автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Автоматизированная система контроля технического состояния силовых трансформаторов с длительным сроком эксплуатации

ДАШЕВСКИЙ Евгений Григорьевич

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ С ДЛИТЕЛЬНЫМ СРОКОМ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.14.02 - Электрические станцни и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 та 2011

Новочеркасск 2011

4851821

Работа выполнена на кафедре «Электроснабжение промышленных предприятий и городов» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российском Государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте)».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Кужеков Станислав Лукьянович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ Шакарян Юрий Гевондович

Защита состоится «23» сентября 2011 г. в Ю00 часов в ауд. № 107 главного корпуса на заседании диссертационного совета Д. 212.304.01 при ГОУ ВПО «ЮжноРоссийский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» по адресу: 346428, Ростовская область, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132.

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, Ученый совет ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)», ученому секретарю.

С текстом автореферата можно ознакомиться на сайте ГОУ ВПО «ЮжноРоссийский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» mvw.npi-tu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «ЮжноРоссийский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)».

Автореферат разослан «07» 0? 2011 г.

Ученый секретарь

кандидат технических наук, доцент Сенчуков Александр Александрович

Ведущая организация: СавКав ГТУ, г. Ставрополь

диссертационного совета Д 212.304.01 доктор технических наук

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Силовые трансформаторы (автотрансформаторы) входят в состав основного высоковольтного оборудования электростанций и подстанций. Они являются системообразующими элементами и по своим техническим и конструктивным параметрам не подлежат частой замене. Аварийный отказ трансформатора ставит под угрозу нормальное функционирование электростанции или подстанции, тем самым создавая угрозу недоотпуска электроэнергии потребителям с ущербом, величина которого зависит от специфики потребителя. Опыт эксплуатации показывает, что значительный недоотпуск электроэнергии в электрических сетях роисходит из-за аварий силовых трансформаторов.

Особенностью силовых трансформаторов, в первую очередь, является недоступность об-оток для прямого обследования, которая делает контроль их состояния сложной задачей. Ещё дной особенностью является высокий уровень напряжений и электромагнитных помех, услож-■оощих измерение электрических параметров трансформатора во время его работы.

Таким образом, повреждаемость силовых трансформаторов непосредственно влияет на адёжность энергосистемы в целом, что объясняет высокие требования, предъявляемые к на-ёжности силовых трансформаторов. Одним из путей повышения надёжности является свое-ременное диагностирование развивающегося дефекта, который может привести к аварийному тказу силового трансформатора. В этой связи в последние годы повышенное внимание уделя-ся контролю, диагностике, а также прогнозированию состояния трансформаторного оборудо-ния, находящегося в эксплуатации.

Наибольшей эффективностью в предупреждении аварий трансформаторов обладают ав-оматизированные системы контроля технического состояния (далее, система, АСКТС). Этой е позиции придерживается Международный совет по большим энергетическим системам (CIRE)-

Первые разработки АСКТС относятся к началу 80-ых годов ХХ-го века. В настоящий мо-еит наиболее проработанными являются системы зарубежного производства (системы TPAS, Sieens, ABB Secheron), существует также ряд разработок производства России и стран СНГ (системы SAFE-T, TDM, СУМ-ТО).

Указанные системы контролируют состояние элементов трансформатора, на которые приходятся наибольшее число выявленных НИЦ «ЗТЗ-Сервис» дефектов: система охлаждения -22,71 %, высоковольтные вводы - 14,31 %, дефекты в устройстве регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) - 7,15 %, дефекты выявляемые контролем концентрации газов, растворенных в масле - 9,02 %.

Вышеупомянутые системы в подавляющем большинстве случаев устанавливаются на новые трансформаторы, вводимые в эксплуатацию, но, как видно из данных НИЦ «ЗТЗ-Сервис», значительное количество отказов имеет место на трансформаторах, срок эксплуатации которых составляет более 10 лет (около 90 % парка силовых трансформаторов России).

Разработка и обоснование технических и алгоритмических решений для АСКТС силовых трансформаторов с длительным сроком эксплуатации (ТсДСЭ), представляет научный и практический интерес.

Приведенные соображения объясняют актуальность разработки АСКТС ТсДСЭ.

Целью работы является разработка АСКТС ТсДСЭ, обеспечивающая уменьшение числа аварийных отказов трансформаторного оборудования.

Задачи исследования:

1. Исследование и анализ существующих систем, их алгоритмического и программного обеспечения, а также их структуры.

2. Разработка методики оценки экономического эффекта от использования АСКТС сДСЭ.

3. Разработка устройства интеграции системы управления охлаждением, ранее установ-енной на трансформаторе, в АСКТС ТсДСЭ.

4. Разработка методики оценки экономической целесообразности включения-отключения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения.

5. Определение целесообразного набора газов, контролируемых устройствами контроля газосодержания и влагосодержания масла, являющегося составной частью АСКТС ТсДСЭ.

6. Разработка способа контроля степени деформации обмоток трансформатора под рабочим напряжением.

7. Усовершенствование устройства контроля состояния изоляции высоковольтных вводов по неравновесно-компенсационному методу (НКМ), интегрируемого в АСКТС ТсДСЭ, позволяющее избежать ложного срабатывания в случае наличия атмосферных осадков на загрязненных поверхностях вводов.

8. Разработка АСКТС ТсДСЭ, основанной на предложенных усовершенствованиях, также её алгоритмического и программного обеспечения.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректностью допущений, принимаемых при разработке расчетных схем и математических моделей, применением традиционных методологических принципов современ ной науки для их исследования, использованием метрологически аттестованного оборудоваш для проведения экспериментов, приемлемой сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, лабораторными испытаниями.

Научная новизна работы, В работе содержатся следующие новые научные результаты:

1. Предложен способ автоматизированного контроля деформации обмоток понижающего трёхфазного трёхстержневого трансформатора или трёхфазной группы однофазных силовых трансформаторов под рабочим напряжением, в отличие от существующих основан на сравнении вычисленных и базовых значений индуктивных сопротивлений короткого замыкания с учетом неравенства сопротивлений намагничивания для токов прямой и нулевой последовательностей.

2. Предложено усовершенствование структуры системы автоматизированного контроля состояния изоляции высоковольтных вводов по неравновесно-компенсационному методу, отличающийся от существующих сравнением значений контролируемых токов утечки вводов с заданными и запрете сигнализации о недопустимом ухудшении изоляции, позволяющее избежать ложного срабатывания в случае наличия атмосферных осадков на загрязненных поверхностях вводов.

3. Разработана методика оценки экономического эффекта от внедрения АСКТС ТсДСЭ, в отличие от существующих основанная на определении целесообразного числа контролируемых АСКТС ТсДСЭ параметров трансформатора.

4. Разработана методика оценки экономической целесообразности включения-отключения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения, отличающийся от существующих тем, что базируется на сравнении экономии ресурса изоляции трансформатора и затрат на обеспечение указанной экономии.

5. Обосновано сокращение контролируемых модулем контроля газосодержания и влагосодержания масла газов до СО и СО2, отличающееся от существующих тем, что основано на анализе совокупности диагностических функций, реализуемых АСКТС трансформаторного оборудования.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Предложенные усовершенствования АСКТС (контроль степени деформации обмоток, течей масла, дефектов системы охлаждения, использование датчиков вибрации и частичных разрядов, во вводах и обмотках трансформатора), использование которых позволяет уменьшить величину отношения «стоимость системы - процент выявляемых дефектов», выраженную в процентах к системе, отвечающей требованиям ОАО «ФСК ЕЭС», почти в два раза по отношению к системе, соответствующей требования ОАО «ФСК ЕЭС», не увеличивая значительно при этом стоимость самой системы по отношению к системе, соответствующей требованиям ОАО

«ФСК ЕЭС».

2. Разработано и практически реализовано устройство интеграции системы управления охлаждением, ранее установленной на трансформаторе, в АСКТС ТсДСЭ.

3. Предложенные в диссертации усовершенствования реализованы в АСКТС ТсДСЭ.

Реализация результатов работы. Результаты работы используются в АСКТС ТсДСЭ,

изготовленной ООО НПФ «Квазар» (г. Новочеркасск) по заданию филиала ОГК-5 «Невиномыс-ская ГРЭС».

Основные положения, выносимые на защиту

1. Методика оценки экономического эффекта от внедрения АСКТС ТсДСЭ.

2. Способ контроля степени деформации обмоток трансформатора под рабочим напряжением.

3. Усовершенствованная структура системы автоматизированного контроля изоляции, позволяющая избежать ложного срабатывания в случае наличия атмосферных осадков на загрязненных поверхностях вводов.

4. Методика оценки экономической целесообразности включения-отключения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения.

5. Устройство интеграции в АСКТС системы управления охлаждением, ранее установленной на трансформаторе.

6. Обоснование целесообразности контроля концентрации газов, растворённых в масле СО и СОг, модулем контроля газосодержания и влагосодержания масла, входящим в состав АСКТС ТсДСЭ.

Публикации. По результатам выполненных исследований и разработок опубликовано 9 печатных работ, из них 4 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 164 страницах, содержит 45 рисунков, 16 таблиц и 104 литературных источников.

Основное содержание работы

Во введении обоснована аиуальность проблемы, сформулированы цель работы и основные задачи исследований, научная новизна, дана общая характеристика работы. Отмечен вклад ученых и специалистов по теме исследования: Абрамова В.Б., Алексеева Б.А., Баранникова EJL, Бедерака Я.С., Богатырёва Ю.Л., Вдовико В.П., Дорожко C.B., Засыпкина A.C., Иерусали-мова М.Е., Мордковича А.Г., Несвижинского А.И., Проценко А.Р., Рассальского А.Н., Русова В. А., Сенчукова A.A., Соколова В.В., Туркота В.А., Фадеева Н.Э., Цфасмана Г.М., Шакаряна Ю.Г., Шинкаренко Г.В., Boss P., Ecknauer Е., Gysi R., Knab H. J., Leibfried Th., Marks J., и др.

Первая глава посвящена анализу наиболее распространённых АСКТС, а также требований, предъявляемых к ним ОАО «ФСК ЕЭС».

Проанализированы функции, реализуемые современными системами. Отмечено, что все рассмотренные системы отвечают требованиям ОАО «ФСК ЕЭС» к набору обязательных функций (контроль теплового состоянии, газосодержания и влагосодержания масла, текущего номера отпайки РПН, состояния высоковольтных вводов, степени старения изоляции, температуры образования пузырьков в масле). Показано, что рассмотренные системы в большинстве своём выполняют ряд функций, не входящих в состав требований ОАО «ФСК ЕЭС», обеспечивая тем самым более высокий процент выявления дефектов контролируемого оборудования. При этом отмечено, что реализация некоторых функций, практически не сказывающаяся на стоимости системы, может значительно увеличить процент выявляемых системой дефектов. Сделан вывод о необходимости обоснования целесообразного количества функций, реализуемых системой.

Отмечено, что современные системы в большинстве своём разрабатываются и эксплуатируются на новом трансформаторном оборудовании, в то время, как большое количество аварийных отказов приходится на оборудовании с длительным сроком эксплуатации. Также отмечено, что при установке АСКТС на ТсДСЭ, основной трудностью является то, что остаточная стоимость ТсДСЭ

ниже стоимости нового трансформатора, следовательно, ниже и экономический эффект от внедрения системы. Сделан вывод о необходимости обоснования экономической целесообразности установки АСКТС ТсДСЭ.

Проанализировано алгоритмическое обеспечение современных систем и требований нему ОАО «ФСК ЕЭС». Отмечено, что в большинстве систем используется алгоритмическое обеспечение, не в полной мере учитывающее возможности современных технических и программных средств.

Проведенный анализ позволил сделать следующие выводы:

- существующие системы способны обнаружить развитие большинства дефектов трансформатора;

- существующие системы ориентированы на новые трансформаторы, в то время ка большинство аварийных выходов из строя происходит на ТсДСЭ;

- необходима разработка новых алгоритмов и методов контроля состояния трансформа торов, учитывающих возможности систем и обеспечивающих более надёжное выявление де фектов.

На основании анализа технической реализации современных систем, анализа способо интеграции систем в АСУ ТП и РЗА, а также анализа функций и алгоритмического обеспечен] систем сформулированы требования к разрабатываемой АСКТС ТсДСЭ.

Вторая глава посвящена разработке и обоснованию технических решений АСКТ ТсДСЭ.

Установлено, что без значительного увеличения стоимости возможно внести усовершен ствования в систему, расширяющие её функциональность по отношении к системе, соответствующей требованиям ОАО «ФСК ЕЭС».

С целью оценки эффективности предложенных усовершенствований вычислены значения отношений «стоимость системы - процент выявляемых дефектов», выраженные в процентах системе, отвечающей требованиям ОАО «ФСК ЕЭС», доказывающие, что системы с усовер шенствованиями экономически более выгодна.

Для решения задачи оценки экономического эффекта от внедрения систем в трансформаторном парке, имеющем ТсДСЭ, используется понятие общей вероятности обнаружения приближающегося отказа компонентов трансформатора системой (Робн.от.общ), которая является суммой предельных вероятностей обнаружения приближающегося отказа системы по контролируемым компонентам (Роб.«™), умноженной на вероятность безотказной работы системы (Рс„):

^обн.от.общ ' Л>б.от.п^ ' ^см.

Произведена оценка общей вероятности обнаружения приближающегося отказа компонентов трансформатора системой для различных её конфигураций. Сделан вывод об экономической целесообразности использования в разрабатываемой системе предложенных усовершенствований (контроль степени деформации обмоток, дефектов системы охлаждения, использование датчиков вибрации и частичных разрядов, как вводов, так и бака трансформатора).

Определено, что ожидаемый экономический эффект от внедрения систем на парке в 419 трансформаторов через семь лет эксплуатации может составить около 300 миллионов рублей.

Установлено, что часть дефектов, выявляемых модулем контроля газосодержания и влагосодержания трансформаторного масла, обнаруживается другими элементами системы. В диссертации произведён анализ совокупности контролируемых системой дефектов и дефектов, выявляемых современными модулями контроля газосодержания и влагосодержания масла. Обоснована целесообразность сокращения выявляемых системой газов в трансформаторном масле до СО и С02. Указанные газы диагностируют развитие дефектов твёрдой изоляции.

Произведён сравнительный анализ функциональных возможностей модуля контроля и

управления системой охлаждения, входящего в комплект поставки большинства систем, и штатного устройства управления системой охлаждения (например, ШАОТ). Сделан вывод о целесообразности реализации в штатном устройстве передачи данных, получаемых с помощью дополнительных контактов автоматов и магнитных пускателей системы охлаждения в АСКТС ТсДСЭ. Это позволяет получить более полную картину о состоянии системы охлаждения:

- наработку (время работы и количество пусков и остановов) каждого из двигателей, что даёт возможность своевременно выводить двигатели в плановый ремонт;

- температурный режим трансформатора, с учётом его нагрузки и работающих двигателей системы охлаждения, что позволяет выявить причину ненормального теплового режима трансформатора;

- своевременное обнаружение неисправности системы охлаждения, что сокращает время, затрачиваемое на её устранение.

Предложено снабдить установленную на трансформаторе систему управления охлаждением устройством, передающим информацию о её состоянии в разработанную автором АСКТС ТсДСЭ (рис. 1), что избавляет от необходимости в поставке модуля контроля и управления системой охлаждения. Кроме того нет необходимости в демонтаже имеющейся системы управления охлаждением и монтаже новой.

Структурно и функционально разработанный шкаф контроля состояния системы управления охлаждением (МКССУО-01), представленный на рисунке 1, разделён на две части:

- дискретные модули - предназначены для приёма информации о состоянии автоматов, пускателей и реле системы управления охлаждением, а также передачи полученной информации в систему по протоколу Мо<1Ьи5;

- блок реле - предназначен для передачи сигналов от элементов системы управления охлаждением к дискретным модулям.

В том случае, если шкаф контроля состояния системы управления охлаждением размещается в непосредственной близости от ШАОТ, возможно исключение блока реле из схемы, что приведёт к снижению стоимости шкафа почти на 50 %, а также уменьшению его габаритов, по отношению к шкафу, в состав которого входит блок. Также предусмотрена возможность совмещения шкафа контроля состояния системы охлаждения со шкафом управления системы, в случае исключения блока реле из его состава.

Одним из элементов разработанной системы является подсистема контроля деформации Рисунок 1 - Структура шкафа контроля

обмоток трансформатора, в которой производится состояния управления охлаждением

вычисление индуктивных сопротивлений короткого замыкания и сравнение их с базовыми значениями. С этой целью используются приближённые эквивалентные схемы силовых трансформаторов. На рисунке 2 представлена приближённая эквивалентная схема трёхфазного трансформатора с группой соединения У/Л -11. В указанной схеме используется идеальный трансформатор (ИТ), имеющий коэффициент трансформации, равный коэффициенту трансформации реального трансформатора.

Шкаф управления АСКТС ТсДСЭ

Шкаф контроля состояния системы управления охлаждением

® I 5-1

в

£ Л

ц * о

V 9

Клеммники

ШАОТ

Дополнительные контакты элементов ШАОТ

üBi\B Jhi

t Ru

'2Л I—

Рисунок 2 - Эквивалентная схема трёхфазного трансформатора с группой соединения

На основе эквивалентной схемы для группы однофазных трансформаторов получено выражение для индуктивного сопротивления короткого замыкания (хк), характеризующее степень деформации обмотки. Указанное выражение для фазы А трансформатора (с группой соединения 1) имеет следующий вид:

01А - ¡2А ■ («ы + к* ■ Д2 „) - кг ■ иас

ХКА ~ '

j-h.

где Хка — значение индуктивного сопротивления, вычисляемое на основе измерений; - вектор напряжения фазы А на стороне ВН трансформатора; /м - вектор тока фазы А на стороне ВН трансформатора; Ru, R2A - активные сопротивления обмотки фазы А на стороне ВН и НН трансформатора, соответственно (паспортные данные или значение, измеренное на постоянном токе); 12А - разность измеренного тока фазы А на стороне ВН трансформатора и вычисленного по данным опытов холостого хода намагничивающего тока; kT - коэффициент трансформации

трансформатора (паспортные данные или от устройства управления РПН); Uca - вектор напряжения между фазами а и с на стороне НН трансформатора.

Выражения для хк фаз 5 и С аналогичны.

Особенностью выражения для трёхфазного трёхстержневого силового трансформатора является учет неравенства сопротивлений намагничивающих ветвей для токов прямой (обратной) и нулевой последовательностей.

Выражение для фазы А имеет вид (группа соединения Ni^-ll):

_ Уы ~ Pia ~ ~ ¡ол0) ■ (RIA + fcT2 • RZA) ~ К ■ Üca } ' (Ал — ¡0Аиг ~ 10Аа)

где /0л,, - вычисленный по сумме измеренных и U1At и данным опыта XX вектор суммарного намагничивающего тока прямой и обратной последовательностей фазы А; 10До - вычисленный по измеренным 1)щ и данным опыта XX вектор намагничивающего тока нулевой последовательности фазы А.

Выражения для хк фаз В и С аналогичны.

Для проверки корректности предложенного метода оценки степени деформации обмотки в среде Matlab построена модель трёхфазного силового трансформатора (рис. 3).

МиАСИжМ

Рисунок 3 - Схема компьютерной модели в среде ЗтшИпк

Деформация обмоток моделировалась путем изменения величины Хк трёхфазного трансформатора.

Установлено, что при изменении хК трёхфазного трансформатора на 5 % вычисляемое значение хк изменяется в процентах по отношению к максимальному значению более чем на 4,5 %, причём большее изменение вычисляемого значения хК (порядка 5-6 %) получается при активно-индуктивной нагрузке трансформатора. Вычисляемое значение хК практически не зависит от несимметрии питающего напряжения, а также от неравенства сопротивлений нагрузки трансформатора.

Предложено усовершенствование устройства контроля состояния изоляции высоковольтных вводов по НКМ, позволяющее исключить ложное его срабатывание в случае наличия атмосферных осадков на загрязненных поверхностях вводов. Функциональная схема усовершенствованного устройства приведена на рисунке 4.

О,

ИОА —^ПЭА

ИОС —♦ ПЭС

и -,

ПЭ1 — ЗАПРЕТ

г* ИА СБ А —

и ИВ 1 СБ В

г* ис СБ С

Селективный

сигнал неисправности

Общий ситал неисправности

Рисунок 4 - Функциональная схема усовершенствованного устройства автоматизированного контроля изоляции вводов

На рис.4 приняты следующие обозначения: УА, Уд, Ус - полные проводимости изоляции фаз вводов А, В и С; ТН - измерительный трансформатор напряжения; ИПТА, ИПТВ, ИПТС -измерительные преобразователи токов утечки вводов; ИПНА, ИПНВ, ИПНС - измерительные

преобразователи вторичных напряжений электрической сети; ИОА, ИОВ, ИОС - измерительные органы контроля полных проводимостей вводов; ПЭА, ПЭВ, ПЭС - пороговые элементы, срабатывающие при превышении проводимости вводов заданного значения; И - логический элемент совпадения «И»; Е - сумматор токов утечки изоляции вводов, формирователь параметра комплексной проводимости изоляции трёхфазной группы вводов; ПЭЕ - пороговый элемент, срабатывающий при превышении комплексной проводимостью вводов Ущ заданного значения; ЗАПРЕТ - логический элемент «ЗАПРЕТ»; СБЕ - общий сигнальный блок; СБА, СБВ, СБС -сигнальные блоки фаз вводов А, В и С.

При исправном состоянии вводов и отсутствии атмосферных осадков значение комплексной проводимости (Унб) не достигает уровня срабатывания элемента ПЭе . Не срабатывают также пороговые элементы контроля проводимости отдельных фаз вводов (ПЭА, ПЭВ, ПЭС).

В условиях загрязнения поверхностей изоляторов вводов при наличии атмосферных осадков и отсутствии повреждения изоляции вводов срабатывают ПЭГ и все пороговые элементы отдельных фаз вводов (ПЭА, ПЭВ, ПЭС) в результате чего с помощью элемента ЗАПРЕТ формируется сигнал, блокирующий работу элемента СБЕ. Таким образом, система не выдаёт ложный сигнал о неисправности вводов.

В случае, если состояние изоляции одного из вводов снизилось до недопустимого уровня, срабатывает пороговый элемент ПЭЕ и пороговый элемент фазы, в которой прошло снижение уровня изоляции (ПЭА или ПЭВ или ПЭС). Блокирующий сигнал, формируемый элементом ЗАПРЕТ, не возникает и элемент СБЕ выдаёт сигнал о неисправности ввода с указанием ввода с неисправной изоляцией.

Разработан алгоритм функционирования усовершенствованного устройства контроля изоляции вводов, интегрированного в АСКТС ТсДСЭ.

В третьей главе на основании обзора методов оценки степени старения изоляции сделан вывод о целесообразности использования в АСКТС ТсДСЭ методов контроля относительной скорости термического износа изоляции и контроля концентрации газов в масле.

Также были сформулированы две задачи:

- управления относительной скоростью термического износа изоляции;

- своевременного обнаружения неполадок, связанных с ускоренным старением изоляции, которое выявляется контролем концентрации газов в масле.

Для решения поставленных задач целесообразно использовать аппарат нейронных сетей, что объясняется следующим:

- моделирование относительной скорости термического износа изоляции затруднено сложностью (иногда невозможностью) точного определения необходимых параметров трансформаторного оборудования, находящегося в эксплуатации длительный срок;

- при помощи нейронных сетей можно сколько угодно точно воспроизвести любую непрерывную функцию многих переменных;

- в процессе функционирования в систему поступает вся необходимая для обучения и последующего функционирования нейросети информация.

Для создания модели относительной скорости термического износа изоляции в общем случае необходимо иметь модели как температуры верхних слоев масла (ТВСМ), так и температуры нижних слоев масла (ТНСМ). В этой связи используется хорошо зарекомендовавшая себя архитектура на базе нейронных сетей, разработанная коллективом авторов в составе Карапетяна Н.В., Туркота В.А. и Филиппова А.А. В частном случае (при наличии датчика температуры наиболее нагретой точки (ТННТ), установленного в трансформаторе) происходит моделирование не ТВСМ и ТНСМ, а ТННТ.

Предложенная модель изменения относительной скорости термического износа изоляции позволяет определить: какие охладители должны быть включены для поддержания требуемой относительной скорости термического износа изоляции, что невозможно обеспечить средства-

ми широко используемого на практике алгоритма управления системой охлаждения трансформатора, основанного на ГОСТ 14209-97 или МЭК 60067-7:2005.

Разработаны два алгоритма управления относительной скоростью термического износа изоляции трансформаторного оборудования, основанные на применении предложенной модели изменения относительной скорости термического износа изоляции:

- жёсткая установка значения относительной скорости термического износа изоляции;

- управление относительной скоростью термического износа с учётом экономической целесообразности включения-отключения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения трансформатора.

В первом случае включение-отключение электродвигателей вентиляторов системы охлаждения трансформатора определяется условием постоянства требуемой относительной скорости термического износа изоляции.

Во втором случае управление производится с учётом износа указанных электродвигателей и потребляемой ими электроэнергии.

Получено неравенство, позволяющее оценить экономическую целесообразность включения-отключения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения:

где индекс i = 0...п- номер одного из п включённых сверх уже находящихся в работе электродвигателей вентиляторов системы охлаждения;

Д6Л1_2 - разность относительной скорости термического износа изоляции при отключённом электродвигателе вентилятора системы охлаждения и относительной скорости термического износа изоляции при включённом электродвигателе вентилятора системы охлаждения; P¡ - мощность ¿-ого электродвигателя вентилятора системы охлаждения; Сч - стоимость киловатт-часа электроэнергии; Сд.,ЮЕи- - стоимость í-oro электродвигателя вентилятора системы охлаждения; txmiu -номинальный срок службы 1-ого электродвигателя вентилятора системы охлаждения; СТ.1Ю, - стоимость контролируемого трансформатора; tTmil - номинальный срок службы контролируемого трансформатора.

На основании полученного неравенства построены поверхности, определяющие экономическую целесообразность включения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения, одна из которых в качестве примера приведена на рисунке 5.

Анализ полученных графических зависимостей позволил сделать следующие выводы:

- при нахождении значения функции Д0Л1_2 в области над поверхностью включение электродвигателей вентиляторов системы охлаждения экономически целесообразно;

- зависимости Д0Л1_2 = /(я), Д6Л1_2 = /(Р) и Д0/ц_2 = /(Сч) имеют линейный характер;

- влияние одного электродвигателя вентилятора охлаждения на значение ДЭЛ1_2 растёт с уменьшением стоимости трансформаторного оборудования;

- при одинаковом количестве включённых вентиляторов системы охлаждения меньшее значение Д6Л1_2 обеспечивается при меньшей мощности двигателей вентиляторов системы охлаждения;

- стоимость электроэнергии оказывает значительное влияние на Д0Л1_2.

Рисунок 5 - Зависимость Д0Й1_2 = f(nl Сч), при Ст.ков = 30 млн. рублей

С целью моделирования газосодержания трансформаторного масла произведён выбор нейронной сети с радиально-базисными функциями активации (К£/-'-ссти).

Использование нейросетевой модели позволяет ряд трудностей:

- Руководящими документами не устанавливается зависимость между нагрузкой, температурой верхних слоев масла , температурой нижних слоев масла, сроком службы трансформатора и количеством выделяемых в это время газов. Одним из последствий игнорирования этих зависимостей является возможность ложной сигнализация неисправности, обусловленная временным повышением концентрации контролируемого газа;

- ввиду отсутствия зависимости между параметрами работы трансформаторного оборудования и количеством выделяемого в масле газа невозможно установить вклад конкретного режима нагрузки в развитие каждого конкретного дефекта;

- с ростом срока эксплуатации возрастают концентрации газов, растворённых в масле, которые являются нормальными для трансформатора, что усложняет выбор уставок срабатывания тревог.

С целью устранения этих трудностей предложено создать модель, позволяющую установить зависимость между нагрузкой, ТВСМ, ТНСМ, сроком службы трансформатора и количеством выделяемого в масло газа.

После обучения сеть представляет собой модель изменения концентрации конкретного газа при изменении параметров трансформатора.

Значения концентрации газа в масле, вычисляемые нейросетью на основе данных реаль-; ного времени, а также концентрации того же газа, измеренные модулем контроля газосодержа- ' ния и влагосодержания трансформаторного масла, позволят избежать ложной сигнализации, обусловленной кратковременным возрастанием концентрации газа, вследствие повышенной нагрузки или общего старения изоляции.

Четвертая глава посвящена разработке АСКТС ТсДСЭ и её техническим решениям.

На основе анализа характеристик современных систем и требований ОАО «ФСК ЕЭС» к ним, проведённого в первой главе, а также предложенных усовершенствований, изложенных во второй и третьей главах, автором были разработаны структурная схема АСКТС ТсДСЭ (см. рис. 6), часть алгоритмического и программного обеспечения системы, а также шкафы АСКТС ТсДСЭ.

Реализованная на основе положений, полученных в работе, система размещается в шести шкафах, пять из которых (шкаф управления, шкаф контроля газосодержания и влагосодержания масла (КеЬпап), шкаф контроля состояния регулятора напряжения под нагрузкой (РПН), шкаф контроля состояния изоляции вводов (АСКИ КТУ-5) и шкаф контроля и управления температурным режимом трансформатора) размещаются непосредственно у трансформатора, а шестой - автоматизированном рабочем месте (АРМ) оператора - в помещении операторов.

Уровень 3

АРМ оператора

Уровень 2

Ethernet

Шкаф управления

Конвертор

Modbus(RS485)

Аналоговый модуль

_L

Модуль анализа информации от

термо-соирогивлснин

Уровень 1

Юкаф контроля состояния РПН

Аналоговый модуль

Модуль анализа информоаи и от термо-

сопро-тиалсний

Шкаф контроля газосодержания и влагосодержания масла

Датчик контроля газосодержания масла

Датчик контроля влшосодер-жания масла

Шкаф контроля состояния

изоляции вводов

Цифровой модуль

Аналоговый модуль

Элементы защиты от ИКГ1

1

Ящик клеммный

| Днотп [ | Дтпр | | Дтрпн

Рисунок 6 - Структурная схема системы

Шкаф контроля состояния системы управления охлажде! тем

| Дискретные модули

Блок реле

| Дтвн || Дтсн~|| Дтнн [[¿]| Днсн Н^нн | | Дт1см| [дтас^ | Дтес | | Да | | Дв | | Дс |

Каждый из шкафов представляет собой законченный модуль, который может быть использован автономно, поэтому возможны варианты реализации системы, в которых отсутствуют один или несколько шкафов. Данное техническое решение удобно для эксплуатации, так как не во всех случаях на трансформаторах целесообразно устанавливать полные комплекты АСКТС ТсДСЭ.

Внешний вид двух из разработанных шкафов показан на рисунке 7.

а) 6)

Рисунок 7 - Внешний вид шкафов системы а) - шкаф управления; б) - шкаф контроля и управления температурным режимом

трансформатора

В случае необходимости может осуществляться анализ сигналов релейной защиты трансформатора (сигналы от газовых реле, сигнал об уровне масла в баке и другие).

В системе осуществляется самодиагностика модулей, входящих в её состав. Информация о результатах диагностики отображается в ЛГАОА-системе, установленной на АРМ оператора. В случае наличия неполадок (отключение питания, обрыв линии связи, выход из строя модуля и другие) оператор будет оповещён о неисправности системы. Информация, поступающая от модулей, у которых выявлена аппаратная недостоверность, в алгоритмах игнорируется. После устранения неполадки аппаратная недостоверность автоматически снимается, и информация вновь будет использована в алгоритмах.

Разработанная система прошла лабораторные испытания. Предполагается её установка в опытную эксплуатацию на один из трансформаторов с длительным сроком эксплуатации.

Основные выводы и результаты работы

В диссертационной работе изложены научно-обоснованные технические разработки, обеспечивающие решение важных прикладных задач. Основные научные выводы и практические результаты можно сформулировать в следующем виде.

1. Разработана методика оценки экономического эффекта от внедрения автоматизированной системы контроля состояния трансформаторов с длительным сроком эксплуатации (АСКТС ТсДСЭ), которая может быть использована для определения срока функционирования трансформатора, начиная с которого установка на нём системы даст наибольший экономический эффект.

2. Предложен ряд усовершенствований АСКТС ТсДСЭ, использование которых увеличит процент выявляемых дефектов почти в два раза, по отношению к проценту дефектов выявляе-

мых системой, соответствующей требованиям ОАО «ФСК ЕЭС». Стоимость системы, по отношению к системе, соответствующей требованиям ОАО «ФСК ЮС», при этом возрастает на 10 %. К этим усовершенствованиям относятся: контроль деформации обмоток, контроль дефектов системы охлаждения и др.

3. На основе анализа совокупности диагностических функций, реализуемых АСКТС ТсДСЭ, обоснована целесообразность сокращения набора газов выявляемых модулем контроля газосодержания трансформаторного масла до СО и COj.

4. Разработана методика и критерий оценки экономической целесообразности включения-отключения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения.

5. Разработано устройство МКССУО-01, интегрирующее систему управления охлаждением, ранее установленную на трансформаторе, в АСКТС ТсДСЭ. При этом нет необходимости в установке нового модуля контроля и управления системой охлаждения.

6. Предложено усовершенствование структуры системы автоматизированного контроля состояния изоляции высоковольтных вводов по неравновесно-компенсационному методу, позволяющее снизить вероятность ложного срабатывания в случае наличия атмосферных осадков на загрязненных поверхностях вводов.

7. Предложен способ контроля степени деформации обмоток трехфазных трёхстержне-вых трансформаторов под рабочим напряжением, базирующийся на фиксации векторов напряжений и токов и вычислении индуктивного сопротивления короткого замыкания, учитывающий неравенство сопротивлений намагничивания прямой и нулевой последовательностей.

8. Разработаны: структурная, функциональная и принципиальная схемы АСКТС силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации, а таюке алгоритмическое обеспечение автоматизированного рабочего места оператора. При участии автора разработан и изготовлен образец АСКТС ТсДСЭ. Образец прошел лабораторные испытания.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в работах:

в гаданиях, рекомендованных ВАК:

1. Дашевский Е.Г. Оценка экономической эффективности систем мониторинга трансформаторного оборудования, находящегося в эксплуатации длительный срок//Известия вузов. Электромеханика. - 2010 г. - Выпуск № 4 - С. 45-49. (0,5)

2. Дашевский Е.Г. Выбор устройства контроля газосодержания и влагосодержания масла для системы мониторинга силовых трансформаторов//Известия вузов. Электромеханика. - 2010 г. - Выпуск № 6 - С. 84-86. (0,3)

3. Дашевский Е.Г., Бережной A.B. Моделирование газосодержания трансформаторного масла при помощи нейронных сетей//Известия вузов. Сев.- Кавк. Регион. Техн. науки. - 2010. -Выпуск № 4. - С. 32-35. (0,29/0,2)

4. Дашегскнй Е.Г., Бережной A.B. Применение нейронных сетей для моделирования относительной скорости термического износа изоляции трансформаторного оборудова-ния//Известия вузов. Сев.- Кавк. Регион. Техн. науки. - 2010. - Выпуск № 5. - С. 44-47. (0,32/0,22)

прочие работы по теме диссертации:

5. Дашепский Е.Г., Бережной A.B., Бережной Г.В. Контроль состояния системы управления охлаждением силового трансформатора//Известия вузов. Электромеханика. - 2009 г. -Спецвыпуск «Электроснабжение» - С. 165-167. (0,2/0,13)

6. Дашевский Е.Г., Кужеков С.Л., Бережной A.B., Бережной Г.В., Дегтярёв A.A. Структуры системы мониторинга силовых трансформаторов а автотрансформаторов//Известия вузов. Электромеханика. - 2009 г. - Спецвыпуск «Электроснабжение» - С. 167-169. (0,23/0,12)

7. Дашевский Е.Г., Бережной A.B. Применение нейронных сетей для управления относительной скоростью термического износа изоляции силовых трансформаторов//Известия вузов. Электромеханика. - 2010. - Спецвыпуск «Электроснабжение» - С. 51-53. (0,23/0,12)

8. Дашевский Е.Г., Кужеков С.Л., Бережной A.B., Дегтярёв A.A., Пекарский A.A. Авто матизированный контроль состояния (мониторинг) силовых трансформаторов и автотрансфор маторов//Известия вузов. Сев.- Кавк. Регион. Техн. науки. - 2010 г. - Спецвыпуск «Состояние перспективы строительства и ввода в эксплуатацию второго энергоблока Ростовской АЭС» -' 44-47. (0,3/0,06)

9. Дашевский Е.Г., Кужеков C.JL, Дегтярев A.A., Бережной A.B. Повышение чувстви тельности устройства автоматизированного контроля состояния изоляции вводов силовь трансформаторов под рабочим напряжением//Известия вузов. Электромеханика. - 2010. - Спец выпуск «Электроснабжение» - С. 55-57. (0,17/0,03)

Личный вклад автора в результаты работ, опубликованных в соавторстве, состоит [3] - постановка задачи, выбор метода моделирования; [5] - постановка задачи, анализ функ циональных особенностей модуля контроля и управления системой охлаждения, входящего состав АСКТС, и штатного устройства управления системой охлаждения; [6, 7] - структур» схема системы; [4,8] - постановка задачи, структурная схема модели относительной скорост» термического износа изоляции; [9] - классификация причин ложного срабатывания сигнализа ции.

ДАШЕВСКИЙ Евгений Григорьевич

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ С ДЛИТЕЛЬНЫМ СРОКОМ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Автореферат

Подписано в печать 04.07.2011. Формат 60x84 '/16 Бумага офсетная. Ризография. Усл.печ. л. 1.0. Уч.-изд. л. 1.6. Тираж 100экз. Заказ.48-3090

Отпечатано в ИД «Политехник» 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132 тел., факс (8635) 25-53-03

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОБЗОР И АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ МОНИТОРИНГА ТРАНСФОРМАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

1.1 Анализ состояния парка силовых трансформаторов и автотрансформаторов.

1.1.1 Выводы по пункту 1.1.

1.2 Задачи, решаемые известными системами мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов.

1.2.1 Требования ОАО «ФСК ЕЭС» к системам мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов.

1.2.2 Задачи, решаемые системой TDM. 2q

1.2.3 Задачи, решаемые системой СУМ ТО.

1.2.4 Задачи, решаемые системой TP AS. ^

1.2.5 Выводы по пункту 1.2.

1.3 Алгоритмы мониторинга, используемые известными системами мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов.

1.3.1 Требования ОАО «ФСК ЕЭС» к алгоритмическому обеспечению систем мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов.

1.3.2 Алгоритмы, используемые системой TDM.

1.3.3 Алгоритмы, используемые системой СУМ ТО.

1.3.4 Алгоритмы, используемые системой TPAS.

1.3.5 Выводы по пункту 1.3.

1.4 Техническая реализация известных систем мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов.

1.4.1 Требования ОАО «ФСК ЕЭС» к способам реализации систем мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов.

1.4.2 Техническая реализация системы TDM.^

1.4.3 Техническая реализация системы СУМ ТО.

1.4.4. Техническая реализация системы ТРАБ.

1.4.5 Выводы по пункту 1.4. ^

1.5 Способы интеграции в АСУ ТП, используемые в известных системах мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов. ^

1.5.1 Требования ОАО «ФСК ЕЭС» к способам интеграции систем мониторинга силовых трансформаторов и автотрансформаторов в АСУ ТП. ^

1.5.2 Способ интеграции в АСУ ТП СУМ ТО.

1.5.3 Выводы по пункту 1.5.

1.6 Выводы по главе 1.

2 ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ, ДЛИТЕЛЬНОЕ ВРЕМЯ НАХОДЯЩИХСЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ.

2.1 Оценка экономической эффективности системы мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации.

2.2 Методика выбора устройства контроля газосодержания и влагосо-держания трансформаторного масла для системы мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации.

2.3 Устройство сопряжения системы управления охлаждением и системы мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации.

2.4 Контроль деформации обмоток силового трансформатора под рабочим напряжением.

2.4.1 Анализ существующих методов контроля деформации обмоток силового трансформатора под рабочим напряжением. ^

2.4.2 Эквивалентная схема силового трансформатора.

2.4.3 Моделирование в среде Ма^аЬ.

2.5 Система контроля состояния вводов с бумажно-масляной изоляцией

2.5.1 Обзор методов контроля состояния вводов с бумажно-масляной и ШР-изоляцией конденсаторного типа.

2.5.2 Система автоматизированного контроля изоляции вводов, отстроенная от влияния атмосферных осадков на загрязнённых поверхностях вводов.

2.5.3 Алгоритм отстройки системы автоматизированного контроля изоляции вводов от влияния атмосферных осадков на загрязнённых поверхностях вводов.

2.6 Выводы по главе 2. ^

3 НЕЙРОННЫЕ СЕТИ В СИСТЕМЕ МОНИТОРИНГА СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ, ДЛИТЕЛЬНОЕ ВРЕМЯ НАХОДЯЩИХСЯ

В ЭКСПЛУАТАЦИИ.

3.1 Методы определения старения изоляции.

3.1.1 Выводы по пункту 3.1.

3.2 Определение требований к методу, используемому для решения задач моделирования концентрации газов в трансформаторном масле и моделирования относительной скорости термического износа изоляции. ^^

3.2.1 Общие сведения о нейронных сетях.

3.2.2 Моделирование относительной скорости термического износа изоляции при помощи нейронных сетей.

3.2.3 Выбор типа и определение требований к нейронной сети, решающей задачу моделирования концентрации газов в трансформаторном масле.

3.3 Применение нейросетевой модели относительной скорости термического износа изоляции в системе мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации.

3.4 Определение экономической целесообразности включенияотключения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения

1 115 трансформатора.

3.5 Выводы по главе 3.

4 РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ, ДЛИТЕЛЬНОЕ ВРЕМЯ НАХОДЯЩИХСЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ.

4.1 Структура разработанной системы мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации. ^^

4.2 Алгоритмической обеспечения системы мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации.

4.2.1 Общие положения.

4.2.2 Алгоритмы контроля теплового состояния, повышения напряжения и газосодержания трансформаторного масла.

4.2.3 Алгоритмы контроля состояния системы охлаждения. л

4.3 Интерфейс АРМ оператора.

4.4 Обеспечение электропитания системы мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся в эксплуатации и связи с АСУ ТП, РЗА и ЦС.

4.5 Лабораторные испытания системы мониторинга силовых трансформаторов, длительное время находящихся к эксплуатации.

4.6 Выводы по главе 4.

Актуальность темы. Силовые трансформаторы входят в состав основного высоковольтного оборудование электростанций и подстанций. Они являются системообразующими элементами и по своим техническим и конструктивным параметрам не подлежат частой замене, то есть аварийный выход трансформатора из строя ставит под угрозу нормальное функционирование станции или подстанции [1], тем самым создавая угрозу недоотпуска электроэнергии потребителям, которая в свою очередь может привести к возникновению экономического ущерба, величина которого зависит от спецификипотре-бителя.

Особенностью силовых трансформаторов, в первую очередь, является недоступность обмоток для прямого обследования, которая делает контроль их состояния сложной задачей. Ещё одной особенностью является высокий уровень электромагнитных помех и ультравысоких напряжений, усложняющих измерение электрических параметров трансформатора во время его работы.

Также следует учитывать тот факт, что суммарная мощность силовых трансформаторов в энергосистемах превышает установленную мощность генераторов и 80-90% недоотпуска электроэнергии в электрических сетях происходит из-за аварий силовых трансформаторов [2].

Таким образом, повреждаемость силовых трансформаторов непосредственно влияет на надёжность энергосистемы в целом, что объясняет высокие требования, предъявляемые к надёжности силовых трансформаторов. Одним из путей повышения надёжности является своевременное диагностирование развивающегося дефекта, который может привести к аварийному выходу из строя силового трансформатора.

Наибольшей эффективностью, согласно [1, 3], в предупреждении аварий трансформаторов обладают автоматизированные системы контроля технического состояния, чаще называемые системами мониторинга (далее, система, АСКТС, СМ).

Первые разработки подобных систем относятся к началу 80-ых годов XX века.

В настоящий момент наибольшее проработанными являются системы мониторинга зарубежного производства (системы TPAS, Siemens, ABB Sech-erori), существует также ряд разработок производства России и стран СНГ (системы SAFE-T, TDM, СУМ-ТО).

Вышеупомянутые системы мониторинга в подавляющем большинстве случаев устанавливаются на новые трансформаторы, вводимые в эксплуатацию, но, как видно из [4], значительное количество отказов происходит на трансформаторах, уже находящихся в эксплуатации более 10 лет. По данным [5], на трансформаторы с таким сроком службы приходится порядка 90% парка силовых трансформаторов России.

Разработка и обоснование технических и алгоритмических решений для системы мониторинга силовых трансформаторов с длительным сроком эксплуатации (ТсДСЭ) представляет научный и практический интерес.

Приведенные соображения объясняют актуальность исследования АСКТС ТсДСЭ и разработку средств для её реализации.

Решению этой проблемы посвящены работы Абрамова В.Б., Алексеева Б.А., Баранникова Е.Я., Бедерака Я.С., Богатырёва Ю.Л., Вдовико В.П., До-рожко C.B., Засыпкина A.C., Иерусалимова М.Е., Мордковича А.Г., Несви-жинского А.И., Проценко А.Р., Рассальского А.Н., Русова В. А., Сенчукова A.A., Соколова В.В., Туркота В.А., Фадеева Н.Э., Цфасмана Г.М., Шакаряна Ю.Г., Шинкаренко Г.В., Boss P., Ecknauer Е., Gysi R., Knab H. J., Leibfried Th., Marks J., и др.

Объектом исследования диссертационной работы являются АСКТС

ТсДСЭ.

Цель работы и задачи исследования. Целью работы является разработка АСКТС ТсДСЭ, обеспечивающей уменьшение числа аварийных отказов трансформаторного оборудования.

Для достижения этой цели в диссертационной работе решаются следующие основные задачи:

1. Исследование и анализ существующих систем, их алгоритмического и программного обеспечения, а также их структуры.

2. Разработка методики оценки экономического эффекта от использования АСКТС ТсДСЭ.

3. Разработка устройства интеграции системы управления охлаждением, ранее установленной на трансформаторе, в АСКТС ТсДСЭ.

4. Разработка методики оценки экономической целесообразности вюпоче-ния-отключения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения.

5. Определение целесообразного набора газов, контролируемых устройствами' контроля газосодержания и влагосодержания масла, являющегося составной частью АСКТС ТсДСЭ.

6. Разработка способа контроля степени деформации обмоток трансформатора под рабочим напряжением.

7. У совершенствование устройства контроля состояния изоляции высоковольтных вводов по неравновесно-компенсационному методу (НКМ), интегрируемого в АСКТС ТсДСЭ, позволяющее избежать ложного срабатывания в случае наличия атмосферных осадков на загрязненных поверхностях вводов.

8. Разработка АСКТС ТсДСЭ, основанной на предложенных усовершенствованиях, а также её алгоритмического и программного обеспечения.

Методы исследований и достоверность результатов. Поставленные в диссертации задачи решены с использованием методов теории электрических цепей, электрических машин, математического моделирования, нейронных сетей и другие.

Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертации, а также результатов аналитических исследований, обеспечиваются согласованием результатов, полученных во время испытаний в лабораторных условиях с результатами математического моделирования. Расхождение результатов экспериментальных данных с результатами математического моделирования не превышало 10%.

Научная новизна работы. В работе содержатся следующие новые научные результаты:

1. Предложен способ автоматизированного контроля деформации обмоток понижающего трёхфазного силового трансформатора или трёхфазной группы однофазных силовых трансформаторов под рабочим напряжением, в отличие от существующих основан на сравнении вычисленных и базовых значений индуктивных сопротивлений короткого замыкания с учетом неравенства сопротивлений намагничивания для токов прямой и нулевой последовательностей.

2. Предложено усовершенствование структуры системы автоматизированного контроля состояния изоляции высоковольтных вводов по неравновесно-компенсационному методу, отличающийся от существующих сравнением значений контролируемых токов утечки вводов с заданными и запрете сигнализации о недопустимом ухудшении изоляции, позволяющее избежать ложного срабатывания в случае наличия атмосферных осадков на загрязненных поверхностях вводов.

3. Разработана методика оценки экономического эффекта от внедрения АСКТС ТсДСЭ, в отличие от существующих основанная на определении целесообразного числа контролируемых АСКТС ТсДСЭ параметров трансформатора.

4. Разработана методика оценки экономической целесообразности включения-отключения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения, отличающийся от существующих тем, что базируется на сравнении экономии ресурса изоляции трансформатора и затрат на обеспечение указанной экономии.

5. Обосновано сокращение контролируемых модулем контроля газосодержания и влагосодержания масла газов до СО и СО?, отличающееся от существующих тем, что основано на анализе совокупности диагностических функций, реализуемых АСКТС трансформаторного оборудования.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Предложенные усовершенствования АСКТС (контроль степени деформации обмоток, течей масла, дефектов системы охлаждения, использование датчиков вибрации и частичных разрядов, во вводах и обмотках трансформатора), использование которых позволяет уменьшить величину отношения «стоимость системы - процент выявляемых дефектов», выраженную в процентах к системе, отвечающей требованиям ОАО «ФСК ЕЭС», почти в два раза по отношению к системе, соответствующей требования ОАО «ФСК ЕЭС», не увеличивая значительно при этом стоимость самой системы по отношению к системе, соответствующей требованиям ОАО «ФСК ЕЭС».

2. Разработано и практически реализовано устройство интеграции системы управления охлаждением, ранее установленной на трансформаторе, в АСКТС ТсДСЭ.

3. Предложенные в диссертации усовершенствования реализованы в АСКТС ТсДСЭ.

Реализация результатов работы.

Результаты работы используются в АСКТС ТсДСЭ, изготовленной ООО НПФ «Квазар» (г. Новочеркасск) по заданию филиала ОГК-5 «Невино-мысская ГРЭС».

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методика оценки экономического эффекта от внедрения, АСКТС ТсДСЭ.

2. Способ контроля степени деформации обмоток трансформатора под рабочим напряжением.

3. Усовершенствованная структура системы автоматизированного контроля изоляции, позволяющая избежать ложного срабатывания в случае наличия атмосферных осадков на загрязненных поверхностях вводов.

4. Методика оценки экономической целесообразности включенияотключения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения.

5. Устройство интеграции в АСКТС системы управления охлаждением, ранее установленной на трансформаторе.

6. Обоснование целесообразности контроля концентрации газов, растворённых в масле СО и СО2, модулем контроля газосодержания и влагосо-держания масла, входящим в состав АСКТС ТсДСЭ.

Публикации. По результатам выполненных исследований и разработок опубликовано 9 печатных работ, из них 4 в рецензируемых научных журналах из перечня ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 164 страницах, содержит 45 рисунков, 16 таблиц и 104 литературных источников.

4.6 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4

1. Разработана структурная схема СМ, отвечающая требованиям ОАО «ФСК ЕЭС».

2. На основании требований ОАО «ФСК ЕЭС», а также предложенных в п.2.2 усовершенствований, разработано программное обеспечение СМ.

3. На основании требований ОАО «ФСК ЕЭС», а также предложенных в г.2 усовершенствований, разработана СМ, ориентированная на установку на трансформаторы с длительным сроком эксплуатации и изготовлен её экспериментальный образец.

4. Разработано устройство подключения СМ (УПСМ-01), позволяющее производить проверку шкафов СМ.

5. Разработана программа проведения лабораторных испытаний СМ и проведены её лабораторные испытания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе изложены научно-обоснованные технические разработки, обеспечивающие решение важных прикладных задач. Основные научные выводы и практические результаты можно сформулировать в следующем виде:

1. Разработана методика оценки экономического эффекта от внедрения автоматизированной системы контроля состояния трансформаторов с длительным сроком эксплуатации (АСКТС ТсДСЭ), которая может быть использована для определения значения срока функционирования трансформатора, начиная с которого установка на нём система даст наибольший экономический эффект.

2. Предложен ряд усовершенствований АСКТС ТсДСЭ, использование которых увеличит процент выявляемых дефектов почти в два раза, по отношению к проценту дефектов выявляемых системой, соответствующей требованиям ОАО «ФСК ЕЭС». Стоимость системы, по отношению к системе, соответствующей требованиям ОАО «ФСК ЕЭС», при этом возрастает на 10%. К этим усовершенствованиям относятся: контроль деформации обмоток, контроль дефектов системы охлаждения и др.

3. На основе анализа совокупности диагностических функций, реализуемых АСКТС ТсДСЭ, обоснована целесообразность сокращения числа контролируемых газов контролируемых модулем контроля газосодержания трансформаторного масла до СО и СО2.

4. Разработана новая методика оценки экономической целесообразности включения-отключения электродвигателей вентиляторов системы охлаждения.

5. Разработано устройство МКССУО-01, интегрирующее систему управления охлаждением, ранее установленную на трансформаторе, в АСКТС ТсДСЭ. При этом нет необходимости в установке нового модуля контроля и управления системой охлаждения.

6. Предложено усовершенствование структуры системы автоматизированного контроля состояния изоляции высоковольтных вводов по НКМ, позволяющее снизить вероятность ложного срабатывания в случае наличия атмосферных осадков на загрязненных поверхностях вводов.

7. Предложен способ контроля степени деформации обмоток трехфазных трансформаторов под рабочим напряжением, базирующийся на фиксации векторов напряжений и токов и вычислении индуктивного сопротивления короткого замыкания, учитывающий неравенство сопротивлений намагничивания прямой (обратной) и нулевой последовательностей.

8. Разработаны: структурная, функциональная и принципиальная схемы АСКТС силовых трансформаторов, длительное время находится в эксплуатации, а также алгоритмическое обеспечение АРМ оператора. При участии автора разработан и изготовлен образец АСКТС ТсДСЭ. Образец прошел лабораторные испытания.