Введение. 
Стратегия обслуживания на основе результатов диагностирования состояния активной части силовых трансформаторов с учетом смещения резонансных частот в зависимости от увлажнения и наличия витковых замыканий в обмотках

Надежность электроснабжения АПК в значительной мере зависит от состояния силовых трансформаторов, число которых ежегодно возрастает.

Число отказов силовых трансформаторов 10/0,4 кВ в среднем за год составляет 7,5−9% от числа находящихся в эксплуатации. Главной причиной отказов данных трансформаторов является витковые замыкания (55,2%) и дефекты в главной изоляции (15,6%) [1]. Учитывая значительное количество трансформаторов в эксплуатации, обеспечение их работоспособности возможно только за счет качественного обслуживания с использованием новых средств диагностирования т. к традиционные (старые) средства [2, 3] не выявляют дефектов на ранней стадии их возникновения, трудоемкие, обладают большой погрешностью, чувствительны к температурным изменениям, влиянию электромагнитных полей.

Поэтому важной задачей является создание новых средств диагностирования для выявления дефектов на ранних стадиях их возникновения и организация рациональной стратегии обслуживания электрооборудования по результатам данных диагностирования, что делает работу актуальной.

Объектами исследования являются силовые трансформаторы и средства для их диагностирования.

Предмет исследования. Закономерности, связывающие процесс изменения технического состояния активной части силовых трансформаторов с сопутствующими диагностическими признаками.

Методика исследования. Теоретические исследования базировались на законах и методах теоретической электротехники, техники высоких напряжений и волновых процессах в обмотках трансформаторов. Экспериментальные исследования проводились на общепринятых и частных методиках с применением электронно-цифровой аппаратуры и ПЭВМ.

Цель работы. Обеспечение длительного сохранения работоспособного состояния силовых трансформаторов эксплуатируемых на объектах АПК путем организации рациональной стратегии обслуживания на основе использования новых средств и методов диагностирования.

Задачи работы:

• — разработать методику расчёта резонансных частот обмоток с учетом изменения диэлектрической проницаемости изоляционной системы активной части «твердая изоляция-масло» и наличии витковых замыканий в обмотках высших напряжений;
• — экспериментально замерить изменения резонансных частот обмоток от их состояния и сравнить с расчетными значениями,
• — исследовать влияние дефектов на изменение параметров АЧХ,
• — разработать устройство диагностирования активной части силовых трансформаторов на основе изменения параметров АЧХ обмоток,
• — разработать обобщенную стратегию обслуживания силовых трансформаторов по результатам данных диагностирования.

Состояние исследования и актуальность работы

Существующие способы выявления дефектов, а именно — увлажнения изоляции в силовых трансформаторах и витковых замыканий в обмотках, в большей степени, являются косвенными и не дают полноценного и достоверного ответа о наличии дефектов.

По результатам литературного обзора составлена таблица сравнения традиционных методов по выявлению увлажнению изоляции и витковых замыканий в активной части трансформатора, таблица 1 [3,4, 10−12].

Таблица 1. Существующие методы диагностирования состояния силовых трансформаторов и их недостатки.

На основании анализа современных методов диагностирования обмоток трансформаторов можно сделать следующие выводы:

• 1. Опыт профилактических проверок состояния изоляции свидетельствует о том, что методы, используемые в настоящее время, еще недостаточно эффективны и не удовлетворяют требованиям эксплуатации.
• 2. Существующие методы проверки изоляции (измерение tg, К_абс, С₂/С₅₀ и др.) не обнаруживают опасных ухудшений состояния изоляции, не чувствительны к ее старению, а в некоторых случаях ошибочно оценивают ее изоляции.
• 3. Все рассмотренные методы (R₆₀/R₁₅, C₂/C₅₀, С_гор/С_хол, К_и, С_абс/С) диагностирования основаны на использовании явления абсорбции. На абсорбционные зависимости изоляции, кроме увлажнения, влияет целый ряд факторов, например, температура, погрешность измерительной аппаратуры, затрудняющих определение состояния изоляции.
• 4. Существующие методы сложны и трудоемки, требуют привлечения для контроля высококвалифицированных специалистов, а также отключения оборудования на период проверки.
• 5. Всем методам, кроме метода «емкость-температура», присуща зависимость результатов измерений от физико-химических показателей масла. Продукты разложения масла и твердой изоляции вносят большие погрешности при оценивании состояния изоляции.
• 6. Многие методы подвержены влиянию электромагнитных полей, которые вносят значительные погрешности в результаты измерения.
• 7. Все существующие методы контроля состояния обмоток силовых трансформаторов базируются на оценке изменения критериев, прямо или косвенно отражающих изменение емкостных характеристик обмоток.
• 8. Измерение тока и потерь ХХ при малом напряжении не может являться методом, гарантирующим обнаружения витковых замыканий в обмотках. Виной тому является факт влияния магнитопровода на результаты измерений.
• 9. Измерение полного сопротивления короткого замыкания (Zk) применимо только для предварительного анализа повреждений обмоток силовых трансформаторов и требует уточнения при помощи других более точных методов.
• 10. Проблемы метода НВИ заключается в отсутствии базы данных номограмм силовых трансформаторов. Характеристики, снятые для одного оборудования с малыми промежутками времени, могут отличаться друг от друга. Кроме того, диагностика методом НВИ не позволяет количественно оценить возникшие остаточные деформации и требует отключения и расшиновки трансформатора. По осциллограммам НВИ возможно лишь качественная оценка деформации и не всегда удается с полной уверенностью интерпретировать изменения в кривых НВИ.

Метод является наиболее чувствительным для диагностики механического состояния обмоток трансформаторов.

Поэтому нужны дальнейшие исследования по разработке средства диагностирования для выявления увлажнения, наличия витковых замыканий более чувствительных в начальной стадии их возникновения реагирующие к изменению собственных частот колебаний обмоток и возможности использования данных диагностирования для прогнозирования остаточного ресурса.

На основе литературного обзора сделан вывод, что наиболее приемлемым по технической сущности для выявления увлажнения изоляции силовых трансформаторов является переносное устройство контроля изоляции [13], основанное на выявлении частотных характеристик, однако даже данный метод не полностью отражает состояние изоляции, т.к. не регистрируются количественные параметры по обоснованию состояния изоляции.

Для выявления витковых замыканий более объективным является метод частотных характеристик (МЧА) [6, 7]. Он более предпочтителен по сравнению с методом НВИ, т.к. мало зависит от схемы измерений (взаимное расположение измерительных кабелей, влияние ошиновки вблизи объекта, внешние факторы) и позволяет количественно оценивать возникающие в обмотках остаточные деформации, механические смещения.