Введение к работе
Актуальность темы
Обеспечение надёжности электроснабжения потребителей, устойчивости работы электрических систем является приоритетной и актуальной проблемой электроэнергетики. Надёжная работа энергосистем неразрывно связана с надежностью силовых трансформаторов (СТ). Около 30% аварийных ситуаций с СТ связаны с разрушениями изоляции обмоток, возникающих, как правило, вследствие изменения их геометрии или межвитковых замыканий. Выявление деформаций обмоток на раннем этапе их развития позволит своевременно провести плановые ремонтно-восстановительные работы без развития системных аварий. Совершенствование существующих и разработка новых диагностических методов, позволяющих более точно и на более ранних этапах развития дефектов СТ определять их присутствие и степень развития в работающем СТ, является актуальной задачей.
Одним из признанных и эффективных методов контроля состояния СТ является метод частотного анализа (МЧА). Этот метод высокочувствителен ко всем видам деформаций обмоток. Вместе с тем, в настоящее время, с помощью МЧА невозможно определить тип повреждения обмотки СТ (витковое замыкание, деформация обмотки и т.п.), место его локализации в обмотке и степень развития. Характеристики СТ, получаемые с помощью МЧА, неудобны для хранения и обработки, поскольку представляют собой неструктурированный двумерный массив данных, что сильно затрудняет паспортизацию СТ. Кроме того, анализ состояния СТ производится по графическому представлению вышеуказанных массивов данных, в несколько этапов, с использованием методов корреляционного анализа и математической статистики, что требует высокой квалификации персонала, выдающего заключение о состоянии обмоток СТ.
Данная диссертационная работа посвящена моделированию дефектов обмотки СТ, их влиянию па частотные характеристики (ЧХ) обмоток, экспериментальному исследованию СТ с дефектами методом МЧА и является актуальной.
Цель диссертационного исследования состоит в развитии МЧА для получения возможности определения типа дефекта, локализации его в обмотке СТ и степени его развития. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
исследовать ЧХ обмоток реальных СТ с дефектами и без них;
установить связь между изменениями частотных характеристик СТ в МЧА и типом дефекта, а также его локализацией и степенью развития;
построить модель обмотки СТ и исследовать её ЧХ;
разработать способ, позволяющий паспортизировать результаты диагностических испытаний СТ методом частотного анализа без потери их информативности и повысить их результативность.
Методы исследования определялись характером каждой из поставленных задач и опирались на теорию электрических цепей, методы математического моделирования обмоток СТ, теорию вероятностей и спектральный анализ.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации определяется корректным применением надежных современных методов оценки состояния обмоток СТ, использованием при экспериментах поверенных приборов и откалиброванных диагностических комплексов, обработкой данных с помощью общеизвестных математических процедур и современных программных комплексов, воспроизводимостью результатов измерений и хорошим совпадением экспериментальных и теоретических значений экстремумов частотных характеристик СТ.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
построена модель обмотки низкого напряжения (НН) СТ марки ТРДН-25000/110 с учётом её реальной структуры, позволяющая установить соответствие элементов модели отдельным частям обмотки СТ и влияние изменения параметров модели на её передаточную функцию (ПФ);
построены оценочные диаграммы, раскрывающие зависимость относительного изменения частот резонансов ПФ от типа дефекта, степени его развития и локализации;
разработана методика диагностирования дефектов обмотки, позволяющая определять тип дефекта, его локализацию и степень развития;
установлены характерные изменения ПФ при витковых замыканиях обмотки высокого напряжения (ВН) на примере СТ марок ТСЗИ-2,5 и ТМ-160/10, а также их соответствие результатам исследования теоретической модели;
предложен способ, позволяющий паспортизировать результаты измерений МЧА и упростить их интерпретацию, основанный на спектральном анализе ПФ и замене квазинепрерывных ЧХ силового трансформатора дискретным набором резонансных частот (гаусс-портретом).
Практическая ценность работы определяется совершенствованием оценки состояния обмоток СТ, путём развития и углубления МЧА, получением возможности паспортизировать результаты измерений, а также упрощением их интерпретации. Это повышает достоверность диагностики состояния обмоток методом частотного анализа и позволяет более точно определять остаточный ресурс контролируемого СТ.
На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:
модель обмотки НН силового трансформатора марки ТРДН-25000/110 и результаты моделирования: соответствие элементов модели отдельным частям обмотки СТ, влияние изменения параметров модели на её ПФ, перечень возможных дефектов обмоток СТ и изменения элементов модели, к которым они приводят;
оценка положения резонансных частот ПФ обмотки НН силового трансформатора марки ТРДН-25000/110 в зависимости от типа дефекта, степени его развития и локализации;
методика диагностирования дефектов обмотки, позволяющая определять тип дефекта, его локализацию и степень развития;
факторы, влияющие на форму ЧХ обмоток, установленные в результате экспериментальных исследований МЧА, проведенные на СТ, находящихся в эксплуатации;
набор изменений передаточных функций СТ марок ТСЗИ-2,5 и ТМ-160/10, полученных экспериментально и характерных для витковых замыканий обмотки ВН, а также их соответствие результатам теоретического моделирования;
способ, позволяющий паспортизировать результаты измерений МЧА и упростить их интерпретацию, основанный на спектральном анализе ПФ и замене квазинепрерывных ЧХ силового трансформатора дискретным набором резонансных частот (гаусс-портретом).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийском конкурсе инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению «Энергетика и энергосбережение» (Томск, 2006), III Молодежной международной научной конференции «Тинчу-ринские чтения» (Казань, 24-25 апреля 2008 г.), Международной научно-технической конференции «Энергетика-2008: инновации, решения, перспективы» (Казань, 2008), Открытой молодежной научно-практической конференции предприятий энергетического кластера Республики Татарстан (Казань, 2008), Международном производственно-техническом семинаре на тему «Диагностика, испытание, эксплуатация, ремонт и модернизация энергетического оборудования» (Алма-Ата, 2010).
Личный вклад соискателя. Автором были выполнены: экспериментальные исследования МЧА, проведенные на СТ, находящихся в эксплуатации; построение теоретической модели и исследование её характеристик; сравнение и анализ полученных данных, а также представление результатов исследований в виде публикаций и диссертации.
Публикации: основное содержание диссертации изложено в 14 печатных работах, из них 3 статьи в журналах перечня ВАК, а также 1 патент на способ.
Структура работы: диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Общий объем диссертации 350 страниц, в том числе 101 рисунок и список литературы из 109 наименований.
