к.т.н., доц. Бардик Є.І.; асистент Болотний М.П., магістрант Ковдриш М.В.

Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", кафедра електричних станцій

Нечітке моделювання силового трансформатора для визначення ризику відмови за наявності дефекту обмотки

Збільшення частки силових трансформаторів з терміном експлуатації, що перевищує 25—30 років, загострює проблему забезпечення контролю, об’єктивної оцінки технічного стану і прогнозування ресурсу працездатності силового трансформатора (СТ).

Технічний стан обмоток СТ є основним критерієм оцінки імовірності їх відмови при зовнішніх КЗ і визначає ризик переходу СТ в граничний технічний стан, оскільки заміна в них обмоток при збереженні осердя коштує дорого і не гарантує подальшу їх надійну роботу.

Найважливішими показниками для оцінки механічного стану обмоток є: зношення виткової ізоляції; ступінь механічного закріплення обмоток, зокрема відсутність небезпечних деформацій, котрі викликані великими струмами КЗ.

Ресурс паперової виткової ізоляції [2] обмоток вважається вичерпаним при зниженні ступеню полімеризації паперу від 1000-1300 (на початку експлуатації) до 200-250 одиниць. При цьому ізоляція обмотки втрачає свої механічні властивості і стає більш чутливою до дії струмів КЗ, і її міцність є недостатньою, що може призвести до її руйнування від основного тиску сил.

Небезпечні деформації або зміщення обмоток СТ, котрі викликані значними струмами КЗ або несинхронними включеннями є потенційною причиною відмови СТ внаслідок порушення ізоляції та ізоляційних проміжків. Ступінь механічного закріплення обмоток згідно з [2] визначається на основі вимірювання опору короткого замикання Zk СТ. Таким чином ризик пошкодження СТ, що має значне зношення ізоляції та небезпечні деформації є достатньо високий і суттєво залежить від імовірності небезпечного значення струму КЗ.

Тому необхідна розробка математичної моделі і програмного забезпечення оцінки ризику відмови СТ при зовнішніх коротких замиканнях.

Визначення ризику відмови СТ при зовнішніх КЗ на основі аналітичних моделей не є можливим. Найбільш ефективним, в даному випадку, очевидно доцільне використання підходу, що ґрунтується на застосуванні експертних оцінок і теорії нечітких множин. Сформовані наступні лінгвістичні змінні нечіткої моделі і їх терм-множини: ступінь полімеризації ізоляції: DP={,_,}; ступінь деформації обмоток внаслідок дії струмів КЗ СТ ΔZk={,_,}; імовірність виникнення струму в обмотках СТ певного рівня при зовнішньому КЗ: Pkz={,_,}; рівень небезпеки струму КЗ, що проходять через обмотки СТ: P_Іkz={,_,}; ризик відмови СТ при зовнішніх КЗ R={,_,}. Функції належності лінгвістичних змінних та фрагмент правил нечіткої бази для оцінки ризику відмови СТ через зовнішні КЗ показано на рисунках 1-5 та табл.1 відповідно.

Рисунок 1 − Функції належності для лінгвістичної змінної DP	Рисунок 2 − Функції належності для лінгвістичної змінної Pkz
Рисунок 3 − Функції належності для лінгвістичної змінної P_Іkz	Рисунок 4 − Функції належності для лінгвістичної змінної ΔZk

Рисунок 5− Функції належності для лінгвістичної змінної R

Таблиця 1 – Фрагмент правил нечіткої бази знань для оцінки ризику відмови СТ при зовнішньому КЗ

№ за/п	Ступінь деформації обмоток ΔZk	Ступінь полімеризації ізоляції DP	Імовірність виникнення наскрізного струму в обмотках СТ при зовнішньому КЗ Pkz	Рівень небезпеки струму КЗ, що проходить через обмотки СТ P_Іkz	Ризик відмови СТ при дії струмів зовнішніх КЗ R
1
2
…	…	…	…	…	…
81

Розв’язку задачі діагностування технічного стану відповідає той діагноз R_j, що має максимальне значення функції належності:

На рис. 6 представлені результати нечіткого моделювання визначення інтегрального ризику відмови СТ від дії зовнішніх КЗ характеризують рівень ризику відмови трансформатора як "Низький" зі ступенем 0,3. В такому разі співставивши попередні результати розрахунків за ХАРГ [3] можна зробити висновок, що можливість пошкодження СТ від дії зовнішніх КЗ малоймовірна на заданому інтервалі часу.

Рисунок 6 – Результати нечіткого моделювання визначення ризику відмови СТ внаслідок зовнішніх КЗ за наявності дефекту

Запропонований підхід визначення ризику відмови СТ внаслідок зовнішніх КЗ є складовою нечіткої моделі оцінки ризику СТ, докладно описаних в [1].

Перелік посилань

1. Костерев Н. В., Бардик Е. И. Нечеткое моделирование электрооборудования для оценки технического состояния и принятия решений о стратегии дальнейшей эксплуатации // Технічна електродинаміка. Темат. вип. «Проблеми сучасної електротехніки». – 2006. – Ч. 3. – С. 39 – 43.

2. CIGRE Working Group A2.18, Guide for Life Management Techniques For Power Transformers, CIGRE Broschure 227, 20 January 2003, CIGRE: Paris, France.

3. Є.І. Бардик, М.В. Костерєв, М.П. Болотний. Нечітке моделювання силового трансформатора для оцінки ризику відмови за наявності дефекту //Пр. Ін-ту електродинаміки НАН України: Зб. Наук. Пр. – К.:ІЕД НАНУ. – 2013.