Využití časových řad v diagnostice výkonových olejových transformátorů - 1. část

Podobné dokumenty
Regresní a korelační analýza

V praxi pracujeme s daty nominálními (nabývají pouze dvou hodnot), kategoriálními (nabývají více

Tématické celky { kontrolní otázky.

Dynamické metody pro predikci rizika

STUDIUM HLADINOVÉHO ELEKTROSTATICKÉHO

(Auto)korelační funkce Statistické vyhodnocování exp. dat M. Čada ~ cada

1 Lineární stochastický systém a jeho vlastnosti. 2 Kovarianční funkce, výkonová spektrální hustota, spektrální faktorizace,

1. Pravděpodobnost a statistika (MP leden 2010)

Matematika pro chemické inženýry. Drahoslava Janovská

KGG/STG Statistika pro geografy

Měření rozložení optické intenzity ve vzdálené zóně

ZVÝŠENÍ KONKURENCESCHOPNOSTI SPALOVACÍHO MOTORU NA STLAČENÝ ZEMNÍ PLYN COMPETITIVENESS INCREASE OF THE CNG ENGINE

Rozptyl. Pozn.: rozptyl je nezávislý na posunu hustoty pravděpodobnosti na ose x, protože Var(X) mi určuje jen šířku rozdělení.

TERMOKINETIKA PŮDNÍ POVRCHOVÉ VRSTVY Thermokinetics of Surface Soil Layer

6. T e s t o v á n í h y p o t é z

Zpracování studie týkající se průzkumu vlastností statistických proměnných a vztahů mezi nimi.

Program pro zobrazení černobílých snímků v nepravých barvách

VLIV STŘÍDAVÉHO MAGNETICKÉHO POLE NA PLASTICKOU DEFORMACI OCELI ZA STUDENA.

Bayesovská klasifikace digitálních obrazů

Kvantifikace operačního rizika v rámci Přistupu distribuce ztrát

Fyzikální praktikum 1

1. Alternativní rozdělení A(p) (Bernoulli) je diskrétní rozdělení, kdy. p(0) = P (X = 0) = 1 p, p(1) = P (X = 1) = p, 0 < p < 1.

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 4: Balmerova série vodíku. Abstrakt

Biostatistika a matematické metody epidemiologie- stručné studijní texty

MODELOVÁNÍ V EPIDEMIOLOGII

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně

Statistické metody v digitálním zpracování obrazu. Jindřich Soukup 3. února 2012

PREDIKCE VÝVOJE DIAGNOSTICKÝCH VELIČIN

Pravděpodobnost a statistika

Státní maturita 2011 Maturitní testy a zadání jaro 2011 Matematika: didaktický test - základní úrove obtíºnosti MAMZD11C0T02 e²ené p íklady

Poznámky k předmětu Aplikovaná statistika, 9.téma

VÍCEROZMĚRNÝ STATISTICKÝ SOUBOR

PREDIKCE DÉLKY KOLONY V KŘIŽOVATCE PREDICTION OF THE LENGTH OF THE COLUMN IN THE INTERSECTION

Řešené úlohy ze statistické fyziky a termodynamiky

Matematický ústav v Opavě. Studijní text k předmětu. Softwarová podpora matematických metod v ekonomice

Zpracování a vyhodnocování analytických dat

Elektrické vlastnosti pevných látek

ACTA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE ET SILVICULTURAE MENDELIANAE BRUNENSIS SBORNÍK MENDELOVY ZEMĚDĚLSKÉ A LESNICKÉ UNIVERZITY V BRNĚ

FAKULTA STAVEBNÍ MATEMATIKA II MODUL 2 STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

VYUŽITÍ SOFTWARU MATHEMATICA VE VÝUCE PŘEDMĚTU MATEMATIKA V EKONOMII 1

Projekty do předmětu MF

Dvoupásmová aktivní anténa s kruhovou polarizací

STATISTICA Téma 8. Regresní a korelační analýza, regrese prostá

3.2 Rovnice postupné vlny v bodové řadě a v prostoru

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2010, ročník X, řada stavební článek č. 17.

Některé zákony rozdělení pravděpodobnosti. 1. Binomické rozdělení

Exponenciála matice a její užití. fundamentálních matic. Užití mocninných řad pro rovnice druhého řádu

5 Měření absorpce ionizujícího záření v závislosti na tlaku vzduchu

Matematika I Reálná funkce jedné promìnné

Měření indexu lomu kapaliny pomocí CD disku

Anténní řada 2x2 pro přenos digitálního TV signálu v pásmu 4,4 až 5 GHz

Marta Vomlelová

Periodicita v časové řadě, její popis a identifikace

Úloha 6 - Návrh stropu obytné budovy

2. Je dáno jevové pole (Ω;A) a na něm nezáporná normovaná funkce. Definujte distrubuční funkci náhodného vektoru.

Integrovaná dvoupásmová flíčkovo-monopólová anténa

Karta předmětu prezenční studium

1 Tyto materiály byly vytvořeny za pomoci grantu FRVŠ číslo 1145/2004.

Rotační skořepiny, tlakové nádoby, trubky. i Výpočet bez chyb. ii Informace o o projektu?

Petr Chvosta. vlevo, bude pravděpodobnost toho, že se tyč na počátku intervalu τ B nachází nad vpravo

Univerzita Pardubice Fakulta chemicko technologická Katedra analytické chemie Licenční studium Management systému jakosti

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P04 MECHANICKÉ KMITÁNÍ

3 - Hmotnostní bilance filtrace a výpočet konstant filtrační rovnice

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

Regresní analýza. Statistika II. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FEM UO Brno kancelář 69a, tel

8 ANALÝZA ČASOVÝCH ŘAD SEZÓNNÍ SLOŽKA

12 Prostup tepla povrchem s žebry

1.7. Mechanické kmitání

Protonační rovnováhy léčiv faktorovou analýzou a nelineární regresí absorbanční responzní plochy

Mechanicke kmita nı a vlneˇnı

PM generátory s různým počtem pólů a typem vinutí pro použití v manipulační technice

ÚDRŽBA HNACÍCH VOZIDEL ZAMĚŘENÉ NA BEZPORUCHOVOST

Statistické vyhodnocování experimentálních dat. Mgr. Martin Čada, Ph.D.

Pro bodový odhad při základním krigování by soustava rovnic v maticovém tvaru vypadala následovně:

Téma je podrobně zpracováno ve skriptech [1], kapitola

ŘECKÁ FINANČNÍ KRIZE Z POHLEDU TEORIE HER

UKÁZKA VYUŽITÍ PROGRAMU WINQSB PŘI VÝUCE KVANTITATIVNÍCH METOD V ROZHODOVÁNÍ V DISTANČNÍ FORMĚ STUDIA

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ Fakulta strojního inženýrství Ústav strojírenské technologie

plynu, Měření Poissonovy konstanty vzduchu

Západočeská univerzita v Plzni. Fakulta aplikovaných věd

Regresní analýza nehodovosti na světelně řízených křižovatkách

SEIZMICKÁ ODOLNOST STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ

Optické měřicí 3D metody

VÝSKYT SUCHÝCH MĚSÍCŮ V BRNĚNSKÉ SRÁŽKOVÉ ŘADĚ V OBDOBÍ

Časové řady, typy trendových funkcí a odhady trendů

Aplikovaná optika. Optika. Vlnová optika. Geometrická optika. Kvantová optika. - pracuje s čistě geometrickými představami

Hledání závislostí technologických a nákladových charakteristik při tavení oceli na elektrických obloukových pecích

y n+1 = g(x n, y n ),

STP022 PRAVDĚPODOBNOST A MATEMATICKÁ STATISTIKA

W = 1/2Q x U = ½ CxU 2 [1]

INTERAKTIVNÍ TABULE A MATEMATICKÝ SOFTWARE GEOGEBRA PŘI VÝUCE MATEMATIKY V ANGLICKÉM JAZYCE

Elektrická impedanční tomografie

4. Tenkostěnné za studena tvarované prvky. Návrh na únavu OK.

Daniel Honc, František Dušek Katedra řízení procesů a výpočetní techniky, FCHT, Univerzita Pardubice

Měření závislosti statistických dat

10.1 Úvod Návrhové hodnoty vlastností materiálu. 10 Dřevo a jeho chování při požáru. Petr Kuklík

Únosnosti stanovené níže jsou uvedeny na samostatné stránce pro každý profil.

Základní praktikum laserové techniky

ANALÝZA MĚŘENÍ TVARU VLNOPLOCHY V OPTICE POMOCÍ MATLABU

Elektronický učební text pro podporu výuky klasické mechaniky pro posluchače učitelství I. Mechanika hmotného bodu

Transkript:

Rok / Year: Svazek / Volume: Číslo / Number: 2011 13 3 Využití časových řad v diagnostice výkonových olejových transformátorů - 1. část Time Series Application in Diagnostic of Power Oil Transformers - 1. Part Miloš Hammer, Jakub Ertl, Oldřich Barvenčík, Davik Kutálek hammer@fme.vutbr.cz,yertl00@stud.fme.vutbr.cz, ybarve00@stud.fme.vutbr.cz, ykutal01@stud.fme.vutbr.cz Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně. Abstrakt: V článku je provedena statistická analýza časových průběhů diagnostických veličin u výkonových olejových transformátorů. Je zaveden pojem aditivního dekompozičního modelu obsahující periodickou, trendovou a chybovou složku. Analýza byla provedena na reálných datech získaných z vodních elektráren Slapy, Kamýk, Dlouhé Stráně a Dalešice. Abstract: This article deals with statistical analysis of diagnostic quantities of power oil transformers. The term of Aditive Decompositive Model which contains periodic, trend and error component is defined. The analysis is focused on real data from power plants Slapy, Kamýk, Dlouhé Stráně and Dalešice.

Vyu¾ití èasových øad v diagnostice výkonových olejových transformátorù - 1. èást Milo¹ Hammer 1, Jakub Ertl 2, Oldøich Barvenèík 3, David Kutálek 4 Fakulta strojního in¾enýrství VUT v Brnì Email: 1 hammer@fme.vutbr.cz, 2 yertl00@stud.fme.vutbr.cz, 3 ybarve00@stud.fme.vutbr.cz, 4 ykutal01@stud.fme.vutbr.cz Abstrakt { V èlánku je provedena statistická analýza èasových prùbìhù diagnostických velièin u výkonových olejových transformátorù. Je zaveden pojem aditivního dekompozièního modelu obsahující periodickou, trendovou a chybovou slo¾ku. Analýza byla provedena na reálných datech získaných z vodních elektráren Slapy a Kamýk a z pøeèerpávacích Dlouhé Stránì a Dale¹ice. Výsledky jsou demostrovány na koncentraci plynu C 2 H 2 rozpu¹tìného v izolaèním oleji. 1 Úvod Výkonové olejové transformátory jsou jedním z nejdùle¾itìj¹ích prvkù v distribuci elektrické energie od výrobce smìrem ke spotøebiteli. Rozbor jejich spolehlivosti je proveden na základì vyhodnocování dat z diagnostických mìøení, pomocí statistických metod (zamìøených na analýzu èasových øad) je stanoven pravdìpodobný rok do¾ití a pravdìpodobnost poruchy. Proto¾e nejsou k dispozici doby do poruchy jednotlivých transformátorù, nelze k rozboru jejich spolehlivosti pou¾ít klasické metody matematické statistiky. V na¹em pøípadì tak diagnostické velièiny tvoøí vstupní hodnoty pro dal¹í analýzu. Z charakteru dat vyplývá, ¾e nelze poèítat funkèní (distribuèní funkce poruch, funkce spolehlivosti, intenzita poruch, atd.) ani èíselné (støední doba do poruchy, kvantily, atd.) charakteristiky spolehlivosti. Je proto nutné zvolit jiné vypovídající charakteristiky, které lze urèit z diagnostických mìøení. U výkonových olejových transformátorù je mìøena øada velièin, lze je rozdìlit do nìkolika skupin. V tabulce 1 je výèet sledovaných velièin, které popisují stav izolaèního oleje, pokud není uvedena jednotka, jedná se o bezrozmìrnou velièinu. Dal¹í skupinu tvoøí velièiny plynové chromatograe, které sledují obsah plynù rozpu¹tìných v izolaèním oleji transformátoru (tabulka 2). Zbývající velièiny, které popisují stav vinutí transformátoru, jsou vyjmenovány v tabulce 3 (opìt pokud není uvedena jednotka, jedná se o velièinu bezrozmìrnou). Podrobnìj¹í informace o vlastní diagnostice transformátorù, pøípadnì o mìøení v¹ech uvedených velièin, lze najít napø. v [1]. V¹echny vý¹e uvedené velièiny jsou sledovány v èase v prùbìhu celého ¾ivota transformátoru, namìøené hod- Tabulka 1: Velièiny stavu oleje. Oznaèení Jednotka Název U p [kv] prùrazné napìtí ÈK [mgkoh/g] èíslo kyselosti tgδ X ztrátový èinitel (X znaèí teplotu oleje) ε rx relativní permitivita (X znaèí teplotu oleje) ρ X [Ωcm 10 12 ] vnitøní rezistivita (X znaèí teplotu oleje) index lomu n D d εn2d èinitel zestárnutí A z [%] absorbce svìtla A m [%] absorbce svìtla σ [N/m] povrchové napìtí Q v [g/t] obsah vody Q i [%] obsah inhibitoru ρ V [kg/m 3 ] hustota s [kv] smìrodatná odchylka (pøi stanovení U p ) V [%] variaèní koecient (pøi stanovení U p ) noty velièin se porovnávají se svými kriteriálními hodnotami, které jsou uvedeny v [1]. Rozli¹ují se kriteriální hodnoty pro transformátory o rùzných napì»ových hladinách, dále pro nové stroje, stroje po podrobné kontrole, stroje v provozu a náhradní stroje. Na základì statistické analýzy èasových øad diagnostických velièin lze rozhodnout, zda se prùbìh analyzované velièiny periodicky opakuje, pøípadnì urèit jejich trend. Tìchto informací lze dále vyu¾ít pøi pøedpovídání dal¹ího vývoje diagnostických velièin. Tyto pøedpovìdi mohou vést a¾ k urèení pravdìpodobnosti, s jakou daná velièina pøekroèí svou kriteriální hodnotu, co¾ mù¾e poukázat na vznikající poruchu stroje. Tìmito postupy byly vy¹etøovány uvedené velièiny, které byly mìøeny u jedenácti transformátorù. Jedná se o transformátory z vodní elektrárny Slapy (budeme je znaèit SL1, SL2, SL3), z vodní elektrárny Kamýk (K1, K2), z pøeèerpávací elektrárny Dlouhé Stránì (DS1, DS2, DS3, DS4) a z pøeèerpávací elektrárny Dale¹ice (DL2, DL6). Velièiny stavu izolace vinutí jsou mìøeny pøi rùzných zapojeních 30 1

Tabulka 2: Velièiny plynové chromatograe. Oznaèení Jednotka Název CH 4 [μl/l] obsah methanu C 2 H 6 [μl/l] obsah ethanu C 2 H 4 [μl/l] obsah ethylenu C 2 H 2 [μl/l] obsah acetylenu C 4 H 10 [μl/l] obsah 1butenu C 3 H 8 [μl/l] obsah propanu ΣC x H y [μl/l] souèet úhlovodíkù H 2 [μl/l] obsah vodíku CO 2 [μl/l] obsah oxidu uhlièitého O 2 [μl/l] obsah kyslíku N 2 [μl/l] obsah dusíku Q p [%] celkový obsah plynù Tabulka 3: Velièiny stavu izolace vinutí. Oznaèení Jednotka Název τ [s] èasová konstanta R X [MΩ] odpor (X znaèí èas po pøilo¾ení napìtí) P i polarizaèní index C X [pf] kapacita (X frekvenci pøilo¾eného napìtí) T g [%] ztrátový èinitel mìøících pøístrojù, postupy jednotlivých mìøení a typy zapojení pøístrojù jsou popsány v [1]. Rozbor spolehlivosti provádìný pomocí analýzy èasových øad vyu¾ívá pøedev¹ím velièin plynové chromatograe, proto¾e lze tento postup vhodnì spojit s diagnostickými metodami pro urèování typu poruchy transformátoru. V následující kapitole je zaveden pøedev¹ím pojem èasové øady. Modelování velièin tzv. dekompozièním modelem, postup a pøíslu¹né výsledky uvádí kapitola 3. Následuje zhodnocení provedených analýz v kapitole 4. 2 Základní pojmy a výsledky z teorie èasových øad Náhodným stochastickým procesem X rozumíme neprázdný systém náhodných velièin denovaných na stejném pravdìpodobnostním prostoru (Ω, A, P ). Znaèíme jej X = {X t, t T }, pøípadnì struènìji {X t }. Pokud T Z, nazveme tento proces èasovou øadou. Pro ka¾dý náhodný pøípad ω Ω pak dostaneme funkci x : T R jako výsledek náhodného experimentu x(t) = X t (ω). Tato funkce se nazývá pozorování (realizace, trajektorie) procesu X. Pøíklad pozorování èasové øady je na obrázku 1. Pro stochastický proces {X t } t T dále denujeme momentové funkce: støední hodnota X: μ X : T R, kde μ X (t) = EX t, pokud tyto støední hodnoty existují pro v¹echna t T. Obrázek 1: Pozorování èasové øady, krabicový graf. autokovarianèní funkce X: γ X : T T R, kde γ X (r, s) = cov(x r, X s ), pokud tyto kovariance existují pro v¹echna r, s T. rozptyl X: σ 2 X : T R+, kde σ 2 X (t) = var(x t) = cov(x t, X t ) = γ X (t, t), pokud tyto rozptyly existují pro v¹echna t T. autokorelaèní funkce X: ρ X : T T γ 1, 1, kde ρ X (r, s) = X (r,s) pro γx (r,r) γ X (s,s) γx (r, r) γ X (s, s) = 0, ρ X (r, s) = 0 jinak, pokud tyto kovariance existují pro v¹echna r, s T. Èasovou øadu X = {X t, t Z} nazveme stacionární, jestli¾e jsou splnìny tyto podmínky: 1. X má koneèné rozptyly, tedy σx 2 (t) < pro v¹echna t Z}. 2. γ X (r, s) = γ X (r + h, s + h) pro v¹echna r, s, h Z. 3. μ X (t) = μ X je konstantní funkce. Jsou-li splnìny pouze první dvì podmínky, nazveme øadu X = {X t, t Z} kovarianènì stacionární. Z uvedeného vyplývá, ¾e rozptyl stacionární èasové øady je také konstantní funkce, tedy σ 2 X (t) = σ2 X. 2. podmínka je navíc ekvivalentní s podmínkou, ¾e γ X (r, s) závisí pouze na rozdílu argumentù r s. Proto mù¾eme autokorelaèní i auktokovarianèní funkci stacionární èasové øady zavést jako funkci jedné promìnné (obrázek 2): γ X (h) = γ X (t + h, t), ρ X (h) = ρ X (t + h, t). Pøi analýze èasových øad jejich momentové funkce zpravidla k dispozici nemáme, proto je tøeba stanovit jejich odhady. Jestli¾e x = [x 1, x 2,..., x n ] je n pozorování (x t = X t (ω) pro t = 1, 2,..., n) stacionární èasové øady se 30 2

Tyto hodnoty zkreslují výsledky analýzy, proto je vhodné, je z analýzy vyøadit. Mù¾eme je identikovat pomocí krabicového grafu [8], který je na obrázku 1. Je patrné, ¾e byly vyøazeny dvì hodnoty le¾ící mimo graf. 3.1 Aditivní dekompozièní model Aditivní dekompozièní model (ADM) pøedpokládá èasovou øadu v tomto tvaru: Obrázek 2: Upravená øada, autokorelaèní funkce. støední hodnotou μ, rozptylem σ 2, autokovarianèní funkcí γ t a autokorelaèní ρ t, jejich odhady pak spoèteme pomocí následujících vztahù: ˆμ = 1 n n x i, i=1 ˆγ(h) = 1 n h (x i+h ˆμ)(x i ˆμ), 0 h n 1, n i=1 ˆγ(h) = ˆγ( h), (n 1) h 0, ˆσ 2 = ˆγ(0), ˆρ(h) = ˆγ(h), (n 1) h n 1, pro ˆγ(0) = 0, ˆγ(0) jinak ˆρ(h) = 0. Dal¹í informace z teorie èasových øad lze najít v [2], [3], [4]. 3 Analýza èasových øad Pokud máme mo¾nost, zaèínáme analýzu volbou okam¾ikù pozorování. Èasové okam¾iky se sna¾íme volit ekvidistantnì { se stejnými rozestupy. Pozornost také vìnujeme poètu pozorování, pokud zvolíme pøíli¹ málo bodù, mù¾e nám uniknout charakteristický rys øady, v opaèném pøípadì se zvy¹uje výpoèetní nároènost. Do analýzy je také vhodné zapracovat rùznou délku kalendáøních mìsícù, poèty víkendù a pracovních dnù v mìsících. Jednotlivá mìøení navíc nemusejí být zcela kompatibilní, napøíklad hodnota nìjaké velièiny se mù¾e v rùzných mìøeních týkat rùzného poètu rem. V èasové øadì se mohou vyskytovat tzv. odlehlé hodnoty zpùsobené napø. chybou mìøení, pùsobením nevhodných okolních vlivù, ¹patným pøepsáním desetinné èárky atd. P t { }} { X t = T r t + Sz t + C } {{ } t +E t, D t kde pøedstavuje T r t... dlouhodobý trend, Sz t... sezónní slo¾ku (periodu pøedem známe), C t... cyklickou slo¾ku (periodu pøedem nezmáme), E t... náhodnou slo¾ku, P t... celkovou periodickou slo¾ku, D t... deterministickou slo¾ku. ADM lze pou¾ít pou¾ít pouze pro data s konstantním rozptylem, pokud tato podmínka není splnìna, u¾ijeme následujícího postupu. 3.2 Stabilizace rozptylu Jak ji¾ bylo uvedeno, pokud data nemají konstantní rozptyl, lze èasovou øadu transformovat na øadu s konstantním rozptylem. Takové transformaci øíkáme stabilizace rozptylu. Pøedpokládáme zde exponenciální model závislosti smìrodatné odchylky na støední hodnotì, tedy ¾e σ X (t) = σ 0 μ X (t) θ. Parametr θ odhadneme z pozorované øady, pou¾ít pak mù¾eme napøíklad mocninnou transformaci (pro øadu X t > 0), kde zvolíme λ = 1 θ, polo¾íme { X λ Y t = t pro λ = 0, ln(x t ) pro λ = 0. Vy¹etøování konstantnosti rozptylu bylo provedeno pro zkoumané øady, výsledky jsou shrnuty v tabulkách 4 a 5. V pøípadì, ¾e nebyla zamítnuta hypotéza o konstantním rozptylu, je v tabulkách ponecháno pøíslu¹né pole prázdné. Skuteènost, ¾e odhadnutý parametr θ poukázal na mocninnou, resp. logaritmickou, transformaci, znaèí zkratka MT, resp. LT. V pøípadì, ¾e je pole v tabulce pro¹krtnuté, nebyl pro danou velièinu a daný transformátor k dispozici dostatek mìøení pro výpoèet. 3.3 Identikace periodických komponent Jak ji¾ bylo uvedeno vý¹e, periodická slo¾ka aditivního modelu se skládá z cyklické a sezónní komponenty. V praxi je ov¹em velmi obtí¾né tyto od sebe odli¹it. Proto se provádí odhad P t jako celku. 30 3

Tabulka 4: Výsledky stabilizace rozptylu. Velièina SL1 SL2 SL3 K1 K2 U p MT MT ÈK LT LT T gδ 70 LT MT LT MT ε r70 ρ 70 LT n D { MT { { d εn2d LT { { { A z { { { { { A m { { { { { σ Q v LT LT Q i { { { { { ρ V s LT V LT LT CH 4 LT { C 2 H 6 { C 2 H 4 { C 2 H 2 { { C 4 H 10 { LT C 3 H 8 { ΣC x H y { LT H 2 LT { CO 2 { LT CO { LT O 2 { N 2 { Q p LT { τ { R 60 { { P i LT { { C X T g MT Tabulka 5: Výsledky stabilizace rozptylu. Velièina DS1 DS2 DS3 DS4 DL2 DL6 U p { { { ÈK { { { { T gδ 70 { { { { LT MT ε r70 { { { { ρ 70 { { { { LT LT n D { { { { MT d εn2d { { { { A z { { { { A m { { { { σ { { { { Q v { { Q i { { { { ρ V { { { { s { { V MT { { CH 4 MT MT MT C 2 H 6 MT MT LT LT MT C 2 H 4 MT MT MT C 2 H 2 MT LT MT LT C 4 H 10 LT LT { C 3 H 8 MT LT { MT ΣC x H y MT MT LT H 2 MT MT CO 2 LT MT LT CO MT MT LT MT O 2 MT MT N 2 MT LT Q p MT τ MT { { MT R 60 { { P i { { C X MT { { T g { { Identikace je zalo¾ena na rozkladu T-periodické funkce x(t) do její Fourierovy øady: x(t) = k= c k e i2πkt T = a 0 2 + k=1 A k = 2 c k. A k cos( 2πkt T φ k), Cílem je identikovat energeticky nejsilnìj¹í harmonické komponenty. Ty mají velkou hodnotu A 2 k. Periodogram (obrázek 3) je pak posloupnost hodnot odhadující energetickou hustotu. Z jeho grackého znázornìní je mo¾né získat komponenty, které dále podrobíme statistickým testùm periodicity. Èasto vyu¾ívané jsou Fisherùv a Siegelùv test, ty jsou popsané v [2]. ádná harmonická komponenta u ¾ádného transformátoru nebyla shledána statisticky významnou, prùbìhy velièin se tedy periodicky neopakují, co¾ odpovídá pøedpokladùm. 3.4 Odhad trendové slo¾ky Dal¹ím krokem sestavení dekompozièního modelu je urèení trendové slo¾ky charakterizující dlouhodobý vývoj sledované èasové øady. Obecnì lze vyu¾ít celou øadu metod. Napøíklad: metoda malého trendu pøedpokládá v ka¾dé periodì pøibli¾nì konstantní trend, který se odhadne jako prùmìr, metoda klouzavých prùmìrù, lineární regresní model v klasickém tvaru, zalo¾ený na metodì nejmen¹ích ètvercù T r t = β 1 t p + β 2 t p 1 +... + β p+1, 0 p, robustní regrese spoèívá v pou¾ití vá¾ené metody nejmen¹ích ètvercù ve spojení s regresní diagnostikou, 30 4

prokládáním vybraných funkcí metodou nejmen¹ích ètvercù T r t = 0, 0041t 1,8608, R 2 = 0, 2749, T r t = 0, 2212e 0,2705t, R 2 = 0, 2705, robustní regrese T r t = 0, 0979t 0, 7211, T r t = 0, 0005t 1,7969, Obrázek 3: Periodogram èasové øady. Metoda je tak ménì citlivé na odlehlá pozorování, tìm jsou postupnì v iteracích pøiøazovány ni¾¹í váhy. Pro výpoèty v systému MATLAB byla pou¾ita funkce robustfit s defaultním nastavením parametrù podle [5]. Metody robustní regrese jsou podrobnìji popsány v [7], jádrové vyhlazování s vyu¾itím gausovského jádra a ¹íøkou vyhlazovacího okna optimalizovanou podle [6]. jádrové vyhlazování a klouzavé prùmìry, obrázek 4. Zelenì, resp. èervenì, je vyznaèen trend urèený pomocí jádrového vyhlazování, resp. pomocí klouzavých prùmìrù. R 2 znaèí koecient determinace [9]. Podle rovnic odhadnutých trendù lze predikovat dal¹í vývoj diagnostických velièin, co¾ povede k urèení pravdìpodobnosti poruchy celého stroje. Analýza velièiny C 2 H 2 byla provedena pro v¹echny zmínìné transformátory, pro ilustraci uvádíme výsledky opìt pro transformátor DL6. Metoda malého trendu nebyla pou¾ita z dùvodu nedetekování periodické slo¾ky. Trend byl odhadován uvedeným lineárním regresním modelem T r t = β 1 t p + β 2 t p 1 +... + β p+1, p {1, 2}, dále prokládáním vybraných funkcí metodou nejmen¹ích ètvercù: T r t = β 1 t β2, T r t = β 1 e β2t, dále pomocí metod robustní regrese, byly stanovovány parametry pro následující tvary trendu: T r t = β 1 t + β 2, T r t = β 1 t β2 a koneènì pomocí jádrového vyhlazování a klouzavých prùmìrù. Analýza vedla k tìmto výsledkùm (opìt pro velièinu C 2 H 2 transformátoru DL6): lineární regresní model p = 1 : T r t = 0, 1013t 0, 7719, R 2 = 0, 2691, p = 2 : T r t = 0, 0022t 2 + 0108t 0, 0336, R 2 = 0, 2749, Obrázek 4: Trendy odhadnuté uvedenými metodami. Porovnání robustní a lineární regrese je takté¾ na obrázku 4 (zelenì je znázornìn lineární trend, èervenì mocninný trend, pøeru¹ovanými èarami pro robustní regresi). Zbývající odhady trendù jsou rovnì¾ na obrázku 4, èervenì je znázornìn kvadratický, zelenì pak exponenciální trend. 30 5

3.5 Vy¹etøení chybové slo¾ky V této fázi je potøeba posoudit kvalitu získaného dekompozièního modelu. Po odeètení deterministické slo¾ky (perioda plus trend) zbylou èást podrobíme testùm náhodnosti. Pou¾ité typy testù: znaménkový test (SGN), test rùstu a klesání (RNP), test Kendalových koecientù (KEN), test Spearmanových koecientù (SP), mediánový test (MED). Výsledky pro transformátor DL6 uvádí tabulka 6 (hodnota 1 znaèí, ¾e hypotéza o náhodnosti nebyla zamítnuta). Tabulka 6: Výsledky testù náhodnosti pro SL1. SGN RNP KEN SP MED RR, lin. trend 1 1 1 1 1 jádrové vyhl. 1 1 1 1 1 lin. trend 1 1 1 1 1 exp. trend 1 1 1 1 1 4 Závìr Analýza byla provedena na základì záznamù z diagnostických zkou¹ek pro uvedené transformátory. Z tabulek 4 a 5 plyne, ¾e u transformátorù z Dlouhých Strání (DS1, DS2, DS3 a DS4) ne¹la provést analýza periodické slo¾ky z dùvodu nedostatku vstupních dat. Dále lze øíci, ¾e nejèastìji nebyly øady transformovány vùbec, a u øad s nekonstantním rozptylem pøevládala mocninná transformace. Vy¹etøování periodické komponenty ukázalo, ¾e u ¾ádné z øad není tato komponenta statisticky významná. Dekompozièní model mohl být tedy zjednodu¹en na souèet trendové a chybové slo¾ky. Analýzy chybové slo¾ky potvrdily její náhodnost. Pøi analýze byla zvlá¹tní pozornost vìnována zejména velièinì C 2 H 2 u transformátoru DL6. Analýza ostatních diagnostických velièin u zbylých transformátorù dávala témìø stejné výsledky. Nejprve byla pomocí krabicového grafu vyøazena dvì mìøení, proto¾e byla klasikována jako odlehlé hodnoty. V dal¹ím nebyla zamítnuta hypotéza, ¾e èasová øada má konstantní rozptyl. K modelování pomocí aditivního dekompozièního modelu bylo tedy mo¾né pøistoupit bez stabilizace rozptylu (tabulka 5). Podle zkonstruovaného periodogramu a na základì pøíslu¹ných testù nebyla detekována perioda v èasové øadì. Pro odhad trendové slo¾ky byly vyu¾ity metody robustní regrese, jádrového vyhlazování, klouzavých prùmìrù a lineárních a nelineárních regresních modelù. Výsledky ilustruje obrázek 4 a jsou uvedeny v podkapitole 3.4. Vhodnost pou¾ití lineárních a nelineárních regresních metod lze posoudit pomocí koecientu determinace. Nejvhodnìji se pro modelování trendu èasové øady obsah plynu C 2 H 2 v oleji jeví mocninná a kvadratická funkce. Pøesto i zde vycházejí koecienty determinace pomìrnì nízké, tyto metody tak trend dostateènì nevystihují. Proto¾e metody robustní regrese zohledòují odlehlá pozorování ménì, jeví se pro uvedené modelování jako vhodnìj¹í nástroj. V pøípadì, ¾e jsou v úvodu analýzy odstranìny odlehlé hodnoty pomocí krabicového grafu, dávají metody robustní regrese podobné výsledky jako uvedené metody lineární a nelineární regrese. Kvalitu modelování trendu analyzované øady pomocí jádrového vyhlazování a klouzavých prùmìrù nejsme schopni na základì provedených výpoètù posoudit. Na závìr byl proveden rozbor chybové slo¾ky modelu, který prokázal její náhodnost pomocí popsaných testù (tabulka 6). Ze získaných výsledkù tedy vyplývá, ¾e lze aditivní dekompozièní model pro modelování diagnostických velièin vyu¾ít, je v¹ak nutné vhodnì zvolit parametry modelu. Získaných výsledkù lze dále vyu¾ít pro predikci dal¹ího vývoje diagnostických velièin s výhledem k urèení èasu, kdy daná velièina pøekroèí svou kriteriální hodnotu. Pomocí diagnostických metod uvedených v 1 lze navíc urèit i pøípadný typ poruchy a pravdìpodobnost, s jakou nastane. Literatura [1] Podniková norma ÈEZ, a.s. ev. è. 00/05 : Profylaktika elektrických strojù netoèivých - výkonové transformátory. Praha : ÈEZ,a.s., 2006. 93 s. [2] VESELÝ, V.: Základy analýzy èasových øad. [online]. [cit. 2011-02-16]. Dostupné z <www.econ.muni.cz/ ~vesely/papers/ad10cr.pdf>. [3] BROCKWELL, P. J., DAVIS, R. A. Introduction to Time Series and Forecasting. New York: Springer, 2002. [4] CIPRA, T.Analýza èasových øad s aplikacemi v ekonomii. Praha: STLN, 1986. [5] MATLAB help [online]. [cit. 2011-02-17]. Robust- t. Dostupné z <http://www.mathworks.com/help/ toolbox/stats/robustfit.html>. [6] BOWMAN, A.W. and AZZALINI, A. Applied smoothing techniques for data analysis: the kernel approach with S-Plus illustrations, Oxford science publications, 1997 [7] BLATNÁ, D. Robustní pøístup v lineární regresi. [online]. [cit. 2011-02-16]. Dostupné z <http://panda. hyperlink.cz/cestapdf/pdf08c3/blatna.pdf>. [8] KARPÍ EK, Z. Matematika IV: statistika a pravdìpodobnost. Brno: CERM, 2007. 3. dopl. vyd. 170s. ISBN 978-80-214-3380-9. [9] REKTORYS, K. et.al. Pøehled u¾ité matematiky II. Praha: Prometheus, 2003. 874s. ISBN 80-7196-181-7. 30 6

[10] AKBARI, A. et.al. A Software Implementation of the Duval Triangle Method. IEEE Xplore. [online]. [cit. 2011-04-15]. Dostupné z <http://ieeexplore.ieee. org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=4570294&tag=1>. Tento pøíspìvek vznikl za podpory výzkumného zámìru M MT ÈR: MSM 0021630518, název: Simulaèní modelování mechatronických soustav a za podpory juniorského projektu specického výzkumu: BD13102005, 2011, název: Rozbor spolehlivosti výkonových olejových transformátorù. 30 7