Мудрые мысли веков

Многие вещи нам не понятны не потому, что наши понятия слабы, а потому, что сии вещи не входят в круг наших понятий.
Козьма Прутков
Печать

Диагностика силовых трансформаторов

При разработке методик расчета и исследований объектов силовой энергетики традиционное внимание уделяется анализу процессов в активных материалах, ферромагнитных и проводящих элементах конструкций. Значительно более редкими являются исследования изоляции. Вместе с тем, при эксплуатации объектов силовой электроэнергетики наибольшее число проблем возникает именно в изоляционных элементах конструкций, а не конструкциях включающих активные материалы. Выделение изоляции из числа активных материалов является в известной степени условным, при допущении, что свойства изоляции являются неизменными и не оказывающими влияние на процессы передачи или преобразования электрической энергии.

В конструкциях включающих активные материалы проблемы возникают, как правило, при аномальных воздействиях. Это нарушение прессовки магнитопроводов и креплений элементов обмоток при возникающих внезапных коротких замыканиях, изменение геометрии обмоток, а также отклонения параметров конструкций при выполняемых ремонтах. В изоляции процессы изменения свойств, без учета влияния электромагнитных полей, во времени идут достаточно медленно, месяцы и годы. И только на завершающем этапе, накануне пробоя,  скорость изменения физических свойств изоляции резко возрастает. Задача диагностики изоляции заключается в определении текущего ее технического состояния. А также, степени опасности дефектов, времени принятия решений, закономерностей процессов, с целью прогнозирования остаточного ресурса эксплуатации.

Более сложными объектами электроэнергетики для диагностики, по сравнению со статическими объектами, кабельными линиями и воздушными линиями  электропередач, являются силовые трансформаторы, трансформаторы тока, выключатели и электрические машины. В этих объектах наряду с диагностикой состояния изоляции необходимы исследования по целому ряду электромеханических характеристик. При этом  возникают проблемы по оценке степени опасности того, или иного дефекта, по причине многофакторности задачи.

Результаты исследований НИЦ «ЗТЗ-Сервис» показывают, что наибольшее число проблем в силовых трансформаторах связано с нарушениями в работе систем охлаждения, вводов и нарушением уплотнений, около 40%. Распрессовка обмоток и магнитопроводов составляет порядка 10% и столько же нарушение характеристик масла. Вместе с тем, опыт исследований показывает, что более 70% дефектов может быть выявлен без отключения трансформаторов.

Для силовых трансформаторов имеются общеизвестные критерии оценки технического состояния, но они ориентированы на предельные значения измеряемых параметров. Например, при анализе содержания газов в трансформаторном масле пользуются нормативами предельно допустимых концентраций, а также отношениями этих концентраций, по которым на основании имеющегося опыта делаются выводы о предполагаемых дефектах. Несмотря на то, что по содержанию газов можно определить до 80% всех возможных дефектов в трансформаторе такой подход является приближенным и требует для анализа результатов специалиста высокой квалификации.

Кроме того, при оценке технического состояния трансформатора, только по маслу, отсутствует целевая функция (функция качества) учитывающая концентрации всех газов в комплексе, что не позволяет выполнить обоснованное прогнозирование развития проблем. Следовательно, такой вид измерений следует отнести к контрольным испытаниям, а не к диагностике, цель которой в комплексном анализе технического состояния и прогнозировании развития дефектов. В некоторой степени результат может быть улучшен на основе анализа специалиста эксперта. Тогда, на базе имеющегося опыта удается получить приближенное диагностическое заключение о техническом состоянии масла.

Учитывая большое число параметров, по которым оценивается техническое состояние силового трансформатора, определение целевой функции, ее анализ являются чрезвычайно сложной задачей. В настоящее время ООО «ТестСервис» кроме анализа трансформаторного масла (включая анализ на продукты распада твердой изоляции), выполняет работы по: тепловизионному обследованию узлов трансформатора; вибродиагностике, с целью определения состояния магнитопровода и обмоток; измерению частичных разрядов электрическим методом и их локализации в пространстве акустическим методом. Все измерения и сбор данных производятся на работающем трансформаторе.

На основании полученных результатов, делается заключение о необходимости измерений на отключенном трансформаторе и, в крайнем случае, разборке трансформатора для визуального осмотра и измерений. Такая технология диагностики позволяет существенно снизить затраты на производство работ, обоснованно распределить ресурсы на техническое обслуживание, реализовать систему обслуживания по действительному техническому состоянию. В настоящее время все работы выполняются, в основном, на основании утвержденных на предприятиях планов планово-предупредительных работ, методик типовых испытаний и потому, учитывая большое количество трансформаторов с исчерпанным ресурсом эксплуатации, являются малоэффективными и затратными.

Все дефекты, возникающие в трансформаторе, носят случайный характер, поэтому для определения целевой функции (например, по маслу) необходимо иметь большое число статистических данных. Для объектов энергетики такого типа целевая функция может быть многоуровневой

Целевая функция

где  Q1,Q2,...,Qn - целевые функции по отдельным физическим явлениям или элементам конструкций. Например: по маслу, частичным разрядам, вибрационным параметрам, температуре и т.п.

Описанный подход в анализе результатов диагностики позволит максимально автоматизировать выработку заключений по техническому состоянию объектов энергетики и в основном исключить влияние человеческого фактора уникальных в этом деле специалистов. Для формализации методов диагностики, с целью разработки технологических инструкций и стандартов, критериев оценки технического состояния и остаточного ресурса, необходим достаточный объем статистических данных. На основании полученных результатов, их анализа разрабатываются алгоритмы и программное обеспечение, для автоматизации контроля технического состояния объектов.