автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Оценка продолжительности эксплуатации силовых трансформаторов городской электрической сети после нормативного срока их службы

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

УДК 621.316

и Б М

| 5 ДЬН Шо ЛЕБИБ ШИХЕБ БЕН НАСЕР

ОЦЕНКА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ГОРОДСКОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПОСЛЕ НОРМАТИВНОГО СРОКА ИХ СЛУЖБЫ

05.14.02 — Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1996

Работа выполнена ш кафедра "йлектричоскио системы" Белорусской государственной политехнической академии.

доктор технических наук, профессор Кораткевич Ц.А.

доктор технических наук, старший научный сотрудник Русан В.И.,

кандидат технических наук Травянсхий И.И.

Белорусские аграрный технический университет

Защита состоится " декабря 1996 года в 10.00 часов на аасед&шш совета по защите диссертация Д 02.05.02 в Белорусской государственной политехнической академии по адресу: 220027, г.Минск, пр.в.Скоринн, 65, корп.2, ауд.201, Белорусская государственная пелитехивчесхал академия.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии.

Автореферат разослан " ноября 1996 года.

Ученый секретарь совета по задите диссертаций доктор технических наук профессор

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Оппонирующая организация.—

Ц.А.Короткевич

(с) Лебиб Шихеб Бен Насер, 1996

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш диссертации. В настоящее время в электрических сетях городов Республики Беларусь находится большое количество силовых трансформаторов первого и второго габаритов исполнения, т.е. мощностью до 630 кВА, нормативный срок службы которых истекает в ближайшие годы. Замена отработавших свой нормативный срок трансформаторов на новые связана с дополнительными капитальными затратами на разнице производства трансформаторов, их приобретение и монтаж электэсетевымп предприятиями, а также демонтаж старых аппаратов." Кроме этого, при выполнении самой замены трансформаторов возможен недоотпуск электроэнергии потребителям; Избежать отмеченных отрицательных факторов представится возможным в условиях продолжения в течение некоторого времени эксплуатации отработавших свой нормативный срок трансформаторов. Решение вопроса о замене или продолжении эксплуатации в течение некоторого времени должно быть индивидуальным для каждого, трансформатора в зависимости от его нагрузки в предшествующий период, имевших место перегрузок и воздействия сквозных токов короткого замыкания, а также' роста в предстоящий период присоединенной мощности и производства новых трансформаторов с улучшенными техническими характеристиками.

В странах Содружества Независимых Государств работы по исследованию возможности продолжения эксплуатации силовых трансформаторов городской электрической сети после нормативного срока их службы ранее не проводились. Настоятельная потребность энергосистем в проведении отмеченных исследований, обуславливает актуальность выбранной темы диссертации по оценке эффективности продолжения эксплуатации силовых трансформаторов городской электрической сети после нормативного срока их службы.

Связь работы с крупными научными программами, темами,. Работа выполнялась в соответствии с планом работ, координиройавшшея Министерством образования и науки Республики Беларусь по теме ГБ 91-20 "Разработка теоретических основ, методов, алгоритмов и промышленных программ для оптимизации решив и параметров электрических систем и их элементов с целью экономии электроэнергии и повышения её качества" и является составной .частью исследований, проводимых на кафедре "Электрические системы" Белорусской государственной политехнической академий.

Цель и задачл исследг-пання» Цель диссертационной работы состоит в снижении стоимости распределения электроэнергии в городской электрической сети за счет уменьшения капитальных затрат на яамену отслуливаих свой срок силовых трансформаторов первого в второго габаритов исполнения. .

Для достижения поставленной цели необходимо ;»еиить следу-щке задата:

- оценить износ изоляции. силовых трансформаторов,, работающих в городской электрической сети, от токов на, оузки;

- оцените влияние перегрузок v сквозных токов короткого запинания на срок службы силовых трг ¡.гформаторов;

- составить прогноз продолкительности работы силовых трансформаторов по условиям физического и морального износа;

- установить технико-экономические условия, обеспечивакишэ эффективность продолжения эксплуатации силовых трансформаторов после истечения их нормативного срока службы.

tf х.~чная повпзна полученных результатов. Оценен износ а остаточки ресурс изоляции силовых трансформаторов о* воздействия токов нагрузки применительно, в отличие от известных исследований, к характерны:.! графикам нагрузки кошунально-йытовых потребителей городской электрической сети и фактическим изменениям, температуры окружающей среды применительно к условиям Республики Беларусь.:

Построена зависимость относительного износа ресурса изоляция силового трансформатора мощностью до 630 кВА при коротких замыканиях на шия^: 0,38 кВ или присоединенных к ним воздушных нл? кабзльных лш.ч"\х от кратности тока короткого замыкания, позволившая установить.неотмечаемый другими авторами факт, что износ ресурса изоляции от воздействия токов внешних коротких замыканий наиболее существенен у трансформаторов мощностью до 160 КВА;'

Составлен прогноз продолжительности работы силовых трансформаторов городской электрической сети, отличающийся от известных методов составления подобных прогнозов тем, что здесь учитываются не только факторы физического, но и фактор морального износа. Количественно оценено увеличение вероятного значения параметра потока отказов трансформаторов после истечения нормативного срока их службы в зависимости от конструктивного устройства подключенных линий 0,38 кВ (воздушные или кабельные).

Установлены впервые техшко-экономические условия целесооб-

разности продолжения эксплуатации отработавшего свой нормативный срок силового трансформатора в резервированной сети (когда расходы на техническое обслуживание и ремонт возрастают не более, чем в 2,0.5,3 раза и нерезервированной городской электрической сети (когда стоимость недоотпуска электроэнергии при аварийных отключениях не превышает 50 % стоимости нового трансформатора).* Дано дальнейшее развитие метода нахождения момента времени замени сушествующего трансформатора на трагсформатор. большей мощности в условиях ежегодного роста нагрузки и непрерывного улучшения технических характеристик изготавливаемых промышленностью трансформаторов на основе метода динамического ирограммп роЕаиия;

Практическая значимость полученных, результатов» Полученные в диссертации результаты' использованы в учебном процессе кафедры "Электрические системы" Белорусской государстаенной политехнической академии при чтении лекций по дисциплине "Основы эксплуатации электрических сетей", а также при выполнена учебно-исследовательских работ студентов энергетического факультета специальности 10.02 "Электроэнергетические системы и сети";

Результаты диссертации могут быть использованы в электроэнергетике и,в частности, в городских электрических сетях, при реиении вопроса о замене"или продолжении эксплуатации индивидуально каждого трансформатора после истечения нормативного срока его слу&бн.

Экономическая значимость полученных результатов;' Полученные результаты могут быть предложены предприятиям"электрических сетей для использования при оценке возможности продолжения эксплуатации отработавших свой нормативный срок силовых трансформаторов, установлении: в конкретной городской электрической сети, характеризующейся своими технико-экономическими показателями, а также графиком нагрузки, параметром потока отказов и потоком воздействия внешних коротких замыканий.

Основные положения диссертации, выносимш на защиту." На защиту выносятся следувдие основные положения:

- подход к оценке износа изоляции силовых трансформаторов, установленных в городской электрической сети, от воздействия токов нагрузки в условиях изменяющейся температуры окружающей среды и токов внешних коротких замыканий, шзволямций установить остаточный ресурс изоляции в конце нормативного срока службы и вероятность безотказной работы трансформатора;

- технико-экономические условия целесообразности продолжения оксплуатации отработавиэго свой нормативный срок силового трансформатора, выполнещю которых обеспечит эффективность его дальиейдаго применения по.назначению как в резервированной, таг; и в радиальной городской электрической сети;

- принцип нахождения момента времени замены сутцествувдего трансформатора в течение нормативного срока его службы на трансформатор большей мощности, обеспечивающий оперативное принятие решения в условиях ежегодного роста нагрузки и непрерывного улучшения технических характеристик изготовляемых промыиленностью трансформаторов, '

Личный вклад соискателя. Научные и практические результаты диссертации, положения, выносимые на защиту, разработаны и получены лично соискателей или при его. основном участил';

Адресация результатов диссертации; Ооновные результаты исследований, включенные в диссертацию, докладывались автором на научно-технических конференциях профес ссроко-прено дава-: ельс кого состава Белорусской государственной полктехничзской академии в 1993, 1994 и 1995 годах. '

Опубликованийсть результатов.- Результаты диссертации опубликованы в двух тезисах конференций и одной статье е научном журнале.

Структура и объем диссертации; Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, выводов, описка использованных источников и одного приложения. ПолниК объем диссертации составляет 160 страниц. Объем, занимаемый 9 иллюстрациями, 36 таблкцшш, одним приложением и списком использованных. источников из 93 наименований, составляет 61 страницу.

.• ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЙ РАБОТЫ

В первой.главе рассмотрено влияние нагрузки на износ изоляции онловых трансформаторов первого й второго габаритов исполнения, ■ применяющихся в городской электрической сети. Брп этом определен износ витковой изоляции трансформаторов как при постоянной нагрузке и.изменяющейся температуре окружающей среда, так и в условиях работы трансформаторов в соответствии с графиком нагрузки, характерном для коммунально-бытовых потребителей города (рис.Г).

Износ изоляции трансформатора за сутки Рс опредвлялся

100 %

60

50 30

_Г]

1_ .1—

о

12 16 ч 24 Ь--

Рис.1., Типовой суточный.график нагрузки комкунальна-бнтових потребителей города

т

20 22

Рис.2. Зависимость допустимого количества

коротких замыканий в цепи трансформатора от кратности токов короткого замыкания

*

по формуле

где - относительный износ изоляции трансформатора в течение времени I , в пределах которого температуру обмотки трансформатора в наиболее нагретой точке ( В1 ) можно считать неизменной;

п - количество ступеней (участков) графика нагрузки, для кото« рых значение температуры В1 постоянно; Вм - номинальная темпе ратура обмотки трансформатора принимается равной 98 °С.

Выражение (I) построено в предположении, что при изменении температуры на каадые 6 °С р относительный износ изоляции изменяется в два раза.

Значение температуры 6- тая кавдой ступени графика находилось как

№ г , (2)

где О. - температура окружающей среды в течении времени ¿- , С; Вм - превышение температуры масла в верхних слоях над температурой окружающей среда (при номинальной нагрузке принимается равной +55 °С); ВШ1М - превышение температуры обмотки в наиболее Нагретой точке над температурой масла в течение времени ¿^ (при номинальной нагрузке принимается равной +23 °С); К - коэффициент загрузки трансформатора; & -.отношение потерь мощности короткого замыкания к потерям мощности холостого хода (для силовых трансформаторов мощностью до 630 кВА с высшим напряжением 6-10 кВ лежит в пределах 3,52 ...5,35). .

Под температурой'окружающей среды, непрерывно изменяющейся в течение суток, месяца, года, понимается постоянная эквивалентная температура воздуха за время Ь1 •, При которой износ изоляции такой же, как и при действительно изменяющейся температуре в течение этого же времени í¿ . Для условий г.Минска эквивалентные месячные температуры составляют: -5 °С (декабрь, январь, февраль); О °С (март, ноябрь); +5 °С (апрель, октябрь); +11 °С (май, сентябрь); +18 °С (июнь, август); +20 °С (июль).

Расчеты по формулам (I) и (2) показали, что при номинальной и постоянной в течение года нагрузке изоляция силового трансформатора изнашивается лишь на одну треть от уровня своего нормативного -дзноса, определяемого при температур** окружающий среда

+20 °С. При нагрузках, меньших номинальной мощности трансформатора, относительный износ изоляции резко снижается и при нагрузке; равной 70 % от номинальной мощности трансформатора, с износом изоляции из-за её теплового старения можно не считаться.-

Из соотношения (2), при известных для каждого периода года температурах Вс ,найдены пределыше значения коэффициента нагрузки трансформатора, при котором обеспечивается нормативный износ изоляции, т.е. температура 61 = 98 °С. Оказалось, что перегрузка трансформатора на 20 % без изменения его срока службы допустима лишь в зимний период (декабрь, январь, февраль), когда температура Вс = -5 °С.

Относительный износ изоляции трансформатора, работающего в городской электрической сети в соответствии с типовым графиком нагрузки, оказался значительно меньшим, чем при рассмотрении воздействия постоянной, не изменяющейся во времени нагрузки,- При учете постоянной времени нагрева силового трансформатора, расчетное значение относительного износа ещё больше снижается по сравнении с тем, когда считается, что превышение температуры масла над температурой окружающей среды при изменении нагрузки трансформатора достигается мгновенно;

В главе отмечено, что. при изменившихся стоимостных показателях, экономическая нагрузка трансформатора еще более, возросла и значительно превышает номинальную мощность; Загрузить трансформатор до такого значения не представляется возможным по условиям допустимой температуры его обмоток. Максимальное значение коэффициента полезного действия трансформаторов мощностью до 630 кВЛ достигается при коэффициенте загрузи, равном 0,5;

Во второй главе устанавливается влияние перегрузок и сквозных токов короткого замыкания на срок службы силовых трансформаторов.

Перегрузи! и короткие замыкания на выводах трансформатора и в присоединенной к нему сети 0,38 кВ снижают начальный ресурс силового трансформатора, представляющего собой допустимое число

/V внешних коротких замнканий с максимально возможной кратностью тока короткого замыкания , зависящее только от конструкции силового трансформатора.

Расход ресурса изоляции силового трансформатора при

одном внешнем коротком замыкании с кратностью тока короткого замыкания/Л. , снижающейся при перемещении точки короткого за-, мыкания от начала линии 0,38 кВ к её концу и с увеличением йот-

нальной мощности трансформатора, составит величину

где оС - коэффициент, учитывающий нелинейную зависимость расхода ресурса от величины протекающего тока короткого замыкания, зависящий от конструктивного устройства присоединенных к шинам 0,38 кВ трансформатора линий, принимается равным - при от-

ходящих от шин 0,38 кВ трансформатора воздушных линиях и (1,01+ 2,5) - при отходящих от шин 0,38 кВ трансформатора кабельных линиях.

Величина представляет собой отношение максимально

возможного тока короткого замыкания к номинальному току трансформатора и для двухобмсточных трансформаторов мощностью до 400 кВА составляет 22,2; для трансформаторов 630 кВА равна 18,2.

Относительный расход ресурса изоляции трансформатора в процентах при одном короткой замыкании с кратностью тока короткого замыкания Лу определяется как

цепи трансформатора от кратности токов короткого замыкания, найденная с учетом того, что

представлена на рис.2.

Из рио;2 видно, что наибольший относительный расход ресурса изоляции трансформатора (или наименьшее допустимое число коротких замыканий) имеет место б случае линейной зависимости расхода ресурса от величины протекающего тока короткого замыкания,-

Использование нелинейной зависимости расхода ресурса трансформатора от величины тока короткого замыкания обеспечивает оптимистическую оценку величины сработки ресурса изоляции;

Суммарный износ изоляции Л % силового трансформатора эа срок его службы Ьс может быть оценен по выражению

Зависимость допустимого числа коротких замыканий т в

777

где ~ относительный износ ресурса силового трансформато-

ра в 6 -м ( t =1,2ъс ) году при j -м коротком замыкании с кратностью тока короткого замыкания h- ( j = 1,2, ../г )j mJt - количество коротких замыканий в году ¿ с кратностью тока короткого замыкания hj.

Если окажется, что Я % с 100, то силовой трансформатор не полностью израсходовал свой ресурс и он может продолжать работать в сети время

Ч'-Ц-Н • «>

При R % > 100 трансформатор исчерпал свой ресурс.

В диссертации определены значения кратности тока короткого замыкания при различных видах коротких замыканий (однофазное, двухфазное, трехфазное) в любой точке отходящей воздушной или кабельной линии напряжением 0,38 кВ и установлено, что с увеличением номинальной мощности трансформатора износ его изоляции от воздействия токов короткого замыкания на линиях 0,38 кВ снижается. Трансформаторы мощностью 630 кВА способны сохранять свой ресурс в конце нормативного срока службы даже при наибольших значениях рассмотренных параметров потока отказов. Наиболее существенный износ изоляции от воздействия токов.короткого замыкания наблюдается у трансформаторов мощностью до 160 кВА."

В главе пока„_но, что в правильно спроектированном трансформаторе мощностью 25-630 кВА механическое напряжение сжатия от воздействия радиальной силы на- обмотку низшего -напряжения, а также величина осеЕых сил, воздействующих на прокладки между ка-туакачи, значительно ниже допустимых. Следовательно, воздействием ударных механических сил (при коротких замыканиях в сети 0,38 кВ) на обмотку низшего напряжения трансформатора можно пренебречь.

Время достижения допустимей температуры для трансформаторов мощностью до 400 кВА составляет 6,2 с, а для трансформаторов мощностью 630 кВА - 9,3 с, что вше допустимой продолжительности короткого замыкания на выводах трансформатора, равной 4с.

Оценка вероятности безотказной работы трансформатора в конце срока его службы должна состоять из произведения вероятностей безотказной работы яри перегрузках и вероятностей безотказной работы п^и воздействии токов внешних коротких замыканий наиболее вероятных продолжительностей»

Потоки перегрузок и коротких замыканий, а также потоки г.ро-должательностей перегрузок и коротких замыканий рассматриваются ка:< пуассоновскае потоки, что позволило выполнить вычисление вероятности безотказной работы трансформатора с помощью функций нормального распределения; Установлено," что к концу нормативного срока службы риск отказа трансформатора составляет 0,64 (в случае присоединения к трансформатору кабельных линий 0,38 кВ) и от 0,67 до 1,0* (в случае присоединения к трансформатору воздушных линий 0,38 кВ). _ .

.Третья глава посвящена исследованию методов оценки продолжительности работы силовых трансформаторов городской электрической сети и определенна вероятной продолжительности безотказного использования отработавших свой нормативный срок силовых трансформаторов.

Здесь на конкретном материале по одной городской электрической сети показано, что метод оценки продолжительности использования силовых трансформаторов, базирующийся на информации о составе работающих трансформаторов в городской электрической сети, не может быть применен для прогнозирования вероятности их безотказней работы после истечения нормативного срока службы в условиях, когда средний срок службы работающие трансформаторов меньше нормативного.

В главе выполнен анализ статистического ряда замененных трансформаторов одной и той же номинальной мощности, с целью определения теоретической вероятности их выхода из строя и установления требуемого количества трансформаторов для обеспечения замены отказавших на каждом году эксплуатации. Оказалось, что область применения данного метода легат в границах периода наблюдения, когда регистрировались отказы трансформаторов.'

К одному из приемлемых споообов прогнозирования среднего срока службы трансформаторов относится подход, основанный на анализе аамен трансформаторов данной номинальной мощности в течение первых лет эксплуатации, когда суммарная убыль лежит в пределах 15-30 %. Здесь средний срок службы равен такому сроку, при котором суммарная величина замененных трансформаторов с учетом их повторной отбраковки будет равна 50 % всех трансформаторов, установленных в начальный период и находится как

где 4 - количество лет, 'прошедшее от момента ввода трансформаторов в эксплуатацию до начала их замени; а - срок службы (лет) при 50 % уровне замены трансформаторов; Д,.й - коэффшда-ентя, определяемые по двум и более точкам данных о суммарном проценте замены трансформаторов, считая от года начата их замены;

Применительно к материалам, полученным по одной городской электрической сета установлено, что средний срок службы трансформаторов мощностью 160 кВА составляет примерно 2? лет, что на 2 года больше нормативного срока службы. Это указывает на возможность использования трансформатора по своему прямому назначению после истечения нормативного срока службы.

В главе определена вероятность безотказной работы трансформатора в конце нормативного срока службы как произведение вероятностей отсутствия начальных отказов, внезапных отказов и отказов из-за равномерного или неравномерного износа ресурса изоляции трансформатора при воздействии сквозных токов короткого замыкания. Для моделирования процессов постепенных износовых отказов использована "схема гибели", основанная на представлении процесса расхода ресурса изоляции трансформатора N как марковского процесса с конечным числом состояний I

С = Л/ , /V- I, 2,..., 3, 2, I.

Сам процесс расхода ресурса представляется как общий стационарный лувссоновский поток без последействия, состоящий из композиции простейших пуассоновских потоков;

Показано, что период повторяемости отказов трансформатора после истечения нормативного срока службы резко возрастает и составляет не более 2,4 года (когда к трансформатору.подключены воздушные линии 0,38 кВ) и не более 3,8 года (когда к-трансформатору подключены кабельные линии 0,38 кВ).

В диссертации рассмотрена оценка продолжительное та работы трансформатора по условиям морального износа, проявляющегося в более высокой стоимости и повшенных затратах на эксплуатацию (например, более высокие потери мощности, отсутствие средств регулирования напряжения под нагрузкой и т.д.) по сравнению с новыми трансформаторами. Нами установлено, что при ежегодном относительном снижении стоимости и расходов на эксплуатацию менее чем на 2,8 % категория морального износа может не учитываться при рассмотрении срока службы силового трансформатора;

В четвертой глава дается технико-экономическая оценка целесообразности продолжения эксплуатация отработавших свой нормативный срок силовых трансформаторов городской электрической сети.

Продление срока службы технических изделий эквивалентно увеличению количества выпускаемой продукции. Однако при этом могут возрасти расхода на капитальный ремонт (из-за увеличения параметра потока отказов и уменьшения продолжительности межремонтного -периода), текущий ремонт и обслуживание. Для нерезервированных потребителей это связано с недоотпуском электроэнергии, стоимость которой может на порядок превышать первоначальную стоимость нового трансформатора.

У выпускавшихся ранее и выпускающихся в настоящее время силовых трансформаторов мощностью до 630 кВА потери мощности короткого замыкания одинаковы, а потери мощности холостого хода имеют тенденцию к снижению. ,

На основе статистической „обработки паспортных данных выпуо-кадаихся в разные годч прошлого периода трансформаторов одной и той же номинальной мощности получены выражения для оценки изменения потерь мощности холостого хода &РХ во времени £ в виде

дР^^а-бЪ , кВт (8)

где а. - постоянная (для трансформаторов мощностью 100 и 630 нбА равна соответственно 0,517 и 1,84 кВт); 6 - коэффициент (для трансформаторов мощностью 100 и 630 кВА равен соответственно 8,6* 1СГ3 и 26'ГО-0 ).

Получены имеющие погрешность в 2-7 раз мелылую, чем погрешность известных выражений, обобщенные аналитические зависимости для определения потерь мощности холостого хода и короткого замыкания в зависимости от номинальной мощности отдельно

для первого и второго габаритов исполнения трансформаторов. Например, зависимости потерь мощности холостого хода и короткого замыкания &Рк для трансформаторов второго габарита исполнения имеют вид

аРх = 0,41 + 0,0020 &„ , кВт ; (9)

лРк = 0,683 + 0,0123 , кЕ (10)

На основе соотношения приведенных затрат при продолжении эксплуатации существующего трансформатора или замене его новым

установлено» что целесообразность продолжения эксплуатация отработавшего свой нормативный срок силовом трансформатора в резервированной сети обеспечивается при условии, что расходы на его капитальные и текущие ремонты, а также техническое обслуживание возрастут не более, чем в 2 ра?а (продление эксплуатация на I год) ила в 5,5 раза (продление эксплуатации на 12,5 лет). Продолжение эксплуатации отработавшего свой нормативный срок трансформатора в нерезервированной сети возможно лишь в случатх, когда ущерб от недоотпуска электроэнергии потребителям не превшает 15-60 % стоимости нового трансформатора,'

Разработаны методика, алгоритм и программа для персональной ЭВМ оценки рациональной продолжительности работы силового трансформатора в условиях, когда в течение нормативного срока службы имеет место рост присоединенной к трансформатору нагрузка и производство новых трансформаторов со сниженными потеря?® мощности холостого хода. Для решения задачи использован метод динамического програмлирования, представлявший собой многошаговый процесс принятия решений на основе рекуррентных соотношений виде

где ~ минимальное значение приведенных затрат, связанное

с развитием от начального состояния 5, к одному из состояний вектора ; - нагрузка трансформатора в год Ь ;

50 - нагрузка трансформатора при вводе его в эксплуатацию, т.е. в год Ь = 0;. «9 - минимальное значение приведенных

затрат, связанное с переходе^ от начального состояния 4> к состоянию , имеющему место в году ( Ь - I); ^ (в^ — б4) -

затраты, связанные с переходом от одного из состояний ( ¿-1)-го года к какому-либо состоянию 4 -го года. Каждое новое состояние

характеризуется определенной мощностью установленного трансформатора и иными эксплуатационными расходами. Функция 3 представляет собой функцию вида

где к1 - капитальные затраты в течение с -го года ( 4 = I,..., * ), предназначенные для перехода от состояния к состоянию } - приращение издержек в I -м году

по сравнении с (л -1)-м годом; £„,£„„ - нормативные коэффициенты эффективности и приведения разновременных капитальных вложений.

Функция находится так

¿0«.,- Ъ-РЛ^м«)^)'' <13>

На первом шаге осуществляется расчет функции затрат при применении трансформаторов двух исходных номинальных мощностей 6Я и , причем 5Н1 > Зн .

На втором и последующих шагах учитывается рост нагрузки; снижение потерь мощности холостого хода у трансформатора 5Л, и рассматривается возможность перехода от мощности 5„ к мощности 5МГ . В результате расчета выявляются оптимальные затраты для вектора состояния в конечный год 6 .Из всей совокупности состояний окончательно выбирается то, для которого -затраты минимальны. В итоге, оптимальное решение показывает в какой год целесообразна замена трансформатора мощностью . трансформатором более высотой мощности 5Н1 .

вывода

1. В диссертации, исходя из условия обеспечения нормативного уровня износа изоляции, установлены наибольшие значения коэффициента перегрузки силового трансформатора, работающего в городской электрической сети, в зависимости от температуры окружающей среды. Показано, что перегрузка трансформатора на 20 % без ущерба для ресурса его изоляции допустима лишь в зимний период, когда расчетное значение температуры окружающей среды принимается равним минус 5 °С.

При фактической нагрузке трансформатора в течение суток и года, равной или меньшей его номинальной мощности, тлеется значительное недоиспользование ресурса изоляции трансформатора.

2. Построены зависимости для определения относительного износа ресурса изоляции силового трансформатора мощностью до

630 кВА при одном коротком замыкании на вводе или присоединенных линиях 0,38 кВ, от величин« кратности тока короткого замыкания, обеспечивающие возможность получения наибольших и наименьших оценок значений сработок ресурса изоляции.

Установлено, что наиболее существенный износ изоляции транс™

форматоров от воздействия токов короткого замыкания на стороне 0,38 кВ наблюдается у трансформаторов мощностью до 160 кВА.; С увеличением номинальной мощности трансформатора 250..630 кВА износ его изоляции от воздействия токов короткого замыкания в сети 0,3В кВ снижается.

В диссертации предложен подход к оценке вероятности безотказной работы трансформатора за период его эксплуатации как произведение вероятностей безотказной работы при перегрузках и вероятностей безотказной работы при воздействии токов внешних корот-гак замшаний наиболее вероятных продаляительноетей. Установлено,-что к концу нормативного срока службы риск отказа трансформатора составляет 0,64 (в случае присоединения к трансформатору кабельных линий 0,38 кВ) и от 0,67' до 1,0 (при присоединении к трансформатору воздушных линий 0,38 кВ);

3. Дана оценка продолжительности работы силовых трансформаторов городской электрической сети по условиям их физического и морального износов. Установлено, что при ежегодном снижении стоимости и расходов на эксплуатацию в размере 3 % и более и одновременном ежегодном росте нагрузки в размере 2 % и более, функционирующий в сети трансформатор морально устаревает за срок, меньший нормативного срока службы.'

На основе математической модели надекности работы трансформатора, учитывающей начальные и внезапные отказы, а также отказы при равномерном и неравномерном износе изоляции от воздействия сквозных токов короткого замыкания, найдено, что после истечения нормативного срока олужбы трансформатора параметр потока его отказов возрастает й 21 раз (при подключенных я шинам 0,38 ¡в воздушных линиях) и в 13 раз (яри подключенных к винам 0,38 кВ кабельных линиях),

4. Эффективность эксплуатации отработавшего свой нормативный срок силового трансформатора, установленного в нерезервированной городской сети,' обеспечивается лишь в тех случаях, когда ущерб от недоотпуска электроэнергии потребителям при аварийных отключениях не превышает 50 % стоимости нового трансформатора.

Для трансформаторов, установленных в резервированной городской сети, условием'их эффективного использования после нормативного срока служит непревылепие ежегодных расходов на техническое обслуживание, капитальные и текущие ремонта более.чем в 2,а_5,3 ' раза по сравнению с имевшими место ежегодными расходами после ввода трансформатора в эксплуатацию;

5. На основе метода динамического программирования для персональной ЭВМ разработаны алгоритм и программа нахождения момента времени замены существующего трансформатора на трансформатор большей мощности в условиях ежегодного роста нагрузки и непрерывного снижения потерь мощности холостого хода у изготавливаемых промышленностью трансформаторов. Установлены нижние значения коэффициента роста нагрузки для различных уровней первоначальной нагрузки трансформатора, до достижения которых вопрос о замена трансформатора более мощным рассматриваться не должен.

Список опубликованных работ соискателя по теме диссертации

1. Яебиб Шихеб. Определение износа витковой изоляции силовых трансформаторов распределительной электрической сети за период

их эксплуатации //Сб. Материалы БО-й научно-технической конференции профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов Белорусской государственной политехнической академии; В 2 ч. Aîjihc к :Бел. гос. политехи, академия, 1994. - U.2 "Энергетика", "Энергетическое строительство", "Строительство", "Дорожное строительство". - 1994. - 37 с.

2. Лебяб Шихеб. Построение аналитических зависимостей паспортных данных силовых трансформаторов I-U! габаритов от их номинально!! мощности /Ред.журн. "Изв.вузов и энергетич. объединений СНГ. Энергетика". - Минск, 1Э94. -10 с. - Деп. в ВИНИТИ 15.04.94, № m-B9i.

3. Короткевич ил., Лебиб Шихеб, Определение продолжительности службы силовых трансформаторов по условиям морального износа //Сб. Материалы международной 51-ой научно-технич.конф. профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов БПТА, посвященной 75-летию Белорусской государственной политехнической академии "Состояние и перспективы развития науки и подготовки инженеров высокой квалификации в Белорусской государственной политехнической академии : В И. /Минск: БП1А , 1995. -

"Электроэнергетика", "Теплоэнергетика", "Водохозяйственное строительство", "Теплогозоснабкенпп и строительная теплофизика", "Открытые горные работы". - 1995. - С.70-71.

РЕЗЮМЕ Лебиб Шихеб Вон Нзсер

Оценка продолжительности эксплуатации силовых трансформаторов городской электрической сети после формативного срока их службы

Городская электрическая сеть, силовые трансформаторы, продолжительность эксплуатации, износ изоляции, перегрузка, токи коротких замыканий

Объект исследования - силовые трансформаторы городской электрической сети.

Цель работы - снижение стоимости распределения электроэнергии в городской электрической сети за счет уменьшения капитальных затрат на замену отслуживших с во 11 нормативный срок силовых трансформаторов первого и второго габаритов ясполнэнил.

Применялись метода расчета электрических аппаратов, -технико-экономического анализа, математической статистики и теории вероятностей.

Оценен износ и остаточный ресурс изоляции силовых трансформаторов от воздействия токов нагрузки применительно к характерным графикам нагрузки коммунально-бытовых потребителей городской электрической сети и фактическим изменениям температуры окружающей среди, характерной для. условий г.Минска.

Построена зависимость относительного износа ресурса изоляции силового трансформатора мощностью до 630 кВА при прохождении сквозных токов короткого замыкания.

Составлен прогноз продолжительности работы силовых трансформаторов городской электрической сети с учетом как физического, так и морального износа.

Установлены впервые технико-экономичеокие условия целесообразности продолжения эксплуатации трансформатора после нормативного срока служб и в резервированной и нерезервированной сети.

Результаты диссертации использованы в учебном процессе в Белорусской государственной политехнической академии и могут быть использованы в городских электрических сетях при решении вопроса о замене или продолжении эксплуатации индивидуально каждого трансформатора после истечения нормативного срока его службы.

Область применения результатов диссертации - электроэнергетика и,в частности, городские электрические сети.

18

Р Э 3 Ю М В Л.еб1б Шнхеб бен Насер

Ацзнка працягласцГ эксплуатацыГ с1лавых трансфарматарау гарадской электрычнай сеткГ иасля нарматнунага тэрм1цу Гх службы

Гарадская электрычная сетка, с1лавыя трансфарматары, пра-цягласць эксплуатацыГ, зное 1заляцыГ, перагрузка, ток1 кароткГх замкненняу.

Аб'ект даследавання - с1лавыя трансфарматары гарадской' электрычнай сеткГ.-

Мэта работы - эШкэнне кошту размзркавання электрычнай эиергИ у гарадской электрычнай сетцы за коит зн1кэш!Я кап1тал.ь-ных выдат^ау на замену адпрацаваушнх свой нарматыуны тэрмГн с1-лавше трансфарматарау першага'и другога габапытау выканання.

УжывалГся метады разлГку электрычных апаратау, тэхн1ка-зка-на:,'1 чмага анал1зу, матэматкчнай статистый I тэоры1 1мавернасц1.

Ацэнен зное I астаткявн рэсурс 1заляды1 сГлавых трансфарматарау ад уплыву токау нагрузкГ для характэрных графЕкау нагрузка канульна-бытаЕнх спажыуцоу гарадской электрычнай сетк! I фактичных 31«щеяняу тэмпературы навакольнага асяроддзя у прымянен-аГ да умсв£^ г.Жнска.

Пабудавана залеянасць адноснага зносу рэсурса 1заляцы1 с1-лавога трансфарматара. магутнасщо да 630 кВА пры праходжаннЕ скразннх токау' кароткага замыкания.

Сасгаулен прагноз працягласцЕ работы с1лавых трансфарматарау гарадской электрычнай сеткГ з улЛ.кам як ф1з1чнага, таг т маральнага зиосу.

Установлены упершыню тэхн1ка-эканам1чныя умовы мэтазгод-насцЕ прадаухэння эксплуатацыГ трансфарматара пасля нарматнунага тэрм1ну службы у рэзерпаванай I нерээеряаванай сетках.

ВынХкЕ дысертацы1 выкарастаны у-вучэбным працэсе у Беларус-кай дзяркаунай палЕтэхнЕчнай акадэуЛТ I могуць быць выкарастаны у гарадскГх электрычных сетках при ралэ!ш1 лчтання аб замене цП прадвужэнн! эксплуатацыГ 1ндыв1 дуальна кожнага трансфарматя-ра паоля закакчэшш нарматнунага т-• 1ну яго службы.

Вобласць вшсарыста1шя вмЯкау' юертацыЕ - электраэнерге-тыка £,у прыватнасц!, гарадскГя электрычшя сеткГ.