Учебное пособие 800352

УДК 621.311

В. В. Глушков, Н.В. Ситников

ВВОДЫ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ С RIP-ИЗОЛЯЦИЕЙ: ОСОБЕННОСТИ

ЭКСПЛУАТАЦИИ И МОНИТОРИНГА ИХ СОСТОЯНИЯ

Рассматриваются конструкции высоковольтных вводов силовых трансформаторов с RIP-изоляцией, а также этапы совершенствования технологии RIP. Указываются особенности конструкции и эксплуатации вводов различного типа изоляции, а также методы и периодичность их испытаний. Для комплексного мониторинга состояния высоковольтных трансформаторов предлагается использовать оборудование компании компания DIMRUS

Ключевые слова: силовые трансформаторы, высоковольтные вводы, RIPизоляция, мониторинг

С начала 60-х годов прошлого века для вводов высоковольтного оборудования стали применяться конструкции с RIP-изоляцией.

электроизоляционной крепированной бумаги, которая была подвергнута предварительной сушке в вакууме, а затем пропитана эпоксидной смолой. Такая конструкция изоляции обладает хорошими электроизоляционными свойствами, и, как следствие продолжительным сроком эксплуатации и высокими показателям надежности. Вводы с RIP- изоляцией характеризуются высокой термической стойкостью в сочетании с низким уровнем диэлектрических потерь и частичных разрядов.

Особенностью RIP-изоляции является то, что она содержит в себе последовательно намотанные на токопроводящие элементы слои диэлектрика (изоляционные промежутки) и металлической фольги (проводящие слои). В качестве изоляции выступает специализированная бумага, пропитанная компаундом. Такая конструкция высоковольтного ввода позволяет существенно снизить максимальные значения напряженности электрического поля, сделав распределение электрического поля более равномерным. С точки зрения эквивалентной схемы замещения, которая служит для произведения расчетов, такая конструкция представляет собой цепочку последовательно соединенных емкостей, образованных изоляционными промежутками и проводящими слоями фольги. Тогда электрический потенциал, начиная от токоведущего стержня и к баку силового трансформатора,

21

распределяется более плавно, чем если бы не было слоев из фольги. В результате применения RIP-изоляции уменьшаются размеры и, как следствие, стоимость высоковольтных вводов.

Однако, конструкции вводов с RIP-изоляцией совершенствуются вследствие развития технологий. Кроме того, совершенствуются технологии мониторинга трансформаторных вводов с RIP-изоляцией. Поэтому этот вопрос требует дополнительного рассмотрения. В связи с этим рассматриваемая тема и представляется актуальной.

Больших успехов в разработке и совершенствовании высоковольтного оборудования и, в частности, высоковольтных вводов с RIP-изоляцией достигала швейцарско-шведская компания ABB.

Проследим этапы совершенствования технологии RIP. Можно выделить следующие этапы развития технологии.

1этап (предшествующий): 1908-2008 гг. Технология OIP (от англ. «Oil Impregnated Paper» – дословно «Пропитанная маслом бумага»).

По сути, это классическая бумажно-масляная изоляция. Основной изоляцией ввода является конструкция, составленная из электроизоляционной бумаги, намотанной на алюминиевую полую конструкцию, и разделенную слоями алюминиевой фольги, предназначенной для снижения значения напряженности электрического поля. Собранный ввод пропитывается под вакуумом трансформаторным маслом.

2этап: 1941-2008 гг. Технология RBP (от англ. «Resin Bonded Paper» – дословно «Бумага со смолой»).

Бумажная изоляция, склеенная эпоксидным компаундом. Основной изоляцией ввода является твердая изоляционная конструкция, состоящая из электроизоляционной лакированной бумаги, намотанной на цилиндрическую латунную трубку. В процессе намотки между слоями помещаются графитовые проводящие слои для выравнивания электрического поля. Промежуток между изоляционной конструкцией и фарфоровым изолятором заполняется специальным составом. В настоящее время вводы по данной технологии не выпускаются.

3этап: 1960-е гг. и по настоящее время. Это, собственно, и есть технология RIP (Resin Impregnated Paper).

Конструктивное исполнение уже было описано выше. Это наиболее современная и надежная технология.

4этап: 2007 г. и по настоящее время. Технология RIS (от англ. «Resin Impregnated Synthetics» – дословно «Пропитанная смолой синтетика»).

22

Изоляция с использованием полимерной нити. В конструкции трансформаторных вводов c RIS-изоляцией не содержится масла, бумаги, а также водопоглощающих материалов. Основой изоляции ввода является твердый изоляционный остов. Остов ввода изготавливается из алюминиевой трубы, на который наматывается полимерный материал, и алюминиевая фольга для выравнивания электрического поля пропитывается под вакуумом эпоксидной смолой. Специальная механическая обработка остова в дальнейшем не нужна. Весь процесс происходит в контролируемой, герметично закрытой среде. Данная технология сочетает в себе лучшие преимущества вводов с RIP- и OIP-изоляцией. Вводы отличаются влагостойкостью, сейчас они выпускаются до 170 кВ.

В процессе эксплуатации свойства RIP-изоляции, как и любой другой, ухудшаются, в связи с чем необходимо проводить регулярные измерения. Объем и нормы испытаний высоковольтных вводов регламентируются РД 34.45-51.300-97 «Объемы и нормы испытаний электрооборудования» и внутренними нормативными документами эксплуатирующих организаций. Как правило, они включают в себя:

1) измерение тангенса угла диэлектрических потерь tgδ и емкости

C;

2)измерение сопротивления изоляции измерительного вывода;

3)дополнительные измерения частичных разрядов в высоковольтной лаборатории;

4)тепловизионный контроль.

Причем в отличие от вводов с OIP-изоляцией, измерение влагосодержания и анализ газов, растворенных в масле, не требуется, поскольку конструкция вводов, является полностью сухой (без применения масла).

Вцелях диагностики состояния изоляции ввода используются значения С и tgδ.

Периодичность измерений следующая. Измерения емкости С и tgδ проводятся до и после установки ввода на трансформатор, а также при проведении периодической проверки трансформатора.

Всоответствии с требованиями РД 34.45-51.300-97 «Объемы и нормы испытаний электрооборудования» периодичность таких измерений для вводов:

110-220 кВ – 1 раз в 4 года; 330-750 кВ – 1 раз в 2 года.

23

Причем, если емкости С и tgδ начинают увеличиваться, то периодичность измерений может быть сокращена до 6 месяцев или менее, когда они становятся критичными.

На сегодняшний момент как отечественные, так и зарубежные производители предлагают различные системы мониторинга высоковольтных силовых трансформаторов. Это, как правило, комплексные системы, позволяющие в реальном времени отслеживать состояние силовых трансформаторов и вовремя предупреждать о развивающихся дефектах. Это позволяет вовремя выводить силовые трансформаторы в ремонт, предотвратив материальные потерь в случае возможной аварийной ситуации [1, 2, 3].

Среди таких систем следует отметить систему мониторинга и диагностики технического состояния трансформаторного оборудования

TDM, ООО «Dimrus» (г. Пермь).

В основе системы мониторинга силовых трансформаторов TDM лежит модульный принцип. Используемые стандартные модули, ответственные за реализацию конкретных функций подключаются в шкаф на общую шину и интегрируются в общую систему. При этом на силовом трансформаторе устанавливаются различные типы датчиков, подключаемых к общей системе автоматизированной обработки информации. Для работы используется специализированное программное обеспечение iNVA компании DIMRUS.

Также компания DIMRUS предлагает отдельную систему мониторинга технического состояния изоляции вводов трансформаторов под рабочим напряжением «R-1500/6».

Состав технических средств системы R-1500/6 следующий:

-микропроцессорный прибор R-1500/6 (далее по тексту - прибор), который смонтирован в монтажный шкаф с системами защиты по линиям питания и датчиков, имеющий внутренний подогрев;

-набор датчиков контроля токов проводимости и частичных разрядов;

-соединительные кабели и металлорукав;

-программное обеспечение для считывания информации в компьютер.

Передача информации в системы верхнего уровня производится по интерфейсу RS-485 (протоколам Modbus RTU или TCP).

Полученную информацию прибор хранит в энергонезависимой памяти, что позволяет также выявлять тенденции в изменении состояния изоляции. На лицевой панели корпуса прибора располагается

24

индикатор, отражающий текущий режим работы прибора и параметры технического состояния контролируемых вводов трансформатора.

Таким образом, применение современных конструкций высоковольтных вводы силовых трансформаторов позволяют повысить надежность и срок службы силовых трансформаторов, а применение современных систем и приборов комплексного мониторинга – предотвратить возможные аварийные ситуации, а значит, и неизбежный экономический ущерб.

Литература

1.Никитин И. Ю. Влияние изменения коэффициента трансформации на потери в трансформаторе / И. Ю. Никитин, А.Н Кубахов, К.Н. Климентов, С.А. Горемыкин // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды Всерос. студ. научнотехнической конф. – Воронеж: ВГТУ, 2019. – С. 114-117.

2.Горемыкин С. А. Методология энергетических обследований электрических сетей / С. А. Горемыкин, Т.Л Сазонова // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды Международной. научно-технической конф., посвященной памяти д.т.н., профессора Зайцева Александра Ивановича

–Воронеж: ВГТУ, 2019. – С. 364-368.

3.Кылымыстый А. П. Оценка надежности систем электроснабжения / А. П. Кылымыстый, С.А. Горемыкин, Т.Л. Сазонова // Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники: труды Всерос. студ. научно-технической конф. – Воронеж: ВГТУ, 2018. – С.

107-108.

Воронежский государственный технический университет

25

УДК 621.313.2

Д.А. Аксенов, Г.М. Мамедов, Н.И. Климентов

К РАСЧЕТУ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Рассматривается постановка и решение задачи по анализу систем регулирования с целью обеспечения определения быстродействия и колебательности переходных процессов

Ключевые слова: системы автоматического регулирования, MathCad, логарифмические характеристики, качественные показатели переходного процесса

Большой класс систем автоматического регулирования (САР) в устройствах тягового подвижного состава характеризуется требованиями к высокой надежности динамики рабочих режимов [1].

Вданной работе рассматривается вопрос анализа системы автоматического регулирования с использованием метода логарифмических частотных характеристик в инженерной практике.

Логарифмический частотный критерий позволяет судить об устойчивости замкнутой системы регулирования по виду логарифмических частотных характеристик (ЛЧХ) разомкнутой системы [2,3].

Вработе выполнен анализ системы автоматического регулирования, применяемой в устройствах тягового подвижного состава, функциональная схема которой состоит из двигателя, источника питания, усилителя и чувствительного элемента и имеет следующую передаточную функцию в разомкнутом состоянии

где – коэффициент передачи системы регулирования;

- постоянные времени, соответственно, электродвигателя, источника питания и усилителя.

Коэффициент передачи и постоянные времени являются известными.

Для типовой системы САР локомотива поставлена задача, используя метод частотных характеристик, выполнить анализ схемы с целью определения числовых значений запаса устойчивости по амплитуде и по фазе, а также качественных характеристик переходного процесса – величину перерегулирования , время

26

коэффициента передачи системы регулирования .

Решение поставленной задачи осуществляется графическим расчетом параметров САР, основанным на применении метода логарифмических частотных характеристик и программного пакета

MathCad [4].

Для этого выполнено построение логарифмических амплитудных частотных характеристик и для двух числовых значений коэффициента передачи и , а также фазовой частотной характеристики По выполненным построениям определены интервалы, характеризующие устойчивость системы по амплитуде и фазе, соответствующие двум значениям коэффициента передачи САР.

Ниже приводится MathCad документ, в котором представлено построение логарифмических частотных характеристик.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Исходные данные для расчета

Выражение для логарифмической амплитудной частотной характеристики:

L 20 log(k) 20 log T1 20 log T2 20 log T3

Программа для построения графика логарифмической амплитудной частотной характеристики:

а) при k = k 1 = 50:

27

Выражение для построения логарифмической фазовой частотной характеристики:

atan T1 atan T2 atan T3 deg

Построение указанных выше логарифмических характеристик выполнено на (рис. 1). Далее по этим характеристикам известными действиями [2,3] определяются показатели запаса устойчивости:

по амплитуде:

и

по фазе:

.

При увеличении коэффициента передачи, с целью повышения статической точности системы регулирования, получен неудовлетворительный запас устойчивости (значение ниже рекомендуемых [2,3]). Этот факт предопределяет неудовлетворительные качественные показатели переходного процесса.

28

L2(ω)

L1(ω)

0.01

Рис. 1. Логарифмические амплитудные и и фазовая частотные характеристики.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Для оценки качества переходного процесса используется передаточная функция замкнутой системы регулирования при единичной обратной связи (2)

Оригинал переходной функции определяется по изображению посредством обратного преобразования Лапласа [4].

Для этого выражение (3) записывается с учетом (1) и (2) и в него подставляются числовые значения параметров системы. Далее к полученному выражению в MathCade применяется обратное преобразование Лапласа («Символика» - «Трансформация» - «Инверсия Лапласа»). В результате этих действий получаем выражения для

29

переходных функций и , которые описывают переходные процессы в рассматриваемой САР при двух значениях коэффициента передачи и соответственно.

По полученным выражениям выполняется построение графиков переходных процессов (рис. 2).

Ниже представлен соответствующий MathCad документ.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Диапазон времени: t 0 0.01 2

а) при k = k 1 = 50:

h1(t) 0.980 0.0022 e 100.22 t 0.808 e 6.85 t 1.786 e 2.97 t

б) при k = k 2 = 1000:

h2(t) C D e d t E e e t cos t G e t sin t

i A e t cos t B e t sin t

i A e t cos t B e t sin t

Рис. 2. Кривые переходных процессов САР при различных коэффициентах передачи

Значения коэффициентов, полученных в результате обратного преобразования Лапласа:

30