Технические науки/5. Энергетика

Магистрант 2-го курса Мазитов Б.А., д-р физ.-мат. наук, профессор Усачев А.Е, Ильдарханов Р.Г.

Казанский Государственный Энергетический Университет, Россия

Диагностика обмоток силовых трансформаторов методом частотного анализа

Силовой трансформатор — один из важнейших элементов в энергосистеме, определяющих надежность электроснабжения. Отказ крупносилового трансформатора в работе может привести к аварии в энергосистеме с масштабными последствиями.

Очевидно, что внедрение новой системы диагностирования должно обосновываться возможностью распознавания не только роста потерь холостого хода, но и установлением повреждённого элемента конструкции обмотки трансформатора (образование короткозамкнутых контуров, различные межвитковые и межкатушечные замыкания и смещение обмоток, а также их элементов).

В настоящее время практически отсутствует достаточно надёжная методика первичного контроля силовых трансформаторов и автотрансформаторов. Разработка методики первичного контроля с большей степенью достоверности является актуальной задачей.

В качестве основных методов исследования были выбраны импульсный и непрерывный методы частотного анализа.

В результате экспериментальных исследований в высоковольтной лаборатории Казанского Государственного Энергетического университета был разработан усовершенствованный метод частотного анализа для первичного контроля силовых трансформаторов и метод текущего контроля измерительных трансформаторов напряжения, который имеет большую чувствительность при диагностики механического состояния обмоток. Высокая чувствительность данного метода связана с тем, что пусть даже мелкие локальные деформации в трансформаторе приводят к резкому изменению соответствующих емкостей и индуктивностей, и следовательно, соответствующих частот в диапазоне сигнала.

В данном эксперименте метода частотного анализа использовался генератор синусоидального напряжения Instek GFG 8219A, изменяющегося в диапазоне частот от 10 Гц до 4 МГц, осциллограф Tektronix TDS-1002, АЦП (Аналого-цифровой преобразователь - это устройство, которое преобразует входной аналоговый сигнал в цифровой сигнал (дискретный код)).

Для достижения данного результата были решены следующие задачи:

1. проведены экспериментальные исследования амплитудно-частотных характеристик обмоток трансформаторов с целью проверки достоверности существующих методик и разработки новой методики первичного контроля обмоток силовых трансформаторов на основе метода частотного анализа;

2. проведено моделирование амплитудно-частотных характеристик обмоток силовых трансформаторов с различного типа дефектами;

3. разработана методика текущего контроля состояния измерительных трансформаторов напряжения на основе метода частотного анализа.

Научной новизной данной работы является то, что был усовершенствован импульсный метод частотного анализа для первичного контроля состояния обмоток низкого напряжения силовых автотрансформаторов. Усовершенствование состоит в определении доверительных интервалов частот отдельных спектральных составляющих амплитудно-частотной характеристики обмотки при случайных вариациях электрических параметров работоспособных автотрансформаторов. Также разработана последовательность алгоритмов для обработки результатов контроля состояния силовых трансформаторов методом частотного анализа.

Практическая ценность данного исследования определяется совершенствованием оценки состояния обмоток силового трансформатора, путём развития и углубления метода частотного анализа, получением возможности обработать результаты измерений, а также упрощением их интерпретации. Это повышает достоверность диагностики состояния обмоток методом частотного анализа и позволяет более точно определять остаточный ресурс контролируемого силового трансформатора.

Литература:

1. Правила устройства электроустановок. Издание седьмое.

2. ГОСТ 18685-73. Трансформаторы тока и напряжения. Термины и определения.

3. ГОСТ 3484.1-88. Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний.

4. ГОСТ 3484-77. Трансформаторы силовые. Методы испытаний.

5. РД ЭО 0410-02. Методические указания по оценке состояния и продлению срока службы силовых трансформаторов.

6. Jalal Abdallah. Using Frequency Response analysis (FRA) in transformers internal fault detection // WSEAS Transactions on Power systems Issue 9 Volume 4, September 2009.

7. Wang M., Vandermaar A.J. Review of condition assessment of power transformers in service // IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol.18, №6, pp. 12-25, Nov/Dec 2002.

8. Ильдарханов Р. Г. Совершенствование метода оценки состояния обмоток силовых трансформаторов на основе их частотных характеристик // дис...канд. техн. наук 05.09.01, Казань – 2011, 175 с.

9. Kalpana Patel, Narottam Das, A. Abu-siada and Syed Islam. Power transformer winding fault analysis using transfer function // Australasian Universities Power Engineering Conference, AUPEC 2013, Hobart, TAS, Australia, 29 September – 3 October 2013, c 1-3.