Введение к работе
1ъ\ a а
Актуальность темы. В электроэнергетических системах и на электростанциях в эксплуатации находится большое количество высоковольтных силовых трансформаторов, которые в значительной степени определяют эффективность производства и распределения электрической энергии. В их числе много трансформаторов, выработавших свой нормативный ресурс, причем возможности по замене этого дорогостоящего оборудования весьма ограничены. В этих условиях важно разработать новые методы оценки и поддержания технического состояния действующих трансформаторов на заданном уровне и продления их работоспособности на максимально возможный срок.
Опыт эксплуатации трансформаторов в электроэнергетике свидетельствует о том, что основной причиной отказов трансформаторного оборудования является снижение электрической прочности маслосодержащей изоляции, в том числе и по причине повреждений уплотнигельньж узлов. При этом наблюдается заметное возрастание повреждаемости трансформаторов по мере увеличения времени их работы. В связи с этим возникает необходимость в прогнозировании изменения режимных параметров изоляции в эксплуатации.
Решение данной проблемы на основе чисто аналитического подхода в настоящее время затруднительно по причине недостаточной изученности большого числа физических процессов, имеющих место в изоляции трансформаторов.
Вместе с тем в электроэнергетике накоплено большое количество результатов по эксплуатационным измерениям и испытаниям изоляции силовых трансформаторов в течение 25-30 лет их непрерывной работы. Наличие этой важной информации обусловливает постановку новой комплексной задачи по анализу имеющихся результатов и разработке на этой основе методов прогнозирования изменения параметров изоляции в эксплуатации с учетом основньж физических процессов в изоляции и результатов эксплуатационного мониторинга. Разработка таких методов прогнозирования позволит повысить эффективность эксплуатации трансформаторного оборудования и продлить срок службы стареющих образцов этого электрооборудования.
Для решения этих задач в данной работе проведено комплексное исследование по выявлению особенностей изменения режимных параметров маслосодержащей изоляции силовых трансформаторов электростанций и электроэнергетических систем в эксплуатации, выбору основньж параметров, характеризующих ее повреждения, разработке математических моделей изменения во времени параметров изоляции в целях создания методов прогнозирования технического состояния изоляции трансформаторного оборудования в эксплуатации по результатам эксплуатационного мониторинга.
Данное исследование проводилось в соответствии с планами НИР ИГЭУ, ФЦП «Интеграция» (тема № Б-0092; 2002, 2003 гг.), научно-технической программой Минвуза РФ «Перспективные технологии производства и транспорта тепловой и электрической энергии» (тема №01.02.13, 2000 г.), а также договорами с предприятиями энергосистем России.
Цель работы состоит в исследовании особенностей изменения режимных параметров внутренней изоляции силовых трансформаторов электростанций и электроэнергетических систем в течение длительного времени работы и разработке на этой основе эффективных методов прогнозирования изменения основньж мер повреждения маслосодержащей изоляции силовых высоковольтных трансформаторов в эксплуатации с учетом влияния уплотнигельньж узлов, общего врямвни их ряГйУгы и технологических
режимов работы трансформаторов по результатам эксплуатационного мониторинга параметров изоляции.
Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие задачи:
Создана база данных, включающая в себя изменение контролируемьж режимньж параметров маслосодержащей изоляции силовьж трансформаторов электростанций и электроэнергетических систем в эксплуатации в течение 20-25 лет, выявлены основные закономерности изменения этих параметров во времени, произведен выбор и обоснование основньж мер повреждений маслосодержащей изоляции и модели их изменения в эксплуатации.
Разработаны математические модели и на их основе методы прогнозирования технического состояния маслосодержащей изоляции трансформаторного оборудования по изменению основньж мер ее повреждения:
пробивного напряжения трансформаторного масла;
газосодержания трансформаторного масла;
степени полимеризации бумажной изоляции.
Разработаны математические модели и на их основе методы расчета уплотнитель-ньж узлов силовьж высоковольтных трансформаторов по условиям их герметизации и маслоплотности с учетом особенностей работы трансформаторного оборудования в электроэнергетике.
Произведена оценка влияния уплотнительньж узлов на изменение влагосодержа-ния маслосодержащей изоляции силового трансформатора в условиях его эксплуатации в электроэнергетике.
Разработаны методы прогнозирования изменения пробивного напряжения и газосодержания трансформаторного масла, а также степени полимеризации бумажной изоляции силовьж трансформаторов в эксплуатации с учетом влияния уплотнительньж узлов и технологических режимов работы трансформаторов электростанций и электроэнергетических систем.
Разработаны алгоритмы и программы расчета на ЭВМ изменения пробивного напряжения и газосодержания трансформаторного масла, степени полимеризации бумажной изоляции, а также уплотнений силового трансформаторного оборудования в эксплуатации.
Основные методы научных исследований. При решении поставленных задач использовались методы физического и математического моделирования применительно к электрофизическим процессам, определяющим изменения параметров маслосодержащей изоляции силовьж трансформаторов во времени, методы экспериментального исследования, а также методы математической статистики и вычислительной математики с применением ЭВМ для реализации предложенных методов прогнозирования состояния изоляции.
Научная новизна работы:
На основе проведенного анализа созданной базы данных, отражающей изменения режимньж параметров маслосодержащей изоляции силовьж трансформаторов в течение 20-25 лет их работы на электростанциях и в электроэнергетических системах, выявлены основные закономерности изменения контролируемьж параметров во времени, выбраны и обоснованы основные меры повреждения изоляции и модели их изменения в эксплуатации.
Разработаны математические модели и на их основе методы прогнозирования технического состояния маслосодержащей изоляции трансформаторного оборудования
электроэнергетики, позволяющие оценивать изменение технического состояния изоляции по результатам эксплуатационного мониторинга ее параметров с учетом общего времени работы трансформатора по изменению основных мер повреждения изоляции:
пробивного напряжения трансформаторного масла;
газосодержания трансформаторного масла;
степени полимеризации бумажной изоляции.
Установлено, что точность прогнозирования изменения основных мер повреждения маслосодержащей изоляции силовьж трансформаторов с большим сроком службы повышается при дифференцированном учете результатов эксплуатационного мониторинга параметров изоляции весовыми коэффициентами, отражающими время контроля параметров.
Разработаны математические модели и на их основе методы расчета уплотнигель-ньж узлов силовьж высоковольтньж трансформаторов электроэнергетики, позволяющие производить расчет уплотнений по условиям их герметизации и маслоплотности, а также оценивать влияние уплотнительньж узлов на изменение влагосодержания маслосодержащей изоляции трансформатора в эксплуатации с учетом статистического распределения шероховатостей на поверхности фланцев уплотнений.
Разработаны методы прогнозирования изменения пробивного напряжения и газосодержания трансформаторного масла, а также степени полимеризации бумажной изоляции силовьж трансформаторов в эксплуатации, позволяющие учитывать изменения во времени увлажнения маслосодержащей изоляции, кислотного числа трансформаторного масла и технологических режимов работы трансформаторного оборудования.
Достоверность основньж научных положений и выводов работы обеспечивается использованием классического подхода к прогнозированию изменения параметров стареющего во времени оборудования, обоснованностью выбора физических и математических моделей, использованием результатов эксплуатационных испытаний для каждого объекта исследования за время 20-25 лет, необходимым объемом литературных и полученных в работе лабораторных экспериментальньж данных, применением методов математической статистики для нахождения оценок параметров, адекватностью расчетньж и эксплуатационных результатов.
Практическая ценность работы. На основе предложенных моделей и методов разработаны методики и программы расчета на ЭВМ, позволяющие прогнозировать изменения пробивного напряжения и газосодержания трансформаторного масла, а также степени полимеризации бумажной изоляции силовьж трансформаторов в эксплуатации с учетом влияния уплотнительньж узлов, общего времени работы трансформатора и технологических режимов работы силовьж трансформаторов электроэнергетики.
Разработаны методики и программы расчета на ЭВМ уплотнительньж узлов силовьж высоковольтньж трансформаторов по условиям их герметизации и маслоплотности с учетом нормативных требований к данному электрооборудованию.
Разработана программа расчета на ЭВМ степени влияния уплотнительньж узлов на увлажнение изоляции трансформаторного оборудования в процессе эксплуатации.
Получены экспериментальные данные, характеризующие закономерности старения уплотнительньж резин с учетом влияния электрического поля, действующего на уплотнения в маслонаполненном электрооборудовании.
Личный вклад автора определяется постановкой цели и задач исследования, разработкой математических моделей и методов прогнозирования изменения режимных параметров изоляции трансформаторов в эксплуатации по данным созданной базы эксплуатационных и лабораторных испытаний, проведением вычислительного и лабора-
торного экспериментов с обработкой их результатов, формулировкой выводов и рекомендаций.
Автор защищает:
1. Математические модели и методы прогнозирования технического состояния мас-
лосодержащей изоляции силовьж трансформаторов электростанций и электроэнергети
ческих систем, позволяющие оценивать изменение технического состояния изоляции на
основе дифференцированного учета результатов эксплуатационного мониторинга ее ре
жимных параметров с учетом общего времени работы трансформатора по изменению
основных мер повреждения изоляции:
пробивного напряжения трансформаторного масла;
газосодержания трансформаторного масла;
степени полимеризации бумажной изоляции.
Математические модели и методы расчета уплотнительньж узлов силовьж высоковольтных трансформаторов электроэнергетики, позволяющие производить расчет уплотнений по условиям их герметизации, маслоплотности и оценивать влияние уплотнительньж узлов на изменение влагосодержания маслосодержащей изоляции трансформатора в эксплуатации с учетом статистического распределения шероховатостей на поверхности фланцев уплотнений.
Методы прогнозирования изменения пробивного напряжения и газосодержания трансформаторного масла, а также степени полимеризации бумажной изоляции силовьж трансформаторов в эксплуатации, позволяющие учитывать изменения во времени увлажнения маслосодержащей изоляции, кислотного числа трансформаторного масла и технологических режимов работы трансформаторов электроэнергетики.
Реализация результатов работы. Научные и практические результаты работы внедрены в Череповецких электрических сетах и в учебном процессе ИГЭУ по дисциплине «Прогнозирование ресурса электроэнергетического высоковольтного оборудования».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Электрическая изоляция 2002» (СПб., 2002 г.), Международном научно-техническом семинаре «Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования» (Иваново, 2004 г.), международных научно-технических конференциях «X Бенардосовские чтения» (Иваново, 2001) и «XI Бенардосовские чтения» (Иваново, 2003 гг.), а также на научно-техническом семинаре кафедры ВЭТФ ИГЭУ.
Публикации по работе. По результатам исследований опубликовано 17 печатных работ, а также подготовлено (в соавторстве) на правах рукописи 3 научных отчета по результатам работы в соответствии с ФЦП «Интеграция» и грантом Минвуза РФ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 166 страницах основного текста, содержит 71 рисунок, 14 таблиц, состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы, включающей 145 источников, и 5 приложений. Общий объем работы составил 194 страницы.
Похожие диссертации на Прогнозирование изменения параметров маслосодержащей изоляции силовых трансформаторов с учетом влияния уплотнительных узлов по результатам эксплуатационного мониторинга
