Kiedy dr hab. Tomasz Boczar, prof. PO, wchodzi na cian wielkiej kadzi transformatora mocy, by umieci na niej czujniki akustyczne, nie myli o problemach, ktrym jego praca ma zapobiec. W ubiegym roku w podwarszawskich Jankach podobny transformator wybuch. Zapewnia energi wielkim hipermarketom ulokowanym w tej miejscowoci. Badajc urzdzenia elektroenergetyczne Tomasz Boczar kontynuuje tradycj swojego mentora prof. Jerzego Skubisa. On ju raz ocali transformator mocy od wybuchu. Znalaz uszkodzenie, ktre mogo doprowadzi do jego zniszczenia. Ta interwencja pozwolia w por wyczy urzdzenie z uytkowania i naprawi w normalnym trybie.
Teraz jednak prof. Boczar z kolegami nie zastanawiaj si nad tym faktem. Skupiaj si na dobrym rozmieszczeniu czujnikw. Troch po drabinkach, troch po wystajcych elementach obudowy transformatora, w huku wentylatorw i pomp wkradaj si w miejsca, gdzie najatwiej „usysze” prac urzdzenia – tam mocuj czujniki. Wewntrz kadzi, odizolowany od cian paszczem olejowym, ktry peni take rol chodziwa, „buzuje” prd elektryczny pod ogromnym napiciem. Transformator jest jednym z podstawowych urzdze, ktre przygotowuje go do transportu do sieci elektroenergetycznej, a poprzez ni – dalej do odbiorcw.
Transformatory mocy to jedne z najdroszych urzdze systemu elektroenergetycznego. Koszt jednego urzdzenia pracujcego na bloku elektrowni to nawet 2 mln z. Ocenia si, e warto transformatorw stanowi ok. 20 proc. wartoci wszystkich urzdze wykorzystywanych do przesyu i dystrybucji energii elektrycznej. Natomiast koszty zwizane z niezaplanowanym wyczeniem transformatora w wyniku awarii mog nawet piciokrotnie przewysza warto samego urzdzenia. Bowiem oprcz zniszczonego transformatora – nowy trzeba wykona na zamwienie, bo nikt takich seryjnie nie produkuje i nie magazynuje – dojd do tego koszty zwizane z brakiem energii w rejonach, ktre obsugiwao zniszczone urzdzenie i szukaniem moliwoci zasilania tymczasowego obszarw pozbawionych energii.
Normy przewiduj co prawda przegldy stanu transformatorw, jednak te rutynowe kontrole wykonuje si podczas zaplanowanych wycze urzdze z sieci. Tymczasem transformatory mocy pracuj w sposb cigy. Olej w systemie izolacji – najbardziej naraonym na uszkodzenie elemencie – stopniowo traci pierwotne wasnoci. W urzdzeniu mog si pojawi wyadowania niezupene, ktre s zapowiedzi wyadowania zupenego, czyli przebicia ukadu izolacyjnego. Awaria moe si zatem zdarzy take w czasie pracy pomidzy okresowymi przegldami. Dlatego prof. Boczar wraz ze swoimi doktorantami wyciga ze starego czerwonego renault kombi, stojcego obok transformatora, turystyczny stolik i rozstawia na nim laptopa. Do niego, poprzez wzmacniacze, filtry i karty pomiarowe, zbierajce dane z czujnikw zamocowanych magnesami na obudowie transformatora, pyn dane, ktre zinterpretowa ma specjalistyczny program komputerowy.
Stan urzdze elektroenergetycznych mona bada rnymi metodami. Niektre, jak metody elektryczne, nadaj si tylko da analiz wykonywanych w czasie, gdy urzdzenie wyczone jest z eksploatacji. Inne, takie jak chromatografia gazowa, mog by stosowane take w okresie normalnej pracy transformatora, bez wyczania go z sieci. – Poszczeglne metody wykorzystuj rne zjawiska zachodzce podczas generacji wyadowa niezupenych – mwi uczony. Mona prowadzi badania rnymi metodami rwnolegle. – Kada z metod ma pewne ograniczenia, ale ich jednoczesne wykorzystanie moe w konsekwencji da do dobry obraz stanu badanej izolacji urzdzenia – mwi Tomasz Boczar.
Opolscy uczeni pracuj nad metod emisji akustycznej. Na podstawie efektw akustycznych, rozpoznaj rodzaj wyadowania niezupenego, ktre ma miejsce w transformatorze. Nie od tego jednak zaczyna si badanie i nie na tym koczy. Aby komputer mg rozpoznawa rodzaje wyadowa na podstawie sygnaw emisji akustycznej, a nastpnie powiza z okrelonymi typami uszkodze czy defektw, trzeba byo stworzy baz danych zawierajc potrzebne informacje oraz instrument – program komputerowy i narzdzia go obsugujce – ktry potrafi tak baz interpretowa. Odpowiednie symulacje przeprowadzono najpierw w laboratoriach Instytutu Elektroenergetyki Politechniki Opolskiej. Istnieje okoo dziesiciu rnych typw wyadowa, a kade zwizane jest z innym rodzajem defektu czy uszkodzenia ukadu izolacyjnego transformatora.
Do niedawna to czowiek by gwnym „elementem” systemu – on interpretowa sygnay emisji akustycznej przychodzce z czujnikw. Wizao si to z wieloma ograniczeniami, m.in. czasowymi oraz subiektywizacj interpretacji. Obecnie prowadzone s przez zesp kierowany przez prof. T. Boczara zaawansowane prace naukowo−badawcze nad komputerowym systemem eksperckim wyposaonym w sztuczn inteligencj, ktry zastpi subiektywn ocen osb wykonujcych pomiary diagnostyczne. Sie neuronowa umoliwia rozpoznanie podstawowych typw wyadowa oraz powiza je z okrelonymi defektami izolacji transformatora.
Poniewa awarie transformatorw stanowi bardzo powane zagroenie dla systemu elektroenergetycznego kraju oraz s niezwykle kosztowne, opaca si prowadzi biecy monitoring, wykonywany podczas normalnej pracy urzdzenia w warunkach przemysowych. Koszty bada diagnostycznych stanowi jedynie ok. 10% kosztw remontu transformatora i s wielokrotnie nisze od kosztw, ktre operator sieci moe ponie w wyniku awarii urzdzenia. Zapewne takie wzgldy zadecydoway o tym, e postanowiono stworzy systemy eksperckie do badania stanu ukadw izolacyjnych transformatorw. Taki system skada si: z komputerowej bazy danych dotyczcych zjawisk zachodzcych w urzdzeniu, ktre mog by zwizane z moliwymi uszkodzeniami transformatora; z odpowiedniej karty pomiarowej, zainstalowanej w komputerze oraz z metody przetwarzania i analizy danych przy pomocy narzdzi sztucznej inteligencji; i wreszcie z systemu czujnikw, ktre odbieraj sygnay pochodzce z transformatora. Istnieje ju system oceny stanu transformatorw za pomoc metody elektrycznej. Prof. Boczar realizuje teraz projekt, ktry ma na celu stworzenie systemu eksperckiego do oceny stanu transformatorw metod emisji akustycznej. Grant Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyszego ma warto ok. 1,3 mln z. W jego realizacji bierze udzia siedmioosobowy zesp specjalistw z Politechniki Opolskiej.
Czujniki zamontowane na kadzi transformatora ju przekazay dane do komputera. – Interesuje nas pasmo od okoo 30 kHz do 1 MHz, czyli niesyszalne dla ucha ludzkiego – mwi uczony. Program analiz wykonuje natychmiast, nie ma adnych dodatkowych, „rcznych” oblicze. Sie neuronowa podaje wyniki w postaci cile okrelonych danych liczbowych. Badanie koczy si protokoem opisujcym stan transformatora.
Po kilku godzinach badanie skoczone. Prof. Boczar ze wsppracownikiem skadaj swoje „zabawki” do samochodu. Na razie wci jest to prywatny, wysuony „kombiak” (czasami zastpuje go uczelniana furgonetka), a skadany stolik turystyczny suy za podstaw pod komputer. Marzy im si wz diagnostyczny z prawdziwego zdarzenia, z ca aparatur „na pokadzie”. To jednak sporo kosztuje.