Прогнозная аналитика для силовых трансформаторов

Захаров О.А., главный специалист экспертной группы проекта ПРАНА АО «РОТЕК», Журнал «Энергоэксперт»

Естественное желание владельца технического объекта, как бизнес-единицы – знать минимально-необходимые финансовые вложения, позволяющие обеспечить работоспособное состояние оборудования и, как следствие, получить максимальную прибыль при эксплуатации своего объекта. Для этого ему необходимо обладать своевременной и достоверной информацией о том, как эксплуатируется объект. Для силовых трансформаторов такую информацию может предоставить программно-аппаратный комплекс предсказательной диагностики ПРАНА – первое в России запатентованное индустриальное IoT-решение для диагностики и прогноза состояния промышленного оборудования.

Владелец технического объекта хочет быть информирован, как минимум, о следующем:

• как объект обслуживается оперативно-техническим персоналом?
• как планируются упреждающие и корректирующие воздействия по поддержанию работоспособного и исправного состояния?
• как реализуются плановые и внеплановые воздействия (различные виды ремонтов и модернизации)?

Информация может быть получена из различных источников:

• актов расследования технологических нарушений;
• актов выполненных работ и протоколов проведенных испытаний;
• диагностических данных; заключений шеф-инженера и т. п.

В настоящее время базовой основой для определения технического состояния оборудования и формирования графиков ремонтов служат данные мониторинга и диагностики.

При современном развитии материалов, технологий и систем управления, а также наработок в таких ключевых отраслях, как приборостроение, энергомашиностроение и программно-аппаратное обеспечение, существует множество вариантов «обвязки» любого объекта наблюдения различными датчиками и системами, которые позволяют обеспечить вывод огромного массива информации на щиты управления, в диспетчерские пункты и ситуационные центры.

В качестве примера на рис. 1 приведена «обвязка» силового трансформатора, которая позволяет отслеживать в on-line режиме практически все существенные дефекты и неполадки всех узлов и элементов.

Кроме того, приведены конкретные производители и поставщики (отечественные и зарубежные) первичных датчиков и систем мониторинга и диагностики.
Казалось бы, никаких проблем с информацией о техническом состоянии оборудования нет, ее более чем достаточно. Но возникают два ключевых момента:

• многообразие датчиков и систем обработки и выдачи сигналов и, зачастую, отсутствие возможности их сочетать заставляют собственника нести дополнительные финансовые издержки из-за ограниченности их совместного применения (либо программно-аппаратная «игла», либо необходимость кардинальной замены существующей аппаратной «обвязки» при модернизации);
• оперативный персонал не в состоянии постоянно фиксировать и анализировать поток поступающей информации, при этом оперативно оценит возникновение и степень развития деградации физически невозможно, т.к. тренды параметров могут долго не быть критичными, а в определенный момент процесс начнет развиваться лавинообразно и что-то предпринять бывает поздно. В качестве компенсирующего действия основной упор в оперативно-техническом обслуживании делается на предупредительную сигнализацию и всевозможные технологические и иные защиты, а также противоаварийную автоматику.

Здесь сразу видится огромный минус, т.к. при срабатывании сигнализации и защит и отключении оборудования возникают два возможных сценария:

• неоправданно дорогой ремонт из-за давнего развития деградаций и соответственного ухудшения технического состояния смежных узлов и элементов;
• точечные воздействия на отключившемся оборудовании и включение его в работу с неопознанными и не устраненными деградациями.

Есть ли выход, и в чем он заключается?

Мировой опыт показывает, что наиболее целесообразно (с точки зрения экономики и интеллектуальной собственности) осуществлять удаленный мониторинг объектов группой экспертов, в которой каждый специалист по конкретному направлению (оборудованию) «ведет» в своей части (оценивает наличие и степень деградации; дает рекомендации оперативному персоналу) несколько разно удаленных объектов. При этом в помощь экспертам привлекаются программно-аппаратные средства статистической обработки данных.

Система ПРАНА, разработанная в компании РОТЕК, и является такой человеко-машинной экспертной системой (при этом полностью отечественной и запатентованной), где есть:

• центр удаленного мониторинга (ЦУМ), состоящий из диспетчерского центра и экспертной группы;
• универсальная программно-аппаратная «оболочка» ПРАНА, в основу которой положен известный аппарат математической статистики MSET – критерий Т 2 Хотеллинга (многомерное обобщение любого количества независимых переменных с разным коэффициентом влияния).

Универсальность системы ПРАНА очевидна: любое количество любых сигналов на входе дает на выходе всего один интегральный параметр, который и определяет изменение технического состояния объекта посредством сравнения в каждый момент времени фактического и модельного Т 2 . Основное условие корректного сопоставления – соответствие количества и наименования параметров сравниваемого «среза» (массива данных) и модельного. Источниками входных сигналов могут быть как архивные, так и текущие значения контролируемых параметров.

Примененная в системе ПРАНА методика максимально эффективна, т.к. определяет изменение технического состояния автоматически и при этом способна делать это на всем временном промежутке жизненного цикла оборудования:

• прошедшее (техническая генетика);
• настоящее (техническая диагностика);
• будущее (техническая прогностика).

Важно отметить, что, кроме методики, нужен правильный отбор входных параметров и корректно построенные и работающие режимные модели.

Если перейти непосредственно к силовым трансформаторам, то максимальная информативность обеспечивается:

• определением всех ключевых узлов объекта: РПН; обмотки, высоковольтные вводы; бак; сердечник; система охлаждения;
• регистрацией всех критических параметров, связанных с особенностями протекающих в трансформаторе электромагнитных, химических и механических процессов;
• группой параметров «частичные разряды в изоляции» и «вибрационные характеристики», которые временными трендами четко покажут зарождение и развитие деградаций.

Заключение

Чтобы окончательно доказать универсальность и эффективность системы ПРАНА, могут быть приведены варианты «обвязки» силовых трансформаторов: минимальный, оптимальный и максимальный (таблица 1)

Исходя из экономической целесообразности, собственник вправе выбрать любой из вариантов. При этом техническое состояние наблюдаемого трансформатора будет оцениваться достаточно и своевременно даже при выборе минимального варианта за счет правильно подобранных параметров первичной информации, которые оптимально перекрывают все узлы непосредственно, либо опосредованно, а также за счет уникальной по своей прозрачности и объективности методики.

Следует добавить, что сегодня создаются соответствующие математические модели и подключаются к системе ПРАНА силовые трансформаторы для дальнейшего их ввода в коммерческую эксплуатацию как объектов удаленного мониторинга и диагностики технического состояния.