Введение к работе
Актуальность работы. С увеличением срока службы силовых трансформаторов в энергосистеме становится актуальным вопрос их безаварийной работы. Это, в свою очередь, ставит проблему качественной диагностики для выявления возможных дефектов магнитной системы трансформатора, что важно при решении вопроса о дальнейшей эксплуатации длительно работавших трансформаторов.
Известен способ диагностики магнитной системы путем измерения потерь холостого хода при малом напряжении. Измеренные пофазно потери сравнивают между собой и с результатами предыдущих испытаний. При этом результаты измерений потерь холостого хода сильно зависят от величины остаточного намагничивания сердечника трансформатора, являющегося следствием внезапного обрыва тока при отключении трансформатора. Уровень остаточного намагничивания является случайной величиной и зависит только от фазы тока в момент отключения трансформатора.
Для получения достоверных результатов потерь в стали мапштопровод трансформатора необходимо размагнитить. Процедура размапшчивания - довольно сложный и длительный процесс. Отсутствие возможности проконтролировать остаточную намагниченность сердечника не позволяет однозначно утверждать, что сердечник размагничен до нулевого значения остаточной индукции. Таким образом, измерив потери холостого хода, невозможно однозначно определить, является ли разброс значений результатом остаточного намагничивания или развивающегося дефекта.
В процессе эксплуатации трансформатора могут возникнуть дефекты, обусловленные изменением геометрии магнитных конструкций под действием магнитного поля, которые проявляются только в рабочем режиме и исчезают со снятием магнитного поля. Выявить такие дефекты, измеряя потери холостого хода при малом напряжении, практически невозможно, так как получаемые результаты не превышают допустимые отклонения.
В связи с этим, актуальной является разработка способа диагностики магнитной системы трансформатора, основанного на искусственном намагничивании сердечника трансформатора и определении диагностических параметров по результатам измерения потерь холостого хода при малом напряжении.
Цель работы - разработка способов определения диагностических параметров магнитной системы трансформатора в режиме искусственного намагничивания.
Для реализации сформулировашшх целей необходимо решить следующие основные задачи:
Разработать способ искусственного намагничивания магнитопровода трехфазного трансформатора во время измерения потерь холостого хода при малом напряжении.
Определить и обосновать диагностические параметры, измеряемые в режиме искусственного намагничивания.
Разработать алгоритмы проведения измерений и обработки результатов измерений для нахождения диагностических параметров.
Исследовать влияние дефектов на изменения диагностических параметров.
Создать программное обеспечение для автоматизации процесса определения диагностических параметров.
Объект исследования. Объектом исследования в представленной работе являются трансформаторы, в том числе - трехфазные силовые трансформаторы, используемые в электроэнергетике.
Методы исследования. В работе использованы методы и положения теории электрических цепей, теории электрических машин и теории обработки сигналов. Исследования проводились с применением численных методов и программ для ЭВМ, натурного эксперимента на трансформаторах.
Научная новизна полученных результатов:
Разработан способ определения потерь на гистерезис и вихревые токи по результатам аппроксимации вольт-ваттных характеристик.
Исследовано влияние асимметрии характеристик крайних фаз трансформатора на распределение потерь холостого хода в элементах трехфазной магнитной системы в режиме намагничивания. Обнаружено, что различие потерь в крайних фазах может быть вызвано не только появлением короткозамкнутого контура в одной из фаз, но и изменением магнитного сопротивления в зоне стыков стержней и ярма.
Исследовано влияние габаритных размеров магнитопровода на отношение потерь холостого хода при намагничивании центрального стержня к потерям при намагничивании крайнего стержня. Выявлено, что в состоянии насыщения отношение потерь в малой степени зависит от постоянного тока намагничивания, а в основном связано с геометрическими размерами магнитной системы.
Исследовано влияние дефектов магнитной системы на составляющие потерь на гистерезис и вихревые токи в режиме искусственного намагничивания трансформатора. Выявлено, что соотношение составляющих потерь изменяется при образований короткозамшгутых контуров и повреждении межлистовой изоляции.
Исследовано влияние дефектов на гармонический состав тока холостого хода трансформатора при намагничивании сердечника . постоянным током. Обнаружено изменение мощности гармоник тока холостого хода при образовании короткозамкнутых контуров и изменении степени прессовки ярмовых балок.
Практическая ценность представляемой работы заключается в следующем:
Разработан способ искусственного намагничивания магнитопровода трехфазного трансформатора без применения дополнительной обмотки и вскрытия бака, позволяющий повысить чувствительность методов диагностики.
Предложены диагностические параметры, отражающие потери на гистерезис (Aj), вихревые токи (Аг) и отношение этих потерь (А\ /Аг).
Предложены диагностические характеристики, отражающие зависимости потерь на гистерезис (Аі=/[ІШМ)), вихревые токи {A2=j{I«m)) и их отношения (А\ /А2-/{1ш>д)от величины постоянного тока намагничивания.
Разработано программное обеспечение для определения диагностических параметров А\ (потери на гистерезис) и А2 (потери от вихревых токов) по результатам измерения вольт-ваттных характеристик.
Предложена диагностическая характеристика {sflm)), отражающая зависимость мощности гармоник тока холостого хода трансформатора от величины постоянного тока намагничивания.
На защиту выносятся:
Способ диагностики магнитной системы трансформатора в режиме намагничивания сердечника постоянным током.
Методика выявления дефектов в магнитной системе трансформатора, основанная на использовании параметров, отражающих потери на гистерезис, вихревые токи и их отношение.
Методика выявления дефектов в магнитной системе трансформатора, основанная на использовании мощности гармонических составляющих тока холостого хода трансформатора в режиме намагничивания. Обоснованность и достоверность результатов и выводов подтверждается
использованием апробированного математического аппарата, корректностью исходных предположений и допущений, успешной реализацией рада основных положений работы в практических исследованиях на реально действующем оборудовании.
Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в постановке задач и определении путей получения их решения, в создании программного обеспечения для обработки измеренных данных, проводил все измерения, обработку и анализ экспериментальных данных.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
Всероссийской научно-технической конференции «Информациошше системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии» (Тула, 2007); Четырнадцатой и Пятнадцатой Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2008, 2009); Третьей молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2008); Международной научно-технической конференции «Энергетика 2008: инновации, решения, перспективы» (Казань, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК (2 в издании, рекомендованном ВАК по специальности диссертации); получено одно свидетельство на патент и одно решение о выдаче патента.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, библиографии и приложений. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков и 1 таблицу; библиографический список включает 68 наименований.
