Содержание к диссертации
Список использованных сокращений
Введение 5
Глава 1 Анализ существующих методов регистрации частичных разрядов в изоляции элементов электротехнических комплексов
1, 1 Физические основы развития частичных разрядов 11
1.2 Основные характеристики, частичных разрядов
1.3 Взаимосвязь старения изоляции и развития и ней частичных разрядов
1.1. Локализация дефекта изоляции при диагностике 27
электротехнического оборудования по частичным разрядам
1.5 Анализ современных методов регистрации частичных разрядов в элементах электротехнических комплексов
1.6 Основные схемы регистрации ЧР в изоляции трансформаторов 36
1.7 Особенности диагностики состояния изоляции по характеристикам частичных разрядов в условиях эксплуатации
1.8 Анализ методов селекции сигналов частичных разрядов 41
1.9 Селекция частичных разрядом методом вейлет-преобразований
Выводы по первой главе и постановка задач исследования 49
Глава 2 Разработка схемы диагностики элементов электротехнических систем по частичным разрядам
2.1 Разработка экспериментальной установки для измерении частичных разрядов в изоляции электрооборудования
2.2 Определение калибровочного коэффициента разработанной схемы измерения частичных разрядов
2.3, Анализ влияния линий связи па форму импульса частичного разряда
2.4. Определение значения сдвига фаз между напряжением на
образце изоляции и напряжением синхронизации
2.5 Математическая модель импульса частичного разряда
2.6 Выбор характеристик ЧГ для оценки состояния изоляции оборудования
Выводы по второй главе 72
Глава 3 Основы применения вейвлет преобразования для анализа частичных разрядов.
3.1 Разработка программного обеспечения для измерения и анализа частичных разрядов в элементах электротехнических комплексов
3.2 Выбор базисной функции вейвлет преобразования для селекции сигналов частичных разрядов
3.3 Реализация алгоритма селекции сигналов ЧР методом вейвлет преобразований
3.4 Компьютерное моделирование селекции сигналов частичных разрядов методом вейлет преобразований
3.5 Оценка эффективности применения вейвлегои Добеши и качестве базисной функции вейвлет-очистки сигналов ЧР
Выводы по третьей главе 89
Глава 4, Экспериментальное исследование частичных разрядов в элементах электротехнических комплексов
4.1. Порядок проведения экспериментальных исследований 90
4.2. Анализ характеристик единичного импульса частичного разряда
4.3 Экспериментальное подтверждение эффективности разработанного программного обеспечения
4.4, Анализ изменения характеристик ЧР в зависимости от времени эксплуатации изоляции
47. Анализ амплитудно-частотных характеристик частичных разрядов
Выводы по четвертой главе
Заключение
Список литературы
Приложение А
Приложение В
Введение к работе
Актуальность, Основными элементами электротехнических систем передачи и распределения электроэнергии являются силовые трансформаторы.
Распределительный сетевой комплекс Российской Федерации, по данным ОАО "ФСК ЕЭС", насчитывает в своем составе около 17 тыс. подстанций 35-ПО/6-10 кВ и 80 тыс. распределительных трансформаторных подстанций 6-10/0,4 кВ [I, 2J; при этом показатель износа основного силового оборудования ТП — трансформаторов — составляет свыше 50%. I Го прогнозам [3] потребность рынка силовых трансформаторов 1-Ш габаритов мощности к 2010 составляет порядка 100 тыс. штук.
В современных условиях трансформаторы должны отвечать требованиям эффективной и безопасной эксплуатации,
В России на большинстве объектов установлены и устанавливаются масляные трансформаторы. В основном это обусловлено их относительно не-: высокой стоимостью. Однако масляные трансформаторы обладают рядом серьезных недостатков, такими как пожароопасность и экологическая опасность при уіечке масла, Кроме этого существует постоянная необходимость осуществлять контроль уровня и качества масла. Это, безусловно, усложняет их эксплуатацию и не позволяет применять масляные трансформаторы на объектах, расположенных максимально близко к потребителям,
Хорошей альтернативой масляным трансформаторами являются трансформаторы с литой изоляцией, имеющие следующие преимущества [3, 4]:
- компактность: меньшие габариты по сравнению с маломасляньтми силовыми трансформаторами;
- устойчивость к воздействию пыли, влаги и плесени;
- минимальные эксплуатационные затраты.
В настоящее время в мире серийно выпускаются трансформаторы с литой изоляцией на напряжения до 35кВ и мощностью до \ 6000 кВЛ.
Благодаря указанным особенностям трансформаторы с литой изоляцией могут использонатъся в таких электротехнических системах, к которым предъявляются условия повышенной безопасности:
- электроснабжение торговых комплексов, лечебных учреждений и общественных зданий, при этом трансформаторы могут устанавливаться внутри здания;
- электроснабжение транспортных систем;
- электроснабжение предприятий химической, металлургической промышленности;
- электроснабжение судов и буровых платформ;
Для обеспечения безопасного функционирования трансформаторов в таких системах необходимо своевременно проводить диагностику состояния основного элемента трансформаторов — изоляции.
Традиционные методы диагностики состояния изоляции трансформатора [5-8] (измерение диэлектрических потерь и емкости изоляции обмоток, измерения сопротивления изоляции, коэффициента абсорбции и др.) в ряде случаев неэффективны, тле. направлены на выявление общего состояния изоляции, при этом локальные дефекты, в которых, как правило, происходят замыкания, не выявляются. Данные методы является экономически не эффективными, так как основаны на системе планово-профилактического ремонта. Диагностика оборудования при этом производится не по фактическому состоянию обору до вапия, а через определенные нормативные интервалы времени и связана с высокой трудоемкостью. Кроме того, вывод диагностируемого оборудования из является непрерывным. Одним из наиболее эффективных методов диагностирования электро- технического оборудования под рабочим напряжением является метод диагностики по частичным разрядам, позволяющий выявлять бы строр извивающиеся локальные дефекты.
В настоящее время метод диагностики изоляции по частичным разрядам (ЧР) широко применяется лабораторных условиях и на заводях изготовителях трансформаторного оборудования при контроле качества изоляции выпускаемой продукции как в России [9, 10]: так и многих зарубежных странах [72]. Однако при контроле состояния действующего электрооборудования диагностика по частичным разрядам пока используется сравнительно редко, что связано с наличием разного рода помех, уровень которых на действующих объектах значительно выше, чем при стендовых испытаниях, а общепризнанной методики отделения сигналов ЧР от сигналов помех пока еще не существует. Кроме того, на настоящий момент, недостаточно результатов исследований за-висимости характеристик ЧР от времени эксплуатации электротехнического оборудования, что позволило бы прогнозировать пробой изоляции по характеристикам ЧР и предотвращать отказ этого оборудования,
Таким образом, исследование частичных разрядов, с целью развития систем диагностики изоляции электротехнического оборудования, является актуальной задачей.
Цель работы — исследование частичных разрядов в изоляции элементов электротехнических комплексов, развитие методов и средств диагностики по частичным разрядам для обеспечения безопасной эксплуатации электротехнического оборудования.
Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:
3, Анализ современных методов регистрации и селекции сигналов частичных разрядов в изоляции электротехнического оборудования.
2. Исследование характеристик частичных разрядов и твердой изоляции элементов современных электротехнических комплексов; пыбор диагностического параметра частичных разрядов.
3. Обоснование возможности применения вейвлег-анализа для селекции сигналов частичных разрядов на основе компьютерного моделирования; разработка программного обеспечения для измерения и расчета характеристик частичных разрядов в элементах электротехнических комплексов.
4. Экспериментальное подтверждение выбранного метода селекции сигналов частичных разрядов, проведение экспериментальных исследований для анализа характеристик частичных разрядов в нзолягпш электротехнического оборудования ч зависимости от стадии се старения и обоснования диагностического параметра частичных разрядов.
Методы исследовании. При решении поставленных задач использовались как теоретические, так и экспериментальные методы исследования. При решении задач исследования характеристик частичных разрядов, использовался метод компьютерного моделирования на основе математического пакета MatLcih. Обработка экспериментальных данных производилась с помогцыо программного обеспечения Oscilloscope Software и приложения Microsoft ExceL
На защиту выносится;
1. Впервые разработанное программное обеспечение для измерения и расчета характеристик частичных разрядов в тлердой изоляции электротехнического оборудования с использованием еейнлет-анализа для селекияи сигналов ЧР, зарегистрированное в Реестре программ для ЭВМ,
2. Результаты компьютерного моделирования, подтверждающие обоснованность выбора метода селекции импульсов частичных разрядов в изоляции электротехнического оборудования па основе вейвлет-анализа,
3. Результаты экспериментальных исследований, подтверждающих возможность применения метода селекции сигналов ЧР в элемен rax электротехнических комплексов по форме импульса на основе.
4. Результаты экспериментальных исследований, отображающих закономерности изменения характеристик ЧР в зависимости от стадии старения твердой изоляции электротехнического оборудования и подтверждающих выбор диагностического параметра частичных разрядов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Установлена закономерность изменения интенсивности частичных разрядов в зависимости от стадии старения изоляции электротехнического оборудования, показано, что в качестве меры интенсивности ЧР необходимо использовать мощность частичных разрядов.
2. На основе компьютерною моделирования и экспериментально обоснована возможность селекции сигналов ЧР по форме импульса на основе иейв-лст-апализа с базисной функцией семейства Добеши.
3. Установлено, что диагностическим параметром частичных разрядов для оценки стадии старения изоляции является скорость увеличения интенсив-нос] и ЧР, причем для оценки типа дефектов и их расположения в изоляции измерения ЧР необходима дополнять амплитудно-фазовыми и амплитудно-ч астоті ІЬІМИ х арактер исти кам и Практическая ценность работы заключается в следующем:
1. Впервые разработано программное обеспечение, позволяющее измерять и рассчитывать комплекс характерне гик ЧР в изоляции электротехнического оборудования в условиях помех, имеющее свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ,
2. Получена зависимость изменения интенсивности частичных разрядов от стадии старения изоляции электротехнического оборудования. Показано, что скорость роста интенсивности ЧР является диагностическим параметром, позволяющим определить стадию старения изоляции электротехнического оборудования и прогнозировать остаточный ресурс оборудования.
3. Исследовано изменение фазовых параметров и амплитуды частичных разрядов и изоляции электротехнического оборудования л зависимости от ста 10 дии ее старения. Показано, что анализ амилитудпо-фаэовых и амплитудно-частотных характеристик ЧР позволяет оценить тип дефектов изоляции, их локализацию и характер развития.
4. Разработаны экспериментальная установка, методика обработки данных и вспомогательные усіройства для диагностики изоляции элементов, электротехнических систем по частичным разрядам.
Практическая значимость результати работы подтверждается актами внедрения результатов в производственный процесс ООО «Псфтекамский завод нефтепромыслового оборудования» и в учебный процесс кафедры электромеханики УҐАТУ,
Апробация работы. Основное содержание и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской молодежной научной конференции «Мавлютовские чтения», Уфа: 2008, 2009; II Всероссийской научно-технической конференции «ЗлекіротехнолоЕ ии, электропривод и электрооборудование предприятий», Уфа, 2009: VII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск, 2009; четвертой всероссийской зимней школе-семинаре аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники», Уфа, 2009,
Публикации по теме диссертации Список публикаций, содержащий основные положения, выводы и практические результаты по теме диссертации включает 11 научных трудов, в том числе 4 статьи, из которых одна опубликована в издании перечня ВАК, 6 материалов конференций, 1 свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ.
Структура и обі еіч работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, списка литературы из 112 наименований, трех приложений общим объёмом 136 страниц. В работе содержится 60 рисунков и 2 таблицы.
