автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Ресурсосберегающие методы определения работоспособности электрических цепей регуляторов напряжения под нагрузкой силовых трансформаторов

На правах рукописи

Иванова Татьяна Георгиевна

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ РЕГУЛЯТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ ПОД НАГРУЗКОЙ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Специальность 05.09.03- Электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

7 НОЯ 2013

Чебоксары - 2013

005537198

Работа выполнена на кафедре теоретических основ электротехники и релейной защиты и автоматики в ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Шевцов Виктор Митрофанович

кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»

Булычев Александр Витальевич

доктор технических наук, технический директор ООО НПП «Бреслер», г. Чебоксары

Шаварин Николай Иванович

кандидат технических наук, главный специалист отдела низковольтных комплектных устройств ООО «Экра», г. Чебоксары

Ведущая организация:

ЗАО «Чебоксарский электроаппаратный завод», г. Чебоксары

Защита состоится «29» ноября 2013 г. в 13 часов 00 минут в зале Учёного совета на заседании диссертационного совета Д212.301.06 при ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова» (428034, г. Чебоксары, ул. Университетская д. 38, библиотечный корпус, третий этаж).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу 428015, г. Чебоксары, Московский пр., 15 на имя учёного секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан октября 2013 ]

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент ' Н.В. Руссова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Передача и распределение электроэнергии в электроэнергетических системах осуществляется сложными электротехническими комплексами, неотъемлемой частью которых являются силовые высоковольтные трансформаторы (СВТ), в которых имеются дорогостоящие устройства с движущимися электромеханическими элементами. Одним из таких устройств является регулятор напряжения под нагрузкой (РПИ). Широко распространённым способом регулирования напряжения в электрических сетях является выбор ответвлений в обмотках СВТ. Регулирование напряжения за счёт изменения числа витков при отключённой нагрузке не обеспечивает требуемую оперативность. В связи с этим, как правило, применяют трансформаторы, снабжённые специальными механическими коммутаторами, обеспечивающими переключение ответвлений обмоток под на1рузкой, именуемые РПН. Его отказ приводит к аварии всего трансформатора. Опыт эксплуатации СВТ показывает, что экономический ущерб от аварии РПН исчисляется значительными финансовыми средствами. Поэтому к надёжности РПН предъявляются весьма высокие требования. В настоящее время в системах электроснабжения в России и за рубежом в большинстве случаев определение состояния электрических цепей РПН осуществляют традиционным методом - оценкой их состояния посредством вскрытия бака и слива трансформаторного масла. Такой метод является трудоёмким, дорогостоящим и весьма продолжительным. Следует отметить, что нарушение технологии перекачки масла в системе «бак РПН - дополнительная ёмкость - бак РПН» приводит достаточно часто к ухудшению его диэлектрических свойств, снижению сопротивления изоляции как бакелитового цилиндра контактора РПН, так и обмоток СВТ в целом, а также к увеличению вероятности загрязнения окружающей среды и т.п. Кроме того, при отрицательных температурах и повышенной влажности атмосферы вскрытие бака РПН недопустимо. В 2000 году ООО «Тольятгинский трансформатор|» начал выпуск новой серии переключающего устройства (ПУ) типа РНТА. В нём переключатели, силовые контакты и предызбиратель располагаются внутри контактора. Данное устройство не имеет соединительных валов и редукторов, так как контактор совмещён с устройством привода. Особенностью данного вида РПН, в отличие от друг их, является то, что осциллографирование его контактной системы и снятие временных диаграмм на сегодняшний день возможны лишь на специальном стенде в заводских условиях. В силу вышесказанного, разработка методов определения работоспособности РПН такого типа без вскрытия его бака и откачки из него диэлектрической жидкости является весьма актуальной и сложной научно-технической задачей.

Цель работы - разработка новых эффективных ресурсосберегающих методов определения работоспособности электрических цепей РПН силовых трансформаторов.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

I. Разработка способа и устройства ускоренного контроля дугогасительных контактов РПН типа РНТА-35/200 без вскрытия бака и слива трансформаторного масла.

2. Создание способа контроля электрических цепей токоограничивающих резисторов (ТР) РПН типа РНТА-35/200 без вскрытия бака и слива трансформаторного масла.

3. Разработка способа и устройства для автоматизированного снятия временной диаграммы работы избирателя и контактора РПН типа РНТА-35/200.

4. Разработка схемной, математической и алгоритмической модели процессоз переключения быстродействующего РПН для расчёта индуктивности рассеяния обмоток СВТ.

5. Создание алгоритма определения работоспособности электрических цепей РПН путём оценки постоянной времени ЯЬ цепи обмотки трансформатора н контактов ПУ, а также разработка алгоритма процесса диагностирования РПН.

Методы исследования.

Работа базировалась на фундаментальных законах теоретической электротехники, основных разделов высшей математики, в том числе теории дифференциальных уравнений, методах математического и численного моделирования и выполнялась с применением современных достижений микроэлектроники, цифровой обработки сигналов и компьютерных технологий. Экспериментально-расчётные исследования выполнены с использованием программы Ма1Ьса(1 Экспериментальные исследования данных, полученные в полевых условиях на подстанциях, проводились с использованием отечественного многоканального цифрового осциллографа (ЦО) повышенной помехоустойчивости марки МЦР-01.

Достоверность результатов исследований и разработок подтверждена в серии работ по комплексному обследованию РПН в условиях эксплуатации на действующих открытых распределительных устройствах системы электроснабжения Чувашской Республики. Обоснование теоретических положений разработанных методов контроля выполнено с учётом известных физических законов. Анализ экспериментальных данных проведён с соблюдением положений достоверности статистической обработки результатов испытаний физических измерений.

Положения, выносимые на защиту:

1. Метод ускоренного контроля состояния цепей дугогасительных контактов с токоограничивающим резистором РПН типа РНТА-35/200 без вскрытия его бака и слива диэлектрической жидкости на основе анализа осциллограмм токов с учётом влияния индуктивности высоковольтной обмотки трансформатора.

2. Способ оценки работоспособности дугогасительных и главных контактов РПН типа. РНТА-35/200 производят одновременным снятием осциллограмм токов относительно нейтрали и высоковольтной обмотки всех трёх фаз СВТ, а также осциллограмм напряжений на средней отпайке ТР каждой фазы, выведенной на корпус трансформатора с помощью трёхканалыюго цифрового осциллографа.

3. Математическая модель процесса при переключении РПН для расчёта индуктивности рассеяния обмоток СВТ.

4. Алгоритмы определения работоспособности РПН типа РНТА-35/200 и процесса его диагностирования.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней:

1. Разработана ресурсосберегающая методика диагностирования цепей дугогасительных контактов и TP быстродействующего РПН, отличающаяся от известных тем, что ускоряется и упрощается процесс диагностирования путём анализа осциллограмм токов, с учётом влияния индуктивности обмотки СВТ, с исключением сложных технологических процедур (вскрытие бака ПУ и слив тран сфор м аторного мае л а).

2. Разработаны новый быстродействующий автоматизированный способ и устройство для снятия временной диаграммы избирателя и контактора РПН, отличающийся от известных тем, что используется методика одновременного снятия осциллограмм токов относительно нейтрали и высоковольтной обмотки всех трёх фаз СВТ, а также осциллограмм напряжений на средней отпайке TP каждой фазы, выведенной на корпус трансформатора.

3. Создан достаточно удобный для практических целей метод расчёта индуктивности рассеяния обмоток СВТ, отличающийся от известных тем, что используется методика расчёта параметров переходного процесса RL цепи высоковольтной обмотки трансформатора путём цифрового осциллографирования.

4. Впервые разработаны алгоритмы определения работоспособности РПН на основе оценки постоянной времени RL цепи обмотки трансформатора и контактов ПУ, а также процесса цифрового осциллографирования.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что:

1. Разработанные ресурсосберегающие методы диагностирования цепей дугогасительных контактов и TP быстродействующего РПН дают возможность оперативно оценить диагностируемые параметры в области электротехнического комплекса (трансформатор - РПН) при любых погодных условиях, существенно снижают эксплуатационные, временные и материальные затраты, продлевают ресурс высоковольтного электрооборудования и увеличивают экологическую безопасность работ сведением к минимуму вероятности загрязнения окружающей среды (патент РФ № 2321866 бюл. № 10 от 10.04.2008, патент РФ № 2314545 бюл. № 1 от 10.01.2008).

2. Созданный новый быстродействующий автоматизированный способ и устройство для снятия временной диаграммы избирателя и контактора РПН углубляет и расширяет методы контроля, а также создаёт предпосылки для проектирования электрических цепей электротехнического комплекса (СВТ -РПН) (патент РФ № 2342673 бюл. № 36 от 27.12.2008).

3. Предложенный удобный практический метод для расчёта индуктивности рассеяния обмоток СВТ более точный за счёт учёта активных сопротивлений обмоток СВТ (патент РФ № 2377586 бюл. № 36 от 27.12.2009).

4. Разработанные алгоритм определения работоспособности и алгоритм процесса цифрового осциллографирования РПН позволяют проводить контроль переключающего устройства в непрерывном режиме, поддерживают надёжность работы системы электроснабжения и увеличивают ресурс электрооборудования.

5. Способы определения состояния электрических цепей РПН типа РНТА-35/200, разработанные в ходе выполнения диссертационной работы, внедрены и

успешно используются на предприятиях филиала ОАО «МРСК-Волги» -«Чувашэнерго», о чём свидетельствуют два акта о внедрении.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на У1-ой Республиканской научно-технической конференции молодых специалистов (г. Чебоксары, 2008 г.), на XV Международной межвузовской школе-семинаре «Методы и средства технической диагностики» (г. Йошкар-Ола, 2008 г.), на Международной научно-практической конференции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (г.Новочеркасск, 2012 г.), на научно-практической конференции (г. Чебоксары, ЧПИ филиала МГОУ, 2012 г.).

Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 17 научных изданиях. Из них 7 работ в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, 4 патента РФ на изобретения, 4 работы в материалах научно-технических и научно-практических конференций, 2 работы в сборниках научных трудов.

Личный вклад. Результаты, изложенные в диссертации, получены лично соискателем. Постановка задач исследований, определение методов решения и анализ результатов исследований выполнены совместно с соавторами опубликованных работ. Лично соискателем разработан способ определения состояния РПН типа РНТА-35/200 без вскрытия бака и слива трансформаторного масла.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, приложения, библиографического списка, включающего 80 источников. Работа изложена на 116 страницах, содержит 38 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение содержит краткое обоснование актуальности выбранной темы, цель и содержание поставленных задач, защищаемые положения, научную новизну, практическую значимость.

В первой главе рассмотрены основные способы и устройства, используемые в эксплуатации для контроля электрических цепей РПН трансформатора.

Все традиционные способы требуют вскрытия бака РПН и слива трансформаторного масла, что является их существенным недостатком, так как это снижает экологическую и эксплуатационную безопасность, и увеличивает материальные затраты. Одной из современных разработок отечественной электротехнической промышленности является РПН типа РНТА-35/200. Однако полное определение состояния контактной системы данного устройства на сегодняшний день возможно проводить только в заводских условиях на специальных стендах.

Во второй главе изложен алгоритм функционирования процесса осциллографирования ПУ с токоограничивающими резисторами и представлены новые запатентованные способы и устройство для определения его работоспособности. Оперативный способ всесезонного контроля цепей дугогасительных контактов РПН осуществляется с использованием специализированного устройства, содержащего эталонный источник

напряжения постоянного тока и цифровой осциллограф, осциллографирования приведена на рисунке 1.

Схема

Рисунок 1 - Схема осциллографирования цепей контактов ПУ силового трансформатора с использованием ЦО: 1 - силовой трансформатор; 2 - ЦО, где ИДТ - измерительные датчики тока; 3 - трёхканальный источник напряжения постоянного тока

Цифровой осциллограф выполнен на микропроцессорной элементной базе, имеет повышенную помехозащищённость и предназначен для работы в условиях высокого электромагнитного фона в действующих электроустановках. Он имеет три измерительных датчика тока (ИДТ) и питается от трёхканального источника напряжения постоянного тока (ТИНПТ). Таким образом, реальные осциллограммы токов, полученные на трёх фазах РПН типа РНТА-35/200, с помощью трёхканального цифрового осциллографа дают наглядное представление о временных

-а»

Рисунок 2 - Осциллограммы РПН

РНТА-35/200 трансформатора характерисхиках переключения РПН, точности

ТРДН-40000/110, зав №23591, установленного на «Южная», г. Чебоксары.

Н°п/ст и синхронности работы контактов во всех трёх

фазах (рисунок 2). Также представлен способ контроля цепей токоограничивающих резисторов РПН типа РНТА-35/200. В предлагаемом способе определение состояния цепей ТР производится путём сравнения осциллограмм тока с аналогичными осциллограммами, полученными во время пусконаладочных работ. Процесс измерений происходит в режиме переключения контактора с одного соответствующего положения на другое без вскрытия бака и слива трансформаторного масла. Контроль выполняется одновременно на всех трёх

Рисунок 3 - Ориентировочный вид осциллограмм тока при различных дефектах в цепи дугогасительного контакта РПНтипа РНТА-33/200:

а) дефекты в контактной системе отсутствуют;

б) витковое замыкание ТР;

в) наличие дефекта в контактной системе;

г) обрыв ТР

фазах по схеме, включающей индуктивность обмотки СВТ относительно его выводов и нейтрали. В этом случае определение состояния ТР в каждой фазе ПУ производят по величине постоянной времени (т) переходного процесса изменения тока при его спаде. Причём нарушению контактной системы дугогасительных контактов свойственно уменьшение постоянной времени (т) (рисунок 3, в), наличию виткового замыкания в ТР - её увеличение (рисунок 3, б) от постоянной времени, полученной при пусконаладочных испытаниях (рисунок 3, а). Обрыву ТР соответствует постоянная времени (т), равная нулю (рисунок 3, г).

Представлен способ всесезонного

определения состояния работы главных и дугогасительных контактов РПН типа РНТА-35/200 без его вскрытия, позволяющего провести оценку параметров процесса переключения главных и дугогасительных контактов одновременно всех фаз без демонтажа ПУ из силового трансформатора, и устройство для его осуществления. Схема устройства испытания электрических цепей РПН представлена на рисунке 4. Она работает следующим образом: оператор переводит контакты РПН электрическим приводом, допустим из исходного

положения 7 в положение 8 (рисунок 5, в). После включения трёхканального источника напряжения постоянного тока в сеть питания по обмоткам СВТ, каналам тока ЦО и четырёхпроводному кабелю протекают токи. При этом время нарастания тока составляет 10-15 минут, в зависимости от величины индуктивности обмоток конкретного трансформатора. ЦО в автоматическом режиме измеряет токи с помощью датчиков тока, преобразовывает аналоговые величины в цифровые, обрабатывает и выдаёт полученные значения на дисплей осциллографа. Такой цикл «измерение-вычисление-визуализация» повторяется с интервалом в 1 сек. До установления токов в фазах обмотки оператор наблюдает на жидкокристаллическом дисплее осциллографа плавное увеличение тока. После установления токов в фазах обмотки трансформатора оператор подаёт команду «Пуск». ЦО при этом определяет три уставки на срабатывание трёх пусковых органов для каждого из его токовых каналов, принимая их несколько меньшими значений установившихся токов в соответствующих фазах.

Рисунок 4 - Схема подключения цифрового осциллографа для контроля контактной системы РПН типа РНТА-35/200: 1-9 номера ответвлений; СВТ - силовой высоковольтный трансформатор: где ТР - токоограничивающий резистор; ГК - главный контакт; ДК-дугогасительный контакт; ЦО -цифровой осциллограф, где ИДТ - измерительные датчики тока. !>;, В;, 0_, - дискретные каналы; ЧК - четырёхироводный кабель; ТК - трбхпроводный кабель, ТИНПТ - трехканальный источник напряжения постоянного тока

Заметим, что потенциал на втором выводе ТР в этом состоянии равен нулю, так как цепь дугогасительного контакта разомкнута. Соответственно на входах дискретных каналов ЦО находится логический сигнал «О». После этого оператор с помощью электрического привода переводит контакты РПН в положение 8. Дугогасительный и главный контакты синхронно начинают двигаться в сторону неподвижного контакта ответвления 8. Первым замкнётся с неподвижным контактом 8 дугогасительный контакт (образуется схема «моста») и на втором выводе ТР потенциал увеличится скачком (см. момент на рисунке 5, 6). Соответственно на дискретном канале О^ цифрового осциллографа сигнал логический «О» сменится на логический «1». Те же самые операции происходят на двух других его дискретных каналах. На этом этапе переключения РПН в цепях каналов тока, ток практически не изменяется. Далее, по мере движения контактов в сторону неподвижного контакта ответвления 8, размыкается цепь главного контакта с неподвижным контактом ответвления 7 и ток фазы полностью проходит по ТР. С этого момента (?2) осциллографируемый ток начинает постепенно спадать по экспоненте до момента времени (/3), когда главный контакт достигнет неподвижного контакта ответвления «8». Через 3 минуты после переключения, когда токи в фазах установятся, ЦО производит очерёдное измерение фазных токов и выбирает новые уставки на срабатывание пусковых органов. Далее, через 5 минут после последнего переключения, оператор переводит РПН, с помощью электрического привода, в исходное положение.

Осциллограммы на рисунке 5 (а, б) наглядно показывают последовательность совместной работы главных и дугогасительных контактов,

& =

"Л

Рисунок 5 - Временная диаграмма РПН типа РНТ А-У-35/200:

а) ток в обмотке одной фазы силового трансформатора;

б) сигнал на выходе дискретного канала ЦО;

в) порядок работы главного (Кг) и дугогасительного (Кд) - контактов переключающего устройства типа РНТА-35/200, где 1,8,9 - номера ответвлений обмотки трансформатора; Ь\,Ъг~ индуктивность обмотки ответвлений

причем осциллограмма токов рисунке 5, а иллюстрирует процесс переключения дуго гасительных контактов, а диаграмма напряжений - главных контактов РПН.

Здесь также представлена математическая модель процесса переключения РПН для расчёта индуктивности рассеяния обмоток

свт.

Можно выделить три основных интервала времени, на которых кривые регистрируемых переходных токов фаз различаются. Первый интервал может быть назван «начальным включением», когда все три фазы одновременно подключаются к ТИНПТ первый раз и в номинальном положении переключателя. Система уравнений для этого интервала:

V + ЯЛ + '

¿'а

Л

(1)

где ¿ив, ¿мс — индуктивности намагничивания обмоток фаз А, В, С.

Лл, Дв, Лс. - активные сопротивления высоковольтных обмоток

трансформатора фаз А, В, С.

Решением данной системы дифференциальных уравнений является:

£„ . 'гЛ>г=--+ А.е ,

" «Л.В.С+«,,

где т,д, т.,, т,с - постоянные времени фаз А В, С первого интервала; А\ - постоянная интегрирования. Второй интервал с ограниченным током, когда в цень контакта включается токоограничивающий резистор и ток, протекающий по дугогасительному контакту, падает в разы (рисунок 6). Система уравнений для трёх фаз этого интервала имеет вид:

(¿ф.л + + л„„™ +д„ +ЛЮ,Р)/2А

< (£ф.в + + +*„„» + +Л,„,р)'2В > (2)

(V + "^^¡г+++ ^ =

где - сопротивление ответвления, Л — сопротивление ТР. Введём обозначение:

Решение данной системы уравнений:

+Де

где т2Л, т2В, т2С - постоянные времени фаз А, В, С на втором интервале;

Второй интервал, который длится всего несколько десятков миллисекунд, является наиболее удобным для обработки цифрограмм фазных токов и расчёта параметров переходного процесса переключения с одного ответвления витков обмотки на другое. В этом достаточно быстром режиме изменение каждого фазного тока обусловлено в основном только индуктивностью рассеяния (точнее постоянной времени). Рабочие точки на кривых намагничивания сердечников при этом практически не успевают переместиться. Рассматривая в этом режиме схему замещения первичной обмотки трансформатора как ЯЬ цепь первого порядка можно рассчитать постоянную времени т2 и ¿пф - индуктивность рассеяния трансформатора. Практический расчёт индуктивности рассеяния этим расчётным

методом выполняется в ¿ф *ф ¿»2 Лтг и, д„„ несколько этапов.

Вначаге, на участке с-£/ (рисунок 7) спадающей кривой переходного тока, выбирают произвольно (несколько ниже от установившегося значения до переключения РПН) и по нему находится время ^ на кривой. Это время далее принимается за начало отсчёта и считается как истинное значение ¿1(0). Затем рассчитывается значение тока ¡2 в момент /2 отстоящий от времени на время т с учётом того,

Рисунок 6 - Упрошенная схемная модель процесса переключения РПН для одной из фаз. когда в цепь включается ТР; 1,2,3..« - неподвижные контакты ответвлений; Ец - ЭДС постоянного тока; До -сопротивление постоянного источника питания; Ло™ -сопротивление ответвления; - сопротивление ТР; Ь„ -индуктивность рассеяния обмотки ответвления. Хф — индуктивность рассеяния основной обмотки трансформатора

что за время т свободная составляющая уменьшается в е раз:

Рисунок 7 - Форма кривой переходного тока контактной сист емы РПН

Рисунок 8 - Значения индуктивностей рассеяния обмотки ф. трансформатора типа ТРДН-40000/110 зав. номер № 23737, установленного на п/ст «Новый Город» (г. Чебоксары), снабженного РНТА-35/200

или и ) = у'"гч—-——— . (3)

е

Зная значение ¡2(12), по кривой тока осциллограммы, полученной экспериментальным путём с помощью 1ДО, находят 12. Фактически из файла значений /2(0 выбирается значение и, соответствующее ь(/2)- Далее определяется постоянная времени переходного процесса (т,):

т, = (4)

Таким образом, постоянная времени переходного процесса х2 определяется как разность времён, полученных между двумя значениями переходного тока, первое значение из которых выбирается произвольно, а второе значение переменной составляющей тока определяется по формуле (3) через время т2. Индуктивность рассеяния

высоковольтной обмотки Ь10 находится как произведение постоянной времени переходного процесса и активного сопротивления осциллографируемой цепи:

К (5)

Подобное вычисление производят и раз для произвольных значений времени в интервале /с - На заключительном этапе вычисляют

усредненное значение индуктивности:

I _ А» +-+А,

п

(6)

Полученное значение индуктивности рассеяния может использоваться в расчётах нагрузочных токов короткого замыкания, а также оценки степени деформации обмоток при сквозных коротких замыканиях. С помощью решения системы уравнений (2) и расчётов по формулам (4-6) представлены результаты предложенного метода определения индуктивности рассеяния, полученной после математической обработки реальных осциллограмм токов в контактных системах ПУ (рисунок 8). Благодаря цифровому оециллографированию и автоматизации процессов обработки результатов определялись значения индуктивностей

рассеяния не только в номинальном состоянии РПН, но и во всех позициях переключателя.

Третий интервал, когда из цепи контакта отключается ТР и ток, протекающий по главному контакту, начинает нарастать

(¿Фл ++ + ПК =

* й,„„ + /?„)!„тЕ, ■ (7)

(£,„ + п1 + + Я + Д.)/ = £

Решение данной системы уравнения:

17 -—-—

г Ае

В третьей главе разработан алгоритм диагностирования, который предусматривает выполнение определенной последовательности в анализе параметров объекта. Последовательность в анализе действий характеризуется рабочими воздействиями и составом диагностируемых признаков, определяющих реакцию объекта на воздействия. Алгоритм определения работоспособности РПН типа РНТА-35/200 приведён на рисунке 9. После начала работы алгоритма вводится к - счётчик, определяющий периодичность определения состояния РНТА-35/200, наименование подстанции, диспетчерское наименование СВТ, заводской номер РПН типа РНТА-35/200. Затем вводятся значения постоянной времени хАа, тДш тСп, полученные во время пусконаладочных испытаниях оборудования или от данных предыдущих измерений. После этого производится измерение хАк, хВк, Хс„- При. нахождении хАк, значение которого равно хАп формируется сигнал «Норма ф. А». Полученный результат вводится в базу данных, и действие алгоритма переходит к диагностированию следующей фазы. При отсутствии тЛк, значение которого равно Хап, проверяется условие ха1<>хл„. В случае выполнения этого условия ставится диагноз «витковое замыкание ТР», который записывается в базу данных, после чего действие алгоритма переходит к проверке фазы «5». Если условие хАк>хАп не выполняется, то проверяется условие т^=0. При его выполнении констатируют: «обрыв ТР ф. «.А», результаты сохраняются, алгоритм переходит на следующий шаг опроса. Если условие хАк=0 не выполняется, то алгоритм выдаёт результат тАк<хАп, что означает «дефект в контактной системе». После этого происходит запись значения т.« в базу данных, для её пополнения, после чего проверяется следующая фаза. Действия алгоритма для фаз «5» и «С» будут такими, как и для фазы «Л». После проверки всех фаз РПН ставится условие о дальнейшем диагностировании РНТА-35/200. В случае положительного выполнения условия, счётчик к пополняется, и действие алгоритма переходит на начало. Если продолжать диагностирование не нужно, происходит завершение работы.

Рисунок 9 - Алгоритм автоматизированного определения работоспособности РПН типа РНТА-35/200

Рисунок 10 - Аагоритм процесса определения работоспособности ПУ

На рисунке 10 представлен алгоритм процесса определения работоспособности ПУ. Если правильно подключены осциллограф и ТИНГ1Т к вводам трансформатора происходит рабочий режим испытаний РНТА-35/200. После выполнения программы запрашивается условие необходимости дальнейшего определения состояния. В противном случае работа алгоритма процесса определения работоспособности РПН заканчивается.

В четвёртой главе приведены сравнительный экономический анализ определения работоспособности РПН без вскрытия бака и слива трансформаторного масла, и

традиционных методов контроля Г1У. устанавливаемого на силовой трансформатор.

Традиционный метод определения состояния РПН типа РНТА-35/200 требует значительного количества трудозатрат, а метод его контроля без вскрытия бака и слива трансформаторного масла - на порядок ниже. Экономическая эффективность метода определения работоспособности РПН без вскрытия бака и слива трансформаторного масла по сравнению с традиционным методом осциллографирования одного РПН типа РНТА-35/200 приведена в таблице 1 и может оцениваться значением:

(8)

3

где Э - экономическая эффективность, o.e.: //-экономия, или прибыль, т.руб.; 3 - затраты экономии, т.руб.

Таблица 1 - экономическая эффективность нового метода

Трудозатраты традиционного метода

16, 529 т.руб.

Трудозатраты метода без вскрытия бака и слива трансформаторного масла

0,489 т.руб.

/7 = 16,529т.руб.-0,489т.руб. = 32 &о е ~ 3 0,489т.руб

Далее по тексту представлены результаты диагностирования: РПН в условиях эксплуатации на действующих подстанциях. На рисунке 11 показаны практические результаты осциллограмм токов в переключающем устройстве типа РНТА-35/200, установленного на силовом трансформаторе.

Рисунок 11 - Осциллограммы РПН РНТА-35/200 трансформатора ТРДН-40000/110 зав. №23591, установленного на п/ст «Южная», г. Чебоксары.

а) процесс переключения РПН из положения 6 в положение 7;

б) процесс переключения РПН из положения 7 в положение 8

номер

В заключении сформулированы основные выводы и результаты диссертационной работы:

1. Предложен новый метод определения состояния дугогасительных контактов, а также электрических цепей токоограничивающих резисторов РПН типа РНТА-35/200, который позволяет обосновать и оценить принимаемые решения в области эксплуатации электротехнического комплекса (трансформатор — РПН). Метод даёт возможность осуществить экспресс-анализ состояния цепей РПН вне заводских условий с исключением сложных технологических процедур (слив трансформаторного масла и вскрытие бака ПУ). Сокращает время диагностирования и материальные затраты, увеличивает безопасность эксплуатации с полным исключением вероятности загрязнения окружающей среды и трансформаторного масла, находящегося в баке контактора. Позволяет осуществлять контроль в зимних условиях, а также обеспечивает возможность создания электронной базы данных результатов измерений. Данный метод и устройство внедрены и успешно применяются в Северном производственном отделении филиала ОАО «МРСК-Волги» - «Чувашэнерго», а также в ООО «НПП «Инженерный центр» г. Чебоксары. Экономический эффект от данного внедрения составляет 32,8 o.e.

2. Предложен новый метод и устройство для снятия временной диаграммы избирателя и контактора РПН типа РНТА-35/200, благодаря которому возможно исследование работоспособности главных и дугогасительных контактов РПН без его вскрытия и слива диэлектрической жидкости. Данный метод открывает путь к созданию и реализации современной системы мониторинга электротехнического комплекса (трансформатор - РПН) под рабочим напряжением.

3. На основе многочисленных исследований и сопоставления результатов математического моделирования переключения РПН создан прямой метод определения индуктивности рассеяния обмоток СВТ. Определение по опытным данным индуктивности рассеяния обмоток СВТ важно не только для моделирования, расчёта и изучения процессов, происходящих в них, но имеет практическую значимость для оперативного контроля состояния обмоток, безопасной и эффективной эксплуатации, особенно после внешних коротких замыканий за трансформатором.

4. Разработан и реализован алгоритм определения работоспособности электрических цепей РПН с последующим формированием электронной базы данных цифровых измерений и процесса испытаний PIIH типа РНТА-35/200 в условиях эксплуатации, а также алгоритм процесса его цифрового осциллографирования. Предложенные алгоритмы определения работоспособности РНТА-35/200 и процесса его цифрового осциллографирования ускоряют цифровую обработку осциллограмм, упрощают формирование электронной базы исходных данных и результатов расчёта.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Патенты РФ

1. Пат. № 2342673 РФ, МПК G01R 31/333. Способ и устройство для снятия временной диаграммы избирателя и контактора быстродействующего РПН / Г.М. Михеев, В.М. Шевцов, Т.Г. Михеева (Т.Г. Иванова); заявитель и патентообладатель авторы, заявл. 02.10.06; опубл. 20.04.08. Бюл. №2. - 5 с.

2. Пат. № 2314545 РФ, МПК G01R 31/02, G01R 31/333. Способ диагностики цепей токоограничивающих сопротивлений, установленных на симметричных плечах контактора быстродействующих РПН силовых трансформаторов / Г.М. Михеев, Т.Г. Михеева (Т.Г. Иванова); заявитель и патентообладатель авторы, заявл. 28.08.2006. опубл. 10.01.2008. Бюл. №1. — 6 с.

3. Пат. № 2321866 РФ, МПК G01R 31/02. Способ диагностики цепей дугогасительных контактов РПН типа РНТА / Г.М. Михеев, Т.Г. Михеева (Т.Г. Иванова); заявитель и патентообладатель авторы, заявл. 10.07.2006. опубл. 10.04.2008. Бюл. №10. - 6 с.

4. Пат. № 2377586 РФ, МПК G01R 31/06, G01R 27/26. Способ определения индуктивности рассеяния трехфазной высоковольтной обмотки силового трансформатора / Г.М. Михеев, В.М. Шевцов, С.Н. Баталыгин, Т.Г. Иванова, Ю.А. Федоров, заявитель авторы, патентообладатель: ООО «Инженерный центр», заявл. 10.04.2008. опубл. 27.12.2009. Бюл. № 36. - 11 с.

Статьи в журналах по списку ВАК

5. Михеев, Г.М. Об измерении активного сопротивления обмоток силовых трансформаторов / Г.М. Михеев, С.Н. Баталыгин, Т.Г. Михеева (Т.Г. Иванова) // Электрические станции. - 2006. - №3. - С. 70-73.

6. Михеев, Г.М. Интродиагностика переключающего устройства типа РНТА-35/200 трехфазного силового трансформатора / Г.М. Михеев, В.М. Шевцов, Т.Г. Иванова // Промышленная энергетика. - 2009. - № 1. - С. 12-14.

7. Михеев, Г.М. Экономическая эффективность интродиагностики высоковольтного электрооборудования / Г.М. Михеев, JI. Г. Ефремов, Т.Г. Иванова // Вестник Чувашского университета. Естественные и технические науки.-2009.-№ 4-С. 142-146.

8. Иванова, Т.Г. Возможность интродиагностики обмоток силового трансформатора// Т.Г. Иванова, Г.М. Михеев, В.М. Шевцов // Электромеханика. - 2009. - С.136-137.

9. Михеев, Г.М. Методы определения индуктивности рассеяния обмоток силового трансформатора// Г.М. Михеев, В.М. Шевцов, Т.Г. Иванова // Вестник Чувашского университета. Естественные и технические науки. -2009.-№¡2.-С. 147-153.

Ю.Михеев, Г.М. Экономическая эффективность интродиагностики высоковольтных выключателей и быстродействующих переключающих устройств // Г.М. Михеев, Т.Г. Иванова, Л.Г. Ефремов, Х.У. Каландаров // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. — 2012. - С. 17-24.

П.Иванова, Т.Г. Определение по цифрограммам индуктивности рассеяния обмоток силового трансформатора / Т.Г. Иванова, В.М. Шевцов // Известия вузов. Электромеханика. - 2013. - №1. — С. 88-91.

Статьи в других изданиях

12.Михеев, Г.М. Способ регистрации временной диаграммы РПН отечественного производства// Г.М. Михеев, В.М. Шевцов, Т.Г. Иванова// Региональная энергетика и электротехника: проблемы и решения: сб. научн. тр. Чебоксары: Изд-во Чуваш. Ун-та. - 2008. - С. 72-78.

13.Иванова, Т.Г. Определение индуктивности рассеяния обмотки трансформатора путём цифрового осциллографирования контактной системы РПН / Т.Г. Иванова, В.В. Ванюков, Г.М. Михеев, В.М. Шевцов// Труды Академии электротехнических наук Чувашской Республики. Материалы VI-ой Республиканской научно-технической конференции молодых специалистов. Чебоксары. - 2008. - № 1. - С. 62-66.

14.Ванюков, В.В. Прямой метод определения индуктивности рассеяния обмоток силового трансформатора /В.В. Ванюков, Т.Г. Иванова, Г.М. Михеев, В.М. Шевцов // Сборник трудов XV Международной межвузовской школы-семинара. Методы и средства технической диагностики. Йошкар-Ола, МарГУ. - 2008. - С. 59-62.

15.Михеев, Г.М. Диагностика силовых трансформаторов 35-500 кВ / Г.М. Михеев, Л.Г. Ефремов, Т.Г. Иванова, Х.У. Каландаров // Региональная энергетика и электротехника: проблемы и решения: сб. научн. гр. Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та. - 2011. - С. 61-68.

16.Иванова, Т.Г. Снятие осциллограмм токов контактной системы переключающего устройства вне заводских условий / Т.Г. Иванова // Материалы Международной научно-практической конференции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики». Новочеркасск: Южно-российский государственный технический университет. - 2012. -С. 16-19.

17.Иванова, Т.Г. Инновационные методы диагностирования переключающих устройств. / Т.Г. Иванова, Г.М. Михеев // Инновации в образовательном процессе: сборник трудов науч.-практ. конф.. Чебоксары: ЧПИ МГОУ, 2012. - Вып.10. - С. 92-96.

Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать оперативная. Тираж 100 экз. Заказ №746

Отпечатано в типографии ФГБОУ ВПО "Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова" 428015 г. Чебоксары, Московский проспект, 15

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова»

На правах рукописи

04201451130

ИВАНОВА Татьяна Георгиевна

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ РЕГУЛЯТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ ПОД НАГРУЗКОЙ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель -кандидат технических наук, доцент В.М. Шевцов

Чебоксары 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................4

ГЛАВА I ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ РЕГУЛЯТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ ПОД НАГРУЗКОЙ И МЕТОДОВ ИХ КОНТРОЛЯ..........................................14

1.1 Переключающие устройства без возбуждения..................................14

1.2 Переключающие устройства для регулирования напряжения под нагрузкой................................................................................................................17

1.2.1 Переключающие устройства реакторного типа..............................18

1.2.2 Переключающие устройства с токоограничивающими резисторами............................................................................................................20

1.3 Традиционные методы контроля регуляторов напряжения под нагрузкой со сливом масла...................................................................................23

1.3.1 Измерение активного сопротивления токоограничивающих резисторов..............................................................................................................23

1.3.2 Традиционные схемы осциллографирования электрических цепей контактной системы РПН....................................................................25

1.3.3 Осциллографирование круговой диаграммы переключающих устройств................................................................................................................31

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1..............................................................................33

ГЛАВА II НОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЦЕПЕЙ РПН ТИПА РНТА-35/200......................................................................35

2.1 Особенности переключающего устройства типа РНТА-35/200......35

2.2 Метод определения состояния цепей дугогасительных контактов РПН типа РНТА-35/200........................................................................................39

2.3 Методика определения состояния токоограничивающих резисторов РПН типа РНТА-35/200....................................................................43

2.4 Уточнённый метод и устройство для снятия временной диаграммы избирателя и контактора РПН типа РНТА-35/200........................47

2.5 Математическая модель процесса переключения РПН....................52

2.6 Оценка длительности переходного процесса при включении трансформатора в режиме осциллографирования.............................................64

2.7 Теоретические основы осциллографирования без вскрытия бака

РПН и слива трансформаторного масла.............................................................66

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ II............................................................................69

ГЛАВА III АЛГОРИТМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ РПН ТИПА РНТА-35/200..............................................................................................71

3.1 Связь процесса диагностирования и структуры операторов ЦО.....71

3.2 Разработка алгоритмов автоматизированного процесса диагностирования..................................................................................................72

3.3 Построение алгоритма автоматизированного определения работоспособности РНТА-35/200........................................................................77

3.4 Построение алгоритма процесса цифрового осциллографирования РПН типа РНТА-35/200........................................................................................80

3.5 Обоснование степени автоматизации диагностирования.................82

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ III...........................................................................85

ГЛАВА IV АПРОБИРОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. 86

4.1 Практические результаты цифрового осциллографирования работы РНТА-35/200 на энергообъектах............................................................86

4.2 Результаты расчётов на основе математического моделирования процесса переключения РПН типа РНТА-35/200..............................................92

4.3 Оценка экономической эффективности методов контроля работы РНТА-35/200 без вскрытия бака и слива трансформаторного масла..............96

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ IV...........................................................................99

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.........................................................................................100

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.....................................................102

СПИСОК АВТОРСКИХ ПУБЛИКАЦИЙ..............................................107

ПРИЛОЖЕНИЕ _Расчёт значений индуктивности рассеяния трансформатора типа ТРДН-40000/100/6/6, зав. № 23737 другими известными способами.............................................................................................................111

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Передача и распределение электроэнергии в электроэнергетических системах осуществляется сложными электротехническими комплексами, неотъемлемой частью которых являются силовые трансформаторы со встроенными дорогостоящими устройствами с движущимися электромеханическими элементами. Одним из таких устройств является так называемый регулятор напряжения под нагрузкой (РПН). Широко распространённым способом регулирования напряжения в электрических сетях является выбор ответвлений в обмотках силовых высоковольтных трансформаторах (СВТ). Регулирование напряжения за счёт изменения числа витков при отключённой нагрузке в эксплуатационных условиях не обеспечивает требуемую оперативность. В связи с этим, как правило, используют трансформаторы, снабжённые специальными механическими коммутаторами, обеспечивающими переключение ответвлений обмоток под нагрузкой.

Нормы испытания электрооборудования [1] в общем случае не содержат требований определенных видов контроля состояния переключающих устройств (ПУ) или их элементов. Согласно [2] каждый РПН должен подвергаться изготовителем приёмо-сдаточным испытаниям. Однако указывается, что виды (объём) проверок устанавливаются нормативными документами заводов-изготовителей трансформаторов, например, [3]. Согласно этому документу при вводе новых трансформаторов в эксплуатацию в объём испытаний РПН входит: измерение крутящего момента, измерения сопротивлений элементов токоограничивающих резисторов (ТР) и реакторов, проверка последовательности действия контактов, испытание электрической прочности изоляции, измерение контактного нажатия, проверка работы отдельных элементов и их взаимодействия с механизмом привода.

Следует отметить, что выполнением перечисленных видов проверок РПН в эксплуатации не исчерпывается весь объём необходимого полного контроля. Они

могут быть эффективны в сочетании с плановыми очередными и внеочередными ремонтами, при которых производится разборка, осмотр, дефектация, замена или ремонт изношенных элементов ПУ[4].

Одной из серьёзных проблем в энергетике является проблема старения высоковольтного электротехнического и энергетического оборудования. По экспертным оценкам уровня износа СВТ доля оборудования, подлежащего замене, приблизилась к 80%. Если говорить о качественной характеристике состояния такого электротехнического комплекса как трансформатор - РПН, то здесь ситуация, по мнению эксплуатационников, не лучшая - нет полной диагностики и нет должной информационной базы данных [А1].

Устройство регулирования напряжения силовых трансформаторов под нагрузкой (РПН) по своему исполнению является сложным и часто недостаточно надёжным узлом силового трансформатора. В то же время авария РЕИ может привести к серьёзному повреждению трансформатора в целом, в крайнем случае — к пожару и взрыву. Из официальных данных известно, что до 40% катастрофических аварий трансформаторов связаны с повреждениями РПН [5]. Из-за наличия движущихся электромеханических элементов трансформаторы с РПН требуют в 3-5 раз больших трудозатрат для контроля их состояния по сравнению с нерегулируемыми устройствами. Этот фактор, а также пониженная, в среднем, надёжность трансформаторов с РПН должны учитываться при решении вопроса о замене или ремонте ПУ, а также в организации оперативного контроля состояния данного устройства.

Опыт эксплуатации СВТ показывает, что экономический ущерб от аварии РПН исчисляется значительными финансовыми средствами, не считая те крупные затраты, которые необходимы для восстановления работоспособности дорогостоящего оборудования [6,7]. В связи с этим в эксплуатации на предприятиях энергосистем контролю состояния РПН уделяется большое внимание. Один из основных видов типовых неисправностей - повреждение контактов контактора вследствие искрения, перегрева контактных соединений, их оплавления и выгорания. Известно, что РПН предназначены обычно для

регулирования напряжения на шинах распределительных подстанций. От стабильной работы этих устройств зависит не только качество электрической энергии, но и надёжность работы всего энергообъекта. Одной из главных особенностей режима функционирования устройства РПН является большое количество ответвлений. Выход из строя ПУ означает, в большинстве случаев, аварию трансформатора. Из данных эксплуатации выявлено, что вероятность аварии различных узлов СВТ гораздо ниже, чем у РПН. Есть примеры уничтожения всей подстанции, которое произошло из-за относительно совсем небольшого количества горящего масла (около 200 литров) в баке РПН.

Долгое время процент выхода из строя отечественных силовых трансформаторов по причине дефектов РПН было практически вдвое меньше, чем по данным статистики других стран. Это приводило наших специалистов к мысли о хорошем качестве таких устройств, установленных на отечественных трансформаторах, и о ненужности применения функции контроля состояния РПН в создаваемых системах мониторинга. На самом же деле всё обстояло иначе, на одно переключение РПН отечественного СВТ приходилось не менее сотни коммутаций данного устройства (в единицу времени) в других странах, что обуславливало пониженную аварийность нашего оборудования, имевшего, как оказалось, худшие технические параметры. Все это было следствием низких требований к качеству электроэнергии в нашей стране - на некоторых понижающих трансформаторах устройство РПН не переключалось вообще никогда! В настоящее время экономическая ситуация в энергетике меняется, к качеству электроэнергии потребители предъявляют всё более жёсткие требования, что однозначно приводит к резкому увеличению нагрузки на РПН. Как показывает практика, устройства РПН на эксплуатируемых трансформаторах абсолютно не готовы к требуемому поддержанию напряжения на шинах потребителя на должном уровне. Даже все более широкое внедрение на новых трансформаторах современных устройств переключения напряжения производства мировых грандов не решает эту проблему, а только приводит процент аварийного выхода устройств РПН из строя, как минимум, к

среднестатистическому мировому уровню, который тоже опасно велик для надёжной эксплуатации силовых трансформаторов [8]. Из всего вышеперечисленного можно сказать, что к надёжности работы устройств РПН трансформаторов предъявляются весьма высокие требования.

В эксплуатации данных устройств наиболее частыми неисправностями являются механические неполадки ПУ из-за износа узлов кинематической схемы, приводящие к плохому контакту в схеме РПН - дефекты пружин, привода и других движущихся узлов контактора и избирателя. Эти неисправности сами по себе не сильно влияют на основную работу трансформатора, но являются причиной электрических и изоляционных дефектов, которые могут привести в дальнейшем не только к повреждению РПН, но и регулировочной обмотки дорогостоящего электрооборудования. Одним из основных испытаний ПУ при приёмке, после ремонта и во время ревизии РПН - это проверка последовательности работы контактной системы [9]. Фиксация моментов срабатывания в сопоставлении со значениями угла поворота вала даёт картину взаимного расположения контактов и их отклонения от ранее полученной диаграммы. Осциллографирование токов в процессе переключения позволяет выявить развитие дефектов на ранних стадиях: затягивание срабатывания, неодновременность срабатывания по фазам, неоднократность срабатывания контакта. Анализ моментов времени и позиций переключателя позволяет обнаружить неисправности в работе реверсирующего узла и предупредить возможное залипание контактов. Такой дефект чаще всего возникает, если контакты долгое время находятся не в рабочем состоянии (без тока).

Для контроля исправной работы переключающих устройств проводят проверки. Для реакторного типа РПН - это снятие круговой диаграммы срабатывания контактора и избирателей. Для быстродействующего типа РПН, кроме снятия круговой диаграммы, дополнительно требуется осциллограмма работы контактора. Круговая диаграмма - это развёрнутый график последовательности срабатывания элементов РПН в зависимости от угла поворота основного вала переключающего устройства, либо от количества

оборотов вала привода. Так как на круговой диаграмме невозможно отразить работу контактора, выполняется дополнительная проверка - «осциллограмма работы контактора». Основное требование к приборам подобного типа - это достоверное снятие характеристик последовательности переключения РПН трансформаторов. Измерением омического сопротивления удаётся обнаружить дефекты в контактных соединениях контактора РПН, а также возможно обнаружение неисправностей токоограничивающих резисторов [А2].

В настоящее время в большинстве энергетических систем полный контроль работоспособности устройств РПН осуществляют устаревшими трудоёмкими методами, при которых вскрываются их баки и сливается на время ремонта трансформаторное масло (несколько сот кг). Кроме того, эти методы требуют наличия многочисленных приборов (точные вольтметры, амперметры, мосты переменного и постоянного тока, регулировочные трансформаторы и т. д.). Заметим также, что этими методами диагностирования не удаётся провести мониторинг РПН в условиях большой влажности, отрицательных температур и других неблагоприятных параметрах окружающей среды на открытом распределительном устройстве.

В 2000 году ООО «Тольяттинский трансформатор» освоил серийный выпуск новых компактных РПН типа РНТА-У-З5/200. В этих РПН переключатели, силовые контакты и предызбиратель располагаются внутри контактора. Также в конструкции контактной системы данного типа РПН отсутствуют второй токоограничивающий резистор и дугогасительный контакт. В этом устройстве контактор совмещён с устройством привода, поэтому в нём нет соединительных валов и редукторов. Особенностью данного вида РПН, в отличие от других, является то, что осциллографирование его контактной системы и снятие временных диаграмм на сегодняшний день возможны лишь в заводских условиях на специальном стенде. В силу всего этого, разработка новых методов контроля РПН такого типа без демонтажа и без вскрытия его бака, а также откачки из него диэлектрической жидкости является весьма актуальной и сложной научно-технической задачей.

Данная диссертационная работа посвящена исследованиям и созданию новых ресурсосберегающих методов контроля работоспособности таких РПН.

Цель работы - разработка новых эффективных ресурсосберегающих методов определения работоспособности электрических цепей РПН силовых трансформаторов.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Разработка способа и устройства ускоренного контроля дугогасительных контактов РПН типа РНТА-35/200 без вскрытия бака и слива трансформаторного масла.

2. Создание способа контроля электрических цепей токоограничивающих резисторов РПН типа РНТА-35/200 без вскрытия бака и слива трансформаторного масла.

3. Разработка способа и устройства для автоматизированного снятия временной диаграммы работы избирателя и контактора РПН типа РНТА-35/200.

4. Разработка схемной, математической и алгоритмической модели процессов переключения быстродействующего РПН для расчёта индуктивности рассеяния обмоток СВТ.

5. Создание алгоритма определения работоспособности электрических цепей РПН путём оценки постоянной времени В£ цепи обмотки трансформатора и контактов ПУ, а также разработка алгоритма процесса диагностирования РПН.

Методы исследования.

Работа базировалась на фундаментальных законах теоретической электротехники, основных разделов высшей математики, в том числе теории дифференциальных уравнений, методах математического и численного моделирования и выполнялась с применением современных достижений микроэлектроники, цифровой обработки сигналов и компьютерных технологий. Экспериментально-расчётные исследования выполнены с использованием программы МаЙ1са& Экспериментальные исследования данных, полученные в полевых условиях на подстанциях, проводились с использованием отечественного

многоканального цифрового осциллографа (ЦО) повышенной помехоустойчивости марки МЦР-01.

Достоверность результатов исследований и разработок подтверждена в серии