Комплекс методов определения работоспособности силовых трансформаторов без отключения с использованием экспертных оценок

Техническое состояние системы электроснабжения контролируется большим количеством методов и средств технической диагностики. Например, комплексная оценка состояния маслонаполненных трансформаторов, автотрансформаторов, высоковольтных вводов и реакторного оборудования основывается на оценке свыше пятидесяти различных показателей. Это связано с большими издержками производства и перебоями в электроснабжении. В то же время по различным данным свыше семидесяти процентов электрооборудования выработала свой проектный ресурс или подходит к этому пределу. Продление срока службы достигается методами и средствами технической диагностики. Разработано большое количество таких методов и средств. Использование всего многообразия диагностических методов и диагностического оборудования влечет значительные финансовые затраты, сопоставимые по стоимости с заменой электрооборудования. По принятой в литературе классификации методы диагностирования разделяются на тестовые и рабочие.

В диссертационной работе проведен научный анализ эффективности использования основных методов и средств технической диагностики, используемых для определения состояния маслонаполненных электроаппаратов при их рабочем диагностировании. Посредством экспертных оценок определены критерии для выбора их использования. Также для трансформаторов типа ТРДЦН разработаны алгоритмы диагностирования, процесса диагностирования и даны рекомендации к использованию конкретной системы телемеханики для индикаторного рабочего метода диагностирования по измерению температуры масла.

Актуальность проблемы.

Обеспечение надежной. работы энергетической системы России, бесперебойное снабжение потребителей невозможно без комплексного подхода к вопросам производства, передачи и потребления электрической энергии [1].

Немаловажная роль в обеспечении надежной работы всей энергосистемы принадлежит МНЭА [2].

По прогнозам экспертов мощность, отработавшего свой ресурс оборудования, возрастет и достигнет к 2010 году — 40−45%. По АО «ТАТЭНЕРГО» нормативный срок отработали 53% трансформаторов на электростанциях и 32% в электрических сетях, по АО «МАРИЭНЕРГО» -56% трансформаторов.

В этих условиях, для обеспечения требуемого уровня надежности, особенно актуальной задачей становится диагностирование эксплуатируемого оборудования.

Традиционная система диагностирования создавалась с расчетом на оборудование с достаточным ресурсом и мало эффективна для электроаппаратов, выработавших свой ресурс. Возникла необходимость в применении новых, более совершенных методов диагностирования и в новых подходах к системе диагностики в целом [4]. Также возникла необходимость в переходе от планово-периодической системы определения состояния электрической изоляции МНЭА в ИЛ предприятий энергетики к научно-обоснованному (по анализируемым показателям) диагностированию, непосредственно в работающих устройствах [5].

Адекватное, в режиме реального времени, реагирование на причины возможных отказов электрооборудования невозможно без постоянного автоматизированного их диагностирования. Появление и быстрое развитие микропроцессорной техники позволяет принципиально по новому подойти к процессу диагностирования МНЭА в целом и к разработке и изготовлению.

ТСД в частности. Комплексный подход к оценке состояния электрической изоляции маслонаполненных трансформаторов и автотрансформаторов опирается на 53 показателя [6,7], которые рекомендованы к применению, для обеспечения объективности их диагностирования. Методы измерения контролируемых показателей отличаются широким разнообразием. Они могут быть как довольно простыми, так и трудновыполнимыми. Кроме этого стоимость работы по проведению комплексного диагностирования МНЭА довольно высокая. В этих условиях, особенно актуальным и очевидным становится вопрос о необходимости научного обоснования проведения, рекомендуемых в [6,7], работ. В сложившейся практике обследования работающих трансформаторов нет универсального метода для определения его работоспособного состояния. Метода, который бы отвечал требованиям: экономичности, быстроты, достоверности, возможности автоматизации, обследованию оборудования без отключения. Задачей исследования является выявление совокупности способов диагностики обеспечивающих названные условия.

В данной диссертационной работе на основе метода парных сравнений проведен анализ методов и средств диагностирования маслонаполненных электроаппаратов по критерию возможности их использования для автоматизированного рабочего диагностирования трансформатора. Известно, что поддержание работоспособного состояния электрооборудования возможно при использовании методов и средств технического диагностирования. Однако их использование сопряжено с материальными и финансовыми затратами. Определение допустимости продления срока службы электрооборудования с использованием тех или иных методов и средств диагностирования, или замена отработавшего свой ресурс оборудования является важной научно-технической задачей. От ее решения напрямую зависят финансовые (прибыль, рентабельность) показатели любого предприятия.

Это возможно если использовать научный подход к решению задачи. Необходимо исследовать методы диагностики МНЭА которые позволяют их проводить на работающем оборудовании. Из этого количества выявить методы которые повторяют измерения какой-либо величины, например измерение влажности трансформаторного масла (9 методов). Далее необходимо определить решающие факторы влияющие на определение комплекса методов.

На основе вышеизложенного, во второй части диссертационной работы на примере трансформатора ТРДЦН 63 000/220 определена структура технического средства рабочего диагностирования МНЭА. Для ОАО «МАРИЭНЕРГО» с использованием метода парных сравнений определена предпочтительная система телемеханики для автоматизированного диагностирования трансформаторов.

Научная новизна работы.

1.Выявлены факторы, определены критерии и на основе экспертных оценок определен комплекс методов и техническое средство для рабочего диагностирования силовых маслонаполненных трансформаторов на основе индикаторного метода по измерению температуры масла.

2.Разработан алгоритм определения работоспособности трансформатора.

3.Построен алгоритм поиска зон тепловых дефектов внутри корпуса трансформатор а.

4.Разработаны алгоритмы диагностирования и процесса диагностирования трансформатора.

Практическая ценность работы.

1 .В результате анализа схемы диагностирования изоляции МНЭА, используемой в настоящее время на предприятиях энергетики, выявлены ее недостатки, имеющие неполную достоверность выдаваемого технического диагноза. Предложена новая, измененная и дополненная схема диагностирования, в которой устранены имеющиеся недостатки.

2.Разработан автоматизированный прибор для измерения Т и Gv, работающий непосредственно на МНЭА во время его эксплуатации.

3.Разработан лабораторный макет прибора для измерения количества водорода и влаги в емкости над исследуемой жидкостью.

4.Предложен новый способ определения координат (зон) теплового дефекта в баке МНЭА, основанный на измерении значения Т на входах САЦ и анализе физической или расчетной модели гидравлической, системы электроаппарата. Разработан алгоритм поиска координат тепловых дефектов.

Достоверность.

Достоверность полученных результатов основана на использовании данных многолетнего опыта эксплуатации и диагностики силовых трансформаторов, имеющихся у выбранных экспертов, на опыте работы соискателя в области электрооборудования подстанций.

Защищаемые положения.

1 .Использование способа экспертных оценок для определения комплекса методов технических средств обеспечивающих достоверность технического диагноза, возможность автоматизации диагностирования и экономичность.

2.Алгоритм определения работоспособности силового трансформатора .

Алгоритм поиска зон тепловых дефектов в корпусе силового: i трансформатора. Алгоритмы диагностирования и процесса диагностирования * трансформатора.

3. Результаты исследований по определению системы телемеханики для рабочего диагностирования трансформатора.

Апробация работы.

Результаты работы, полученные в ходе проведения научных исследований и выводы, сделанные на их основе, в течение ряда лет докладывались на следующих научно-технических конференциях:

— в 1997 г. на научно-практической юбилейной конференции МарГУ, Йошкар-Ола.

— в 1998, 2000, 2002, 2006 г. — на XV — XXIII международной межвузовской школе-семинаре «Методы и средства технической диагностики». Йошкар-Ола.

— на научнотехнической конференции МГТУГА, Москва, 2000 г.

— на ежегодных научно-технических конференциях по итогам научно-исследовательских работ преподавателей МарГУ, Йошкар-Ола, 2002 — 2005 г.

Публиковались в журнале «Проблемы энергетики» №№ 5−6, 7−8 за 2001 г., № 1−2 за 2006 г.

— в 2007 г на IX Симпозиуме «Электротехника 2030» Московская область сборник тезисов «Перспективные технологии электроэнергетики».

По результатам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ.

Выводы:

1.Ha перспективу из рассмотренных экспертами телемеханических систем для использования в энергетике предпочтение дано системе телемеханики «Телеканал 2М».

2.Учитывая, что в АО «МАРИЭНЕРГО» используется система ТМ-512 для его модернизации и использования в автоматизированном рабочем методе диагностирования трансформатора в большей степени подходит АКП «УКТУС», ввиду наибольшей гибкости для встраивания и экономии ресурсов.

3. Ввиду разнообразной номенклатуры используемых в энергетике методов, средств и систем экспертный критерий их оценивания имеет свое место для аргументирования необходимости продления ресурса электрооборудования при ограничении финансовых возможностей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В настоящее время у большого числа трансформаторов, находящихся в эксплуатации, закончился или подходит к концу номинальный срок службы. Такое положение заставило уделить внимание продлению их интегрального срока службы (наработки) за счет эффективного контроля состояния, оптимизации проведения профилактических мероприятий.

Важной работой в такой ситуации со стороны эксплуатирующих организаций является контроль и оценка состояния работающего оборудования, когда стоимость ремонта еще невелика.

Большое разнообразие возможных дефектов трансформаторов, развивающихся в работе, требуют большого количества методов и направленности контроля. Поэтому в отечественной энергетике не обладающей большими инвестиционными вкладами эффективно внедрение системы экспертных оценок. Принятие решения строится на базе знаний высококвалифицированных экспертов. При этом повышается надежность принятия решения для дальнейшей эксплуатации трансформатора.

Для эффективной постановки диагноза система может накапливать базу данных большого объема, на практике содержащую сотни «правил», составленных высококвалифицированными экспертами. База данных в эксплуатирующих организациях должна непрерывно пополняться, корректироваться по мере накопления опыта.

В энергосистемах нашей страны в 90-х годах для силовых трансформаторов начала реализовываться концепция перехода от нормативно установленных сроков ремонта к ремонту в зависимости от их фактического состояния. Основой для принятия решений о возможности и целесообразности продолжения эксплуатации силовых трансформаторов, отработавших установленный срок службы является состояние основных элементов: сердечника и обмоток, включая все элементы их твердой изоляции.

Система диагностики трансформаторов должна иметь полноценное информационное, техническое, нормативное обеспечение, а также стратегию принятия решения о возможности и целесообразности его дальнейшей эксплуатации или необходимости вывода в ремонт. Отечественный и зарубежный опыт работы в этой области показывают, что хотя традиционные испытания необходимы и лежат в основе оценки состояния трансформаторов, они не всегда позволяют обнаруживать дефекты и своевременно давать информацию о развитии процессов, приводящих к снижению надежности и работоспособности оборудования.

Создание исчерпывающих по полноте алгоритмов постановки диагноза представляет собой чрезвычайно сложную, часто наразрешимую задачу из-за трудностей алгоритмизации учета таких факторов, как предыстория эксплуатации объекта контроля, опыт работы подобных объектов, множества влияющих на оценку состояния факторов, связанных взаимными ассоциативными связями.

Построение правил и моделей ситуации при решении задач оперативной диагностики представляет большие трудности и практически без использования знаний высококвалифицированных экспертов обойтись нельзя. Система экспертных оценок приобрела большое значение именно для постановки диагноза при оценке состояния оборудования. Это объясняется тем, что для решения сложных, многофакторных задач в них используются базы знаний большого объема, содержащие результаты опыта, накопленного высококвалифицированными специалистами.

Система диагностики, основанная на действующих нормативных документах РАО «ЕЭС России» в сочетании привлечением оценки экспертов позволит комплексно оценить состояние силовых трансформаторов и принимать решение по их дальнейшей эксплуатации.

В диссертационной работе получены следующие результаты:

1. Из всей совокупности методов и технических средств определения состояния силовых маслонаполненных трансформаторов и автотрансформаторов по критерию их работоспособности в режиме функционирования для экспертного анализа отобраны двадцать пять методов. Поставленное условие работоспособности в режиме функционирования позволило существенно сократить количество рассматриваемых методов диагностирования силового электрооборудования. На основе длительного эксплуатационного опыта критически рассмотрены методы и средства диагностирования силовых трансформаторов, что позволило отобрать комплекс рабочих методов определения их состояния.

2. Рассмотрена совокупность способов экспертных оценок, из которых отобран способ парных сравнений, позволяющий оценивать большое количество методов диагностирования силовых трансформаторов при выполнении минимального количества вычислительных работ и облегчения работы экспертов.

3. Определены факторы влияющие на выбор того или иного метода диагностирования силового электрооборудования. К таким факторам отнесены достоверность технического диагноза, возможность автоматизации процесса диагностирования и стоимость процесса диагностирования. Все три фактора оказывают существенное влияние на использование, или отказ от использования любого из рассматриваемых рабочих методов и средств определения состояния силовых трансформаторов в режиме их функционирования.

4. По первому эксплуатационному фактору достоверности технического диагноза ни один метод по сравнению с другими не обладает явным преимуществом. По точности определения приоритета того или иного метода диагностирования силового электрооборудования способ экспертных оценок имеет сопоставимые отклонения.

По возможности автоматизации процесса диагностирования по степени предпочтения в порядке возрастания значимости рангов эксперты отобрали из всей совокупности методы которые могут быть автоматизированы.

По стоимости процесса диагностирования экспертами также выбираются наименее затратные методы.

Рассматривая три эксплуатационных фактора в качестве интегрального критерия отбора рабочего (оперативного) метода диагностирования силового трансформатора экспертами определен метод по измерению температуры ЖД на входе САЦ и по измерению температуры ЖД в верхних слоях масла в баке.

5. Определена структура технического средства для рабочего (оперативного) диагностирования трансформатора на основе автоматизированного метода по измерению температуры масла на входе в систему активной циркуляции, в которую включены наиболее предпочтительные составляющие.

6. Разработан частный алгоритм определения работоспособности трансформатора по измерению температуры масла, обеспечивающий выполнение минимального количества шагов для получения технического диагноза.

7. Построен алгоритм поиска зон тепловых дефектов внутри корпуса трансформатора увеличивающий точность определения его местонахождения до уровня количества локальных зон течения трансформаторного масла.

8. На примере трансформатора ТРДЦН 63 000/220, зависимости от режима функционирования его систем охлаждения и регенерации масла построены четыре диагностические модели по правилу от большего объема к меньшему объему локальной зоны циркуляции жидкого диэлектрика.

9. Разработан алгоритм диагностирования трансформатора, позволяющий определить последовательность выполнения проверок его состояния в зависимости от значимости показателя.

10. Впервые определен термин алгоритм процесса диагностирования и построен для рассматриваемого трансформатора, что дало возможность связать в единый технологический комплекс объект диагностирования и техническое средство диагностирования.

Ввиду разнообразной номенклатуры используемых в энергетике методов, средств и систем экспертный способ их оценивания имеет свое место для аргументирования необходимости продления ресурса электрооборудования при ограничении финансовых возможностей.