Система безперервного контролю та прогнозу залишкового ресурсу високовольтних трансформаторів струму

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню питань удосконалення існуючої планово-попереджувальної системи технічного обслуговування і ремонтів високовольтних трансформаторів струму за рахунок застосування автоматизованого безперервного контролю характеристик основної ізоляції і прогнозу залишкового ресурсу на основі отриманих значень. Вперше запропоновано модель прогнозу залишкового ресурсу оливонаповнених трансформаторів струму, яка враховує як процеси природного старіння ізоляції, так і реальний поточний стан апарата за рахунок контролю характеристик його головної ізоляції та комплексної оцінки стану на їх основі. Удосконалено метод безперервного контролю характеристик основної ізоляції трансформаторів струму 330 — 750 кВ. Від існуючих він відрізняється можливістю найбільш достовірного визначення тангенса кута діелектричних втрат основної ізоляції під час безперервного контролю в умовах експлуатації за рахунок: застосування алгоритмів відтворення сигналу, що не створюють додаткових фазових зсувів вихідних сигналів; застосування перехресного алгоритму вимірювання; застосування алгоритмів мінімізації сторонніх впливів; розробки додаткових і систематизації існуючих вимог до апаратної частини мікропроцесорних систем контролю. Описано результати впровадження розробок в експлуатацію, проведено аналіз результатів, сформульовані основні практичні рекомендації. Диссертация посвящена исследованию и решению проблем усовершенствования диагностики высоковольтных измерительных трансформаторов тока (ТТ) в процессе эксплуатации и является продолжением развития научно-практических тем по повышению технической стойкости электрических сетей, созданию «необслуживаемых» подстанций и интеллектуальных электроэнергетических сетей. В работе предложено усовершенствование существующей планово-предупредительной системы технического обслуживания и ремонтов высоковольтных ТТ за счет применения автоматизированного непрерывного контроля характеристик основной изоляции и прогноза остаточного ресурса. Измерительные ТТ на классы напряжения 220 кВ и выше являются одним из самых аварийно-опасных типов электрооборудования, несмотря на использование комплекса диагностических мероприятий при их производстве и эксплуатации. Это дает право сделать выводы о несовершенстве действующей системы эксплуатационной диагностики, которая не позволяет вовремя отбраковывать дефектные аппараты. Ситуация также отягощается критическим старением парка высоковольтного оборудования в Украине. Необходимость модернизации энергосистем, а также ряд других факторов обуславливают актуальность работы. В работе предложена модель расчета вероятности безотказной работы трансформаторов тока с бумажно-масляной конденсаторной изоляцией и количественный прогноз остаточного ресурса на ее основе. Разработана модель на основе метода пропорциональных интенсивностей отказа Кокса. Впервые предложена модель, учитывающая как процессы естественного старения изоляции, так и реальное текущее состояние аппарата за счет контроля характеристик его основной изоляции и комплексной оценки состояния на их основе. Этим модель отличается от существующих моделей прогноза остаточного ресурса высоковольтного электрооборудования, основанных только на распределении отказов во времени. В качестве независимых переменных в модели используется: тангенс угла диэлектрических потерь основной изоляции (tgδ1), изменение емкости основной изоляции (ΔC1), изменение tgδ1 (Δtgδ1), скорость изменения tgδ1 (v_ tgδ1), коэффициент температурной зависимости tgδ1 (α), наработка (te), и конструктивное исполнение трансформатора. В работе впервые исследованы помехи, регистрируемые при измерении тока комплексной проводимости основной изоляции в процессе эксплуатации и разработана модель, позволяющая проводить испытания при разработке алгоритма выделения исходного сигнала. Предложенный алгоритм выделения сигнала не вносит искажения в начальные фазы сигналов, что позволило усовершенствовать дифференциальный метод контроля tgδ1 и существенно упростить аппаратную реализацию системы измерения. Предложено использование перекрестного алгоритма измерения при дифференциальном контроле tgδ1, что позволяет исключить ошибку вычисления абсолютного значения tgδ1 при изменении характеристик изоляции эталонной группы. Исследовано влияние характеристик аналогово-цифрового преобразователя, используемого для записи осциллограмм токов. Исследованы влияния некоторых эксплуатационных факторов на результаты измерения tgδ1 и С1, таких как увлажнение загрязненной поверхности изолятора, разгерметизация датчика (устройства присоединения), температурная нестабильность резистивного элемента датчика, влияние электрического поля соседнего оборудования. Усовершенствован метод непрерывного контроля изменения диэлектрических потерь в основной изоляции трансформаторов тока, позволяющий проводить контроль в условиях эксплуатации, метод не нуждается в выделенных опорных сигналах, а также отличается простотой аппаратной реализации. Разработанные методики, алгоритмы и модели реализуются в системе непрерывного контроля состояния трансформаторов тока 330 кВ на ПС "Днепр-Донбасс 330 кВ" Запорожских магистральных электрических сетей. Массовое внедрение таких систем позволит перейти от периодической системы технического обслуживания и ремонтов к обслуживанию по реальному техническому состоянию, что в свою очередь позволит снизить эксплуатационные затраты и определить нуждающиеся в первоочередной замене единицы оборудования, что очень важно в условиях критического старения эксплуатируемого парка аппаратов. The thesis is devoted to the improvement of the existing planned-preventive system of service for high-voltage current transformers through the use of automated continuous monitoring system of the main insulation and residual life prediction. For the first time, a model of residual life prediction for current transformers with OIP-insulation was received. It takes into account both the processes of natural aging of isolation and the real technical state of the apparatus, by controlling the characteristics of its main insulation. The method for continuous monitoring of the main characteristics of current transformers 330 - 750 kV was improved. It differs from the other methods by more reliable determination of dielectric loss factor of the main insulation during continuous monitoring in operating conditions, due to: the use of algorithms for noise reduction, which does not create additional phase shift of input signals, the use of cross-measurement algorithm, the use of algorithms to minimize extraneous influences, the developments of additional and systematization of the existing requirements for the hardware of microprocessor control systems. The developments were realized in the on-line monitoring system, which was installed on the substation. The main results of installation were analyzed; the main practical advices were formulated.