Введение к работе
Актуальность темы.
Высоковольтное оборудование электростанций, подстанций, электрических сетей достаточно надежно. Однако в процессе эксплуатации под воздействием различных факторов, условий и режимов работы состояние оборудования непрерывно ухудшается и повышается вероятность возникновения отказов. В настоящее время в эксплуатации на энергетических предприятиях России находится значительное число измерительных и силовых трансформаторов, имеющих срок наработки 25 лет и более.
Своевременным отключением и последующим ремонтом возможно предотвратить в энергосистеме повреждение неисправного оборудования. Для выявления дефектов, используют методы оценки состояния, включающие в себя профилактические испытания и измерения. На основании результатов диагностики определяют время вывода трансформатора в ремонт, т.к. в последнее время произошел переход от планово-предупредительного ремонта к ремонту по техническому состоянию [Пузаков СЕ и др., 2008]. Однако, несмотря на повсеместное выполнение нормированных технических мероприятий, вопросы предотвращения повреждаемости оборудования остаются открытыми и актуальными.
Это связано с тем, что используемые при этом методы часто не лишены недостатков. Например, они сопряжены с высокими затратами, если обслуживание требует вывода оборудования из эксплуатации. Сам процесс, например, комплексного диагностического обследования силового трансформатора, достаточно дорогостоящий и зачастую проводится с достаточно большими временными интервалами. За этот период возможно возникновение нового или развитие старого дефекта, который может привести к отказу до ремонта или предстоящего обследования. Важно, что были зарегистрированы случаи повреждения трансформаторов тока типа ТФРМ, которые вводилось в эксплуатацию после хранения [Беляевский О.А. и др., 2003].
Поэтому создание новых методов и совершенствование существующих способов диагностирования с целью повышения их достоверности, а также для удешевления и повсеместного применения является важной задачей
для снижения повреждаемости высоковольтных аппаратов. В последние годы уделяют большое внимание определению состояния оборудования по характеристикам частичных разрядов (ЧР). Большой вклад в исследования в области диагностики оборудования, связанной с проблематикой ЧР внесли Г.С. Кучинский, П.М. Сви, А.Е. Монастырский, В.П. Вдовико, Ю.С. Пинталь, С.К. Цветаев и др.
Существует несколько основных методов выявления разрядных процессов: хроматографический, электрический, акустический и осмотр после разборки. Хроматографический метод очень чувствительный и для него существуют методики и руководящие документы для вывода оборудования из эксплуатации. Между тем определить место дефекта, например, внутри бака силового трансформатора, даже с помощью специальных диагностических алгоритмов, по этому методу зачастую не представляется возможным.
Электрический метод широко известен, позволят достаточно точно определять характеристики разрядного процесса, и, как показали исследования, и его тип. Работы по внедрению этого метода в эксплуатацию, где существуют условия с сильными электромагнитными помехами, продолжаются и по данным литературы они достаточно успешны. Тем не менее, по-прежнему, существуют сложности в повсеместном его применении.
После вывода оборудования в ремонт по графику или аварийно, при разборке иногда можно определить место разрядного процесса по видимым изменениям в конструкции высоковольтного аппарата: следы углерода, желтый налет, оплавление металла и др. Если возможность вскрыть оборудование существует, то этим можно подтвердить правильность диагностики. Однако данный подход к выявлению места дефекта зачастую экономически не эффективен и имеет другие специфические особенности.
Акустическим методом можно определить не только место дефекта, но и оценить его опасность. Обследование акустическим методом можно провести оперативно и для этого не требуется отключение оборудования. Однако до сих пор отсутствуют специальные способы автоматического анализа и классификации акустических сигналов с целью оценки характера разрядов. Не существует расширенной методики акустического обследования, позволяющей
определять не только место дефекта и глубину залегания, но и его вид по акустическому излучению. Существующие методы не допускают размещать пьезокерамические датчики давления на тех частях оборудования, которые находятся под высоким потенциалом. Такова ситуация с баком одного из самых аварийных трансформаторов тока типа ТФРМ. Специальные исследования показали, что установка датчика на опорную плиту не позволяет обнаруживать разрядные явления.
Все это сильно сдерживает практическое применение метода акустической диагностики электрооборудования. Сложность визуального анализа акустических сигналов устанавливает повышенные требования к квалификации персонала, что ограничивает круг лиц способных проводить и интерпретировать результаты акустических измерений.
Целью работы является разработка методики, нового устройства и способа для акустического обследования электротехнического оборудования на наличие разрядных процессов.
В качестве объекта исследования выбраны силовые и измерительные трансформаторы электрических станций и подстанций.
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту
1) Выявлены и определены характерные образы акустических сигналов от
различных разрядных процессов. Установлена связь между образами и видами
дефектов в силовых и измерительных трансформаторах. Создана библиотека
акустических сигналов от различных дефектов.
2) Разработана методика диагностики силовых и измерительных трансформаторов,
позволяющая определить место дефекта и его характер. Предложена технология
автоматического определения вида дефекта на основании морфологического
анализа акустического сигнала и его сопоставления с эталонными образами
сигналов из собранной библиотеки.
3) Разработано устройство, позволяющее проводить диагностику состояния изоляции измерительного трансформатора с установкой датчика на поверхность бака, которая находится под напряжением. Способ диагностики, использующий это устройство, включает в себя питание от магнитного поля и передачу данных в реальном времени по радиоканалу на частоте 433 МГц.
Достоверность полученных результатов, полученных с помощью разработанных методики и устройства, подтверждена испытаниями на аттестованном оборудовании высоковольтного зала кафедры ТЭВН МЭИ (ТУ), на оборудовании ОТК ОАО «Запорожский завод высоковольтной аппаратуры», а также и в условиях эксплуатации на станциях и подстанциях: ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО ОГК-6, ОАО «РусГидро» и др. Результаты исследования разрядных процессов и их анализа подтверждены данными диагностики, параллельно проведенной другими методами, и протоколами вскрытия оборудования при ремонтах.
Практическая значимость работы На основе предложенной методики акустического обследования разработан и доведен до практического использования программно-аппаратный комплекс, регистрирующий и автоматически распознающий акустический сигнал. Это позволяет исключить человека из процесса его анализа и тем самым повысить эффективность диагностики.
Спроектирован и изготовлен акустический регистратор с радиоканалом, расширяющий возможности обычного датчика акустической эмиссии и позволяющий проводить измерения на поверхности, находящейся под высоким потенциалом.
Внедрение результатов работы
Разработанная методика и аппаратура (акустический регистратор с радиоканалом) используются в НПО «Техносервис-Электро» для диагностики силовых и измерительных трансформаторов, токопроводов и КРУЭ. Акустический регистратор с радиоканалом был использован при выполнении работ на различных подстанциях ОАО «ФСК ЕЭС», при этом было обследовано 143 трансформатора тока типа ТФРМ.
С помощью акустического регистратора с радиоканалом произведена оценка уровня частичных разрядов в высоковольтной испытательной установке отдела ОТК ОАО Раменский электротехнический завод «Энергия». Ультразвуковой метод контроля используют для проведения выходного контроля выпускаемой продукции на ОАО Раменский электротехнический завод «Энергия», в испытательном центре ОАО «ПК ХК ЭЛЕКТРОЗАВОД». Акты о внедрении
прилагаются. Разработана лабораторная работа и учебное пособие по
акустическому методу на кафедре ТЭВН МЭИ (ТУ).
Получен патент РФ (№2388005) на изобретение «Устройство для контроля разрядных процессов в силовом высоковольтном оборудовании». Апробация работы. Результаты работы обсуждались на научно практических конференциях: IX Симпозиум «Электротехника-2030»-ТРАВЭК, CIGRE 2009, ARWTr 2007. Результаты работы опубликованы в 10 печатных трудах. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, общий объем 158 страниц.
