Содержание к диссертации
Введение
1. Мониторинг и диагностика - основа обслуживания высоковольтного маслонаполненного оборудования 12
1.1. Классификация отказов {дефектов) высоковольтных электроэнергетических масл наполненных аппаратов 16
1.2. Системы диагностики отказов 21
1.3. Системы принятия решений 32
1.4. Состояние вопроса и постановка задач исследования 38
2. Математическое моделирование тепловых процессов силовых масляных трансформаторов 40
2.1. Тепловая схема замещения силового двухобмоточного маслонаполненного трансформатора 40
2.2. Математическое моделирование тепловых процессов в силовом маслонаполненном трансформаторе 49
2.3. Компьютерное моделирование тепловых процессов силовых маслонаполненных трансформаторов 58
Выводы по второй главе 74
3. Прогнозирование изменения состояния силовых трансформаторов 76
3.1. Алгоритм комплексной диагностики масляных трансформаторов 77
3.2. Прогнозирование остаточного ресурса изоляции трансформатора по тепловому износу 87
3.3. Определение времени сохранения работоспособности объектов 94
3.4. Предотвращение отказов при эксплуатации электротехнических систем 108
3.5. Расчет показателей надежности (безотказности) и методы обеспечения эксплуатационной безотказности 114
Выводы по третьей главе 121
4. Экспериментальные исследования температурных полей маслонаполненного трансформаторного оборудования 122
4.1. Исследование влияния тепловых полей от источников нагрева дефектов в обмотках и магнитопроводе трансформатора 122
4.2. Тепловизионный контроль трансформаторного маслонаполненного оборудования 131
4.3. Обработка экспериментальных зависимостей 140
4.4. Программа ThermoScanner v. 1.00. Алгоритм обработки термографических данных 145
4.5. Перспективы развития мониторинга и диагностики электротехнического трансформаторного оборудования 147
Выводы по четвертой главе 149
Заключение 151
Библиография 156
- Математическое моделирование тепловых процессов в силовом маслонаполненном трансформаторе
- Прогнозирование остаточного ресурса изоляции трансформатора по тепловому износу
- Расчет показателей надежности (безотказности) и методы обеспечения эксплуатационной безотказности
- Тепловизионный контроль трансформаторного маслонаполненного оборудования
Введение к работе
Актуальность. Надежность и бесперебойность работы силовых электротехнических комплексов и систем во многом определяется работой элементов составляющих их, и в первую очередь: силовых трансформаторов, обеспечивающих согласование комплекса с системой и преобразование ряда параметров электроэнергии в требуемые величины для дальнейшего ее использования. Одним из перспективных направлений повышения эффективности функционирования электротехнического маслонаполненного оборудования является совершенствование системы технического обслуживания и ремонтов электрооборудования. В настоящее время кардинальным путем снижения объемов и стоимости технического обслуживания электрооборудования, численности обслуживающего и ремонтного персонала осуществляется переходом от предупредительного принципа и жесткой регламентации ремонтного цикла и периодичности проведения ремонтов к обслуживанию на основе нормативов планово -предупредительных ремонтов. Разработана концепция эксплуатации электротехнического оборудования по техническому состоянию путем более глубокого подхода назначению периодичности и объемов технических обслуживании и ремонтов по результатам диагностических обследований и мониторинга электротехнического оборудования в целом и маслонаполненного трансформаторного оборудования в частности как неотъемлемого элемента любой электротехнической системы.
При переходе к системе ремонтов по техническому состоянию качественно изменяются требования к системе диагностирования электрооборудования, при которой главной задачей диагностирования становится прогноз технического состояния на относительно длительный период. Решение такой задачи не является тривиальным и возможно только при комплексном подходе к совершенствованию методов, средств, алгоритмов и организационно-технических форм диагностирования.
.6
Определение фактического состояния оборудования основано на оценке контролируемых параметров, для которых определяются тревожные и аварийные уровни сигнала. Сравнение действующих значений с установленными уровнями тревоги и предыдущими замерами дает оценку изменения состояния.
Основной задачей диагностического контроля является предотвращение аварийного отказа оборудования, определение его состояния и прогнозирование остаточного ресурса как одного из главных показателей надежности.
Одним из основных направлений в вопросах диагностики электрооборудования является диагностика силовых трансформаторов. Вызвано это обстоятельство высокой стоимостью трансформатора, его значимостью в вопросах надежности электроснабжения потребителей, сложностью определения повреждений и дефектов на ранней стадии развития.
Особый интерес в вопросах диагностирования проявляется к бесконтактным методам определения сроков безаварийной эксплуатации т.к. они позволяют выполнять контроль на работающем оборудовании. К таким методам относятся: хроматографический анализ растворенных в масле газов, акустический контроль, тепловизионное диагностирование и др.
Применение тепловизионной диагностики основано на том, что некоторые виды дефектов высоковольтного оборудования вызывают изменение температуры дефектных элементов и, как следствие, изменение интенсивности инфракрасного излучения, которое может быть зарегистрировано тепловизион-ными приборами.
Проведенный анализ научно-технической отечественной и зарубежной литературы показал, что работ, непосредственно посвященных мониторингу тепловых полей сложных электротехнических элементов и устройств и идентификации на их основе внутренних развивающихся дефектов, имеется небольшое количество. Не исследованы процессы распределения тепловых потоков с учетом динамики хладагента, не определены оценочные показатели определения внутренней абсолютной температуры, не рассмотрены вопросы опре 7 деления и идентификации внутренних повреждений трансформаторного оборудования.
Проведенные ранее исследования создали предпосылки для решения в полном объеме задач идентификации внутренних нарушений, влияющих на тепловой режим работы оборудования, и определения его месторасположения и абсолютной температуры дефекта.
Поэтому теоретическое обобщение процессов теплового распределения с учетом динамического движения масла в трансформаторах и идентификация на этой основе его повреждений (состояния работоспособности) является актуальной научной задачей.
Основания для выполнения работы. Диссертационная работа выполнена в Башкирском государственном аграрном университете по плану научно-исследовательских работ.
Целью выполнения диссертационной работы является оценка работоспособности и качества функционирования высоковольтного маслонаполнен-ного трансформаторного оборудования с возможными повреждениями и идентификация внутренних дефектов по внешнему температурному полю.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
1) разработка математической модели распределения внутреннего теплового поля трансформатора с учетом движения трансформаторного масла и собственных источников тепловой энергии для идентификации внутреннего повреждения по поверхностному тепловому полю силового трансформатора;
2) оптимизация системы диагностирования трансформаторного оборудования и разработка алгоритма расчета теплового износа изоляционных материалов для более эффективной и безопасной эксплуатации электротехнических комплексов и разработка статистической модели определения вероятностей нахождения трансформатора в различных эксплуатационных и ремонтных состояниях с применением современных методов компьютерного моделирования; 3) разработка методики проведения мониторинга электротехнического оборудования по тепловому состоянию, расширяющей возможность выявления и идентификации повреждений электротехнического оборудования, внедрение теоретических исследований в производственный процесс оценки функционирования электротехнического оборудования, в том числе после выработки ими положенного ресурса;
4) создание программного обеспечения просмотра и анализа радиометрических термограмм для оперативного принятия решения о возможности дальнейшей эксплуатации работающего маслонаполненного оборудования.
Методы исследований. Представленные в диссертационной работе научные положения обоснованы теоретическими и экспериментальными исследованиями с применением методов дифференциального и интегрального исчисления, конечных элементов, Шеннона - Фано. В работе использовались пакет визуального много - физического моделирования COMSOL FEMLAB 2.3, интегрированный в математическую систему MATLAB, для моделирования тепловых процессов во внутренней части бака трансформатора и расчета превышений температур на его поверхности, и математическая среда MathCAD.
На защиту выносятся:
1. Математическая модель распределения теплового поля внутри трансформатора с учетом дефектов, движения хладагента, собственных источников тепловой энергии, позволяющая выявлять влияние внутренних повреждений на внешнее температурное распределение и установить влияние места расположения и вида дефекта на общее распределение теплового поля трансформатора.
2. Система комплексного диагностирования трансформаторного оборудования и алгоритм расчета теплового износа изоляционных материалов, применяемых в конструкции трансформатора.
3. Методика проведения тепловизионного контроля электротехнического оборудования, оценочные показатели выявления и идентификации повреждений трансформаторного оборудования. 4. Результаты экспериментальных исследований, включающие в себя:
• подтверждение адекватности математической модели и достоверности полученных теоретических данных;
• внедрение результатов теоретических и экспериментальных исследований распределения температурных полей на поверхности бака от внутренних повреждений в практическую деятельность диагностических служб.
5. Программное обеспечение просмотра и анализа радиометрических термограмм для оперативного принятия решения о возможности дальнейшей эксплуатации.
Научная новизна. В результате выполнения диссертационной работы:
1. Классифицированы повреждения маслонаполненного трансформаторного оборудования с выделением дефектов, являющихся источниками дополнительной тепловой энергии.
2. Разработана математическая модель распределения теплового поля внутри трансформатора с учетом развивающихся дефектов, движения хладагента, собственных источников тепловой энергии.
3. Предложен метод определения внутренних превышений температуры и глубины залегания повреждения по поверхностному распределению теплового поля, что позволило расширить возможности оценки дефектности и ресурса изоляционных материалов трансформатора по термограммам.
Практическую ценность имеют:
1. Методика определения превышений температур внутренних дефектов на поверхностное распределение теплового поля, позволяющая определять внутренние повреждения и идентифицировать дефекты по поверхностному температурному полю электротехнического оборудования.
2. Результаты исследований, включающие:
• оценочные показатели определения абсолютной температуры внутреннего дефекта обмоток и магнитной системы, необходимые для выявления и идентификации места возможного повреждения;
• поправочную прямую локализации дефекта и зоны чувствительности области, в которой возможно наличие дефектных узлов.
3. Алгоритм комплексной диагностики высоковольтного электротехнического оборудования по критериям трудозатраты и стоимость.
4. Программное обеспечение, позволяющее просматривать и анализировать полученные термографические изображения.
Внедрение результатов работы. Научные результаты работы и разработанный программный продукт внедрены в ГУП «Институт проблем транспорта энергоресурсов», в практическую деятельность лаборатории технической диагностики ООО «Энерготехсервис», а также в учебный процесс БГАУ.
Апробация работы. Основные положения работы были доложены и обсуждены на Всероссийских научно-технических конференциях: «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» (Computer-based conference) - 2002 г., 2003 г. (г. Н. Новгород), на VII Международном симпозиуме "Электротехника 2010" - 2003 г. (г. Москва), на девятой ежегодной Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" в 2003 г. (г. Москва), на Международной конференции «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы ЕЕС-CES-2003» - 2003 г. (г. Екатеринбург), на межвузовской студенческой научно-технической конференции «Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники» - 2003 г. (г. Воронеж), на Республиканской научно-практической конференции молодых ученых и аспирантов «Аграрная наука в XXI веке» - 2003 г. (г.Уфа), на Всероссийской молодежной научно-технической конференция с международным участием «Интеллектуальные системы управления и обработки информации» - 2003 г. (г. Уфа), на десятой ежегодной Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» 2004 г. (г. Москва).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 10 статей, одно свидетельство о регистрации в отраслевом фонде алгоритмов и программ Министерства образования РФ и информационно-библиотечном фонде РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 107 наименований и 2-х приложений. Основная часть диссертации изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 63 рисунка и 16 таблиц.
Математическое моделирование тепловых процессов в силовом маслонаполненном трансформаторе
Сложившаяся экономическая ситуация, а также бурное развитие и экспансия цифровой техники в различные отрасли, эксплуатирующие электротехническое оборудование подталкивают к созданию автоматизированных экс-пертно-диагностических систем.
Решение задачи мониторинга и диагностики высоковольтного маслона-полненного электротехнического оборудования не является тривиальным и возможно только при комплексном подходе к совершенствованию методов, средств, алгоритмов и организационно-технических форм диагностирования.
Создание новых и развитие современных тест - технологий прямого и косвенного определения параметров (неразрушающие методы контроля) для мониторинга и прогнозирования технического состояния оборудования невозможно обойтись без исследований направленных на определение показателей оценки дефектности электротехнического оборудования. Из вышесказанного, и явной нереализованности полных возможностей существующей тепловизион-ной техники применительно к силовым трансформаторам, необходимо исследовать, распределение тепловых потоков в силовых электротехнических трансформаторах, поверхностные температурные поля для идентификации места дефекта и его температуры, что вызывает необходимость решения следующих задач: 1) разработка математической модели распределения внутреннего теплового поля трансформатора с учетом динамического движения хладагента и собственных источников тепловой энергии для определения зависимости влияния внутреннего повреждения с собственным температурным превышением на поверхностное тепловое поле силового трансформатора; 2) оптимизация системы диагностирования трансформаторного оборудования и разработка алгоритма расчета теплового износа изоляционных материалов, применяемых в конструкции трансформатора; 3) разработка статистической модели определения вероятности нахождения трансформатора в различных эксплуатационных и ремонтных состояниях с применением современных методов компьютерного моделирования; 4) разработка методики проведения мониторинга электротехнического оборудования по тепловому состоянию, расширяющей возможности выявления и идентификации повреждений электротехнического оборудования; 5) проведение экспериментальных исследований для проверки адекватности математической модели и достоверности полученных результатов, а также внедрение теоретических исследований в производственный процесс диагностирования высоковольтного трансформаторного оборудования; 6) создание программного обеспечения просмотра и анализа радиометрических термограмм для оперативного принятия решения о дальнейшей эксплуатации работающего маслонаполненного оборудования. Создание математической модели тепловых процессов силовых маслона-полненных трансформаторов является одной из наиболее сложных и важных задач при разработке диагностических методик и программ, основанных на распределении и передаче тепловой энергии, выделяемой в активных частях трансформатора. Существует ряд методов описания математической модели теплового состояния трансформаторного оборудования, однако получить адекватную математическую модель физической модели представляется трудоемкой задачей. С развитием современных методов интерактивного численного моделирования на базе пакетов прикладных программ, возможности решения краевых задач и представления результатов моделирования тепловых процессов в электротехническом оборудовании существенно упростились. Данные методы позволяют обеспечить описание теплофизических свойств исследуемой геометрии с определением граничных условий и получение, в процессе аналитического моделирования, простого высокоточного решения. Тепловое состояние масляных трансформаторов с одной стороны характеризует степень эффективности использования активных материалов, с другой стороны надежность его работы. Например, чем выше превышение температуры, которой подвергаются изоляционные материалы (изоляционные прокладки, изоляция проводников, трансформаторное масло и т. д.), тем быстрее ухудшаются их механические и электрические свойства; увеличиваются диэлектрические потери. Ухудшение электрических и механических свойств изоляции ма териалов приводит к нарушению нормальной работы трансформаторного оборудования. В трансформаторах наблюдаются все виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание, а также их комбинации. Учет всех этих составляющих обеспечивает знание происходящих процессов и предотвращение нештатных и аварийных ситуаций. Задачей теплового расчета является определение мощности источников теплоты и расчет температурного поля.
Тепловые модели иногда удобно представлять в виде феноменологической тепловой схемы, состоящей из источников, проводников и приемников тепловой энергии. При этом расчет тепловой схемы может быть осуществлен различными методами, разработанными в электротехнике для анализа разветвленных электрических цепей. В простейших случаях источниками тепловой энергии являются тела, в которых выделяется тепловая энергия, например джоулево тепло, тепло Пельтье. Источник вырабатывает тепловой поток и является аналогом идеального генератора тока в электрической схеме и изображается символом.
Прогнозирование остаточного ресурса изоляции трансформатора по тепловому износу
В условиях рыночной экономики просматривается объективная тенденция соизмерять затраты и прибыль от любых технических мероприятий. Факт необходимости тщательного диагностирования мощного электротехнического оборудования сегодня является неоспоримым. Это обусловлено его высокой себестоимостью, значительными затратами на перевозку, монтаж и др., а также финансовыми издержками из-за нарушения технологических процессов при не-доотпуске электроэнергии. В то же время организация контроля состояния электротехнических объектов при современном уровне приборного и программного обеспечения, а также возможности эффективного обучения навыкам использования и сопровождения этих средств и выполнения этих работ ограниченным числом специалистов по своим суммарным издержкам на несколько порядков меньше стоимости установленного оборудования.
Известно, что в каждой предметной области традиционно сложился набор методов для контроля состояния оборудования, который с течением времени подвергается определенным корректировкам. Согласно [70] на сегодняшний день для силовых трансформаторов официальным считается 21 вид испытаний и контроля, начиная с хроматографического анализа растворенных в масле газов и заканчивая испытанием трансформаторов при включении его на номинальное напряжение.
В настоящее время предлагаются методы, хорошо себя зарекомендовавшие на практике, в частности, вибрационный контроль состояния прессовки обмоток [71, 72], контроль температуры горячей точки обмотки как прямым, так и непрямым способом, мониторинг звука и вибрации во время переключения РПН [73], оценка электродинамической стойкости обмоток методом низковольтных импульсов [74, 20] и др.
Формализация процесса принятия решений путем формирования для произвольной ситуации универсального алгоритма диагностики трансформатора особенно важна в условиях, когда такая диагностика выполняется автоматизировано.
Пусть имеется конечное множество S, состоящее из п элементов Sj,j = \,n, именуемых неисправными работоспособными состояниями. Разнообразие состояний обусловлено многообразием дефектов, т.е. в состоянии 5", в объекте имеет место дефект dx, в состоянии S2 - d2 и т. д. (случаи одновременного наличия нескольких дефектов здесь на рассматриваются). Каждому состоянию Sj. eS приписана неотрицательная весовая функция U)(SJ), называемая вероятностью состояния Sj. Задано также конечное множество М разбиений множества S на классы; число элементов в множестве М равно z. Элементы mi eM,i = l,z являются конкретными испытаниями в смысле [70]. В [75] их называют вопросами. Число подмножеств я(/я(), на которые вопрос mt разбивает множество S, называют основанием вопроса. Очевидно, что 1 я(/я,) п. Каждому вопросу mi приписано положительное число с(/я(), называемое ценой вопроса т1 (стоимостью испытания). Задать вопрос ті на множестве S означает разбить это множество на а(тЛ подмножеств. Каждый вопрос (в том числе и mi) можно задать не только на всем множестве 5, но и на любом его подмножестве. Для иллюстрации сказанного приведем такой пример. Предположим, в некотором гипотетическом трансформаторе возможны дефекты, соответствующие набору состояний S = {svs2is3,s4is5is6) t гДе s\ -деформация обмоток; s2 - уменьшение размеров горизонтальных охлаждающих каналов обмоток вследствие разбухания дополнительной изоляции на крайних катушках; s3 _ нагрев участков стенок бака (крышки) потоками рассеивания; s4 - старение витковой изоляции обмоток; ss - нарушение изоляции между параллельными ветвями обмотки; se - засорение труб охладителей системы охлаждения. События Sj є S образуют полную группу. Допустим, что в этом трансформаторе известно, что он находится в одном из состояний Sj, т.е в нем имеется дефект. Нам доступно некоторое множество методов испытаний (ограниченное для простоты), которое представлено следующим набором: [М = т1,т2,т3,т4,т5], где тх - хроматографический анализ растворенных газов (ХАРГ) в масле; т2 - оценка бумажной изоляции обмоток по степени полимеризации; тъ - измерение потерь холостого хода; т4 - измерение сопротивления короткого замыкания Zk; т5 - тепловизионный контроль состояния трансформатора. Возникает вопрос, как организовать алгоритм испытаний, чтобы определить характер дефекта и затратить наименьшие ресурсы? Покажем это на примере. Приведенная совокупность вопросов ті, і = 1,5 должна обеспечить полную идентификацию состояний Sj, j = 1,6. Связь s. с т1 представим в виде матрицы инциденций (событий), или таблицы функций неисправностей (табл. 3.1)
Расчет показателей надежности (безотказности) и методы обеспечения эксплуатационной безотказности
Анализ тепловыделяющих факторов позволяет оценить возможность выявления тепловизионной техникой дефектов в работающем трансформаторном оборудовании. В силовых трансформаторах источниками тепла являются потери энергии на активном сопротивлении первичной и вторичной обмотки, в стали сердечников магнитной системы, диэлектрические потери в изоляции первичных и вторичных обмоток, изоляционном масле и др. Изменения состояния любой из перечисленных частей трансформатора вызывает увеличение потерь энергии и соответственно повышение температуры поверхности бака трансформатора.
При рассмотрении внешних факторов, влияющих на работу трансформаторов, одним из важнейших является температура окружающей среды. Необходимо учесть, что температура поверхности работающего или находящегося под рабочим напряжением силового трансформатора, за счет наличия в нем потерь энергии, переходящих в тепло, нагревающих трансформатор, всегда выше, чем температура окружающей среды. Именно это превышение температуры и измеряют средствами тепловизионной техники. Это и есть диагностический параметр контроля силовых трансформаторов при проведении тепловизионного обследования.
Исходя из опыта эксплуатации трансформаторного оборудования видно, что наиболее серьезные и частые повреждения связаны с активными частями трансформатора. Актуальной задачей является определение степени влияния повреждения обмотки и магнитной системы с выделением тепла на внешнее распределение температур, решение которой способствует развитию диагностических методик определения технического состояния трансформаторного оборудования, выработке рекомендаций обследования различных типов трансформаторов работающих в различных условиях.
С целью исследования степени влияния локального перегрева обмотки или магнитной системы на общую картину распределения теплового поля создана трехмерная тепловая модель трехфазного двухобмоточного силового трансформатора (рис. 4.1), позволяющая моделировать установившиеся тепловые распределения геометрические объекты (рис. 4.1), характеризующие основные сборочные единицы силового трансформатора, которые описаны приведенными теплопрово-дящими свойствами реально используемых материалов. Магнитная система представлена в виде трех однонаправленных цилиндров, описывающих стержни, и двух поперечно направленных, лежащих в одной плоскости цилиндров (верхнее и нижнее ярмо), замыкающих три стержня в единую замкнутую фигуру. В полученной фигуре распределение теплового потока по продольной оси каждого из цилиндров в 10 раз больше его же распределения в радиальном направлении [56], что учитывает анизотропность магнитной системы. На каждом стержне прорисовываются по две обмотки в виде полых. Описанные об 125 мотки считаю однородными со свойствами условного материала, состоящего из 65 % алюминия и 35 % изоляционного материала, применяемого как собственная изоляция токоведущего провода. Вся описанная выше конструкция размещается в объемном двухцентровом овале, который определяет внешний вид моделируемого силового трансформатора без навесного оборудования. Так как теплопроводящие свойства трансформаторного масла значительно хуже стали, используемой в конструкции трансформаторного колокола и падение температуры на участке масло - стенка бака - окружающая среда в любой части бака одинакова и составляет 2 — 3 С, считаю, что бак отсутствует, а все полученные далее характеристики сняты с внутренней стороны бака. Источники тепловой энергии в магнитной системе и обмотках задаются величинами активных потерь согласно номинальным данным по типу трансформатора. Условия передачи тепловой энергии по всем разделам сред и динамическое движение хладагента также как и начальные условия применяются исходя из решаемой задачи. Инвариантность математической тепловой модели по отношению к величинам, характеризующих состояние активной части позволяет провести интересующие исследования по разработке оценочных показателей.
Тепловизионный контроль трансформаторного маслонаполненного оборудования
Следует отметить, что эффективность и информативность этого активно применяемого вида оценки состояния оборудования оказывается особенно высокой, если тепловизионный контроль включается в комплексный процесс диагностики силовых трансформаторов, проводимой на базе экспертной системы [33, 102]. В этом случае от совместного использования всей доступной на текущий момент информации возрастает возможность получить достоверные результаты диагностики.
Основная идея применения современной тепловизионной техники заключается в выявление отличий текущего теплового режима работы трансформатора от нормируемого, который обеспечивается циркуляцией трансформаторного масла через охладители, тем самым, поддерживая определенный тепловой баланс. Современные мощные высоковольтные трансформаторы - это по конструкции компактные аппараты, безаварийная работа которых обеспечивается удовлетворительной работой всех его подсистем. Нарушение работы той или иной подсистемы или устройства трансформатора приводит в большинстве случаев к нарушению теплового режима, об изменении которого в большинстве случаев по показателям термосигнализаторов судить невозможно, так как они определяют температуру локальной точки. Применение метода тепловизионно-го контроля обладающего уникальной информативностью по характеристике объема и разнообразия информации позволяют говорить о тепловом качестве трансформатора [33, 36, 43 -57].
Цель тепловизионного контроля - анализ информативных параметров, систематизация критериев дефектности при активном тепловом контроле и сравнительная оценка их возможностей для обнаружения повреждений.
При активном тепловизионном контроле работающего трансформатора производится контроль следующих его устройств и подсистем: регулятора напряжения под нагрузкой (РПН); вводов; бака трансформатора; внешних контактных соединений; внутренних контактных соединений и конструктивных элементов; системы охлаждения; абсорбных и термосифонных фильтров (АФ и ТСФ); Перед проведением тепловизионного обследования трансформаторного оборудования необходимо ознакомиться с конструкцией выполнения обмоток, системой охлаждения, результатами работы трансформатора, эксплуатационных испытаний и измерений, объемом и характером выполненных работ, сроком службы, анализом повреждений идентичных трансформаторов, анализами имевших место аварийных режимов и т.д.
Обследование проводится при установившемся тепловом режиме с учетом токовой нагрузки и теплового режима трансформатора, внешних факторов (окружающей температуры, влажности, скорости ветра, солнечной активности и др.). Установившийся тепловой режим после изменения токовой нагрузки в трансформаторе различных исполнений наступает по обмоткам через 20-30 мин., по маслу - через 10-20 часов [83, 103, 104].
Ниже рассматривается подход к формированию технологии тепловизионного контроля силовых трансформаторов, проводимого на базе тепловизоров марки Thermovision 470 (AGEMA Infrared Systems АВ) технические характеристики которого приведены в таблице 4.2.
Перед тем как приступить к выполнению регистрации теплового фона трансформатора необходимо выставить все параметры, характеризующие погодные условия на момент проведения работ, расстояние до обследуемого объекта и величину излучательной способности материала с которого предполагается сканирование излучающего теплового потока.
Тепловизионной съемке подвергается вся доступная поверхность бака трансформатора по периметру и если это возможно сверху. Тепловизионная камера во всех точках съемки, должна находится на одинаковом расстоянии от трансформатора. Минимальное количество точек съемки - четыре, максимальное зависит от расположения и типа системы охлаждения и габаритных размеров трансформатора.
Особенно часто должны производиться осмотры разъема колокола трансформатора с поддоном (крышки с баком). Необходимо обратить внимание на соответствие между измеренными значениями температур и показаниями термосигнализаторов.
При тепловизионном контроле систем охлаждения типов М и Д необхо димо обратить внимание на равномерность градиентов температур по всей длине трубок охладителя. Неравномерности градиента температур и температурные отличия между распределением температур по соседним трубкам свидетельствуют о засорении трубок и плохой циркуляции масла. При тепловизионном контроле систем охлаждения необходимо обратить внимание на близость температур двигателей маслонасосов и вентиляторов. Отличие по температуре не должно превышать 5 С. Необходимо обратить внимание на отсутствие большой разницы между измеренными значениями температур верхней и нижней части бака и показаниями термосигнализаторов. В противном случае, неверные показания термосигнализаторов могут привести к ошибке оперативного персонала и аварийному отключению трансформатора по условиям нагрева. Наряду с отмеченными выше конструктивными особенностями силовых трансформаторов, затрудняющими тепловизионное обследование, в этом объекте можно также выделить факторы, которые способствуют его использованию. Здесь, в первую очередь, имеется в виду условная симметричность трансформатора. Наличие трёх практически равнонагруженных фаз позволяет проводить сопоставление нагревов одновременно по трём образующим и каждое существенное отклонение подвергать дополнительному анализу. В тех же целях целесообразно использовать и симметричность трансформатора относительно осевых линий. Основными этапами предлагаемой технологии тепловизионного контроля являются: - полевые исследования с записью термограмм на внешний носитель; - передача полученной информации из тепловизора в персональный компьютер; - структурирование термограмм, организация их хранения в специализированных базах; - предварительная обработка результатов и их визуальный анализ; - математическая обработка, построение экспериментальных температурных характеристик и сопоставление результатов с учётом реальных физических процессов в трансформаторе; - анализ распределения тепловых полей, формирование рекомендаций о дальнейшей эксплуатации; - комплексная обработка полученной информации, выдача рекомендаций на основе многоаспектного анализа. На этапе полевых исследований оператор проводит съёмку поверхности бака трансформатора с помощью тепловизионной аппаратуры. При проведении работ может создавать помехи навесная система охлаждения. Воздух, нагнетаемый вентиляторами, проходит сквозь радиаторы, нагревается и далее ударяется о поверхность бака. В результате на его поверхности образуется зона повышенного нагрева, которая не является следствием дефектов в активной части трансформатора. При анализе термограмм необходимо учесть воздействие на навесное оборудование направленного теплого воздушного потока, нагнетаемого вентиляторами принудительного охлаждения.
