Содержание к диссертации
-
Использование методов математического и физического моделирования при исследовании силовых трансформаторов 23
-
Методы и средства контроля механического состояния обмоток силовых трансформаторов. 38
-
Возможности использования современной измерительной техники; при мониторинге силовых трансформаторов. 52
-
Автоматизация технического обслуживания и вопросы технического переоснащения 52
-
Влияние изменения тока нагрузки 87
Оценка влияния погрешностей на результаты мониторинга 121
3.3.1. Экспериментальная оценка погрешностей результатов
мониторинга 132
-
Общие сведения 147
-
Результаты апробации для двухобмоточного трансформатора ТДГ- 75000/110У Томской ГРЭС-2 148
-
Общие рекомендации по организации мониторинга различных типов трансформаторов, выработанные по результатам апробации 169
Список литературы 177
Приложение А. Функциональные характеристики систем мониторинга и
диагностики трансформаторов 193
Введение к работе
Актуальность работы
Безаварийная- работа силовых трансформаторов (СТ) как одного из основных видов электротехнического оборудования определяет надежность энергосистемы в целом. Уделяемое в последнее время внимание к проблемам безотказной эксплуатации и поддержанию работоспособного состояния СТ связано с рядом характерных особенностей современной мировой энергетики.
В числе определяющих факторов находится проблема старения-парка СТ. Около 40 - 50 % трансформаторов в России, 50 % в Европе и более 65 % в США к настоящему времени отработало свой установленный срок службы (25 лет) [1]. Вместе с тем, развитие свободного рынка электроэнергии ведет к росту конкуренции и как результат желанию энергокомпаний повысить свою рентабельность, в частности, за счет снижения расходов на эксплуатацию и замену оборудования.
Расчеты ведущих экспертов [1] показали, что продление срока службы СТ дает большую выгоду, чем их замена на новые. В основе данного заключения лежит статистика обследований, свидетельствующая о наличии значительной доли СТ - 75 %, отработавших свой установленный», срок службы, но находящихся в состоянии пригодном для дальнейшей эксплуатации.
Однако эксплуатация такого оборудования связана с рисками, определяемыми условиями его работы и продолжительностью срока службы, с увеличением которого возрастает и доля внезапных отказов.
Поэтому в противовес желанию компаний продлить срок эксплуатации СТ, выступает требование к надежности электроснабжения потребителей. Данные обстоятельства диктуют необходимость поиска компромиссных решений и пересмотра традиционных подходов к эксплуатации трансформаторного оборудования.
Применяемая ранее стратегия планово-предупредительных ремонтов становится малоэффективной в современных условиях, как по экономическим причинам (необоснованные издержки на обследование оборудования, не требующего срочного ремонта, и издержки от возможного недоотпуска электроэнергии, при выводе его в плановый-ремонт), так и по причине увеличения вероятности отказа оборудования, отработавшего свой установленный срок службы, в межремонтный период.
Переход к новой стратегии технического обслуживания по фактическому состоянию, и в перспективе к обслуживанию по прогнозируемой надежности, требует разработки новых и совершенствования существующих методов контроля СТ под нагрузкой [1].
Лидирующие позиции здесь занимают: методы хроматографического анализа растворенных в масле газов, измерения частичных разрядов, методы термографии, контроль вибро-акустических параметров.
Однако в условиях низкой достоверности диагностической информации, определяемой влияние негативных факторов, возникающих при работе контролируемого оборудования, и неоднозначности интерпретации результатов диагностирования наиболее эффективным признается использование комплексного контроля СТ [2].
Комплексность контроля достигается путем общей оценки технического состояния оборудования по результатам мониторинга и диагностирования его различных функциональных подсистем. При этом предпочтительным является использование дублирующих методов и многоуровневой структуры контроля.
Наблюдаемый в настоящее время рост мощности и частоты возникновения коротких замыканий (КЗ) в сети [3], обуславливает то, что среди наиболее распространенных и опасных повреждений заметное место занимают повреждения, оказывающие негативное влияние на механическое состояние обмоток СТ и в крайней форме представляющие собой остаточные механические деформации обмоток [1].
Среди существующих методов идентификации такого рода повреждений наиболее эффективными считаются методы тестового диагностирования — метод низковольтных импульсов и метод анализа частотных характеристик; перспективны также подходы по повышению возможностей диагностирования за счет использования комбинации из двух методов - метода низковольтных импульсов и метода измерения сопротивления короткого замыкания в опыте короткого замыкания.
Однако отсутствие достаточно эффективных методов контроля механического состояния обмоток СТ под нагрузкой, пригодных для организации непрерывного мониторинга и принятия решения об отключении СТ для его дальнейшего комплексного диагностического обследования, снижает функциональные возможности существующих систем контроля» и затрудняет обслуживания СТ по их фактическому техническому состоянию, что в конечном итоге требует разработки новых методов.
Наибольшее разнообразие разрабатываемых методов возникло в результате попыток адаптации метода измерения для мониторинга механического состояния обмоток под нагрузкой. Столь пристальное внимание к данному методу связано с кажущейся простотой и экономичностью его реализации.
Кроме того, известная связь 2К с механическим состоянием обмоток [4] и накопленный практический опыт обследований СТ [1, 5-10] обеспечивают достаточно простую интерпретацию результатов - отличие 2К на 3 % от измеренного ранее базового значения свидетельствует о недопустимых деформациях обмоток и требует проведения подробного обследования СТ.
Однако в связи с тем, что специфика определения 2К в опыте короткого замыкания не позволяет обеспечить достаточную точность результатов в нагрузочных режимах, то представляется необходимым поиск другого параметра, находящегося в зависимости с Zк, но имеющего методику расчета, позволяющую обеспечить достаточную точность для мониторинга данного параметра в нагрузочных режимах СТ.
Неоспоримым, преимуществом разработки метода мониторинга такого параметра является; возможность использования в качестве первичных данных только результаты измерений токов и напряжений на выводах СТ, что позволяет реализовать данный метод на базе существующих микропроцессорных устройств, имеющих функции цифровой регистрации электрических сигналов.
Цель работы
Цель данной работы - разработка нового метода мониторинга механического состояния обмоток СТ, основанного на обработке результатов измерений входных и выходных токов и напряжений СТ в нагрузочных режимах работы.
Объектом исследований в данной работе являются как однофазные, так и трехфазные двух- и трехобмоточные СТ, поэтому особое внимание уделяется обеспечению универсальности» разрабатываемых процедур мониторинга и особенностям их применения для различных типов СТ.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
Проведение исследований, направленных на выбор параметра мониторинга, обладающего достаточной информативностью для оценки механического состояния обмоток СТ в нагрузочных режимах, и его обоснование; исследование влияния параметров нагрузки, системы измерений, конструкции СТ, а также характеристик питающей сети на выбранный параметр мониторинга.
Разработка процедур мониторинга механического состояния обмоток СТ, учитывающих влияние параметров нагрузки, и питающей сети, а также оценка погрешностей и разработка процедур повышения достоверности результатов мониторинга.
3. Разработка алгоритма мониторинга, позволяющего выполнить программную реализацию метода на базе микропроцессорных устройств или программного уровня автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).
Проведение экспериментальных исследований и практическая апробация разработанного метода мониторинга с использованием данных, полученных на СТ, эксплуатируемых в ЭС.
Разработка практических рекомендаций по организации мониторинга механического состояния обмоток СТ с использованием разработанного метода.
Методы исследований
Для решения поставленных задач в настоящей работе использовались: фундаментальные законы теоретических основ электротехники и положения теории трансформаторов, методы цифровой обработки сигналов, методы математической статистики, методы математического моделирования с помощью ЭВМ, методы физического моделирования, вычислительные и физические эксперименты.
При проведении исследований использовались прикладные пакеты программ MathCAD, MATLAB, MS Excel.
Достоверность результатов подтверждается строгостью теоретического обоснования, корректностью применения математического аппарата, результатами теоретических и практических исследований, оценкой точности полученных результатов.
Научная новизна диссертационной работы
1. Предложено использовать в качестве параметра мониторинга механического состояния обмоток силовых трансформаторов угол сдвига фаз между напряжениями первичной и вторичной обмоток.
Предложено использовать для описания зависимости угла сдвига фаз между напряжениями обмоток силового трансформатора от тока нагрузки уравнение гиперплоскости.
Разработан метод мониторинга механического состояния обмоток силовых трансформаторов в нагрузочных режимах.
Практическая значимость и реализациярезультатов работы
Разработан метод мониторинга механического состояния обмоток силовых трансформаторов в нагрузочных режимах. Использование разработанного метода позволит расширить функциональные возможности существующих систем мониторинга и повысить эффективность обслуживания СТ по фактическому техническому состоянию.
Разработан алгоритм для программной реализации разработанного метода мониторинга механического состояния, обмоток СТ в нагрузочных режимах на базе микропроцессорных устройств или в качестве программного модуля АСУ ТП.
Проведена апробация разработанного метода мониторинга с использованием данных, полученных на объектах Томской ЭС. Выработан ряд практических рекомендаций по организации мониторинга механического состояния обмоток силовых трансформаторов с использованием разработанного метода в реальных условиях эксплуатации. Результаты работы были рассмотрены в Томском предприятии филиала ОАО «ФСК ЕЭС» - «МЭС-Сибири» (г. Томск), Томском филиале ОАО «ТГК-11» - Томская ГРЭС-2, где была дана положительная оценка возможности их дальнейшего использования.
Апробация работы
Основные результаты исследований докладывались, обсуждались и были представлены на следующих конференциях: VII Международной научно-технической конференции «Математическое моделирование, обратные задачи, информационно-вычислительные технологии» (г. Пенза, 2007 г.); Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника! и технологии» (г. Томск, 2008-2010 гг.); III Международной научно-практической конференции «Энергосистема: управление, конкуренция- образование» (г. Екатеринбург, 2008 г.); II Всероссийской; молодежной научно-технической конференции «Россия молодая: передовые технологии — в промышленность» (г. Омск, 2009 г.); 54 Международной научно-практической конференции «Information Technology and Electrical Engineering - Device and Systems, Materials and Technologies for the future» (г. Ильменау (Германия), 2009 г.); Международном форуме по стратегическим технологиям «International Forum on Strategie Technologies (IFOST 2009)» (г. Хошимин (Вьетнам), 2009 г.); IV Международной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи энергии» (г. Томск, 2009 г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 17 печатных работы, включая 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК МОиН РФ; 3 патента РФ на изобретение и 3 патента РФ на полезную модель.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 98 наименований, четырех приложений, содержит 42 рисунка и 31 таблицу. Общий объем диссертации составляет 201 страницу. Список источников литературы представлен в порядке упоминания в тексте. Номера формул состоят из двух цифр: первая - номер главы, вторая - порядковый номер формулы в главе.
