Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Диагностика оборудования систем электроснабжения. Учебное пособие
.pdf
152
На основе эксплуатационных данных по силовым трансформаторам
выделим основные и дополнительные причины, приводящие к частичному
снижению или полной потере работоспособности.
К ним относят:
повышенный нагрев элементов активной части, вызванный нагревом
металлических деталей, вихревыми токами, перегрузками и
перенасыщением магнитопровода, старением материалов;
дефекты изоляции между элементами конструкции и образование
контура для опасных токов из-за нарушения изоляции стяжных
шпилек остова, замыкания стержневых балок на внешний бак;
увлажнение изоляции в конструкции электрооборудования при
эксплуатации в различные времена года;
избыточное наличие газа в масле из-за газовыделения в местах
повышенного нагрева электрооборудования или повышенной
напряженности электрического поля (частичные разряды);
старение изоляции электрооборудования под воздействием
катализаторов, кислорода и электрического поля;
частичные деформации обмоток с изоляцией при прохождении
опасных сквозных токов;
повреждение обмоток (витковые замыкания) из-за внешних и
внутренних перенапряжений;
износ и нагрев контактов переключающих устройств;
частичный или полный отказ защит;
заводские дефекты (дефект сварки отводов и обмоток);
некачественный ремонт в процессе эксплуатации;
увлажнение трансформаторных вводов;
частичные разряды во внешней и внутренней изоляции.
153
Для трансформаторов напряжением 35-110кВ основными дефектами
являются увлажнение изоляции обмоток и повреждение токоведущих
соединений.
Дефектами для трансформаторов 220кВ и выше могут стать
развивающиеся повреждения из-за повышенного нагрева токоведущих
соединений, элементов конструкций, увлажнение и частичные разряды.
Основными направлениями диагностирования для Тр напряжением
35-110кВ являются оценивание: увлажнения, старения и межвитковых
замыканий, а для Тр напряжением выше 220кВ - оценивание интенсивности
частичных разрядов и развивающихся дефектов изоляции.
Условия ухудшения состояния изоляции Тр разделим на три группы.
Первая группа ухудшения состояния изоляции характеризуется
разложением углеводородов трансформаторного масла под действием
температуры, электрического поля и катализаторов, а также молекул
кислорода. В результате образуются молекулы воды и активные радикалы
(молекулярное растворение воды в материале изоляции). К ней также
относят увлажнение изоляции путем миграции влаги из атмосферы через
прокладки бака и других элементов Тр.
Вторая группа сопровождается образованием в трансформаторном
масле активных химических соединений, т.к. при наличии молекул воды и
активных радикалов образуются полярные соединения (свежее масло не
полярно). Процесс поляризации происходит вследствие гидролиза молекул
материала изоляции, а интенсивность окисления материала изоляции
увеличивается под воздействием электрического поля, катализаторов и
концентрации влаги.
Контроль состояния изоляции в этом случае существующи ми
средствами затруднен и мало эффективен. При эксплуатации Тр известны
случаи противоречивых показаний приборов из-за миграции влаги из
154
твердой изоляции в жидкую и наоборот, а также областей с насыщенными
низко- и высокомолекулярными соединениями.
Третья группа вызывает изменения физических свойств и
химического состава изоляции Тр, в результате чего образуются шламы,
изменяются цвет, падает температура вспышки масла, ускоряются опасные
процессы газообразования и др.
Анализ существующих методов, способов и средств
диагностирования показал, что контроль состояния изоляции основан на
выявлении образовавшихся продуктов, концентрация которых значительна
и ощутима физически.
При этом появляются побочные признаки дефектов,
характеризующие ухудшение характеристик изоляции, например,
частичные разряды. Аварии Тр происходят из-за превышения предельных
параметров.
Диэлектрическая постоянная изоляции меняется как в первом, так и
во втором случаях. Технико-экономически обоснованными являются
неразрушающие способы контроля параметров, основанные, например, на
измерении эквивалентной диэлектрической постоянной (измерение
емкостных характеристик).
Эти параметры технически трудно зафиксировать непосредственным
измерением из-за малых изменений физических величин, но, используя
косвенные способы (нелинейные зависимости сопротивлений, напряжений
на обмотке Тр от частоты тестового напряжения, близких к собственным
частотам обмотки), удается четко фиксировать изменение малых величин.
С точки зрения контроля и диагностики изоляции параметры схемы
замещения обмотки Тр изменяются при изменении частоты приложенного
напряжения от 0 до ∞:
155
,R RL RLC LC C
где R - активное сопротивление току утечки изоляции; L - индуктивность
слоя катушки или всей обмотки; С- емкость изоляции.
Для оценки состояния неоднородной изоляции схема усложняется
цепочкой ΔСr - емкостью и активным сопротивлением (рисунок 4.19).
Рисунок 4.19 – Схема замещения обмотки трансформатора:
L - индуктивность обмотки; С – емкость изоляции; R - активное
сопротивление; r,
C
- параметры определяющие состояние изоляции
При частотах, близких к собственной частоте среднего слоя или
катушки обмотки Тр, схему замещения представляют матричной формой,
состоящей из ячеек контуров RLC. Зависимость входного сопротивления
обмотки, а также напряжения приложенного к обмотке, от частоты
представляет собой кривую с выраженными экстремальными точками.
Эти точки отражают резонансные явления в витках, слоях, катушках
обмотки Тр. Активные сопротивления тока утечки и емкости изоляции
являются переменными. Индуктивность, определяющая конструкцию
обмотки, величина постоянная.
Экстремальные точки смещаются в зависимости от степени
изменения состояния обмоточной изоляции, а также изменяются
собственные частоты витка, слоя, катушки или обмотки в целом.
Резонансные характеристики Тр известны, как правило, по
импульсной прочности и высокочастотной связи. Для целей
156
диагностирования применяют частотно-резонансный метод, который
позволяет определить степень ухудшения состояния изоляции обмоток Тр
по изменению резонансной частоты.
Проанализируем упрощенную схему замещения обмотки,
приведенную на рисунке 4.3. Запишем формулу входного сопротивления:
вх
1
,
11
1
Z j L
jL
R
r
jC
(4.34)
где - угловая частота, L - индуктивность обмотки, С – емкость изоляции,
R - сопротивление току утечки изоляции.
Из этого выражения видно, что входное сопротивление изменяется в
зависимости от параметров Тр, определяющих состояние изоляции.
Рассматривая элемент
dV dZ dY dX
внутреннего объема обмотки
с параметрами h/D>2 (отношение высоты обмотки к диаметру), получим
систему уравнений:
( ', ', ')
( , , , ', ', ') ' ' '
U j x y z
M x y z x y z dx dy dz
zt
; (4.35)
0
j j j
x y z
x y z
(4.36)
на основании
0
ij
dU
с краевыми условиями:
( , )U l l h
jz Cz
t
; (4.37)
/
11
( , )
( ) ( ) ;
U r r a
jx y Cx y
t
(4.38)
157
/
12
( , )
( ) ( )
U r r b
jx y Cx y
t
; (4.39)
где: U - приложенное к обмотке синусоидальное напряжение; Сх(у) поперечная емкость; С2 - продольная емкость; j (х, у, z) - токи по
координатным осям; М (х, у, z) - функции взаимной индуктивности; l = h высота обмотки по оси z; r1 = а; r2 - b - внутренний и наружный радиусы
обмотки.
Для обмотки с параметрами
10
h
D
уравнения (11,12) будут:
/
//
1
()
( , )
i
Ur
M r r dr
rt
; (4.40)
0
j i j i
r r r r
; (4.41)
2
U
jC
rt
(4.42)
краевые условия:
/
11
( , )U r r a
ja C
t
; (4.43)
/
22
( , )
.
U r r b
jb C
t
(4.44)
При дефектах в Тр (витковые замыкания, однофазные замыкания)
возникают внутренние перенапряжения, сопровождающиеся
высокочастотными переходными процессами. Основные требования к
схеме замещения Тр в диапазоне частот от десятков до нескольких тысяч
герц следующие: величина и зависимость от частоты входного
158
сопротивления схемы со стороны обмотки НН и ВН должны
соответствовать реальному трансформатору; величина и зависимость от
частоты коэффициента передачи схемы, как от обмотки НН к ВН, так и от
обмотки ВН к НН также должны соответствовать реальному Тр. Схема,
удовлетворяющая этим требованиям, приведена на рисунке 4.20.
Рисунок 4.20 – Схема замещения трансформатора для диапазона
внутренних перенапряжений: С1 и С2 – эквивалентные емкости для
обмоток ВН и НН; L - индуктивность обмотки; R1 – сопротивление
эквивалентное потерям х.х.
Схема состоит из Тр без потерь, эквивалентных емкостей обмотки ВН
(С
1
) и НН (С2), а также параллельного сопротивления R1, эквивалентного
потерям холостого хода (х.х.). Индуктивности обмоток L приняты равными
индуктивности, приведенной к числу витков обмотки НН.
Часть параметров этой схемы С1, С2, Lр (индуктивность рассеяния), К,
не зависит от частоты (в заданном диапазоне) и от величины напряжения
(индукции). Остальные параметры L (индуктивность х.х.), М (взаимная
индуктивность обмоток) зависят от напряжения и частоты. Для Тр при
12
индуктивность рассеяния меньше индуктивности х.х.
На основе анализа схемы замещения Тр запишем формулы для
расчета эквивалентного волнового сопротивления и основной частоты,
соответствующей воздействию на обмотку единичного импульса тока f1:
159
12
;
L
CC
(4.45)
1
12
1
2 ( )
f
L C C
. (4.46)
Собственная частота Тр (частота колебаний на обмотке ВН при
подаче на обмотку НН единичного импульса напряжения):
12
1
2 ( )
f
L C C
. (4.47)
Таким образом, в диапазоне внутренних перенапряжений Тр можно
заменить схемой замещения - колебательным контуром, работающим в
диапазоне от нескольких кГц до нескольких сотен кГц. Изменение
параметров схемы Тр оценивается по изменению частот на обмотках.
4.5 Анализ диагностических моделей электрооборудования
На практике процесс анализа ДМ электроэнергетического
оборудования можно представить обобщенной процедурой (рисунок 4.21).
160
Рисунок 4.21 – Алгоритм процедуры анализа
диагностической модели
Анализ ДМ начинается с формирования совокупности оцениваемых
(измеряемых) диагностических признаков. Предположим, что ДМ
электрооборудования любого типа содержит в явном виде некоторое
множество
____
, 1,
П Пi
iN
прямых диагностических признаков.
161
В качестве прямых диагностических признаков рассматривают
коэффициенты алгебраических или дифференциальных уравнений,
операторы ветвей в графе и другие, непосредственно присутствующие в
ДМ.
Для обоснованного выбора диагностических признаков, необходимо
их упорядочить в соответствии с выбранным критерием. Совокупность
П
полностью упорядочивается введением отношения порядка R1 в
предположении, что
np nq
, если
( ) ( );
np nq ni
u u u
определяется на
элементах
П
и вид его зависит от особенностей ЭУ.
Параметр
ni
u
можно определять через норму
ni
u
, где норма -
обобщающее понятие абсолютной величины (норма вектора - его длина).
В связи с технической сложностью измерения, а также с учетом
экономической целесообразности для диагностирования приходится
выбирать из множества
П
совокупность
____
, 1,
П Пi
iN
;
nN
оцениваемых прямых признаков. Если
__
П
П
, то введенный порядок
позволяет построить алгоритм диагностирования ЭУ. В этом случае
алгоритм предусматривает последовательность контроля признаков
ni
в
порядке, определенном R1.
Если
__
П
П
, то определяется разность
__
П
П
и выбирается
подмножество
_____
, 1,
К kj
jM
косвенных признаков. При этом мощность
множества
k
должна быть такой, чтобы по возможности полностью
компенсировать неоцениваемые прямые признаки.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]