СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G01R31/00 

Изобретение относится к способам непрерывного дистанционного контроля технического состояния высоковольтного электроэнергетического (ВЭЭ) оборудования, находящегося под напряжением, и может быть использовано для создания диагностических информационно-измерительных комплексов.

Известен способ контроля технического состояния ВЭЭ оборудования, в котором его состояние определяют по наблюдению распределения температуры на элементах ВЭЭ [Моисеев В.А., Лукичев А.Н., Энергетик, 2003, №10, с.40-41]. Применение термографии ИК-диапазона позволяет определить состояние контактных соединений ВЭЭ оборудования и наружных элементов (например, фарфоровых изоляторов) в любой момент времени без его отключения. Недостатком этого способа является то, что он не позволяет выявлять дефекты на косвенно перегреваемых поверхностях оборудования и состояние основной внутренней изоляции ВЭЭ.

Наиболее близким аналогом заявляемого решения является способ контроля состояния высоковольтного оборудования, включающий регистрацию и анализ его собственного электромагнитного излучения [Глухов О.А. и др. Методика оценки параметров частичных разрядов в высоковольтной изоляции при относительных измерениях их импульсных электромагнитных полей. Труды 4 межд. симп. по ЭМС, С.-Петербург, 2001, с.30-35]. Этот способ базируется на измерении средней интенсивности потока электромагнитных импульсов, излучаемых контролируемым ВЭЭ оборудованием, находящимся под напряжением, вследствие действия разрядов в наружных и внутренних частях этого оборудования.

Измерения в этом способе выполняют с помощью широкополосной приемной антенны произвольной поляризации, подключенной к входу специально изготовленного регистратора средней интенсивности потока электромагнитных импульсов, излучаемых контролируемым ВЭЭ оборудованием во всей рабочей полосе частот приемной измерительной антенны. По результатам измерений строят зависимость средней интенсивности потока излучаемых импульсов от порога обнаружения, фактически интегральную функцию распределения интенсивности импульсов, а в качестве диагностических параметров используют: крутизну наклонов отрезков аппроксимирующих прямых на участках логарифма этой зависимости, количество интервалов, необходимых для такой аппроксимации, и значения координат точек перегибов указанной зависимости. При этом дефектность контролируемого ВЭЭ оборудования устанавливают по динамике изменения указанной зависимости (а следовательно, по динамике изменений диагностических параметров этой зависимости) при выполнении серий периодических измерений на различных временных интервалах эксплуатации этого ВЭЭ оборудования.

Недостатками прототипа являются недостаточная глубина и надежность диагностирования дефектности контролируемого ВЭЭ. Так способ не позволяет определять дефектности в проводах отдельных вводов и выводов напряжения контролируемого ВЭЭ оборудования, на которые приходится до 40% отказов, что необходимо для принятия ответственного решения о частичном отключении, ремонте или своевременной замене дефектных элементов. Кроме того, недостатки указанного способа обусловлены низкой статистической точностью восстановления изменяющейся функции распределения импульсов, громоздкой процедурой обработки результатов косвенных измерений и применением специально изготовленной нестандартной измерительной аппаратуры.

Специфика диагностирования ЭЭО состоит в том, что, как правило, известна статистика нормальных режимов работы, а статистика диагностических параметров аварийных состояний мала или недоступна. Более того, полный перечень возможных аварий (алфавит состояний) неизвестен. Кроме того, современные требования непрерывности диагностического контроля под рабочим напряжением обусловливают необходимость надежного разделения нормальных режимов от (пред)аварийных. В способе-прототипе эта специфика не отражена.

Изобретение решает задачу создания способа контроля технического состояния электроэнергетического оборудования, обладающего универсальностью в отношении вида и физической природы диагностических параметров, надежностью непрерывного разделения нормального, штатного режима работы от (пред)аварийных режимов в условиях отсутствия информации о последних, возможностью определять дефектность в проводах отдельных высоковольтных вводов и выводов ЭЭ оборудования.

Поставленная задача решается тем, что предлагается способ контроля состояния высоковольтного электрооборудования, находящегося под напряжением, включающий регистрацию и анализ спектров его собственного электромагнитного излучения с выделением информативных частотных диапазонов и количественной оценкой параметров спектра в них, по которому в пространстве выделенных спектральных параметров формируют вектор параметров и по зарегистрированным выборкам-векторам для каждого известного состояния формируют границы замкнутой эталонной области каждого известного состояния, в этом же пространстве параметров вводят меру близости - метрику расстояния от текущего вектора параметров до каждой эталонной области, в режиме мониторинга по текущей выборке-вектору параметров численно определяют эти расстояния и классифицируют неизвестное текущее состояние контролируемого однотипного оборудования как состояние той эталонной области, для которой выполняется условие нахождения текущего вектора параметров внутри области, в случае выполнения условия нахождения текущего вектора параметров внутри нескольких пересекающихся областей, решение выносится в пользу той области-состояния, расстояние до которой - минимально.

Действия в предлагаемом способе позволяют в качестве компонентов вектора параметров использовать не только спектральные, но и любые другие характеристики, несущие информацию о состояниях контролируемого высоковольтного оборудования.

Способ может выполняться также при различных метриках определения расстояний в пространстве параметров и различных алгоритмах формирования границ замкнутых эталонных областей каждого известного состояния.

Способ осуществляют следующим образом. Выберем в качестве информативных спектральных параметров энергии спектральных составляющих в узкой полосе (спектральную плотность), в качестве метрики - евклидову, а собственную замкнутую область каждого состояния и ее границы будем представлять в форме сферы (сфероида в многомерном пространстве параметров), т.е. используем гауссову аппроксимацию неизвестных границ областей.

1. Регистрацию спектров собственного электромагнитного излучения (ЭМИ) контролируемого объекта производят сенсорной системой, состоящей из приемной широкополосной антенны, связанной со спектральным анализатором ВЧ- и СВЧ-диапазонов (типа Promax), диаграмма направленности которой фокусируется на элемент контролируемого объекта, например высоковольтный ввод, и компьютера типа Notebook. Пример такой регистрации ЭМИ от ввода фазы А автотрансформатора 220 кВ в диапазоне 40-180 МГц приведен на фиг.1.

Горизонтальная ось частот Х в указанном диапазоне разделена при регистрации на 1000 полос (частотных каналов) с шириной полосы каждого Δf_i=(180-40)/1000=140 КГц, i=1, 2…1000. Через каждые 20 мс производят новое измерение (выборку) спектра в указанной полосе и по горизонтальной оси Y - оси времени t регистрируют динамику изменения спектра ЭМИ объекта и набирают статистику - мониторинг объекта. По вертикальной оси Z откладывают амплитуды спектральных составляющих. В результате регистрации и анализа в качестве параметров f_i, i=1, 2, … N спектра в компьютере по стандартной формуле пакета прикладных программ и амплитудам зарегистрированных спектральных составляющих подсчитывают энергию в каждой спектральной полосе Δf_i.

2. Эти параметры и формируют координаты конечного N-мерного пространства размерностью N=1000, а значение параметра каждой спектральной полосы принимают за компоненту вектора параметров

где Т - знак транспонирования.

3. В сформированном пространстве для определенности евклидовом вводят соответствующую метрику - среднеквадратичное расстояние между любыми 2-мя точками - концами векторов и в ортогональной системе координат

Центр области каждого известного состояния M_S, (s=1, 2, …S, S - число - алфавит известных состояний) определяют, как вектор средних значений , компонентами которого являются средние значения каждой спектральной полосы Δf_i,

где k=1, 2, …, К, К - число выборок - реализаций спектра. Усреднение производят вдоль оси координат Y для каждой спектральной полосы Δf_i.

Размер каждой области и ее границы определяют через степень разброса - дисперсию компонент по каждой координате i (спектральной полосе Δf_i) N-мерного пространства с учетом некоррелированности дисперсий

.

Тогда радиус - скаляр R, определяющий размер области и ее границу, с вероятностью 0.997 равен R≈3G_S (для нормального распределения внутри области), а все изображающие точки (концы векторов - параметров), отображающие одно состояние, т.е. принадлежащие одной области s, удовлетворяют условию нахождения внутри или на границе замкнутой области

Для наглядности результат этого этапа (сформированные по выборкам спектров 2-х известных состояний центры и границы замкнутых областей) для случая N=2 в геометрической интерпретации представлен на фиг.2 - для областей-состояний, например, S1 - нормальное и S2 - аварийное или предаварийное.

4. В режиме мониторинга для неизвестной текущей реализации вектора спектральных параметров (он изображен на фиг.2 знаком x, а его компоненты f1_X и f2_X) определяют все расстояния

и текущий вектор классифицируется как относящийся к той области - состоянию s, для которого выполняется условие нахождения внутри области - (5).

5. В случае выполнения условия (5) для нескольких областей (пересекающиеся области) решение выносится в пользу нахождения в той области, расстояние до которой - минимально.

Таким образом, в заявляемом способе дефектность или норму непрерывно контролируемого ВЭЭ оборудования устанавливают по степени близости к известному состоянию - эталону. Замкнутость границ областей гарантирует надежное разделение известного, как правило, нормального режима от неизвестных или малоизученных, что часто встречается в диагностической практике при эксплуатации ВЭЭ, когда в первую очередь решается задача определения состояния "дефект - норма", а уже затем задача по определению типа дефекта. Решение последней сильно зависит от знания априорной статистики аварийных состояний. Кроме того, в предлагаемом способе нахождение или дрейф текущего вектора параметров вблизи границ области нормальных состояний может служить дополнительным признаком (предвестником) возникновения предаварийного состояния контролируемого объекта.

Изобретение относится к способам непрерывного дистанционного контроля технического состояния высоковольтного электроэнергетического (ВЭЭ) оборудования, находящегося под напряжением, и может быть использовано для создания диагностических информационно-измерительных комплексов. Сущность: в качестве параметров спектра оценивают энергии спектральных составляющих в узкой полосе. В пространстве спектральных параметров формируют вектор параметров. По зарегистрированным выборкам - векторам для каждого известного состояния формируют границы замкнутой эталонной области каждого известного состояния. Вводят меру близости - расстояние от текущего вектора параметров до каждой эталонной области известного состояния. Затем в режиме мониторинга по текущей выборке - вектору параметров численно определяют эти расстояния. Классифицируют неизвестное текущее состояние контролируемого оборудования как состояние той эталонной области известного состояния, для которой выполняется условие нахождения текущего вектора параметров внутри этой области. Технический результат: надежность непрерывного разделения штатного и аварийных режимов в условиях отсутствия информации о последних. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ контроля состояния высоковольтного электрооборудования, находящегося под напряжением, включающий регистрацию и анализ спектров его собственного электромагнитного излучения с выделением информативных частотных диапазонов и количественной оценкой параметров спектра в них, отличающийся тем, что в качестве параметров спектра оценивают энергии спектральных составляющих в узкой полосе, в пространстве спектральных параметров формируют вектор параметров и по зарегистрированным выборкам-векторам для каждого известного состояния формируют границы замкнутой эталонной области каждого известного состояния, в пространстве параметров вводят меру близости - расстояние от текущего вектора параметров до каждой эталонной области известного состояния, затем в режиме мониторинга по текущей выборке-вектору параметров численно определяют эти расстояния и классифицируют неизвестное текущее состояние контролируемого оборудования как состояние той эталонной области известного состояния, для которой выполняется условие нахождения текущего вектора параметров внутри этой области.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае выполнения условия нахождения текущего вектора параметров внутри нескольких пересекающихся эталонных областей известного состояния классифицируют неизвестное текущее состояние контролируемого оборудования как состояние той эталонной области известного состояния, расстояние до которой минимально.