dr hab. inż. Hubert Morańda Poznań, dnia r. Instytut Elektroenergetyki Politechniki Poznańskiej ul. Piotrowo 3A Poznań

Transkrypt

1 dr hab. inż. Hubert Morańda Poznań, dnia r. Instytut Elektroenergetyki Politechniki Poznańskiej ul. Piotrowo 3A Poznań Recenzja rozprawy doktorskiej mgra inż. Pawła Bergera, na temat: Zastosowanie dyskretnej transformaty Falkowej do wykrywania zmian grubości styków podobciążeniowych przełączników zaczepów. 1. Podstawa formalna opracowania recenzji Podstawę formalną opracowania recenzji stanowi uchwała Rady Wydziału Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki Politechniki Opolskiej oraz zlecenie Dziekana Wydziału, Pana prof. dr. hab. inż. Mariana Łukaniszyna, z dnia 04 lipca 2016 r. 2. Wybór tematu i ogólna charakterystyka pracy Podobciążeniowe przełączniki zaczepów (PPZ) są jednymi z głównych elementów składowych transformatorów energetycznych. Ich rola polega na regulowaniu napięcia w sieci elektroenergetycznej, najczęściej po stronie górnej transformatora, bez konieczności jego wyłączania. Awarie podobciążeniowych przełączników zaczepów są stosunkowo częstą przyczyną wyłączenia transformatorów statystyki pokazują, że około 20%-40% wszystkich awaryjnych wyłączeń transformatorów jest skutkiem defektu PPZ lub jego napędu. Na tak duże zagrożenie awarią podobciążeniowego przełącznika zaczepów wpływa kilka czynników jednocześnie. Są to, między innymi, trudne warunki eksploatacji oraz duża liczby operacji łączeniowych, przy stosunkowo złożonej budowie mechanicznej urządzenia. Awaryjność PPZ związana jest też z faktem, że są one praktycznie jedynymi ruchomymi elementami transformatorów. Odpowiednio wczesne wykrycie defektu podobciążeniowego przełącznika zaczepów nie jest łatwe. Nawet w trakcie rewizji wewnętrznej można nie wykryć niektórych defektów PPZ, gdyż do pewnych części ich konstrukcji bardzo trudno się dostać. Natomiast wykonywanie badań typu DGA oleju, pomiar rezystancji czy pomiar prądu napędu nie zawsze daje jednoznaczną informację na temat rozwijającego się defektu. W ostatnim czasie w energetyce coraz większy nacisk kładziony jest na wartości wskaźników SAIDI (wskaźnik przeciętnego systemowego czasu trwania przerwy długiej i bardzo długiej) i SAIFI (wskaźnik przeciętnej systemowej częstości przerw długich i bardzo długich). Metoda diagnostyki on-line przełączników zaczepów, zaproponowana przez Doktoranta, bardzo dobrze wpisuje się w taką praktykę eksploatacyjną właścicieli transformatorów. Odpowiednio wczesne wykrycie rozwijającego się defektu PPZ umożliwia 1

2 skrócenie czasu wyłączenia linii elektroenergetycznych jedynie do niezbędnego na dokonanie koniecznych napraw, przez co wartości współczynników SAIDI i SAFI nie powinny ulec pogorszeniu z powodu awarii transformatora. W rozprawie przedstawiono opracowaną przez Doktoranta nową metodykę opisu sygnałów emisji akustycznej (EA) od PPZ, pozwalającą na skuteczną detekcję zmiany grubości ich styków przy użyciu metody emisji akustycznej wykorzystywanej on-line. Tezę pracy sformułowano następująco: Obok klasycznych parametrów charakteryzujących sygnały EA, generowane przez PPZ, głównym deskryptorem winna być dyskretna transformata falkowa. Poprzez analizę poszczególnych stopni dekompozycji falkowej sygnału możliwa jest detekcja defektów PPZ, w tym określenie zmiany grubości styków. Wydaje mi się jednak, że takie sformułowanie tezy, generalnie poprawne, można zrozumieć także nieco szerzej niż prawdopodobnie wynikało to z zamierzeń Autora (co wynika z tematu rozprawy oraz z jej treści). Stwierdzenie, że możliwa jest detekcja defektów PPZ, w tym określenie zmiany grubości styków można było zapisać bardziej adekwatnie do treści zawartych w pracy, np.: możliwe jest określenie zmiany grubości styków. Autor w pierwszej części dysertacji opisał stosowane w praktyce przemysłowej rozwiązania konstrukcyjne podobciążeniowych przełączników zaczepów oraz krótko przedstawił metody ich diagnozowania. Następnie Doktorant przeszedł do opisu charakterystyki sygnałów emisji akustycznej pochodzących od PPZ i możliwości diagnozowania stanu tych urządzeń metodą EA. Na podstawie przeglądu literaturowego Autor wykazał możliwość wykrywania różnego rodzaju defektów PPZ przy wykorzystaniu metody EA. W dalszej kolejności Doktorant ogólnie scharakteryzował typy przetworników EA wykorzystywanych w praktyce pomiarowej, przedyskutował podstawowe metody eliminacji zakłóceń pomiarowych oraz ograniczenia metrologiczne w zastosowaniu metody EA. Druga część pracy opisuje wykorzystywane przez Autora laboratoryjne stanowisko do badań diagnostycznych oraz użyty w badaniach model podobciążeniowego przełącznika zaczepów. Opisany też został sposób spreparowania defektów tego modelu. Następnie Doktorant przeszedł do opisania parametrów metrologicznych układu pomiarowego oraz wykorzystywanego w badaniach przetwornika EA. Przedstawiona została również metodyka prowadzonych pomiarów. W dalszej kolejności Doktorant ocenił możliwość wykrywania zmian grubości styków PPZ przy użyciu standardowych metod opisu sygnałów emisji akustycznej. Analizowana była skuteczność zastosowania transformacji Hilberta, krótkoczasowej transformacji Fouriera oraz dyskretnej i ciągłej transformacji falkowej. Autor wykazał, że istnieje możliwość wykrywania grubości styków PPZ przy wykorzystaniu klasycznych deskryptorów sygnałów EA ale, ze względu na przedstawione w pracy problemy, proponuje on opracowanie alternatywnych metod opisu tych sygnałów. W kolejnej części dysertacji Doktorant przedstawił zasadnicze wyniki swoich badań. Jako podstawę do określenia parametrów ilościowych, charakteryzujących sygnały emisji 2

3 akustycznej, zaproponował on metody czasowo-częstotliwościowe opisu sygnałów EA. Doktorant skupił się na wyznaczaniu energii sygnałów EA jako parametru charakteryzującego te sygnały. Do wyznaczania energii sygnałów została użyta dyskretna transformacja falkowa (DWT). Podejście takie pozwala na przygotowanie opisów sygnałów EA w dziedzinie częstotliwości, przy zachowaniu pewnej informacji o jego strukturze czasowej. W ramach realizowanych badań była obliczana energia średnia wszystkich detali DWT w funkcji zmiany grubości styków PPZ, dokonywano doboru falek oraz dokonywano oceny jakości estymacji wartości średniej energii charakteryzującej kolejne detale. Następnie wykazano normalność rozkładu uzyskanych wyników (przy zastosowaniu testu Jarque-Bera) i wyznaczono przedziały ufności. W dalszej kolejności zostały przeprowadzone badania możliwości wykrywania zmian grubości styków PPZ na podstawie analizy energii emitowanych w nich sygnałów EA. W opisanych badaniach modelowych zastosowano podział sygnałów EA na dwie części: od 0 do 90 ms oraz od 90 do 140 ms. Dla obu części sygnałów przeprowadzano osobne analizy i na ich podstawie wystosowano wnioski. Ostatnia część pracy obejmuje wyniki pomiarów i analizy sygnałów EA, wykonanych w warunkach przemysłowych, dla czterech różnych typów podobciążeniowego przełącznika zaczepów. Wykonane przez Doktoranta odciski palca PPZ w dobrym stanie technicznym mogą zostać w przyszłości wykorzystane do wykrycia zmian w obrębie tych urządzeń. W mojej opinii, przedstawiona rozprawa doktorska stanowi oryginalne rozwiązanie problemu naukowego i wykazała ogólną wiedzę teoretyczną Autora i umiejętność jego samodzielnego prowadzenia pracy naukowej. Wkładem Doktoranta w rozwój nauki jest opracowanie nowej metodyki analizy sygnałów emisji akustycznej, generowanych przez podobciążeniowe przełączniki zaczepów w trakcie operacji łączeniowych, w celu detekcji zmian grubości ich styków. Zaproponowane przez niego podejście umożliwia wykrycie tych zmian on-line, co przekłada się na odpowiednio wczesne wykrycie defektu urządzenia i podjęcie kroków naprawczych zanim dojdzie do jego awarii. Ponadto należy odnotować, że mgr inż. Paweł Berger dotychczas opublikował 21 artykułów naukowych, przy czym jest on samodzielnym autorem ośmiu z nich. Trzy publikacje Doktoranta zostały zamieszczone w czasopismach znajdujących się na Liście Filadelfijskiej. Zdecydowana większość publikacji Doktoranta była związana z problematyką poruszoną w rozprawie doktorskiej. Wraz z recenzowaną pracą prowadzi to do wniosku, że Autor dobrze orientuje się w tematyce rozprawy. Formalna ocena pracy Przedstawiona do recenzji rozprawa doktorska liczy 135 stron i została podzielona na 10 rozdziałów plus załączniki. Przegląd i analiza piśmiennictwa oraz podstawy teoretyczne wykonanych badań obejmują około 25% jej objętości, a opis wyników badań około 75%. Autor odwołał się do 117 pozycji literaturowych, w dużej części o zasięgu światowym. Układ 3

4 pracy jest przejrzysty i logiczny, a na podkreślenie zasługuje to, że została ona opracowana bardzo starannie pod względem językowym. Uwagi krytyczne i dyskusyjne A) Pytania i uwagi merytoryczne 1) W trakcie badań Doktorant mierzył i analizował sygnały EA od podobciążeniowego przełącznika zaczepów charakteryzującego się znamionową grubością styków, jak również grubością zwiększoną o 1, 2 oraz 3 mm. Naturalnym efektem wykonywania wielu operacji łączeniowych PPZ jest ścieranie jego styków, co objawia się zmniejszaniem ich grubości. Nie rozumiem więc dlaczego Doktorant w swoich pracach zdecydował się na badania dla grubości styków rosnącej od znamionowej do powiększonej o 3 mm? Moim zdaniem, wyniki badań przeprowadzonych dla styków o grubości mniejszej niż znamionowa, oprócz takiej samej wartości poznawczej, miałyby zdecydowanie większą szansę na wykorzystanie ich bezpośrednio w praktyce przemysłowej. 2) Autor przyjął konwencję opisywania grubości styków jako 0, 1, 2 i 3 mm dla styków o znamionowej i powiększonej grubości. Niestety, np. we wszystkich rysunkach z załącznika pojawił się zbyt duży skrót myślowy, który sugeruje, że badane styki miały grubość właśnie 0, 1, 2 i 3 mm. Poza tym nie znalazłem w pracy informacji o wartości znamionowej grubości styków. 3) Nigdzie w pracy nie zauważyłem informacji na temat usytuowania przetwornika pomiarowego. Moim zdaniem informacja taka jest niezbędna z racji zauważalnego wpływu różnicy w położeniu przetwornika nie tylko na mierzoną wartość szczytową rejestrowanych sygnałów EA, ale również na ich kształt. 4) Na rysunkach 5.2 i 5.3 przedstawiono moduł transformaty Hilberta sygnału emisji akustycznej od przełącznika zaczepów ze znamionową grubością styków i grubością powiększoną o 3 mm. Zabrakło mi informacji na temat liczby zarejestrowanych przebiegów i ich powtarzalności. Taka sama uwaga dotyczy rysunków 5.4 i 5.5, przedstawiających spektrogramy krótkoczasowej transformaty Fouriera zarejestrowanych sygnałów EA. 5) W badaniach modelowych zastosowano podział sygnałów EA na dwie części: od 0 do 90 ms i od 90 do 140 ms. W związku z tym mam pytanie o to w jaki sposób była określana chwila zero? 6) Na podstawie praktyki pomiarowej Doktoranta proszę orientacyjnie określić całkowity czas wykonania pomiarów na transformatorze energetycznym. 7) Brakuje informacji na temat warunków podczas wykonywania odcisku palca trzech transformatorów energetycznych. Przykładowo, czy jednostki te były w trakcie tych pomiarów pod napięciem? 4

5 B) Uwagi edytorskie 1) Str. 10, wiersz 6. od dołu. Jest: stosowane są zastawy kilku, powinno być: stosowane są zestawy kilku 2) Str. 13, ostatnie zdanie: Na czas ten składa się czas przełączenia styków przełącznika mocy który wynosi od 40 do 60 ms, natomiast przez styki pomocnicze obciążone są prądem przez około 20 do 30 ms. Treść tego zdania jest dla mnie niezrozumiała. 3) Str. 21, rys 3.9. Jest: lokazliacji, powinno być: lokalizacji 4) Str. 22, wiersz 10. Jest: co może wynikać min. z zakłócenia, powinno być: co może wynikać, między innymi, z zakłócenia 5) Str. 23, drugi akapit. Jest: co może wynikać min. z zakłócenia, powinno być: co może wynikać, między innymi, z zakłócenia 6) Str. 38, wiersz 5. i 6. Jest: określenie wymaganego współczynników wzmocnienia, powinno być: określenie wymaganych współczynników wzmocnienia 7) Str. 38, wiersz 16. i 17. Jest: wzmocnienie przedwzmacniacz, powinno być: wzmocnienie przedwzmacniacza 8) Str. 39. W badaniach został wykorzystany szerokopasmowy przetwornik WD firmy PAC. Rysunek 4.8 przedstawia charakterystykę takiego przetwornika z broszury informacyjnej firmy MISTRAS. Każdy sprzedawany przetwornik ma nieco inną charakterystykę, dlatego dostaje od producenta swoją indywidualną metryczkę. Autor mógł zamieścić w pracy charakterystykę dokładnie tego przetwornika, który był wykorzystywany w jego badaniach. 9) Str. 39, wiersz 8. i 7. od dołu. Jest: wycinek przestawianej charakterystyki, powinno być: wycinek przedstawianej charakterystyki 10) Str. 40, wiersz 5. od dołu. Jest: W każdej z czerech, powinno być: W każdej z czterech 11) Str. 50, wiersz 13. Jest: to znaczy że każdy detali, powinno być: to znaczy, że każdy z detali 12) Str. 53, wiersz 6. Jest: widocznych również na przedstawionym przebiegu napięciowym. Brak tego przebiegu w pracy. 13) Str. 73, rys Jest: Parzyate, powinno być: Parzyste 14) Str. 84, wiersz 13. od dołu. Jest: w tabeli 8.7, powinno być: w tabeli ) Str. 87, wiersz 14. Jest: obarczone są niedokładności, powinno być: obarczone są niedokładnością 16) Str. 88, wiersz 3. Jest: rośnie to granicznej, powinno być: rośnie do granicznej 17) Str. 104, Rys. 8.1 i zdanie powyżej rysunku. Określenie specjalistyczna aparatura pomiarowa jest, moim zdaniem, zbyt ogólne jak na rozprawę doktorską. Jak rozumiem Autor do badań w warunkach przemysłowych użył tej samej aparatury, którą wykorzystał w badaniach na modelu i którą opisał w rozdziale ) Str. 122, pozycja [71]. Jest: Eksploracja, powinno być: Eksploatacja. 19) Str. 123, pozycja [81]. Zbędne podkreślenie i barwa niebieska. 5

6 20) Brak w tekście odniesienia do pozycji literaturowych nr 44 i ) Zabrakło w literaturze daty pobrania plików ze stron WWW. 22) Obecne, ale stosunkowo rzadko pojawiające się w pracy błędy interpunkcyjne zostały w tej analizie przeze mnie pominięte. Wniosek końcowy Wyrażone uwagi krytyczne dotyczące pracy nie umniejszają jej wartości i należy je w większości traktować jako głos w publicznej dyskusji. Podjęta przez Doktoranta tematyka jest bardzo aktualna. Doktorant wykazał się znajomością obecnego stanu wiedzy w zakresie objętym tematem pracy, umiejętnością planowania i prowadzenia badań, a do rozwiązania postawionego problemu zastosował adekwatne metody badawcze. Uzyskał oryginalne wyniki oraz wykazał, że potrafi analizować i krytycznie oceniać uzyskane rezultaty pomiarów, a także formułować poprawne wnioski poznawcze. Widzi on również kierunki dalszych badań. Świadczy to o wystarczającym przygotowaniu i predyspozycjach Kandydata do samodzielnego prowadzenia prac naukowobadawczych. Uważam, że przedstawiona mi do recenzji rozprawa doktorska mgra inż. Pawła Bergera spełnia wymagania stawiane pracom doktorskim (zgodnie z ustawą z dnia 14 marca 2003 r, Dziennik Ustaw Nr 65, poz. 595 oraz Rozporządzeniem Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia 3 października 2014 r., poz. 1383) i wnoszę o jej przyjęcie i dopuszczenie do publicznej dyskusji. 6