Оценкатехнического состояния трансформаторных вводов на основе нечетких алгоритмов
1.Особенности конструкции трансформаторных вводов
трансформаторный дефектоскопия изоляция
Для присоединения обмоток силовоготрансформатора к электрической сети применяются вводы, которые устанавливаютсяна крышке трансформатора или стенке бака. В трансформаторах для низкогонапряжения (до 1 кВ включительно) применяют составные вводы, внутренняя полостькоторых не имеет масляного заполнения. Вводы на напряжение от 1 кВ до 35 кВимеют один фарфоровый изолятор; внутренняя полость вводов заполнена маслом.Вводы на напряжение 110 кВ и выше имеют две фарфоровые покрышки -верхнюю инижнюю, скрепленные друг с другом в одно целое при помощи фланца (втулки).Внутренняя полость ввода заполнена маслом или газом.
Для силовых трансформаторовприменяются маслонаполненные вводы.
Ввод представляет собой конструкцию свнешней и внутренней изоляцией. Внешняя изоляция состоит из верхней фарфоровойпокрышки, находящейся во внешней атмосфере и герметично соединенной с нижнейфарфоровой покрышкой. Внутренняя изоляция представляет собой системуцилиндрических конденсаторов, соединенных последовательно. Такая системавнутренней изоляции обеспечивает равномерное распределение электрического полякак внутри ввода, так и на поверхности внешней изоляции и гарантируетнадежность работы вводов.
По выполнению внутренней изоляциитрансформаторные вводы делятся на вводы с бумажно-масляной изоляцией (БМИ),маслобарьерной изоляцией (МБИ) и твердой изоляцией (ТИ). Однако из-заотносительно невысокой кратковременной электрической прочности МБИ, вводы сэтим видом внутренней изоляции имеют большие радиальные размеры и большуюмассу, поэтому в настоящее время их производство прекращено, остаются вэксплуатации лишь некоторые вводы с МБИ старой конструкции.
БМИ состоит из пропитаннойтрансформаторным маслом кабельной бумаги, а ТИ выполняется из пропитаннойсинтетическими смолами бумаги. При высоких напряжениях, когда имеют большоезначение тепловые потери ввода, пропитанная маслом бумага во вводах с БМИ имеетперед бумагой, пропитанной синтетическими смолами во вводах с ТИ, преимущества(меньшая диэлектрическая проницаемость и меньшие потери в диэлектрике, особеннопри высоких температурах). Поэтому диэлектрические потери ввода с БМИ примернов три раза меньше, чем у ввода с ТИ таких же размеров, и нецелесообразно нанапряжения выше 110 кВ применять вводы с ТИ.
Из приведенного выше анализа следует,что в настоящее время в Украине, а также в странах СНГ наибольшеераспространение имеют маслонаполненные вводы с БМИ, поэтому будем рассматриватьтолько вводы с БМИ изоляцией и классом напряжения 110 кВ и выше.
Отличительной особенностью вводовконденсаторного типа с бумажно-масляной изоляцией является то, что основнойизоляцией их служит остов, выполненный из кабельной бумаги, имеющийуравнительные прокладки и пропитанной трансформаторным маслом.
Аппаратные вводы с бумажно-маслянойизоляцией состоят в основном из следующих конструктивных узлов (рис. 3.1.):изоляционного остова 6, намотанного на токоведущую медную трубу 10, верхней инижней фарфоровых покрышек 5 и 9, соединительной втулки 8, расширителя 2 смасляным затвором или воздухоосушителем, с стяжным устройством 3, маслоуказателем4 и т. п.
Для намотки изоляционных остововмаслонаполненных вводов применяется предварительно просушенная, а для вводов110 кВ и пропитанная трансформаторным маслом кабельная бумага толщиной 0,12 мм.
Наложение бумаги производитсянепосредственно на токоведущую трубу по винтовой линии (вполнахлеста). Для уменьшениянапряженности электрического поля в первых слоях изоляции остова вводов 330—500кВ наложение бумаги обычно производится на бакелитовый цилиндр, насаженный натоковедущий стержень, при этом первая уравнительная обкладка электрическисоединяется с токоведущим стержнем.
В процессе намотки для выравниваниянапряженности электрического поля в изоляционном остове между слоями бумагизакладываются уравнительные обкладки. В качестве последних обычно используетсяалюминиевая фольга. Количество уравнительных обкладок, закладываемых визоляционный остов, определяется номинальным напряжением вводов, и число ихколеблется от 20 до 90 (у вводов 500 кВ).
Для вводов 220 кВ и выше частьуравнительных обкладок заменяется манжетами (дополнительными обкладками)шириной до 300 мм, располагаемых на краях изоляционного остова.
Ближайшая к фланцу, а для вводов спотенциометрическим выводом, и измерительная обкладки выполняются из медной илиалюминиевой фольги толщиной 0,1-0,15 мм, шириной 100-150мм.
/>
Рис. 1. Ввод с бумажно-масляной изоляцией.
1— контактный зажим; 2 — расширитель;3 — компенсирующая пружина стяжного устройства; 4 — маслоуказатель; 5 — верхняяпокрышка; 6 — изоляционный остов; 7 — измерительный вывод; 8 — соединительная втулка;9 — нижняя покрышка; 10 — токоведущая труба; 11 — отверстие для слива масла изввода.
Изоляционные остовы выполняются ввиде гладкого цилиндра или имеют несколько уступов (рис.3.2).
/>
Рис. 2. Изоляционный остов ввода.
1- основные уравнительные обкладки; 2- дополнительные уравнительные обкладки; 3 -токоведущая труба; 4 — слои бумаги;1м — длина уступа в нижней части; 1В — длина уступа.
Поверх ближайшей к фланцу обкладки наносятся три-четыре слоякабельной бумаги, которая закрепляется по всей высоте остова хлопчатобумажнойлентой. Для вывода проводника от измерительной обкладки в изоляционном остовевырезается «окно», а к медной фольге припаивается гибкий медный проводниксечением порядка 0,75 мм2 который выводится наружу через фарфоровыйвывод, расположенный на соединительной втулке.
Малогабаритные вводы старой конструкции(выпуска до 1963 г.) как с бумажно-масляной изоляцией, так и барьерные имели насоединительной втулке два вывода от внутренних обкладок, из которых одинпредназначался для присоединения устройства ПИН, а другой — дляпрофилактических измерений («тангенсный» вывод). У современных вводов имеетсяодин вывод, который нормально может быть использован для профилактическихизмерений, а по специальному заказу и для присоединения устройства ПИН. Впоследнем случае электрическая емкость между обкладкой, от которой сделанвывод, и заземленными частями отличается от емкости у тех вводов, которые не предназначаютсядля присоединения устройства ПИН.Последняя обкладка изоляционного остова,имеющего вывод для присоединения ПИН, наглухо заземлена.
После намотки изоляционного остовапроизводится его сушка под вакуумом (для вводов 150 кВ и выше). Остовы вводов110 кВ обычно не сушатся. Собранные вводы заливаются маслом и вакуумируются приостаточном давлении в несколько миллиметров ртутного столба. В случае плохойвакуумировки в изоляционной основе ввода остаются пузырьки воздуха, которыемогут привести к возникновению ионизационных процессов.
После завершения технологическойобработки вводов последние подвергаются контрольным испытаниям перед выпуском сзавода-изготовителя.
В объем заводских контрольныхиспытаний входят:
гидравлическое испытание ввода. Вводыдолжны выдерживать давление 1,5 ат трансформаторным маслом в течение 30 мин, приэтом температура последнего не должна быть ниже +10° С;
испытание внешней и внутреннейизоляции повышенным напряжением промышленной частоты. Продолжительностьиспытания 1 мин;
испытание повышенным напряжениемпромышленной частоты 25 кВ изоляции вывода ПИН и 3 кВ изоляции вывода последнейзаземляемой обкладки;
измерение емкости и tgδ внутренней изоляции вводов.
Вводы силовых трансформаторов навысокие напряжения представляют собой самостоятельные изделия. Онипредназначены для работы при температуре окружающего воздуха от -45 до +40°С ивысоте установки над уровнем моря не более 1000 м для вводов на напряжения110-330 кВ и не более 500 м для вводов на напряжения 500 кВ и выше. Вводы можноустанавливать на трансформаторах вертикально, под углом 15; 30 или 45° квертикали и 15° к горизонтали. Трансформаторное масло, применяемое во вводах,должно иметь высокое качество. Вводы изготовляются в двух исполнениях:негерметичном, в котором масло имеет ограниченное сообщение с воздухом, игерметичном, в котором масло полностью изолировано от воздуха.
2. Диагностирование трансформаторныхвводов
Диагностирование — это процесс определениятехнического состояния объекта или системы с определенной точностью, которыйможет включать решение задач определения работоспособности, поиска дефектов ипрогнозирования изменения состояния объекта диагностирования.
Авария в каком-либо элементеэнергосистемы может привести к полному или частичному прекращению подачиэлектроэнергии населению, промышленности, сельскому хозяйству, транспорту ит.д. В связи с этим все элементы энергосистемы должны обладать достаточнойнадежностью, а для этого необходимо диагностировать оборудование энергосистемы.
Целью диагностирования электрооборудования, в частноститрансформаторных вводов, является обеспечение наиболее экономичной егоэксплуатации при заданном уровне надежности и сокращение до минимума затрат натехническое обслуживание и ремонт. Эта цель достигается путем определениятехнического состояния трансформаторных вводов, что позволяет своевременнопредотвращать отказы, сокращать простои из-за неисправностей, проводитькомплекс мероприятий по поддержанию работоспособности вводов в соответствии сданными диагностирования, т.е. цель достигается с помощью управлениятехническим состоянием вводов в процессе эксплуатации.
3. Виды повреждений вводов
В процессе транспортирования,хранения и эксплуатации во вводах появляются различные повреждения, которыемогут привести к большому экономическому ущербу При несвоевременном обнаружениии устранении. Устранить повреждения можно с демонтажом и без демонтажа вводатрансформатора, без разборки, с полной или частичной разборкой ввода взависимости от характера повреждений. Все работы в условиях эксплуатации вводовбез демонтажа можно производить только при отключенном напряжении. В таблице 1представлен перечень наиболее часто встречающих повреждений вводов и ихвероятностных причин.
Отмечаем следующие особенностиповреждений.
Повреждения 1-4 являютсямеханическими; повреждения 5-8 принадлежат группе течи масла и причиной ихявляется в основном нарушение уплотнений вводов. Повреждения 1 -8 можнообнаружить визуальным наблюдением или вспомогательными устройствами.Повреждения 9-15 являются внутренними. Их можно обнаружить только техническимисредствами контроля и диагностики. В дальнейшем мы будем рассматривать тольковнутренние повреждения.
Статистика и опыт эксплуатациипоказывают, что основными причинами повреждений вводов являются дефектыизоляции. К числу их относятся увлажнение и старение материалов, ухудшениесвойств изоляционного масла, а также частичные разряды (ЧР). Причинывозникновения и характер развития дефектов в основном зависят от конструкциивводов. Увлажнение и связанный с ним тепловой пробой или перекрытие поповерхности наблюдаются у негерметичных вводов. В герметичных вводахпреобладают повреждения, определяемые процессами частичных разрядов илиухудшением состояния масла.
Наиболее слабым узлом негерметичныхвводов является система защиты масла от воздействия влаги с помощью масляногогидрозатвора и силикагелевого воздухоосушителя. При длительной эксплуатации,особенно в случае несвоевременной замены силикагеля, масло увлажняется,ухудшаются его изоляционные характеристики, в результате чего могут возникнутьчастичные разряды в масле. В дальнейшем по поверхности бумажной изоляцииначинает образовываться так называемый «ползущий» разряд: от однойили нескольких исходных точек поврежденной поверхности изоляции как бы расползаютсяпрожоги, образуя сложный рисунок с ослабленной поверхностной изоляцией.
Таблица 3.1 Характерные повреждения вводов и их вероятные причины.№ Повреждение Вероятная причина повреждения 1 Повреждено стекло маслоуказателя Механическое повреждение при транспортировании или хранении 2 Фарфоровые покрышки имеют сколы Механическое повреждение 3 Течь масла из бака давления Механическое повреждение бака 4 Разбито стекло манометра Механическое повреждение 5 Течь масла в местах уплотнений расширителя, пробок, трубки манометра, маслоуказателя и т.п. 1) Недостаточное усилие стяжки или затяжки 2) Старение резины 3) Нарушение сальниковых уплотнений 6 Течь масла из измерительного вывода 1) Поврежден фарфор вывода 2) Нарушено уплотнение 3) Некачественная припайка проводника к контактной шпильке 7 Течь масла из нижнего узла герметичного ввода Нарушено резиновое уплотнение 8 Течь масла из верхнего узла герметичного ввода Нарушено резиновое уплотнение 9 Повышение давления во вводе (дефект характерен для некоторых герметичных вводов 220 кВ) 1) Внутреннее повреждение во вводе 2) Неисправность сильфонного устройства 10 Повышенный нагрев конструкционных деталей Длительная перегрузка и износ изоляции 11 Ухудшение трансформаторного масла Загрязнение, окисление, увлажнение и старение масла, растворение в нем лаков и смол 12 Ухудшение характеристик внутренней изоляции ввода Старение внутренней изоляции ввода и масла 13 Тепловой пробой изоляции остова Увеличение тепловыделения из-за роста потерь энергии в изоляции 14 Перекрытие по внутренней поверхности нижней фарфоровой покрышки Наличие осадка на поверхности нижней фарфоровой покрышки 15 Различные виды разрядов в масле и по поверхности фарфора Повышенная напряженность электрического поля внутри ввода; старение изоляции и масла
При приближении «ползущего»разряда к заземленной части происходит пробой изоляции с возникновениемкороткого замыкания. Пробой при значительном ухудшении изоляционныххарактеристик может возникнуть и безобразования ползущего разряда.Аналогичное повреждение можетпроизойти и в томслучае, если приремонте ввода была плохо просушена бумажная изоляция.
Частичные разряды также разрушаютизоляцию, причем это обычно приводит к дальнейшему увеличению интенсивностиразрядов.На стадии критических разрядов пробой быстро завершается или переходит вперекрытие оставшейся части изоляции по поверхности.
Герметичные вводы менее трудоемки вэксплуатации и более надежны, чем негерметичные. Повреждения изоляциигерметичных вводов в большинстве случаев связаны с ухудшением состояния масла ивыпадением на внутреннюю поверхность фарфора ина остов полупроводящегоосадка. Во вводах, залитых маслом ГК, наблюдалось большое газовыделение из-зачастичных разрядов, что обусловлено недостаточной газостойкостью указанного масла. Развитие этого дефекта приводит кинтенсивным частичным или поверхностным разрядам, которые завершаютсяперекрытием между токоведущими частями.
Для рассматриваемых процессовхарактерны достаточно медленно протекающие начальные стадии ухудшения (старения)изоляции с нарастающим темпом развития дефекта и завершающая их сравнительнобыстрая потеря электрической прочности изоляционной конструкции.
Возникновение дефектов во вводе, ихпоследующее развитие обусловлено наличием целого ряда факторов:
- нарушениямитехнологической дисциплины в условиях производства в процессе изготовления;
- нарушениямитребований нормативно-технической документации по хранению, монтажу иэксплуатации вводов или трансформатора, на котором они установлены;
- снижением диэлектрическихсвойств изоляции в результате ускоренного старения, обусловленноговзаимодействием конструкционных материалов или недостаточной изученностьюпроцессов, связанных со старением при воздействии эксплуатационных факторов;
- случайнымвозникновением дефектов в процессе эксплуатации при нерасчетных внешнихвоздействиях.
На характер дефектов также влияет типтрансформаторного масла: масло марки ГК обладает более высокойпротивоокислительной стабильностью по сравнению с маслом марки Т-750, но малойустойчивостью к воздействию частичных разрядов из-за низкой газостойкости.
Наиболее опасные виды дефектов, какпоказал анализ повреждений вводов, связаны с появлением примесных частиц вмасле (осадка) и отложения его на внутренней поверхности нижней покрышки илиизоляционного остова. Основная доля пробоев вводов происходила из-за завершенияползущих поверхностных разрядов по осадку на фарфоре при рабочем напряжении.Часть пробоев развивалась по поверхности остова.
С точки зрения диагностики, вмеханизме развития таких дефектов различаются две стадии. На первой стадиипроисходит относительно медленное снижение изоляционных свойств вследствиеувеличения проводимости, тангенса угла диэлектрических потерь масла tgδм, появление в маслеосадка и отложение его на поверхности остова и фарфора.
На второй стадии возможновозникновение повышенных частичных разрядов в масле, развитие поверхностныхползущих разрядов по осадку. При этом при увеличении поверхностнойпроводимости, измеренные по нормальной схеме значения тангенса угладиэлектрических потерь основной изоляции tgδ могут принять отрицательные значения, что связано сшунтирующим действием паразитной емкости и сопротивления между обкладками ипроводящими загрязнениями (или даже науглероженными следами) на поверхности. Следуетиметь ввиду, что уменьшение измеренного значения tgδ также может быть из-за увеличения проводимостинаружной покрышки фарфора вследствие ее загрязнения, увлажнения и т.д. Этастадия отличается образованием больших концентраций горючих газов.
Другая относительно частовстречающаяся группа дефектов обусловлена емкостными разрядами (искрением)вследствие нарушения изоляции, нарушения контактов или обрыва измерительноговывода, проводников присоединения нулевой обкладки и т.д. Их появление связанос дефектами изготовления при сборке, либо воздействия вибрации притранспортировке и эксплуатации. Возможны дефекты, развитие которых обусловленоналичием частичных разрядов в изоляционном остове. Частичные разряды в остове,превышающие нормированные значения, преимущественно имеют место на краяхконденсаторных обкладок. Они возможны при нарушениях технологии изготовленияостова или режимов вакуумной обработки и пропитки при сборке ввода, а такжемогут быть связаны с ухудшением свойств изоляции в процессе старения, которыйприводит к постепенному повышению уровня частичных разрядов. Повреждения,связанные с пробоем изоляционного остова при принятых технологических режимах идопустимых рабочих напряженностях, имели по аварийной статистике весьма малуювероятность появления.
4. Метод контроля вводов путемизмерения тангенсаугла диэлектрическихпотерь (tgδ) иемкости изоляции
Это традиционный и самыйраспространенный метод периодического контроля вводов. При измерениях tgδ оценка состояния вводов должнапроизводиться не только по его абсолютному значению, но и с учетом характераизменения tgδ и емкости по сравнению с ранееизмеренными значениями с течением времени в отдельных зонах внутреннейизоляции. Для сравнения измеренных значений tgδ изоляции вводов со значениями, полученными припредыдущих измерениях или нормированными для температуры 20°С данными,необходимо производить температурный пересчет.
Для измерения tgδ и емкости используют схему мостаШеринга (рис.3.3). В схеме, кроме испытуемой изоляции с емкостью Сх, находятся еще образцовый конденсатор (емкость Со) с очень малымидиэлектрическими потерями (газовая изоляция), регулируемое сопротивление R2 и регулируемый конденсатор (емкость С, исопротивление R1). По мере регулирования сопротивления R2 иемкости конденсатора С, удается получить равновесие моста, когда индикаторпоказывает нуль. При этом из условия равновесия моста получается величины tgδ, и емкость испытуемойизоляции по выражениям:
tgδ = co С1 R1, Сх = Со R1, / R2
где со = 100П — угловая частота.
Кромеизмерения tgδ и емкости С1 основнойизоляции (всего изоляционного остова) производится также оценка состоянияизоляции измерительного конденсатора tgδ2, С2 (при наличии у ввода прибора дляизмерения напряжения ПИН) и изоляции последней обкладки (наружных слоев) tgδ3, C3 относительно соединительной втулки ввода.
/>
Рис.3. Схема моста Шеринга дляизмерения тангенса угла диэлетрических потерь и емкости изоляции.
Необходимость в оценке состояниянаружных слоев изоляции вводов основана на соображении, что в случае увлажненияизоляционного остова наружные слои в первую очередь воспримут влагу и этопозволит по значению tgδ3 и динамике его изменения оценить их состояние. Увеличение tgδ изоляции ввода происходит приувлажнении бумаги, загрязнении масла, появлении частичных разрядов. Вчастности, его значение увеличено при наличии металлической пыли, попавшей издефектного сильфона.
Величина tgδ дает усредненную объемную характеристику состоянияизоляции, поскольку активная составляющая тока, вызванная диэлектрическимипотерями в местном дефекте, при измерении относится к общему емкостному токуввода. Как правило, измерение tgδпозволяет обнаружить общее (т.е. охватывающее большую часть объема) ухудшениеизоляции. Местные дефекты, т.е. дефекты, охватившие сравнительно небольшуючасть объема изоляции, а также сосредоточенные дефекты плохо обнаруживаютсяизмерением tgδ.
Измерение емкости изоляции, кромеинформации об изменении структуры изоляции, вызвавшем изменение процессовполяризации, позволяет обнаружить и местные грубые дефекты (пробой частиизоляции). Степень выявляемости дефектов также зависит от соотношения междуобъемами поврежденной и неповрежденной частей изоляции.
Практикуемые в эксплуатации методыконтроля БМИ вводов 110-500 кВ, заключающиеся в измерении тангенса угладиэлектрических потерь и изоляционных характеристик масла, не выявляют многихбыстро прогрессирующих дефектов во внутренней изоляции вводов в начальнойстадии их развития.
Анализ результатов профилактическихиспытаний поврежденных маслонаполненных вводов показывает, что лишь в немногихслучаях развитие дефектов в какой-то мере влияло на характеристики БМИ вводов.Недостаточной эффективности оценки состояния вводов по измеренной величинетангенса угла диэлектрических потерь во многом способствует низкий уровеньнапряженности электрического поля, создаваемой во внутренней изоляции ввода приего измерении (создаваемое для измерения tgδ напряжение — только 10 кВ, а класс напряжения вводов — 110 кВ и выше). При наличии частичных разрядов tgδ зависит от напряжения.
На практике был случай, когда ввод110 кВ с БМИ имел электрический пробой нескольких слоев бумаги изоляционногоостова, в то время как абсолютное значение тангенса угла диэлектрическихпотерь, измеренное у ввода при испытательном напряжении 10 кВ, не превышалонормированного значения.
5. Метод контроля качества уплотненийвводов
Эта проверка производится созданиемво вводах избыточного давления 100 кПа в течение 30 минут. При этом не должнонаблюдаться течи масла и снижения испытательного давления. Такое испытаниепозволяет определить слабые места, не выявленные при внешних осмотрах. Особоевнимание следует уделять уплотнениям в верхних частях вводов, которые вэксплуатации работают при очень малом избыточном давлении.
Эта проверка позволяет предотвратитьтечь масла, но не выясняет внутренние повреждения изоляции.
Снижение показания манометра вводатакже свидетельствует о нарушении герметичности. Однако если манометрнеисправен, то установить потерю герметичности не всегда возможно. Поэтому ипредусмотрена проверка манометра в межремонтный период. Ее следует производитьне реже 1 раза в год, а также в случаях, если манометр не изменяет своегопоказания при значительных изменениях температуры окружающей среды илинагрузки. Минимально и максимально допустимые давления масла в герметичномвводе указываются в его паспорте. Для того чтобы манометр был достаточночувствительным индикатором состояния уплотнений ввода, его шкала не должназначительно превышать значения рабочего давления масла. Оптимальным являетсяслучай, когда предел измерения манометра в 1,5 раза превышает максимальное илив 2 раза среднее рабочее давление. Повышение давления масла во вводесвидетельствует о нарушении свойств трансформаторного масла и оно должно бытьпроверено.
Как и проверка качества уплотненийвводов избыточным давлением, проверка манометра также не выясняет внутренниеповреждения изоляции.
6. Метод контроля состояния вводовпутем испытания трансформаторного масла
Многие повреждения или отклонения отнормального состояния вводов вообще не проявляются при внешнем осмотре.Особенно это относится к начинающимся внутренним повреждениям. Значительнаячасть внутренних повреждений может быть определена проверкой состояния масла.Изменение его характеристик происходит при увлажнении, загрязнении, попаданиивоздуха или другого газа; в результате естественного старения, как самогомасла, так и бумаги. Испытание трансформаторного масла являетсяраспространенным способом проверки состояния вводов.
Основными параметрами, определяющимисвойства масла как диэлектрика, являются электрическая прочность, проводимостьи диэлектрические потери. Свойства масла также зависят от его газо- ивлагосодержания, наличия загрязнений (твердых частиц), содержания кислот ищелочей. Электрическая прочность, характеризуемая пробивным напряжением,меняется при увлажнении и загрязнении масла и может служить диагностическимпризнаком. Диэлектрические потери в масле определяются в основном егопроводимостью и растут по мере накопления в масле продуктов старения изагрязнения. Старение масла определяется окислительными процессами,воздействием электрического поля и конструкционных материалов (металлы,бумага). Наличие продуктов окисления в масле характеризуется его кислотнымчислом, которое определяется количеством гидроокиси калия (в миллиграммах),затраченного для нейтрализации кислых соединений.
Испытание для проб масла проводится влабораторных условиях. При этом определяются основные характеристикитрансформаторного масла:
— электрическая прочность (пробивное напряжение) — определяется в специальном сосуде с нормированными размерами электродов приприложении напряжения промышленной частоты (ГОСТ6581-75);
— тангенс угла диэлектрических потерь — (tgδм) определяется при температурах 20°С и70°С по мостовой схеме Шеринга при напряженности переменного электрическогополя, равной 1кВ/мм (ГОСТ 6581-75);
— цвет масла;
-механические примеси — количественнаяоценка содержания производится путем фильтрования пробы с последующимвзвешиванием осадка (ГОСТ 6370-83);
— температура вспышки масла;
— кислотное число масла (ГОСТ 5985-79);
-влагосодержание масла. Этахарактеристика особенно важна при диагностике негерметичных вводов. Дляопределения влагосодержания применяют два метода. Метод, регламентированныйГОСТ 7822-75, основан на взаимодействии гидрида кальция с растворенной водой.Массовая доля воды определяется по объему выделившегося водорода. Этот методсложен, результаты не всегда воспроизводимы. Предпочтительней кулонометрическийметод (ГОСТ 24614-81), основанный на реакции между водой и реактивомФишера. Реакция идет при прохождении тока между электродами в специальномаппарате.
Приведенные выше показателинормируются .
Однако, как показывает практика, этипоказатели, если они получены в лабораторных условиях, не всегда характеризуютистинное состояние вводов на электрической подстанции. Кроме того, малый объеммасла во вводе затрудняет применение этого подхода для оценки его состояния.
7. Метод дефектоскопии, основанный нахроматографическом анализе растворенных в масле газов (ХАРГ)
Этот метод позволяет выявить дефектыв силовых трансформаторах, а также во вводах на ранней стадии развития.
Лабораторные исследования,проведенные в ряде стран, а также анализ спектра газов в трансформаторах ивводах позволили установить характеристические газы, специфичные для того илииного вида повреждения: водород (Н2), углеводородные газы: метан (СН4);этилен (С2Н4); этан (С2Н6),двуокись углерода (СО2) и окись углерода (СО), ацетилен (С2Н2).Таким образом, по характеристическим газам можно предположить видразвивающегося дефекта. Газоадсорбционная хроматография основана на разделениикомпонентов газовой смеси при помощи различных адсорбентов — пористых веществ ссильно развитой поверхностью.
Выделенные из масла газы обычно анализируютсягазовым хроматографом с детектором по теплопроводности.
Структурная схема хроматографическойустановки приведена на рис.3.4.
/>
Рис.4. Структурная схема хроматографической установки.
1 — баллон с газом-носителем; 2 — устройство для введения пробы (дозатор); 3 — разделительная колонка; 4 — детектор; 5 — регистратор; 6 — устройство для извлечения газа из масла.
Процесс газовой хроматографии состоитиз двух этапов: разделение анализируемой смеси на компоненты (качественныйанализ) и определение их концентраций (количественный анализ).
Анализируемая смесь газов (проба)вводится в поток газа-носителя, который с постоянной скоростью пропускаетсячерез разделительную колонку, содержащую адсорбент. Различия вфизико-химических свойствах отдельных газов смеси вызывают различия в скоростиих продвижения через адсорбент (пористое вещество с сильно развитой поверхностью).Поэтому на выходе разделительной колонки будутпоследовательно появляться составляющие анализируемой пробы (в смеси сгазом-носителем). Эти составляющие имеют различную теплопроводность, чтопозволяет, детектором формировать соответствующие сигналы, регистрируемыеспециальным устройством (обычно самопишущим потенциометром).
Последовательность (время) выхода изразделительной колонки конкретных газов известна (для данных условий анализа).Это дает информацию о составе анализируемой смеси. Для получения количественныхданных интегратором определяется площадь пиков хроматограммы, которая наосновании данных калибровки приводится к значениям концентрации соответствующихгазов. Возможности разделения компонентов газовой смеси определяютсяхарактеристиками разделительной колонки: ее наполнителем (адсорбентом), длинойи температурным режимом.
Газ-носитель должен быть инертным поотношению к анализируемым веществам и примененным адсорбентам. Он также долженобеспечивать нормальную работу детектора.
Назначение детектора состоит впреобразовании поступающих на его вход отдельных компонентов газовой смеси вэлектрические сигналы, которые регистрируются на ленте электронногопотенциометра в виде последовательно расположенных импульсов напряжения,получивших название хроматограммы.
Принцип действия часто применяемогодетектора-катарометра основан на индикации изменения теплопроводностипроходящих сквозь него газов (детектор по теплопроводности). Чувствительныеэлементы катарометра – резисторы расположены в камерах, по которым проходитпоток газов. Два рабочих резистора обтекаются газом, выходящим изразделительной колонки; два других резистора — чистым газом-носителем.Резисторы включены в мостовую измерительную схему и нагреваются протекающим поним током. При появлении в рабочей камере компонента анализируемой смеси,который изменяет теплопроводность газа в камере, изменяются условиятеплопередачи от рабочих резисторов к ее стенке. При этом изменяютсясопротивления рабочих резисторов и измерительный мост разбалансируется.Напряжение на диагонали моста, соответствующее концентрации данного компонентасмеси, записывается регистратором.
Анализ извлеченной смеси газовпроизводится по методике, определяемой типом примененного хроматографа исоставом контролируемых газов. Результаты анализа регистрируются на диаграммнойленте. Состав анализируемой смеси определяется по времени и последовательностипоявления пиков на хроматограмме. Калибровка производится или эталонной смесьюгазов с известной концентрацией компонентов, или по одному газу (обычно азотуили воздуху) с соответствующим пересчетом по коэффициентам чувствительности.
Методика диагностики повреждений похроматографическому анализу растворенных в масле газов являетсямногокритериальной:
— если анализ газов показал состояние«опасности» или «повреждений», чаще проводитсяхроматографический контроль;
— по характеристическим газам определяют видразвивающего дефекта;
— по отношению концентраций газов этот дефектуточняется;
— по скорости нарастания концентрации газов заопределенный промежуток времени оценивается степень опасности развивающегосядефекта и даются рекомендации.
Преимущества метода ХАРГ: позволяетобнаружить довольно широкий класс дефектов, высокая вероятность совпаденияпрогнозируемого и фактического дефектов. В настоящее время применяют ХАРГвместе с измерением tgδизоляции как основныеметоды диагностики вводов в процессе эксплуатации.
Недостатки: отбор масла под рабочимнапряжением вводов невозможен вследствие особенностей конструкций ихмаслоотборных устройств. Необходимость частого отбора пробы масла неприемлема,особенно для герметичных конструкций.
Малый объем масла во вводах 110-220кВ существенно затрудняет регулярный контроль путем отбора и анализа пробмасла. Полная отдача сильфонов, компенсирующих температурное изменение объемамасла в конструкциях серийных вводов 110-150 кВ, составляет 1,5-2,0 л, так чтопосле отбора пробы (0,5 л) возникает необходимость последующего трудоемкогодолива масла и соответствующего дорогостоящего приспособления. Характеристикапробы масла не всегда соответствует его фактическому состоянию в оборудовании,поскольку часть примесей может не попадать в пробу.
Методика выделения газов существенновлияет на точность определения концентраций контролируемых газов. Расхождения вметодике выделения нередко являются причиной значительных расхождений врезультатах анализа, проведенных в разных лабораториях. Кроме того,газосодержание масла конкретного ввода и скорость его изменения зависят отбольшого количества факторов. К ним относятся различия конструктивныхматериалов, режимы нагрузки, класс напряжения и т.п. Поэтому к граничным нормамследует относиться как к величине, отражающей компромисс между желанием выявитьдефекты и затратами на контроль. Высокая чувствительность метода ХАРГувеличивает вероятность ложной отбраковки, т.к. с учетом сравнительнонебольшого объема масла во вводе, позволяет обнаружить дефект, который из-замалого его развития может и не приводить к аварийному повреждению ввода.
Эффективность контроля при этом взначительной мере определяется опытом персонала. Так, в частности, нормальноесостояние ввода можно констатировать и в случае превышения нормы концентрацииряда газов, если скорости изменения этих концентраций малы. Однако при скоростиизменения концентрации, превышающей нормированную предельную, малое абсолютноепревышение концентрации не может быть признаком отсутствия дефекта.
Необходимо также отметить о сложностии высокой стоимости хроматогра-фической установки и трудности ее наладки иосвоения.
8. Метод постоянного контроляизоляции вводов
Метод заключается в контроле значенияемкостного тока (тока небаланса) в нулевом проводе звезды, образованнойсоединением измерительных отводов всех трех вводов трехфазного трансформатора.
Принцип действия устройства контроляизоляции вводов (КИВ) основан на измерении суммы токов трехфазной системы,протекающих под воздействием рабочего напряжения через изоляцию трех вводов,включенных в разные фазы. Если различия характеристик изоляции в исходномсостоянии трех одновременно контролируемых объектов незначительны, можнопредположить, что измеряемый суммарный ток в пределе будет равен нулю. Приухудшении состояния изоляции одного из этих вводов увеличивается егокомплексная проводимость, а значит, и сила тока через него. В результате этогоизменится суммарный ток.
Устройство состоит из двух блоков:КИВ-1, устанавливаемого в шкафу зажимов вторичной коммутации на трансформатореили вблизи него, и КИВ-2, устанавливаемого на панели релейной защитытрансформатора на щите управления подстанции, и применяется на вводахнапряжением 500 кВ и выше. Структурная схема устройства представлена на рис.
Блок КИВ-1 имеет фильтр, позволяющийотстроиться от напряжения небаланса, обусловленного высшими гармониками, инасыщающийся трансформатор с отпайками. Отпайки позволяют уменьшить токнебаланса, обусловленный разницей в значениях емкостей вводов. Проводник откаждого ввода подсоединяется к соответствующей отпайке трансформатора и«звезда» образуется непосредственно в блоке КИВ-1. Блок КИВ-2 имеетвыпрямитель, миллиамперметр для измерения тока небаланса, потенциометр дляизменения тока уставки, усилитель, сигнальную неоновую лампу и выходные реле.При повреждении одного ввода емкость его увеличивается, в нулевом проводе исоответственно в первичной обмотке трансформатора КИВ-1 возрастает токнебаланса.
После усиления и выпрямления сигналподается в схему релейной защиты с действием на отключение или на сигнализацию.Для того чтобы устройство не срабатывало при переходных процессах и кратковременныхповышениях напряжения, время его срабатывания устанавливается не менее 8с. Внормальных условиях емкостный ток ввода 500 кВ составляет примерно 100 мА.Потенциометр устройства КИВ-2 позволяет менять уставку тока срабатывания вдиапазоне 3-15 мА.
Однако необходимо отметить, что ток,появившийся на выходе КИВ-1, может быть вызван не только развитием дефектаизоляции в одном из вводов, а также и другими факторами: изменением симметриифазного напряжения, изменением емкостного тока влияний от других фаз и другого,находящегося на подстанции электрооборудования. Кроме того, метод позволяетфиксировать только изменение диэлектрических характеристик изоляции, но невыявляет такие развивающиеся дефекты как накопление осадка, ухудшениехарактеристик масла.
/>
Рис.3.5. Структурная схема устройства контроля изоляции ввода.
С1 — емкость основнойизоляции ввода, С2 — емкость измерительного конденсатора ввода.
9. Метод индикации частичных разрядов
Одной из основных причин старенияизоляции и повреждений современных герметизированных вводов являются ЧР.Разряды постепенно разрушают БМИ, что в конечном итоге приводит к пробою илиперекрытию по поверхности изоляционной конструкции.
ЧР в изоляции приводят кнейтрализации некоторого заряда в месте дефекта с последующим изменениемзарядов элементов схемы испытаний. Внешними проявлениями процесса ЧР в изоляцииявляются импульсы напряжения во вводе и вызванный ими ток переходного процесса.Сам ток ЧР современными методами непосредственно измерить невозможно, однаковызванные им быстрые изменения электромагнитного поля могут быть отмеченыдостаточно чувствительным прибором.
В настоящее время больше всегоприменяют два метода обнаружения ЧР в изоляции: электрический и акустический.
Электрический метод основан наизмерении тока переходного процесса во внешней цепи. Этот ток можно определитькак произведение кажущегося заряда ЧР на соответствующий коэффициент. Импульс тока ЧР создает импульс давления в окружающей среде,который может быть зарегистрирован соответствующим устройством. На этомпринципе основаны акустические методы обнаружения ЧР.
Особенностью всех методов измеренияЧР является необходимость приведения показаний измерительного устройства кзначению кажущегося заряда ЧР или другого параметра. Это производится припомощи градуировки, т.е. путем сравнения показаний измерительного устройства,вызванных разрядами, с показаниями при приложении к изоляции вводаградуировочных воздействий с известными количественными характеристиками.
Способы градуировки при измеренииэлектрическими методами хорошо разработаны — имеются необходимые градуировочныеустройства. Проблемы градуировки при акустических измерениях еще не решены.Кроме того, показания акустических измерительных устройств существенно зависятот места возникновения разрядов, условий прохождения сигналов и от затухания ихв элементах изоляционной конструкции. Поэтому акустические методы контроля внастоящее время могут использоваться лишь для обнаружения наличия ЧР.
Устройство для измерения ЧР (рис.3.6.)состоит из первичного измерительного преобразователя (измерительного элемента)1 и измерительного прибора 2.
/>
Рис.6. Структурная схема измерительного устройства ЧР.
Измерительный элемент 1 преобразуетимпульсы тока в контролируемой цепи, вызванные ЧР в импульсы напряжения,подаваемые на вход измерительного прибора. В измерительном приборе 2 производится преобразование полученных навыходе измерительного элемента 1 импульсов напряжения и измерение ихпараметров. Основными узлами измерительного прибора 2 являются регуляторчувствительности 3, фильтр 4, усилитель 5 и индикатор 6. Регуляторомчувствительности выбирается диапазон измерения. Основное назначение фильтра — подавление напряжения промышленной (испытательной) частоты и его высших гармоник.Для этого применяется фильтр высших частот. Часто фильтр используется дляформирования полосы пропускания измерительного устройства — в этом случаеприменяется полосовой фильтр. В некоторых приборах фильтры не применяются, аобе функции — подавление низкочастотных напряжений и формирование полосы — выполняют другие элементы(датчик, усилитель).
После усиления импульсы поступают навход индикатора, назначением которого является измерение основных характеристикпоследовательности импульсов, возникающих при ЧР. Показания индикатора прибора априводятся к значению кажущегося заряда q по формуле
q=Ка,
где К — градуировочный коэффициентизмерительного устройства, включенного в испытательную схему.
Существуют несколько различныхмодификаций устройства измерения ЧР:
— индикатор ЧР, измерение с помощью которогопроизводится во время испытания изоляции приложенным повышенным напряжением, атакже в случаях, когда в условиях эксплуатации ввод оборудован стационарнымустройством присоединения;
— сигнализатор ЧР для автоматического непрерывногоконтроля в условиях эксплуатации;
-дефектоскоп — переносное устройство,предназначенное для контроля изоляции под рабочим напряжением при помощибесконтактных датчиков.
С целью ранней диагностики применяютметоды измерений, выявляющие ЧР с интенсивностью меньшей, чем интенсивностькритических разрядов (порядка 10-9 Кл). Для сигнализациипредаварийного состояния достаточно выявить разряды критической интенсивности.При этом необходим частый или даже непрерывный контроль. Имеются данные обуспешном выявлении дефектов изоляции ввода 750 кВ путем измерения ЧР синтенсивностью порядка 10-6 Кл. При испытаниях герметичных вводов110 кВ были измерены разряды интенсивностью (3-6)10-6 Кл.
Однако необходимо отметить следующиенедостатки метода непосредственного измерения ЧР.
Во-первых, сигналы ЧР очень слабые, апри измерениях ЧР в условиях эксплуатации источники помех, как правило, немогут быть устранены, тем самым сильно искажают результаты измерений. Ниже 15кГц возможно влияние высших гармоник промышленной и комбинированных частот,выше 2 МГц возможно снижение уровня сигнала от ЧР. В верхней области частотчасто имеются помехи от мощных местных радиопередатчиков. Основным источникомнеустранимых помех при измерениях в эксплуатационных условиях являются коронныеразряды на проводах, арматуре и оборудовании (основной уровень помех). Враспределительных устройствах иногда наблюдается также высокий дополнительныйуровень помех, который обычно является следствием ЧР, внешних по отношению кконтролируемому вводу. К ним относятся разряды между шинами и головкамипроходных трансформаторов тока при отсутствии между ними перемычки, разрядымежду элементами токопроводов блочных трансформаторов, разряды на заостренныхкраях арматуры или на концах ножей отключенных разъединителей и т.п.
Во-вторых, если за период времени,равный продолжительности реакции устройства, на входе измерительного элемента 1(рис.3.6) будут действовать несколько импульсов, то их энергия суммируется и навыходе появится один эквивалентный импульс. При этом не только будет утерянатакая характеристика, как количество разрядов (или их средняя частотаследования), но и будут искажены данные о заряде импульсов, ибо на выходеусилителя амплитуда импульсов будет иметь случайное значение, зависящее нетолько от заряда, но и от интервала между импульсами.
10. Оценка технического состояниятрансформаторных вводов на основе теории нечетких множеств
Традиционным методам диагностикитрансформаторных вводов присущи многие недостатки, так как они не учитываютсуществующую неполноту и нечеткость информации о состоянии ввода.
Анализ опытов диагностики вводовобнаруживает, что для большинства случаев существует такое решающее правило«если параметр X не выше нормы Xн,то ..., а если параметр X вышенормы Xн, то… ». Норма Xн обычно определяется из результатастатистической обработки аварийных состояний по параметру X, однако чем больше мощность и класснапряжения силового трансформатора, тем скуднее такая статистика в связи струдностью ее реализации. Это привело к тому, что норма Xн — нечеткая величинаи нет резких границ или жестких граней, отделяющих одно состояние ввода отдругого.
Другое непростое обстоятельство придиагностике вводов по традиционным методам заключается в том, что количествоконтролируемых параметров значительно, поэтому количество комбинаций этихпараметров (при разных условиях) довольно большое. А опыт диагностики в видерешающих правил «если параметр X1...,параметр X2..., ..., параметр Xп..., то ...» не охватывает полный набор комбинацийпараметров. Отсюда возникает вопрос: если комбинация параметров находится внесуществующих решающих правил, то какое решение необходимо принимать в такомслучае ?
Для преодоления этих трудностейцелесообразно применять теорию нечетких множеств Заде [9]. Эта теория былапредложена для количественного анализа таких гуманистических систем каклингвистика, экономика, политика. Однако в последнее время отмечено применениетеории нечетких множеств в технике для решения задач проектирования иуправления в медицинской диагностике.
В теории канторовских множествпроизвольное подмножество А универсального множества U однозначно определяется своим индикатором:
/>
Заде расширил класс подмножества U, введя понятие нечеткого,«расплывчатого» множества. Нечеткому множеству соответствуетобобщенный индикатор (числовые функция со значениями из всего отрезка [0,1]),получивший название функции принадлежности µ(x). Тогдасправедливо следующее определение: нечеткое множе-ство содержит элементы сфункциями принадлежности, принимаю-щими любые значения на интервале [0,1], хотябы одна из которых отлична от единицы.
Ниже приведем основные определения иоперации с нечеткими множествами, которые необходимые нам при решении задачидиагностики трансформаторных вводов [8].
Объединением нечетких множеств А и В впространстве X называется нечеткое множество А и В сфункцией принадлежности, определяемой соотношением вида
/>,
или, в дизъюнктивной форме,
/>,
где символ ”V “ означает максимум.
Пересечением нечетких множеств А и В впространстве V называется нечеткое множество А ^ В с функцией принадлежности,определяемой соотношением вида
/>,
или, в конъюнктивной форме,
/>,
где символ “ ^ ” означает минимум.
Согласно общего алгоритма [10] методикадиагностики вводов на основе теории нечетких множества реализуется в несколькоэтапов.
На первом этапе необходимо определитьвозможный диапазон изменения контролируемых параметров состояния ввода исоставить базу знаний на фоне решающих правил, которые были накоплены напрактике диагностики вводов в течение многих лет, и отсюда вывести системунечетких логических уравнений о диагнозах.
На втором этапе необходимо задаватьвид функции принадлежности нечетких термов при разных контролируемых параметрахпо мнениям опытного персонала по диагностике вводов.
На третьем этапе необходимозафиксировать значения измеренных параметров состояния ввода />
На четвертом этапе определяем функциипринадлежности нечетких термов при фиксированных значениях измеренныхпараметров />.
На пятом этапе вычисляем значениямногопараметрических функций принадлежности />привекторе состояния />для всехдиагнозов d пользуясь логическими уравнениями избазы знаний. При этом логические операции И (^)и ИЛИ (V) над функциями принадлежностизаменяются на операции min и max.
На шестом этапе определяем решение d, для которого />
Этому решению и будет соответствоватьискомый диагноз ввода с вектором параметров состояния />
Аппаратная реализация этой методикиреализуется с помощью элементов вычислительной техники. При этом вычислительнаячасть легко реализуется путем выполнения операций min и mах.Для изложения базы знаний будем обозначать: tgδ1 — тангенс угла диэлектрических потерьосновной изоляции (%); tgδ3 — тангенс угла диэлектрических потерь наружныхслоев изоляции (%); tgδм↓70C- тангенс угла диэлектрических потерьмасла, измеренный при подъеме температуры в точке 70°С (%); tgδм↑70C-тангенс угла диэлектрических потерьмасла, измеренный при снижении температуры в точке 70°С, после предварительнойвыдержки масла при температуре 90-100°С в течение 15-20 минут (%); Ai- значение концентрации растворенногов масле 1 -го газа или суммы концентраций газов (% об. 10-4= мкл /л), где i — Н2, С2Н2,∑СХНУ = СН4 + С2Н2 + С2Н4 + С2H6; Vi — абсолютная скорость нарастания концентрации i-го газа или суммы газов (% об. 10-4/ мес),
/>
где Аiп — значение концентрации i -гогаза при предыдущем измерении (все обозначения нижним индексом с буквой позначают предыдущее измерение), Т — промежуток времени с момента предыдущегоизмерения (мес.); V∑ — относительная скорость нарастания концентрации суммы всехгазов (% / мес),
/>
где Аiн — начальное (безопасное) значение концентрации i -го газа (% об. 10 ) определяется из табл. 7, N — граничноезначение контролируемого параметра (Ai, tgδ, V, V∑ и т.д.) определяется из табл.3.5-3.7.
На основании [11] приведем правилапринятия решений, при этом мы постоянно будем обращаться к таблицам 3.2-3.6.
Правило 1: Вводы эксплуатируются собычно принятой периодичностью контроля при выполнении следующих условий:
тангенс угла диэлектрических потерьосновной изоляции tgδ1 удовлетворяют условиям табл. 3.5;
-значение tgδ1 возросло не более чем в 1.2 раза;
-тангенс угла диэлектрических потерьнаружных слоев изоляции tgδ3 не превышает значений, приведенных втабл. 3.5;
-значение tgδ3 возросло не более чем в 1.5 раза по сравнению с предыдущими измерениями;
-значение tgδ3 возросло не более чем в 2 раза по сравнению с данными при вводе вэксплуатацию;
-тангенс угла диэлектрических потерьмасла на спаде температуры (tgδм↓70C)не превышает значений, приведенных в табл. 3.5 (если такие измеренияпроводились);
-концентрация содержания любого изгазов Н2, С2Н2, СХНУ не превышает значений, приведенныхв табл.3.5, а соотношение АCO/АCO2
-относительная скорость увеличенияконцентрации суммы горючих газов Н2 + ∑СХНУв месяц (V∑).
V∑
V∑
Эти условия в наглядном видеприведены в таблице 3.2.
Правило 2: Вводы подлежат немедленнойотбраковке при выполнении одного из следующих условий:
-имеется tgδ3 > 1.5 N, по табл. 3.5;
-значение tgδ1 увеличивалась более чем в 1.2 раза по сравнению с предыдущим измерением,а tgδ3 превышает значения, приведенные в табл. 3.5;
— концентрация растворенных газов превышает значения потабл. 3.8, а тангенс наружных слоев изоляции tgδ3 превышает значения, приведенные в табл. 3.5;
— концентрация газов Н2, С2Н2и ∑СХНУ превышают или равны значениям, приведеннымв табл. 3.5 одновременно;
-абсолютная скорость нарастаниялюбого из газов Н2, С2Н2, и ∑СХНУпревышает значения, приведенные в табл. 3.6;
— тангенс угла диэлектрических потерь масла, измеренныйпри подъеме и на спаде температуры превышают значения, приведенные в табл. 3.7 и 3.5 соответственно (если проводился отбор пробы масла);
— концентрация любого из газов Н2, С2Н2и ∑СХНУ превышает в 2 и более раза значения,приведенные в табл. 3.5;
— величина tgδ3превышает значения, приведенные в табл. 3.5 и значения tgδ3п при предыдущем измерении, при этом относительнаяскорость нарастания суммы горючих газов в месяц Vг превышаетзначений по табл. 3.2.
Эти условия в наглядном видеприведены в таблице 3.3. Отмечаем особый случай, когда tgδ1
Правило 3: Вводы с предполагаемымналичием дефекта, у которых значение контролируемых параметров отклоняются отнормы, требуют уточнения диагноза эксплуатационного состояния. Для этогонеобходимо увеличить объем испытаний, провести дополнительные измерения илиповторный контроль при сокращенной периодичности. Правило формируется в виде«если… то ...».
-если значение tgδ1 лежит в пределах величин, приведенных в табл. 3.5, а tgδ3 превышает указанное в табл. 3.5, но не более чем в 1.5 раза, аконцентрации газов не превышают значений табл. 3.8, то необходимо произвестиотбор пробы масла для измерения tgδм↑70Cи tgδм↓70C измеренные при подъеме и спадетемпературы, если эти тангенсы не превышают значений в табл. 3.7 и 3.5 соответственно, то допустимапроведение повторного контроля через год;
- если значение tgδ1 лежит в пределах величин, приведенных в табл. 3.5, а tgδ3 превышает указанное в табл. 3.5, но не более чем в 1.5 раза, аконцентрация газов превышает значения по табл. 3.8, но не более граничныхзначений по табл. 3.5, а относительная скорость нарастания суммы горючих газовв месяц V1
- если концентрации растворенных газовдостигают граничных значений только за счет содержания Н2 и СH4, но не более удвоенного значения по табл. 3.5 и приэтом АCO/АCO2
-если установлено, что относительнаяскорость нарастания суммы горючих газов в месяц V∑ непревышает значений по таб. 3.2, а концентрация каждого из газов Н2,С2Н2 и ∑СХНУ не превышаетзначений по табл. 3.5, или концентрация газов превышает граничное значение, ноне более удвоенного граничного значения по табл. 3.5 только по отдельным газам,то необходимо произвести повторный контроль не позднее, чем через время
/>
где N — граничные значенияконцентраций газов по табл. 3.5; Аi, АiП — концентрации газов, полученные при последнем и предыдущемизмерении соответственно; Т — период между последним и предыдущим измерением; Тсл — минимальное значение из рассчитанных по газам Н2, ∑СХHУ по выражению в правой части выше приведенногонеравенства.
Эти условия в наглядном видеприведены в таблице 3.4.
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
В соответствии с базой знаний(табл.3.2-3.4) будем определять следующие технические состояния:
Таблица 3.9
dm Рекомендации по дальнейшей эксплуатации
d1 ввод нормально эксплуатируется с обычно принятой периодичностью контроля
d2 ввод подлежит немедленной отбраковке
d3 ввод с предполагаемым наличием дефекта, требует уточнения диагноза эксплуатационного состояния, допустимо оставить в эксплуатации с периодичностью контроля не позднее 1 год
d4 ввод с предполагаемым наличием дефекта, требует уточнения диагноза эксплуатационного состояния, ввод допустимо оставить в эксплуатации с периодичностью контроля не позднее 0,5 года
d5 ввод с предполагаемым наличием дефекта, требует уточнения диагноза эксплуатационного состояния, ввод допустимо оставить в эксплуатации с расчетной периодичностью контроля
Исходя из базы знаний, целесообразноввести следующие входные параметры с соответствующими возможными диапазонамиизменения [11]:
Таблица 3.10
/>
В случае, когда при измерении x1
Задача диагностики состоит в том,чтобы каждому сочетанию значений факторов поставить в соответствие одно из решенийdm.
Параметры x1-x18, определенные выше, будемрассматривать как лингвистические переменные. Кроме того, введем еще однулингвистическую переменную: d — опасностьповреждения ввода, которая измеряется уровнями d1 — d5.
Для оценки значений лингвистическихпеременных x1, x2, x5, x6, x17,x11, x12, x13, x14, x15,x16, x17 будем использовать два терма: Н — низкий, В –высокий. Для оценки значений лингвистических переменных x3, x4, x8, x9, x10, x18 будемиспользовать три терма: Н — низкий, С — средний, В – высокий. Каждый из этихтермов задает нечеткое ограничение на множество, заданное с помощьюсоответствующей функции принадлежности.
Предполагаем, что функции принадлежностипараметров x1,, x2, x5, x6, x17,x11, x12, x13, x14, x15,x16, x17 имеют одинаковый вид для каждого терма Н илиВ.(рис. 3.7.); функции принадлежности параметров x3, x4, x8, x9, x10, x18 имеютодинаковый вид для каждого терма Н, С или В (рис. .8.).
/>
/>
/>
Из таблиц 3.2 – 3.4 формулируемследующие нечеткие высказывания:
1)ЕСЛИ (x1= Н) и (x2= Н) и (x1 — Н) и [(x1= Н) или (x4= С)] и
(x5 = Н) и (x7 = Н) и (x8= Н) и (x9 = Н) и (x10 = И) и (x11=Н) и [(x18=Н) или (x18 = С)],
то d = d1
2)ЕСЛИ [x3 = В),
или [(x3 = С) и (x2= В)],
или {( x3 = С) и [(x1=В) или (x13 = В) или (x14=B)]}э
или [(x8 = С) и (x9= С) и (x10 = С)],
или (x15 = В),
или (x16 = В),
или (x17 = В),
или [(x6 = В) и (x7= В)],
или (x8 = В),
или (x9 = В),
или (x11 = В),
или {(x3 = С) и [(x4= С) или (x4 = В)] и (x11 =В)},
то d = d2
3)ЕСЛИ [(x3=С) и (x1= Н) и (x12= Н) и (x13 = Н) и (x14 = Н) и(x6 = Н) и (x7= Н)],
то d = d3
4)ЕСЛИ [(x3 = С) и (x1= Н) и (x12 = В) и (x13 = В) и (x14 = В) и(x8= Н) и (x9 = Н) и (x10 = Н) и (x11 = Н)] или[(x18 = Н) и (x8=С) и (x10 = С) и (x13= Н)],
то d = d4
5)ЕСЛИ [(x11 = В) и (x8= Н) и (x9 = Н) и (x10 — Н)], или {( x11 =В) и[(x8 = С) или (x9 = С) или (x10=С)]},
то d = d5
Пользуясь функциями принадлежности,запишем эти логические высказывания в виде логических уравнений. При этом заменяемслово «и» операцией “^” (для краткости будем использовать знак"•", слово «или» операцией “V”.
/>
/>
/>
/>
Согласно общего алгоритма [10], решению задачи диагностики соответствуеттот диагноз, который имеет максимальное значение функции принадлежности:
/>
Однако для нашей задачи диагностики,в некоторых случаях нет необходимости вычислять все одномерные и многомерныефункции принадлежности.
Отметим, что из выше приведенныхправил ЕСЛИ… ТО… можно получить однопарамстрические правила:
ЕСЛИ (x3=В), то d = d2;
ЕСЛИ (x8 = В), то d = d2;
ЕСЛИ (x9 = В), то d = d2;
ЕСЛИ (x10 = В), то d = d2;
ЕСЛИ (x15=В), то d = d2;
ЕСЛИ (x16 = В), то d = d2;
ЕСЛИ (x17 = В), то d = d2;
(при этом необходимо учитывать, чтопараметр xз измеряется по мостовой схеме, а параметры x8, x9,x10, x15, x16, x17 измеряются пометоду хроматографического анализа);
двухпараметрические правила:
ЕСЛИ [(x3=С) и (x2= В)], то d = d2;
ЕСЛИ [(x6 =В) и (x7=В)], то d = d2;
трехпараметрические правила:
ЕСЛИ [(x8 = С) и (x9= С) и (x10 = С)], то d = d2;
ЕСЛИ {(xз = С) и [(x4=С)или (x4 = В)] и (x11 = В)}, то d = d2;
четырехпараметрические правила:
ЕСЛИ {(x3 =С) и [(x12=В)или (x13 = В) или (x14 = В)]},
то d = d2
ЕСЛИ [(x18 = Н) и (x8= С) и (x10 = С) и (x13 = Н)]
то d = d4;
ЕСЛИ [(x11 = В) и (x8= Н) и (x9 = Н) и (x10 = Н)],
то d = d5;
ЕСЛИ {( x11=В) и [(x8=С)или (x9 = С) или (x10 = С)]},
то d = d5;
семипараметрическое правило:
ЕСЛИ [(x3 = С) и (x1= Н) и (x12 = Н) и (x13 = Н) и (x14 = Н) и
(x6 = Н) и (x7= Н)], то d = d3;
девятипараметрическое правило: ЕСЛИ[(x3=С) и (x1= Н) и (x12 =В) и (x13=В) и (x14 = В) и (x8 = Н) и (x9 = Н) и (x0= Н) и (x11 = Н)],
то d = d4
одиннадцатипараметрическое правило:
ЕСЛИ (x1 = Н) и (x2= Н) и (x3 = Н) и [(x4 = Н) или (x4 = С)] и (x5= Н) и (x7= Н) и (x8 = Н) и (x9 = Н) и (x10= Н) и (x11 = Н) и [(x18 = Н) или
(x18 = С)],
то d = d1;
Отсюда следует целесообразностьконтроля в первую очередь по однопараметрическим правилам сначала параметра x3.Если x3 = В (при этом будем условно говорить, что параметр x3больше принадлежит терму В, то сразу принимаем решение d = d2, иначе проверяем один из параметров x8, x9, x10, x15, x16, x17. Если один изэтих параметров больше принадлежит терму В, то также сразу принимаем решение d2, иначе проверяем по двухпараметрическим правилам путем дополнительногорассмотрения параметра x2 (учитываем, что параметр x2 измеряетсяодновременно с параметром x3 при контроле на подстанции по методуизмерения tg). Если условия по двухпараметрическим правилам невыполняются, то переходим к трехпараметрическим правилам и т.д.
Если измеряемые параметры невыполняются ни в одном из правил в базе знаний, то в этом случае необходимовычислить многопараметрические функции принадлежности, исходя изоднопараметрических функций принадлежности по формулам, а затем приниматьрешение.
Традиционная диагностика по правилам1, 2, 3 является частным случаем предложенной выше методики с применениемтеории нечетких множеств.
Таким образом, целесообразно совмещатьправила традиционной диагностики и теорию нечетких множеств, поскольку операциисравнения легче выполнять, чем вычисления функции принадлежности. В случае,когда правила традиционной диагностики не срабатывают, следует вычислятьфункции принадлежности.
Ниже приведем один практическийпример, при котором правила традиционной диагностики не позволяют принятьрешение, а основанные на теории нечетких множеств — позволяют.
Данные измерений для диагностикиввода 110 кВ с маслом типа ГК приведены в таблицах 3.11 и 3.12.
Подставляя данные из таблиц 3.11 и3.12 в формулы для x с учетом таблиц 3.5– 3.8, получим значения параметров x. Проверка по одно-, двух-, трех-,четырех-, семи-, девяти- и одиннадцатипараметрическому правилу не дает ответана диагноз. Это значит, что традиционная диагностика неприемлема в этойситуации.
Подставляя в формулы найденныезначения x, получим значения функций принадлежности. Все эти величины приведеныв таблице 3.13.
Поставляя значения функцийпринадлежности из таблицы 3.13 получим:
/>
/>
/>
/>
/>
Отсюда следует, что среди пятидиагнозов максимальное значение функции принадлежности имеет диагноз d2. Следовательно, ввод подлежит немедленной отбраковке.
Таблица 3.11 Данные измерений /> (%)
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/> 1,06 1,0 1,4 1,0 0,8 1,2 1,3
Таблица 3.12 Данные измерений по методу ХАРГ (% об. />)
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/> 240 410 3 4 1 8 110 123 2 2 4
/>
Список литературы
1. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. — М.: Энергия,1992.-276с.
2. Тепловые и атомные станции. Книга 3. Справочник. Под ред.В.А. Григорьева, В.М. Зорина. 2-е издание, переработанное –М.: «Энергия», 1989,- 600 с.
3. Рыжкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций иподстанций. Учебник для техникумов. – 2-е изд., перераб. — М.: «Энергия», 1980,- 600 с.
4. Электрическая часть электрических станций и подстанций. Подред. А.А. Васильева. Учебник для вузов — М., «Энергия», 1980. — 608 с.
5. Электрическая часть электрических станций и подстанций.Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Под ред. Б.Н.Неклепаева. Изд.2 -е, перер. М., «Энергия», 1972. — 336 с.
6. Околович М. Н. Проектирование электрических станций:Учебник для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1982. — 400 с.
7. БажановС.А., Воскресенский В.Ф. Монтаж и эксплуатация маслонаполненныхвводов.-М.: Энергоатомиздат, 1981.-104с.
8. Штовба С.Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткуюлогику.
9. Заде Л.А. Понятие лингвистической переменной и ееприменение к принятию приблеженных решений. М., 1976.
10. Ронштейн А.П. Медицинская диагнстика на нечеткой логике.– Винница: Континент – ПРИМ, 1996. – 132с.
11. Галузевий керівний документ. Маслонаповнені вводинапругою 110 – 750 кВ. Типова інструкція з експлуатації. – Київ, 2004
12. Методические указания по диагностике состояния изоляциивысоковольтных вводов 110 – 750 кВ. М.,1990.
13. Методичні вказівки з техніко – економічного обгрунтуванняінвестиційних проектів електричних станцій. Уклад.: Є.Г. Скловська, К.Г.Тодорович. – К.: Політехніка, 2002. – 24с.
14. Охрана труда в єлектроустановках: Учебник для вузов / Подред. Б.А. Князевского. – 3-е изд., перераб. И доп. – М.: Єнергоатомиздат, 1983.– 336 с.