3.2. Прогнозирование изменения tgδ изоляции силовых трансформаторов с использованием результатов эксплуатационного мониторинга

Данные эксплуатационных испытаний силовых трансформаторов показывают монотонное увеличение tgδ изоляции во времени, что обусловлено старением изоляции во времени. Тогда изменение сопротивления изоляции во времени в соответствии с методом постепенного накопления повреждений запишем в следующем виде:

(1)

где R – сопротивление бумажной изоляции, q_R(t) – вектор нагрузок.

В результате анализа литературных и экспериментальных данных для tgδ изоляции функция q_R(t) может быть представлена в следующем виде:

q_R(t) =f(C_уо
,С_зо, Z_к, Т, I_аб , tgδ_и ), (2)

где C_уо– увлажнение обмотки трансформатора; С_зо- загрязнение обмотки трансформатора ; Z_к- сопротивление короткого замыкания ; Т – температура изоляции; tgδ_и- тангенс угла диэлектрических потерь изоляции; I_аб– ток абсорбции.

С учетом выражения (2) уравнение (1) запишется так:

(3)

Скорость изменения tgδ изоляции зависит в первую очередь от tgδ изоляции в настоящий момент времени, так как оно отражает текущее состояние бумажной изоляции, а следовательно, и скорости протекания всех физико-химических реакций в бумажной изоляции. Тогда функцию, учитывающую влияние tgδ следует учесть в (3) в виде множителя, который можно представить в более общем степенном виде – К_иtgδ^а, где к_и ,α – постоянные коэффициенты, определяющиеся по экспериментальным данным.

В результате выражение (3) запишется в виде:

(4)

Рассмотрим далее влияние на tgδ увлажнения обмотки трансформатора. Вода резко увеличивает проводимость твердой изоляции, что приводит к сильному увеличению tgδ . Можно учесть влияние влаги выражением вида: к_вС_уо^β где к_в и β безразмерные коэффициенты, определяемые из опыта.

Тогда выражение (4) примет вид (5)

С ростом температуры ускоряется протекание всех химических процессов, то есть ускоряется старение изоляции. Это приводит к резкому увеличению концентрации продуктов старения, что в свою очередь увеличивает tgδ бумажной изоляции. Кроме того, при изменении температуры происходит переход влаги из одного состояния в другое, что так же приводит к существенному изменению сопротивления бумажной изоляции. Тогда по аналогии с учетом влияния Rна скорость его изменения во времени с учетом влияния температуры выражением к_тТ^γ , где к_т γ – постоянные коэффициенты, а выражение (5) запишем в виде: (6)

При эксплуатации силовых трансформаторов может произойти механическое повреждение обмотки трансформатора. Из-за собственной вибрации трансформатора и токов короткого замыкания. Влияние этих факторов учтем выражением с₁Z_к^δ1 :

где с₁и δ1- постоянные коэффициенты.

Тогда (6) можно записать: (7)

В процессе эксплуатации на трансформатор, особенно в производственных цехах воздействует пыль, которая содержится в воздухе. Твердые частицы пыли разрушают поверхность и, оседая, загрязняют ее, чем также повышают tgδ изоляции. В воздухе производственных помещений присутствуют примеси химически активных веществ (углекислый газ, сероводород, аммиак и др.). В химически агрессивных средах изоляция быстро теряет свои изоляционные свойства и разрушается.

Можно учесть влияние загрязнения изоляции выражением вида: к_зС_зо^σ где

к_зи σ- постоянные коэффициенты.

Тогда выражение (7) можно записать:

(8)

Сопротивление изоляции реагирует на содержание примесей в бумажной изоляции и коррелирует с параметром С_уо и С_зо. Следовательно, параметр Rнеобходимо рассматривать в комплексе с этими параметрами и ввести для его учета множитель в виде функции К_R(R)^ψ, где К_R, ψ- постоянные коэффициенты. Тогда выражение (8) запишется так:

(9)

Ток абсорбции отражает текущее состояние изоляции и чем они ниже, тем ниже тангенс диэлектрических потерь. Тогда функции, учитывающую влияние I_аб , следует учесть в предыдущей формуле в виде множителя, который можно представить в более общем степенном виде n_и I_аб^μ, где n_ии μ- постоянные коэффициенты, определяющиеся по экспериментальным данным.

Тогда выражение (9) запишется следующим образом:

(10)