскопа.
в) Вентиляторы
Локальные нагревыэлектродвигателей вентиляторов могут быть обусловлены дефектами подшипников,температура нагрева которых не должна превышать 80°С или витковыми замыканиямив обмотках.
Повышенные (по сравнениюс другими электродвигателями) нагревы электродвигателя могут быть связаныработой его с перегрузкой в результате чрезмерного угла атаки крыльчатки,большим аэродинамическим сопротивлением входа воздуха в охладитель, заборвоздуха из невентилируемой зоны, подверженной постороннему тепловомувоздействию и тому подобное.
В сомнительных случаях, вкачестве дополнительных критериев рекомендуется проверять зазор междукрыльчатками вентиляторов и диффузорами по всему периметру, который должен бытьравномерным и не превышать 1,5% диаметра рабочего колеса. Вибрацияэлектродвигателя, измеренная в трех точках не должна превышать 0,06 мм. В противном случае рекомендуется проверить биение крыльчаток в осевом направлении. Если позволяетконструкция охладителя, может быть осуществлено измерение разности температурвоздуха на входе и выходе вентиляторов охладителей и проведен их сравнительныйанализ.
г) Охладители
Применительно к системамохлаждения трансформаторов различают проверку работоспособности охладителей иоценку их эффективности. Работоспособность систем охлаждения с помощьютепловизора может определяться как no-узловой проверкой отдельных элементов(маслонасосы, вентиляторы, радиаторы), так и системы в целом и производится принагрузке определяемой режимом работы трансформатора на период еготепловизионного обследования.
Для проверкиработоспособности охладителей определяется с помощью тепловизора температурамасла на входе и выходе из охладителей (на поверхностях труб примыкающих кстенке бака трансформатора). По результатам измерений, определяется значение ∆Тохл(разница температуры масла на входе и выходе из охладителя) для каждого изохладителей и осуществляется их сравнительный анализ.
Оценка эффективностиработы охладителей требует сопоставления измеренных значений ∆Тохл срасчетными параметрами, заложенными заводом в процессе проектирования трансформатора.
д) Поверхности бакатрансформатора
Сроки проведениятепловизионного обследования баков трансформаторов регламентированы Объемами иНормами испытаний электрооборудования, но могут быть существенно сокращены приполучении неудовлетворительных результатов при измерении тока и потерьхолостого хода, напряжения короткого замыкания, выявления аномальных нагревовстенок бака или болтов крепления разъема колокола и тому подобное.
Если перед проведениемтепловизионного обследования, трансформатор работал с малой нагрузкой, ондолжен быть предварительно нагрет до температуры верхних слоев масла 50-60 °С,что необходимо для снятия изоляционных характеристик. Нагрев трансформаторадостигается за счет временного отключения вентиляторов дутья при работающихнасосах циркуляции масла. При тепловизионном обследовании проверяются:
— равномерностьраспределения температуры по поверхности бака как со стороны обмотки ВН, так иНН;
— работоспособностьохладителей, путем измерения температур на входе и выходе масла;
— фиксируются возможныеочаги аномальных нагревов: на поддоне, в разъеме колокола, в местах установкиадаптеров вводов, разъемов люков, маслонасосах, вентиляторов;
— сопоставляются значениятемператур верхних слоев масла, измеренных термосигнализатором и тепловизором;
— сопоставляются уровнимасла в маслорасширителе с уровнем масла во вводах;
— по возможностипроверяется распределение температуры вдоль маслопроводов, соединяющих бактрансформатора с маслорасширителем (наличие протока масла через газовое реле,отсечный клапан).
По выявленным тепловыманомалиям, проводится анализ возможных причин их вызывающих и намечается объемдополнительных проверок и измерений. Желательно всю информацию о результатахтепловизионного обследования и иных испытаниях, а также результаты осмотра,выявленные неисправности и эксплуатационные данные закладывать в компьютерныйбанк данных по каждому из исполнений трансформаторов.
4. Применение экспертныхсистем для обработки результатов диагностирования силовых трансформаторов
4.1 Основные понятия иопределения
4.1.1 Назначения иосновные свойства экспертных систем
В системах искусственногоинтеллекта и в экспертных системах, в частности, решаются, как правило,неформализованные задачи, то есть ЭС и системы ИИ не отвергают и не заменяют традиционногоподхода к разработке программ, ориентированного на решение формализованныхзадач (например, проблем обработки данных, проектирования или научныхрасчетов). Просто вместо последовательного программирования с заранее создаваемымипрограммами (процедурное программирование) искусственный интеллект предполагаетдинамическое формирование программы из накопленных в памяти компьютера фактов,навыков и правил, которые машина применяет в конкретной ситуации.
ЭС используются длярешения так называемых неформализованных задач, общим для которых является то,что:
1) задачи не могутбыть заданы в числовой форме;
2) цели нельзявыразить в терминах точно определённой целевой функции;
3) не существуеталгоритмического решения задачи;
4) еслиалгоритмическое решение есть, то его нельзя использовать из-за
ограниченности ресурсов(время, память).
Неформализованные задачиобычно обладают следующими характеристиками:
1) ошибочность,неоднозначность, неполнота и противоречивость исходных данных;
2) ошибочность,неоднозначность, неполнота и противоречивость знаний о проблемной области[1]и о решаемой задаче;
3) большаяразмерность пространства решения, то есть перебор при поиске решения весьмавелик;
4) динамическиизменяющиеся данные и знания.
Большой интерес кэкспертным системам вызван, по крайней мере, тремя причинами:
1) они ориентированына решение большого круга задач в неформализованных областях, то есть наприложения, которые до недавнего времени считались мало доступными длявычислительной техники;
2) экспертныесистемы предназначены для работы специалистов, не имеющих навыковпрограммирования, что дает возможность резко расширить сферу использованиявычислительной техники;
3) экспертныесистемы решают практические задачи, получая при этом результаты, сравнимые срезультатами, которые получил бы человек-эксперт.
На рисунке 25 отраженоположение, которое экспертные системы занимают среди систем искусственногоинтеллекта.
Программы искусственногоинтеллекта – демонстрируют интеллектуальное поведение умелым применениемэвристик.
Системы, основанные назнаниях – делают знания предметной области явными и отделяют их от остальнойчасти системы.
Экспертная система — этопрограммное средство, использующее экспертные знания для обеспечениявысокоэффективного решения неформализованных задач в узкой предметной области.Основу ЭС составляет база знаний (БЗ) о предметной области, котораянакапливается в процессе построения и эксплуатации ЭС. Накопление и организациязнаний — важнейшее свойство всех ЭС.
/>
Рисунок 25 — Место экспертных систем в программах искусственного интеллекта
/>
Рисунок 26 — Основныесвойства ЭС
Знания являются явными идоступными, что отличает ЭС от традиционных программ, и определяет их основныесвойства, такие, как:
1) Применение для решенияпроблем высококачественного опыта, который представляет уровень мышлениянаиболее квалифицированных экспертов в данной области, что ведёт к решениямтворческим, точным и эффективным.
2) Наличиепрогностических возможностей, при которых ЭС выдаёт ответы не только дляконкретной ситуации, но и показывает, как изменяются эти ответы в новыхситуациях, с возможностью подробного объяснения каким образом новая ситуацияпривела к изменениям.
3) Обеспечение такогонового качества, как институциональная память, за счёт входящей в состав ЭСбазы знаний, которая разработана в ходе взаимодействий со специалистамиорганизации, и представляет собой текущую политику этой группы людей. Этот наборзнаний становится сводом квалифицированных мнений и постоянно обновляемымсправочником наилучших стратегий и методов, используемых персоналом. Ведущиеспециалисты уходят, но их опыт остаётся.
4) Возможностьиспользования ЭС для обучения и тренировки руководящих работников, обеспечиваяновых служащих обширным багажом опыта и стратегий, по которым можно изучатьрекомендуемую политику и методы.
4.1.2 Архитектураэкспертных систем
Экспертные системы — этоспецифичные программы, поскольку, как правило, используют механизмавтоматического рассуждения (вывода) и так называемые слабые методы, такие, какпоиск или эвристика. Они существенно отличаются от точных и хорошоаргументированных алгоритмов и не похожи на математические процедурыбольшинства традиционных разработок.
Основой любой ЭС являетсясовокупность знаний, структурированная в целях упрощения процесса принятиярешения. Для специалистов в области искусственного интеллекта термин знанияозначает информацию, которая необходима программе, чтобы она вела себя«интеллектуально». Эта информация принимает форму фактов и правил.Факты и правила в ЭС не всегда либо истинны, либо ложные. Иногда существуетнекоторая степень неуверенности в достоверности факта или точности правила.Если это сомнение выражено явно, то оно называется «коэффициентомдоверия».
Коэффициент доверия — эточисло, которое означает вероятность или степень уверенности, с которой можносчитать данный факт или правило достоверным или справедливым.
ЭС используют эвристики,так как задачи, которые она решает, трудны, не до конца понятны, не поддаютсястрогому математическому анализу или алгоритмическому решению. Алгоритмическийметод гарантирует корректное или оптимальное решение задачи, тогда какэвристический метод даёт приемлемое решение в большинстве случаев.
Знания в ЭС организованытак, чтобы знания о предметной области отделить от других типов знаний системы,таких как общие знания, о том, как решать задачи или знание о том, каквзаимодействовать с пользователем. Выделенные знания о предметной областиназываются базой знаний, тогда как общие знания о нахождении решений задачназываются механизмом вывода. Программные средства, которые работают сознаниями, организованными таким образом, называются системами, основанными назнаниях.
Граница между программамиИИ и экспертными системами не так уж четко ограничена.
Экспертные системы — этопрограммы, которые при решении задач, трудных для человека-эксперта, получаютрезультаты, не уступающие по качеству и эффективности решениям, получаемымэкспертом.
Как правило, современнаяэкспертная система содержит следующие компоненты (Рисунок 27):
1) подсистемуприобретения знаний;
2) базу знаний;
3) механизм вывода;
4) рабочую память;
5) интерфейспользователя;
6) подсистемуобъяснения;
7) подсистемусовершенствования вывода.
/>
Рисунок 27 — Архитектураэкспертной системы
Среда разработкииспользуется создателями ЭС для введения и представления экспертных знаний, асреда консультации доступна пользователям (не экспертам) для полученияэкспертных знаний и советов.
Приобретение знаний — этосбор, передача и преобразование опыта решения проблем из некоторых источников знанийв компьютерные программы при их создании или расширении (потенциальныеисточники знаний — люди-эксперты, учебники, базы данных, исследовательскиеотчеты, собственный опыт пользователей).
База знаний содержит дваосновных элемента — факты (данные) из предметной области и специальныеэвристики или правила, которые управляют использованием фактов при решениипроблем.
Механизм вывода — управляющая структура ЭС. Известна также как интерпретатор правил (в ЭС,основанных на правилах). Это компьютерная программа, управляющая использованиемсистемных знаний посредством формирования и организации последовательностишагов, предпринимаемых для решения проблемы (так называемой “повестки”).
Составляющие механизмавывода:
1) интерпретатор(обычно интерпретатор правил) выполняет выбранную повестку, применяясоответствующие правила из базы знаний;
2) планировщик управляетпроцессом выполнения повестки, оценивая эффект применения различных правил сточки зрения приоритетов или других критериев.
Рабочая память служит дляхранения данных, полученных от пользователя, и промежуточных данных, выведенныхв ходе работы системы.
Интерфейс пользователя.Экспертные системы содержат лингвистический процессор для дружественного,проблемно-ориентированного общения между пользователем и компьютером(лингвистический процессор преобразует входные данные, представленные наограниченном естественном языке — русском, английском — в представление навнутреннем языке системы и обратно — сообщения системы на внутреннем языке всообщения на ограниченном естественном). Общение это может сопровождатьсяграфикой и многооконным меню.
Подсистема объяснениясообщает, почему и как программа вывода обрабатывает тот или иной символ.Обычно объяснительный блок сообщает следующее: как правила используютинформацию пользователя, почему использовались (не использовались) данныеправила, какие были сделаны выводы.
Совершенствование вывода.Люди-эксперты могут анализировать свою собственную работу, опыт, знания иулучшать их. Аналогичная способность необходима и для ЭС, чтобы она быласпособна анализировать причины своего успеха или неудачи. Это приведет к улучшениюпредставления знаний в базе знаний и совершенствованию логического вывода.
В процессе решения задачиЭС запрашивает у пользователя факты, касающиеся конкретной ситуации (проблемы).Получив ответы, ЭС пытается вывести заключение (рекомендацию). Эта попыткавыполняется механизмом вывода, решающим, какая стратегия эвристического поискадолжна быть использована применительно к данной проблеме. Пользователь можетзапросить объяснение поведения ЭС и объяснение ее заключений. Качество выводаопределяется методом, выбранным для представления знаний, объемом базы знаний имощностью механизма вывода.
Экспертная система, изкоторой удалена база знаний, называется оболочкой. Первые инструментальныесистемы для создания ЭС и были получены из готовых ЭС путем удаления предметныхзнаний (например, emycin из mycin, kas из prospector). С помощью оболочки можно быстрее создать ЭС, чем “с нуля”, но залегкость эту приходится расплачиваться сужением предметной области. Если ЭС mycin используется для диагностикизаболеваний крови, то с помощью emycin(скелетного языка, оболочки mycin)можно создать диагностическую систему для других целей, но вряд ли — ЭС, анализирующуюсостояние рынка ценных бумаг.
Однако существует болеевысокий класс приложений, где требуется учитывать динамику измененияокружающего мира за время исполнения приложения. Такие экспертные системыполучили название динамических ЭС и их обобщённая структура будет иметь вид,приведённый на рисунке 28.
По сравнению состатической ЭС в динамическую вводится ещё два компонента:
1) подсистемамоделирования внешнего мира;
2) подсистемасопряжения с внешним миром.
/>
Рисунок 28 – Архитектурадинамической экспертной системы
Динамические ЭСосуществляет связи с внешним миром через систему контроллеров и датчиков. Крометого компоненты БЗ и механизма вывода существенно изменяются, чтобы отразитьвременную логику происходящих в реальном мире событий.
К разряду такихдинамических сред разработки ЭС относится семейство программных продуктов фирмыGensym Corp. (США). Один из таких продуктов система G2 – базовый программныйпродукт, представляющий собой графическую, объектно-ориентированную среду дляпостроения и сопровождения экспертных систем реального времени, предназначенныхдля мониторинга, диагностики, оптимизации, планирования и управления динамическимпроцессом.4.1.3 Состави взаимодействие участников построения и эксплуатации экспертных систем
К числу основныхучастников следует отнести саму экспертную систему, экспертов, инженеровзнаний, средства построения ЭС и пользователей. Их основные роли ивзаимоотношение приведены на рисунке 29.
/>
Рисунок 29 – Взаимосвязиосновных участников построения и эксплуатации экспертных систем
Экспертная система — этопрограммное средство, использующее знания экспертов, для высокоэффективногорешения задач в интересующей пользователя предметной области. Она называетсясистемой, а не просто программой, так как содержит базу знаний, решательпроблемы и компоненту поддержки. Последняя из них помогает пользователювзаимодействовать с основной программой.
Эксперт — это человек,способный ясно выражать свои мысли и пользующийся репутацией специалиста,умеющего находить правильные решения проблем в конкретной предметной области.Эксперт использует свои приёмы и ухищрения, чтобы сделать поиск решения болееэффективным, и ЭС моделирует все его стратегии.
Инженер знаний — человек,как правило, имеющий познания в информатике и искусственном интеллекте изнающий, как надо строить ЭС. Инженер знаний опрашивает экспертов, организуетзнания, решает, каким образом они должны быть представлены в ЭС, и может помочьпрограммисту в написании программ.
Средство построения ЭС — этопрограммное средство, используемое инженером знаний или программистом дляпостроения ЭС. Этот инструмент отличается от обычных языков программированиятем, что обеспечивает удобные способы представления сложных высокоуровневыхпонятий.
Пользователь — эточеловек, который использует уже построенную ЭС. создатель инструмента,отлаживающий средство построения ЭС;
Важно различатьинструмент, который используется для построения ЭС, и саму ЭС. Инструментпостроения ЭС включает как язык, используемый для доступа к знаниям,содержащимся в системе, и их представления, так и поддерживающие средства –программы, которые помогают пользователям взаимодействовать с компонентойэкспертной системы, решающей проблему.4.1.4 Преимущества использованияэкспертных систем
Преимуществами иположительными качествами искусственной компетенции являются:
1) Её постоянство.Человеческая компетенция ослабевает со временем. Перерыв в деятельностичеловека-эксперта может серьёзно отразиться на его профессиональных качествах.
2) Лёгкость передачи иливоспроизведения. Передача знаний от одного человека другому — долгий и дорогойпроцесс. Передача искусственной информации — это простой процесс копированияпрограммы или файла данных.
3) Устойчивость ивоспроизводимость результатов. Эксперт-человек может принимать в тождественныхситуациях разные решения из-за эмоциональных факторов. Результаты ЭС —стабильны.
4) Стоимость. Эксперты,особенно высококвалифицированные обходятся очень дорого. ЭС, наоборот,сравнительно недороги. Их разработка дорога, но они дёшевы в эксплуатации.
Вместе с тем разработкаЭС не позволяет полностью отказаться от эксперта-человека. Хотя ЭС хорошосправляется со своей работой, тем не менее, в определённых областяхчеловеческая компетенция явно превосходит искусственную. Однако и в этихслучаях ЭС может позволить отказаться от услуг высококвалифицированногоэксперта, оставив эксперта средней квалификации, используя при этом ЭС дляусиления и расширения его профессиональных возможностей.4.1.5 Основные режимы работы экспертныхсистем
В работе ЭС можновыделить два основных режима: режим приобретения знаний и режим решения задачи(режим консультации или режим использования). В режиме приобретения знанийобщение с ЭС осуществляет эксперт (при помощи инженера знаний).
Используя компонентприобретения знаний, эксперт описывает проблемную область в виде совокупностифактов и правил. Другими словами, «наполняет» ЭС знаниями, которыепозволяют ей самостоятельно решать задачи из проблемной области.
Этому режиму притрадиционном подходе к программированию соответствуют этапы: алгоритмизации,программирования и отладки, выполняемые программистом. Таким образом, в отличиеот традиционного подхода в случае ЭС разработку программ осуществляет непрограммист, а эксперт, не владеющий программированием.
В режиме консультацийобщение с ЭС осуществляет конечный пользователь, которого интересует результати (или) способ его получения. Необходимо отметить, что в зависимости отназначения ЭС пользователь может:
1) не бытьспециалистом в данной предметной области, и в этом случае он обращается к ЭС зарезультатом, который не умеет получить сам;
2) бытьспециалистом, и в этом случае он обращается к ЭС с целью ускорения получениярезультата, возлагая на ЭС рутинную работу.
Следует отметить, что вотличие от традиционных программ ЭС при решении задачи не только исполняютпредписанную алгоритмом последовательность операций, но и сама предварительноформирует её.
Хорошо построенная ЭСимеет возможность самообучаться на решаемых задачах, пополняя автоматическисвою БЗ результатами полученных выводов и решений.4.1.6 Отличие экспертных систем от традиционныхпрограмм
Особенности ЭС,отличающие их от обычных программ, заключаются в том, что они должны обладать:
1) Компетентностью, аименно:
а) Достигать экспертногоуровня решений (то есть в конкретной предметной области иметь тот же уровеньпрофессионализма, что и эксперты-люди);
б) Быть умелой (то естьприменять знания эффективно и быстро, избегая, как и люди, ненужныхвычислений);
в) Иметь адекватнуюробастность (то есть способность лишь постепенно снижать качество работы помере приближения к границам диапазона компетентности или допустимой надёжностиданных).
2) Возможностью ксимвольным рассуждениям, а именно:
а) Представлять знания всимвольном виде;
б) Переформулироватьсимвольные знания. На жаргоне искусственного интеллекта символ — это строказнаков, соответствующая содержанию некоторого понятия. Символы объединяют,чтобы выразить отношения между ними. Когда отношения представлены в ЭС ониназываются символьными структурами.
3) Глубиной, а именно:
а) Работать в предметнойобласти, содержащей трудные задачи;
б) Использовать сложныеправила (то есть использовать либо сложные конструкции правил, либо большое ихколичество).
4) Самосознанием, аименно:
а) Исследовать своирассуждения (то есть проверять их правильность);
б) Объяснять своидействия.
Существует ещё одноважное отличие ЭС. Если обычные программы разрабатываются так, чтобы каждый разпорождать правильный результат, то ЭС разработаны с тем, чтобы вести себя какэксперты. Они, как правило, дают правильные ответы, но иногда, как и люди,способны ошибаться.
Традиционные программыдля решения сложных задач, тоже могут делать ошибки. Но их очень трудноисправить, поскольку алгоритмы, лежащие в их основе, явно в них несформулированы. Следовательно, ошибки нелегко найти и исправить. ЭС, подобнолюдям, имеют потенциальную возможность учиться на своих ошибках.4.1.7 Технология разработки экспертныхсистем
Технология их разработкиЭС, включает в себя шесть этапов (Рисунок 30): этапы идентификации,концептуализации, формализации, выполнения, тестирования, опытной эксплуатации.Рассмотрим более подробно последовательности действий, которые необходимовыполнить на каждом из этапов.
/>Рисунок 30 — Технология разработки экспертныхсистем
1) На этапе идентификации необходимовыполнить следующие действия:
а) определить задачи,подлежащие решению и цели разработки;
б) определить экспертов итип пользователей.
2) На этапе концептуализации:
а) проводитсясодержательный анализ предметной области;
б) выделяются основныепонятия и их взаимосвязи;
в) определяются методырешения задач.
3) На этапе формализации:
а) выбираются программныесредства разработки ЭС;
б) определяются способыпредставления всех видов знаний;
в) формализуются основныепонятия.
4) На этапе выполнения (наиболее важноми трудоёмком) осуществляется наполнение экспертом БЗ, при котором процессприобретения знаний разделяют:
а) на«извлечение» знаний из эксперта;
б) на организацию знаний,обеспечивающую эффективную работу ЭС;
в) на представлениезнаний в виде, понятном для ЭС.
Процесс приобретениязнаний осуществляется инженером по знаниям на основе деятельности эксперта.
5) На этапе тестирования эксперт иинженер по знаниям с использованием диалоговых и объяснительных средствпроверяют компетентность ЭС. Процесс тестирования продолжается до тех пор, покаэксперт не решит, что система достигла требуемого уровня компетентности.
6) На этапе опытной эксплуатациипроверяется пригодность ЭС для конечных пользователей. По результатам этогоэтапа возможна существенная модернизация ЭС.
Процесс создания ЭС несводится к строгой последовательности этих этапов, так как в ходе разработкиприходится неоднократно возвращаться на более ранние этапы и пересматриватьпринятые там решения.
4.2 Представление знанийв экспертных системах
При построении ЭС сособой остротой встал вопрос о том, какие знания должны быть в них представленыи в какой форме. Структура знаний зависит от сферы их использования и можетбыть довольно сложной. Существуют несколько моделей представления знаний, изкоторых мы выделим четыре: логические исчисления, фреймы, семантические сети ипродукционные системы.
4.2.1 Логическиеисчисления
В основе логическихмоделей [18] лежит понятие формальной теории, задаваемой четверкой: S=.
Здесь B — счетноемножество базовых символов (алфавит теории S). Конечные последовательностибазовых символов называются выражениями теории S.
F — подмножествовыражений теории S, называемых формулами теории. Обычно имеется эффективнаяпроцедура построения выражений, являющихся формулами. Можно эту процедурурассматривать как множество синтаксических правил, позволяющих строить из Bсинтаксически правильные выражения, то есть формулы.
A — выделенное множествоформул, называемых аксиомами теории S, то есть множество априорно истинныхформул.
R — конечное множествоотношений /> между формулами, называемыхправилами вывода. Для каждого />существуетцелое положительное число j такое, что для каждого множества, состоящего из jформул, и для каждой формулы f эффективно решается вопрос о том, находятся лиданные j формул в отношении /> сформулой f. Если отношение /> выполняется,то f называется непосредственным следствием данных /> формулпо правилу />.
Следствием (выводом)формулы /> в теории S называетсявсякая последовательность /> формултакая, что для любого i формула /> есть либоаксиома теории S, либо непосредственное следствие каких-либо предыдущих формулпо одному из правил вывода. Правила вывода позволяют расширять множествоформул, которые считаются истинными в рамках данной теории. Формальная теорияназывается разрешимой, если существует единая эффективная процедура,позволяющая узнать для любой данной формулы, существует ли ее вывод в S.
Формальная система Sназывается непротиворечивой, если не существует формулы A такой, что A и /> выводимы в S.
Наиболее распространеннойформальной системой, используемой для представления знаний, является исчислениепредикатов.
Алфавит исчисленияпредикатов состоит из следующего набора символов:
1) знаков пунктуации {(,).};
2) пропозициональных связок {/>};
3) знаков кванторов{/>};
4) символовпеременных />, k=1,2,...;
5) n-местныхфункциональных букв: />( /> называют константнымибуквами);
6) n-местныхпредикатных букв (символов): />
В дальнейшем в примерахдля упрощения будем вместо /> писать u,v, x, y, z...;
вместо /> - a,b,c,d...; вместо /> — f,g,h,...; а вместо /> — P, Q, R, S, T, V, W....
Из символов алфавита можностроить различные выражения. Выделяют термы, элементарные формулы (атомы) иправильно построенные формулы (или просто формулы).
Всякий символ переменнойили константной формулы есть терм. Если />-термы, то и />является термом.
Если /> — предикатная буква, а /> — термы, то и /> — элементарная формула(атом). Атом является правильно построенной формулой. Если A и B — правильнопостроенные формулы, то /> естьправильно построенные формулы. Если A — правильно построенная формула и x — переменнаяв A, то /> и /> - правильно построенныеформулы.
Выражение являетсяправильно построенной формулой, только если оно получено с соблюдениемперечисленных выше правил.
В выражениях /> и /> /> называются областьюдействия квантора всеобщности (общности) и квантора существования соответственно.При этом переменная x называется связанной, если она находится в областидействия квантора, примененного к этой переменной. Переменная свободна, еслиона не связана. Примером формулы является следующее выражение: />. В этой формуле переменнаяx связана, а переменная y свободна. Формула называется замкнутой, если она несодержит свободных переменных.
Для того, чтобы придатьформуле содержание, ее интерпретируют как утверждение, касающеесярассматриваемой предметной области. Под интерпретацией понимают всякую систему,состоящую из непустого множества D, называемого областью интерпретации, икакого-либо соответствия, относящего каждой предикатной букве/>некоторое n-местноеотношение в D, а каждой функциональной букве />-некоторую n-местную функцию, отображающую />,и каждой константной букве /> -некоторый элемент из D. При заданной интерпретации переменные мыслятсяпробегающими область D этой интерпретации. При заданной интерпретации всякойэлементарной формуле приписывается значение “истинно” (И) или “ложно” (Л).
Приписывание значенияэлементарной формуле /> осуществляетсяпо следующему правилу: если термы предикатной буквы соответствуют элементам изD, удовлетворяющим отношению, определяемому данной интерпретацией, то значениемэлементарной формулы будет истина, в противном случае — ложь.
Значение неэлементарнойформулы можно вычислить рекуррентно, исходя из значений составляющих ее формул.При этом, если A и B — формулы, то значения формул /> определяютсяпо таблице истинности:
_____________________________________________________________
A B /> /> /> />
_____________________________________________________________
И И Л И И И
Л И И И Л И
И Л Л И Л Л
Л Л И Л Л И
_____________________________________________________________
Формула /> обозначает утверждение:“для любого значения x из области D значение формулы A истинно (выполнено)”, аформула /> обозначает утверждение:“существует такое значение x из области D, что значение формулы A истинно(выполнено)”. Приведенные выше утверждения могут быть как истинны, так и ложны.В случае конечных областей значения истинность таких формул можно установить спомощью таблиц истинности. Очевидно, что некоторые формулы могут быть истиннымиили ложными в зависимости от выбранной интерпретации.
Формула A называетсявыполнимой тогда и только тогда, когда существует интерпретация I такая, что Aпринимает значение И в I. Если формула A принимает значение И в интерпретацииI, то говорят, что I удовлетворяет формуле A.
Если некоторая формула Aпринимает значение И при всех интерпретациях, то ее называют общезначимой. Так,например, формула /> истинна прилюбой интерпретации (это можно установить по таблице истинности), и,следовательно, эта формула общезначима.
Формула A называетсяневыполнимой, если при всех интерпретациях она принимает значение Л.
Формула A логическиследует из формул />тогда и только тогда,когда всякая интерпретация I, удовлетворяющая />,удовлетворяет также и A. Формулы /> называютпосылками, а A — заключением логического следования и обозначают />.
Справедлива теорема (теоремадедукции): “Пусть даны формулы /> и формулаA. Формула A является логическим следствием /> тогдаи только тогда, когда формула /> общезначима,т.е. />”.
Задачей доказательстватеоремы называют выяснение вопроса логического следования некоторой формулы Aиз заданного множества формул,/>, чторавносильно доказательству общезначимости формулы /> илиневыполнимости формулы />.
Для исчисления предикатовпервого порядка не существует общего метода установления общезначимости любыхформул, т.е. исчисление предикатов первого порядка является неразрешимым.Однако, если некоторая формула исчисления предикатов общезначима, то существуетпроцедура для проверки ее общезначимости, т.е. исчисление предикатов можноназвать полуразрешимым.
Логические исчисления вбольшинстве случаев ограничиваются исчислениями предикатов первого порядка. Впростейшем случае запись факта имеет вид P(x,y,z,...), где P — отношение, аx,y,z,… — объекты, на которых оно задано. Логические модели представленияфактов с помощью предикатов носят название атомарных формул. Кроме них,выделяются правильно построенные логические формулы, включающие кванторысуществования и общности (всеобщности).
Приведенные ниже примерыявляются логическими моделями представления фактов с помощью предикатов.
Два варианта записи факта:“Михаил дал книгу Владимиру” в виде формулы исчисления предикатов:
ДАТЬ (МИХАИЛ, ВЛАДИМИРУ,КНИГУ );
/>(ЭЛЕМЕНТ(x, СОБЫТИЕ — ДАТЬ)/> ИСТОЧНИК(x, МИХАИЛ) /> АДРЕСАТ(x, ВЛАДИМИР) /> ОБЪЕКТ(x, КНИГА).
Положительными сторонамилогических моделей являются единственность теоретического обоснования ивозможность реализации системы формально точных определений и выводов.Представление знаний в виде формул исчисления предикатов позволяет применить кним формальные методы вывода. В частности, может быть использован методрезолюций, применяемый в системах автоматического доказательства, обучения иавтоматического синтеза программ. Кроме того, логическая модель представлениязнаний поддерживается языком логического программирования Пролог, что делаетестественной ее практическую реализацию.
Однако действительностьне укладывается в рамки классической логики. Приходится изобретать новые логикиили модернизировать старые, чтобы включить в них временные, модальные и иныекатегории. Но для этих логик не существует автоматических систем вывода. Такназываемая “человеческая логика”, применяемая при работе с неструктурированнымизнаниями, — это интеллектуальная модель с нечеткой структурой, и в этом ее отличиеот старой логики. Таким образом, логики, адекватно отражающей человеческоемнение, к настоящему времени еще не создано.
К недостаткам логическогопредставления знаний можно отнести и сложность создания подсистемы объяснения — важной части экспертной системы.
4.2.2 Фреймовая модель
В области искусственногоинтеллекта термин фрейм относится к специальному методу представления общих концепцийи ситуаций. Марвин Минский, предложивший идею фреймов, описывает его следующимобразом:
“Фрейм — это структураданных, представляющая стереотипную ситуацию, вроде нахождения внутринекоторого рода жилой комнаты, или сбора на вечеринку по поводу дня рожденияребенка. К каждому фрейму присоединяется несколько видов информации. Часть этойинформации — о том, как использовать фрейм. Часть о том, чего можно ожидатьдалее. Часть о том, что следует делать, если эти ожидания не подтвердятся”.
Собственно структура,описывающая некоторую ситуацию, называется фреймом-прототипом. Для отображенияже конкретной ситуации используются фреймы-экземпляры, у которых позициифрейма-прототипа (слоты) заполнены конкретными значениями. С каждым слотомможно связать любое количество процедур. Чаще всего со слотами связываютсяследующие процедуры:
1) если — добавлено выполняется,когда новая информация помещается в слот;
2) если — удалено выполняется,когда информация удаляется из слота;
3) если — нужно выполняется,когда запрашивается информация из слота, а он пустой.
Системы, основанные нафреймах, хороши в тех предметных областях, где ожидания относительно формы исодержания данных играют важную роль (например, в таких областях, как интерпретациявизуальной информации или понимание речи).
Достоинства фреймовыхмоделей — естественность, наглядность представления, модульность, поддержкавозможности использования правил умолчания.
Основным недостаткомфреймовых моделей является отсутствие механизмов управления выводом. Отчастиэтот недостаток может быть устранен при помощи присоединенных процедур, однакопри таком подходе затрудняется управление завершенностью и постоянствомцелостного образа. В частности, по этой причине существует большая опасностьнарушения корректности присоединенных процедур.
4.2.3 Семантические сети
Основой моделисемантической сети является формализация знаний в виде ориентированного графа сразмеченными вершинами (узлами) и дугами.
Вершины могутсоответствовать общим понятиям, константам, типовым переменным, событийнымфреймам, фреймам-характеристикам, логическим функциям и предикатам.
Дуги представляюттеоретико-множественные, логические и другие отношения. Обычно дляпредставления иерархии используются дуги типа является и имеет часть. Такиедуги устанавливают свойство иерархии наследования в сети: элементы болеенизкого уровня в сети могут наследовать свойства элементов более высокогоуровня. Это экономит память, поскольку информацию о сходных вершинах не нужноповторять в каждой вершине сети. Вместо этого такая информация можетразмещаться в одной из вершин высокого уровня иерархии.
Семантические сети,используемые для описания естественных языков, используют дуги типа агент,объект, реципиент.
Однако события,представленные в виде транзитивных формул, сложно представить с помощьюсемантической сети. Кроме того, семантические сети считаются малопригодными дляпостроения формальных моделей реального мира или его частей.
4.2.4 Представлениезнаний с использованием правил
На языке ЭС терминправило имеет более узкое значение, чем в обычном словоупотреблении. Онотносится к наиболее популярному способу представления знаний [19, 20, 21, 22].Правила выражаются в виде утверждений типа ЕСЛИ-ТО:
ЕСЛИ условие ТО действие
Под условиемподразумеваются обстоятельства, при которых должно использоваться правило, апод действием — то, что должно происходить, когда левая часть правиласоответствует логическому значению истина.
Действие может бытьлюбым, но обычно речь идет о выводе заключения как части аргументации илидоказательства. Пример правила, по которому экспертная система mycin (ЭС медицинской диагностики) выдаетзаключение:
ЕСЛИ реакциямикроорганизма положительная и форма микроорганизма — кокк
ТО с вероятностью 0.7этот микроорганизм является стрептококком.
Иногда в правиле ЕСЛИ aТО b a называют антецедентом или посылкой правила, b — консеквентном,следствием или заключением.
Важное место впродукционных моделях (основанных на правилах) занимают стратегии вывода, тоесть перехода от одного правила к другому. Различают прямую и обратнуюстратегии вывода (или цепочки рассуждений).
Прямой вывод (прямаяцепочка рассуждений) предполагает использование существующих фактов и правилдля дедукции (логического вывода) новых фактов (предположений), а также фактов,которые неявно существовали и раньше, но могут быть сделаны явными посредствомприменения правил (набор известных фактов обычно называется базой данных).
Этот метод называетсяпрямой цепочкой рассуждений, поскольку поиск новой информации происходит внаправлении стрелок, разделяющих левые и правые части правил. В нашем примере (Рисунок31) было выведено, что существуют ситуации X,Y и Z.
Прямую цепочкуиспользуют, например, xcon(ЭС, помогающая фирме Digital Equipment Corporation (dec) подбирать для клиентов конфигурацию компьютеров vax), dendral (знаменитая система химического анализа) и другие системы.
Обратный вывод (обратнаяцепочка рассуждений) начинаем с заключения, которое представляет для насинтерес и не является явным (истинным фактом). Оно не находится среди хранимыхфактов, когда мы запускаем систему. Мы хотим выяснить, обусловлен(подразумевается) ли данный факт другими, известными нам фактами и правилами,существует ли некий образец рассуждений, который может установить истинностьэтого факта? В этом случае мы должны идти в обратном направлении и попытатьсяопределить достоверность всех посылок в тех правилах, которые могут применятьсядля установления истинности
На шаге 1 (Рисунок 32)системе говорится, чтобы она установила (если сможет), что ситуация Zсуществует. Сначала она проверит базу данных в поисках Z и установит отсутствиефакта Z. конечного вывода (заключения). Перемещениена несколько уровней назад в древовидной структуре даст нам факты, которыеявляются истинными (явными).
На шаге 2 система будетискать среди правил то, которое приводит к установлению факта Z, то естьправило, у которого Z стоит справа от стрелки (Z — заключение правила). Онанаходит правило D&Y=>Z и решает, что должна установить факт Y, чтобывывести Z (факт D в базе данных имеется).
На шаге 3 системапытается установить факт Y, сначала проверяя базу данных, а затем найдяправило, в правой части которого стоит Y. Из этого правила (C&X=>Y)система решает, что должна установить существование факта X для получениязаключения Y (факт С в базе данных имеется).
/>
Рисунок 31 — Примерпрямой цепочки рассуждений
На шаге 4 система пытаетсяустановить факт Х, сначала проверяя базу данных, а затем найдя правило, вправой части которого стоит Х. Из этого правила (А&В=>Х) система решает,что должна установить существование фактов А и В для получения заключения Х(факты А и В в базе данных имеются).
На шагах 5-7 системавыполняет первое правило, чтобы установить Х, затем выполняет второе правило,чтобы установить Y, и, наконец,выполняет третье правило, чтобы установить основную цель — факт существованияZ.
Цепочка выводов,созданная здесь, идентична той, что была создана в
/> результате прямойцепочки рассуждений. Отличие этих подходов заключается в способе поиска правили данных.
Наиболее известными ЭС собратным выводом являются mycin,системы, сделанные на его основе, prospector (ЭС, помогающая определить месторождение полезныхископаемых) и другие.
Возможно и совместноеиспользование прямого и обратного выводов путем их чередования.
/>
/>
Рисунок 32 — Примеробратной цепочки рассуждений
4.3 Концепция экспертнойсистемы для обработки результатов ТВО трансформаторов
Процедурыоценки состояния силовых трансформаторов (СТ) и, в частности, тяговых ирайонных понизительных (РПТ) достаточно хорошо методически проработаны иописаны в нормативных и руководящих документах, хотя методика оценки состоянияизношенных СТ находится на пути становления.
Вдистанциях электроснабжения филиалов ОАО «РЖД» имеется современнаявычислительная техника, которая может обеспечить соответствующую информационнуюподдержку персоналу, связанному с процессом функционирования тяговыхтрансформаторов (ТТ) и РПТ. Для обработки большого объема сложной,неопределенной, неоднозначной, противоречивой и эвристической информациинеобходимы специальные информационные системы (ИС), оказывающие пользователямподдержку в принятии решений [77]. Достаточно эффективная ИС должна включать реляционнуюбазу данных, продукционную базу знаний (БЗ) и экспертную систему (ЭС).
РеляционнаяБД должна включать:
1) паспортные данныетяговых трансформаторов;
2) карты осмотра;
3) журналы дежурного персонала;
4) данные периодических испытаний ТТ;
5) предельно допустимые нормы ииспытательные критерии;
6) технологические карты ремонта иревизии ТТ;
7) учетно-контрольные карты;
8) статистические данные о выявляемыхдефектах и повреждениях;
9) нормативные материалы и руководящиедокументы;
10) ГОСТ;
11) инструкциизаводов-изготовителей;
12) местные инструкциии технические регламенты.
ПродукционнаяБЗ состоит в основном из экспертных правил. ЭС, играющая роль надстройки в БД,использует существующую БЗ, компонент извлечения знаний и компонент объяснения.
Информацияв БД хранится в виде реляционных таблиц, связанных различными видами отношений.Исходные данные вводятся как вручную, так и автоматически. Вводимая информацияявляется прямой, косвенной первичной и косвенной вторичной. Прямая информациясодержит сведения о номинальных параметрах ЕЕ, конструктивных особенностях,режимах работы и методах эксплуатации. Данные измерений параметров ТТ позволяютв результате последующей обработки получить новую существенную информацию.Предельные значения параметров, критерии, экспертные знания дают возможность с помощьюЭС получить сведения о состоянии ТТ на базе первичной информации и экспертныхправил. Косвенная информация не может быть абсолютно точной, но представляетинтерес как определенная полезная информация — поддержка подсказкой, советом впринятии решения. Знания структурированы по узким зонам предметной области:ресурс, опыт эксплуатации, конструктивные дефекты.
Опыт показывает,что оценку состояния электрооборудованияцелесообразно проводить натрех уровнях: внешнее исследование, ресурсная и специализированная диагностика.
Первыйинспекционный уровень (внешнее исследование) должен обеспечить оценку общегосостояния ТТ. Цель его — предварительная оценка состояния ИЭ для разработкиплана достаточно эффективных методов дальнейших испытаний или мероприятий поподдержке функционирования ИЭ. Характер работ — контрольно-исследовательский,экспертный. На этом уровне требуется осуществить первичную оценку ресурсныхвозможностей эксплуатируемого ЭО и взять пробы масла для последующегоуглубленного анализа. При проведении внешнего исследования ИЭ следуетруководствоваться положениями следующей нормативной документации: правил техническойэксплуатации, устройства электроустановок, норм, нормативов и соответствующихГОСТ, а также необходимыми инструкциями. С помощью ИС перед проведениемисследовательских работ разрабатывается специальный бланк внешнегоисследования, учитывающий множество необходимых факторов. Для разработки бланка— специальной формы (по информационной терминологии — способ структурированиявходной и выходной информации) — организуются запросы в БД (способы выделениянужной информации), используются фильтры (режимы работы СУБД по минимизациипросмотра большого массива записей в таблицах БД). С целью повышенияэффективности подготовительной работы предлагается воспользоваться поддержкойЭС. обрабатывающей знания специалистов-экспертов и необходимые данные из БД.
4.3.1 Интегрированнаяинструментальная среда exsys
Разработанная фирмой exsys, Inc. система является современным имощным инструментальным средством. Она предназначена для создания прикладныхэкспертных систем в области диагностики, классификации, моделирования ипроектирования. Exsys оснащена встроенной процедуройпроверки непротиворечивости вводимых знаний. Она достаточно эффективна и гибкадля профессионалов-разработчиков, однако может использоваться и начинающимиисследователями.
В exsys используется как фреймовая, так ипродукционная модель представления знаний. В последнем случае базу знанийсистемы составляют правила вида «ЕСЛИ-ТО» с применением обратной цепочки выводаи различными стратегиями вывода: «сверху вниз», «снизу вверх» и «сначала лучший».В системе имеется возможность моделирования нечетких и неточных рассуждений. Подсистемаобъяснений дает ответы на вопросы «Как ?» и «Почему ?», предоставляет позапросу справочную информацию. В правилах допускается использоватьматематические функции и числовые переменные.
Exsys можно вызвать из внешней программы.Изнутри системы можно вызывать программы, написанные на других языках. Крометого, имеется большой выбор выражений на языке Си.
Правила, относящиеся крешению некоторой общей задачи, образуют базу знаний или набор правил. В этотнабор, кроме собственно правил, включаются две процедуры: инициализация изавершение, которые должны выполняться до и после выполнения правил. В наборправил включаются также описания переменных, участвующих в правилах.
4.3.2 Написание набораправил в инструментальной среде exsys
Сформируем цель, то естьто, что должна определить ЭС. В нашем случае — это конкретный неисправный узелтрансформатора, а также техническая рекомендация по устранению неисправности.
Для создания ЭС в среде exsys после входа в систему через пункт менюfile необходимо выбрать подпункт new (при работе с уже созданной ЭС используетсяподпункт open) и задать имя создаваемой ЭС (вимени ЭС не должно быть пунктуационного знака «.»). После этого открываетсятитульный лист ЭС, в окна которого нужно занести объект ЭС (полное название илифункцию ЭС) и фамилия имя отчество автора. Далее устанавливается диапазонзначений логических переменных: двоичная логика (ДА или НЕТ) или вероятностныеоценки (шкала от 0 до 10 или шкала от –100 до +100). В титульном листе такжезадается стратегия отыскания целей: All Possible (все возможные), FirstSuccessful (первая успешно найденная) или Non Redundancy (неопределенная).Далее в окно Starting text вносится информация, которой предваряется началоработы ЭС, а в окно Ending text – сообщение, за которым непосредственнопоследует ответ (рекомендация) ЭС. В дальнейшем при редактировании титульноголиста уже написанной ЭС в него попадают через пункт главного меню RULES, подпункт Parameters.
Замечание: при написанииновой ЭС вначале обязательно нужно задать хотя бы одну конечную цель-диагноз вподпункте Choice list, иначе файл данных не сохранится в общей базе exsys.
/>
Рисунок 33 — Титульныйлист ЭС
В подпункте Qualifierlist вносятся вопросы, задаваемые ЭС пользователю, и варианты ответов, изкоторых ЭС должна почерпнуть необходимые сведения для своей успешной работы (Замечание: часть ответов на вопросы из данного подпункта может заноситьсянепосредственно пользователем ЭС, а часть ответов ЭС может выводить сама,используя вложенные в нее знания и правила).
/>
Рисунок 34 – Вид менюQualifier list
/>
Рисунок 35 — Вид меню Choice list
После внесения всехсведений в подпункты Choice list и Qualifier list можно переходить к заполнениюбазы знаний ЭС – написанию правил. Происходит это в том же пункте главного менюrules, где для написания нового правила выбираетсяподпункт Added Rule. После входа в данный подпункт через кнопку Qualifiersвыбирается необходимый вопрос и вносится в верхнюю часть правила (переключатель if/then должен быть в положении if, а переключатель типа логической связки правой части правилаand/or в требуемом положении). После внесения всех вопросов переходят кформированию нижней части правила (переключатель if/then теперь должен стоять вположении then). Для заполнения этой части может использоваться Qualifiers list(формирование промежуточного вывода) или Choice list (формированиеокончательного вывода). Если работа ЭС после нахождения окончательногорезультата (диагноза неисправности) должна закончится, то после него в правилеследует поставить команду Stop Rules exe (кнопка command открываетсоответствующее меню выбора команд).
/>
Рисунок 36 – Вид листазапросов ЭС.
Для запуска или отладкинаписанной ЭС (подпункт Open пункта file) из списка файлов с расширением «.rul»выбирается файл, соответствующий имени ЭС и нажимается кнопка ok. На дисплеедолжна появиться часть титульного листа ЭС с ее именем и фамилией именемотчеством автора. Далее в пункте меню options выберите подпункт Run, при этомна дисплее появится стартовый текст ЭС. Для продолжения работы ЭС нажмитекнопку continue, после чего возникнет первый запрос ЭС с вариантами ответов.Выбрав нужный ответ и нажав кнопку ok, перейдете к следующему запросу ЭС и такдо тех пор, пока ЭС не завершит логический вывод.
Для полученияконсультации следует записанный набор правил с именем экспертной системы ирасширением «.rul» выбрать из нужной директории (как правило, exsys new) изапустить на выполнение.
Текст демонстрационного прототипа экспертной системыдля обработки результатов диагностирования силовых трансформаторов, записанныйдля инструментальной среды exsys, приведен в приложении А.
5. Расчёт стоимостипрограммного продукта
В данном разделерассчитана стоимость разработки программного продукта «Экспертная система дляобработки результатов тепловизионной диагностики тяговых трансформаторов всреде EXSYS». Основными статьями расходовприняты:1) Основная зарплата; 2) Единый социальный налог; 3) Накладные расходы; 4) Расходы на персональный компьютер и лицензионные базовые программные средства.
Разработкапрограммы включает анализ проблем и необходимости создания продукта, сбор иобработку теоретической базы, написание, корректирование по желанию заказчика,в данном случае кафедра ЭЖТ, тестирование и отладку продукта.
Основнаязаработная плата (ОЗП) оценивает труд инженера-программиста по созданиюпрограммного продукта и определяется исходя из количества разработчиков,времени выполнения разработки (часов), а также заработной платы в расчете наодин час. Описанный в проекте программный продукт разработан однимпрограммистом в период с 31.01.05 по 29.04.05, что составляет 63 дня или 13рабочих недель. Затраты рабочего времени приняты 40 часов в неделю. Такимобразом, затрачено рабочего времени 1*13*40=520 чел/часов.
Почасоваяставка квалифицированного инженера-программиста принята 40 руб/час из расчёта,что месячный оклад составляет 6400 руб.
Основнаязаработная плата составит:
/> (1)
где:
/> - затраты труда вчел/часах,
/> - почасовая ставка,
/> — коэффициент квалификациипрограммиста, принят 0.75
ОЗП = 520 *40 * 0.75 = 15600 руб.
Отчисленияна социальные нужды устанавливаются в процентах от суммы заработной платы:
/> (2)
/> = 15600 * 36,3% / 100% =5662,8 руб.
Накладныерасходы определяются также в процентном отношении к основной заработной плате.Этот коэффициент может отличаться на различных предприятиях. Для лабораторийПГУПС и НИИ ОАО РЖД рекомендуется принять как 25% от основной заработной платы.
/> (3)
/>(15600 + 5662,8) * 25% /100% = 5315,7 руб.
Эксплуатационныерасходы на персональный компьютер определяются в течение срока разработкипрограммного средства в зависимости стоимости компьютера. В эксплуатационныерасходы входят:
а) расходына электроэнергию;
б)стоимость расходных материалов;
в) расходына ремонт;
г) заработнаяплата ремонтника;
д)дополнительные расходы — уборка помещения, охрана, аренда, коммунальные услуги;
е)амортизационные затраты на персональный компьютер и программное обеспечение.
Расходы наэлектроэнергию (Сэл) составляют:
/> (4)/>
где:
Р — мощность компьютера и вспомогательных потребителей электрической энергии,принято 0,3 Квт/ч;
СТ — стоимость 1 Квт/ч в Иркутской области на 1.05.05, равна 0.32 руб.;
Тразр — время работы с ЭВМ, принято равнымрабочему времени;
Сэл = 0,3 * 0,32 * 520 = 49,92 руб.
Затраты нарасходные материалы (Срм) в течение всего срока эксплуатациипримерно 10% от стоимости компьютера. Стоимость персонального компьютерапринята 30000 рублей, срок эксплуатации – 3 года. Следовательно, можноопределить подобные расходы за период создания программного средства равны,руб.:
/>, (5)
где:
/> стоимость персональногокомпьютера,
/>количество дней разработкипрограммного продукта,
/> срок эксплуатацииперсонального компьютера
/>
Постатистике расходы на комплектующие изделия (Ском) для ремонтаперсонального компьютера составляют 10% от его стоимости за срок егоэксплуатации, т.е. равны затратам на расходные материалы.
/>
Заработнаяплата ремонтника (Срем) определена следующим образом: на ремонт 50компьютеров требуется один инженер системотехник. Его среднемесячная заработнаяплата Срем’ принята 6000 руб. Тогда в пересчете на одинкомпьютер его заработная плата составит
Срем =Срем’/50 = 6000/50 =120 руб.
Амортизационныеотчисления на персональный компьютер (АПК) определены из положения, чтоамортизационный период в настоящее время равен сроку морального старениявычислительной техники и составляет 3 года. Следовательно, за 3 годаамортизационные отчисления на персональный компьютер равны стоимостикомпьютера. За период проектирования амортизационные отчисления составят:
АПК=/> (6)
/> руб.
Амортизационныеотчисления на программное обеспечение (АПО) зависят от его цикла замены. Еслипринять срок морального старения такой же, как у персонального компьютера, тоамортизационные отчисления на программное обеспечение за 3 года равны егостоимости. Для функционирования персонального компьютера использоваласьоперационная система WindowsXP, для написанияЭкспертной системы оболочка программы EXSYS Professional 5.0.8 – w. Расчёт амортизационных отчислений на программному обеспечениюсведён в таблицу 8.
Таблица 8 — Используемое программное обеспечениеНаименование программного обеспечения
Стоимость
программного обеспечения, руб. Источник приобретения Амортизационные отчисления, руб. EXSYS Professional 5.0.8 – w 13200 Компания EXSYS LTD., официальный дилер EXSYS 759 WindowsXP, вместе с компьютером 3500
OOO
«V — Tree» 201 Итого: 960
Дополнительныерасходы (Сдоп): уборкапомещения, охрана, аренда, коммунальные услуги трудно оценить точно и принятыравными половине заработной платы инженера-системотехника, то есть 3000 руб.
Суммарныеэксплуатационные расходы на один персональный компьютер составят:
Сэксп= Сэл + Срм + Ском + Срем + АПК +АПО + Сдоп, (7)
где:
Сэл — расходы на электроэнергию,
Срм — затраты на расходные материалы,
Ском — расходы на комплектующие изделия,
Срем — заработная плата ремонтника,
АПК — амортизационные отчисления на персональный компьютер,
АПО — амортизационные отчисления на программное обеспечение,
Сдоп — дополнительные расходы
Сэксп= 49,92 + 172,6 + 172,6 + 120 + 1726,02 + 960 + 3000 = 6201,14 руб.
Результатырасчетов сводятся в таблицу 9.
Таблица 9 — Эксплуатационные расходы на персональный компьютер
ипрограммное обеспечение в течение срока создания программного средстваСтатьи расхода Затраты, руб. Расходы на электроэнергию 49,92 Продолжение таблицы 9 Стоимость расходных материалов 172,60 Расходы на ремонт 172,60 Заработная плата инженера–системотехника 120 Амортизация персонального компьютера 1726,02 Амортизация программного обеспечения 960 Дополнительные расходы 3000 Итого эксплуатационные расходы: 6201,14
Такимобразом, расходы на создание программного средства составляют:
/> (8)
/>15600 + 5662,8 + 5315,7+6201,14 = 32779,64 руб.
Расчётрасходов сведен в итоговую смету (Таблица 10)
Таблица 10 — Смета затратна разработку программного средстваСтатьи расходов Затраты (руб.) Основная зарплата 15600 Единый социальный налог 5662,8 Накладные расходы 5315,7 Эксплуатационные расходы 6201,14 Итого себестоимость разработки 32779,64
6. Охрана труда ибезопасность жизнедеятельности проекта. Эргономические и санитарно-гигиенические нормы при организацииработы вычислительного центра
6.1Необходимость разработки и соблюдения норм
Внастоящее время в отрасли электроснабжения повсеместно решаются сложныекомплексные задачи, такие как проектирование электрических сетей, организациябесперебойного электроснабжения потребителей, учет электроэнергии и т.д.Решение их часто требует значительных вычислительных мощностей, т.е. организациивычислительных центров. Как производственный цех, вычислительный центр имеетряд характерных особенностей, в том числе использование видеодисплейных терминалови персональных электронно-вычислительных машин (в том числе персональныйкомпьютер), поэтому требует разработки специфических правил охраны труда. Вданном разделе собраны и приведены основные эргономические и санитарно-гигиеническиенормы,предназначены для предотвращения неблагоприятного воздействия на человекавредных факторов, сопровождающих работы в вычислительном центре.
6.2Общие положения и область применения
Эргономическиеи санитарно-гигиенические правила и нормы (далее — Санитарныеправила) определяют требования к:
а)проектированию, изготовлению и эксплуатации отечественных ПЭВМ, используемых напроизводстве, в обучении, в быту, в игровых автоматах на базе ПЭВМ;
б)эксплуатации импортных ПЭВМ, используемых на производстве, в обучении, в быту ив игровых комплексах (автоматах) на базе ПЭВМ;
в)проектированию, строительству и реконструкции помещений, предназначенных дляэксплуатации всех типов ПЭВМ, производственного оборудования и игровыхкомплексов (автоматов) на базе ПЭВМ;
г)обеспечению безопасных условий труда пользователей видеодисплейных терминалов иПЭВМ.
НастоящиеСанитарные правила и нормы не распространяются на проектирование, изготовлениеи эксплуатацию:
1) ПЭВМтранспортных средств;
2) ПЭВМ,перемещающихся в процессе работы;
3) бытовыхтелевизоров и телевизионных игровых приставок;
4) средствиндивидуального отображения информации микроконтроллеров, встроенных втехнологическое оборудование.
Ответственностьза выполнение настоящих санитарных правил возлагается на юридических лиц ииндивидуальных предпринимателей, осуществляющих:
1)разработку, производство, эксплуатацию ПЭВМ, производственное оборудование иигровые комплексы на базе ПЭВМ;
2)проектирование, строительство и реконструкцию помещений, предназначенных дляэксплуатации ПЭВМ, в административных, общественных и промышленных зданиях, атакже в образовательных и культурно – развлекательных учреждениях.
Индивидуальными предпринимателями и юридическими лицами в процессепроизводства и эксплуатации ПЭВМ должен осуществляться производственныйконтроль за соблюдением настоящих Санитарных правил.
Рабочие места с использованием ПЭВМ должны соответствовать требованиямнастоящих Санитарных правил.
6.3Требования к ПЭВМ
ПЭВМ должны соответствовать требованиям настоящих санитарныхправил и каждый их тип подлежат санитарно-эпидемиологической экспертизе соценкой в испытательных лабораториях, аккредитованных в установленном порядке.
Перечень продукции и контролируемых гигиенических параметров вредныхи опасных факторов представлены в таблице 11.
Таблица11 — Перечень продукции и контролируемые гигиенические параметрыВид продукции Код ОКП Контролируемые гигиенические параметры /> Машины вычислительные электронные цифровые, машины вычислительные электронные цифровые персональные (включая портативные ЭВМ) 401300 Уровни электромагнитных полей (ЭМП), акустического шума, концентрация вредных веществ в воздухе, визуальных показатели ВДТ, мягкое рентгеновское излучение* /> 401350 /> 401370 /> /> Устройства периферийные: принтеры, сканеры, модемы, сетевые устройства, блоки бесперебойного питания и т. д. 403000 Уровни ЭМП, акустического шума, концентрация вредных веществ в воздухе /> /> /> /> Устройства отображения информации (видеодисплейные терминалы) 403200 Уровни ЭМП, визуальные показатели, концентрация вредных веществ в воздухе, мягкое рентгеновское излучение /> /> /> Автоматы игровые с использованием ПЭВМ 968575 Уровни ЭМП, акустического шума, концентрация вредных веществ в воздухе, визуальные показатели /> /> />
Допустимые уровни звукового давления и уровней звука,создаваемого ПЭВМ, не должны превышать значений, представленных в таблице 12.
Таблица12 — Допустимые значения уровней звукового давления в октавных по лосах частоти уровня звука, создаваемого ПЭВМУровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами Уровни звука, дБА 31,5 Гц 63 Гц 125Гц 250Гц 500Гц 1000Гц 2000Гц 4000 Гц 8000Гц 86 дБ 71 дБ 61 дБ 54 дБ 49 дБ 45 дБ 42 дБ 40 дБ 38 дБ 50
Временные допустимые уровни электромагнитных полей (ЭМП), создаваемыхПЭВМ, не должны превышать значений, представленных в таблице 13.
Таблица 13 — Временные допустимые уровни ЭМП, создаваемыхПЭВМНаименование параметров ВДУ ЭМП Напряженность электрического поля в диапазоне частот 5 Гц — 2 кГц 25 В/м в диапазоне частот 2 кГц — 400 кГц 2,5 В/м Плотность магнитного потока в диапазоне частот 5 Гц — 2 кГц 250 нТл в диапазоне частот 2 кГц — 400 кГц 25 нТл Электростатический потенциал экрана видеомонитора 500В
Измерениеуровня звука и уровней звукового давления проводится на расстоянии 50 см от поверхности оборудования и на высоте расположения источника звука.
Допустимые визуальные параметры устройств отображения информациипредставлены в таблице 14.
Таблица 14 — Допустимые визуальные параметры устройствотображения информацииПараметры Допустимые значения Яркость белого поля
Не менее 35 кд//> Неравномерность яркости рабочего поля
Не более />20% Контрастность (для монохромного режима) Не менее 3:1 Временная нестабильность изображения (непреднамеренное изменение во времени яркости изображения на экране дисплея) Не должна фиксироваться Пространственная нестабильность изображения (непреднамеренные изменения положения фрагментов изображения на экране)
Не более />, где L-проектное расстояние наблюдения, мм
Концентрациивредных веществ, выделяемых ПЭВМ в воздух помещений, не должны превышатьпредельно допустимых концентраций (ПДК), установленных для атмосферноговоздуха.
Мощность экспозиционной дозы мягкого рентгеновского излученияв любой точке на расстоянии 0,05 м от экрана и корпуса ВДТ (наэлектронно-лучевой трубке) при любых положениях регулировочных устройств недолжна превышать 1 мк3/час (100 мкР/ч).
Конструкция ПЭВМ должна обеспечивать возможность поворотакорпуса в горизонтальной и вертикальной плоскости с фиксацией в заданном положениидля обеспечения фронтального наблюдения экрана ВДТ. Дизайн ПЭВМ долженпредусматривать окраску корпуса в спокойные мягкие тона с диффузнымрассеиванием света. Корпус ПЭВМ, клавиатура и другие блоки и устройства ПЭВМдолжны иметь матовую поверхность с коэффициентом отражения 0,4 — 0,6 и не иметьблестящих деталей, способных создавать блики.
Конструкция ВДТ должна предусматривать регулирование яркостии контрастности.
Документацияна проектирование, изготовление и эксплуатацию ПЭВМ не должна противоречитьтребованиям настоящих Санитарных правил.
6.4Требования к помещениям для работы с ПЭВМ
Помещения для эксплуатации ПЭВМ должны иметь естественное иискусственное освещение. Эксплуатация ПЭВМ в помещениях без естественногоосвещения допускается только при соответствующем обосновании и наличииположительного санитарно-эпидемиологического заключения, выданного в установленномпорядке.
Естественное и искусственное освещение должно соответствоватьтребованиям действующей нормативной документации. Окна в помещениях, гдеэксплуатируется вычислительная техника, преимущественно должны бытьориентированы на север и северо-восток.
Оконныепроемы должны быть оборудованы регулируемыми устройствами типа: жалюзи, занавесей,внешних козырьков и др.
Не допускается размещение мест пользователей ПЭВМ во всех образовательныхи культурно-развлекательных учреждениях для детей и подростков в цокольных иподвальных помещениях.
Площадь на одно рабочее место пользователей ПЭВМ с ВДТ набазе электроннолучевой трубки (ЭЛТ) должна составлять не менее 6 м2, в помещениях культурно-развлекательных учреждений и с ВДТ на базе плоских дискретныхэкранов (жидкокристаллические, плазменные) — 4,5 м2.
Прииспользовании ПВЭМ с ВДТ на базе ЭЛТ (без вспомогательных устройств — принтер,сканер и др.), отвечающих требованиям международных стандартов безопасностикомпьютеров, с продолжительностью работы менее 4 ч в день допускаетсяминимальная площадь 4,5 м2 на одно рабочее место пользователя (взрослогои учащегося высшего профессионального образования).
Длявнутренней отделки интерьера помещений, где расположены ПЭВМ, должныиспользоваться диффузно-отражающие материалы с коэффициентом отражения дляпотолка — 0,7—0,8; для стен — 0,5 — 0,6; для пола — 0,3—0,5.
Полимерные материалы используются для внутренней отделки интерьерапомещений с ПЭВМ при наличии санитарно-эпидемиологического заключения.
Помещения, где размещаются рабочие места с ПЭВМ, должны бытьоборудованы защитным заземлением (занулением) в соответствии с техническимитребованиями по эксплуатации.
Не следует размещать рабочие места с ПЭВМ вблизи силовых кабелейи вводов, высоковольтных трансформаторов, технологического оборудования, создающегопомехи в работе ПЭВМ.
6.5Требования к микроклимату, содержанию аэроионов и вредных химических веществ ввоздухе на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ
В производственных помещениях, в которых работа с использованиемПЭВМ является вспомогательной, температура, относительная влажность и скоростьдвижения воздуха на рабочих местах должны соответствовать действующимсанитарным нормам микроклимата производственных помещений.
В производственных помещениях, в которых работа сиспользованием ПЭВМ является основной (диспетчерские, операторские, расчетные,кабины и посты управления, залы вычислительной техники и др.) и связана снервноэмоциональным напряжением, должны обеспечиваться оптимальные параметрымикроклимата для категории работ 1а и 1б в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическиминормативами микроклимата производственных помещений. На других рабочих местахследует поддерживать параметры микроклимата на допустимом уровне,соответствующем требованиям указанных выше нормативов.
В помещениях всех типов образовательных икультурно-развлекательных учреждений для детей и подростков, где расположеныПЭВМ, должны обеспечиваться оптимальные параметры микроклимата (таблица 15).
Таблица15 — Оптимальные параметры микроклимата во всех типах учебных и дошкольныхпомещений с использованием ПЭВМ
Температура, />С Относительная влажность, %
Абсолютная влажность, г/м/> Скорость движения воздуха, м/с 19 62 10 В помещениях, оборудованных ПЭВМ, проводится ежедневная влажнаяуборка и систематическое проветривание после каждого часа работы на ПЭВМ.
Уровни положительных и отрицательных аэроионов в воздухе помещений,где расположены ПЭВМ, должны соответствовать действующим санитарно-эпидемиологическимнормативам.
Содержаниевредных химических веществ в воздухе производственных помещений, в которыхработа с использованием ПЭВМ является вспомогательной, не должно превышатьпредельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны всоответствии с действующими гигиеническими нормативами.
Содержаниевредных химических веществ в производственных помещениях, в которых работа сиспользованием ПЭВМ является основной (диспетчерские, операторские, расчетные,кабины и посты управления, залы вычислительной техники и др.), не должнопревышать предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферномвоздухе населенных мест в соответствии с действующими гигиеническими нормативами.
Содержаниевредных химических веществ в воздухе помещений, предназначенных дляиспользования ПЭВМ во всех типах образовательных учреждений, не должнопревышать предельно допустимых среднесуточных концентраций для атмосферноговоздуха в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическиминормативами.
6.6Требования к уровням шума и вибрации на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ
В производственных помещениях при выполнении основных иливспомогательных работ с использованием ПЭВМ уровни шума на рабочих местах недолжны превышать предельно допустимых, значений, установленных для данных видовработ в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормативами.
В помещениях всех образовательных и культурно-развлекательныхучреждений для детей и подростков, где расположены ПЭВМ, уровни шума не должныпревышать допустимых значений, установленных для жилых и общественных зданий.
Привыполнении работ с использованием ПЭВМ в производственных помещениях уровеньвибрации не должен превышать допустимых значений вибрации для рабочих мест(категория 3, тип «Б») в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическиминормативами.
Впомещениях всех типов образовательных и культурно-развлекательных учреждений, вкоторых эксплуатируются ПЭВМ, уровень вибрации не должен превышать допустимыхзначений для жилых и общественных зданий в соответствии с действующимисанитарно-эпидемиологическими нормативами.
Шумящееоборудование (печатающие устройства, серверы и т. п.), уровни шума которогопревышают нормативные, должно размещаться вне помещений с ПЭВМ.
6.7 Требованияк освещению на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ
Рабочие столы следует размещать таким образом, чтобы видеодисплейныетерминалы были ориентированы боковой стороной к световым проемам, чтобыестественный свет падал преимущественно слева.
Искусственное освещение в помещениях для эксплуатации ПЭВМдолжно осуществляться системой общего равномерного освещения. В производственныхи административно-общественных помещениях, в случаях преимущественной работы сдокументами, следует применять системы комбинированного освещения (к общемуосвещению дополнительно устанавливаются светильники местного освещения, предназначенныедля освещения зоны расположения документов).
Освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочегодокумента должна быть 300 — 500 лк. Освещение не должно создавать бликов наповерхности экрана. Освещенность поверхности экрана не должна быть более 300лк.
Следует ограничивать прямую блесткость от источниковосвещения, при этом яркость светящихся поверхностей (окна, светильники и др.),находящихся в поле зрения, должна быть не более 200 кд/м2.
Следует ограничивать отраженную блесткость на рабочихповерхностях (экран, стол, клавиатура и др.) за счет правильного выбора типовсветильников и расположения рабочих мест по отношению к источникам естественногои искусственного освещения, при этом яркость бликов на экране ПЭВМ не должнапревышать 40 кд/м2 и яркость потолка не должна превышать 200 кд/м2.
Показатель ослепленности для источников общего искусственногоосвещения в производственных помещениях должен быть не более 20. Показательдискомфорта в административно-общественных помещениях — не более 40, вдошкольных и учебных помещениях — не более 15.
Яркость светильников общего освещения в зоне углов излученияот 50 до 90 градусов с вертикалью в продольной и поперечной плоскостях должнасоставлять не более 200 кд/м2, защитный угол светильников долженбыть не менее 40 градусов.
Светильники местного освещения должны иметь не просвечивающийотражатель с защитным углом не менее 40 градусов.
Следует ограничивать неравномерность распределения яркости вполе зрения пользователя ПЭВМ, при этом соотношение яркости между рабочимиповерхностями не должно превышать 3:1 — 5:1, а между рабочими поверхностями иповерхностями стен и оборудования 10:1.
В качестве источников света при искусственном освещенииследует применять преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ и компактныелюминесцентные лампы (КЛЛ). При устройстве отраженного освещения впроизводственных и административно-общественных помещениях допускается применениеметаллогалогенных ламп. В светильниках местного освещения допускается применениеламп накаливания, в том числе галогенные.
Для освещения помещений с ПЭВМ следует применять светильникис зеркальными параболическими решетками, укомплектованными электроннымипуско-регулирующими аппаратами (ЭПРА). Допускается использование многоламповыхсветильников с электромагнитными пуско-регулирующими аппаратами (ЭПРА),состоящими из равного числа опережающих и отстающих ветвей.
Применениесветильников без рассеивателей и экранирующих решеток не допускается.
Приотсутствии светильников с ЭПРА лампы многоламповых светильников или рядомрасположенные светильники общего освещения следует включать на разные фазы трехфазнойсети.
Общееосвещение при использовании люминесцентных светильников следует выполнять ввиде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку отрабочих мест, параллельно линии зрения пользователя при рядном расположениивидеодисплейных терминалов. При периметральном расположении компьютеров линиисветильников должны располагаться локализовано над рабочим столом ближе к егопереднему краю, обращенному к оператору.
Коэффициент запаса (Кз) для осветительных установок общегоосвещения должен приниматься равным 1,4.
Коэффициент пульсации не должен превышать 5%.
Для обеспечения нормируемых значений освещенности в помещенияхдля использования ПЭВМ следует проводить чистку стекол оконных рам и светильниковне реже двух раз в год и проводить своевременную замену перегоревших ламп.
6.8Требования к уровням электромагнитных полей на рабочих местах, оборудованныхПЭВМ
Временные допустимые уровни ЭМП, создаваемых ПЭВМ на рабочихместах пользователей, а также в помещениях образовательных, дошкольных икультурно-развлекательных учреждений, представлены в таблице 16.
Таблица16 — Временные допустимые уровни ЭМП, создаваемых ПЭВМ на рабочих местахНаименование параметров ВДУ Напряженность электрического поля в диапазоне частот 5 Гц — 2 кГц 25 В/М в диапазоне частот 2 кГц — 400 кГц 2,5 В/м Плотность магнитного потока в диапазоне частот 5Гц — 2 кГц 250 нТл в диапазоне частот 2 кГц — 400 кГц 25 нТл Напряженность электростатического поля 15 кВ/м
6.9Требования к визуальным параметрам ВДТ, контролируемым на рабочих местах
Предельнодопустимые значения визуальных параметров ВДТ, контролируемые на рабочихместах, представлены в таблице 17.
Таблица17 — Визуальные параметры ВДТ, контролируемые на рабочих местах Параметры Допустимые значения Яркость белого поля Не менее 35 кд/м Неравномерность яркости рабочего поля Не более +20% Контрастность (для монохромного режима) Не менее 3:1 Временная нестабильность изображения (мелькания) Не должна фиксироваться Пространственная нестабильность изображения (дрожание) Не более 2*10, где L — проектное расстояние наблюдения, мм
6.10Общие требования к организации рабочих мест пользователей ПЭВМ
При размещении рабочих мест с ПЭВМ расстояние между рабочимистолами с видеомониторами (в направлении тыла поверхности одного видеомонитораи экрана другого видеомонитора), должно быть не менее 2,0 м, а расстояние между боковыми поверхностями видеомониторов — не менее 1,2м.
Рабочие места с ПЭВМ в помещениях с источниками вредных производственныхфакторов должны размещаться в изолированных кабинах с организованнымвоздухообменом.
Рабочие места с ПЭВМ при выполнении творческой работы,требующей значительного умственного напряжения или высокой концентрациивнимания, рекомендуется изолировать друг от друга перегородками высотой 1,5 — 2,0 м.
Экран видеомонитора должен находиться от глаз пользователя нарасстоянии 600 — 700 мм, но не ближе 500 мм с учетом размеров алфавитно-цифровых знаков и символов.
Конструкция рабочего стола должна обеспечивать оптимальное размещениена рабочей поверхности используемого оборудования с учетом его количества иконструктивных особенностей, характера выполняемой работы. При этом допускаетсяиспользование рабочих столов различных конструкций, отвечающих современным требованиямэргономики. Поверхность рабочего стола должна иметь коэффициент отражения 0,5 —0,7.
Конструкциярабочего стула (кресла) должна обеспечивать поддержание рациональной рабочейпозы при работе на ПЭВМ, позволять изменять позу с целью снижения статическогонапряжения мышц шейно-плечевой области и спины для предупреждения развитияутомления. Тип рабочего стула (кресла) следует выбирать с учетом ростапользователя, характера и продолжительности работы с ПЭВМ.
Рабочийстул (кресло) должен быть подъемно-поворотным, регулируемым по высоте и угламнаклона сиденья и спинки, а также расстоянию спинки от переднего края сиденья,при этом регулировка каждого параметра должна быть независимой, легкоосуществляемой и иметь надежную фиксацию.
Поверхностьсиденья, спинки и других элементов стула (кресла) должна быть полумягкой, снескользящим, слабо электризующимся и воздухопроницаемым покрытием,обеспечивающим легкую очистку от загрязнений.
6.11 Требованияк организации и оборудованию рабочих мест с ПЭВМ для взрослых пользователей
Высота рабочей поверхности стола для взрослых пользователейдолжна регулироваться в пределах 680 — 800 мм; при отсутствии такой возможности высота рабочей поверхности стола должна составлять 725 мм.
Модульными размерами рабочей поверхности стола для ПЭВМ, на основаниикоторых должны рассчитываться конструктивные размеры, следует считать: ширину800, 1000, 1200 и 1400 мм, глубину 800 и 1000 мм при нерегулируемой его высоте, равной 725 мм.
Рабочий стол должен иметь пространство для ног высотой неменее 600 мм, шириной — не менее 500 мм, глубиной на уровне колен — не менее 450 мм и на уровне вытянутых ног — не менее 650 мм.
Конструкция рабочего стула должна обеспечивать:
1) ширину и глубинуповерхности сиденья не менее 400 мм;
2) поверхность сиденьяс закругленным передним краем;
3) регулировкувысоты поверхности сиденья в пределах 400 — 550 мм и углам наклона вперед до 15 град, и назад до 5 град.;
4) высоту опорнойповерхности спинки 300 ± 20 мм, ширину — не менее 380 мм и радиус кривизны горизонтальной плоскости — 400 мм;
5) угол наклонаспинки в вертикальной плоскости в пределах ±30 градусов;
6) регулировкурасстояния спинки от переднего края сиденья в пределах 260 — 400 мм;
7) стационарные илисъемные подлокотники длиной не менее 250 мм и шириной — 50 — 70 мм;
8) регулировкуподлокотников по высоте над сиденьем в пределах 230 ± 30 мм и внутреннего расстояния между подлокотниками в пре делах 350 — 500 мм.
Рабочееместо пользователя ПЭВМ следует оборудовать подставкой для ног, имеющей ширинуне менее 300 мм, глубину не менее 400 мм, регулировку по высоте в пределах до 150 мм и по углу наклона опорной поверхности подставки до 20°. Поверхностьподставки должна быть рифленой и иметь по переднему краю бортик высотой 10 мм.
Клавиатуруследует располагать на поверхности стола на расстоянии 100 — 300 мм от края, обращенного к пользователю или на специальной, регулируемой по высоте рабочейповерхности, отделенной от основной столешницы.
6.12Требования к организации и оборудованию рабочих мест с ПЭВМ для обучающихся вобщеобразовательных учреждениях и учреждениях начального и высшего профессиональногообразования
Помещения для занятий оборудуются одноместными столами, предназначеннымидля работы с ПЭВМ.
Конструкция одноместного стола для работы с ПЭВМ должна предусматривать:
1) две раздельныеповерхности: одна горизонтальная для размещения ПЭВМ с плавной регулировкой повысоте в пределах 520 — 760 мм и вторая — для клавиатуры с плавной регулировкойпо высоте и углу наклона от 0 до 15 градусов с надежной фиксацией в оптимальномрабочем положении (12—15 градусов);
2) ширинуповерхностей для ВДТ и клавиатуры не менее 750 мм (ширина обеих поверхностей должна быть одинаковой) и глубину не менее 550 мм;
3) опоруповерхностей для ПЭВМ или ВДТ и для клавиатуры на стояк, в котором должнынаходиться провода электропитания и кабель локальной сети. Основание стоякаследует совмещать с подставкой для ног;
4) отсутствиеящиков;
5) увеличение шириныповерхностей до 1200 мм при оснащении рабочего места принтером.
Высота края стола, обращенного к работающему с ПЭВМ, и высотапространства для ног должны соответствовать росту обучающихся в обуви.
При наличии высокого стола и стула, несоответствующего ростуобучающихся, следует использовать регулируемую по высоте подставку для ног.
Линия взора должна быть перпендикулярна центру экрана и оптимальноеее отклонение от перпендикуляра, проходящего через центр экрана в вертикальнойплоскости, не должно превышать ±5 градусов, допустимое ±10 градусов.
Рабочее место с ПЭВМ оборудуют стулом, основные размеры которогодолжны соответствовать росту обучающихся в обуви.
Конструкцияодноместного стола должна состоять из двух частей или столов, соединенныхвместе: на одной поверхности стола располагается ВДТ, на другой — клавиатура.
Конструкциястола для размещения ПЭВМ должна предусматривать:
1) плавную и легкуюрегулировку по высоте с надежной фиксацией горизонтальной поверхности длявидеомонитора в пределах 460—520 мм при глубине не менее 550 мм и ширине — не менее 600 мм;
2) возможностьплавного и легкого изменения угла наклона поверхности для клавиатуры от 0 до 10град, с надежной фиксацией;
3) ширина и глубинаповерхности под клавиатуру должна быть не менее 600 мм;
4) ровную безуглублений поверхность стола для клавиатуры;
5) отсутствиеящиков;
6) пространство дляног под столом над полом не менее 400 мм. Ширина определяется конструкцией стола.
Замена стульев табуретками или скамейками не допускается.
Поверхность сиденья стула должна легко поддаватьсядезинфекции.
6.13Требования к организации медицинского обслуживания пользователей ПЭВМ
Лица, работающие с ПЭВМ более 50% рабочего времени (профессиональносвязанные с эксплуатацией ПЭВМ), должны проходить обязательные предварительныепри поступлении на работу и периодические медицинские осмотры в установленномпорядке.
Женщины со времени установления беременности переводятся на работы,не связанные с использованием ПЭВМ, или для них ограничивается время работы сПЭВМ (не более 3 ч за рабочую смену) при условии соблюдения гигиеническихтребований, установленных настоящими санитарными правилами. Трудоустройствобеременных женщин следует осуществлять в соответствии с законодательствомРоссийской Федерации.
Медицинскоеосвидетельствование студентов высших учебных заведений, учащихся среднихспециальных учебных заведений, детей дошкольного и школьного возраста напредмет установления противопоказаний к работе с ЭВМ проводится в установленномпорядке.
6.14 Требованияк проведению государственного санитарно-эпидемиологического надзора ипроизводственного контроля
Государственный санитарно-эпидемиологический надзор за производствоми эксплуатацией ПЭВМ осуществляется в соответствии с настоящими Санитарнымиправилами.
Не допускается реализация и эксплуатация на территорииРоссийской Федерации типов ПЭВМ, не имеющих санитарно-эпидемиологического заключения.
Инструментальный контроль за соблюдением требований настоящихСанитарных правил осуществляется в соответствии с действующей нормативнойдокументацией.
Производственный контроль за соблюдением санитарных правил осуществляетсяпроизводителем и поставщиком ПЭВМ, а также предприятиями и организациями,эксплуатирующими ПЭВМ в установленном порядке, в соответствии с действующимисанитарными правилами и другими нормативными документами.
6.15Расчет искусственного освещения аудитории вычислительного центра
Осветительныеустановки рассчитывают по методу коэффициента использования светового потока.Этот метод основан на связи между световым потоком источников света и среднейосвещенностью горизонтальной поверхности, при этом учитывается отраженный светот внутренних поверхностей стен и потолка.
Рассчитаемколичество люминесцентных светильников для компьютерной аудитории длинной 12 метров, шириной 6 метров и высотой 3,10 метра.
Определимрасчетную высоту подвеса светильника над рабочей поверхностью:
/> (9)
где:
h — расчетная высота подвесасветильника над рабочей
поверхностью,
H — высота помещения,
hр — высота рабочей поверхности,
hc — свес светильника
/>
Определимколичество светильников. Для этого определим расстояние между светильниками:
/> (10)
где:
/> оптимальное значениеотносительного расстояния, принят
равным1,4
/> примем 3 метра
Размещаемв комнате 13 люминесцентных светильников. Значения коэффициентов отраженияпотолка, стен и пола составляют соответственно:
/> />/>
Вычисляеминдекс помещения:
/> (11)
где:
А– длина аудитории,
В– ширина аудитории.
/>
Попринятым значениям коэффициентов отражения и индекса помещения iнайдем коэффициент светового потока.
Нормаосвещения на поверхности рабочего стола должна быть 300 – 500 лк.
Определяемрасчетный световой поток одной лампы
/> (12)
где:
/> расчетный световой потокодной лампы,
/>нормируемая освещенность,принята равной 400 лк.,
/>коэффициент запаса, равен1,4,
/>освещаемая площадь,
/>коэффициент,характеризующий неравномерность освещения, равен 1,1,
/> число светильников,
/>коэффициент использованияизлучаемого светильниками светового потока на расчетной плоскости, равен 0,68,
/>коэффициент затенения,равен 1.
/>
Выбираемлюминесцентный светильник с лампой типа ЛБ мощностью 80 ватт, номинальныйсветовой поток которой />5220лм.
Проверяемрасхождение расчетного и номинального световых потоков лампы:
/> (13)
/>,
чтонаходится в допустимых пределах.
Определимфактическую минимальную освещенность рабочей поверхности с учетом выбраннойлампы:
/> (14)
/>
Заключение
В соответствии сзаданием, в дипломном проекте рассмотрены новые методы диагностирования силовыхтрансформаторов, такие как метод определения 4-х фурановых производных методомгазожидкостной хроматографии, фотометрическая методика определения фурфурола,экспресс-методика визуального определения фурфурола в трансформаторных маслах,и др. Которые в настоящее время входят в эксплуатацию, помимо традиционных испытаний.
В отдельных главах рассмотренытермографические методы диагностирования тяговых подстанций так как решениезадач диагностирования электрооборудования тяговых подстанций (ТП) может бытьвыполнено на основе тепловизионных обследований (ТВО). Современные инфракрасныекамеры имеют значительное оптическое разрешение, широкий диапазон измеряемыхтемператур, не требуют охлаждения термочувствительного элемента жидким азотом.Эти приборы позволяют автоматически отсчитывать температуру в центре визирногоперекрытия, выстраивать профиль температуры в режиме реального времени, вестинепрерывную запись изображения на гибкий магнитный носитель. Вместе с приборамипоставляются программные продукты, обеспечивающие эффективную компьютерную обработкуполучаемых термограмм.
В дипломном проекте представленырезультаты тепловизионных обследований тяговых подстанций ВСЖД.
Разработана, испытана,отлажена и подготовлена к использованию экспертная система в инструментальнойсреде EXSYS, для обработки результатовдиагностирования силовых трансформаторов.
Необходимость созданияобусловлена тем, что для обработки большого объема сложной, неопределенной,неоднозначной, противоречивой и эвристической информации необходимы специальныеинформационные системы (ИС), оказывающие пользователям поддержку в принятии решений.
В экономической частипроекта выполнен расчёт стоимости разработки программного комплекса согласнометодике [23]. Затраты на разработку составили 32779,64 руб.
В разделе безопасностьжизнедеятельности и охрана труда разработаны эргономические и санитарно-гигиеническиенормы при организации работы вычислительного центра. В экологической частипроекта проанализировано влияние электромагнитного загрязнения при работе сЭВМ. Тематика разделов специфична и напрямую касается особенностей трудаинженера, использующего разработанные программные комплексы, то есть работникавычислительного центра. Правила и мероприятия, предложенные в разделах,являются необходимыми и обязательными для выполнения.
Таким образом, дипломныйпроект выполнен в соответствии с заданием в полном объеме.
Приложение А
Текстэкспертной системы для обработки результатов диагностирования силовыхтрансформаторов в инструментальной среде exsys
Subject: Экспертная системадля обработки результатов ТВО тр-в
Author: Л.В.Рудых
Starting text:
Этаэкспертная система поможет вам отыскать неисправности в тяговом трансформаторе.Ответьте на следующие вопросы (вариант " ДА" или «НЕТ»):
Endingtext:
Вероятнаяпричинанеисправности:
Uses all non-redundant rules in data derivations.
Probability System: 0 (false) or 1 (true)
DISPLAY THRESHOLD: 1
QUALIFIERS:
1) Выявлены локальные нагревы на стенках бака ТТ (РПТ)?
2) Наблюдаетсяповышение температуры, которого нет на соседних фазах или на таких же ТТ(РПТ),работающих рядом?
3) ТТ имеет системуохлаждения типов М и Д?
4) ТТ (РПТ) имеетсистему охлаждения типов ДЦ и Ц?
5) Разность междумаксимальной и минимальной температурами по высоте ТТ(РПТ) составляет 4..8градусов?
6) Наблюдаетсянеравномерное распределение тепловых потерь по высоте обмотки?
7) Выявленыперегревы крайних обмоток высокого напряжения?
8) Разность междумаксимальной и минимальной температурами по высоте ТТ составляет 20...35градусов?
9) Обнаруженоповышение температуры корпуса маслонасоса?
10) Нарушено плавноеповышение температуры по высоте термосифонного фильтра?
11) Температура трубрадиаторов низкая?
12) Обнаружено резкоепадение температуры в маслопроводе после газового реле или отсечного клапана?
13) Обнаружен нагреврасширителя герметичного маслонаполненного высоковольтного ввода?
14) Обнаруженонарушение плавного снижения температуры от бака трансформатора к расширителювысоковольтного ввода?
15) Выявленпродольный нагрев на поверхности фарфоровой покрышки, начиная от верхнегофланца?
16) Зафиксировананеравномерность температуры на поверхности высоковольтного ввода?
17) Выберите вид диагностирования:
18) Разность междумаксимальной и минимальной температурами по высоте ТТ составляет 20..35градусов?
19) ЭксплуатируетсяСТ, изготовленный по нормам ГОСТ 11677-65?
20) ЭксплуатируетсяСТ, изготовленный по нормам ГОСТ 11677-75 и -85?
21) Контролируетсявозбуждение магнитопровода стержня?
22) Контролируетсявозбуждение магнитопровода ярма?
23) Обнаружен низкийуровень масла в СТ?
24) Обнаружен высокийуровень масла в СТ?
25) Температура маслапри номинальной нагрузке выше допустимой (для СТ с системами охлаждения типовМ-95 гр., ДЦ и НДЦ — 70 гр.)?
26) Обнаруженоснижение давления в высоковольтном вводе?
27) При измененияхтемпературы окружающей среды и нагрузки показания манометра высоковольтноговвода не изменяются?
28) Обнаруженоповышенное давление в высоковольтном вводе?
29) Происходитинтенсивное старение (потемнение) масла?
30) Исследуемая пробагаза загорается от спички, поднесенной к крану газового реле?
31) Исследуемая пробагаза бесцветна и не горит?
32) Исследуемая пробагаза бело — серого цвета?
33) Исследуемая пробагаза желтого цвета?
34) Исследуемая пробагаза черного цвета?
35) Наблюдаютсячастичные разряды между обмоткой и барьерной изоляцией?
36) Уровень устойчивыхчастичных разрядов превышает уровень помех в 5 и более раз?
37) Наблюдаютсячастичные разряды между обмоткой и барьерной изоляцией по всей длине масляногоканала?
38) Наблюдаетсяползущий разряд в барьерной изоляции?
39) Обнаруженычастичные разряды между обмоткой и барьером?
40) Вибрирует весьбак?
41) В режиме нагрузкиусиливается вибрация СТ (или изменяется ее частота, или появляетсямодулированный шум)?
42) Присутствуютрезонансные колебания (шум) на частотах до 100 Гц?
43) Осматривается СТс системой охлаждения типа Д?
44) Присутствуютрезонансные колебания на частотах 300 и 500 Гц?
45) Присутствуютрезонансные колебания (шум) на частоте 100 Гц?
46) Присутствуют высокочастотныерезонансные колебания на частотах 700 Гц и выше?
47) При переходе от режимахолостого хода к режиму нагрузки вибрация бака уменьшается?
48) Шум и амплитудавибрации СТ превышают контрольное значение, пропорциональное квадрату тока?
49) Шум и амплитудавибрации СТ постепенно (от замера к замеру) превышают контрольное значение,пропорциональное квадрату тока?
50) Частотный спектршума и амплитуда вибрации СТ резко изменяются (от замера к замеру) и превышаютконтрольное значение, пропорциональное квадрату тока?
51) Величинаотносительного значения критерия (соотношение концентраций) CH4/H2 лежит впределах: >0.1, но
52) Величинаотносительного значения критерия (соотношение концентраций) C2H6/СH4 лежит впределах:
53) Величинаотносительного значения критерия (соотношение концентраций) C2H4/С2H6 лежит впределах:
54) Величинаотносительного значения критерия (соотношение концентраций) C2H2/С2H4 лежит впределах:
55) Величинаотносительного значения критерия (соотношение концентраций) CH4/H2 лежит впределах: >= 1.0?
CHOICES:
1)Возможно разрушение изоляции шпилек или обрыв шинок заземления.
2)Выявленное повышение температуры считается аномальным.
3)Работа ТТ нормальная.
4) РаботаТТ (РПТ) нормальная.
5) Возможноускоренное старение изоляции отдельных катушек или витков.
6) Возможноразбухание дополнительной бумажной изоляции или шламообразование.
7) Возможнотрение крыльчаток, дефекты подшипников, витковое замыкание в обмоткеэлектродвигателя.
8) Возможношламообразование или случайно закрыта задвижка, или ТТ(РПТ) работает в режимехолостого хода.
9) Возможнанеисправность плоского крана радиатора или ошибочное его закрытие, или коррозиятруб, или шламообразование.
10) Возможендефект плоского крана, расположенного у газового реле.
11) Возможнообразование короткозамкнутого контура внутри расширителя.
12) Возможнопонижение уровня масла в высоковольтном вводе.
13) Возможнычастичные разряды из-за увлажнения верхней части остова высоковольтного ввода.Нарушение герметичности прокладок маслорасширителя, попадание влаги.
14) Возможноразбухание бумажной основы высоковольтного ввода или смещение бумажной основывысоковольтного ввода или шлакообразование на уступах остова высоковольтноговвода или нарушение циркуляции масла в высоковольтном вводе.
15) Выявленнаяразница температур считается аномальной.
16) Приноминальной нагрузке допускается длительное превышение напряжения 1,05Uном.
17) При25%-ной нагрузке допускается длительное превышение напряжения 1,1Uном.
18) Приноминальной нагрузке допускается длительное превышение напряжения 1,1Uном.
19) Возможноналичие протечки в баке или в системе охлаждения. (Возможно срабатываниегазового реле, ускоренное старение масла, при оголении изоляции обмоток — перекрытие по воздуху.)
20) Возможно,допущен перелив масла в холодное время. (В СТ с азотной защитой образуется маслянаяпробка в системе дыхания, что может привести к срабатыванию газового реле или кнарушению целостности мембраны выхлопной трубы. В СТ с пленочной защитой могутсработать один или два предохранительных клапана. В случае если послесрабатывания клапан не закрыт.
21) Проверитьсистему охлаждения или перейти к диагностике внутренних повреждений. (Внутренние повреждения: образование короткозамкнутых контуров, нагревконтактных соединений, разбухание изоляции, приводящее к уменьшению сечениямасляных каналов.)
22) Возможнонарушение герметичности высоковольтного ввода (повреждение уплотнений).Возможно повреждение манометра. (Нарушение герметичности — очень опасноеповреждение, при неисправном манометре оно не будет своевременно обнаружено).
23) Возможнанеисправность манометра. (Нарушение герметичности — очень опасное повреждение,при неисправном манометре оно не будет своевременно обнаружено).
24) Возможнонарушение свойств масла. (Взять пробу масла для анализа).
25) Нужноискать источник повышенного нагрева. (Провести термографическое обследованиеСТ).
26) Имеютсявнутренние повреждения СТ.
27) Возможнойпричиной действия газового реле является выделение из масла воздуха.
28) Возможнотермическое повреждение бумажной или картонной изоляции.
29) Возможнотермическое повреждение деревянных клиньев и распорок.
30) Возможнотермическое разложение масла.
31) Внутреннихповреждений в СТ нет.
32) Возможнопонижение эффективной циркуляции масла в канале или появление токопроводящейдорожки на поверхности барьера. (Необходимы проверка работы системы охлаждения,анализ масла).
33) Возможно,имеется опасный развивающийся дефект.
34) Возможнопонижение эффективной циркуляции масла в канале или появление токопроводящейдорожки внутри барьера. (Опасный развивающийся дефект).
35) Улучшитьциркуляцию масла и провести его вакуумную очистку.
36) Возможнонарушение жесткости установки СТ на катках или фундаменте. (Проверить положениебашмака или установить дополнительные прокладки).
37) Возможно,ухудшается прессовка обмоток и магнитопровода.
38) Возможно,вибрации вызваны вентиляторами и маслонасосами.
39) Приотключении электродвигателей вентиляторов допускается нагрузка СТ не менее 50%номинальной мощности (ГОСТ 11677-85). (При отключении электродвигателейвентиляторов возможна локализация источника шума).
40) Вынужденныеколебания связаны с электродинамическими процессами. (Магнитострикция вмагнитопроводе и электродинамические процессы в обмотке).
41) Возможнараспрессовка или дефект сборки магнитопровода. ( Связь с процессами насыщениямагнитопровода).
42) Шумсвязан с внешними дефектами. (Высокочастотные колебания интенсивно поглощаютсямаслом).
43) Вибрационныедефекты отсутствуют.
44) Возможныослабление узлов крепления или потеря радиальной устойчивости обмоток.
45) Возможно,снижается качество запрессовки обмотки.
46) Происходитповреждение активной части СТ.
47) Вибрационныедефекты присутствуют.
48) Характердефекта: норма.
49) Характердефекта: Частичные разряды.
50) Характердефекта: Частичные разряды с перекрытием по поверхности изоляции.
51) Характердефекта: Длительное воздействие разрядов.
52) Характердефекта: Длительное воздействие дуги.
53) Характердефекта: Кратковременное воздействие дуги.
54) Характердефекта: Слабый локальный перегрев до 150 градусов.
55) Характердефекта: Локальный перегрев в диапазоне 150 — 200 градусов.
56) Характердефекта: Локальный перегрев в диапазоне 200-300 градусов.
57) Характердефекта: Общий перегрев обмотки.
58) Характердефекта: Циркуляционные токи в обмотке.
59) Характердефекта: Циркуляционные токи в магнитопроводе, баке, локальные перегревы.
60) Выберитеотносительные значения критериев.
Список литературы
1) Бузаев В.В., ЛьвовЮ.Н., Смоленская Н.Ю., Сапожников Ю.М. газохроматографический анализтрансформаторного масла на содержание в нем ионола.- Электрические станции,1996, N 1, с.51.
2) РД 34.46.302-89Методические указания по диагностике развивающихся дефектов по результатамхроматографического анализа газов, растворенных в масле силовыхтрансформаторов. — М., Союзтехэнерго, 1989.
3) РД 34.43.206-94Методика количественного химического анализа, определение содержанияпроизводных фурана в электроизоляционных маслах методом высокоэффективнойжидкостной хроматографии. — М., ОРГРЭС,1995.
4) «Методика контролясостояния твердой изоляции высоковольтного оборудования на основе анализафурановых производных» 1281.00.00.000Д — М., СКТБ ВКТ филиал АО Мосэнерго,1999.
5) Долин А.П., ПершинаН.Ф., Смекалов В.В. Опыт проведения комплексных обследований силовыхтрансформаторов. – Электрические станции, 2000, № 6, стр.46-52.
6) Типоваятехнологическая инструкция. Трансформаторы напряжением 110 – 1150 кВ, мощностью80 МВА и более. Капитальный ремонт. РДИ 34-38-058-91. М.: СПО ОРГРЭС, 1993.
7) Объем и нормы испытанийэлектрооборудования. РД 34.45-51.300.97.– 6-е изд. М.: ЭНАС, 1998.
8) Справочник.Технические средства диагностирования, под ред. чл.-кор. АН СССР Клюева В.В. — М.: Машиностроение, 1989. 672с. ил.
9) Типоваятехнологическая инструкция. Трансформаторы напряжением 110 – 1150 кВ, мощностью80 МВА и более. Капитальный ремонт. РДИ 34-38-058-91. М.: СПО ОРГРЭС, 1993.
10) Бажанов С.А.Инфракрасная диагностика электрооборудования распределительных устройств. — М.:НТФ «Энергопрогресс», 2000. — 76 с.
11) Вавилов В.П.Тепловые методы неразрушающего контроля: Справочник. — М.: Машиностроение,1991. – 240 с.
12) Власов А.Б. Обработка и анализданных тепловизионного контроля // Электротехника. 2002.- № 7.- С.37-43.
13) Объем и нормы испытанияэлектрооборудования. — М.: Энас, 1998.
14) Журавлев А.Н., Попов Г.В. Технология тепловизионного контроля вдиагностике силовых трансформаторов//WWW. Transforматоры.ru.
15) Власов А.Б., Джура А.В. Анализданных тепловизионного контроля электрооборудования в Колэнерго //Электрические станции. 2002.- № 7. -С.47-50.
16) Власов А.Б. Определениегамма — процентного ресурса контактных соединений по данным тепловизионнойдиагностики //Электротехника.2003. — №8. – С. 25- 28.
17) Власов А. Б.Тепловизионная диагностика в энергетике: достижения и проблемы // Электрика.2002.- № 12. С. 27-32.
18) А.Тей. Логическийподход к искусственному интеллекту / Пер. с франц.- М.: Мир, 1990. — 432 с.
19) Т.А.Гаврилова,В.Ф. Хорошевский. Базы знаний интеллектуальных систем.- СПб: Питер, 2000.- 384с.
20) П. Джексон.Введение в экспертные системы.: Пер. с англ. — М.: Вильямс, 2001. — 624 с.
21) Э.В. Попов, И.Б. Фоминых,Е.Б. Кисель, М.Д. Шапот. Статические и динамические экспертные системы. — М.:Финансы и Статистика, 1996. — 320 с.
22) Уотермен Д.Руководство по экспертным системам / Пер. с англ..- М.: Мир, 1989. — 388 с.
23) Экономическиеаспекты реализации проекта. Методические указания по выполнению экономическойчасти дипломного проекта для студентов специальности «Информационные системы втехнике и технологиях» всех форм обучения./ И.Ю. Сольская, С.А. Халетская — ИРКУТСК:ИрГУПС 2003 – 14с.
24) Рудаков Ю.В, ст. преподаватель;Карпенко И.Б, ассистент; Шадрина Л.В, доцент. Правила оформления пояснительнойзаписки к дипломному проекту. Методические указания. – Иркутск: Глазковскаятипография,1999. -–30 с.
25) Белов И.В,Терешина Н.П, Галайбурда В.Г. Экономика железнодорожного транспорта: Учеб. Длявузов ж. – д. трансп.- М.: УМКМПС России, 2001.–600с.
26) Санитарныеправила и нормы СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03" Гигиенические требования квидеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам иорганизации работы" (утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 14июля 2003 г. N 14).
27) ГОСТ 2. 104 – 68Основные надписи. Система ЕСКД. — М.: Издательство стандартов, 1971.
28) ГОСТ 2. 106 – 96.Текстовые документы. Система ЕСКД. – М.: Издательство стандартов, 1997.