Luận văn thạc sĩ kỹ thuật: Ứng dụng mạng nơ ron chẩn đoán sự cố trong máy biến áp lực

1 H ng n ho h : G Ngu n H u C ng ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸTHUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ỨNG DỤNG MẠNG NƠ RON CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TRONG MÁY BIẾN ÁP LỰC Ngành : TỰ ĐỘNG HOÁ Mã số:23.04.3898 Học viên: BÙI ĐỨC CƢỜNG Ngƣời HD Khoa học : PGS.TS NGUYỄN HỮU CÔNG THÁI NGUYÊN - 2010 H viên: Bùi Đứ C ờng H ng n ho h : G Ngu n H u C ng LỜI CAM ĐOAN T i i kh họ g kh g PGS TS Nguyễn Hữu Công C ậ họ h ghi g hự hƣ g ƣợ i dƣới hƣớ g dẫ kế ả tính tốn số iệ g ố g k kh Tác giả luận văn Bùi Đức Cƣờng H viên: Bùi Đứ C ờng g h H ng n ho h : G Ngu n H u C ng Mục lục CHƢƠNG I TÓM TẮT VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP LỰC 12 1 Tổ g ề iế p 12 C h g số ả iế p 12 Thí ghiệ ề hố g MBA 15 Kiể ổ g hể g i 15 Thí ghiệ kh g ải 15 3 Đ iệ h iệ hệ số h p hụ ộ d MBA .17 Đ iệ ộ hiề ộ d 19 Kiể ỷ số iế 21 Kiể ổ ối d .23 Thí ghiệ dầ h iệ 24 Kế ậ 24 CHƢƠNG II: PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHÍ HỒ TAN TRONG DẦU ĐỂ CHẨN ĐỐN SỰ CỐ TIỀM ẨN MBA LỰC (DGA) .26 Tổ g ề hẩ ỗi iề ẩ g MBA ự 26 1 Tầ ọ g iệ hẩ ỗi iề ẩ ọ g MBA ự .26 2 Phƣơ g ph p hẩ ỗi iề ẩ 26 2 Kiể h gi ề iề kiệ h iệ 26 2.1.2.2 Gi s ự ế phó g iệ ộ phầ – PD 27 2 Ph í h ộ khí h g dầ (DGA) 29 2 Kế hợp DGA phƣơ g ph p 31 2 Chẩ ỗi iề ẩ MBA sở DGA 31 2.2.1 Nghi ặ í h si h khí g MBA ự 31 2.2.2 C ỗi iề ẩ MBA .33 2.2.3 Sự ghi g dụ g phƣơ g ph p ỉ ệ 34 2.2.4 Ứ g dụ g phƣơ g ph p R ge s khí hí h 37 2.2.5 C phƣơ g ph p hẩ ải ghiệ g ghiệp kh .39 2 Chẩ ò ỉ 39 2 Chẩ gi .39 23 C ắ ả g hẩ ỗi MBA 40 2.3.1 C giả hiế 40 2.3.2 Nề ả g ắ – hƣớ g dẫ IEC 41 2.3.3 Sự hể hiệ sử ổi ắ hƣớ g dẫ 42 2.3.4 Q ắ hẩ ỗi ặ iệ ( ặ hù) 45 Chẩ OH OHO .46 Chẩ sở ỉ ệ CO/CO2 .46 2343 C ắ hẩ OHC CD ổ s g 46 4 Chẩ NR .46 Kế ậ 46 CHƢƠNG III: MẠNG NƠRON KẾT HỢP DGA ĐỂ CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TIỀM ẨN MBA LỰC 49 H viên: Bùi Đứ C ờng H ng n ho h : G Ngu n H u C ng C phƣơ g ph p í ệ h ả 49 Giới hiệ ề g n 51 Nã si h họ 52 2 Mạ g si h họ 54 3 Mạ g h 56 3231 C ú h h ộ h 57 3 Mộ số h h ú g h 61 3233 Q h ghi ph iể h .62 3 Mạ g h hiề ớp (MLP) ề hẳ g 64 324 L ệ g 65 3241 C ậ họ ả .66 X p ỉ g 76 3 Tí h h kỹ h ậ – Cơ hế hẩ sở g 77 Ứ g dụ g g ể hẩ ỗi iề ẩ MBA ự .78 Kế ậ 81 CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG MẠNG NƠRON TRONG CHUẨN ĐOÁN LỖI TIỀM ẨN MBA LỰC 82 Lự họ ú g ối ƣ 82 42 H ệ g .82 Ứ g dụ g Ne Ne w k T ể ệ g Ne MLP ớp 83 2 Chƣơ g h ập h he h ậ ề gƣợ h ệ g g hẩ ố he g ghệ DGA .85 C kế ả hự ghiệ ề ú g .89 431 C ú g 5–8–3 .89 432 C ú g 5–10–3 .90 433 C ú g 5–15–3 .90 434 C ú g 5–16–3 .91 Kế ậ .91 4 Kế ả hẩ 91 4 Tập iệ -ra .91 4411 Q h ệ g 92 4 Kế ả h ẩ .97 Kế ậ 97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 TÓM TẮT LUẬN VĂN 101 H viên: Bùi Đứ C ờng H ng n ho h : G Ngu n H u C ng Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Giải thích Viết tắt Tiếng Anh The combined Artificial Nơ ANNEPS Network and ExPert System tool for power transformer incipient fault diagnosis Tiếng Việt Kế hợp g hệ h gi ố iế h g h ẩ p MBA COC Combined Output Confidence kế hợp ầ DGA Dissolved Gas-in_oil Analysis Ph í h khí hị g dầu DGA Dissolved Gas-in_oil Analysis Ph í h khí hị g dầ AI Artificial Intelligence Tí ệ h ANN Artificial Nơ Nơ h LVQ Network Learning Vector Quantization ệ network i ậ g NN Nơ NR Normal condition Điề kiệ OH OverHeating Q hiệ ộ OHO OverHeating of Oil Q hiệ ộ dầ CD Cellulose Degradation S OHC OverHeating of Cellulose Q PD Partial discharge Phó g iệ LEDA Low Energy discharge Phó g iệ g ƣợ g h p HEDA High Energy Discharge Phó g iệ g ƣợ g H2 Hydrogen CH4 Ethane C2H6 Methane C2H4 Ethylene C2H2 Acetylene H Network viên: Bùi Đứ C ờng Nơ giả h hƣờ g h iệ hiệ e ụ e se ộ se H CO2 Carbon dioxide CO Carbon monoxide O2 Oxygen N2 Nitrogen TDCG TCG TDHG Total Dissolved n ho h : G Combustible Gases Total Dissolved Hydrocarbon Gases gas-in-oil levels Ngu n H u C ng Tổ g hợp ƣợ g khí hị Tổ g hợp ƣợ g khí hị Total Combustible Gases Critical L1 ng for Tổ g hợp ƣợ g khí H d ƣợ g khí g dầ abnormal screening giới hạ ị h AE Acoustic Emission iế g k hƣờ g DP Degree of Polymerization M IFT InterFacial Tension s IR Insulation Resistance C h iệ kh g KOH: KOH: acid number H LTC Load Tap Changer Bộ iề PD Partial Discharge Phó g iệ PF Power Factor Hệ số IP Polarization Index SFL oxidation stability Độ ổ IFID InFormative InDex Chỉ số h g i TA Test Accuracy Kiể p hí h LOC Location Đị h ị TRN Training H TST Testing Thử ghiệ WNDG Windings C ộ d H viên: Bùi Đứ C ờng ằ g i ộ hó dầ ộ d ƣợ g í p dƣới ải ụ ộ g Chỉ số ph ự “ h iệ ” ị h ệ i hó g ậ iệ H ng n ho h : G Ngu n H u C ng Danh mục bảng biểu Bảng 1 Bảng giá trị điện trở h điện nhỏ ho phép 18 Bảng Bảng qu đổi nhiệt độ 19 Bảng Cá tổ nối â uộn â MBA 23 Bảng Bảng tiêu huẩn ủ ầu MBA 24 Bảng ự t ơng qu n gi lỗi tiềm ẩn ủ MBA lự ngu ên nhân 33 Bảng 2 Định nghĩ tỉ lệ ph ơng pháp tỉ lệ 34 Bảng h ơng pháp hệ số tỉ lệ Dornenburg 35 Bảng Giá trị gi i hạn L1 ủ Dornenburg .35 Bảng Bảng hẩn đoán gố ủ ph ơng pháp tỉ lệ Rogers 36 Bảng Mã định nghĩ ủ ph ơng pháp tỉ lệ Rogers ải tiến .36 Bảng Chẩn đoán theo ph ơng pháp tỉ lệ Rogers ải tiến 37 Bảng Cá tiêu huẩn hẩn đoán ủ ph ơng pháp hí hính 38 Bảng iêu huẩn IEC 599 ải tiến 41 Bảng 10 Ý nghĩ ủ lỗi viết tắt Hình 2 Hình 45 Bảng Cá hệ hu ên gi ho IFD 50 Bảng Một số hàm f th ờng đ ợ sử ụng .58 Bảng 3 Một số hàm H(s) th ờng đ ợ ùng nơron nhân tạo 60 Bảng Một số hàm phi tu ến th ờng ùng m hình nơron 60 Bảng Bảng liệu đầu vào ùng ho lu ện mạng 91 Bảng Kết ủ q trình hẩn đốn 97 H viên: Bùi Đứ C ờng H ng n ho h : G Ngu n H u C ng Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1 đồ ngu ên lý đo tổn h o h ng tải nguồn ph 15 Hình Nguồn điện đ vào b nối tắt b 16 Hình Nguồn điện đ vào b nối tắt 16 Hình Nguồn điện đ vào nối tắt b 16 Hình đồ đấu nối đo điện trở h điện 18 Hình đồ đo điện trở hiều ph ơng pháp V n – Ampe 20 Hình đồ thí nghiệm nguồn ph 22 Hình đồ thí nghiệm ùng nguồn ph 22 Hình hí nghiệm b nối tắt b 22 Hình 10 Thí nghiệm b nối tắt 22 Hình 11 đồ nguồn xung phí o áp .23 Hình ự sinh hí ầu MBA hi nhiệt độ th nh đổi 32 Hình 2 hân loại lỗi theo tiêu huẩn IEC 599 .43 Hình Vùng phân loại ủ qu tắ uối ùng 44 Hình L u đồ ủ qu trình hẩn đoán lỗi sở ngu ên tắ DGA 48 Hình Cấu tạo ủ nơron sinh h .52 Hình Mạng nơron đơn giản gồm nơron 55 Hình 3 M hình mạng nơron sinh h gồm nơron 56 Hình Nơron nhiều đầu vào 57 Hình M hình nơron nhân tạo nhiều đầu vào 59 Hình Mạng nơron h i l p tru ền thẳng 64 Hình Mạng ML .70 Hình h ơng pháp tìm iếm Emin theo h ng ng ợ gr ient ủ E 70 Hình Mạng ML tru ền thẳng 74 Hình 10 Ví ụ nhiều giá trị ho lỗi “Hồ qu ng điện” 78 Hình 11 đồ ấu trú ủ mạng ML l p ẩn 79 Hình Minh hoạ thuật toán l n tru ền ng ợ 87 Hình đồ biểu i n t ơng đ ơng 87 Hình Kỷ ngu ên lu ện mạng trạng thái lu ện mạng [5–8–3] 89 Hình 4 Kỷ ngu ên lu ện mạng trạng thái lu ện mạng [5–10–3] 90 Hình Kỷ ngu ên lu ện mạng trạng thái lu ện mạng [5–15–3] 90 Hình Kỷ ngu ên lu ện mạng trạng thái lu ện mạng [5–16–3] 91 Hình M hình mạng nơron 92 Hình Gi o iện ủ trình huấn lu ện mạng .93 Hình iến trình lu ện mạng 94 Hình 10 Kết lu ện mạng 94 Hình 11 rạng thái ủ trình lu ện mạng 95 Hình 12 M hình ủ mạng nơron s u hi lu ện mạng thành ng .95 Hình 13 Cá thành phần ủ mạng ( -e) .97 H viên: Bùi Đứ C ờng H ng n ho h : G Ngu n H u C ng MỞ ĐẦU Ng ù g ới ph h g T i h hỗ ợ g ị ó i hiề iế p phù hợp ối ới hữ g hiế ự ýd g p iệ ộ i ể MBA ậ hời iế iệ kh ƣ ã s MBA giả he ó khả í h h Chí h g ả phụ ải hế MBA ầ pháp khác nhau, g Để ng ộ i ậ g g g g p iệ h hƣờ g ké d i h ổi họ g p iệ Khi ả dƣỡ g ị h k ằ g ắ ổi họ ũ g nhƣ giả iệ ( ff-line) hiể hiệ hại ề iệ ắ MBA g mang iệ T g ó, phƣơng pháp phân tích khí hồ tan (Dissolved Gas Analysis - hiệ Mặ dù ậ ả g iệ iệ ph p ghiệ iệ ki h ế d DGA) ã ó hiề hí ổi họ hiệ hại s ố g p iệ g phụ ải ả MBA ang ậ h h (on- i e) h g ộ h ậ h h, có gs gi ƣợ kiể ổi h hƣờ g h ặ hậ g ố ậ ị g h phụ ải ộ i sé … Nế MBA ậ h h g h i kh ố hiế ụ hể ậ g ụ í h ị ó h ả hệ hố g T g h i hiề hẩ hiế g hệ hố g iệ iếp ế gặp ố: hƣ iề kiệ ề p (MBA) ự ầ ọ g ngành kỹ h ậ hệ hố g phầ g hệ hố g ƣới iệ p iệ iể hẩ ộ hí h g h i hƣ hỏ g iề phƣơ g ph p DGA ki h ghiệ h gi i ố ề hời gi g hời gi L ậ ộ ỗi iề h iế gắ gọ phƣơ g ph p hồi Việ hẩ (DGA) Ngƣời H ghi ẩ (ANN h ặ ộ hí h h hẩ viên: Bùi Đứ C ờng h í ả hẩ ệ h p ự C kỹ h ậ AI g - NN) g i h ó hể oán MBA h gồ hệ h iệ hẩ g gi hệ iế ỗi ƣợ dự ã hỉ g MBA g kế g dụ g ẩ hố g ũ g ò phụ h ộ Việ phối hợp phƣơ g ph p DGA ới phƣơ g ph p hẩ góp phầ giả MBA ang ằ g sở ph phƣơ g ph p hẩ í h khí h ỗi h g dầ g hƣờ g hƣ 10 H phƣơ g ph p ỉ ệ (R ge s D hạ hế h kh h ị h hƣ ó hể giải The i ó họ ố sở h ú h ộ Ph ể ph hố g k g giải ph p ố hơ hiệ iễ ộ kế MBA ộ MBA MLP ã ƣợ h gi phƣơ g ph p p dầ /gi ậ ỗi h MBA ã ƣợ ề ỗi C gi ự ƣớ ƣợ g kh ả g hời gi ề ả dƣỡ g ũ g ƣợ h ẩ ƣ ghi g MLP dự í h hồi ả dƣỡ g MBA ự ầ ự ki g di g ộ ũ g ƣợ ẫ g MBA ự g MLP p h ge (OLTC) h họ d e C ph ề ả ó g họ ố h ƣợ i Nhiề ó hể giúp ph i ò hƣ ộ ghi ự ộ phƣơ g ph p ố kế ƣợ ố hơ họ ũ g ã ƣợ sis ũ g ã ƣợ g ẫ s MBA ằ g phƣơ g ph p DGA ự X ó hiề kỹ h ậ AI g hự g iế ả h d - gi h h ề ỉ kế phƣơ g ph p ỉ ị h” R h ầ ỉ ƣợ ả i phƣơ g ph p ị h ị ỗi iề ghi h h h iệ ũ g hƣ ộ ế h iệ kiế iề kiệ Mộ ố g ó Ngu n H u C ng phƣơ g ph p khí chính, có hí ghiệ ộ g số ẫ dầ hự hiệ g d IEC) i Bằ g iệ sử dụ g h gi ỉ “kh sở kiế g ghiệp ƣơ g n ho h : G g h ẩ IEC 599 g í h ph p iể e i ế ng ề họ g iể g hiế ả g sở ế i ự họ ề i “Ứng dụng mạng gồ hƣơ g: nơron chẩn đoán cố máy biến áp lực” Phầ ội d g ả Chƣơ g I: Tó iế ậ ắ ề ƣợ phƣơ g ph p iề hố g hẩ ố í h khí h g dầ ể hẩ sự ố iề ẩ máy ẩ MBA ự Chƣơ g III: Mạ g iến áp ự H ề p ự Chƣơ g II: Phƣơ g ph p ph ố h viên: Bùi Đứ C ờng kế hợp DGA ể hẩ 87 H ng n ho h : G Hình Minh hoạ thuật tốn l n tru ền ng ợ Sơ iể diễ ƣơ g ƣơ g hƣ s : Hình H viên: Bùi Đứ C ờng đồ biểu i n t ơng đ ơng Ngu n H u C ng 88 H ng n ho h : G Ngu n H u C ng Chương trình lập trình: % % The program simulate train nơron to diagnose Power tranformer incipient faults % function y = PPTlaptrinh(p,t) L=3;%so lop g=inline('1./(1+exp(-x))');%Activation function unl=[5 16 3];%The units of each layers lt=0.3;% learning rate J=1; sum=0; sum1=0; %Initital the Weights and biases for i=1:L-1 for n=1:unl(i) for m=1:unl(i+1) w{i}(m,n)=1*rand;%The Weights end end for m=1:unl(i+1) b{i}(m,1)=1*rand;% The biases end end w{L}=eye(unl(L)); while (J>0.00001)& sum