Зубков Антон Геннадійович
Факультет: Електротехнічний
Кафедра: Електричних систем
Специальність: Електричні системи та мережі
Тема випускної работы: Аналіз діагностичних критеріїв пошкоджень елементів конструкції магнітопроводу трансформатора
Науковий керівник: Рогозін Георгій Григорійович
_______________________________________________
Аналіз діагностичних критеріїв пошкоджень елементів конструкції магнітопроводу трансформатора
Введення
На даному етапі розвитку енергетики до силових трансформаторів висувають високі вимоги до надійності і економічності даного обладнання. У зв'язку з цим необхідні нові способи оцінки стану, при цьому висувається вимога істотного зниження часу проведення контролю при достатньо високій чутливості до найбільш імовірним видам ушкоджень, пов'язаних з виникненням короткозамкнутіх контурів у конструктивних елементах магнітопровода.
Актуальність теми
На практиці існують методи діагностування магнітних систем силових трансформаторів, проте вони трудомісткі й мають низьку точність. Ознакою пошкодження магнітної системи є підвищення струму і втрат холостого ходу. Характер пошкодження пов'язаний, як правило, з місцевим пожежею в сталі, пошкодженням ізоляції між листами стали магнітопровода та пошкодженні ізоляції стяжних болтів. У зв'язку з подальшим удосконаленням виробничих процесів, складності і високої вартості робіт з виготовлення та ремонту трансформаторів, питання створення нових форм системи контролю набуває особливо важливе значення.
Мета і завдання дослідження
Метою роботи є розробка теоретичних положень і дослідження нового способу експериментального визначення електромагнітних параметрів силових трансформаторів, що відрізняється підвищеною точністю ідентифікації магнітною системи силового трансформатора і включає в себе експериментальну основу у вигляді перехідних функцій, що відбивають результати імітаційного ушкоджень моделювання конструктивних елементів силового трансформатора та підсумкову матрицю симптомів для діагностування технічного стану останніх.
Мета роботи
Аналіз існуючих методів діагностики і контролю стану магнітних систем силових трансформаторів, зокрема, методики визначення електромагнітних параметрів силових трансформаторів, який характеризується підвищеною точністю ідентифікації магнітної системи трансформатора та пропозиції щодо вдосконалення розглянутих методів.
Основні задачі роботи:
— розробка методики синтезу еквівалентної схеми заміщення магнітопровода трансформатора за експериментальними перехідним функцій;
— розробка методики експериментального моделювання характерних пошкоджень елементів магнітної системи трансформатора;
— визначення експериментальних перехідних функцій трансформатора при імітації пошкоджень в магнітній системі;
— визначення показників розпізнавання образів імітіруемих магнітної системи в тимчасовій і частотній областях векторів станів;
— розробка матриці симптомів для діагностування стану елементів конструкції магнітної системи трансформатора;
— дослідження похибок розробленого методу.
Планований практичний результат
Використання закінченої роботи здійснюється шляхом застосування розробленого методу для контролю стану магнітної системи силових трансформаторів (при підвищенні температури елементів конструкції, роботі газового захисту, ненормальному гудінні, зміні струму намагнічування при холостому ході, певні результати хімічного аналізу розчинених газів в трансформаторному маслі, можливе зміщення обмоток при наскрізних коротких замиканнях) і оцінки зміни втрат холостого ходу.
Огляд існуючих методів і розробок
В даний час існує багато різних методів діагностики й контролю технічного стану трансформаторів. Розглянемо основні з них.
1. Вимірювання опору ізоляції:
• вимірювання опору основної ізоляції обмоток. Вимірювання проводиться мегомметром на напругу 2500 В. Виміряні значення опорів повинні бути не менше наведених у таблиці [6];
• вимірювання опору ізоляції вторинних обмоток. Вимірювання проводиться мегомметром на напругу 500-1000 В. Опір ізоляції вторинних обмоток не нормується, але разом з приєднаними до них ланцюгами повинно бити не менше 1 МОм.
Таким же чином перевіряється надійність заземлення магнітопровода та корпусу.
2. Вимірювання струму холостого ходу трансформаторів:
Вимірювання виконується на вторинній обмотці при номінальній напрузі. Значення струму холостого ходу не нормується.
Велике значення втрат холостого ходу вказує на порушення пресування листів магнітопровода.
3. Вимірювання опору обмоток постійному струму:
Відхилення значення виміряного опору обмотки від вказаного в паспорті або від значення опору обмоток інших фаз повинно бути не більше ± 2%.
4. Випробування трансформаторного масла:
Показники якості масла для трансформаторів: найменшу пробивну напругу; склад механічних домішок; кислотне число; складу водорозчинних кислот; температура займання.
Свіже сухе трансформаторне масло перед заливкою його в трансформатори повинні бути випробувані за всіма показниками.
РРегулярна перевірка масла сприяє зниження ймовірності пошкодження магнітопровода. Наприклад, вода в маслі призводить до корозії сердечника трансформатора.
Наявність вологи в ізоляції так само представляє серйозну проблему для експлуатації. При зволоженні вище 1,5% знижується електрична міцність, прискорюються процеси старіння паперової ізоляції, і зростає швидкість окислення масла. При вологовмісту вище 3,3% від паперу починають відділятися волокна, які потрапляють в олію. При зволоженні існує небезпека виділення вологи в масло з утворенням пухирців при перехідних теплових процесах. Це може стати причиною зниження електричної міцності ізоляції.
5. TDM - система моніторингу технічного стану силових трансформаторів
Система TDM (Transformer Diagnostics Monitor) призначена для безперервного контролю та аналізу технічного стану силових високовольтних трансформаторів. Застосовується для реєстрації і збору інформації в режимі безперервного моніторингу та контролю. Дозволяє аналізувати параметри стану основних підсистем трансформатора, формувати комплексний висновок про стан трансформатора.
Для проведення оперативної оцінки загального технічного стану трансформатора за допомогою системи моніторингу марки TDM аналізується стан таких підсистем і елементів трансформатора:
— Контроль технічного стану маслонаповнених вводів трансформатора. У процесі контролю за станом вводів ведеться вимір струмів провідності, розрахунок тангенсів кута втрат, величини С1.
— Контроль зміни геометрії обмоток трансформатора за допомогою оперативного розрахунку параметра Zk після кожного аномального впливу на обмотки трансформатора.
— Контроль стану РПН трансформатора по температурі бака, акустичним частковим розрядами, вібрації в процесі комутації, потужності, споживаної приводним електродвигуном РПН.
— ККонтроль температурних режимів роботи трансформатора і керування системою охолодження трансформатора. Оцінка технічного стану маслонасосів і вентиляторів системи охолодження.
— Реєстрація перенапруг і імпульсних струмових впливів на обмотки трансформатора, контроль роботи захисних реле трансформатора.
— Контроль параметрів стану трансформатора, що визначаються іншими діагностичними системами, наприклад, вологість олії.
На підставі ряду приватних діагнозів є можливість інтегральної оцінки стану трансформаторів, прогнозування розвитку стану і дефектів. Важливою перевагою системи є можливість аналізу трендів розвитку дефектів і визначення залишкового ресурсу [7].
6. Тепловізійний контроль в діагностиці силових трансформаторів
Для оцінки стану силових трансформаторів (СТ) тепловізійний контроль не отримав ще широкого поширення через дорожнечу обладнання і неотработанності технології отримання інформаційних та достовірних результатів. Однак у міру оснащення енергосистем сучасними тепловізорами проведення цього виду випробувань стає виправданим, оскільки не вимагає зупинення і відключення устаткування, є нетрудомісткий і допомагає виявляти дефекти на ранніх стадіях їх розвитку [9].
Слід зазначити, що ефективність і інформативність цього виду оцінки стану устаткування виявляється особливо високою, якщо тепловізійний контроль включається до комплексний процес діагностики СТ, що проводиться на базі експертної системи. У цьому випадку від спільного використання всієї доступної на поточний момент інформації проявляється, так званий, синергетичний ефект від її аналізу, що і дозволяє отримати максимальний результат з точки зору суперечливих критеріїв: достовірності та вартості випробувань.
Етапи технології обстеження. Основними етапами пропонованої технології є: польові дослідження;
передача отриманої інформації з тепловізора в персональний комп'ютер;
структурування термограми, організація їх зберігання в спеціалізованих базах;
попередня обробка результатів та їх візуальний аналіз;
математична обробка та співставлення результатів з урахуванням реальних фізичних процесів у трансформаторі, автоматизоване формування рекомендацій;
комплексна обробка отриманої інформації, видача рекомендацій на основі багатоаспектного аналізу [8].
7.Діагностіка силових трансформаторів за результатами аналізу хромотографіческого
Хроматографічний аналіз розчинених у маслі газів (ХАРГ) є сьогодні одним з основних методів оцінки стану силових трансформаторів. Відомо, що ХАРГ повинен давати відповідь на три питання:
1. Чи є в даному обладнанні дефект? 2. Який характер дефекту? 3. Що робити при наявності дефекту?
На жаль, цілком певної відповіді на перше питання ХАРГ дати не може, тому що по перевищенню граничних концентрацій газів можна судити лише про можливий розвиток дефекту. Певна ступінь нечіткості Харга має місце і при відповідях на два інших питання. Це не говорить про неефективність розглянутого виду випробувань, а ще раз свідчить про складність процесів при оцінці станів трансформатора [10].
Основний зміст роботи
До числа характерних пошкоджень магнітної системи слід віднести місцевий пожежа в сталі з вигорянням частини листів сталі шіхтованного магнітопровода, замикання окремих листів між собою, пошкодження ізоляції стяжних шпильок магнітопровода. Наявність дефектів ізоляції (лакового покриття) між листами або погіршення її ізолюючих властивостей приводить в експлуатації до зниження питомого опору межлістовой ізоляції пакетів магнітопровода та збільшенню втрат холостого ходу трансформатора. Тим часом, контроль стану межлістовой ізоляції пов'язаний з проведенням спеціальних випробувань [1], що включають виконання наступних вимірювань на виймальної частини трансформатора:
— визначення втрат холостого ходу при намотуванні контрольної обмотки, необхідної для створення рівня робочої індукції в магнітопроводі трансформатора;
— вимір втрат холостого ходу при замиканні крайніх листів магнітопровода за його зовнішньої поверхні;
— вимір напруги між крайніми листами і пакетами магнітопровода за його зовнішньої і внутрішньої поверхонь;
— вимір напруги по пакетах (для виявлення пакетів з закороченнимі листами);
— вимір питомого опору постійному струму для окремих пакетів за методом амперметра і вольтметра.
Трудомісткість і значні витрати часу на проведення зазначених випробувань вказують на наявність певної проблеми, пов'язаної не тільки з контролем працездатності магнітної системи, але і запобіганням зростання втрат енергії в цій системі в процесі експлуатації трансформаторів. Слід зазначити що більшість трансформаторів в енергосистемах України знаходиться в експлуатації десятки років і черговість їх заміни повинна обумовлюватися, зокрема, і вимогою зниження втрат енергії на її перетворення.
Очевидно, що впровадження нової системи діагностування має обгрунтовуватися можливістю розпізнавання не тільки зростання втрат холостого ходу, але і встановленням пошкодженого елемента конструкції магнітної системи трансформатора (сталь шіхтованного магнітопровода, стяжні шпильки, зміщення обмоток в результаті електродинамічних впливів при наскрізних коротких замиканнях).
Результати досліджень
Проведено досліди фіксації кривих загасання постійного струму в обмотці 0,4 кВ трансформатора ТМ-400 6 / 0, 4 кв. Досліди загасання постійного струму здійснювалися при початкових значеннях постійного струму порядку 10 А.
Реєстрація процесу спадання вільного струму здійснювалася з використанням багатоканального реєструючого приладу типу «Рекон-08МС». Значення струмів у фазних обмотках НН трансформатора виражалося в частках їх початкових значень. Час спостереження перехідного процесу обмежувалося 6 сек. Частота опитування сигналу встановлювалася рівною 10 кГц. При апроксимації досвідчених кривих сумою експоненційних складових приймалося рівномірний розподіл тимчасових координат кривої струму в межах окремих інтервалів, встановлених за даними попередніх експериментів.
Проаналізовано методику проведення діагностичних експериментів при включенні ненавантаженого трансформатора на робочу напругу, основні положення якої наведено нижче.
• Пошкодження магнітної системи трансформатора впливають на зміну струму включення холостого ходу в інтервалі часу, обумовленому наростанням магнітного потоку на лінійному ділянці кривої намагнічування.
• При фізичному моделюванні ушкоджень магнітопровода з'являються замкнуті контури, в результаті реактивне опір зменшується при незмінному активному. Це призводить до збільшення коефіцієнта загасання аперіодіческій складової потоку, а також пропорційно йому індукції магнітного поля [1].
• Для визначення аперіодіческій складової в момент включення трансформатора, гармонійних складових струму в усталеному режимі холостого ходу використані дані, отримані з досвіду, проведеного згідно схеми рис.1.
Подальша обробка струму ф. А складається в апроксимації кривих, які огинають струм по мінімумів і максимумів [3], або в отриманні аналітичних виразів для зміни струму в часі, які дають найменше відхилення значень зазначених струмів від їх досвідчених значень для відповідних моментів часу. Апроксимація виконується з використанням стандартної програми CurveExpert 1.34.
Наявність аналітичних виразів для кривих, обвідних струм фази А по мінімуму і максимумів (без урахування струму усталеного режиму) дозволить розрахувати аперіодіческій складову фази А за відомою формулою:
Аналітичне вираз, який апроксимує розраховану залежність iA(t) являє собою суму трьох затухаючих експонент [4]:
Параметри окремих складових (їх кількість, початкові значення і коефіцієнти загасання) можуть бути використані для оцінки зміни стану магнітопровода трансформатора.
На малюнку 2 наведено спектрального аналізу струму в ф.А силового трансформатора ТМ-400 6 / 0, 4 кВ в усталеному режимі холостого ходу.
Висновок
Встановлено діагностичні підходи до аналізу пошкоджень елементів конструкції магнітопроводу трансформатора за даними включення ненавантаженого трансформатора на робочу напругу.
Встановлено основні положення методики діагностування магнітних систем трансформаторів розподільних електричних мереж в умовах капітального ремонту.
ЛІТЕРАТУРА
1. Фарабан С.А. Бун А.Ю. Ремонт и модернизация трансформаторов. – М.-Л.: Энергия, 1970. - 447с.
2. Поливанов К.М. Ферромагнетики. Основы теории технического применения. – М.-Л.:ГЭИ, 1957. 248с.
3. Казовский Е.Я. Перходные процессы в машинах переменного тока. – М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1962. – 548 с.
4. Рогозин Г.Г., Печуркин Ю.И. Применение импульсного метода для определения электромагнитных параметров массивных конструкций элементов ротора турбогенератора // Электротехника. – 1992, № 6-7. – С.16-21.
5. ANSYS, Electromagnetic Field Analysis Guide, Release 5.5, September 1998.
6. Ту Дж., Гонсалес Р. Принципы распознавания образов. - М.: Мир, 1978. - 411 с.
7. Нормы испытания электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей. Главгосэнергонадзор - М.: Энергоиздат, 1982, 104с.
8. Статья на сайте компании "Вибро-центр" http://www.vibrocenter.ru/tdm.htm
9. Журавлев А.Н., Попов Г.В. Технология тепловизионного контроля в диагностике силовых трансформаторов // Вестник ИГЭУ. – 2001. – № 1. Статья найдена на сайте Тransform.ru
10. Попов Г.В. Об оценке состояния силовых трансформаторов по результатам хромотографического анализа. Статья размещена на сайте Тransform.ru
При написанні даного автореферату магістерська робота не завершена. Остаточний варіант роботи можна отримати у автора або наукового керівника після грудня 2010 року.