Автоматизированная экспертная диагностическая система по частичным разрядам

Современной тенденцией в организации и проведении диагностических работ является разработка и внедрение автоматизированных экспертных диагностических систем. В этом вопросе диагностика дефектов по частичным разрядам в изоляции высоковольтного оборудования не является исключением, все больше фирм занимаются разработкой автоматизированных экспертных систем такого назначения. Любому предприятию, эксплуатирующему высоковольтное оборудование, дешевле и эффективнее приобрести современную и эффективную диагностическую программу, чем содержать квалифицированный диагностический персонал, неся большие затраты на его обучение, оснащение и поддержку.

Вполне очевидно, что любая автоматизированная экспертная система отражает конкретный взгляд на процедуру диагностики, соответствующий мнению одного, или группы создателей этой программы. Также очевидно, что внутренний объем знаний каждой «готовой» экспертной системы, даже в идеальном случае, равен, а реально всегда меньше общей суммы знаний, которыми обладают авторы этой диагностической системы. В лучшем случае, экспертная диагностическая система может корректно обрабатывать наиболее характерные, диагностировать часто повторяющиеся проблемы в изоляции.

Можно определить основные целевые функции внедрения автоматизированных экспертных систем диагностики следующим образом:

• Во-первых, это реальное средство проведения оперативной диагностики состояния изоляции высоковольтного оборудования, проводимой максимально часто, в наиболее простых и общих случаях.
• Во-вторых, это реализация обучающей функции для практических диагностов, когда начинающий пользователь может осваивать азы диагностики на алгоритмах, которые описаны в экспертной системе, сверяя свои заключения с заключениями системы. Т. е. начинающий диагност может достаточно быстро достигнуть уровня, заложенного в экспертной системе ее авторами. Важным является то, что при этом вовсе не обязательно реально найти эти дефекты на практике, достаточно обучающего аспекта.
• В-третьих, если это не закрытая, а открытая, адаптивная экспертная система, то подготовленный пользователь может сам вносить накапливаемую им аналитическую информацию в общую базу знаний системы. Это будет позволять пользователю экспертной системы, а в идеальном случае и всем другим ее пользователям, постоянно повышать общую эффективность работы экспертной системы.

Нам известно достаточно ограниченное количество экспертных систем диагностики состояния изоляции высоковольтного оборудования, по уровню и распределению частичных разрядов, реально используемых на практике. Однако мы надеемся, что временное положение, которое, с течением времени, значительно измениться, автоматизированных систем диагностики будет все больше и больше.

Ниже, в качестве примера, приведена краткая информация о структуре и об особенностях работы экспертной диагностической системы «PD-Expert», разработанной сотрудниками фирмы «DIMRUS». Причина такого выбора очевидна, автор данного пособия является одним из разработчиков этой системы, поэтому приведенная ниже информация не нарушает авторских прав коллектива создателей данной системы.

Диагностика в «PD-Expert»

Нам кажется, что вы уже догадались, что в экспертной системе «PD-Expert» реализован подход к диагностике, описанный в данном пособии в предыдущих разделах. В этом нет ничего удивительного, на сегодня это наиболее общий и универсальный алгоритм диагностики. Именно он реализуется в большинстве экспертных систем диагностики, разработанных сотрудниками других фирм. Все эти экспертные диагностические системы, других фирм - разработчиков, естественно, отличаются в особенностях своей практической реализации, но в основе своей, повторяют внутренние алгоритмы диагностики, реализованные «внутри» программного обеспечения.

Автоматизированная экспертная диагностическая система «PD-Expert» предназначена для работы со всеми переносными диагностическими приборами и стационарными системами мониторинга, которые разработаны фирмой «DIMRUS». Она использует общий формат хранения данных, используемый во всех приборах. Этот формат данных является открытым, доступным для использования другими разработчиками в приборах измерения частичных разрядов, и в программных продуктах. Это очень важно при выборе диагностической системы, она должна быть дружественной в используемых форматах хранения информации.

Обработка первичной информации, полученной в реально выполненном замере частичных разрядов, а также диагностика типов дефектов, проводимая в системе «PD-Expert», иллюстрируется при помощи рисунка. На этом рисунке показан один из основных экранных интерфейсов программы, непосредственно относящейся к процедуре диагностики дефектов в изоляции.

Справа вверху, на рабочем экране располагается стандартная TFM плоскость, на которой размещается вся информация о частичных разрядах выбранного замера, относящихся к одному измерительному каналу. Пользователь имеет возможность воспользоваться двумя способами «раскладки» импульсов на плоскости на группы.

Пользователь может выбрать «ручной способ раскладки» импульсов частичных разрядов в отдельные группы, используя TFM плоскость, когда он сам, по своим диагностическим признакам, будет определять границы зон распределения импульсов, относящихся к тому, или иному дефекту в изоляции. Во втором способе раскладки импульсов на группы, задача будет решаться автоматически, при помощи внутренних алгоритмов программы, когда группировку импульсов осуществляет сама программа. Для этого метода пользователь может только уточнять диагностические признаки, по которым будет производиться раскладка импульсов на группы.

В зависимости от количества выявленных программой, или пользователем, групп «похожих» импульсов на TFM плоскости, обладающих одинаковыми частотными и временными параметрами, программа автоматически создает необходимое количество «маленьких TFM плоскостей», на каждой из которых будут отображаться импульсы частичных разрядов, относящиеся только к одной локальной группе. Эти локальные распределения импульсов частичных разрядов будут располагаться на своих графиках, рядом с основным графиком TFM, и ниже его. На рисунке программой выявлена только одна группа импульсов, которая и показана в дополнительном окошке.

Справа внизу, на рабочем окне программы, располагается PRPD плоскость, на которой может быть показано распределение импульсов частичных разрядов относительно синусоиды приложенного к изоляции напряжения. Эта часть экрана позволяет оперативно оценивать тип вероятного дефекта, импульсы от которого присутствуют в замере, и были выделены в выбранную группу. Для этого на ней могут быть показаны или все импульсы частичных разрядов выбранного для диагностики замера, или же только их часть, которая сосредоточена на TFM плоскости в виде группы импульсов.

Для удобства анализа распределения импульсов, справа и снизу от PRPD плоскости, располагаются графические указатели, которые показывают распределение энергии импульсов, в функции амплитуды и полярности импульсов, и относительно фазового угла синусоиды питающей сети. Это вспомогательные графики, помогающие правильно оценивать распределение импульсов, более корректно проводить «ручную» диагностику дефектов в изоляции высоковольтного оборудования.

По каждой выделенной из общего замера группе импульсов может быть проведена автоматизированная, или «ручная» диагностика вероятных типов дефектов в изоляции. Для этой цели используется встроенная библиотека образов дефектов в изоляции. Результаты такой диагностики показываются в отдельном графическом окне программы, в виде готового текстового отчета.

Базовая библиотека образов дефектов, минимальной конфигурации, поставляется вместе с программой. При необходимости, пользователь может дополнительно описать и сохранить в памяти программы образы других дефектов, в соответствии со своим пониманием определенных дефектов, с которыми ему приходится встречаться. Пользователь так же может, по желанию, самостоятельно модифицировать уже имеющиеся в памяти программы диагностические правила и образы дефектов, если они, на его практический взгляд, неотложно нуждаются в этом.

Мы не будем подробно рассматривать, как работают все внутренние диагностические алгоритмы нашей экспертной программы «PD-Expert», которые жестко зашиты в памяти, это не самый принципиальный вопрос в данном случае. Мы просто приведем небольшую по объему, но понятную и полезную информацию, о графических средствах настройки экспертных диагностических правил. Это нужно для того, чтобы процедура диагностирования стала более понятной для практических пользователей.

Создание диагностических правил

Для пользователей и разработчиков экспертных систем мы опишем, как в нашей программе создаются и редактируются «внутренние» диагностические правила, тем более, что эти функции доступны пользователю программы «PD-Expert». Думаем, что это будет иметь практический смысл.

Эта важная функция экспертной диагностической системы, позволяющая совершенствовать и улучшать работу диагностической части, иллюстрируется при помощи информации, приведенной на рисунке. Порядок работы с этой функцией программы «PD-Expert», определяющей все особенности последующей автоматической диагностики дефекта в изоляции, следующий:

• Пользователь экспертной системы, в первую очередь, определяет наименование «будущего дефекта», алгоритм автоматизированной диагностики которого он хочет запрограммировать, используя свои наработки. Это делается в верхней строке окна программы. Это название дефекта будет в дальнейшем использоваться во всех отчетах, которые будут создаваться программой автоматически. Чем корректнее это название будет сформулировано пользователем, тем меньше вопросов будет возникать в дальнейшем, при практическом диагностировании данного дефекта. Пользователь также должен указать, в следующей строке, в каком типе оборудования он предполагает диагностирование данного дефекта, какие специфические особенности он учитывает.
• На условной PRPD плоскости, расположенной на экране чуть ниже, пользователем выбираются угловые и амплитудные зоны, в которых, преимущественно, должны располагаться импульсы частичных разрядов, вызываемые данным типом дефекта в изоляции, в данном типе высоковольтного оборудования. Это можно сделать двумя способами, или задавая цифровые значения параметров зон, или же непосредственно на графике, передвигая границы зон «мышкой». Для удобства восприятия информации достаточно большого объема, все параметры, относящиеся к положительной полуволне синусоиды питающей сети, отображаются на экране компьютера красным цветом, а относящиеся к отрицательной зоне синусоиды питающей сети - синим цветом. К сожалению, в нашем методическом руководстве, выполненным черно – белым, это не видно.

На каждой полуволне питающего напряжения, пользователем могут быть определены две зоны PRPD плоскости, вложенные одна в другую. Внутренняя зона имеет больший весовой коэффициент в алгоритме диагностики, чем внешняя. Это тоже помогает более правильно описать требования к импульсам частичных разрядов, возникающих при таком типе дефекта в изоляции.

Для большего удобства, пользователь может не рисовать зоны произвольно, а взять из архива программы реальный замер частичных разрядов, соответствующий описываемому дефекту в изоляции, и поместить его в генератор диагностических правил, на PRPD плоскость. В этом случае пользователю будет достаточно просто установить необходимые границы зон, относящиеся к данному замеру, ориентируясь на уже имеющееся распределение импульсов частичных разрядов.

• Для всех выбранных на PRPG плоскости локальных зон, математически, определяются соотношения между различными интегральными параметрами импульсов в зонах. Это соотношения между параметрами красной и синей зон. Это соотношения параметров между зонами на каждой полуволне питающего напряжения, внешней и внутренней. Это делается при помощи специального конструктора логических и математических соотношений, определяющих связь параметров между собой. Таких конструкторов (представленных таблицами) два, по одному для каждой зоны.
• Аналогично определяются соотношения основных параметров импульсов частичных разрядов между зонами разного цвета, при помощи следующего окна программы (таблицы), расположенного ниже.
• На заключительном этапе создания диагностического правила определяются интегральные параметры, и их соотношения, суммарно оценивающие весь замер частичных разрядов, включая импульсы из красной зоны, и из синей. Это самая нижняя таблица в графическом окне, приведенном на рисунке.

Из этого краткого описания процедуры формирования диагностического правила, показанной на рисунке, видно, что весь алгоритм работы каждого диагностического правила в экспертной системе «PD-Expert» сформирован согласно выше изложенному порядку проведения диагностики дефектов в изоляции высоковольтного оборудования. Только в данном случае процедура является максимально формализованной, и понятной для практического использования.

Создание диагностического паспорта

Следующим важным шагом в формировании общего алгоритма автоматической диагностики дефектов в оборудовании различных типов, является формирование диагностических паспортов контролируемого оборудования. Необходимость использования такой функции очевидна, учитывая наличие больших различий и особенностей диагностирования дефектов в различном оборудовании. Для каждого типа высоковольтного оборудования, а может быть и марки, приходится формировать свой диагностический паспорт.

Формирование такого диагностического паспорта, реализованное в экспертной программе «PD-Expert», применительно к силовому трансформатору, иллюстрируется при помощи информации, приведенной на рисунке.

Суть процедуры создания диагностического паспорта, создаваемого на тип оборудования, в системе «PD-Expert» заключается в том, что необходимо корректно учитывать особенности возникновения, и проявления дефектов в изоляции различного оборудования. Поэтому, для каждого типа контролируемого оборудования, может быть даже для каждой марки внутри типа, в программе имеется возможность реализовать уникальную диагностику дефектов, используя замеры частичных разрядов.

• Во-первых, можно проводить диагностику технического состояния изоляции на основе использования специфического набора дефектов, возникновение которых возможно внутри данного типа оборудования, причем, часть из этих дефектов может быть уникальными. Это понятно, ведь диагностика дефектов внутри изоляции, например, для трансформаторов и электрических машин, существенно различается.
• Во-вторых, появляется возможность максимально корректно учитывать особенности проявления каждого из выявляемых дефектов, возникающих в изоляции оборудования контролируемого типа.

На рисунке показывается, как для каждого типа оборудования происходит формирование диагностического паспорта.

• На первом этапе формирования паспорта фиксируются основные технические параметры оборудования.
• Далее, на втором этапе, производится формирование массива датчиков частичных разрядов, монтируемых на оборудовании.
• На третьем этапе, в диагностический паспорт включаются те диагностические правила, которые предназначены для оборудования такого типа, и учитывают специфические особенности данного типа высоковольтного оборудования. Для реализации этой возможности необходимо заранее сформировать такие диагностические правила.

Диагностический паспорт определяет порядок проверки замеров частичных разрядов на соответствие признакам конкретных дефектов в изоляции оборудования, причем все процедуры проводятся в автоматическом режиме.

Достоверность диагностики экспертной системой «PD-Expert»

Достоверность работы приведенной экспертной системы достаточно высока. По простым стандартным дефектам она не меньше 90%, т. е. в 9 из 10 случаев программа дает точный диагноз. Для более сложных, а особенно комбинированных дефектов, достоверность ниже, но все же она не меньше 70%. На наш взгляд, это вполне достаточная достоверность, приемлемая для автоматизированной диагностики дефектов в изоляции.

Начинающий специалист, работающий в области диагностики дефектов в изоляции по частичным разрядам, делает существенно больше ошибок. Поэтому на практике применение автоматизированных систем диагностики, хотя бы в качестве обучающих, оправданно и просто даже необходимо.

По автоматизированным экспертным системам, разработанным сотрудниками других фирм, в литературе приводится примерно такая же достоверность проводимой диагностики, от 70 до 90% правильных диагнозов. Это примерное равенство свойств вполне понятно, мы уже не раз говорили, все существующие автоматизированные экспертные системы диагностики дефектов в высоковольтной изоляции используют примерно одинаковые диагностические подходы.

Это статья взята из книги Русова В.А. "Измерение частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования"