Введение 3
1. Задачи контроля режимов работы силового трансформатора и пути их
решения 7
1.1. Режимы работы силовых трансформаторов 7
1.2. Анализ характеристик силовых трансформаторов и способов контроля
их режимов работы 13
1.3. Существующая система контроля рабочего режима силовых
трансформаторов и задачи ее совершенствования 23
2. Разработка предложений по оснащению трансформатора
дополнительными датчиками 29
2.1. Анализ существующих датчиков и оценка их эффективности 29
2.2. Обоснование предложений по применению дополнительных
датчиков, основанных на косвенных методах контроля рабочего режима силового трансформатора 46
2.3. Разработка системы дистанционного считывания информации с
датчиков 48
3. Разработка алгоритмов анализа сигналов датчиков 54
3.1. Разработка структурной схемы интеллектуальной системы контроля
рабочего режима силового трансформатора 54
3.2. Разработка предложений по реализации интеллектуальной системы
контроля рабочего режима силового трансформатора 66
Заключение 86
Список используемых источников 88
С появлением электричества человечество шагнуло в новую эпоху - эпоху энергии. В современном мире существует такое направление деятельности как энергетика. Энергетика, на данный момент, является тем пластом, на котором держится инфраструктура всех стран. Энергетика позволяет снабжать электричеством города и предприятия. Собственно, сама энергетика представляет собой большую инфраструктуру, в которой важную роль играют электрические подстанции. Благодаря подстанциям возможна передача энергии на большие расстояния, что позволяет обеспечивать города и предприятия электроэнергией.
Что же такое электрическая подстанция? Электрическая подстанция - совокупность энергоустановок, созданная для передачи, распределения и преобразования электрической энергии. Подстанция состоит из преобразовательных агрегатов, модулей, средств коммутации, устройств вспомогательного воздействия, а также из силовых трансформаторов. Силовой трансформатор является одним из самых важных устройств электрической подстанции.
Силовой трансформатор - это машина, основанная на явлении электромагнитной индукции, для преобразования одной величины тока и напряжения в другую величину тока и напряжения с сохранением показателя передаваемой мощности, при неизменной частоте. Для сборки одного силового трансформатора производится колоссальная работа, начиная от скрупулезного электромагнитного расчета заканчивая высоковольтными испытаниями. Силовой трансформатор является отнюдь не дешевым изделием, которое требует особого внимания и обслуживания во время всего срока эксплуатации.
В период всего срока эксплуатации силовой трансформатор нуждается в техническом обслуживании, невзирая на то, что трансформатор эксплуатируется в нормальном режиме - без перегрузок. Во время рабочего режима может произойти разного рода дефекты, начиная от протечки бака заканчивая частичными разрядами внутри бака трансформатора, которые могут происходить из-за старения изоляции или оставшихся пузырьков воздуха в жидкой изоляции силового трансформатора. Стоит отметить, что частичные разряды не сильно влияют на рабочий режим силового трансформатора, однако, если частичных разрядов много и они происходят часто, то это влечет за собой усиленный износ твердой и жидкой изоляции. В связи с этим возможны срабатывания газовой защиты или вовсе короткие замыкания внутри активной части силового трансформатора.
Для того чтобы знать в каком состоянии находится эксплуатируемый трансформатор необходимо постоянно следить за его состоянием, а именно: за температурой масла, газосодержанием в баке, уровнем масла, а также за электрическими характеристиками. Зачастую во время эксплуатации в силовом трансформаторе возникают дефекты, которые могут привести к ситуациям, когда трансформатор выходит из строя. Для выявления и локализации дефектов существуют различные системы мониторинга.
Для чего же служит система мониторинга и что это такое? В основном это система диагностического контроля, которая позволяет выявить дефекты силового трансформатора во время его эксплуатации на самых ранних стадиях. Чем раньше дефект удается обнаружить, тем эффективнее эта система и тем дольше прослужит силовой трансформатор.
На сегодняшний день у потребителей возникает необходимость в улучшении систем мониторинга. Это обуславливается тем, что потребитель заинтересован в том, чтобы дорогостоящие трансформаторы получали своевременное обслуживание в период возникновения дефекта, что позволит силовому трансформатору прослужить дольше. Зачастую потребители модернизируют свои подстанции, внедряя новые системы мониторинга или улучшая старые. Не стоит забывать о том, что системы контроля являются сложными и дорогостоящими системами, из-за чего от качественных систем отказываются и устанавливают что-то более дешевое. Именно такой дешевый и информативный вариант системы и предстоит разработать в ходе всей магистерской диссертации.
Стоит отметить, что в диссертации затронуты не все системы мониторинга, а только часть. В основном системы мониторинга работают во время нормальной работы силового трансформатора, то есть во время рабочего режима силового трансформатора ведется непрерывное наблюдение за его характеристиками. В диссертации не затронуты алгоритмы реагирования систем мониторинга в период короткого замыкания, в период аварийной работы или в период повышенных нагрузок. Это обусловлено тем, что во время коротких замыканий всегда сработает релейная защита. Во время эксплуатации при повышенных нагрузках всегда ведется жесткий контроль, так как в такой режим не часто выводят силовые трансформаторы. Из выше сказанного следует, что необходимо подробнее изучить системы контроля рабочего режима силовых трансформаторов. Рабочий режим представляет из себя наиболее долгий режим работы силового трансформатора, поэтому является наиболее информативным.
Из выше сказанного, можно сделать вывод, что повышение информативности работы дешевых систем контроля рабочего режима и оценки технического состояния увеличит срок службы силового трансформатора, так как трансформатор будет выведен из рабочего режима до момента критического повреждения. Разработка более простой, дешевой и информативной системы позволит сэкономить финансовые ресурсы, поэтому разработка предложение по построению интеллектуальной системы является одним из главных факторов по улучшению функциональности подстанций.
Не стоит забывать, что рано или поздно может наступить момент, когда стоимость внедрения или улучшения системы контроля может превысить экономические возможности, а значит, во время разработки предложений по построению интеллектуальной системы необходимо учесть экономическую эффективность.
Целью магистерской диссертации заключается в повышении
надежности и увеличение срока службы силового трансформатора.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- провести анализ существующих систем контроля режимов работы силовых трансформаторов, а также приборов использующиеся в системах контроля рабочего режима,
- изучить неблагоприятные факторы, влияющие на некорректную работу системы,
- разработать дополнительные средства контроля и алгоритмы обработки сигналов датчиков контроля рабочего режима трансформатора.
Современные системы контроля режимов силового трансформатора довольно развиты. В системах применяются микропроцессорные технологии, разрабатываются новые алгоритмы обработки данных. Системы часто обновляются. Но за всем этим функциональным богатством стоит один нюанс. Для внедрения и обслуживания сложных систем необходимы колоссальные средства. К тому же, если говорить о Российской энергетике, то все меньше предпочтения отдается отечественным производителям. Зачастую все передовые технологи принадлежат заграничным производителям, что, в свою очередь, увеличивает стоимость систем. Стоит отметить и то, что для обслуживания заграничного оборудования необходимо обращаться за границу или к их представителям. Нехватка квалифицированного персонала тоже влечет за собой риски. Исходя из всего вышеперечисленного, для того, чтобы системы не превращались в «дорогие игрушки» и для обеспечения максимальной эффективности при малых затратах была проведена научная работа под названием «Разработка предложений по построению интеллектуальной системы контроля режимов работы силового трансформатора».
В первом разделе диссертации был выполнен анализ объекта для которого разрабатывалась система контроля. Был произведен анализ режимов работы силового трансформатора. Из всех режимов для диссертации взят за основу номинальный режим работы - рабочий режим. Далее были проанализированы характеристики силового трансформатора на примере силовых трансформаторов классом напряжения 110 кВ.
Следующим этапом работы стал анализ дефектов, которые могут возникнуть во время работы силового трансформатора. Подводя итоги анализа, были выявлены самые часто возникающие дефекты и первоначальные отклонения, которые возникают при тех или иных дефектах.
Подробно ознакомившись с дефектами далее был разобран вопрос каким же методом пользуются современные системы для отслеживания технического состояния силового трансформатора. Это метод непрерывного контроля с использованием статичных датчиков, расположенных на силовом трансформаторе. Вся необходимая информация считывается датчиками, а затем передается в центры управления. Далее был произведен анализ самых востребованных и широко используемых систем контроля.
Во втором разделе диссертации были изучены датчики, которые используются в современных системах контроля. Были определены плюсы и минусы датчиков, их возможности. По итогу исследований было выявлено, что не все датчики имеют универсальность, нет дешевых и в тоже время информативных аналогов системы. Результатом всех исследований стало обоснование надобности разработки предложений по построению интеллектуальной системы контроля режимов силового трансформатора.
Третий раздел посвящен непосредственно разработке системы. В разделе изложен алгоритм работы системы.
Работа интеллектуальной системы основана на сравнении данных полученных с датчиков с уже выставленными значениями и пределами допустимых отклонений. Представлена схема работы прибора сравнения. В системе предусмотрена замена обычных датчиков на аналогичные, но собственного исполнения. Их схемы и работа так же изложены в разделе. Из- за того, что система разработана только в теории ее сложно экономически сравнить с уже имеющимися системами, но исходя из доступности материалов, простоты монтажа и работы был произведен экономический расчет внедрения такой системы на объект. Представленная система выглядит простой, но на деле может хорошо показать себя на небольших подстанциях, где нет возможности постоянного контроля персоналом.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
