Хроматографический анализ растворённых в масле газов (ХАРГ) на сегодняшний день является одним из самых распространённых методов оценки состояния силовых трансформаторов. На содержание и степень концентрации растворённых в масле газов влияет большое число факторов: перенапряжение, перегрузка, естественное старение изоляции, доливка старым маслом, длительное превышение среднесуточной температуры и т. д. Следствием этого является разрушение электрической изоляции, сопровождающееся выделением газов: водорода Н2, метана СН4, ацетилена С2Н2, этилена С2Н4, этана С2Н6, двуокиси углерода СО2, окиси углерода СО и др.
В методических указаниях изложены критерии диагностики развивающихся в трансформаторах дефектов (критерий ключевых газов, критерий граничных концентраций газов, критерий отношения концентраций пар газов для определения вида и характера дефекта, критерий скорости нарастания газов в масле); эксплуатационные факторы, влияющие на результаты ХАРГ; дефекты, обнаруживаемые в трансформаторах с помощью ХАРГ; основы диагностики эксплуатационного состояния трансформаторов по результатам ХАРГ; определение наличия дефекта в высоковольтных герметичных вводах по результатам анализа растворенных в масле газов.
Значения граничных концентраций газов, учитывая различные условия их эксплуатации в разных регионах, определяются для каждой энергосистемы по группам однотипных трансформаторов (блочные, сетевые, с регулированием напряжения или без регулирования, с одним сроком эксплуатации, одного класса напряжения и т.д.). По сведениям о соотношениях концентраций газов можно различать следующие состояния трансформатора: нормальное старение; частичные, искровые, дуговые разряды; низкотемпературный, среднетемпературный и высокотемпературный нагрев . Периодичность проведения ХАРГ для нормально работающих трансформаторов один раз в 6 мес. Если результаты анализа показывают, что содержание газов превышает граничные значения, то такой трансформатор берут под контроль и проводят хроматографический анализ чаще.
В электрической системе в качестве вида выделены 19 трёхобмоточных трансформаторов напряжением 110-220 кВ с РПН. В качестве видообразующего параметра исследуются результаты ХАРГ (содержание Н2, СН4, С2Н2, С2Н4, С2Н6, СО2, СО) за 5 лет дважды в год.
Ранговое параметрическое распределение одного из растворённых в масле газов (окиси углерода) изображено на рис. 1.
Рисунок 1. Ранговое параметрическое распределение содержания СО
Для определения принадлежности исследуемой совокупности данных к статистике техноценологического типа, по результатам анализов на первом этапе cформированы матрицы табулированного рангового параметрического распределения. Аппроксимация рангового распределения обеспечивает более высокую, по сравнению с аппроксимацией динамики, точность регрессионных моделей, что уже является проявлением свойств систем ценологического типа и создает предпосылки для создания методов прогноза состояния изоляции трансформаторов с учётом анализа растворённых в масле газов.
Законы развития техники, состоящей из отдельных элементов, и живой природы, включающей отдельные особи, имеют много общего. Известно, что в 1877 г. при исследовании свойств отдельных особей и совокупностей живых организмов Клаус Фердинанд Мебиус ввел понятие «биоценоз». Биоценоз - совокупность живых организмов, обитающих на определенном участке, где условия внешней среды определяют его видовой состав. Термин «техноценоз» и ценологический подход к исследованию сложных технических систем предложены Б.И. Кудриным, где техноценоз определяется как сообщество всех изделий, включающее все популяции, ограниченное в пространстве и времени. Кудрин Б.И. предложил использовать модель H-распределения для математического описания видового и рангового распределения техноценозов. Теория предполагает существование идеального распределения элементов ценоза.
Объясним существование идеальной технической системы с точки зрения гармонии. В технике существует понятие «Золотое сечение» - деление отрезка на две части, при котором длина отрезка так относится к большей части, как большая часть относится к меньшей. Это определение предложено Леонардо да Винчи в XV веке. Принято считать, что гармония и идеальное распределение ценоза как системы, выполняющей свое функциональное назначение, подчиняются «Золотому сечению», а понятие «Золотое сечение» неразрывно связано с числами Фибоначчи.
В 1202 г. была написана книга под названием «Liber abacci». Автором этой книги был итальянский купец и математик Леонардо (1180-1240 г.г.) из Пизы, известен по имени Фибоначчи. Часть этого трактата составляла задача про кроликов. Решая эту задачу, Фибоначчи получил последовательность чисел, где последующее число равно сумме двух предыдущих чисел: 0; 1; 1; 2; 3; 5; 8; 13; 21; 34 и т.д. Отношение последующего члена ряда к предыдущему с ростом последовательности стремится к коэффициенту золотого сечения Ф =1,618. Если взять числовой ряд 1,0; 0,62; 0,38; 0,24; 0,15; 0,09 и т.д. (что сильно напоминает шкалу мощностей трансформаторов), состоящий из чисел с коэффициентом 1,618 («Золотое сечение»), то этим числовым рядом можно описывать при ранжировании в ценозе соотношение количества видов и численности каждого вида.
Проверка гипотезы о соответствии совокупности данных нормальному распределению осуществлялась по критерию согласия Пирсона и критерию Фридмана; взаимосвязанность исследуемого техноценоза оценивалась коэффициентом конкордации; мера связи между парой ранговых распределений, характеризующая степень их взаимосвязи определялась с помощью выборочных коэффициентов ранговой корреляции Спирмена и Кендалла; теснота корреляционной связи между случайными переменными проверялась с использованием выборочного коэффициента линейной корреляции.
В результате расчётов выяснено, что данные не принадлежат нормальному закону распределения и все коэффициенты статистически значимы, а это говорит о том, что исследуемый объект является ярко выраженным техноценозом. Данный вывод позволяет при обработке статистических данных по ХАРГ использовать методологию рангового анализа.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о возможности использования методологии рангового параметрического распределения для анализа состояния силовых трансформаторов по результатам ХАРГ на основе пропорций золотого сечения.
Библиографическая ссылка
Чупак Т. М., Южанников А. Ю. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА НА ОСНОВЕ ЗОЛОТОГО СЕЧЕНИЯ // Фундаментальные исследования. – 2006. – № 9. – С. 81-82;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=5353 (дата обращения: 24.04.2024).