Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы и уточнение решаемых в диссертации задач 7
1.1 Вопросы диагностирования силовых трансформаторов 7
1.1.1 Устройство трансформатора 7
1.1.2. Дефекты, возникающие в трансформаторах электрических систем 9
1.1.3. Методы диагностирования силовых трансформаторов в рабочих режимах (мониторинг силовых трансформаторов) 11
1.2 Схема замещения трансформатора 15
1.2.1 Виды схем замещения 15
1.2.2 Т-образная и Г-образная схемы замещения 18
1.2.3 Известные методы и процедуры определения параметров схемы замещения трансформаторов 23
1.3. Применение дискретизированной электротехники для определения параметров схемы замещения трансформатора 29
1.3.1. Регистраторы электрических сигналов 29
1.3.2. Основные положения и соотношение дискретизированной электротехники 30
1.3.3. Применение дискретизированной электротехники для определения параметров схемы замещения трансформатора 34
1.4. Выводы по главе и уточнение решаемы задач 37
Глава 2. Определение параметров продольных ветвей схемы замещения однофазного трансформатора в рабочем режиме 39
2.1. Общие сведения 39
2.2. Расчет параметров продольных ветвей схемы замещения трансформатора, имеющего ненагруженную обмотку 40
2.2.1 Методика проведения исследований и обработки их результатов 40
2.2.2 Определение параметров продольных ветвей через мощности 42
2.2.3 Определение параметров продольных ветвей методом характерных точек и методом решения системы уравнений 43
2.3. Расчет параметров продольных ветвей схемы замещения трансформатора, не
имеющего ненагруженной обмотки 48
2.3.1 Методика проведения исследований и обработки их результатов 48
2.3.2 Определение параметров продольных ветвей через мощности 49
2.3.3 Определение параметров продольной ветви Г-образной схемы замещения методом характерных точек и методом решения системы уравнений 50
2.4. Результаты определения параметров схемы замещения маломощного трансформатора ПОБС-5М в рабочем режиме 52
2.5. Выводы 59
Глава 3. Определение параметров ветви намагничивания схемы замещения однофазного трансформатора в рабочем режиме 60
3.1. Особенности определения параметров ветви намагничивания схемы замещения однофазного трансформатора 60
3.2. Определение магнитных потерь; построение характеристики намагничивания трансформатора в рабочем режиме; расчет параметров ветви намагничивания схемы замещения однофазного трансформатора 61
3.3. Определение мгновенных значений индуктивности намагничивания 63
3.4. Схема замещения многообмоточного трансформатора, определение её параметров...64
3.5. Результаты определения параметров схемы замещения маломощного трансформатора ПОБС-5М в рабочем режиме 67
3.6. Выводы 74
Глава 4. Производственные испытания. вопросы мониторинга состояния активных частей однофазных трансформаторов различных типов 76
4.1. Производственные испытания методов определения параметров схем замещения однофазных трансформаторов в рабочем режиме 76
4.1.1. Результаты определения параметров схемы замещения электродинамической модели трансформатора ОАО «НИИПТ» 77
4.1.2. Результаты определения параметров схемы замещения силового трансформатора ТДТН-63/110/35/10 80
4.2. Вопросы организации мониторинга состояния активных частей однофазных трансформаторов различных типов 84
4.2.1. Организация мониторинга состояния активных частей однофазного трансформатора, имеющего ненагруженную обмотку 87
4.2.2. Организация мониторинга состояния активных частей однофазного двухобмоточного трансформатора 93
4.2.3. Организация мониторинга состояния активных частей однофазного многообмоточного трансформатора 97
4.2.3. Организация мониторинга состояния активных частей однофазного трехобмоточного трансформатора 98
4.3. Выводы 98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 100
Литература 102
Приложение
- Методы диагностирования силовых трансформаторов в рабочих режимах (мониторинг силовых трансформаторов)
- Расчет параметров продольных ветвей схемы замещения трансформатора, имеющего ненагруженную обмотку
- Определение магнитных потерь; построение характеристики намагничивания трансформатора в рабочем режиме; расчет параметров ветви намагничивания схемы замещения однофазного трансформатора
- Вопросы организации мониторинга состояния активных частей однофазных трансформаторов различных типов
Введение к работе
Одной из главных проблем современной энергетики является наличие большого количества силовых трансформаторов, выработавших свой нормативный ресурс. По некоторым данным суммарная мощность парка ключевых силовых трансформаторов, установленных в энергосистемах стран СНГ и отработавших свыше 25 лет составляет более 600 ГВА. Ежегодно количество таких трансформаторов увеличивается примерно на 200 единиц.
Таким образом, наиболее актуальной задачей электроэнергетики на ближайшие 10-20 лет становится обеспечение продолжения надежной эксплуатации «старого» парка. Существует, по крайней мере, две причины, по которым никакие гарантии не могут закрыть проблемы безотказной, безаварийной эксплуатации силовых трансформаторов: во-первых, срок службы любого изделия - величина вероятностная и, во-вторых, несоответствие предписанных режимов эксплуатации реальным может приводить к ускорению расходования ресурса. Решают эту проблему с помощью диагностического контроля.
Анализ дефектов, возникающих в силовых трансформаторах, показывает, что их можно разделить на три группы по времени развития:
медленно развивающиеся дефекты со временем развития более года;
быстро развивающиеся дефекты со временем развития менее года;
внезапные отказы со временем развития от долей секунд до нескольких часов. Доля внезапных отказов увеличивается вместе со временем, в течение которого трансформатор находится в эксплуатации. Увеличение доли быстро развивающихся и внезапных отказов приводит к необходимости уменьшения периодичности контроля вплоть до непрерывного.
Наибольшее количество отказов происходит именно в период нормальной эксплуатации, и основное количество трансформаторов не «дотягивает» до износовых отказов. Причиной высокой аварийности трансформаторов в период «нормальной» эксплуатации является, по-видимому, уровень капитальных ремонтов (на 12 и 24 году эксплуатации). Именно поэтому столь остро для силовых трансформаторов встала проблема перехода от ремонтов по сроку эксплуатации к ремонту по состоянию. В связи с вышесказанным актуальны работы по созданию систем мониторинга трансформаторов.
Под мониторингом понимается непрерывное (с частотой большей, чем частота, необходимая для оценки наблюдаемого события) слежение за установленным параметром с целью контроля за приближением его значения (или зависящего от него другого параметра) к граничному для последующего принятия соответствующего решения по восстановлению контролируемого параметра. При наличии системы мониторинга сигнал о необходимости более глубокого диагностического обследования должен поступать от неё.
Именно мониторинг силовых трансформаторов является на сегодняшний день наиболее эффективным и соответствующим современному уровню развития техники решением проблемы эксплуатации трансформаторов, выработавших свой нормативный ресурс. Сегодня мониторингу уделяется большое внимание; разрабатываются и совершенствуются такие методы обследования трансформаторов, как анализ масла, измерение частичных разрядов, вибро-акустическое обследование, измерение температуры, регистрация электромагнитного излучения. Как правило, все эти методы могут использоваться совместно при комплексном обследовании силовых трансформаторов. Однако хорошо известно, что создание идеальной системы мониторинга принципиально невозможно, и всегда остается возможность для её совершенствования.
В этом плане нельзя не обратить внимание на всё более широкое распространение в электроэнергетике оперативно-измерительных комплексов, позволяющих контролировать в реальном времени параметры электрического режима в различных точках энергосистемы. С внедрением в энергетику регистраторов электрических сигналов, появилась возможность контроля мгновенных значений токов и напряжений на входе и выходе силового трансформатора. Именно с помощью такого инструментария можно значительно повысить эффективность диагностирования. К сожалению, при попытках организации мониторинга силовых трансформаторов, такой возможностью сегодня незаслуженно пренебрегают.
Таким образом, мы имеем актуальную проблему - построение систем мониторинга силовых трансформаторов и новый подход к её решению - обработку массивов мгновенных значений токов и напряжений на входе и выходе трансформатора. При этом речь идет о возможности дополнить уже существующие методы непрерывного контроля новыми, тем самым, повысив эффективность диагностирования в целом.
Цель предлагаемой работы: исследовать однофазные трансформаторы с позиции возможности организации мониторинга их состояния с помощью массивов мгновенных
значений токов и напряжений; определить наиболее информативные диагностические параметры и разработать конкретные методики их определения в рабочем режиме.
В качестве диагностических параметров при организации мониторинга трансформаторов можно использовать параметры их схемы замещения. По изменению активного сопротивления обмоток можно судить о целостности электрических цепей и состоянии контактных соединений. Изменение индуктивного сопротивления рассеяния обмоток указывает на наличие деформаций и повреждений в обмотках.
Кроме параметров схемы замещения, в качестве диагностических параметров представляют интерес потери в магнитопроводе трансформатора и его намагничивающая мощность, которые позволяют оценить состояние магнитной системы трансформатора.
Электромагнитные диагностические параметры имеют то неоспоримое преимущество, что отражают процессы, происходящие в трансформаторе практически мгновенно. Кроме них таким свойством обладают, пожалуй, только механические параметры акустики и вибрации, так как тепловые параметры и параметры масла являются инерционными. Учитывая, что электромагнитные параметры в общем случае могут быть зафиксированы в течение одного периода переменного тока, равного 0,02 с при 50 Гц, системы мониторинга, основанные на контроле таких параметров, вполне могут служить защитой при внезапных отказах и быстроразвивающихся дефектах.
Несмотря на то, что доля однофазных трансформаторов, используемых в электроэнергетических системах, весьма мала, вопросы определения электромагнитных параметров в рабочем режиме целесообразно рассмотреть именно на них, рассматривая эту работу, как подготовительный этап к исследованию трехфазных трансформаторов. Действительно, многие вопросы непрерывного контроля электромагнитных параметров трансформаторов остаются открытыми, и их решение для трехфазных трансформаторов без предварительного рассмотрения однофазных представляется затруднительным.
Еще одной актуальной задачей, которой не уделяется достаточного внимания в литературе, является определение параметров многообмоточных трансформаторов в рабочем режиме. Эту задачу также планируется решить в настоящей работе.
Список источников литературы представлен в порядке упоминания в тексте. Номера формул состоят из двух цифр: первая - номер главы, вторая - порядковый номер формулы.
Методы диагностирования силовых трансформаторов в рабочих режимах (мониторинг силовых трансформаторов)
В литературе по диагностированию силовых трансформаторов используются четыре принципа классификации систем диагностирования: 1. По назначению: текущее — определение состояния, правильности и возможности выполнения объектом его функций; прогнозирующее - сбор данных для прогнозирования возможных изменений объекта; 2. По способу проведения диагностирования: функциональное (в рабочем режиме, без вывода трансформатора из эксплуатации); тестовое. 3. По режиму работы: непрерывные — постоянный контроль выбранных параметров объекта в процессе его работы; периодически действующие — контроль параметров осуществляется периодически через заданные промежутки времени; разовые — используется, когда необходимо получить дополнительную информацию о контролируемом объекте. 4. По степени автоматизации: автоматические — алгоритмы сбора, преобразования и обработки информации функционируют без непосредственного участия человека; автоматизированные — сбор и преобразование информации происходит автоматически, но анализ информации приводится оперативным персоналом [6].
Исходя из соображений, уже изложенных во введении, в настоящей диссертационной работе уделяется основное внимание функциональному диагностированию трансформаторов по массивам мгновенных значений токов и напряжений, не требующему вывода их из рабочего режима. Поэтому ниже не рассматриваются такие методы диагностирования, как измерение частичных разрядов, вибрационный контроль, тепловизионный контроль, ультразвуковая локация и отбор проб масла для различных анализов [4, 5, 7-20]. Известны нормативные документы по испытанию силовых трансформаторов [21-25]. Однако ряд авторов отмечают, что стандартные процедуры диагностирования не отвечают современным требованиям надежности и экономической целесообразности и предлагают новые альтернативные решения [4, 11, 12]. При этом основное направление в развитии методов диагностирования заключается в более подробном представлении технического состояния оборудования за счет применения новых методов диагностирования и автоматизации измерения параметров оборудования в режиме мониторинга (под рабочим напряжением). Всё чаще звучат предложения о целесообразности организации комплексного диагностирования по совокупности косвенных признаков о наличии дефектов [11]. Наибольшей эффективностью в предупреждении аварий трансформаторов обладают системы непрерывного контроля, использующие комплекс датчиков, реагирующих на максимально возможное число видов развивающихся при работе дефектов, иными словами системы мониторинга.
Общими для систем мониторинга является цель - выявление на ранней стадии развития опасных для трансформатора дефектов непосредственно во время работы. Также общим является наличие общей системы обработки, анализа и отображения в удобном для эксплуатационного персонала параметров состояния трансформатора. Различными являются комплексы чувствительных к дефектам датчиков и методы выявления опасного состояния узлов трансформаторов [3].
К настоящему моменту широкий охват контролируемых параметров, наибольшую глубину проработки и опыт эксплуатации имеют три зарубежные системы мониторинга: TRAS(CIIIA); система компании Siemens (ФРГ); система ABB Secheron (Швейцария). Заслуживают серьезного внимания отечественные системы: TDM фирмы «Вибро-центр» [26]; система «Диагностика+» [16]; система экспресс-диагностики силовых трансформаторов [8]; система непрерывного контроля параметров трансформаторного масла [9]; устройство для мониторинга силовых трансформаторов [27] и другие. В перечисленных выше системах используются следующие методы диагностирования и диагностические параметры: - температура масла в верхней точке бака трансформатора; - уровень масла в баке трансформатора; - температура и влажность окружающей среды; максимальная расчетная температура обмотки трансформатора; - давление во вводах, высокий - низкий порог; - вибрационный контроль состояния привода РПН и наличия дуги в контакторе; - акустический контроль частичных разрядов в баке РПН; - состояние газового реле; - давление в баке трансформатора; - регистрация и анализ частичных разрядов во вводах и внутри трансформатора; - анализ растворенных газов в масле; - регистрации информации о нормальных, предаварийных и аварийных событиях, работы защитных и контрольно-измерительных приборов. Кроме того, контролируются следующие электромагнитные параметры: - токи трех фаз трансформатора, сторона ВН или НН; - напряжения трех фаз, сторона ВН и НН; - тангенс угла потерь вводов и величины емкости С1; параметр Zk после электродинамических воздействий на обмотки трансформатора. Возможность расчета индуктивности обмоток, связанной с Zk, представлена в [28].
Распространенным дефектом крупных силовых трансформаторов является деформация обмоток из-за воздействия возникающих при коротких замыканиях (КЗ) сил.
Изменение индуктивности и емкости смещающихся катушек и дисков вызывает изменение полного сопротивления короткого замыкания обмотки. Сравнение измеренного значения с полученными ранее (до воздействия токов КЗ) позволяет оценить степень деформации обмоток.
Изменение формы обмоток сопровождается также изменениями частотной характеристики трансформатора, определяемой подачей напряжения различной частоты. Частотная характеристика сравнивается со снятой ранее, до воздействия на трансформатор короткого замыкания. Аналогичный результат дает анализ переходной функции трансформатора, получаемой при воздействии на его обмотку прямоугольным импульсом.
За рубежом неоднократно высказывались мнения о целесообразности разработки методов оценки деформации в обмотках без отключения от сети [3]. В России разработки методов выявления деформации обмоток (НИЦ ВВА, филиал ВЭИ в Тольятти) направлены на измерения ZK в рабочем режиме. В НИЦ ВВА и Новочеркасском ГТУ разработаны для этой цели специальные приборы. Аналогичные работы проводятся НИЦ «ЗТЗ-Сервис» (г. Запорожье) [29].
Расчет параметров продольных ветвей схемы замещения трансформатора, имеющего ненагруженную обмотку
Рассматриваем рабочий режим трансформатора и схему его измерений (см. рис. 2.1). нагрузки с числом витков W3. При этом на первичную обмотку подано переменное напряжение ивх (t), а вторичная обмотка подключена к нагрузке, полное сопротивление которой равно ZH . Напряжение на нагрузке равно ин (/), токи в первичной и вторичной обмотках - /[(/) и i2(t), соответственно, напряжение на третьей ненагруженной обмотке n2(t). В случае, если трансформатор Т является высоковольтным, измерения производят с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения. В рабочем режиме трансформатора измеряются массивы мгновенных значений входного тока 1 (/,)1, выходного тока /2(/,), входного напряжения \uBX(tj)\, напряжения на нагрузке "я( ) и напряжения на ненагруженной обмотке и3( ,)1- Для перехода к Т-образной схеме замещения рис. 2.2 проведем приведение всех токов и напряжений к первичной цепи и получим: Рис. 2.2. Т-образная схема замещения трансформатора Так как ток по ненагруженной обмотке W3 не протекает, то нет и падения напряжения на её собственном сопротивлении, а поэтому напряжение и3(ОІ пропорционально ЭДС намагничивания В схеме замещения рис. 2.2 нам известны напряжения uBX(t )\, и[( ) и u0(tj)\. Это позволяет, используя второй закон Кирхгофа для мгновенных значений напряжений, получить: Теперь для каждой из продольных ветвей схемы замещения нам известны протекающий по ней ток и падение напряжения. Для первичной обмотки - это ток /,(/,) и напряжение 1 ( )1, для вторичной — ток i 2(t )\ и напряжение 1 ( )1- Дальнейший анализ параметров продольных ветвей будем вести, используя именно эти массивы мгновенных значений. Воспользуемся методом, описанным в [40], для определения параметров продольных ветвей через мощности (см. п. 1.3.3). Для этого рассчитываем действующие значения токов и значения активных потерь в обмотках трансформатора Обратим внимание на тот факт, что при приведении токов и напряжений к одной цепи, энергетические показатели трансформатора остаются неизменными. Поэтому мощность Р2, полученная через приведенные ток l/jCOl и напряжение z4(0, равна фактической мощности потерь во вторичной обмотке. Далее рассчитываем реактивные мощности обмоток Исторически эта методика для рабочего режима была разработана первой, она опирается на активные и реактивные мощности, для которых всегда можно проверить баланс мощностей.
Полученные таким образом параметры продольных ветвей схемы замещения примем за опорные значения для того, чтобы сравнивать с ними результаты, получаемые другими, описанными ниже, методами. Для использования метода характерных точек и метода решения системы уравнений необходимо произвести численное дифференцирование массивов мгновенных значений токов первичной и приведенной вторичной ветвей 1/,(/,-)1 и \i 2(tj)\, и получить массивы производных указанных токов по времени —L(/,) и —-(/,) Нами были рассмотрены три основных метода численного дифференцирования [74]. Метод №1: Дан массив 1 ( )1- Массив производных определяют в соответствии с соотношением Ук 2-Ах где Ах — интервал дискретизации по х. Фактически метод требует знания значений функции в трех точках хк_ хк, хш. Метод №2: Является методом дифференцирования после сглаживания, поэтому на нем меньше сказываются случайные ошибки опытных данных. Этот метод требует знания значений функции в пяти точках xk_2,xk_l,xk, xk+l, xk+2. Метод №3: Метод требует знания значений функции в г +1 точках: хк,хк+1,хк+2,...,хк+г, где г — порядок последней учитываемой разности. Исследование описанных методов численного дифференцирования проводились на синусоидальном сигнале с различным числом значений на периоде N Для контроля погрешности методов производная определялась как Хо.ші=10- C0S(X,). Контроль погрешности осуществлялся по формуле
По результатам видно, что метод №1 обладает весьма низкой точностью. С точки зрения точности следует использовать метод № 3, причем количество учитываемых разностей следует выбирать в зависимости от числа отсчетов на периоде и от требуемой точности. При заданной точности мы можем получить зависимость r(N), как показано выделенными значениями в таблице 2.1. Тем не менее, при использовании на реальных массивах мгновенных значений метод №3 дает значительные ошибки в виде колебаний значения производной с периодом, близким к дискретностью At, связанной видимо, с наличием шумов в исходном сигнале. Как показала практика, метод №2 так же может давать значительные ошибки на стыках двух периодов, если имеются данные только по одному периоду, а второй период «достраивается» к первому. В таких случаях необходимо использовать метод №1. Таким образом, метод №1 хоть и имеет наибольшую погрешность, является наиболее надежным при работе с реальными массивами мгновенных значений. Поэтому в дальнейшем мы будем использовать именно его для численного дифференцирования. В случае с первичным и приведенным вторичным токами получим
Определение магнитных потерь; построение характеристики намагничивания трансформатора в рабочем режиме; расчет параметров ветви намагничивания схемы замещения однофазного трансформатора
Первый способ заключается в следующем. Имея массивы мгновенных значений тока намагничивания /0( у) и напряжения намагничивания \u0(tj)\, по формуле (3.4) сразу рассчитываем мощность магнитных потерь: Второй способ определения мощности магнитных потерь использует известный факт, что потери в магнитопроводе пропорциональны площади динамической петли магнитного гистерезиса Fnr [66]. И так как ток /0(0 с некоторыми допущениями пропорционален напряженности магнитного поля в магнитопроводе, a fu 0(t)dt — его индукции, то зависимость lu 0(t)dt = f(i0) представляет собой масштабированную петлю гистерезиса. Её площадь, отнесенная к периоду, равна потерям в магнитопроводе в единицу времени, то есть мощности потерь: В (3.5) индукция в магнитопроводе рассчитывается численным интегрированием массива 1мо((/)!
Один из алгоритмов численного интегрирования [74] состоит в следующем. Сначала находят промежуточный массив \m{tj)\ значений интеграла в точках I..N, постоянная составляющая которого не равна нулю. Для этого принимают, что /и(/,) = 0. Значения m(tj) в остальных точках рассчитываются по правилу трапеций: Ясно, что этот массив будет иметь некоторую случайную постоянную составляющую. Поэтому далее находят массив значений интеграла \u 0(t)dt в точках 1.JV, вычитая из массива m(f.) его постоянную составляющую М : В принципе, для численного интегрирования массива м0( ) может быть использован и любой другой способ из описанных в [74]. Площадь Fnr находится как площадь многоугольника, заданного координатами его вершин
Динамическая петля гистерезиса является характеристикой намагничивания трансформатора для данного конкретного режима работы и поэтому представляет особенную ценность для оценки состояния магнитной системы трансформатора. Ниже на примере маломощного трансформатора мы рассмотрим несколько таких характеристик, полученных непосредственно в рабочем режиме трансформатора. Активное сопротивление ветви намагничивания трансформатора легко может быть определено при известной мощности магнитных потерь по формуле: где I0 - действующее значение тока намагничивания, определенное по формуле (1.3). Намагничивающая мощность QQ может быть определена по площади вольтамперной характеристики Щ—/(і0)- Соответствующая формула уже была приведена в первой главе (формула (1.8)): Тогда индуктивное сопротивление ветви намагничивания определяют по формуле: Известно, что характеристика намагничивания ферромагнитных материалов является нелинейной.
Соответственно и параметры ветви намагничивания схемы замещения трансформатора являются нелинейными. Как указано в [51] нелинейные параметры могут быть заменены параметрами, изменяющимися во времени, поэтому рассмотрим индуктивность намагничивания трансформатора, как величину, которая изменяется на протяжении одного периода переменного напряжения. В рамках настоящей работы был рассмотрен следующий подход к определению мгновенных значений индуктивности намагничивания. По-прежнему рассматриваем Т-образную схему замещения трансформатора (рис. З.1.): При определении мгновенных значений индуктивности намагничивания будем опираться на следующие соотношения: По второму закону Кирхгофа для мгновенных значений имеем: По закону электромагнитной индукции Как указано в п. 3.2, определяем значение активного сопротивления ветви намагничивания R0. Далее, учитывая магнитные потери в сердечнике, имеем: откуда получим о (О При этом постоянную составляющую Г(и0( )-/0(r)i )rf/ следует принять равной нулю, так как это интеграл переменного тока, имеющий физический смысл переменной индукции B(t), постоянная составляющая которой равна нулю. Из полученной в (3.13) зависимости L0(t) можем найти: постоянную составляющую индуктивности намагничивания LQ СР; действующее значение L0 D; график изменения во времени мгновенных значений LQ(t).
Вопросы организации мониторинга состояния активных частей однофазных трансформаторов различных типов
Во введении и обзорной главе уже были рассмотрены работы по оценке и контролю состояния силовых трансформаторов. Был сделан вывод о том, что для своевременного отключения трансформатора и вывода его в ремонт целесообразен переход к системам, позволяющим непрерывно контролировать состояние трансформатора и выявлять дефекты на ранней стадии их развития. Одно из направлений при создании таких систем - непрерывный контроль электромагнитных параметров трансформатора в рабочем режиме. При этом электромагнитные параметры используются в качестве диагностических параметров, характеризующих состояние трансформатора.
Идея такого подхода состоит в следующем. Трансформатор, эксплуатируемый в электроэнергетических системах, является готовым изделием со своими уникальными характеристиками, зависящими от его предыстории: изготовления, транспортировки, установки и эксплуатации на протяжении всего срока службы. Эти характеристики изменяются со временем в зависимости от состояния самого трансформатора. Учитывая многообразие типов трансформаторов и местных условий их эксплуатации, выработка неких эталонных значений его электромагнитных параметров, соответствующих исправному состоянию трансформатора, затруднительна, если не невозможна совсем. Зато имеется возможность оценить изменение этих параметров во времени, начиная с момента установки на трансформатор системы мониторинга. При появлении и развитии дефекта электромагнитные параметры трансформатора начнут откланяться от некоторых средних значений, зафиксированных ранее при нормальной работе трансформатора. Это изменение и будет являться сигналом о том, что в трансформаторе появился дефект; в зависимости от величины изменения параметра обслуживающий персонал должен будет принять решение: о выводе трансформатора в ремонт, производстве более точных испытаний и т.п.
Важным является выявление закономерности изменения электромагнитных параметров в зависимости от конкретных видов повреждений трансформатора. При этом могут быть использованы: теория трансформаторов; опыт расчетов и моделирования их поведения при тех или иных повреждениях; опыт эксплуатации систем мониторинга электромагнитных параметров трансформаторов на объектах электроэнергетики. В результате должна быть создана статистическая база данных и разработаны конкретные экспертные указания по оценке состояния трансформатора. В табл. 1.1 приведены зависимости электромагнитных параметров от состояния трансформатора, полученные автором на основании анализа имеющейся по этому вопросу литературы. Только после широкого внедрения результатов предлагаемой работы станет возможным практическое получение подобных зависимостей.
Оценим динамику изменения параметров обмоток для силового трансформатора ТІ ПС «Восточная» (приложение Е) - таблица 4.8, расчет которых приведен в п. 4.1.2. постоянством режима работы трансформатора и отсутствием развивающихся дефектов. Это позволяет нам сделать предположение о возможности выявления дефектов по наличию более существенных изменений параметров обмоток. О состоянии обмоток трансформатора, как было сказано выше, можно судить по параметрам продольных ветвей его схемы замещения и по потерям в обмотках, а именно: по активным сопротивлениям первичной І?, и вторичной i?2 обмоток; индуктивным сопротивлениям Хх и Х2 и индуктивностям Lx и L2 обмоток; потерям активной Рг и Р2 и реактивной О, и Q2 мощности в обмотках трансформатора. Методы определения этих параметров в рабочем режиме подробно рассмотрены в главе 2. О состоянии магнитной системы трансформатора, можно судить по параметрам поперечной ветви его схемы замещения RQ и Х0, по магнитным потерям Р0, намагничивающей мощности О0 и по мгновенным значениям индуктивности намагничивания LQ. Методы определения этих параметров в рабочем режиме подробно рассмотрены в главе 3. Далее рассмотрим возможные варианты организации мониторинга состояния активной части однофазных трансформаторов по этим параметрам для четырех основных случаев: однофазный трансформатор имеет три обмотки, причем все три находятся в работе; однофазный трансформатор имеет три обмотки и одна из них ненагружена; однофазный трансформатор имеет две обмотки; однофазный трансформатор имеет количество обмоток, превышающее три, и одна из них ненагружена. При этом уделим внимание особенностям подключения системы мониторинга - программно-аппаратного комплекса ПАК, реализующего предлагаемые алгоритмы, к однофазным трансформаторам того или иного типа. Автор не претендует на создание рабочей модели такой системы, а лишь предлагает возможные варианты её реализации с точки зрения алгоритмов функционирования. В общем виде алгоритм мониторинга состояния активных частей трансформатора выглядит следующим образом. На работающем трансформаторе устанавливается система мониторинга (см. рис. 4.10), которая включает в себя программно-аппаратный комплекс ПАК и систему измерения. Система измерения включает в себя: - преобразователи первичного тока и напряжения - трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН), подключаемые ко всем без исключения обмоткам трансформатора; - датчики тока и напряжения, устанавливаемые во вторичные цепи ТТ и ТН. В программно-аппаратном комплексе имеются в частности: - аналогово-цифровой преобразователь, преобразующий аналоговые сигналы датчиков в цифровые значения; - устройство сбора и передачи данных; - сервер, на который поступают значения токов и напряжений; - программное обеспечение для реализации предлагаемых алгоритмов, анализа и сохранения значений электромагнитных параметров трансформатора, - интерфейс, позволяющий пользователю получать информацию о состоянии трансформатора. Структурная схема ПАК приведена на рис. 4.11.
На вход блока расчета параметров (БРП) поступают массивы мгновенных значений токов и напряжений в обмотках трансформатора. В БРП по алгоритмам, описанным в главах 2 и 3, рассчитывают электромагнитные параметры трансформатора, а именно, параметры его схемы замещения, потери в обмотках и магнитопроводе, индуктивности» рассеяния обмоток и намагничивающую мощность трансформатора. Параметры, рассчитанные в БРП, поступают на вход блока сравнения (БСр) и блока сохранения результатов и уставок (БСРиУ). В БСРиУ накапливаются данные об изменении параметров трансформатора за время его работы через некоторые одинаковые промежутки времени. Кроме того, в БСРиУ задаются уставки, относительно которых затем рассчитываются отклонения параметров. Эти уставки могут корректироваться в зависимости от предшествующих значений электромагнитных параметров. В блоке сравнения (БСр) значения параметров, получаемые из БРП, сравниваются со значениями уставок, задаваемых БСРиУ. В зависимости от величины, модуля и знака отклонения параметров от уставок на выходе БСр формируются сигналы о наличии той или иной неисправности трансформатора в соответствии с таблицей 1.1. При недопустимом увеличении отклонения подается сигнал о необходимости немедленного отключения трансформатора.
Описываемая система непрерывно получает и сохраняет на жестком диске значения электромагнитных параметров трансформатора с интервалом по времени равным или большим одного периода переменного тока (0,02 с для промышленной частоты 50 Гц). В ходе эксплуатации описываемой системы должен быть проведен анализ влияния режима работы трансформатора на его параметры (для последующей отстройки системы мониторинга от влияния этого режима).
