автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Информационно-измерительная система для контроля параметров силовых трансформаторов при электродинамических испытаниях и в эксплуатации

* I * р Г б од 2 7 ЯИЗ Г- 2 7 ПИВ 1397

На правах рукописи

Хренников Александр Врьевич

УДК 681.518:621.314.222.6

ЙНФОРМЙЦЙОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЙЗ СИСТЕМА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПРИ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ И 8 ЭКСПЛЭАТАЦИИ

Специальность 05.lt.16 -Информационно-измерительные системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара-1996

Работа выполнена в Научно-техническом центре Всероссийского электротехнического института имени В.И.Ленина в г.Тольятти

Научный руководитель - кандидат технических наук.

1легель Олег Александрович

Официальные оппоненты - доктор технических наук.

профессор Конюхов Николай Евгеньевич кандидат технических наук, доцент Мелентьев Владимир Сергеевич

Ведущее предприятие - ЙО "Трансформатор" г.Тольятт Защита диссертации состоится

в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 063.16.0t при Самарском государственном техническом университете по адресу: 443010, г.Самара, ул.Галакти-оновская. 141. адд.23.

С диссертацией moiho ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета.

Автореферат разослан 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

В.Г.1иров

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ«

ЙКТНЙЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В связи с дальнейшим ростом стоимости электрооборудования, старением парка трансформаторов при достаточно высоком уровне мощности короткого замыкания в энергосистемах проблема электродинамической стойкости трансформаторов и их диагностика остается по-прежнему актуальными. По данным СИГРЗ повреждаемость трансформаторов из-за нестойкости обмоток при КЗ составляет от 3 до 5У. от общего числа аварий.

Основным направлением повыжения надежности высоковольтного трансформаторно-реакторного оборудования является испытания, максимально приближенные к условиям эксплуатации, например, электродинамические испытания на стойкость к токам КЗ.

Контроль параметров силовых трансформаторов позволяет при электродинамических испытаниях определить реальное состояние обмоток, не довести их до разружения и определить предел прочности конструкции. В эксплуатации он позволяет выявить повреждение на стадии возникновения, вывести трансформатор в ремонт и не допустить перерыва электроснабжения.

Существуящие методы контроля применявтся в ходе испытаний трансформаторов можностьи до 125 МВА на генераторных стендах в ВЗИ, НИИ УЭТС, НИЦ ВВА и других, а также для профилактики повреждений в энергосистемах "Мосэнерго". "Ленэ-нерго". "Донбассэнерго". "Свердловэнерго", "Самараэнерго" и других. Известные методы контроля не позволаит обнаружить остаточные деформации обмоток трансформаторов с общим изменением величины сопротивления КЗ до 0,2 скручивание обмоток и др. На выжеперечисленных стендах измерения проводятся стрелочными приборами без использования информационно-измерительных систем (ИИС). В энергосистемах измерения проводятся достаточно редко лижь в межремонтные паузы и не могут уловить быстроизменявжуося динамику повреждения.

Кроме того, болыой обьем. трудоемкость проведения измерений и необходимость автоматической регистрации полученных результатов требупт создания ИИС для контроля параметров трансформатора, позволяющих проводить обработку измерительных данных силовых трансформаторов в ходе электродинамичес-

ких испытаний. Эта задача решается на сетевом стенде напряжением 500 кВ в НТЦ ВЭИ в г.Тольятти, где в ходе испытаний на стойкость токах КЗ трансформаторов мощностью от 25 до 666 НВй проводится контроль их состояния.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - создание информационно-измерительной системы. .позволяющей обеспечить контроль параметров силовых трансформаторов, увеличить точность измерения индуктивного сопротивления КЗ трансформатора в ходе электродинамических испытаний и в эксплуатации.

В соответствии с целью поставлены задачи исследования:

- проанализировать существующие методы диагностики повреждений силовых трансформаторов, с точки зрения их эффективности и чувствительности к остаточным деформациям:

- классифицировать основные виды повреждений трансформаторов на сетевом стенде:

- разработать математические модели отклонения параметра индактивного сопротивления КЗ с целью уточнения величины доверительного интервала измерений:

разработать информационно-измерительную систему для контроля параметров трансформатора под рабочим напряжением, разработать алгоритмы и программы на ЭВМ для расчета индуктивности:

- провести спектральный анализ сигналов в обмотках трансформатора в ходе испытаний на КЗ и исследовать зависимость спектров от характера возникающих деформаций:

- проанализировать результаты диагностики трансформаторов в ходе испытаний и в эксплуатации, предложить научно обоснованные рекомендации по повыжения чувствительности схем измерений. по надежной интерпретации результатов.

наачная новизна рйботн.

1.Разработаны математические модели отклонения параметра индуктивного сопротивления КЗ. которые позволяют уточнить величину доверительного интервала измерений, определить наиболее вероятные виды деформаций, прогнозировать развитие остаточных деформаций при последующих КЗ.

2.Проведен спектральный анализ сигналов в обмотках трансформаторов мощностью 25 КВй. 250 МВЙ и 400 МВЙ в ходе электродинамических испытаний, позволяющий установить закономерности поведения основных резонансных частот обмоток

трансформаторов при возникновении остаточных деформаций.

3.Разработаны алгоритм и программное обеспечение информационно-измерительной системы (ИИС) для контроля параметров силовых трансформаторов.

4.Разработана информационно-измерительная система (ИИС) для непрерывного контроля параметров силовых трансформаторов в ходе электродинамических испытаний и в эксплуатации, позволяемая своевременно обнару!ить повреждение, повысить лварийнобезопасность при проведении испытаний.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Разработаны теоретические и методические вопросы проведения диагностических измерений и математической обработки их результатов с помощьв ИИС контроля параметров, которые подтверждены экспериментально и использованы в ходе диагностики 25 трансформаторов и реакторов при испытаниях на Ночном испытательном стенде (МИС) в г.Тольятти, а также при обследовании 70 трансформаторов в энергосистеме "Самараэнерго".

Диагностика выявила скручивание обмотки и радиальные деформации при испытаниях трансформатора типа ТДЦ-400000/220. повреждение регулировочной обмотки и полегание витков автотрансформатора типа АОДЦТНО-167000/500/220. раскручивание регулировочной обмотки трансформатора для железных дорог типа ОРДТН1-25000/220. радиальтае деформации и потери осевой устойчивости обмотки низшего напряжения (НН) трансформатора типа ТДЦ-250000/220, обнаружила распрессовку обмоток трансформаторов ЭТЦНКД-160000/1Ю. ТРДЦНМ-100000/200000/220 и ЭТЦНДТ-160000/35, полегание витков в обмотке 500 кй сверхмощного трансформатора для Рогунской ГЭС типа ТЦ-666000/500. Контролировалось состояние 5 высокочастотных заградителей для ЛЭП 750 кВ типа ВЗ-2000, токоограничивапщих реакторов РОСТ-700, реактора для АЗС РОМ-35. реакторов для статических тиристорных компенсаторов РКОС-36000/33.Контроль трансформаторов. находящихся в эксплуатации в системе "Самараэнерго" обнаружил различные повреждения у 8 трансформаторов.

При испытаниях на МИС и в системе "Самараэнерго" диагностировались трансформаторы (реакторы) производства АО "Трансформатор". АО "Запорожтрансформатор". АО "Электрозавод".

По результатам работы выпучено 12 отчетов и протоколов измерений, даны рекомендации для заводов-изготовителей по

усилению конструкции обмоток: трансформаторы в эксплуатации с имещимися повреждениями выведены из работы, произведен их капитальный ремонт, что позволило избежать ущерба.

Разработки, основанные на диссертационной работе, внедрены на знергообьектах ЙО "Самараэнерго". в том числе на ТЭЦ ВйЗа и Волжской ГЭС им.В.И.Ленина, в энергопроизводстве ВйЗа.

Разработанная информационно-измерительная система использована на сетевом стенде напряжением 500 кВ в НТЦ ВЗИ в г.Тольятти для непрерывного контроля параметров трансформаторов в процессе электродинамических испытаний.

НЙ ЗШТЯ ВЫНОСИТСЯ:

- классификация основных видов повреждений силовых трансформаторов (реакторов) при испытаниях на сетевом стенде:

- математические модели отклонения параметра индуктивного сопротивления КЗ силовых трансформаторов:

- схемы и алгоритм работы информационно-измерительной системы для контроля параметров трансформаторов в ходе электродинамических испытаний и в эксплуатации:

- основные закономерности поведения резонансных частот обмоток силовых трансформаторов, полученные в результате спектрального анализа сигналов, в случае возникновения остаточных деформаций:

- методика диагностических измерений трансформаторов мо*-ностьв свыше 200 МВА и силовых реакторов на сетевом стенде:

АПРОБАЦИЯ РйБОТН. По результатам работы сделан доклад на XIX конференции молодых специалистов ВЭИ им.В.И.Ленина в 198? году, на У111 Всесоюзной научно-технической конференции по трансформаторостроенив (г.Запорожье. 1990 г.). на конференции "Организация электроремонта" в Центральном Доме Знаний (г.Москва. 1993 г.), на ХУ семинаре по электроснабжению предприятий (г.Новочеркасск. 1993 г.). на 9-й Международной конференции по энергетическим системам (Санкт-Петербург, 1994 г.). на конференции "Энергосбережение, электрооборудование" (Новомосковск. 1994 г.). на международном Симпозиуме "Электротехника-2010 год" (Москва. 1995г.), на конференции "Электрооборудование, электроснабжение, электропотребление" (Москва. МЭИ.ноябрь 1895).

Работа обсуждалась на заседаниях НТС отдела коммутационной аппаратуры ВЭИ в 1990-1993 гг.. на заседаниях НТС филиа-

ла ВЗИ в г.Тольятти в 1989-1993 гг., на заседании кафедры "Электроснабжение промпредприятий" Тольяттинского политехнического института в 1993 г.. на заседании НТС Научно-иссле-довательского центра по испытаниям высоковольтной аппаратуры в 1994 г.. в СПКТБ ЙО "Трансформатор" в 1995 г., на технических совещаниях в АО "Сахараэнерго" и ОЭС "Волгаэнерго'ЧСамара. 1995-9бгг.).

По результатам выполненных исследований опубликовано девять статей и получено пять авторских свидетельств и патентов РФ.

ОБЬЕИ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения. четырех глав, закличения, приложения и списка литературы С 91 наименование), изложенных на 177 страницах, из них 137 страниц машинописного текста. 25 рисунков и 13 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи работы, сформулированы научные положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе диссертации дан подробный анализ объекта исследования и существувщих методов контроля параметров силовых трансформаторов, применяемых в ходе электродинамических испытаний и в эксплуатации.

Показана специфика проведения диагностики повреждений силовых трансформаторов и реакторов на сетевом стенде. Рассмотрены принципиальные возможности обнаружения повреждений силовых трансформаторов мощностьв от 25 до 1000 ИВА отечественного производства и можностьп до 360 ИВА энергокомпаний Эдисон, Вестингауз, Дженерал-электрик, Хайдро Квебек на стендах и в эксплуатации в энергосистемах CIfl. Канады. Великобритании. Японии, Польжи.

Методика диагностики повреждений трансформаторов, в том числе мощных и сверхмощных, на сетевом стенде на сегодняжний день еще недостаточно отработана и имеет ряд существенных отличий по обнаружении основных видов повреждений и обработке результатов измерений. Информационно-измерительные системы для контроля параметров трансформаторов в ходе электродинамических испытаний на данный момент не применяется ни на

- 8 -

одной из отечественных стендов.

Известные публикации по диагностике повреждений ( работы Дробымевского ft.А., Левицкой E.H.. Лурье А.И.. Млегела O.A.. Попова Е.А.. Конова B.C., Короленко В.В., Кубларова H.H.. Горвунова В.В.. Алексеева Б.А.. Могузова В.Ф.. Соколова В.В. и ряда других специалистов) не позволяют проводить достоверную диагностику трансформаторов на ИИС, однозначно интерпретировать результаты измерений и ставить диагноз повреждения.

Необходимы теоретические разработки по создании информационно-измерительных систем контроля параметров трансформаторов в ходе испытаний и в эксплуатации, по усовершенствовании методов математической обработки измерений. Диагностика повреждений силовых трансформаторов мощность!) от 300 до 666 UBfi в ходе электродинамических испытаний проводилась на ЫИС впервые.

В ходе исследований выяснилось, что более предпочтительными является методы контроля под рабочим напряжением, поэтому необходимым является разработка информационно-измерительной системы для контроля параметров трансформаторов в процессе опытов КЗ.

Во второй главе приводятся теоретические исследования, связанные с повышением наде«ности контроля параметров силовых трансформаторов в ходе электродинамических испытаний и в эксплуатации. Методы контроля должны определять состояние обмоток при воздействии на них токов КЗ. не позволить довести их до разрушения и оценить предел прочности обмотки.

Задача повышения достоверности диагностики повреждений трансформаторов в условиях сетевого стенда и в процессе эксплуатации решается несколькими путями:

- созданием математических моделей отклонения параметра индуктивного сопротивления КЗ силовых трансформаторов:

- разработкой информационно-измерительной системы (ИИС) для контроля параметров трансформаторов ;

- разработкой методических вопросов проведения диагностики повре!дений при испытаниях на сетевом стенде.

Отмечено, что наиболее эффективными методами диагностики в ходе испытаний на сетевом стенде, являптся измерение индуктивного сопротивления КЗ. контроль значения индуктив-

ности под нагрузкой и метод низковольтных импульсов (НВИ).

Приводятся математические модели отклонения параметра индуктивного сопротивления КЗ трансформаторов (реакторов), использупщие алгоритм определения вида закона распределения случайной погрешности (работа Новицкого П.В.) для уточнения величины доверительного интервала измерений.

В работах А.И.Лурье. О.Й.Млегеля был рассмотрен алгоритм вычисления доверительного интервала для многократных измерений. В продолжение этих исследований для обеспечения эффективного контроля величины индуктивного сопротивления КЗ на МИС использовалась схема с применением стрелочных приборов, панелей коммутации, испытуемого трансформатора в режиме КЗ и ИИС в составе преобразователей тока (ПТ), напряжения (ПН), мощности (ПК) и частоты (ПЧ). коммутатора, аналого-цифрового преобразователя (АЦП). ПЭВМ и печатающего устройства (рис.1). Максимально допустимое значение погрешности измерений, принималось равным О,IX. Эта величина определялась исходя из опыта испытаний на МИС и на других стендах. когда отклонения Хк более 0.17. соответствовали остаточным деформациям в обмотках трансформатора.

Ранее в работах А.И.Лурье. О.Й.1легеля при определении величины доверительного интервала измерений использовались в качестве заданных коэффициенты регрессии нормального распределения случайной погрежности. В отличие от этого в данной диссертационной работе поставлена задача: для уточнения величины доверительного интервала и повышения точности измерений - определить истинный закон распределения.

Для выполнения этой задачи использовался метод Новицкого П.В.. согласно которому такая идентификация проводится по сочетании двух характеристик : энтропийному коэффициенту распределения К и контрэксцессу .Энтропийный коэффициент К характеризует соотножение между энтропийным Дз и средне-квадратическим С значениями погрежности:

К - Аз, (1)

где Дэ-энтропийное значение погрежности, равное Дэ - йэ/2, где (1э-эквивалентный интервал неопределенности. О"- среднеквадратичное отклонение (СКО) результатов, определяемое как

У? (XI - Хер. )2/(п - 1 ). (2)

Ин"Гормационно-измерительная система для контроля параметров салочых трансформаторов при электродинамических испытаниях

Рис.1.

где XI - результаты измерений; Хер.-среднее значение результатов измерений: п-число отсчетов.Относительная погрешность определения СИО : _,

<?с- - \У£ - 1/(2*\/гГ).

для контрэксцесса: = уАуА £2 -113 ]/С29п), (3)

для энтропийного коэффициента:

ей -- 1/ ч/к^-п-ч/й',

общая для и К : $х+к -

где п - число отсчетов. К- энтропийный коэффициент, вычисляемый по (1), £ и Х- эксцесс и контрэксцесс, вычисляемые:

2 _ 2

# = П\ГМТ). £ = 1/(Х ) . (4)

где четвертый центральный момент распределения :

л ^

М4 =[ ¡Е (XI - Хер.) ]/п. (5)

где п - объем выборки, XI - результаты измерений.Хер.-среднее значение результатов измерений.

В результате расчетов по специальным программам с использованием данных измерений ИТ, ПН, ПИ и ПЧ делалось заключение о виде распределения случайной погрешности измерительных каналов. Измерения отклонения индуктивного сопротивления КЗ на 2-х испытуемых трансформаторах мощностьв 25 МВА и 400 ИВА и 3-х реакторах Р0СТ-700, РОМ-35.РКОС-36000/33 показали.что энтропийный коэффициент и контрэксцесс находятся в пределах 0.38 ^ К 4 1.1. 0,25 СЭ6 4 0.9. Данные, полученные при обработке результатов измерений позволили идентифицировать для прямых измерений параметров I. и. Р компози-цив дискретного двузначного и экспоненциального распределений, а для косвенных измерений результирувщей величины индуктивного сопротивления КЗ Хк - распределение типа шапо. Величина Хк определяется расчетным путем для частоты 50 Гц:

50 50 / 2 Г

XI = - \А Н*и1) - Р1 . (б)

2

Р1*П

где П. 1П. Р1. Р1 - значения тока, напряжения. мощности

- 12 -

и частоты, измеренные ПТ. ПН. ПМ и ПЧ.

Величина доверительного интервала измерений определяется как Дд - t*ff! где t - квантильный множитель для конкретного вида распределения .6"-СКО. С учетом относительной погрешности определения величин (5". и К. вычисляемых по формулам (3). имеем:

Ад = te 1 +cf<r (7)

Для упрочения определения квантильных множителей используем аппроксимирующую формулу вида t - f( £.Рд). т.е. зависимость величины квантильного множителя от эксцесса распределения и доверительной вероятности (работа Новицкого П.В.). Для распределения жапо квантильные множители вычисляются:

0.58 _ lg[0.1/(1 - Рд11 t = 1,56 [1,12 + (£- 1.8) / ч/ПР ] (8)

Для двух реакторов типа PQCT-700 при измерении Хк имеем : контрэксцесс суммарного распределения жапо "дб-0.485; погрешности определения контрэксцесса и энтропийного коэффициента по (3) для числа измерений п=5?2 равны <£зе =0.065=6,5%:

Ас =0,013=1.3%:<йенс=6.6%: величина квантильного множителя по (8) t = 1,8143: тогда доверительный интервал для вероятности Рд=0,95 по (7) Дд = 0,052%, что меньше заданного уровня значимости 0.1%.Знание закона распределения случайной погрешности дает возможность уточнить величину доверительного интервала измерений, достоверно оценивать состояние обмоток трансформатора в ходе испытаний, учитывая истиннун величину погрешности измерений.

Как указывалось выше, в работах ft.И.Лурье. О.А.1легеля при вычислении величины доверительного интервала использовались как заданные квантильные множители нормального закона без определения вида распределения. Проведем для случая измерений Хк двух реакторов типа Р0СТ-700 сравнительный анализ способа, изложенного в диссертационной работе, и способа, используемого ранее. Для распределения типа шапо по (7) получен Дд = 0, 052%. Для экспоненциальных распределений, частным случаем которых при <£ =2 и п> 8 является нормальное распределение, квантильные множители равны :

2/3 lglgtl/d-Рд)] tn = 1.62*13.8(£- 1.6) 1 . (9)

где £ - эксцесс распределения. Рд--0.95 -доверительная вероят-

ность. Подставляя исходные данные для случая измерений Хк реакторов типа Р0СТ-70О в (9), получим величину Ьп=2.0325. Погрешности определения СКО по (3) (?<г=7,5%. погрешности (5эв =0.037=3.7%; 8к =0,01%; 3.8%. Доверительный интер-

вал по (?) составит: Ддп= 2.0325*(1+ 0,075+ 0.038)*0.02693= =0,0609%.

Используя способ, применяемый ранее в работах А.И.Лурье, 0.А.1легеля, величина доверительного интервала искусственно завышается на 20%. что снижает значимость получаемых отклонений Хк, не дает достоверной информации о состоянии обмоток испытуемого силового трансформатора.

По мере развития методов обнаружения повреждений большое распространение получает метод контроля параметров трансформаторов при КЗ под рабочим напряжением. Информационно-измерительная система (ИИС) для контроля параметров трансформаторов подключается к контролируемому трансформатору посредством преобразователей: первичного напряжения, тока, вторичного напряжения и преобразователя частоты. ИИС содержит ряд функциональных блоков.

Непрерывный контроль обмоток трансформатора обеспечивается постоянным определением отклонения индуктивности от базовой величины. Во время работы трансформатора измеряется первичное напряжение 111. Вычисляется приведенное ко вторичному значение первичного напряжения :

01*= 1М/Кт, СЮ)

где Кт - известное значение коэффициента трансформации силового трансформатора. В блоке вычисления разности напряжений, приведенных ко вторичной стороне, определяется:

и*= 1Н*- 112. (11)

где (12 - значение вторичного напряжения. В блоке вычисления среднего значения напряжения определяется:

и*ср. = [ ц*]'(Ь2) + и*ки)]/2, (12) где и}*- значения разности приведенных напряжений на трансформаторе: И и - временные границы интервала разбиения. В блоке вычисления производной тока вычисляется:

<11]/<1Ь = Ш(12) - Ши)]/и2 - И). (13) где П-значения тока во вторичной обмотке трансформатора.Вычисляется напряжение на активном сопротивлении ИЯ.где Означение уставки.В блоке вычисления индуктивности определяется:

- 14 -

Ljизи. - [u*cp. - ij*R]/(dlj/dt) (14) В блоке приведения значения индуктивности к номинальной частоте вычисляется :

Lj = LjH3K.*fH3M./fHou., (15)

где fH3M.-измеренное значение частоты; fHOM. = 50 Гц.Вычисляется среднее значение индуктивности за каждый период:

н

Lcp. =Z Lj / Н. (16)

где K-число интервалов разбиения.В блоке вычисления отклонения Lcp. за период сравнивается со значением уставки:

ДЬ = KLcp. - LojUOOZl/Loj, (17) где Lcp.-средняя индуктивность за периодЯо]-значение уставки.

В случае появления деформаций или виткового замыкания происходит развивающееся изменение L от периода к периодд, что сопровождает необратимое разрушение обмоток. Формируется сигнал на отключение и останавливается разрушение обмоток. ИИС позволяет непрерывно контролировать состояние обмотки трансформатора без отключения от сети. Аналогичная ИИС разработана для схемы испытаний на сетевом стенде.

Достаточно эффективным является применение метода низковольтных импульсов (НВИ). чувствительного к небольшим изменениям межвитковых и межкатушечных емкостей и индуктивностей обмотки трансформатора. Вывод о появлении деформаций делается путем сравнения нормограмм, снятых на неповрежденном трансформаторе, и дефектограмм. снятых после КЗ.

При испытаниях фазы "А" трансформатора ТДЦ-250000/220 после опыта КЗ с 852 значением ударного тока отклонение индуктивного сопротивления КЗ достигло +IZ, в осциллограммах НВИ произошли значительные амплитудно-частотные изменения величиной до 1,5 Вольт, соответствующие радиальным деформациям в обмотке НН фазы "А". Был сделан вывод о невозможности проведения дальнейших испытаний.

Но по осциллограммам НВИ возможна лишь качественная оценка деформаций к не всегда удается с полной уверенностью интерпретировать изменения в кривых НВИ. Поэтому была поставлена задача перейти к количественной оценке результатов НВИ, которая достигается математической обработкой и определением изменений резонансных частот обмотки при ее повреждении.

Для проведения спектрального анализа сигналов в обмотках

использовалось преобразование Фурье, на основе которого был составлен алгоритм и специальная программа на языке Т1Ш0-С. й результате расчетов на ПЭВМ получены спектры сигналов в обмотках трансформатора до и после КЗ. На рис.2 пунктиром изображены спектры сигналов в поврежденной обмотке НН фазы "А".

Математическая обработка результатов НВИ на основе спектрального анализа для трансформатора 250 ИВА установила, что для данного типа трансформатора в спектре сигналов обмотки НН имептся три основные резонансные частоты (НО, 320 и 500...550 кГц) и при возникновении радиальных деформаций (4Хк-+12) амплитуда второй и третьей резонансной частоты (средней и высокой) изменяется в 1,3-2 раза. Аналогичные расчеты спектров сигналов в обмотке НН были проведены для трансформатора типа ТДЦ-400000/220. В ходе испытаний на КЗ после 2-го зачетного опыта на фазе "С" обмотки НН возникли значительные радиальные деформации с началом потери осевой устойчивости (АХк=+1.6%). Установлено, что данному типу деформаций соответствуит следующие изменения в спектре сигналов: произожло исчезновение первоначальных резонансных частот, присутствовавших до испытаний, и появились новые резонансные частоты. Спектральный анализ позволяет повысить достоверность и эффективность диагностических измерений, дает возможность выявлять деформации на ранней стадии появления.

8 третьей главе исследованы пути повыжения эффективности контроля параметров трансформаторов и реакторов для выявления повреждений на ранней стадии.Предлагается использовать ИКС для контроля параметров индуктивности в опыте КЗ. входящую в состав быстродействующей защиты (БЗ) на базе электронных схем и ЭВМ.

8 ходе испытаний заградителя типа ВЗ-2000 зафиксирован аварийный режим, связанный с перекрытием части витков после 1-ого периода тока,что привело к прогрессирующему процессу развития аварии и увеличению тока с 95.8 кА в 1-м периоде до 13? кА во 2-м периоде и 142 кА в 3-м периоде. Индуктивность составила Llcp.-2.274 мГн. Ь2ср.- 1.978 мГн. ЬЗср.-0.426 мГн. Отклонение 1Лср. от Ь2ср. по формуле (I?) составило за 2-й период -11IX.Сравнение в блоке анализа с нормируемым отклонением +-12 показывает появление существенного отличия, подается сигнал на отключение и прекращение аварийного режи-

Изменения в спектр-.* сигналоп в обмотке НН траисфорь тора т«па ТЩ-250000/220 после 85% опыта КЗ на фазе А" , соответствующе радиальным пе^ошацияа.

А ОкГг а- »

1 1 32С кГц

1 1 1

1 1 1 \ 1 ! 1 \ \

1 1 1 I 1

1 1 1 » 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 л 550 <Гц

и и 11 ' II 1 1

и / г и д/ л гл,

! } 1 J\ - 1

200 400 600 800 1000 кГЦ

Рис.2.

ма. Индикация повреждений в опыте КЗ контролирует состояние обьекта и позволяет прервать опыт в случае аварийных режимов.

Четвертая глава вклпчает технические характеристики разработанной ИИС. результаты экспериментальных исследований и внедрения.

В состав ИИС контроля параметров трансформаторов входят преобразователи тока (ПТ), напряжения (ПН), мощности (ПМ) и частоты (ПЧ). коммутатор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), ЦЭВИ и печатающее устройство.

Основные технические характеристики ИИС :

- диапазон изменения напряжения. В 0-125

- диапазон изменения тока, А 0-5

- диапазон изменения частоты, Гц 45 - 65

- случайная составляющая погрешности измерения индуктивного сопротивления КЗ - 0,05%

- класс точности - 0,1%

- время измерения - 1.5 сек.

Разработанная ИИС впервые использовалась для контроля параметров мощных и сверхмощных трансформаторов от 250 до 666 ИВА, что позволило выявить ряд особенностей по сравненив с измерениями трансформаторов малой и средней мощности: в случаях полегания витков, перемещения отводов металлургических трансформаторов, радиальных и осевых деформаций обмоток.

Блочный трансформатор типа ТДЦ-250000/220 прошел испытания на КИС с ударным током КЗ для обмотки ВН - 12,4 кй, для НН - 110.2 кА. Применение ИИС контроля параметров показало, что при испытаниях фазы "С" после 3-го зачетного опыта КЗ изменение сопротивления КЗ (ДХк) относительно базовой величины до испытаний составило +3.18%. В осциллограммах НВИ произошли значительные амплитудно-частотные изменения.Испытания показали, что обмотки НН фаз "А" и "С" из провода с бумажной изоляцией между рядами не обладает радиальной стойкостью к токам КЗ. Результаты измерений, полученных ИИС. и их математическая обработка позволили своевременно сделать вывод о появлении радиальных деформаций в обмотке НН фаз "А" и "С" и о невозможности дальнейжих испытаний. Установлены закономерности поведения резонансных частот обмоток крупных трансформаторов в случае потери радиальной устойчивости.

В результате проведенных с помощьв ИИС измерений и мате-

матической обработки результатов удалось на ранней стадии обнару!ить повреждения обмоток, дать рекомендации по проведении ремонта электрооборудования, избежать ущерба . от прекращения электроснабжения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1.Проведенные исследования показали.что контроль параметров трансформаторов мощностьв от 25 до 666 МВД в ходе электродинамических испытаний проводится только на МИС и не всегда можно применить технические решения других стендов.

2.Разработан метод идентификации вида закона распределения случайной погрешности и оценки доверительного интервала для конкретной информационно-измерительной системы обработки данных. За счет этого, проведя оценку метрологических характеристик, можно увеличить точность измерений в несколько раз.

3.Предложенный метод обработки результатов позволил идентифицировать в ходе испытаний трех реакторов и двух трансФорматоров на КИС для измерений индуктивного сопротивления КЗ - распределение вапо. Полученный доверительный интервал измерений 0,05% меньше заданной величины точности 0,12.

4.Разработанный метод оценки доверительного интервала измерений позволил уточнить его величину на 20% по сравнения с методом оценки, который использовался ранее. Это дает возможность получить более достоверную информации о состоянии обмоток испытуемого силового трансформатора.

5.На основе анализа существующих ИИС контроля разработаны схемы и алгоритм работы ИИС для контроля параметров силовых трансформаторов на основе регистрации индуктивности.

6.Для данной ИИС установлен оценочный критерий +-12 отклонения от базовой величины индуктивности, который указывает на повреждения в обмотках и на необходимость подачи сигнала на отключение.

?.Исследована зависимость изменения спектров сигналов в обмотках трансформаторов от характера возникающих в них деформаций. Установлено, что для трансформатора 250 МВА/220 кВ в спектре сигналов обмотки НН присутствуют три основные резонансные частоты и при возникновении радиальных деформаций (АХк=+Ш амплитуда второй и третьей резонансных частот

изменяется в 1,3-2 раза.

8.Для трансформатора 400 МВА/220 кВ установлено, что в случае радиальных деформаций с началом потери осевой устойчивости обмотки НН (¿Xk=+1.6Z) в спектре сигналов происходят значительные амплитудно-частотные изменения с практически полным исчезновением первоначальных резонансных частот и появлением новых частот.

9.Обобщены результаты испытаний и диагностики 25 трансформаторов и реакторов на МИС в г.Тольятти, 70 трансформаторов в эксплуатации в энергосистеме "Самаразнерго", которые позволили накопить базу данных по повреждениям обмоток силовых трансформаторов и установить исследованные в данной работе теоретические закономерности.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 .Хренников A.D.. 1легель O.A.Динамические испытания трансформатора мощностью 250 МВА на стенде в г.Тольятти// Тез.докл.Ylll Всесоюз. надч.-техн. конф. по трансформаторос-троению.г.Запорожье, 12-14 сент. 1990 г.-С.148.

2.Хренников A.D.Оптимизация режимов работы тиристорных регуляторов мощности//Тез.докл.науч.-техн. конф. мол.специалистов. г.Куйбышев. 1986 г.-С.18.

3.1легель O.A..Хренников A.B. Математическая обработка данных измерений изменений реактанца при динамических испы-таниях//Деп в Информэлектро. 1991, N 32-эт91, 21с. ил.

4.1легель O.A., Хренников A.B. Метрологические исследования методов дефектографирования при динамических испыта-ниях//Деп. в Информэлектро. 1991, Н 35-эт91. 10с..ил.

5. А.С.Н 1821759 СССР.Устройство для испытания трансформатора токами короткого замыкания/Хренников A.B., 1легель O.A.1993. Бжл. К 22, 4с..ил.

6. Хренников А.В., Млегель O.A. Диагностика повреждений мощных силовых трансформаторов//Тез.докл.науч.-техн.конф. "Организация электроремонта". Центральный Дом Знаний. Москва. 22-23 апреля 1993 г.-С.37-38.

7. Хренников A.B.. ■ «.•згель O.A., Запорожец М.И. Диагностика повреждений силовых трансформаторов, находящихся в эксплуатации на ТЭЦ Волжского Автозавода в г. Тольятти//

- 20 -

Электрические станции, 1994, N 2,-С.43-46.

8. Хренников A.D. Диагностика повреждений мощных силовых трансформаторов с цельи обеспечения надежности электрос-набжекия//Злектромеханика. 1993, N 6.-С.63.

9. Патент РФ N 2041472. Устройство для испытания трансформатора токами короткого замыкания/ Лурье ft.И., 1легедь O.A.. Хренников A.B.. 1995, Бил. N 22. 5с..ил.

10. Хренников ft.И.. 1легель O.A. Результаты испытаний трансформатора ТЦ-666000/500 на стойкость при коротком замы-кании//Деп. в Информэлектро. 1994, N 31-эт94. 23с.,ил.

11. Хренников A.D.. 1легель O.A. Обработка результатов измерений и диагностика повреждений силовых трансформаторов при динамических испытаниях и в эксплуатации//Деп. в Информэлектро. 1994, Н 32-эт94. 22с..ил.

12.Khrennlkow A.Yu., Shlegel O.A. Extra high voltage transformer short circuit steadiness test results and their effect on calculations and design//9-th International Power Systei Conference.St.-Petersburg. July 1994.vol.2,P.603-604.

13. Хренников A.B. Диагностика повреждений мощных силовых трансформаторов с целы) обеспечения надежности злектрос-набжениа//Тез.докл.науч.-тех.конф.. Алтайский Гостехуни-верситет, ивнь 1994.-С.64-65.

14. Хренников A.B. Результаты испытаний высоковольтных трансформаторов на стойкость короткому замыканив и диагностика повреждений//Гез.докл.III Международной науч.конф. "Эффект. и качество электроснабж.". Приазовский университет. Украина, сентябрь 1994.-С.38-39.

15. Хренников A.B., Млегель O.A. Обработка результатов измерений силовых трансформаторов в ходе испытаний// Тез. докл. 1-й Международной конф. по электромеханике и электротехнологии. Москва. МЭИ. сентябрь 1994.-С.41-43.

Ю.Хренников A.B. Диагностика повреждений силовых трансформаторов для обеспечения надежности электроснабжения потребителей//Тез.докл. науч.-тех. конф. "Энергосбережение, потребление,оборудование".Новомосковск,ноябрь 1994.-С.80-81.

1?.Хренников Й.В..1легель O.A.Результаты испытаний реакторов на электродинамическуп стойкость и диагностика их состояния в опытах К3//Деп.в Информэлектро,1994, Н46-эт94.30с.,ил.

18.Патент РФ N 2063050. Устройство контроля и защиты

силовых трансформаторов от деформаций при коротких замыканиях в процессе эксплуатации/ Лурье А.И.. 1легель O.A.. Хренников A.D.. 1996, Бил. N 18, 5 е.. ил.

19. Патент РФ N 2050608.Реактор без стали/1легель O.A., Хренников А.Я.. Васильев А.Б., 1995, Бил. N 35, 4 е., ил.

20. Патент РФ N 2037221.Цилиндрическая обмотка/Млегель O.A., Хренников А.В.. Васильев А.5. 1995 г..Бвл.Н 16,4с.,ил.

21. Хренников A.D.,1легель O.A. Диагностика повреждений и методика обработки результатов измерений силовых трансформаторов при динамических испытаниях и в эксплуатации//Доклад на 3-м Международном Симпозиуме "Электротехника-2010 год. Наука, производство, рынок". Москва, май 1995.т.2-С.132-137.

22. Malewski R.. Khrennikov A.Yu.. Shlegel O.A.. Dolgopolov A.G. Monitoring of Hinding DisplaceBents in HU Transforeers in Service. CIGRE Working Group 33.03. Italy. Padua, 4-9 Sept. 1995.

23. Хренников A.B.. Запорожец М.И. Хроматографический анализ газов растворенных в масле для контроля состояния трансформаторов в эксплуатации// Деп. в Информэлектро. 1995. N 11-ЗТ95. 15 е.. ил.

24. Хренников А.И.Исследование основных методов диагностики повреждений силовых трансформаторов// Деп. в Информэлектро, 1995, N 13-эт95. 22с., ил.

25. Хренников A.B. Диагностика повреждений силового трансформатора моцностьп 250 МВА в ходе электродинамических испытаний // Сборник тез. докл. н.-т. конф. "Электрооборудование, электроснабжение, электропотребление". Москва, МЭИ. ноябрь 1995.-С.44-45.

26. Хренников A.B., Салтыков В.И.Диагностика повреждений силовых трансформаторов в ходе электродинамических испытаний// Электромеханика. 1995, N 5-6.-С.122-127.