Применение современных компьютерных технологий для решения задач оценки функционального состояния силовых масляных трансформатор. Применение современных компьютерных технологий для решения задач оценки функционального состояния силовых масляных трансформаторов

• Название: Применение современных компьютерных технологий для решения задач оценки функционального состояния силовых масляных трансформаторов
• Анкор: Применение современных компьютерных технологий для решения задач оценки функционального состояния силовых масляных трансформатор
• Дата: 23.11.2022
• Размер: 113.15 Kb.
• Имя файла: tezis_primer.docx
• Тип: Документы; #808181

УДК 004.94
Применение современных компьютерных технологий для решения задач оценки функционального состояния силовых масляных трансформаторов
Алексей Николаевич Бакланов

Михаил Владимирович Ланкин

Игорь Михайлович Ланкин
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова,

346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132. [e-mail]
Аннотация – Для долговременной эксплуатации силового масляного трансформатора необходимо соблюдение всех регламентируемых проверок его технического состояния, прописанных в инструкции. Текущий регламент предусматривает ежедневный профилактический осмотр и технического обследование не реже одного раза в неделю. Сложность данной диагностики заключается в необходимости отключения обмоток катушек трансформатора от энергосети для оценки их состояния и получения проб масла. Как известно, нагрев силового трансформатора в процессе его работы обусловлен наличием активных потерь в обмотках и сердечнике. При большой мощности трансформаторов имеют место внушительные тепловые потери. Для предотвращения перегрева трансформатора и нарушения изоляции обмоток катушек используются масляные системы охлаждения. При ухудшении качества трансформаторного масла увеличиваются активные потери и снижается коэффициент полезного действия силового устройства, что негативно сказывается на процессе преобразования электрической энергии. Исходя из этого можно сделать вывод, что качество масла напрямую влияет на долговечность силового трансформатора. Таким образом, наиболее важными функциональными элементами, с точки зрения контроля, являются трансформаторное масло и катушка силового устройства.

Исходя из всего вышесказанного, актуальной проблемой технического контроля трансформаторов электрических подстанций являются разработка методов и устройств экспресс-контроля функционального состояния силовых масляных трансформаторов, позволяющих оперативно получать диагностическую информацию, достаточную для своевременного принятия решения о необходимости проведения внепланового ремонта или обслуживания.

Ключевые слова – силовой трансформатор; трансформаторное масло; импеданс; диагностика; функциональное состояние; MathCad.
Application of modern computer technologies to solve problems of assessing the functional state of power oil transformers
Aleksei Nikolaevich Baklanov

Mikhail Vladimirovich Lankin

Igor' Mikhailovich Lankin
Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)"

346428, Rostov Region, Novocherkassk, Prosveshcheniya, 132. [e-mail]
Abstract – For the long-term operation of a power oil transformer, it is necessary to comply with all the regulated checks of its technical condition prescribed in the instructions. The current regulations provide for daily routine inspection and technical examination at least once a week. The complexity of this diagnostics lies in the need to disconnect the windings of the transformer coils from the power grid to assess their condition and obtain oil samples. As you know, the heating of a power transformer during its operation is due to the presence of active losses in the windings and core. With high power transformers, impressive heat losses take place. To prevent overheating of the transformer and damage to the insulation of the windings of the coils, oil cooling systems are used. With the deterioration of the quality of transformer oil, active losses increase and the efficiency of the power device decreases, which negatively affects the process of converting electrical energy. Based on this, we can conclude that the quality of the oil directly affects the durability of the power transformer. Thus, the most important functional elements from a control point of view are the transformer oil and the coil of the power device.

Based on the foregoing, the urgent problem of technical control of transformers of electrical substations is the development of methods and devices for express monitoring of the functional state of power oil transformers, which allow to quickly receive diagnostic information sufficient for a timely decision on the need for unscheduled repairs or maintenance.

Keywords – power transformer; transformer oil; impedance; diagnostics; functional state; MathCad.

Проанализировав существующие подходы к диагностике и контролю силовых масляных трансформаторов [1-4] и др., можно сделать вывод, что используемые в настоящее время подходы базируются на виброакустическом, частотном и энергетическом анализе. При необходимости оценки состояния охлаждающего масла в силовых трансформаторах используют химические методы анализа. Таким образом стоит отметить, что для диагностики и контроля электротехнических систем электрических подстанций не используют комплексный анализ многих физических процессов (механические, тепловые, энергетические, магнитные, электрические) и построение схем замещения, а также существующие подходы не позволяют прогнозировать состояние электротехнических систем, что позволило бы повысить эффективность функционирования и надежность электрических подстанций в целом. Так же был проведен анализ методов прогнозирующего анализа (интеллектуальный нейросетевой анализ, метод двухпараметрического экспоненциального сглаживания, метод Заде-Рагазинни, метод Бокса-Дженикса, метод экспоненциального сглаживания, метод сплайн аппроксимации) и их применимости к прогнозированию состояния высоковольтных электромагнитных выключателей и силовых масляных трансформаторов.

Предлагается использовать импедансо-частотные характеристики для оценки состояния силовых масляных трансформаторов. Импеданс принято моделировать с помощью эквивалентных электрических схем. Они представляют собой различные комбинации емкостей C и активных сопротивлений R (рисунок 1).



Рисунок 1 – Эквивалентные схемы трансформаторного масла
Одним из методов измерения импеданса является двухэлектродный метод рассмотренный ранее автором в статье [5]. В противовес его простоте, он обладает недостатком: систематической погрешностью, возникающей из-за неточного соблюдения размеров измеряемого объекта. Дополнительную погрешность в результат измерения вносит контактное сопротивление электрод – среда. Существенно снизить влияние контактных сопротивлений позволяет четырехэлектродный метод.

Схема для реализации четырехэлектродного метода состоит из источника тестирующего сигнала, мостовой схемы измерения и усилителя (рисунок 2).



Рисунок 2 – Схема для четырехэлектродного метода
Рассмотрим пример применения четырехэлектродного метода для конкретной схемы замещения трансформаторного масла, приведенный на рисунке 3.



Рисунок 3 – Схема для четырехэлектродного метода
В данной схеме замещения шестнадцать неизвестных. Причем значения R₁=R₂= R₃=R₄, C₁=C₂=C₃=C₄, а R₅=R₆, R₇=R₈, C₅=C₆. Таким образом, остается семь неизвестных. Для этой схемы можно записать три уравнения: для напряжения U₂₃, сдвига фазы φ₁₄ между током I₁₄ и напряжением U₂₃ источника питания, и сдвига фазы φ14 между током I₁₄ и напряжением U_ист.







Если в этой схеме создать режимы последовательного и параллельного резонанса, то можно будет записать еще 6 уравнений, описывающие математическую модель трансформаторного масла. Решение этих уравнений с помощью программы Mathcadпозволит определить импеданс масла и охарактеризовать его состояние.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-38-90120 Создание научных основ резонансной последовательно-параллельной импедансной спектроскопии силовых масляных трансформаторов для адаптивного прогнозирующего анализа их функционального состояния
Список литературы

1. Н.В. Киншт Возможности спектральных методов при диагностике силовых трансформаторов // Вологдинские чтения, № 53, 2005, с 13–14.

2. Л.В. Макаревич, Л.Н. Шифрин, М.Е. Алпатов Современные тенденции в создании и диагностике силовых трансформаторов больших мощностей // Известия Российской академии наук. Энергетика, № 1, 2008, с 45–69.

3. В.М. Степанов, К.А. Андреев Технические решения по диагностике силовых трансформаторов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, № 6-1, 2011, с 74–81.

4. Е.Г. Ермаков, Т.В. Ганул Комплексный подход к диагностике силовых трансформаторов // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность, № 6, 2015, с. 32–36.

5. Tkachenko, G.I., Baklanov, A.N. A method of resonant series-parallel identification Procedia Engineering, 2015, 129, с. 690-694.