Введение к работе
Актуальность работы. Большой износ электротехнических
устройств, эксплуатируемых на силовых подстанциях, требует решения
вопроса повышения эффективности функционирования этих
электротехнических устройств, то есть продления их срока службы и безаварийной работы. По состоянию на 01.01.2016 доля основного оборудования ПС, находящегося в эксплуатации более 25 лет, в разрезе классов напряжения составила: - оборудование 220 кВ и выше - 34%; -оборудование 110 кВ - 75%; - оборудование 35 кВ - 81%; - оборудование 6-20 кВ - 62%.
В своих работах Борисов П.А., Андреев К.А., Иванов Д.А.,
рассматривали вопросы диагностирования и прогнозирования технического
состояния электротехнических устройств, однако их методики не
учитывали возможности непрерывного контроля технического состояния
под нагрузкой без выведения оборудования из работы, а так же не
предлагали подхода к диагностированию всего комплекса
электротехнических устройств, входящих в систему силовых подстанций, который учитывал бы конструктивные особенности элементов системы.
Перспективным методом диагностирования электрооборудования без
выведения его из работы является метод контроля интенсивности
частичных разрядов (ЧР). При эксплуатации электротехнического
оборудования силовых подстанций частичные разряды представляют
серьзную проблему. Причинами их возникновения могут служить: локальные перегревы изоляции и как следствие ухудшение е электрической прочности; перенапряжения при переключениях; короткие замыкания на шинах трансформаторов, приводящие к деформации изоляции, а так же климатические условия в которых эксплуатируется оборудование.
Повышение срока службы электротехнических устройств силовых подстанций должно быть обеспечено оптимальным выбором режимов работы.
Выбор режимов работы оборудования должен быть основан на
методике и техническом решении по непрерывной диагностике и прогнозированию остаточного ресурса оборудования, которые учитывали бы конструктивные особенности электротехнических устройств и предусматривали возможность оперативного изменения конфигурации схемы регистрации частичных разрядов, что является актуальной научной задачей.
Цель работы – повышение эффективности функционирования электротехнических систем диагностики технического состояния силовых подстанций под нагрузкой и их проводящих электрически связанных между собой элементов и изоляции, путм обоснования рациональной структуры функциональных связей, параметров и закономерностей формирования топологии обработки и регистрации частичных разрядов, обеспечивающих непрерывный контроль и определение отказов оборудования, а так же требуемый уровень наджности и гибкости контроля, прогнозирования и управления режимами работы аппаратов силовых подстанций.
Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи исследования:
-
Анализ существующих методов, конструктивных схем устройств и систем диагностирования технического состояния электротехнических устройств силовых подстанций под нагрузкой.
-
Определение рациональной структуры функциональных связей, параметров и закономерностей формирования топологии обработки и регистрации частичных разрядов обеспечивающих непрерывный контроль и определение отказов оборудования.
3. Обоснование параметров и топологии систем обеспечивающих
требуемый уровень наджности и гибкости контроля, прогнозирования и
управления режимами работы аппаратов силовых подстанций под
нагрузкой
4. Разработка математической модели частичных разрядов (ЧР) в
изоляции электротехнических устройств под нагрузкой, учитывающей
физические процессы, протекающие в электротехнических устройствах,
внешние факторы, влияющие на идентификацию частичных разрядов и
технические особенности диагностируемого оборудования для выделения
сигналов ЧР из помех.
5. Разработка новых технических решений по повышению
эффективности функционирования систем диагностики технического
состояния силовых подстанций обеспечивающих непрерывный контроль и
учитывающих структуры функциональных связей, параметры и
закономерности формирования топологии обработки и регистрации
частичных разрядов.
6. Численные и натурные исследования режимов работы при
применении новых технических решений для повышения эффективности
функционирования электротехнических систем диагностики технического
состояния силовых подстанций под нагрузкой.
Идея работы заключается в обеспечение непрерывного контроля и определения отказов оборудования, а так же требуемого уровня наджности и гибкости контроля, прогнозирования и управления режимами работы аппаратов силовых подстанций под нагрузкой.
Объект исследования – электротехнические системы диагностики технического состояния силовых подстанций (под нагрузкой), их функциональные связи и параметры.
Предмет исследования – деградационные процессы в изоляции электротехнических устройств под нагрузкой вызванные частичными разрядами.
Методы исследования – для решения поставленных задач
использовались методы электромеханики и теоретических основ
электротехники, численные методы, методы математической статистики, теория измерения физических величин, теория наджности технических систем, экстраполяционнные методы прогнозирования, планирование эксперимента, методы оптимизации. Проверка теоретических результатов осуществлялась путм численных и натурных экспериментов.
Автор защищает:
1. Рациональная структура функциональных параметров
формирования топологии обработки и регистрации ЧР, на основе схем
замещения в контрольных точках, позволяющие обеспечить непрерывный
контроль и определение отказов оборудования
2. Закономерности формирования и распространения частичных
разрядов в изоляции электротехнических устройств, параметры
характеризующие их интенсивность и, как следствие, состояние изоляции
электротехнических устройств
3. Способ контроля технического состояния электротехнических
систем силовых подстанций под нагрузкой, основанный на измерения и
интерпретации уровня частичных разрядов в изоляции
4. Рациональные и конструктивные параметры устройства
непрерывного контроля сигнала частичных разрядов в оборудовании
силовых подстанций в условиях эксплуатации
Научная новизна заключается в обосновании рациональной
структуры функциональных связей, параметров и закономерностей
формирования топологии обработки и регистрации частичных разрядов,
обеспечивающих непрерывный контроль и определение отказов
оборудования, а так же требуемый уровень наджности и гибкости контроля, прогнозирования и управления режимами работы аппаратов силовых подстанций.
Она представлена следующими результатами:
– получены аналитические зависимости на основе анализа схем замещения для расчта рациональных параметров электротехнических устройств технического контроля электротехнических систем силовых подстанций под нагрузкой учитывающих напряженность электрического поля в диэлектриках, температуру в проводящих каналах, зависимость толщины изоляции электрооборудования от интенсивности ЧР, технические особенности диагностируемого оборудования.
– установлены зависимости состояния электротехнических устройств силовых подстанций от динамики интенсивности частичных разрядов в изоляции при влиянии технологических и эксплуатационных факторов
– разработана методика прогнозирования состояния
электротехнических устройств силовых подстанций под нагрузкой, путм анализа и аппроксимации динамики развития частичных разрядов в электроизоляции
– обоснована структура и рациональные параметры устройств контроля технического состояния электротехнических систем силовых подстанций под нагрузкой в точках совмещения, учитывающие технические особенности электротехнических устройств
– разработано новое техническое решение по непрерывному контролю сигнала частичных разрядов и обнаружения их очага на силовых подстанциях в условиях эксплуатации
Достоверность полученных результатов. Основные научные положения и выводы основываются на фундаментальных положениях общей теории электротехники и математики, адекватностью теоретических и экспериментальных исследований, расхождение между которыми составило 14%, что подтверждает их удовлетворительную сходимость, практическим применением результатов работы в производстве.
Практическое значение. Разработано новое техническое решение и
методика для непрерывного контроля сигнала частичных разрядов и
обнаружения их очага на силовых подстанциях в условиях эксплуатации.
Доказана возможность производства контроля электротехнических
устройств без вывода их из работы, управление и выбор оптимальных режимов оборудования, а так же доаварийное принятие решений о необходимости производства ремонтных работ.
Реализация результатов работы. Основные научно-практические
результаты диссертационной работы переданы ООО «СМП ЦЕНТР» для
использования при усовершенствовании регламентов и методик
эксплуатации силовых подстанций обслуживаемых данным предприятием.
Результаты работы использованы в учебных комплексах «Электропитающие
сети и системы», «Электроснабжение промышленных предприятий»,
«Электроэнергетика», «Воздушные и кабельные линии» кафедры
«Электроэнергетика» Тульского Государственного Университета.
Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных молоджных научно-технических конференциях:
VIII Региональная магистерская научная конференция, ТулГУ, 2013 г.( г.Тула, 2013 г.)
XII Всероссийская научно-техническая конференция студентов,
магистрантов, аспирантов и молодых учных «Техника XXI века глазами молодых учных», -(г.Тула, 2014 г.)
VIII Региональная молоджная научно-практическая конференция ТулГУ «Молоджные инновации ТулГУ, - (г.Тула, 2014 г.)
X Региональная магистерская научная конференция, ТулГУ, -(г.Тула, 2015 г.) Международной научно-технической конференции «Энергосбережение -2017» в рамках XV Московского международного энергетического форума «ТЭК России в XXI веке»-(г. Москва, 2017 г.)
Международной научно-технической конференции «Энергосбережение -2018» в рамках XVI Московского международного энергетического форума «ТЭК России в XXI веке»-(г. Москва, 2018 г.)
Публикации. Основные положения диссертационной работы
изложены в 5 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК, а так же получен
патент РФ на полезную модель.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников из 99 наименований, содержит 39 рисунков и 5 таблиц. Общий объм – 105 страниц.