Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Дефекты, возникающие в силовых трансформаторах высших классов напряжения 12
1.1. Основные виды дефектов силовых трансформаторов высших классов напряжения 12
1.2. Определение наиболее опасных дефектов силовых трансформаторов высших классов напряжения 18
1.3 Выводы 24
Глава 2. Традиционная схема диагностики трансформаторов. основные проблемы 25
2.1. Нормативные методы диагностики силовых трансформаторов, применяемые в процессе эксплуатации, и выявляемые ими дефекты 26
2.1.1. Испытание трансформаторного масла 27
2.1.2. Хроматографический анализ газов, растворенных в масле 27
2.1.3. Оценка влажности твердой изоляции 28
2.1.4. Измерение диэлектрических характеристик 29
2.1.5. Оценка состояния твердой изоляции обмоток 29
2.1.6. Измерение сопротивления обмоток постоянному току 30
2.1.7. Измерение потерь холостого хода 31
2.1.8. Измерение сопротивления короткого замыкания 31
2.1.9. Тепловизионный контроль 32
2.2. Альтернативные методы диагностики трансформаторов, применяемые в процессе эксплуатации, и выявляемые ими дефекты 33
2.2.1. Измерение характеристик частичных разрядов 33
2.2.2. Метод локации частичных разрядов 36
2.2.3. Метод низковольтных импульсов 37
2.2.4. Метод частотного анализа 38
2.2.5. Виброди агностика 39
2.3. Традиционная схема оценки технического состояния силовых трансформаторов высших классов напряжения 41
2.4. Определение методов контроля наиболее опасных дефектов 44
2.5. Выводы 47
Глава 3. Исследование характеристик частичных разрядов при развитии дефектов в силовых трансформаторах 49
3.1. Испытательная установка 49
3.1.1. Описание 49
3.1.2. Принцип работы измерителя частичных разрядов 51
3.1.3. Градуировка ишерителя частичных разрядов 52
3.1.4. Испытательная камера 53
3.2. Методика проведении экспериментов 54
3.3. Модель для изучения процесса развития пробоя масляного канала 55
3.4. Модель для изучения процесса развития разрядов в масляном клине 66
3.5. Модель для изучения процесса развития скользящего разряда 72
3.6. Модель для изучения процесса развития ползущего разряда 79
3.7. Выводы 85
Глава 4. Исследование влияния на регистрируемые характеристики частичных разрядов параметров трансформатора и элементов измерительной цепи 90
4.1 Расчет параметров эквивалентной схемы замещения обмотки трансформатора и элементов измерительной цепи 91
4.1.1. Расчет параметров обмотки ВН трансформатора по каталожным данным 91
4.1.2. Определение прочих параметров эквивалентной схемы 94
4.2. Методика расчета 95
4.3 Результаты расчетов использовании НЧ-фильтра с оптимальными параметрами 103
4.5. Выводы 107
Глава 5. Двухступенчатая схема диагностики силовых трансформаторов высших классов напряжения 109
5.1. Описание двухступенчатой схемы 109
5.2. Оценка эффективности двухступенчатой схемы 114
5.3. Рекомендации по внедрению двухступенчатой схемы диагностики на примере ОАО «МРСК Северо-Запада» 117
Заключение 120
Слисок литературы 122
- Определение наиболее опасных дефектов силовых трансформаторов высших классов напряжения
- Модель для изучения процесса развития пробоя масляного канала
- Результаты расчетов использовании НЧ-фильтра с оптимальными параметрами
- Рекомендации по внедрению двухступенчатой схемы диагностики на примере ОАО «МРСК Северо-Запада»
Введение к работе
Развитие промышленности в России в последние годы обуславливает увеличение потребления электрической энергии и, как следствие, рост нагрузки на электроэнергетическое оборудование. В то же время большое количество силовых трансформаторов, которые являются наиболее важным и дорогостоящим оборудованием электроэнергетики, эксплуатируются с превышением назначенного ресурса (расчетного срока службы). Действительно, еще в начале 2000-х годов парк силовых трансформаторов в России на 50 % — 60% состоял из такого оборудования. И, несмотря на постоянное увеличение средстн, выделяемых на обновление парка энергетического оборудования, на сегодняшний день существенно изменить эту ситуацию не удалось [1, 2]. С другой стороны, многие специалисты отмечают, что менять трансформатор по истечении его назначенного ресурса (25 [3] — 30 [4] лет) зачастую оказывается нецелесообразно [5]. Дело в том что, если, условия работы оборудования на протяжении срока эксплуатации соответствовали расчетным, а нагрузки не превышали номинальных значений, велика вероятность того, что состояние его твердой изоляции (основной параметр, определяющий реальный срок службы трансформатора) после завершения назначенного ресурса останется удовлетворительным.
Вместе с тем для обеспечения требуемого уровня надежности работы энергосистемы, при дальнейшей эксплуатации оборудования, исчерпавшего назначенный ресурс, особое внимание должно быть уделено контролю его технического состояния. Таким обрїізом, на современном этапе развития энергетики повышается актуальность вопросов диагностики силовых трансформаторов высших классов напряжения.
Необходимо отметить, что за прошедшие годы была проделана большая работа по созданию методов диагностики трансформаторного оборудования, позволяющих при комплексном их применении адекватно оценить состояние обследуемого объекта с надежностью, достигающей 98% [6, 7J, Однако, несмотря на это, количество трансформаторов, "доживающих" до отказов по причине термохимического старения твердой изоляции (естественный износовый отказ): составляет по разным источникам от 7 % до 20 % [7]- То есть причиной отказа от 80 % до 93 % трансформаторов являются различные своевременно не выявленные дефекты. Данная ситуация обусловлена низкой эффективностью традиционной схемы диагностики.
Традиционная схема (проведение плановых комплексных обследований) разрабатывалась для условий плановой экономики СССР, принципы которой исключали возможность эксплуатации болі-того количества оборудования сверх расчетного периода. Соответственно, период комплексных обследований выбирался с учетом вероятностей появления и скоростей развития дефектов в трансформаторах с наработкой до 25 лет и не учитывает особенности развития дефектов в состаренном оборудовании. Вследствие этого в современных условиях участились случаи, когла за период между обследованиями дефект успевает зародиться, развиться и вызвать аварийный отказ трансформатора. При этом простое сокращение интервала проведения обследований приводит к неприемлемому увеличению затрат на диагностику, что говорит о необходимости разработки схемы диагностики, эффективной в современных условиях.
Объектом исследования в данной работе является схема диагностики силовых трансформаторов высших классов напряжения. Предметом исследования — методы диагностики силовых трансформаторов высших классов напряжения.
Современные условия заставляют отказаться от плановых единовременных измерений ІІСЄХ контрольных параметров (физико-химических величин, определяющих процессы, развивающиеся в оборудовании) с тем, чтобы обеспечить учащенный контроль наиболее опасных дефектов без дополнительных затрат на контроль развития дефектов, появление которых маловероятно. Появляются попытки дифференцировать интервалы измерений параметров с учетом их информативности и опасности соответствующих выявляемых дефектов: специалисты эксплуатационных служб энергетических предприятий выбирают параметры для учащенного контроля, основываясь зачастую прежде всего лишь на собственном опыте и интуиции. Так, наиример, в ОАО «МРСК Северо-Запада», если по результатам проведения на трансформаторе хром ато графического анализа растворенных в масле і азов (ХАРГ) контрольные параметры выходят за допустимые пределы, трансформатор ставится на учащенный контроль по ХАРГ (проводится 1 раз в 3 месяца).
Безусловно, данные меры в ряде случаев способны повысить надежность эксплуатируемого оборудования. Однако субъективность при выборе методов учащенного контроля существенно снижает эффективность данного подхода. Наиример, в случае развития разрядных процессов в трансформаторах с длительной наработкой, хроматография обладает значительным запаздыванием и неспособна выявить дефект на ранней стадии развития. Таким образом, оборудование ОАО «МРСК Северо-Запада», стоящее на учащенном контроле (в основном эксплуатируется более 25 лет), фактически не диагностируется на предмет развития частичных разрядов (ЧР). Между тем наличие частичных разрядов является индикатором состояния изоляции трансформатора,
Вышеизложенное формирует цель работы: оптимизация традиционной схемы диагностики трансформаторов высших классов напряжения.
Достижение поставленной цели связывается в данной диссертационной работе с решением следующих задач:
изучение дефектов, возникающих в силовых трансформаторах высших классов напряжения, определение наиболее опасных из них;
• изучение методов диагностики, применяемых для выявления соответствующих дефектов:,
• оценка эффективности традиционной схемы контроля технического состояния силовых трансформаторов;
определение эффективных методов диагностики для учащенного контроля наиболее опасных дефектов;
• исследование проблем выявления дефектов методом диагностики трансформаторов, основывающимся на измерении характеристик частичных разрядов и предложение их решений;
разработка оптимизированной двухступенчатой схемы диагностики силовых трансформаторов высших классов напряжения;
оценка эффективности применения разработанной оптимизированной схемы.
При решении поставленных задач использовались следующие методы научного исследования: анализ статистических данных по отказам трансформаторов; проведение экспериментов на модельных образцах изоляции трансформатора; компьютерное моделирование.
Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, и основные положения, выносимые на защиту:
1. Выявлень1 особенности развития дефектов различного вида по характеристикам частичных разрядов в продольной и главной изоляции трансформатора.
2. Разработана методика проведения измерения частичных разрядов в образцах бумажна -масляной изоляции. Разработаны и изготовлены испъптелъные камеры и модельные образцы изоляции для проведения соответствующих исследований.
3. Разработана схема измерителя частичных разрядов, позволяющая минимизировать влияние длительности ЧР на достоверность измерений.
4. Разработана двухступенчатая схема диагностики силовых трансформаторов высших классов напряжения, обеспечивающая большую эффективность контроля технического состояния трансформаторов по сравнению с традиционной схемой.
.Выявлены характерные признаки развития дефектов, позволяющие идентифицировать дефект изоляции трансформатора по характеристикам частичных разрядов.
2. Усовершенствована методика измерения ЧР: минимизировано влияние параметров трансформатора и измерительной цепи на результаты измерений частичных разрядов.
3. Разработаны алгоритмы проведения обследований трансформаторов по оптимизированной схеме диагностики, обеспечивающие минимальное число коммутаций обследуемого оборудования, а также минимальные трудозатраты,
Реализация результатов. Результаты исследования используются специалистами ООО «Дизкон» (Санкт-Петербург) и ЗЛО «Энергобаланс» (Санкт-Петербург) при проведении обследований силовых трансформаторов высших классов напряжения. Результаты исследования включены в материал лекции «Диагностика силовых трансформаторов но характеристикам частичных разрядов», которая читается в Петербургском энергетическом институте повышения квалификации,
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
• Научно-практических конференциях «Неделя науки СПбГПУ» (Санкт-Петербург, 2006, 2009);
• Всероссийских форумах студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах» (Санкт-Петербург, 2008, 2009);
• Политехнических симпозиумах «Молодые ученые — промышленности Северо-Западного региона» (Санкт-Петербург, 2008, 2009, 2010);
• XII Международной научно-технической конференции «Трансформаторо-строение 2009» (Украина, Запорожье, 2009); • Восемьдесят первом всероссийском семинаре с международным участием «Методы и средства исследования и обеспечения надежности систем энергетики» (Санкт-Петербург, 2009);
• Тридцать третьем международном семинаре «Методы и средства оценки -состояния энергетического оборудования» (Казань, 2009);
• Седьмом ежегодном семинаре «Методы и средства контроля изоляции высоковольтного оборудования» (Пермь, 2010);
• Пятой Международной научно-технической конференции «Электрическая изоляция - 2010» (Санкт-Петербург, 2010);
• Международной научно-технической конференции «Трансформаторы: эксплуатация, диагностирование, ремонт и продление срока службы» (Екатеринбург, 2010).
Проект «Индикативная диагностика трансформатора», разработанный на основе материалов, содержащихся в данной диссертационной работе, является победителем «Городского конкурса по поддержке лучших инновационных проектов в сфере науки и высшего образования Санкт-Петербурга» в номинации «Лучшая научпо-штоаацноппая идея» (Санкт-Петербург, 2009).
Структура диссертационной работы.
В первой главе произведен обзор дефектов, возникающих в силовых трансформаторах высших классов напряжения. На основании изучения статистики отказов определены наиболее опасные дефекты.
Во второй главе описаны методы диагностики, применяемые для выявления дефектов силовых трансформаторов. Проанализирована традиционная схема диагностики, отмечена ее низкая эффективность. Определены методы эффективные для учащенного контроля наиболее опасных дефектов. Определены основные проблемы эффективного применения электрического метода измерения ЧР для учащенного контроля состояния трансф орматоров.
В третьей главе проведены эксперименты на модельных образцах изоляции трансформатора. Разработана методика проведения экспериментов, испытательная камера и модельные образцы. Выявлены характерные уникальные отличительные признаки дефектов и стадий их развития, позволяющие идентифицировать дефект изоляции трансформатора по характеристикам частичных разрядов.
Четвертая глава посвящена минимизации влияния параметров трансформатора и измерительной цепи на результаты измерений ЧР. Выявлена зависимость достоверности результатов измерения частичных разрядов от места возникновения ЧР в обмотке трансформатора, времени нарастания градуировочных импульсов и длительности фронта импульса ЧР, Разработана схема измерителя частичных разрядов, обеспечивающая максимальную достоверность измерений.
В пятой главе на основании проведенных исследований разработана двухступенчатая схема диагностики силовых трансформаторов высших классов напряжения и доказана большая эффективность ее применения по сравнению с традиционной схемой.
Диссертационная работа выполнена на 128 страницах основного текста и состоит из введения, пяти глав, заключения, 46 рисунков, 14 таблиц, списка литературы, который содержит 54 наименования.
Определение наиболее опасных дефектов силовых трансформаторов высших классов напряжения
Развитие промышленности в России в последние годы обуславливает увеличение потребления электрической энергии и, как следствие, рост нагрузки на электроэнергетическое оборудование. В то же время большое количество силовых трансформаторов, которые являются наиболее важным и дорогостоящим оборудованием электроэнергетики, эксплуатируются с превышением назначенного ресурса (расчетного срока службы). Действительно, еще в начале 2000-х годов парк силовых трансформаторов в России на 50 % — 60% состоял из такого оборудования. И, несмотря на постоянное увеличение средстн, выделяемых на обновление парка энергетического оборудования, на сегодняшний день существенно изменить эту ситуацию не удалось [1, 2]. С другой стороны, многие специалисты отмечают, что менять трансформатор по истечении его назначенного ресурса (25 [3] — 30 [4] лет) зачастую оказывается нецелесообразно [5]. Дело в том что, если, условия работы оборудования на протяжении срока эксплуатации соответствовали расчетным, а нагрузки не превышали номинальных значений, велика вероятность того, что состояние его твердой изоляции (основной параметр, определяющий реальный срок службы трансформатора) после завершения назначенного ресурса останется удовлетворительным.
Вместе с тем для обеспечения требуемого уровня надежности работы энергосистемы, при дальнейшей эксплуатации оборудования, исчерпавшего назначенный ресурс, особое внимание должно быть уделено контролю его технического состояния. Таким обрїізом, на современном этапе развития энергетики повышается актуальность вопросов диагностики силовых трансформаторов высших классов напряжения.
Необходимо отметить, что за прошедшие годы была проделана большая работа по созданию методов диагностики трансформаторного оборудования, позволяющих при комплексном их применении адекватно оценить состояние обследуемого объекта с надежностью, достигающей 98% [6, 7J, Однако, несмотря на это, количество трансформаторов, "доживающих" до отказов по причине термохимического старения твердой изоляции (естественный износовый отказ): составляет по разным источникам от 7 % до 20 % [7]- То есть причиной отказа от 80 % до 93 % трансформаторов являются различные своевременно не выявленные дефекты. Данная ситуация обусловлена низкой эффективностью традиционной схемы диагностики.
Традиционная схема (проведение плановых комплексных обследований) разрабатывалась для условий плановой экономики СССР, принципы которой исключали возможность эксплуатации болі-того количества оборудования сверх расчетного периода. Соответственно, период комплексных обследований выбирался с учетом вероятностей появления и скоростей развития дефектов в трансформаторах с наработкой до 25 лет и не учитывает особенности развития дефектов в состаренном оборудовании. Вследствие этого в современных условиях участились случаи, когла за период между обследованиями дефект успевает зародиться, развиться и вызвать аварийный отказ трансформатора. При этом простое сокращение интервала проведения обследований приводит к неприемлемому увеличению затрат на диагностику, что говорит о необходимости разработки схемы диагностики, эффективной в современных условиях.
Объектом исследования в данной работе является схема диагностики силовых трансформаторов высших классов напряжения. Предметом исследования — методы диагностики силовых трансформаторов высших классов напряжения.
Современные условия заставляют отказаться от плановых единовременных измерений ІІСЄХ контрольных параметров (физико-химических величин, определяющих процессы, развивающиеся в оборудовании) с тем, чтобы обеспечить учащенный контроль наиболее опасных дефектов без дополнительных затрат на контроль развития дефектов, появление которых маловероятно. Появляются попытки дифференцировать интервалы измерений параметров с учетом их информативности и опасности соответствующих выявляемых дефектов: специалисты эксплуатационных служб энергетических предприятий выбирают параметры для учащенного контроля, основываясь зачастую прежде всего лишь на собственном опыте и интуиции. Так, наиример, в ОАО «МРСК Северо-Запада», если по результатам проведения на трансформаторе хром ато графического анализа растворенных в масле і азов (ХАРГ) контрольные параметры выходят за допустимые пределы, трансформатор ставится на учащенный контроль по ХАРГ (проводится 1 раз в 3 месяца).
Безусловно, данные меры в ряде случаев способны повысить надежность эксплуатируемого оборудования. Однако субъективность при выборе методов учащенного контроля существенно снижает эффективность данного подхода. Наиример, в случае развития разрядных процессов в трансформаторах с длительной наработкой, хроматография обладает значительным запаздыванием и неспособна выявить дефект на ранней стадии развития. Таким образом, оборудование ОАО «МРСК Северо-Запада», стоящее на учащенном контроле (в основном эксплуатируется более 25 лет), фактически не диагностируется на предмет развития частичных разрядов (ЧР). Между тем наличие частичных разрядов является индикатором состояния изоляции трансформатора.
Модель для изучения процесса развития пробоя масляного канала
Появление дефекта в продольной или главной изоляции трансформатора в эксплуатации может быть вызвано различными причинами: дефект изготовления; старение, загрязнение поверхности твердой изоляции; старение, загрязнение масла; образование пузырьков газов у поверхности твердой изоляции; нерасчетные режимы и т.д. Дальнейшее развитие повреждения сопровождается развитием частичных разрядов (ЧР) и во многом определяется конструктивными особенностями участка изоляции трансформатора в котором он возникает. Анализируя литературные данные [10-13], можно выделить основные виды дефектов продольной и главной изоляции трансформаторов, связанные с развитием частичных разрядов, такие как разряд в масляном клине, пробой масляного канала, скользящий разряд по поверхности твердой Изоляции, ползущий разряд. Если дефекты изоляции своевременно не выявляются, последствия завершения их развития оказываются катастрофическими и в большинстве случаев приводят к серьезному повреждению трансформатора, устранение которого оказывается н еце л есоо браз ны м.
Причиной деформации обмоток трансформатора является недостаточная электродинамическая стойкость к воздействию внешних коротких замыканий (КЗ), что может быть вызвано снижением усилия прессовки обмоток либо воздействием нерасчетных токов КЗ. Деформации обмоток в большинстве случаев также приводят к наступлению предельного состояния оборудования в основном за счет того, что обмотка при деформации разрушает твердую изоляцию трансформатора, и происходит внутреннее замыкание обмоток.
Дефекты магнитной системы трансформатора в большинстве случаев не приводят к катастрофическому повреждению трансформатора, однако ухудшают экономические показатели работы оборудования, так как вызывают увеличение потерь. Дефекты сопровождаются образованием короткозамкнутых контуров (как внутри пакета магнитопровода, так и через какую-либо конструктивную металлическую деталь и элементы заземления магнитопровода) [14], могут привести к оплавлению стали магнитопровода и разложению масла.
Дефекты таких узлов трансформатора как высоковольтные вводы, переключающее устройство, система охлаждения, система защиты масла являются распространенными видами повреждения данного оборудования [9 — 13, 15 — 19]. Замена поврежденного узла не приводит к значительным запратам (относительно стоимости трансформатора), однако, если дефект не был своевременно обнаружен и ликвидирован, его последствия могут быть очень тяжелыми. Например: - при аварийном отказе высоковольтного ввода во многих, (до 50%) случаях происходит возгорание трансформатора; - если процесс гашения дуги в контакторе устройства РПН затягивается, соседние отпайки (ответвления) могут оказаться замкнутыми не через дугогасящий резистор, а через электрическую дугу, что приводит к тяжелым авариям с деформацией обмоток трансформатора [12]; - повреждения маслонасосов или электродвигателей вентиляторов системы охлаждения (длительный отказ) приводят к перегреву трансформатора, что может привести к серьезным последеї киям; - при выходе из строя на долгое время силикагелевого воздухоосушителя ухудшаются изоляционные характеристики масла, что может привести к дефекту главной или продольной изоляции. В настоящее время в нормативных документах не приводится ранжирования дефектов по опасности. Вместе с тем из вышеизложенного видно, что дефекты различных узлов трансформатора приводят к различным по степени тяжести повреждениям данного оборудования. К наиболее тяжким последствиям приводят повреждения твердой изоляции и деформации обмоток, Следовательно, в данной диссертационной работе необходимо исследовать статистику отказов трансформаторов и определить круг ключевых дефектов силовых трансформаторов, исходя из вероятности возникновения дефекта и тяжести последствий отказа соответствующих узлов трансформатора. В настоящее время статистика отказов силовых трансформаторов не систематизирована и субъективна, так как ведется отдельными компаниями и зачастую является их коммерческой тайной. Наиболее доступным источником данных по повреждаемости являются материалы научно-технических семинаров и конференций, а также статьи в отраслевой периодике. На основании изучения литературы [16 - 18, 20 - 23] можно сделать вывод о том, что большинство дефектов трансформаторов напряжением 110 кВ и выше приходится на следующие элементы конструкции: обмотки, высоковольтные вводы, устройства РПН, Причем на первый план однозначно выходят изоляционные проблемы. На их долю по оценкам различных авторов приходится от 43% [17] до 70% и выше [23] отказов силовых трансформаторов высших классов напряжения. Так, проведенный анэлш аварийности силовых трансформаторов по характеру повреждений [16] (табл. 2) показал, что более половины отказов было связано с повреждением их изоляции (суммируем данные по строкам «Ухудшение изоляции», «ЧР», «Увлажнение», «Термохимическое старение»), причем удельный вес этих повреждений имел тенденцию к увеличению.
Результаты расчетов использовании НЧ-фильтра с оптимальными параметрами
Метод низковольтных импульсов (МНИ) - высокочувствительный метод диагностики остаточных деформаций обмоток силовых трансформаторов в результате коротких замыканий [33].
Суть метода заклю чается в том, что на ввод одной из обмоток трансформатора подастся короткий прямоугольный импульс низкого напряжения (100 — 500 В), а с вводов других обмоток записымаются осциллограммы реакций обмоток на воздействие этого импульса. Изменения в осциллограммах и их спектрах (получаемых в результате математической обработки) свидетельствуют о наличии или отсутствии деформаций обмоток трансформатора [39].
В основе метода низковольтных импульсов лежит принцип последовательного дефектографирования, когда результаты текущих измерений сравниваются с результатами предыдущих измерений, а состояние трансформатора оценивается степенью отклонения результатов измерений от нормограммы (результаты измерений при вводе трансформатора в эксплуатацию).
Метод низковольтных импульсов обладает более высокой чувствительностью, чем измерение сопротивления короткого замыкания. К недостаткам МНИ можно отнести то, что высокая воспроизводимость результатов измерений возможна только при обеспечении полной идентичности измерений, интервал времени между которыми может составлять годы: схема и процедура измерений, используемые кабели и соединители, их взаимное расположение при испытаниях. Интерпретация результатов измерений требует высокой квалификации обслуживающего персонала, проводящего обследования [13].
В настоящее время в России для диагностики механического состояния обмоток силовых трансформаторов в основном применяются метод измерения сопротивления короткого замыкания и, более чувствительный, метод низковольтных импульсов. В то же время за рубежом широкое распространение получил метод частотного анализа (МЧЛ) [40].
Основное отличие МЧА от МНИ заключается в том, что приложенный-импульс и соответствую ший отклик записываются с использованием высокочастотных аналого-цифровых преобразователей, а результаты преобразуются в частотную область с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье. Следовательно, рассчитанная передаточная функция зависит только от параметров испытуемого объекта и не зависит от приложенного сигнала и схемы измерений. Изменения в объекте могут быть отчетливо идентифицированы и отделены от внешних факторов, что существенно облегчает интерпретацию результатов [13].
Таким образом, проблемы воспроизводимости результатов, характерные для МНИ, в методе МЧА решены. Необходимо отметить, что МНИ и МЧА позволяют лишь констатировать факт деформации обмотки. Значение способности данных методов обнаружить дефектный трансформатор и, тем самым, предотвратить крупную аварию энергосистемы трудно переоценить. Однако, МНИ и МЧА не позволяют выявить дефект на ранней стадии развития и предупредить повреждение тр а нсформ атора. Большое число повреждений мощных трансформаторов при коротких замыканиях связано с потерей радиальной устойчивости обмоток вследствие снижения соответствующих усилий прессовки. Метод диагностики трансформаторов по вибропараметрам, описанный в литературе [13, 41], предназначен для определения степени распре с совки обмоток и магнитопровода силового трансформатора, а также для выявления дефектов, связанных с повышенной вибрацией навесного оборудования (например, износа подшипников маслонасосов, вентиляторов и др.) Вибрации трансформаторов имеют вид пол и гармонических колебаний с частотами, кратными 100 Гц. Источниками вибраций являются магнитопроводы, что обусловлено явлением магнитострикции. Кроме того, электродвигатели маслонасосов и вентиляторов являются самостоятельным источником вибраций. Частоты воздействий со стороны навесного оборудования связаны с частотами вращения электродвигателей (723- 1440 об./мин.), Вибрации от источников передаются на другие элементы конструкции трансформатора- При обследовании, прежде всего, измеряются вибрации бака. Наиболее важными характеристиками являются: ? виброскорость — характеризует энергию вибрации. Значение ви бро скорости используют для оценки состояния бака и воздействия трансформатора на фундамент, навесное оборудование; ? виброускорение - характеризует инерционные силы, действующие на виброперемещение - характеризует вибрационные нагрузки, от которых зависит состояние бака, сварных швов и др. элементов. Частотный спектр виброскорости позволяет идентифицировать источники вибрации. Измерения обычно проводятся в диапазоне частот до 1000 Гц, в котором сосредоточено более 90% всей энергии колебаний транс форматора. При обшей оценке состояния трансформатора необходимость дополнительного анализа возникает при следующих значениях параметров: ? виброскорость — более 20 мм/с; ? виброускорение — более 10 м/с"; ? виброперемещение — более 100 мкм. Оценка состояния вентиляторов и масло нас о сов зависит от конструкции системы охлаждения, но в среднем может основываться на следующих критериях; ? симптомом дефектного состояния вентилятора обдува является виброскорость на подшипниках выше 7,1 мм/с; ? дефектному состоянию маслонасоса соответствует виброскорость выше 4,5 мм/с. Определение качества прессовки обмоток и машитопровода может быть выполнено на основании анализа спектрального состава вибрации на поверхности бака трансформатора. Измерения проводится в двух режимах — холостого хода и нагрузки. Предполагается, что в режиме холостого хода вибрации вызываются магнитострикцией в магнитопроводе, а в режиме ншрузки добавляется влияние электромагнитных сил в обмотке.
Рекомендации по внедрению двухступенчатой схемы диагностики на примере ОАО «МРСК Северо-Запада»
Проведенный в данной главе обзор применяемых методов диагностики позволил выявить методы наиболее эффективные для контроля ключевых дефектов трансформаторов (таблица 9): -Вибродиагностика. Определяет ослабление прессовки обмоток, а также дефекты двигателей системы охлаждения по их вибрационным характеристикам. Измерении проводятся без отключения оборудования, - ФХА масла. Определяет состояние масла (бак трансформатора, бак РПН, масло наполненные вводы), а также увлажнение твердой изоляции. Отбор масла из бака трансформатора для анализов производится без отключения оборудования. - Хроматографический анализ растворенных газов в масле. Из списка ключевых дефектов рекомендуется для выявления дефектов РПН, маслонаполненных вводов, а также развития разрядных процессов в продольной и главной изоляции трансформатора. Однако в последнем случае хроматография обладает значительным запаздыванием, а также не способна выявить вид дефекта твердой изоляции и место возникновения соответствующего дефекта в баке трансформатора, и потому ь данном случае ХАРГ рекомендуется в качестве дополнительного к электрическому методу измерения ЧР. Отбор масла из бака трансформатора для анализов производится без отключения оборудования. -Измерение ЧР. Данный метод является основным для определения состояния твердой изоляции трансформатора, кроме этого, полезен при выявлении дефектов РПН и высоковольтных вводов. Измерения проводятся без отключения оборудования в случае, если высоковольтные вводы оборудованы соответствующими устройствами присоединения.
Метод позволяет без запаздывания на ранней стадии выявить факт возникновения в трансформаторе развивающегося дефекта. В злеістрических характеристиках ЧР заложена информация о виде и степени развития дефекта. Однако реализация диагностических возможностей данного метода в настоящее время затруднена описанными в данной главе проблемами.
Необходимо особо подчеркнуть, что в настоящее время у данного метода нет аналогов по диагностическим возможностям. Хорошо изученная и диэлектрическим характеристикам не выдерживает критики еще на стадии гипотезы,
Таким образам, можно констатировать, что поиск путей решения проблем диагностики изоляции трансформаторов по характеристикам ЧР превращается в одну из важнейших задач оптимизации схемы диагностики.
В данной главе изучена традиционная схема диагностики силовых трансформаторов, произведен обзор применяемых методов как нормативных, так и альтернативных. Был сделан вывод о том, что на современном этапе традиционная схема диагностики не справляется со своей главной задачей — выявлением дефектов на ранней стадии развития по причине экономической нецелесообразности проведения плановых комплексных обследований трансформаторов, исчерпавших назначенный ресурс. В современных условиях становится целесообразным отказ от плановых комплексных обследований и обеспечение учащенного контроля ключевых наиболее опасных дефектов. Подобранные методы выявления дефектов, определенных в первой главе данной работы как наиболее опасные, обладают минимальным запаздыванием и позволяют производить измерения без отключения оборудования.
Для оценки состояния продольной и главной изоляции трансформаторов выбран метод, основанный на измерении характеристик ЧР. Однако эффективному учащенному контролю в данном случае препятствуют отсутствие данных для идентификации дефектов по характеристикам частичных разрядов и влияние параметров трансформатора и элементов измерительной цепи па регистрируемые характеристики ЧР.
Решение данных проблем дает возможность без отключения учащенно контролировать около 90 % повреждений трансформаторов. Метод диагностики трансформаторов по характеристикам ЧР не имеет аналогов по возможностям ВЬЇЯВЛЄНИЯ самых опасных из ключевых дефектов и потому не может быть заменен. Следовательно, оптимизация схемы диагностики силовых трансформаторов требует поиск путей решения проблем, связанных с измерением и анализом характеристик частичных разрядов. В связи с этим глава 3 диссертационной работы посвящена поиску критериев идентификации дефектов силовых трансформаторов по характеристикам ЧР, а глава 4 -разработке способа минимизации влияния параметров трансформатора и элементов измерительной цепи на регистрируемые характеристики частичных разрядов.
