На правах рукописи

ИЛЬДАРХАНОВ РАИЛЬ ГУСМАНОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ОБМОТОК

СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ НА ОСНОВЕ ИХ ЧАСТОТНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК

Специальность 05.09.01 – Электромеханика и электрические аппараты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань – 2011

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет»

доктор физико-математических наук, профессор

Научный руководитель:

Усачёв Александр Евгеньевич доктор технических наук, профессор Официальные Идиятуллин Ринат Гайсович, оппоненты:

кандидат технических наук, Тюрин Александр Николаевич ОАО «Сетевая компания» (г. Казань)

Ведущая организация:

Защита состоится « 24 » июня 2011 г. в 14:00 часов в аудитории Д-223 на заседании диссертационного совета Д 212.082.04 при Казанском государственном энергетическом университете по адресу:

420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения) направлять по адресу: 420066, г. Казань – 66, Красносельская ул., 51, Ученый Совет КГЭУ. Телефон: (843) 5194202; факс: (843) 5624325, 5184464.

E-mail: [email protected].

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет».

С авторефератом можно ознакомиться на сайте ГОУ ВПО КГЭУ www.kgeu.ru.

Автореферат разослан « 23 » мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.082. кандидат педагогических наук, профессор Лопухова Т.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Обеспечение надёжности электроснабжения потребителей, устойчивости работы электрических систем является приоритетной и актуальной проблемой электроэнергетики. Надёжная работа энергосистем неразрывно связана с надежностью силовых трансформаторов (СТ). Около 30% аварийных ситуаций с СТ связаны с разрушениями изоляции обмоток, возникающих, как правило, вследствие изменения их геометрии или межвитковых замыканий. Выявление деформаций обмоток на раннем этапе их развития позволит своевременно провести плановые ремонтно-восстановительные работы без развития системных аварий.

Совершенствование существующих и разработка новых диагностических методов, позволяющих более точно и на более ранних этапах развития дефектов СТ определять их присутствие и степень развития в работающем СТ, является актуальной задачей.

Одним из признанных и эффективных методов контроля состояния СТ является метод частотного анализа (МЧА). Этот метод высокочувствителен ко всем видам деформаций обмоток. Вместе с тем, в настоящее время с помощью МЧА невозможно определить тип повреждения обмотки СТ (витковое замыкание, деформация обмотки и т.п.), место его локализации в обмотке и степень развития. Характеристики СТ, получаемые с помощью МЧА, неудобны для хранения и обработки, поскольку представляют собой неструктурированный двумерный массив данных, что сильно затрудняет паспортизацию СТ. Кроме того, анализ состояния СТ производится по графическому представлению вышеуказанных массивов данных в несколько этапов с использованием методов корреляционного анализа и математической статистики, что требует высокой квалификации персонала, выдающего заключение о состоянии обмоток СТ.

Данная диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию СТ с дефектами обмоток и без них методом частотного анализа, моделированию дефектов обмотки СТ, оценке их влияния на частотные характеристики (ЧХ) обмоток и является актуальной.

Цель диссертационного исследования состоит в совершенствовании метода оценки состояния обмоток силовых трансформаторов на основе их частотных характеристик. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

исследовать частотные характеристики обмоток реальных СТ с дефектами и без них;

установить связь между изменениями частотных характеристик СТ в МЧА и типом дефекта, а также его локализацией и степенью развития;

построить модель обмотки СТ и исследовать её частотные характеристики;

разработать способ, позволяющий паспортизировать результаты диагностических испытаний СТ методом частотного анализа без потери их информативности и повысить их результативность.

Методы исследования определялись характером каждой из поставленных задач и опирались на теорию электрических цепей, методы математического моделирования обмоток СТ, теорию вероятностей и спектральный анализ.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации определяется корректным применением надежных современных методов оценки состояния обмоток СТ, использованием при экспериментах поверенных приборов и откалиброванных диагностических комплексов, обработкой данных с помощью общепринятых математических процедур и современных программных комплексов, воспроизводимостью результатов измерений, совпадением экспериментальных и теоретических значений экстремумов частотных характеристик СТ.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

установлены характерные изменения передаточных функций (ПФ) на примере трансформатора марки ТМ-160/10 при витковых замыканиях и радиальной деформации в виде «полегания» витков обмотки ВН, а также выявлены факторы, влияющие на форму частотных характеристик обмоток;

разработан алгоритм построения модели обмотки СТ, основанный на пошаговом подборе значений элементов схемы замещения с применением прямого моделирования методом Монте-Карло для каждого элемента схемы замещения;

построена модель обмотки НН трансформатора марки ТРДН-25000/110 с учётом её реальной структуры, позволяющая установить соответствие элементов модели отдельным частям обмотки СТ и влияние изменения параметров модели на её ПФ;

построены оценочные диаграммы, раскрывающие зависимость относительного изменения частот резонансов ПФ модели обмотки НН трансформатора марки ТРДН-25000/110 от типа дефекта, степени его развития и локализации;

разработана методика диагностирования дефектов обмотки НН трансформатора марки ТРДН-25000/110, позволяющая определять тип дефекта, его локализацию и степень развития и повышающая информативность метода частотного анализа;

предложен способ, позволяющий паспортизировать результаты измерений методом частотного анализа и упростить их интерпретацию, основанный на спектральном анализе ПФ и замене квазинепрерывных ЧХ силового трансформатора дискретным набором резонансных частот (гаусс-портретом).

Практическая ценность работы определяется совершенствованием метода оценки состояния обмоток СТ, путём развития и углубления МЧА, получением возможности паспортизировать результаты измерений, а также упрощением их интерпретации. Внедрение результатов настоящей работы в практику диагностики трансформаторов позволит повысить информативность МЧА и более точно оценивать состояние обмоток СТ.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

результаты экспериментальных исследований, проведённых автором на более чем ста СТ, находящихся в эксплуатации; выявленные факторы, влияющие на форму частотных характеристик обмоток, а также набор изменений передаточных функций на примере трансформатора марки ТМ-160/10, полученных экспериментально и характерных для витковых замыканий и радиальной деформации в виде «полегания» витков обмотки ВН;

алгоритм построения модели обмотки силового трансформатора, основанный на пошаговом подборе значений элементов схемы замещения;

модель обмотки НН силового трансформатора марки ТРДН-25000/110 и результаты моделирования: соответствие элементов модели отдельным частям обмотки СТ, влияние изменения параметров модели на её ПФ, перечень возможных дефектов обмоток СТ и изменения элементов модели, к которым они приводят;

оценка положения резонансных частот ПФ модели обмотки НН силового трансформатора марки ТРДН-25000/110 в зависимости от типа дефекта, степени его развития и локализации;

методика диагностирования дефектов обмотки НН трансформатора ТРДНпозволяющая определять тип дефекта, его локализацию и степень развития и повышающая информативность метода частотного анализа;

способ, позволяющий паспортизировать результаты измерений методом частотного анализа и упростить их интерпретацию.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на XII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2006), Всероссийском конкурсе инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению «Энергетика и энергосбережение» (Томск, 2006), III Молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения»

(Казань, 2008 г.), Международной научно-технической конференции «Энергетика-2008: инновации, решения, перспективы» (Казань, 2008), Открытой молодежной научно-практической конференции предприятий энергетического кластера Республики Татарстан (Казань, 2008), Международном производственнотехническом семинаре на тему «Диагностика, испытание, эксплуатация, ремонт и модернизация энергетического оборудования» (Алма-Ата, 2010).

Личный вклад соискателя. Автором были выполнены: экспериментальные исследования МЧА; разработка алгоритма и построение теоретической модели, а также исследование её характеристик; сравнение и анализ полученных данных; представление результатов исследований в виде публикаций и диссертации.

Публикации: основное содержание диссертации изложено в 14 печатных работах, из них 3 статьи в журналах перечня ВАК, а также 1 патент на способ.

Структура работы: диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Общий объем диссертации 175 страниц, в том числе 114 рисунков и список литературы из 124 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе диссертации содержится общий обзор литературы, посвященной исследованию МЧА, рассматриваются применяемые на сегодняшний день методы контроля состояния обмоток СТ, подробно описывается МЧА, схемы измерения по этому методу и процедура обработки результатов измерений.

Во второй главе диссертации приводятся ЧХ обмоток СТ, полученные экспериментально, а также предлагается способ, позволяющий паспортизировать результаты измерений МЧА и упростить их интерпретацию, основанный на спектральном анализе ПФ и замене непрерывных ЧХ силового трансформатора дискретным набором резонансных частот – гаусс-портретом. Приведены ЧХ силовых трансформаторов, в том числе шести автотрансформаторов.

В третьей главе диссертации построена теоретическая модель обмотки НН трансформатора марки ТРДН-25000/110, выполняемая в виде непрерывной катушечной. Выбор данной обмотки обусловлен тем, что катушечные обмотки являются одними из наиболее распространённых в отечественных СТ. Кроме того, обмотки НН конструктивно проще, по сравнению с обмотками ВН. Помимо катушечных в трансформаторостроении широко применяются винтовые, полностью или частично переплетённые обмотки и обмотки с холостыми витками.

Конструкции данных типов обмоток имеют существенные отличия и заслуживают отдельного изучения, поэтому в данной работе рассматриваются только обмотки катушечного типа. Разработан алгоритм построения модели обмотки СТ, основанный на пошаговом подборе значений элементов схемы замещения (СЗ). В рамках модели составлена таблица соответствия типов дефектов обмоток и изменений элементов модели, а также таблица, раскрывающая влияние каждого элемента модели на её ПФ; построены оценочные диаграммы, раскрывающие зависимость величины относительного изменения частот резонансов ПФ от степени развития дефекта; описана методика диагностирования дефектов обмотки, проведён анализ полученных результатов.

В приложении приводятся расчёт геометрических изменений катушек при скручивании обмотки, графики зависимости изменения значения элементов СЗ от степени деформации, а также оценочные диаграммы, раскрывающие зависимость относительного изменения частот резонансов ПФ от степени развития дефекта.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Результаты экспериментальных исследований, проведённых автором на более чем ста СТ, находящихся в эксплуатации; выявленные факторы, влияющие на форму частотных характеристик обмоток, а также набор изменений передаточных функций на примере трансформатора марки ТМ-160/10, полученных экспериментально и характерных для витковых замыканий и радиальной деформации в виде «полегания» витков обмотки ВН.

В ходе экспериментов было обследовано более ста СТ разных марок и уровней мощности. По итогам сравнительного анализа результатов измерений были выявлены основные факторы, влияющие на форму ЧХ обмоток СТ, а именно: 1) конструкция обмоток СТ, 2) завод-изготовитель, 3) история эксплуатации СТ.

Было установлено, что ЧХ трансформаторов одной марки, но разных заводов-изготовителей различаются существенным образом. Такое различие объясняется тем, что изготовители применяют разные технологии изготовления обмоток. Из проведённого в главе 2 сравнительного анализа ЧХ исследованных СТ был сделан вывод, что однотипные СТ различной мощности одного и того же завода-изготовителя часто имеют более близкие ЧХ, по сравнению с СТ одинаковой мощности, но изготовленных на разных заводах.

Конструкция обмотки определяет распределение частичных емкостей, индуктивностей и сопротивлений, что сказывается на форме ЧХ. Схожесть формы ЧХ обмоток одинаковой конструкции позволяет предположить аналогичность зависимости изменения частот резонансов от типа дефекта, степени его развития и локализации, выявленные для какого-либо одного СТ определённой марки, на всю линейку мощностей трансформаторов данной марки. В качестве иллюстрации приведены ПФ обмоток ВН автотрансформаторов производства ЗТЗ (рис. 1). Основным критерием, устанавливающим сходство ЧХ, является количество резонансов в заданном диапазоне частот.

Рис. 1. ПФ обмоток ВН автотрансформаторов а – зав.№78007 1970г.в., б – зав.№78006 1970г.в., f3 = 1 МГц. При «полегании» витков обмотки по всей высоте для ПФ обмоток ВН СТ марки ТМ-160/10 наблюдается последовательное уменьшение частот всех резонансов при увеличении величины деформации. Повторение наборов изменений ПФ для нескольких СТ, а также последовательного увеличения степени развития дефекта говорит о том, что обнаруженные изменения ПФ являются характерными для указанных видов дефектов.

2. Алгоритм построения модели обмотки силового трансформатора, основанный на пошаговом подборе значений элементов схемы замещения.

Для построения модели необходимо иметь следующие исходные данные:

- паспортные данные СТ, чертежи моделируемой обмотки, данные о её конструкции, структуре и количестве витков;

- экспериментальная ПФ моделируемой обмотки;

- результаты измерений омического сопротивления моделируемой обмотки постоянному току.

Алгоритм построения модели обмотки СТ основан на разработке упрощённой СЗ в программной среде Multisim с учётом конструкции и структуры моделируемой обмотки; определении характера и степени влияния каждого элемента схемы на её ПФ, путём применения прямого моделирования методом Монте-Карло для каждого элемента СЗ, когда значения исследуемого элемента изменяются в заданном диапазоне, а все остальные элементы схемы имеют фиксированное значение; а также пошаговом подборе значений элементов СЗ.

Разработанный алгоритм является универсальным для построения моделей обмоток СТ различных типов и размеров. Модель обмотки, построенная по данному алгоритму, позволяет установить соответствие элементов модели отдельным частям обмотки СТ и влияние изменения параметров модели на её ПФ.

3. Модель обмотки НН СТ марки ТРДН-25000/110 и результаты моделирования: соответствие элементов модели отдельным частям обмотки СТ, влияние изменения параметров модели на её ПФ, перечень возможных дефектов обмоток СТ и изменения элементов модели, к которым они приводят.

Моделирование обмотки производилось в программной среде Multisim, предназначенной для построения и исследования электрических схем. За основу технике высоких напряжений для расчёта обмоток электрических машин при высокой частоте. Расчёт значений элементов СЗ, а также выбор её топологии произведён с учётом реальной структуры обмотки и её геометрических размеров. При этом единичный Рис. 2. Схема замещения элемент обмотки замещается схемой, показанединичного элемента обмотки. ной на рис. 2, где R – омическое сопротивление, L – полная индуктивность, Cs – продольная (межкатушечная) емкость, Cg – емкость на землю. Неучёт влияния соседних обмоток теоретически и экспериментально обоснован в главе 3. В работе показано, что за единичный элемент СЗ можно принять группу катушек обмотки, имеющих одинаковое количество витков и разделенных одинаковыми межкатушечными каналами. Кроме того, в схеме учтены контуры, замещающие отводы начала и конца обмотки, а также участки провода между катушками. Итоговая СЗ показана на рис. 3.

Нахождение значений элементов СЗ по заданной ПФ очень сложно выполнить аналитически, поэтому целесообразнее найти значения элементов путем подбора, сравнивая экспериментальную ПФ обмотки с ПФ исследуемой СЗ. Это позволяет также выяснить степень и характер влияния каждого элемента схемы на её ПФ.

Для подбора значений была построена таблица 1, где в каждой ячейке указывались степень и характер влияния соответствующего элемента на ПФ (амплитуду и частоту какого-либо резонанса), определяемые путем применения прямого моделирования методом Монте-Карло для каждого элемента схемы.

Таблица подбора значений элементов схемы по рис.3 (фрагмент) Таблица Условные обозначения, принятые в таблице 1: а – слабое влияние на амплитуду; А – умеренное влияние на амплитуду; АА – сильное влияние на амплитуду; О – слабое влияние на частоту (f < 2 кГц); Ч – умеренное влияние на частоту (2 < f < 5 кГц); ЧЧ – сильное влияние на частоту (f > 5 кГц).

Значения f определялись в ходе исследования теоретической модели обмотки СТ. Табл. 1 состоит из строки с номерами резонансов, указанными на рис. 4, верхней и нижней части. В столбцах верхней части расположены элементы Csi и Ri, в столбцах нижней – элементы Li и Cgi, где i – номера элементов, расположенные в левом столбце таблицы. Для определения набора элементов, влияющих на тот или иной резонанс, необходимо выбрать столбцы Csi, Ri, Li и Cgi, соответствующие искомому резонансу, и найти заполненные ячейки. Заголовок столбца укажет тип элемента, заголовок строки – номер элемента данного типа (левый столбец с номерами таблицы), содержание ячейки отображает характер и степень влияния данного элемента на выбранный резонанс исследуемой ПФ.

Передаточная функция СТ, полученная в ходе экпериментальных измерений, интерполирована кубическими сплайнами для того, чтобы количество точек экспериментальной кривой и кривых, полученных при моделировании, было одинаковым. Передаточная функция СЗ состоит из резонансов, обладающих сравнительно малой полной шириной на половине высоты (ПШПВ), следовательно, контур схемы, соответствующий данному резонансу, обладает сравнительно высокой добротностью. Это объясняется малым сопротивлением обмотки НН. В то же время резонансы экспериментальной кривой (рис. 4) обладают большей ПШПВ, что говорит о том, что они состоят из нескольких близко расположенных частотных составляющих. Данный факт обусловлен тем, что провод обмотки состоит из восьми параллельных проводников, изолированных друг от друга. Исходя из вышесказанного, следует расщепить контуры, соответствующие обмотке СТ Рис. 4. Сравнение экспериментальной и теоретических ПФ. упрощения данной а – экспериментальная кривая, б – ПФ схемы замещения задачи контуры в – ПФ схемы замещения (импульсный подход), расщеплены на два г – спектр ЗИ (амплитуда увеличена в 25 раз). параллельных контура (рис. 3). Изучив соотношения сопротивлений различных контуров схемы, можно установить соответствие контуров СЗ с отдельными частями обмотки:

- контуры 1 и 7 эквивалентны отводам начала и конца обмотки соответственно;

- контур 2 – группе элементов типа 1 (2 катушки D);

- контур 3 – группе элементов типа 4 (34 катушки Е, с каналами по 4 мм);

- контур 4 – группе элементов типа 2 (2 катушки С);

- контур 5 – группе элементов типа 3 (6 катушек Е, с каналами по 6 мм);

- контур 6 соответствует участкам провода между катушками обмотки.

На основе расчёта изменений значений элементов СЗ в зависимости от изменения геометрических параметров обмотки установлена зависимость между относительным изменением частот резонансов ПФ и типом дефекта, а также степенью его развития и локализацией в обмотке.

По итогам расчёта изменений элементов СЗ построены графики, отражающие относительное изменение значения того или иного элемента в зависимости от степени деформации для каждого вида дефекта. Результаты сведены в таблицу, устанавливающую соответствие между типом дефекта, его локализацией и значениями изменений элементов СЗ.

4. Оценка положения резонансных частот ПФ модели обмотки НН силового трансформатора марки ТРДН-25000/110 в зависимости от типа дефекта, степени его развития и локализации.

Для выявления зависимости изменения частот резонансов ПФ от степени развития дефекта, рассчитанные значения L, Cg и Cs были подставлены в исходную СЗ, получены соответствующие ПФ и рассчитаны величины относительного изменения частоты каждого резонанса по формуле:

if – относительное изменение частоты i-го резонанса, %;

fi д – частота i-го резонанса при дефекте обмотки, Гц;

fi и – исходная частота i-го резонанса (без дефектов), Гц;

Используя полученные значения, построены оценочные диаграммы изменения частот резонансов ПФ для каждого вида дефекта. Для построения диаграмм использовались значения параметров схемы для наименьшего масштаба развития дефекта (5,56% длины окружности обмотки). Случаи комбинирования дефектов требуют отдельного изучения и в данной работе не рассматриваются.

В модели обмотки НН принято допущение о независимости относительной диэлектрической и магнитной проницаемости от частоты. Правомерность такого допущения подтверждается на основании литературных данных. Зависимость диэлектрической проницаемости изоляции от температуры учтена в методике диагностирования дефектов обмотки. В работе рассмотрено проявление волновых свойств обмотки на высоких частотах, а также изменения активных сопротивлений при частотах выше 10 кГц с применением упрощённой формулы Роговского.

5. Методика диагностирования дефектов обмотки НН трансформатора ТРДН-25000/110, позволяющая определять тип дефекта, его локализацию и степень развития и повышающая информативность МЧА.

Для определения наличия дефекта обмотки, а также его типа, локализации и степени развития необходимо в качестве исходных данных иметь две ПФ – первичную и текущую. При этом измерения ПФ должны производиться на предварительно размагниченном СТ, а также при одинаковой температуре масла, определяемой по термосигнализатору, установленному на баке СТ. Методика диагностирования дефектов обмотки выглядит следующим образом:

1. Определение частот резонансов первичной и текущей ПФ, путём применения второй производной и гаусс-портретов;

2. Определение номеров резонансов, частоты которых изменились при повторном измерении;

3. Определение по номерам резонансов вариантов локализации и типа дефекта в обмотке;

4. Вычисление относительного изменения частот i всех резонансов по формуле (1);

5. Соотнесение вариантов локализации и типа дефекта в обмотке со значеf ниями i всех резонансов и выбор типа и локализации дефекта, пользуясь оценочными диаграммами изменения частот резонансов ПФ;

6. Определение степени развития дефекта по значениям i.

7. Выдача рекомендации на проведение ремонта СТ со вскрытием в случае превышения степени развития дефекта значений, указанных в диаграммах, и выводе о наличии опасного дефекта обмотки.

резонансов ПФ обмотки НН при замыкании 1 витка что исходная частота резонанса увеличивается с ростом его номера. Величина кГц – минимальное значение изменения частоты, которое можно определить по ПФ в диапазоне 0 – 1 МГц.

Передаточная функция СЗ с дефектом и без него приведены на рис.6. Там же указаны номера резонансов, частоты которых подверглись изменению, под номером резонанса указано относительное изменение частоты в процентах.

Пользуясь методикой, приведённой выше, можно определить тип, локализацию и степень развития дефекта. При повторном измерении изменились резонансы №1, 2, 4, 5, 6, 7, 8 и 9. Согласно табл. 1 наибольшее количество ячеек таблицы, содержащих умеренное и сильное влияние по частоте для данного набора резонансов соответствует элементам контура 5, которому соответствует участок обмотки, состоящий из 6 катушек Е, разделённых каналами по 6 мм. Исходя из оценочных диаграмм изменения частот резонансов ПФ, дефект соответствует витковому замыканию. Согласно значениям i, степень развития дефекта соответствует одному витку. Таким образом, сравнивая ПФ трансформатора ТРДНполученные в разное время, можно не только определить наличие дефекта в обмотке, но и его тип, локализацию, а также степень его развития.

Качественные изменения ПФ, спрогнозированные в модели обмотки НН катушечного типа для трансформатора ТРДН-25000/110, наблюдаются в экспериментах по измерению ПФ катушечной обмотки трансформатора ТМНпри ослаблении усилия прессовки, а также многослойной цилиндрической обмотки трансформатора ТМ-160/10 при витковом замыкании и радиальной деформации в а также при замыкании 1 витка в катушках Е возможности исс каналами 6 мм. пользования предлагаемого алгоритма построения модели для обмоток СТ других типов.

6. Способ, позволяющий паспортизировать результаты измерений МЧА и упростить их интерпретацию, основанный на спектральном анализе ПФ и замене квазинепрерывных ЧХ силового трансформатора дискретным набором резонансных частот (гаусс-портретом).

Метод частотного анализа является сравнительным, поэтому для СТ необходимо иметь эталонные ЧХ обмоток, полученные на этапе приёмо-сдаточных испытаний. Хранение эталонных ЧХ обмоток в виде двумерной кривой на бумажном носителе делает корректное сравнение текущей и первичной кривых практически невозможным. Для решения данной проблемы в диссертации предлагается перейти от непрерывного частотного спектра к линейчатому путём аппроксимации исходной ЧХ формулами распределения Гаусса или Лоренца. Получаемая при этом таблица, содержащая в себе данные о количестве резонансов и их параметрах (частота, амплитуда, ПШПВ), называется гаусс- или лоренцпортретом соответственно.

Применение гаусс- и лоренц-портретов позволяет избежать сравнительного анализа двумерных кривых и перейти к анализу параметров линейчатого спектра, имеющего конечное число анализируемых частот. В итоге анализ сводится к сравнению численных величин. Это не только упрощает процедуру анализа, но и позволяет паспортизировать эти значения при приемо-сдаточных испытаниях СТ.

Применение гаусс-портретов сохраняет все характерные изменения ЧХ трансформаторов, что позволяет применять их для оценки состояния обмоток.

При этом близкорасположенные резонансы разных амплитуд снижают точность построения гаусс-портрета. Это объясняется тем, что разность частот между такими резонансами меньше их ПШПВ, т.е.:

При выполнении неравенств (2) соседние резонансы гаусс-портрета сливаются в один и становятся неразличимы. Это необходимо учитывать при проведении анализа. Для повышения точности определения частот резонансов можно использовать методику первой и второй производной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе выполнены экспериментальные и теоретические исследования ЧХ обмоток СТ. Основные научные и практические результаты диссертации заключаются в следующем.

1. Установлены характерные изменения передаточных функций на примере трансформатора марки ТМ-160/10 при витковых замыканиях и радиальной деформации в виде «полегания» витков обмотки ВН, а также выявлены факторы, влияющие на форму частотных характеристик обмоток.

2. Разработан алгоритм построения модели обмотки СТ, основанный на пошаговом подборе значений элементов схемы замещения с применением прямого моделирования методом Монте-Карло для каждого элемента СЗ. Модель обмотки, построенная по данному алгоритму, позволяет установить соответствие элементов модели отдельным частям обмотки СТ и влияние изменения параметров модели на её передаточную функцию. Вышеуказанный алгоритм является универсальным для построения моделей обмоток СТ различных типов и размеров.

3. Построена модель обмотки НН силового трансформатора марки ТРДНс учётом реальной структуры обмотки, позволяющая определять тип дефекта обмотки, его локализацию и степень развития. Приведён перечень возможных дефектов обмоток СТ с указанием элементов, изменяющихся при соответствующем дефекте. Составлена таблица соответствия, раскрывающая степень и характер влияния элементов СЗ на изменения ее ПФ. Таким образом, выявлена зависимость между изменениями ПФ и типом дефекта, его локализацией и степенью развития в обмотке СТ. Экспериментально получены косвенные подтверждения корректности предлагаемой модели обмотки СТ.

4. Проведена оценка положения резонансных частот ПФ модели обмотки НН силового трансформатора марки ТРДН-25000/110 в зависимости от типа дефекта, степени его развития и локализации. Построены оценочные диаграммы, раскрывающие зависимость относительного изменения частот резонансов ПФ от степени развития дефекта.

5. Разработана методика диагностирования дефектов обмотки НН трансформатора марки ТРДН-25000/110, позволяющая определять тип дефекта обмотки, его локализацию и степень развития и повышающая информативность МЧА. В методике определены допустимые границы деформаций, что позволяет выявлять опасные стадии развития дефектов и выдавать соответствующие рекомендации.

6. Предложен способ, позволяющий паспортизировать результаты измерений МЧА и упростить их интерпретацию, основанный на спектральном анализе ПФ и замене квазинепрерывных ЧХ силового трансформатора дискретным набором резонансных частот (гаусс-портретом). Показано, что применение данного способа целесообразно для контроля состояния обмоток СТ, так как сохраняет все характерные изменения исходных кривых и обладает рядом преимуществ: упрощение анализа частотных характеристик СТ, возможность паспортизации частотных характеристик СТ, углубление МЧА, простота построения кривой из линейчатого спектра без потери её наглядности и возможности визуального сравнения.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. З.А. Баширов, С.Р. Каминский, Э.Ю. Абдуллазянов, Р.Г. Ильдарханов.

Способ определения мест повреждений линий электропередач распределительных сетей. Патент РФ №2292559 от 25 августа 2005 г., G01R31/11.

2. Ильдарханов Р.Г. Поиск места повреждений в распределительных сетях // Науч. студ. конференция, посвященная «Дню энергетика»: Казань, 6-10 декабря 2004 года: Тезисы докладов. Казань, Казан. гос. энерг. ун-т, 2005; с.93.

3. Ильдарханов Р.Г. Метод определения мест повреждений в линиях электропередачи // «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий». Тезисы докладов XVII Всероссийской межвузовской научно-технической конференции Казань, изд-во КВАКУ(ВИ), 2005; с. 43-44.

4. Ильдарханов Р.Г. Спектральный метод определения мест повреждений в линиях электропередач // Туполевские чтения: Международная молодежная научная конференция, посвященная 1000-летию города Казани, 10-11 ноября 2005 года: материалы конференции. Том IV. Казань: Изд-во Казан.гос.техн.унта. 2005. – 151 с.; с. 17-18.

5. Ильдарханов Р.Г. Способ дистанционного определения места повреждения в разветвленной электрической сети // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика // Двенадцатая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. в 3-х т. – М.: МЭИ, 2006. Т. 3. – 480 с.; с. 363-364.

6. Ильдарханов Р.Г. Совместное применение локационного метода диагностики линий электропередач и частотного метода диагностики трансформаторов для дистанционной диагностики оборудования электрических сетей // Всероссийская конференция – конкурс инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению Программы «Энергетика и энергосбережение», 26 – 29 сентября 2006 г. Труды конференции. – Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та, 2006. – 474 с.; с. 181-186.

7. Ильдарханов Р.Г. Моделирование частотного способа дистанционного определения места повреждения в разветвленной линии электропередач в среде Matlab // Материалы докладов первой Всероссийской молодежной науч. конф.

«Тинчуринские чтения» / Под. общ. ред. д-ра физ.-мат. наук, проф. Ю.Я. Петрушенко, В 2 т.; Т. 2. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2006. – 252 с.; с.173-174.

8. Ильдарханов Р.Г. Программно-аппаратный комплекс по диагностике линий электропередач и силовых трансформаторов // Актуальные проблемы городского хозяйства и социальной сферы города. Материалы научнопрактической конференции студентов и аспирантов. Казань: Изд-во «Отечество», 14-15 декабря 2007 г.; с. 25-26.

9. Ильдарханов Р.Г. Исследование геометрии обмоток силовых трансформаторов с искусственно внесенными дефектами // Материалы докладов III молодежной Международной научной конференции «Тинчуринские чтения» посвященной 40-летию КГЭУ / Под. общ. ред. д-ра физ-мат наук, проф.

Ю.Я.Петрушенко. в 4 т.; Т. 1. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2008. – 216 с.;

с.45-46.

10. Усачев А.Е., Ильдарханов Р.Г., Чубуков М.В. Оценка степени деформации обмоток силовых трансформаторов методом низковольтных импульсов // Материалы докладов Международной научно-технической конференции «Энергетика–2008: инновации, решения, перспективы» / Под общ. ред. д-ра физ.-мат.

наук, проф. Ю. Я. Петрушенко. В 5 кн.; Кн. 2 «Электроэнергетика и электроника». – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2008. – 162 с.; с. 37-40.

11. Ильдарханов Р.Г. Диагностирование дефектов обмоток силовых трансформаторов методом низковольтных импульсов // Энергетика Татарстана №1(13), 2009, с. 69-72.

В журналах по списку ВАК:

12. Усачев А.Е., Ильдарханов Р.Г. Дистанционная диагностика состояния силовых трансформаторов на основе исследования их частотных характеристик // Известия ВУЗ. Проблемы энергетики № 5-6, 2007. с. 29-34.

13. Ильдарханов Р.Г., Усачев А.Е. Контроль состояния обмоток силовых трансформаторов путём спектрального анализа передаточных функций // Известия ВУЗ. Проблемы энергетики №3-4, 2010. с. 38-47.

14. Ильдарханов Р.Г. Математическая модель обмотки трансформатора ТРДН-25000/110 // Энергетика Татарстана №3(19), 2010. с. 60-66.

Подписано к печати _ г. Вид печати РОМ Формат 6084/