Разработка метода и технических средств диагностики изоляции силовых трансформаторов сельских электрических сетей Макарова, Надежда Леонидовна

Введение к работе

Актуальность темы. Надежность электроснабжения агропромышленных комплексов в значительной мере зависит от состояния силовых трансформаторов, которые широко используются для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. Интенсивный рост числа эксплуатируемых трансформаторов при существующих способах и средствах их эксплуатации ведет к увеличению материальных и финансовых затрат.

Современное состояние сетей в сельской местности характеризуется их износом: более 50 % воздушных линий и трансформаторных подстанций отработали свой нормативный срок службы. Учитывая значительное количество трансформаторных пунктов 10/0,4 кВ (513 тыс. ТП) и ограниченность материальных ресурсов, обеспечение работоспособности может быть достигнуто за счет качественного обслуживания с использованием современных средств диагностирования. Поэтому важной задачей является совершенствование и создание новой системы технического обслуживания электроустановок и электрооборудования, разработка новых технических средств диагностирования электроустановок, обеспечивающих своевременное обнаружение и устранение выявленных дефектов.

Разработанные технические средства диагностирования должны выявлять дефекты на ранней стадии их появления, обладать большой чувствительностью к диагностическим признакам, быстродействием, простотой конструкции, небольшой стоимостью и не требовать высокой квалификации обслуживающего данное средство персонала. Указанные средства должны обеспечить возможность контроля состояния электрооборудования, как при снятом напряжении, так и под напряжением.

Следовательно, задача разработки достаточно простых средств для оценки работоспособности силовых трансформаторов сельских электрических сетей при их обслуживании регистрацией изменения параметров амплитудно-частотных характеристик его обмоток является актуальной.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с комплексными научно- техническими планами научно-исследовательских работ Марийского государственного университета (МарГУ) и Концепцией развития электрификации сельского хозяйства России на период до 2020 года.

Цель исследования. Обеспечение работоспособности силовых трансформаторов 10/04 кВ сельских электрических сетей путем разработки метода и технических средств диагностики изоляции для выявления дефектов на ранней стадии их возникновения.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие научные задачи исследования:

1. Выполнить анализ статистических данных отказов силовых трансформаторов 10/0,4 кВ по Республике Марий Эл при их функционировании за многолетний период наблюдения для определения наиболее характерных из них и обзор традиционных методов диагностирования состояния внутренней изоляции трансформаторов для выявления их недостатков.

2. Определить и теоретически обосновать новые диагностические признаки дефектов внутренней изоляции и витковых замыканий в обмотках трансформаторов исследованием в режиме высокочастотного зондирования.

3. Исследовать влияния дефектов на изменение диагностических признаков.

4. Разработать методику расчета собственных резонансных частот колебаний обмоток трансформаторов.

5. Разработать средства диагностирования состояния внутренней изоляции силовых трансформаторов сельских электрических сетей на основе обоснованных диагностических признаков при снятом напряжении, под рабочим напряжением и провести их экспериментальные испытания.

6. Оценить технико-экономическую эффективность разработанных средств диагностирования.

Объект исследования. Объектом исследования являются силовые трансформаторы и средства для их диагностирования.

Предмет исследования. Закономерности, связывающие процессы изменения технического состояния внутренней изоляции трансформатора с сопутствующими диагностическими признаками.

Методика исследования. При проведении исследований использованы методы и положения теории электрических цепей, теории вероятности и математической статистики; экспериментальные исследования с применением измерительной техники и натурного эксперимента на трансформаторах. Обработка результатов теоретических и экспериментальных исследований выполнялась с применением ПЭВМ с использованием прикладных программ Microsoft Office Ехсеї 2007, Statistica 7.011.

Научная новизна работы:

6. 1. Обоснованы новые диагностические признаки - изменение значения разности амплитудных значений входного и выходного напряжения и коэффициента передачи на высоких частотах в зависимости от состояния внутренней изоляции силовых трансформаторов и установление их количественных значений.

   2. Обосновано выявление витковых замыканий в обмотках по смещению резонансных частот.

   3. Разработана методика расчета собственных резонансных частот обмотки силовых трансформаторов.

   4. Предложены новые технические решения для автоматизированного контроля за изменением состояния внутренней изоляции силовых трансформаторов под рабочим напряжением.

   5. Приведены результаты сравнительных экспериментальных исследований по контролю изоляции силовых трансформаторов традиционными методами и новыми разработанными средствами.

   Обоснованность и достоверность положений и выводов настоящей работы подтверждается корреляцией полученных результатов диагностирования на действующих трансформаторах с использованием существующих измерительных приборов и разработанных в МарГУ средств диагностирования.

   Практическая значимость:

   6. 5. 1. Разработаны три типа устройств по контролю за изменением состояния внутренней изоляции силовых трансформаторов для периодического контроля со снятием напряжения и под рабочим напряжением, основанные на использовании новых диагностических признаков на основе высокочастотного зондирования.

         2. Разработанные средства диагностирования состояния внутренней изоляции силовых трансформаторов по частотным характеристикам позволяют выявить дефекты на начальной стадии их возникновения, снизить трудоемкость диагностирования и осуществить ремонт трансформаторов до возникновения отказа по фактическому состоянию изоляции. На один тип устройства диагностирования получен сертификат Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии об утверждении типа средств измерений (сертификат RU. E.118.A № 23076).

         3. Разработано программное обеспечение для определения собственных резонансных частот обмоток трансформаторов.

         Реализация результатов исследований

         Разработанные средства для диагностирования состояния изоляции силовых трансформаторов по частотным характеристикам апробированы и внедрены в опытную эксплуатацию в производственном отделении «Йошкар-Олинские электрические сети» филиала «Мариэнерго» ОАО «МРСК Центра и Приволжья».

         Материалы теоретических и экспериментальных исследований внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет» по специальности 140211.65 - Электроснабжение, при подготовке аспирантов по специальностям: 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы и 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве, а также на курсах повышения квалификации ИТР в МарГУ.

         Внедрение результатов исследований подтверждается соответствующими актами, приложенными к диссертации.

         На защиту выносятся следующие основные положения:

         2. новые диагностические признаки для оценки состояния внутренней изоляции и витковых замыканий в обмотках трансформаторов;

         3. методы расчета собственных резонансных частот обмотки силовых трансформаторов;

         4. разработанные на основе новых диагностических признаков, изготовленные и испытанные в лабораторных и производственных условиях средства для диагностирования внутренней изоляции трансформаторов, как при снятом напряжении, так и под рабочим напряжением;

         5. сравнительные испытания внутренней изоляции трансформаторов традиционными методами и новыми разработанными средствами.

         Апробация результатов работы. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научно-практических конференциях: международных - ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет» (г. Йошкар-Ола, 2009 - 2012 гг.), ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия» (г. Челябинск, 2009 - 2012 гг.), международная межвузовская школа-семинар «Методы и средства технической диагностики» (г. Йошкар-Ола, 2007 - 2008 гг.), Первая международная конференция молодых специалистов «АБС Холдинг» (г. Чебоксары 2009 г.), ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова» (г. Саратов, 2010 - 2011 гг.), XIV Московский международный салон изобретений и инновационных технологий «Архимед-2011» (г. Москва, 2011 г.); всероссийских - ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» (г. Казань, 2011 - 2012 гг.), I-IV российские форумы «Российским инновациям - российский капитал» (2008 г. - г. Чебоксары; 2009 г. - г. Саранск; 2010 г. - г. Ижевск; 2011 г. - г. Оренбург).

         Установка демонстрировалась: в Выставочном центре (г. Москва, 2008 - 2009 гг.); на I Российском форуме «Российским инновациям - российский капитал», (г. Чебоксары, 2008 г.); на III Российском форуме «Российским инновациям - российский капитал» (г. Ижевск, 2010 г.).

         Награждены: золотой медалью Приволжского федерального округа РФ 2010 г. (г. Ижевск, 2010 г.); серебряной медалью Министерства энергетики (г. Москва, 2010 г.); серебряной медалью XIV Московского международного салона изобретений и инновационных технологий «Архимед-2011» (г. Москва, 2011 г.); дипломом Министерства промышленности, науки и технологии Российской Федерации, Департамента науки и промышленной политики г. Москвы.

         Публикации. Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в 17 публикациях, в том числе шесть работ опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК, и в монографии «Диагностирование состояния изоляции силовых трансформаторов сельских электрических сетей».

         Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, восьми приложений. Общий объем диссертации составляет 227 страниц машинописного текста, включает в себя 144 страницы основного текста, 62 рисунка, 29 таблиц и приложения на 83 страницах. Список литературы состоит из 123 источников, в том числе 8 на иностранных языках.

         Похожие диссертации на Разработка метода и технических средств диагностики изоляции силовых трансформаторов сельских электрических сетей

         

         Методы и средства диагностики изоляции асинхронных двигателей сельскохозяйтвенного производства на основе частичных разрядовПахомов Александр Иванович

         

         Разработка методов оценки энергосбережения с применением конденсаторных установок для распределительных сетей АПККорепанова Ольга Юрьевна

         Повышение надежности электроустановок напряжением выше 1000 В предприятий агропромышленного комплекса путем разработки методов и средств контроля состояния изоляцииШаткин, Александр Николаевич

         Разработка способов и технических средств повышения эффективности электрофизических методов защиты растений от насекомых-вредителейКуприенко, Александр Георгиевич

         

         Повышение эффективности электрофизических методов и технических средств для диагностики и лечения скрытого мастита у коров Дайбова Любовь Анатольевна

         Лазерно-оптические методы и технические средства многопараметрической диагностики растений и плодовБудаговская, Ольга Николаевна

         Снижение потерь и повышение качества электроэнергии в сельских распределительных сетях 0,38 кВ при несимметричной нагрузке с помощью трансформатора "звезда - звезда с нулём с симметрирующим устройством"Теремецкий, Максим Юрьевич

         Использование трансформаторов У/Уи с общестержневой симметрирующей обмоткой в сельских электрических сетяхПротосовицкий, Иван Васильевич

         

         Разработка трехфазно-однофазной сети для электроснабжения сельских потребителейШагимарданов Дамир Экрэмович

         

         Разработка концепции развития распределительных электрических сетей сельских территорийШевляков Виктор Иванович