6.4.2 Формирование признаков по методу элементов.
В
качестве
признаков
могут быть использованы характерные
элементы кривой
точки минимума, максимума и др. Значительный
опыт распознавания кривых по методу
элементов имеется в медицинской
диагностике. На рис.(6.9) изображена
электрокардиограмма, в которой типичными
элементами считаются зубцы (экстремальные
точки)
,
связанные
со стадиями сердечной деятельности.
Рисунок 6.9 –
Характерные элементы функции
(электрокардиограммы)
Диагностическое значение имеют ординаты и абсциссы характерных элементов, их взаимное положение и другие параметры.
В задачах технической диагностики в качестве элементов часто используется значение амплитуды колебаний с некоторой частотой. В этом случае проводится предварительный анализ спектра частот колебаний, возникающих при различных неисправностях и отказах.
В последнее время всё более широкое распространение получает акустический способ обследования электрооборудования [6.13, 6.14]. Он основан на регистрации звуковых импульсов, возникающих при электрических разрядах, с помощью датчиков, устанавливаемых, к примеру, на стенку бака трансформатора. Современные ультразвуковые датчики позволяют регистрировать разрядные процессы с энергией до 10–7 Дж. Этот способ диагностики отличается оперативностью и позволяет локализовать место дефекта, сопровождающегося разрядами. Кроме того, на основании акустического метода разработаны весьма экономичные системы мониторинга энергооборудования, популярные в мире.
Методики акустического обследования достаточно подробно изложены в [6.13, 6.14]. В электрооборудовании могут быть простые и сложные условия распространения ультразвука. В высоковольтных вводах, измерительных трансформаторах, токопроводах обычно имеются простые условия распространения ультразвука, при которых звук от разряда распространяется в почти однородной среде на расстояния порядка сотни длин волн и поэтому затухает незначительно.
В силовых трансформаторах, в элегазовых аппаратах источник электрического разряда может находиться в глубине оборудования. В этом случае ультразвук проходит ряд преград и значительно затухает. Если у небольших маслонаполненных объектов величина акустического сигнала практически одинакова в любой точке поверхности, то при обследовании, например, силового трансформатора это отличие более значительно, и необходимо, перемещая датчик, искать область поверхности с максимальным сигналом.
С помощью акустической диагностики предотвращены десятки аварий энергетического оборудования в нашей стране и за рубежом. Накоплен целый ряд звуков, являющихся предвестниками пробоя. Для обучения, а также для тестового сравнения звуков от различных источников имеются аудиозаписи реальных сигналов электрических разрядов, обнаруженных:
в увлажненной основной изоляции силового трансформатора;
во втычном контакте ввода 220 кВ силового трансформатора;
в изоляции ввода 220 кВ;
в КРУЭ 220 кВ при попадании металлической стружки на изолятор;
в элегазовом выключателе 110 кВ с трещиной изолятора;
в концевой муфте кабельной линии 110 кВ с полиэтиленовой изоляцией;
в переходной стопорной муфте 110 кВ с увлажненным маслом;
в трансформаторах тока и напряжения 110–500 кВ с частичными разрядами в бумажно-масляной изоляции и др.
Акустические сигналы в оборудовании, вызванные электрическими разрядами, можно обнаружить даже на фоне помех: вибростука, шума маслонасосов и вентиляторов и т. п.
Скорость звука в трансформаторном масле См = 1390 м/с, и рабочая частота датчика в районе 100 кГц, поэтому ~ 1,5 см, что примерно в 10–20 раз меньше ч. Человек умеет распознавать звук в привычном звуковом диапазоне, ориентируясь на ч = 33 см. Обычно звук разряда в изоляции трансформатора приходит с дистанции порядка 1 м, то есть длина распространения измеряется почти сотней длин волн. Для привычной звуковой картины на частоте 1 кГц в воздухе 100 длин волн это 30 м. Из-за отражений звук создает реверберационную картину. Кроме того, проходя стенку бака, продольная звуковая волна превращается в поперечные, сдвиговые и поверхностные волны, которые в свою очередь сложным образом преобразуются ультразвуковым датчиком в электрический сигнал. Учесть все передаточные функции среды, датчика и восстановить истинный звук разряда пока не представляется возможным. Однако и искаженные акустические сигналы можно уверенно интерпретировать.
Замедленные и слышимые звуки разрядов – это щелчки, как правило, с периодом 1 с. Осциллограмма такого звука содержит 5–15 периодов затухающих колебаний. Этот звук короткий (~ 5 мс), не музыкальный и не речевой. Для цифрового анализа этого звука следует применять вейвлет-преобразование. Классификация осциллограммы звука или ее вейвлет-преобразование производится математическими методами распознавания образов [6.15]. Причем важны не столько частота и тембр звука, сколько признаки, именуемые признаками максимального правдоподобия. В настоящее время и человеком, и программой проводится следующая классификация:
одиночный частичный разряд в масле и элегазе;
одиночный искровой разряд в масле;
многочисленные разряды в масле;
виброударный механический процесс.
В будущем эту классификацию можно расширить. На рисунках 6.10-6.14 приведены примеры дефектов обнаруженных методами акустической диагностики [6.13, 6.14].
Рисунок 6.10 – Осциллограммап импульсов ЧР и их акустической локтации
а б
Рисунок 6.11 – Акустическая антенна на крышке бака трансформатора (а) и предполагаемое место дефекта (б).
Рисунок 6.12 – Акустические сигналы за два периода сети в изоляции верхнего каскада ТФРМ-750 при кажущихся частичных разрядах в изоляции 60 пКл.
а б
Рисунок 6.13 – Осциллограмма сигналов от разрядов в магнитопроводе а, и спектр сигналов б.