Реферат з теми магістерської роботи
Вступ
Широке застосування системи змінного струму стало можливо тільки після винаходу трансформатора. Завдяки його наявності з'явилася можливість виробляти електроенергію при зручній для її генерування напрузі, передавати її з напругою, яка відповідає мінімальним втратам, і споживати при напрузі, яка розрахована на параметри електроприймачів. Трансформатор не тільки змінює напругу до рівня, зручного для всіх ланок електричного ланцюга, але і зв'язує їх у єдину енергетичну систему. Тому без перебільшення можна сказати, що силові трансформатори є дуже важливою і невід'ємною частиною будь-якої енергосистеми і їх значимість складно переоцінити.
Актуальність
Належне технічне обслуговування, і своєчасний ремонт здатні суттєво продовжити термін служби промислового обладнання. А також скоротити витрати на його утримання (наприклад, за рахунок зниження витрат на усунення наслідків позапланових зупинок), підвищити загальну надійність роботи підприємства і т.д.
Для великих підприємств, особливо для тих, які використовують складне і дороге обладнання, питання технічного обслуговування і ремонтів (ТОіР) відіграють дуже важливу роль. Витрати таких підприємств на ТОіР можуть складати більше половини загальних витрат на виробництво продукції.
Тому все більш актуальною стає проблема вдосконалювання існуючої системи ТОіР, а також впровадження нових систем ефективного технічного обслуговування обладнання, що перебуває в експлуатації, які містять у собі комплекс робіт, спрямованих на оперативну оцінку технічного стану і підтримку його в справному стані з використанням сучасних засобів діагностики.
Мета роботы
Метою роботи є дослідження й аналіз сучасних методів технічної діагностики силових трансформаторів електричних мереж і оцінка можливості їх використання при переході на систему обслуговування «за станом».
Наукова новизна і практична цінність
Використання комплексного діагностичного обстеження силових трансформаторів дозволяє об'єктивно оцінити поточний технічний стан усіх систем трансформатора, мінімізувати витрати, пов'язані з виходом з ладу трансформаторів, за рахунок своєчасного виявлення виникаючих дефектів у процесі експлуатації, а також здійснити перехід від системи планово-запобіжних ремонтів (ПЗР) до системи обслуговування «за станом».
Результати досліджень
• Аналіз пошкоджуваності силових трансформаторів.
• Аналіз існуючих методів технічної діагностики силових трансформаторів електричних мереж.
• Математичне моделювання планування ремонтів силових трансформаторів електричних мереж і виявлення можливих шляхів збільшення міжремонтного періоду.
• Розробка алгоритму переходу від системи ПЗР до системи обслуговування «за станом» силових трансформаторів електричних мереж.
Апробація роботы
• Всеукраїнська науково-технічна конференція "Електромеханічні системи, методи моделювання і оптимізації".
• Всеукраїнська науково-технічна конференція студентів "Електротехніка, електроніка й мікропроцесорна техніка".
Огляд існуючих методів і розробок
На сьогоднішній день існує безліч різних методів діагностування і контролю технічного стану трансформаторів. Усі виміри й аналізи умовно можна розділити на 5 груп.
Перша група передбачає традиційні виміри на відключеному трансформаторі: вимірювання tgφ і R ізоляції обмоток і вводів, опору обмоток постійному струму, втрат холостого ходу та опору КЗ для контролю механічного стану обмоток після протікання наскрізних струмів короткого замикання. Усі ці виміри, як правило, регулярно виконуються експлуатаційним персоналом.
Друга група вимірів проводиться на трансформаторах при робочій напрузі в режимі найбільших навантажень і (або) холостого ходу. Тут можна виділити наступні роботи:
1. Вимірювання часткових і інших електричних розрядів. Одним з можливих напрямків контролю часткових розрядів у процесі роботи силового трансформатора є їхня реєстрація з використанням спеціальних датчиків реєстрації електромагнітних імпульсів, встановлених на фазних вводах і на виводі нейтралі трансформатора. Реєстрація часткових розрядів і викликаних ними сигналів високочастотних випромінювань можлива гальванічним і антенним методами.
2. Акустичне обстеження бака трансформатора з метою визначення джерел електричних розрядів. Для цього використовуються два типи приладів: 1) система запису акустичних сигналів за допомогою п'єзодатчиків, осцилографа й комп'ютера; 2) локація акустичних сигналів за допомогою перетворювача Ultraprob-2000, що дозволяє оперативно визначати звукову частоту джерел механічного характеру, іскрових або дугових розрядів.
3. Вібраційне обстеження трансформатора з метою визначення відносного рівня пресовки обмоток і магнітопроводу, загальної міцності конструкції. При цьому визначається відносне значення пресовки, найбільша величина якої дорівнює 1. Чим менше це значення, тем нижче рівень пресовки. Стан пресовки обмоток і магнітопроводу вважається незадовільним при коефіцієнтах, близьких до 0,7.
4. Визначення стану маслонасосів системи охолодження. Методика заснована на аналізі спектра коливань поверхні бака.
5. Термографічне обстеження бака трансформатора, вводів розширника теплообмінників (радіаторів), термосифонних фільтрів, електричних двигунів і маслонасосів системи охолодження, контактних з'єднань.
Для оцінки стану силових трансформаторів тепловізійний контроль ще не одержав широкого розповсюдження через дорожнечу обладнання і неопрацьованості технології одержання інформаційних і достовірних результатів. Однак у міру оснащення енергосистем сучасними тепловізорами проведення цього виду випробувань стає виправданим, оскільки не вимагає зупинки й відключення обладнання, є нетрудомістким і допомагає виявляти дефекти на ранніх стадіях їх розвитку.
Принцип тепловізійного обстеження силових трансформаторів полягає у проектуванні теплового дефекту в активній частині на поверхню бака, яка не закрита навісним обладнанням, і виявленні цієї ділянки при аналізі термограм (рис. 1).
Рисунок 1 – Теплове проектування дефекту в активній частині трансформатора на поверхню бака:
1 – бак; 2 – обмотка; 3 – магнітопровід; 4 – дефект; 5 – теплова проекція на поверхню бака
Ефективність і інформативність цього виду оцінки стану обладнання є особливо високою, якщо тепловізійний контроль міститься в комплексному процесі діагностики силових трансформаторів, що проводиться на базі експертної системи. У цьому випадку від спільного використання всієї доступної на даний момент інформації проявляється, так званий, синергетичний ефект від її аналізу, що і дозволяє одержати максимальний результат з погляду суперечливих критеріїв: вірогідності й вартості випробувань.
Суттєвим фактором, що затрудняють тепловізійний контроль силових трансформаторів, є наявність навісного обладнання на баку, у першу чергу радіаторів, що суттєво зменшує площу корисної поверхні, яка аналізуеться. Крім того, примусова циркуляція масла розмиває температурні градієнти, через що затрудняється локалізація дефекту.
Поряд з відзначеними вище конструктивними особливостями силових трансформаторів, що затрудняють тепловізійне обстеження, у цьому об'єкті можна також виділити фактори, які сприяють його використанню. Тут, у першу чергу, мається на увазі умовна симетричність силових трансформаторів. Наявність трьох практично рівнонавантажених фаз дозволяє проводити зіставлення нагріву одночасно по трьом утворюючим і кожне суттєве відхилення піддавати додатковому аналізу. У тих же цілях доцільно використовувати й симетричність силових трансформаторів щодо осьових ліній.
Третя група – це фізико-хімічні аналізи масла з бака, маслонаповнених вводів, контактора РПН. Серед них – велика група традиційних вимірів, які широко застосовуються в експлуатації (вимір пробивної напруги, кислотного числа і т.д.).
Крім цього, проводиться газовий хроматографічний аналіз, викликаний необхідністю контролю над зміною складу масла в процесі експлуатації трансформаторів. Хроматографія, являє собою комплексний метод, що об'єднав стадію розділення складних сумішей на окремі компоненти й стадію їх кількісного визначення.
Хроматографічний аналіз газів, розчинених у маслі, дозволяє виявити дефекти трансформатора на ранній стадії їх розвитку, передбачуваний характер дефекту й ступінь наявного пошкодження. Стан трансформатора оцінюється зіставленням отриманих при аналізі кількісних даних із граничними значеннями концентрації газів і по швидкості росту концентрації газів у маслі. Цей аналіз для трансформаторів напругою 110 кВ і вище повинен здійснюватися не рідше 1 рази в 6 місяців.
Основними газами, що характеризують певні види дефектів у трансформаторі, є: водень Н2, ацетилен С2Н2, етан С2Н6, метан СН4, етилен С2Н4, окис СО і двоокис СО2 вуглецю.
Водень характеризує дефекти електричного характеру (часткові, іскрові і дугові розряди в маслі); ацетилен – перегрів активних елементів; етан – термічний нагрів масла і твердої ізоляції обмоток у діапазоні температур до 300°С; етилен – високотемпературний нагрів масла й твердої ізоляції обмоток вище 300°С; окис і двоокис вуглецю – перегрів і розряди у твердій ізоляції обмоток.
За допомогою аналізу кількості і співвідношення цих газів у трансформаторному маслі можна виявити наступні дефекти в трансформаторі:
1. Перегріви струмоведучих частин і елементів конструкції магнітопроводу. Основні гази: етилен або ацетилен. Характерні гази: водень, метан і етан. Якщо дефектом зачеплена тверда ізоляція, помітно зростають концентрації окису й двоокису водню.
Перегрів струмоведучих частин може обумовлюватися: вигорянням контактів перемикаючих пристроїв; ослабленням кріплення електростатичного екрана; ослабленням і нагрівом контактних з'єднань відводів обмотки низької напруги або шпильки прохідного ізолятора вводу; пайкою елементів обмотки, що лопнула; замиканням провідників обмотки й іншими дефектами.
Перегрів елементів конструкції магнітопроводу може обумовлюватися: незадовільною ізоляцією листів електротехнічної сталі; порушенням ізоляції стяжних шпильок, ярмових балок з утворенням короткозамкненого контуру; загальним нагрівом і неприпустимими місцевими нагріваннями від магнітних полів розсіювання в ярмових балках, бандажах, пресуючих кільцях; неправильним заземленням магнітопроводу й іншими дефектами.
2. Дефекти твердої ізоляції. Ці дефекти можуть бути викликані перегрівом ізоляції від струмоведучих частин і електричними розрядами в ізоляції. При перегріві ізоляції від струмоведучих частин основними газами є окис і двоокис вуглецю, їх відношення СО2/СО, як правило, більше 13; характерними газами з малим змістом є водень, метан, етилен і етан; ацетилен, як правило, відсутній.
При розрядах у твердій ізоляції основними газами є ацетилен і водень, а характерними газами будь-якого змісту – метан і етилен. При цьому відношення СО2/СО, як правило, менше 5.
3. Електричні розряди в маслі. Це часткові, іскрові й дугові розряди. При часткових розрядах основним газом є водень; характерними газами з малим змістом – метан і етилен. При іскрових і дугових розрядах основними газами є водень і ацетилен; характерними газами з будь-яким змістом – метан і етилен.
Четверта група – це вимірювання систем безперервного контролю (моніторингу) ізоляції вводів і щоденні вимірювання основних показників роботи трансформатора.
П'ята група аналізів проводиться для трансформаторів, у яких за результатами перших чотирьох груп вимірів планується проведення капітального ремонту. До цієї групи належить визначення ступені полімеризації паперової ізоляції, прямі виміри її вологовмісту й міцності.
Всновки
Виконаний у роботі аналіз показав, що сучасний розвиток методів технічної діагностики силових трансформаторів електричних мереж дозволяє вірогідно виявляти дефекти елементів обладнання на ранній стадії їх розвитку. Це у свою чергу дозволяє відмовитися від системи планово-запобіжних ремонтів і перейти на систему обслуговування силових трансформаторів «за станом».
Перелік літератури
1. Ремонт без проблем. Автоматизированные системы технического обслуживания и ремонтов // А.Якименко – Электрооборудование. – 2008, № 7. – С. 61 – 64.
2. Диагностика маслонаполненного оборудования при переходе к ремонту по техническому состоянию [Електронний ресурс] / Р.Н.Кашапов, С.П.Коршунова, Л.Н.Малышева, А.А.Тихонов // Информационный портал "TRANSFORMаторы" – 2007. – Режим доступу до журн.:
http://transform.ru/articles/html/07repair/rep00018.article
3. Методы и модели оптимизации ремонта электрооборудования объектов энергетики с учетом технического состояния / А.Н.Назарычев – Иваново: ИЭК Минэнерго РФ, 2002. – 168 с.
4. Теоретические сведения о силовых трансформаторах [Електронний ресурс] // Режим доступу:
http://www.transformator.in.ua/teoriya.php
5. Технология тепловизионного контроля в диагностике силовых трансформаторов [Електронний ресурс] / А.Н.Журавлев, Г.В.Попов // Информационный портал "TRANSFORMаторы" – 2005. – Режим доступу до журн.:
http://transform.ru/articles/html/06exploitation/ai00002.article
6. Контроль состояния (диагностика) крупных силовых трансформаторов: научное издание/ Б. А.Алексеев. – М.: НЦ ЭНАС, 2002. – 216 с.: ил. – (Основное электрооборудование в энергосистемах: обзор отечественного и зарубежного опыта).
7. Современные методы комплексной диагностики силовых трансформаторов 35 кВ и выше [Електронний ресурс] // Информационно-справочное издание «Новости электротехники» – 2006 – №2(38). – Режим доступу до журн.:
http://www.news.elteh.ru/arh/2006/38/16.php
9. Трансформаторы с большим сроком службы. Методология оценки состояния. [Електронний ресурс] / В.Н.Осотов // Информационно-справочное издание «Новости электротехники» – 2007 – №2(44). – Режим доступу до журн.:
http://www.news.elteh.ru/arh/2007/44/15.php
10. Стратегии ТОиР и диагностика оборудования [Електронний ресурс] // Информационно-справочное издание «Новости электротехники» – 2008 – №2(50). – Режим доступу до журн.:
http://www.news.elteh.ru/arh/2008/50/20.php
Примітка
При написанні даного автореферату магістерська робота не була завершена. Остаточне завершення: грудень 2010 р. Повний текст роботи і матеріали за темою можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.
