ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Элементы трансформатора и виды их повреждений 8
1.1.1 Роль и значение трансформаторов 8
1.1.2 Магнитопровод 9
1.1.3 Обмотки 12
1.1.4 Вводы 14
1.2 Определения диагностики и мониторинга и их отличия 17
1.3 Параметры, рассматриваемые при диагностике 18
1.4 Виды систем мониторинга 20
1.5 Мониторинг трансформаторов за рубежом 21
1.6 Актуальность перехода от диагностики к мониторингу состояния
силовых трансформаторов 22
1.7 Задачи исследований 23
2 СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
2.1 Визуальный контроль состояния трансформатора 24
2.2 Тепловизионное обследование трансформатора 24
2.3 Электрические испытания 26
2.3.1 Метод частотного анализа (МЧА) 26
2.3.2 Измерение сопротивления обмоток постоянному току 27
2.3.3 Метод низковольтных импульсов (НВИ) 27
2.4 Химический анализ масла 28
2.4.1 Контроль влагосодержания трансформаторного масла 28
2.4.2 Контроль электрической проводимости 31
2.4.3 Контроль пробивного напряжения 32
2.4.4 Контроль оптических параметров 33
2.4.5 Контроль параметров масла на переменной частоте 35
2.5 Хроматографический анализ газов, растворенных в трансформаторном
масле 36
2.6 Вибрационное обследование и диагностика 39
2.6.1 Цель проведения вибрационной диагностики 39
2.6.2 Измерение общего уровня вибрации на поверхности бака 40
2.6.3 Определение параметров прессовки обмоток и магнитопровода 41
2.6.4 Уточнение диагноза «распрессовка обмотки» 41
2.6.5 Уточнение диагноза «распрессовка магнитопровода» 42
2.7 Измерение частичных разрядов в трансформаторе 44
2.8 Сопоставление методов диагностики с элементами трансформатора 46
Выводы по разделу 2 47
3 СУЩЕСТВУЮЩИЕ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
3.1 Система мониторинга TDM фирмы «Димрус» 48
3.1.1 Организация мониторинга силовых трансформаторов при помощи
системы «TDM» 48
3.1.2 Технические решения, принятые при создании системы TDM 49
3.1.3 Конструктивное исполнение системы TDM 50
3.1.4 Программное обеспечение INVA для мониторинга и
автоматизированной диагностики состояния трансформаторов 52
3.2 Стационарная система анализа растворенных газов в нескольких баках
GE Energy MULTITRANS 57
3.2.1 Области применения 58
3.2.2 Средства связи 59
3.2.3 Аварийные сигналы 59
3.2.4 Perception - программное обеспечение для управления парком
трансформаторов и оценки рисков 60
3.2.5 Технические характеристики 61
3.3 Адаптация систем мониторинга для трансформаторов 110-220 кВ
мощностью 10-63 МВ-А 61
3.3.1 Состояние мониторинга для выпускаемых трансформаторов в
настоящее время 61
3.3.2 Адаптация системы мониторинга на трансформатор 40 МВ^А 62
Выводы по разделу 3 67
4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МОНИТОРИНГА
4.1 Удельные ущербы потребителям при ограничениях электрических
нагрузок понизительных подстанций 68
4.2 Пример ущерба для металлургического завода 78
4.2.2 Трансформаторы без мониторинга 78
4.2.3 Трансформаторы с системой мониторинга 79
4.3 Связь ущербов и мониторинга 79
Выводы по разделу 4 79
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 80
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 82
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А Модули и датчики системы мониторинга TDM «DIMRUS» 84
Актуальность работы. Силовые трансформаторы принадлежат к основному оборудованию энергосистем, повреждение которого реально влияет на затраты, безопасность и надежность электроснабжения. Поэтому понятно то особое внимание, которое уделяется контролю состояния трансформаторов, определению и поддержанию их работоспособности. Эффективный контроль состояния трансформатора позволяет своевременно принять меры, чтобы дефект не развился в повреждение и не вызвало аварию. Самые распространенные элементы трансформатора, которые нуждаются в диагностике это: магнитопровод, обмотки трансформатора и его вводы, т.к чаще всего дефекты приводящие к аварии развиваются в них.
Контроль состояния и оценка работоспособности трансформатора должны обеспечивать выявление как можно большей части дефектов, опасных в эксплуатации. Многообразие видов этих дефектов, разные условия их развития, в том числе скорость развития, требуют применения многих средств и методов контроля состояния, используемых как во время работы оборудования (непрерывный или периодический контроль), так и в остановленном состоянии (обследование при ревизиях и ремонтах).
Анализ состояния силовых трансформаторов целесообразно проводить в режиме on-line без отключения и вывода в ремонт (непрерывный метод диагностирования). В последнее время интенсивно развиваются и внедряются методы контроля состояния трансформаторов с применением современных компьютерных технологий, обеспечивающих автоматический сбор, обработку и анализ данных.
Цель работы - исследование методов диагностики и мониторинга состояния магнитопровода, обмоток и вводов силового трансформатора 110-220 кВ мощностью 10-63 МВ^А, рассмотреть возможности применения систем мониторинга для непрерывного контроля состояния перечисленных элементов силового трансформатора.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи исследования:
1 Классифицировать виды повреждений и дефектов магнитопровода, обмоток и вводов силового трансформатора и соотнести с методами диагностики и способами выявления данных дефектов.
2 Рассмотреть существующие системы мониторинга состояния силового трансформатора. Произвести сравнение отечественных и зарубежных технологий, для выявления их достоинств и недостатков.
3 Рассмотреть возможность применения систем мониторинга, которые используются для более мощных силовых трансформаторов, а также использовать отечественные системы мониторинга.
4 Адаптировать систему мониторинга на трансформаторы 110-220 кВ мощностью 10-63 МВ^А. Представить технико-экономическое обоснование установки системы мониторинга на трансформаторы.
Объект исследования - магнитопровод, обмотки и вводы силового трансформатора 110-220 кВ мощностью 10-63 МВ-А.
Предмет исследования - получение данных о видах повреждений и дефектов магнитопровода, обмоток и вводов силового трансформатора, которые позволят подобрать и разработать эффективную систему мониторинга состояния данных элементов силового трансформатора.
Научная новизна основных положений и результатов:
1 Классифицированы виды повреждений и дефектов магнитопровода, обмоток и вводов силового трансформатора и соотнесены с методами диагностики и способами выявления данных дефектов.
2 Рассмотрели существующие системы мониторинга состояния силового трансформатора. Проведено сравнение отечественных и зарубежных технологий, для выявления их достоинств и недостатков.
3 Предложены системы мониторинга состояния магнитопровода, обмоток и вводов силового трансформатора, которые используются для более мощных силовых трансформаторов.
4 Адаптирована система мониторинга на трансформаторы 110-220 кВ мощностью 10-63 МВ^А. Представлено технико-экономическое обоснование установки системы мониторинга на трансформаторы.
Практическая значимость работы:
1 Применение разработанной системы мониторинга состояния магнитопровода, обмоток и вводов силового трансформатора существенно повышает надежность силового трансформатора и снижает количество аварий и убытков, связанных с ними.
2 Применение данной системы мониторинга обеспечивает эксплуатационный персонал информацией: о текущем техническом состоянии трансформаторов и причинах, обусловивших его ухудшение, об оптимальных сроках проведения ремонтных работ, которые должны быть выполнены на данном оборудовании для поддержания его безаварийной эксплуатации, об остаточном на данный момент временном ресурсе трансформатора.
3 Данные полученные в ходе исследований и разработки систем мониторинга состояния силового трансформатора, могут быть использованы для разработки еще более совершенной и эффективной системы мониторинга.
В работе предложено применять системы мониторинга состояния магнитопровода, обмоток и вводов силового трансформатора 110-220 кВ мощностью 10-63 МВА, для улучшения надежности энергосистемы и снижение ущербов от аварий, связанных с трансформаторами.
Выполненные исследования в данной работе позволяют сформулировать следующие заключения и выводы:
1 Рассмотрена конструкция магнитопровода, обмоток и вводов силового трансформатора. Данные сведения необходимы для понимания того где и как могут появиться дефекты, а также необходимы для построения как диагностики, так и систем мониторинга. Разграничены понятия мониторинг и диагностика:
- под диагностикой понимается система мероприятий, проводимых с помощью различных технических средств, для проверки и оценки состояния трансформаторов, в установленные заводом изготовителем или предприятием сроки. Используются простейшие визуальные, механические, физические, химические и другие способы контроля состояния, а также их комбинации. Например, увлажнение трансформаторного масла может быть определено по изменению цвета индикаторного силикагеля или путем химического анализа;
- под мониторингом состояния силового трансформатора понимается непрерывная диагностика, происходящая в режиме on-line. Система мониторинга служит для непрерывного контроля всех ключевых параметров трансформатора, диагностики его состояния, формирования заключений о состоянии и прогнозов его работы.
2 Рассмотрены существующие способы диагностики. Сделан вывод что:
- для диагностики магнитопровода используют: частотный анализ (МЧА), химический анализ масла, хромотографический анализ масла, вибрационное обследование, тепловизионное обследование;
- для диагностики обмоток используют: частотный анализ (МЧА), измерение сопротивления обмоток постоянному току, метод низковольтных импульсов (НВИ), химический анализ масла, хромотографический анализ масла, вибрационное обследование, тепловизионное обследование, измерение частичных разрядов;
- для диагностики вводов используют: визуальный осмотр, частотный анализ (МЧА), хромотографический анализ масла, тепловизионное обследование, измерение частичных разрядов.
3 Проанализирован рынок систем мониторинга. Увидели, что уже и в России выпускаются мощные системы мониторинга состояния трансформатора. Выбрана самая оптимальная комплексная система мониторинга марки «TDM» (Transformer Diagnostics Monitor), разработанную фирмой «DIMRUS», однако у отечественного производителя отсутствуют системы, позволяющие делать непрерывный анализ растворенных газов в масле, и для этой цели взята к рассмотрению систему GE Energy MULTITRANS.
4 Был рассмотрен состав, конструкция, логика работы, параметры, систем мониторинга, приведенных выше, после чего была произведена адаптация этих систем на трансформатор ТРДН-40000/110 мощностью 40 МВА Рассмотрено, как устанавливаются шкафы управления и датчики, для наглядности были приведены фотографии и схемы.
5 После адаптации, было произведено технико-экономическое обоснование. Рассмотрена методика расчета удельных ущербов, после чего был рассчитан пример ущербов для металлургического завода. Посчитано что для двухтрансформаторной понизительной подстанции металлургического завода с установленными в ней трансформаторами ТРДН-40000/110 мощностью 40 МВ-А и коэффициентом загрузки 0,7, система мониторинга окупается уже после первого исключения отключения одного трансформатора, т.к. стоимость системы мониторинга составляет 1320000 рублей, а ущерб от отключения одного трансформатора 1951936 рублей, что дороже системы мониторинга на 631936 рублей.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
