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8/17/2019 Classificadores Nebulosos Aplicados a Análise de DGA em Transformadores de Potência
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8/17/2019 Classificadores Nebulosos Aplicados a Análise de DGA em Transformadores de Potência
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Sistemas Nebulosos – 2o Semestre/2015 – Trabalho Final – Arthur A. M. Farah & Wagner J. e Al!arenga Jr.
iniretamente os resultaos* uma !e9 ue as tnias e anlisen6o reali9am istin6o estes +atores* tal omo o moelo e/ou o+abriante o trans+ormaor seno analisao os aoslimtios e a agressi!iae o ambiente e instala6o oeui,amento o histrio e e!entos entre outros =G>.
ao o grane ,erentual e inter,reta:es err4neasa,resentaas ,ela literatura* uano na a,lia6o e tniaslssias* o ,resente trabalho sugere o em,rego e sistemasnebulosos ,ara reali9ar a a!alia6o e iagnstios e +alhasini,ientes a ,artir a IA em leo isolante etrans+ormaores e ,ot-nia. ara isso* s6o em,regaas uasi+erentes ,ro,ostas@ um sistema aa,tati!o e in+er-nianeuroLi+usa CANF#SD e um lassi+iaor aa,tati!o neuroLi+uso CANFD. Ambos os sistemas ,ermitem a e3tra6o iretae in+orma:es a ,artir e bases e aos histrias* as uais
,oem ser mani,ulaas e maneira a seleionar asos eanlise mais similares ao os trans+ormaores senoamostraos Ci.e.* mesmo moelo e eui,amento* mesmo
,orte* mesma a,lia6oD. A utili9a6o estes sistemas ,ermite areu6o os erros e lassi+ia6o* e!io ; a,reni9agemireta e orrela:es entre as rela:es gasosas e as +alhasini,ientes e3istentes* sem a neessiae e a,reia6o ,or
,arte e um es,eialista laboratorial.
7mbora tenham sio esassas* ,ela literatura ,esuisaa* autili9a6o essa tratati!a no ,roblema onsierao* os sistemasi+usos e in+er-nia e lassi+ia6o t-m sio a,liaos emuma srie e outros ,roblemas ,rtios relaionaos aoreonheimento e ,ar:es* tais omo no iagnstio e +alhase outros !ariaos ti,os e ,roblemas* retornano resultaos eenorme rele!Bnia. Tal +ato moti!a aina mais as a,lia:esaui ,ro,ostas.
##.M7T%%H%I#AS %N7N#%NA#S A$A A NH#S7 7IAS7S #SS%H#%S 7 #AINKST#% 7 FAHOAS
# N##7NT7S
%s gases omumente enontraos em ilui6o no leo etrans+ormaores em o,era6o s6o@ o3ig-nio C%2D* hirog-nio
CO2D* mon3io e arbono C%D* metano CO GD* etano C2OPD*etileno C2OGD* aetileno C2O2D* entre outros. % iagrama a+igura 1 re,resenta este e outros gases* orrelaionanoiagnstios ,ro!!eis* omumente le!antaos atra!s aIA. ara a reali9a6o esses iagnstios* s6o a,liaosi+erentes ritrios e anlise* baseaos no relaionamento euantiaes os i+erentes ti,os e gases ienti+iaos euanti+iaos nas amostras e leo.
Ao longo a histria* !rios mtoos +oram esen!ol!ios ,ara reali9ar esta anlise* e moo a iniar um iagnstiomais ,roeente ,oss?!el. Nestes* a nature9a e a onentra6oos gases iniam o ti,o e a se!eriae as +altas ini,ientes.As ta3as e ,rou6o estes gases tambm s6o iniaores
,ara a etermina6o o ti,o e a e!olu6o e +altas nostrans+ormaores e ,ot-nia.
Fig. 1. $ela6o e gases issol!ios em amostras e leo mineral isolantee orres,onentes iagnstios. Fonte@ =G>.
7m seu-nia ser6o a,resentaos os ,rini,ais mtoosenontraos na literatura ,ara a reali9a6o a IA. % * ,araa a,lia6o e algumas estas tnias. Qaseao nase+ii-nias enontraas* o ,r3imo t,io ,ro,:e aonstitui6o e a,lia6o e sistemas nebulosos ,ara areali9a6o e iagnstios ,ela IA.
A. Método de Rogers
% mtoo e $ogers utili9a uatro rela:es C+ra:esD os
ino gases en!ol!ios no ,roesso e eteriora6o omaterial isolante* ,ara etermina6o a oni6o otrans+ormaor. rimeiro +eito uma oi+ia6o as rela:esCon+orme a Tabela #D e ,ara aa seu-nia e igo assoiao um ti,o e +alha Ce aoro om a Tabela ##D.
TAQ7HA #%#F#A()% A$A MRT%% 7 $ %I7$S
Relação EntreGases
Valores Código
CH4/H2
≤ 0.1 5> 0.1 e <
10
≥ 1 e < 3 1≥ 3 2
C2H6/CH4 < 1 0≥ 1 1
C2H4/C2H6
< 1 0≥ 1 e < 3 1
≥ 3 2
C2H2/C2H4
< 0.5 0≥ 0.5 e <
31
≥ 3 2
TAQ7HA ###AINKST#% A$A MRT%% 7 $ %I7$S
Código Falha Característica
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Sistemas Nebulosos – 2o Semestre/2015 – Trabalho Final – Arthur A. M. Farah & Wagner J. e Al!arenga Jr.
0 0 0 0 Deterioração Normal5 0 0 0 Descargas arciais1 0 0 0 !e"e #o$rea%&ecime'to (< 150oC)2 0 0 0 !e"e #o$rea%&ecime'to (< 150oC)1 1 0 0 #o$rea%&ecime'to (e'tre 150oC e 200oC)2 1 0 0 #o$rea%&ecime'to (e'tre 150oC e 200oC)0 1 0 0 #o$rea%&ecime'to (e'tre 200oC e 300oC)0 0 1 0 #o$rea%&ecime'to *eral em Co'+&tores1 0 1 0 Corre'te +e Circ&lação 'as ,o$i'as1 0 2 0 Corre'te +e Circ&lação e'tre ,o$i'as e
-a'%&e0 0 0 1 Descargas sem l&o +e 'ergia0 0 1 1 rco com l&o +e 'ergia0 0 2 2 rco com l&o +e 'ergia0 0 2 2 Ce'telame'to Co't'&o ara ote'cial
l&t&a'te5 0 0 1 Descargas arciais com o'itorame'to5 0 0 2 Descargas arciais com o'itorame'to
C2/C>11
-emerat&ra 'a 7solação #&erior 8 Normal
B. Método de Doernenburg
% mtoo e oernenburg tambm se baseia em rela:esentre os gases* ,orm* assoiano iretamente os !alores
relati!os os gases om as oni:es e +alta Csem utili9ar oi+ia:esD. Tal mtoo n6o ,re!- inia:es ,ara o+unionamento normal o trans+ormaor. Toa!ia s6oestabeleias ertas oni:es ,ara !aliar a a,lia6o omtoo. % ritrio em,regao ,ara a ienti+ia6o e +alhas esrito atra!s a Tabela ###* enuanto ue os !aloresini!iuais ,ara a onentra6o e gases* neessrias ;a,lia6o o mtoo* s6o aos atra!s a tabela #. eaoro om a norma =E>* o mtoo s !lio uano* nom?nimo um os gases ue om,:em as rela:es ,rini,ais*
,ossuir uma onentra6o su,erior ao obro o !alor a,resentao na tabela #* e ,elo menos um os gases em aarela6o au3iliar ,ossuir !alor e onentra6o su,erior ao
!alor tambm a,resentao na tabela #.TAQ7HA ###
#AINKST#% A$A MRT%% 7 %7$N7NQ'$I
Tipo deFalha
9elaç:es ri'ciais 9elaç:es &iliaresCH4/H2 C2H2/C2H4 C2H6/C2H2 C2H2/CH4
#o$re%&ecime'to
> 1 < 0.;5 >0.4 0.4 0.1 e< 1
>0.;5 0.3
TAQ7HA #%N7NT$A(7S 7 AH#A()% A$A MRT%% 7 %7$N7NQ'$I
Tipo deGás
H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2
Co'ce'tração (/)
200 50 15 60 15
C. Método de Duval
% mtoo esen!ol!io ,or u!al le!a em onta asuantiaes ,erentuais relati!as e tr-s gases@ aetileno*metano e etano. A rela6o entre as uantiaes relati!as osgases e as +alhas a elas assoiaas* esrita atra!s e um
triBngulo* o ual mostrao na +igura 2. aa regi6o otriangulo loali9a uma ,ossibiliae e +alha* iagnostiaaon+orme a rela6o entre os gases. %s ,oss?!eis iagnstioss6o a,resentaos@ Cesargas ,ariais L oronaD T1 C+altastrmias abai3o e E00 D T2 C+altas trmias entre E00 eU00 D TE C+altas trmias maiores ue U00 D 1Cesarga e bai3a energia L entelhamentoD 2 Cesarga ealta energia L aro eltrioD T Coorr-nia simultBnea e
+alta trmia e aroD.
Fig. 2. iagrama Ternrio e u!al. Fonte@ =G>.
D. Método do Gás Chave
% mtoo os gasesLha!es o mais sim,les ,araiagnstio* o ual utili9a omo ritrio a,enas rela:es eonentra6o e gases issol!ios* ,oeno utili9ar asonentra:es ini!iuais iretamente ,ara !alia6o. A tabela* relaiona o gs ue ,reomina na mistura om a +alha uelhe eu origem. % ,erentual o gs baseao no total e
gases ombust?!eis issol!ios no leo isolante.
TAQ7HA $#TR$#%S A$A MRT%% % IS OA7
FaltaGásChav
eCritério
% deGases
rco C2H2
*ra'+e %&a'ti+a+e +e H2 eC2H2? e'or %&a'ti+a+e +eCH4 e C2H4? -raços +e C e
C2 i'+icam %&e a cel&loseo+e estar e'"ol"i+a.
H2 @ 60AC2H2 @30A
Coro'a H2
*ra'+e %&a'ti+a+e +e H2? -raços +e CH4 com e%&e'a%&a'ti+a+e +e C2H6 e C2H2?
C e C2 o+em ser
comara+os se a cel&loseesti"er e'"ol"i+a.
H2 @ B5ACH2 @
13A
#o$rea%&ecime'
toC2H4
*ra'+e %&a'ti+a+e +e C2H4?e'or %&a'ti+a+e +e C2H6?
-raços +e C2H2 H2 C e C2.
C2H4 @63A
C2H6 @20A
#o$rea%&ecime'
to +aCel&lose
C*ra'+es %&a'ti+a+es +e C
e C2. o+em eistiri+rocar$o'etos.
C @2A
E
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###. M7T%%H%I#A $%%STA
on+orme esrito anteriormente* um ,roblema assoiaoaos mtoos on!enionais e IA a bai3a ,reis6o osresultaos e a e,en-nia a eis6o +inal ,or ,arte e umes,eialista. Assim a utili9a6o e sistemas inteligentes e/ouh?brios !em seno reuisitaa e maneira a su,rir tais
,roblemas* om ,ossibiliaes e atingir iagnstios maison+i!eis.
e +orma a onstituir um sistema e lassi+ia6o ue se8a*ao mesmo tem,o* sim,les e inter,ret!el* ,oeno ainao+ereer a ,ossibiliae e ser aa,t!el a uesitos es,e?+iosos eui,amentos* neste trabalho s6o im,lementaos oisi+erentes sistemas i+usos* ambos baseaos em moelos oti,o TaXagiLSugenoL\ang CTS\D e orem 9ero* ,ara aonstru6o e sistemas e in+er-nia as +alhas ini,ientes.
Assim* onsierano omo entraas aa uma as ,rini,ais ra9:es entre as onentra:es gasosa ,ro!enientes aIA@ {R} rsub {1} ,ara a ra96o e metano ,or hirog-nio COG/O2D* {R} rsub {2} ,ara a ra96o eaetileno ,or etileno C2O2/2OGD* {R} rsub {3} ,ara a
ra96o e aetileno ,or metano C2O2/OGD* {R} rsub {4} ,ara a ra96o e etano ,or aetileno
C2OP/2O2D e {R} rsub {5} ,ara a ra96o e etileno ,or etano C2OG/2OPD alm e um ,oss?!el iagnstio e sa?a*
,oe ser e+inio um on8unto e m regras nebulosas {R} rsub {i} * ,ara re,resenta6o os sistemas e
in+er-nia e +alhas* on+orme@
Ri: ( Se R1é A1i ) e ( Se R2 é A2i ) e (Se R3é A3 i )
( Se R4 é A4 i ) e ( Se R5 é A5 i ) então yi= Di(1)
A sa?a {y} rsub {i} o moelo nebuloso umaonstante inteira* a ual re,resenta uma lasse es,e?+ia eiagnstio o ,roblema. Neste trabalho* as mesmas s6oresumiamente onsieraas en!ol!eno a,enas o seguinteon8unto e inter,reta:es@ normal C Di _1D* esargas
eltrias / +alha eltria C Di _2D e sobreaueimento / +alha
trmia C Di _ED.
A ,artir este moelo a,resentaa nas ,r3imas subse:esa onstitui6o e ois i+erentes sistemas aa,tati!osnebulosos ,ara iagnstio as +alhas ini,ientes a seremtestaas neste trabalho.
A. (iste#a Ada!tativo de 'n)er*n%ia "euro+Di)usa ,A"&'(-% ,rimeiro ti,o e moelo nebuloso a!aliao ao
atra!s a a,lia6o e um sistema aa,tati!o e in+er-nianeuroLi+usa CANF#SD sob o ,roblema tratao* on+ormemelhorias e+inias sobre o trabalho a re+er-nia =22>.
%s sistemas aa,tati!os e in+er-nia neuroLi+usa CANF#SD+oram iniialmente ,ro,ostos ,or Jang =2E>. 7stes sistemas s6oonebios e maneira a onsierar a atuali9a6o os seus
,arBmetros* os uais s6o ,rogressi!amente aeuaoson+orme o ma,eamento entraaLsa?a os aos e
treinamento is,onibili9aos* inor,orano* esta +orma*+ailiaes ,ara a,reni9ao e aa,ta6o.
Assim* a ,artir e uma aa base e aos e treinamento*onteno n amostras* os on8untos nebulosos
{A} rsub {di} ,resentes nos anteeentes e aa umaas regras ,oem ser e+inios reorrenoLse a utili9a6o ealgoritmos e agru,amento. e maneira geral* as tnias eagru,amento ,ermitem enontrar semelhanas entre os aos*
,ossibilitano uma ,arti6o aeuaa as in+orma:esis,on?!eis. Neste trabalho a tnia e agru,amentosubtrati!o CZsubtrati!e lustering]D ser esolhia. A mesma
baseaa no lulo e ,otenial as amostras* ue umameia inireta a ensiae e aos em eterminaasregi:es o es,ao e entraas. 7ste algoritmo* on+orme
,ro,osto em =2G>* ,ermite assim estimar o n
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7ste ,roeimento ,oe ser re,resentao a ,artir e ummoelo em amaas* seguno a aruitetura e um ANF#S*a,resentao na +igura CED a seguir.
Atra!s a e+ini6o a estrutura o ANF#S* os ,arBmetrosas +un:es e ,ertin-nia s6o otimi9aos on+orme uma basee aos e treinamento* ,ossibilitano a inor,ora6o eonheimentos sobre o sistema original moelao. ara este
,roesso e a,reni9agem* um algoritmo h?brio ombinano
o mtoo os m?nimos uaraos CHS7D e o mtoo egraiente esenente aotao* ,ermitino a sintonia e a8usteos ,arBmetros o moelo. Mais es,ei+iamente* no ,asso ealimenta6o ireta a ree C+ee+or`ar ,assD* manteno os
,arBmetros anteeentes +i3os* as sa?as os ns s6o obtias ata amaa G* e os ,arBmetros os onseuentes
{D} rsub {i}¿
D* s6o ienti+iaas ,elo mtoo HS7. No
,asso re!erso CbaX`ar ,assD* os sinais e erro s6o ,ro,agaos no sentio in!erso e os ,arBmetros osanteeentes C {C} rsub {di} e {σ} rsub {di} Das regras s6o atuali9aos ,elo mtoo o graienteesenente =25*2P>. ela literatura* ,ro!ao ue este
algoritmo h?brio altamente e+iiente na +orma6o o ANF#S*en!ol!eno uma ta3a e on!erg-nia muito mais alta o ueauela obtia a,enas ,ela a onsiera6o a otimi9a6oon8unta e toos os ,arBmetros =25*2P>.
Fig. E. Aruitetura ANF#S
A,s o ,roesso e a,reni9agem* no!as amostras ometerminaas onentra:es e gases ,ro!ias aromatogra+ia ,oem ent6o ser a!aliaas atra!s o ANF#S.
B. Classi)i%ador Ada!tativo "euro+Di)uso + A"&C
% sistema nebuloso anteriormente a,resentao* baseao emANF#S* tem algumas e+ii-nias. A maior elas resie no +atoe sua sa?a n6o ser aa e3atamente ,or um n. ortanto* neste trabalho um seguno moelo nebulosoaa,tati!o tambm em,regao. TrataLse e um lassi+iaor
nebuloso baseao na aeua6o aueles a,resentaos em =2e 2V>* e om a,lia6o ao ,resente tema e estuo.
'ma as !antagens na utili9a6o e sistemas i+usos elassi+ia6o a ine3ist-nia e +ronteiras elimitaoras r?giasentre as lasses !i9inhas. Assim* em eterminaas loaliaeso es,ao ,oss?!el ha!er sobre,osi:es* om aes6o ,ariale aa lasse* sem uma arater?stia neessariamentee3luente entre as mesmas =2U>. 7ste ,onto e !ista re+lete arealiae e muitas a,lia:es* nas uais as ategorias elassi+ia6o t-m limites nebulosos* +orneeno aina umare,resenta6o mais sim,les em a,lia:es u8a ,arti6o oes,ao e entraas se emonstre relati!amente.
ara a one,6o o ANF este trabalho* a eta,a iniial reali9aa e maneira similar ; o ANF#S* atra!s ole!antamento iniial as regras e os on8untos nebulosos
{A} rsub {di} e aa anteeente* a ,artir autili9a6o e tnias e agru,amento* 8untamente ; base eaos +orneia. No!amente s6o onsieraas +un:es e
,ertin-nia gaussianas* on+orme a eua6o 2* e!io aon
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NotaLse ue as uas ,rimeiras amaas o moelo ANFs6o res,eti!as auelas 8 a,resentaas ,ara o ANF#S. Assim olulo o grau e ati!a6o e aa regra Zi] nos ns aamaa 2 s6o igualmente aos* on+orme a eua6o E. %use8a* utili9ao o o,eraor ,routo ,ara on8un6o nebulosaos es,aos e entraa. No trabalho e Jang =2U>* toa!ia* sugeria utili9a6o e outras tLnormas* tais omo o o,eraor eOamaher =E0>.
Na amaa E* a ombina6o linear os graus e ati!a6o etoas as regras s6o le!aos em onta ,ara em,reener o luloos graus e ,ertin-nia assoiao a aa uma as Klasses e3istentes. Nos trabalhos e o e heng =2> e eetisli =2V>* sugerio ue as sa?as se8am ,oneraas* emoo ue eterminaas regras tenham maior ontrole sobreregi:es es,e?+ias o es,ao e entraas. #sto reali9ao a
,artir o on8unto as m regras is,on?!eis* ,ara umaaa lasse k * on+orme a eua6o 5@
βk =∑i=1
m
α i ∙ ωi (5)
7m ue {α} rsub {i} s6o ,esos assoiaos a aauma as regras e3istentes* e tambm relaionaos ao mooomo estas a+etam as suas lasses orres,onentes. Nestetrabalho tais ,esos +oram tios omo seno iguais a um ou9ero* no aso a regra i ser res,eti!amente assoiaa oun6o ; aa +alha ClasseD k . Toa!ia* on+orme inia=2>* o reomenao assoiar os ,esos ao n
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A +igura P* ,or sua !e9* ilustra a istribui6o as amostrason+orme as rela:es ,rini,ais C$ 1 e $ 2D e au3iliares C$ E e $ GDentre gases* ,ro!eno uma re,resenta6o ualitati!a asistribui:es on+orme seus iagnstios. 7stas re,resenta:ess6o as bases os mtoos lssios a,resentaos na se6o 2*seno orrentemente utili9aas na literatura ,ara ilustrar as
bases e aos* e seno* ,ortanto* aui tambm utili9aas. Asrela:es est6o is,ostas em esala logar?tmia.
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
log(R1)
l o g ( R 2 )
Normal
Falha Elétrica
Falha Térmica
CaD
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
log(R3)
l o g ( R 4 )
Normal
Falha Elétrica
Falha Térmica
CbD
Fig. P. $ela:es Iasosas Cem esala logar?tmiaD
CaD rini,ais C$ 13$ 2D CbD Au3iliares C$ E3$ GD
7mbora n6o se8a ,oss?!el is,or on8untamente toas asino rela:es utili9aas omo entraas os moelosnebulosos* ,oss?!el ,re!er ,or estes gr+ios ,ariais ae3ist-nia e sobre,osi6o entre as lasses no es,ao e
arater?stias.R im,ortante estaar tambm ue* e!io ao +ato o
on8unto e aos o 77H ,ossuir a,enas tr-s ,oss?!eislasses* toas as amostras e aos o #7 +oramoniionaas e igual maneira* onsierano ent6o as uas
,ossibiliaes e +alhas eltrias em uma
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%s 20^ os aos restantes s6o* ent6o* utili9aos ,arahear a e+ii-nia os sistemas nebulosos utili9aos nestetrabalho* om,arati!amente ;s im,lementa:es os mtooslssios e oernemburg e e $ogers. Tambm a!aliaa autili9a6o e uma $ee er,tron e M
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CD CeD
Fig. . lassi+ia6o e Falhas #ni,ientes em Trans+ormaores e ot-nia ,or aos a IA
CaD Mtoo e oernemburg CbD Mtoo e $ogers CD $ee MH CD ANF#S CaD ANF
ara +ins e maior eluia6o s6o tambm a,resentaos* ,or
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elorCaso
&+#!% ")#%
100
ior Caso=+ia
elorCaso
!"#$%&'#%&"#%
$#"%625A;12A
300
ior Caso=+ia
elorCaso
;31AB3BA&"#%
5;;A")#'%!)#*%
R !eri+iao nesta oni6o ue* em ambos os mtoos*embora o aumento o n
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trans)or#ador de !ot*n%ia. S6o arlos@ isserta6o e Mestrao – 'ni!ersiae e S6o aulo.
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=P> J. Q. igiorgio* 2005. Dissolve Gas Analysis o) Mineral 6il 'nsulating &luids. Saramento L 'SA@ Northen Tehnolog[ & Testing.
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=> #7 1VVV. Mineral oil + i#!regnated ele%tri%al e9ui!#ent in servi%e ; Guide to the inter!retation o) dissolved and )ree gases analysis. Ne`
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