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.