СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ В СЕТИ ГЕНЕРАТОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
METHOD TO DIAGNOSE TECHNICAL CONDITION OF HIGH-VOLTAGE POTENTIAL TRANSFORMER IN NETWORK OF POWER PLANT GENERATOR VOLTAGE

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к способам контроля технического состояния высоковольтного оборудования.
Известен способ диагностирования технического состояния (состояния изоляции) высоковольтного трансформатора, определенный нормативной базой для измерительных трансформаторов напряжения (ГОСТ 1983-2001 «Трансформаторы напряжения. Общие технические условия») и заключающийся в анализе воздействия (индикации отсутствия пробоя изоляции) на обмотки трансформатора стационарного повышенного напряжения и импульсного напряжения меньшей величины.
Недостаток способа заключается в отсутствии возможности контролировать состояние изоляции в режиме мониторинга в процессе штатного функционирования трансформатора.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу диагностирования технического состояния высоковольтного трансформатора является способ диагностирования технического состояния электроэнергетического оборудования по спектру электромагнитного излучения, основанный на построении его аналитической излучающей модели, например, с применением теории штыревых вибраторных антенн, свойствах колебательных систем с распределенными параметрами и физике процессов ионизации в диэлектрических промежутках, включая физику шумов (О способе контроля высоковольтного оборудования на основе анализа спектров его собственного электромагнитного излучения /Киншт Н.В., Попович А.Б., Лосев В.Л. и др. Промышленная энергетика, 2007, №5, с.15-20).
При последующем измерении спектра излучаемых сигналов в процессе работы электроэнергетического оборудования и, затем, анализе спектра излучения и сравнении его со спектром аналитической излучающей модели (т.е. с учетом известных априорных данных по связи определенных участков спектральной картины с поведением отдельных элементов конструкции) осуществляют диагностику состояния отдельных элементов конструкции и электротехнического оборудования в целом. Этот процесс диагностирования применим и для определения технического состояния однофазных высоковольтных трансформаторов напряжения, первичная обмотка которых включена между фазным проводом линии высокого напряжения и землей в сети генераторного напряжения электростанции. При этом для осуществления сравнения спектров и выявления причин их различия требует вмешательства персонала, некоторого времени и не может считаться производимым в реальном времени.
Недостатком способа является необходимость применения аналитической модели, проверка достоверности которой представляет самостоятельную и непростую задачу, сличение опорных и экспериментальных спектров трудоемкий процесс, а с точки зрения контроля работоспособности высоковольтного оборудования и опасности его выхода из строя алгоритм способа является избыточным.
Техническим результатом изобретения является упрощение процесса диагностирования технического состояния однофазных высоковольтных трансформаторов напряжения, обеспечение процесса диагностирования в режиме мониторинга в реальном времени на действующем оборудовании.
Это достигается тем, что в известном способе диагностирования технического состояния однофазного высоковольтного трансформатора напряжения в сети генераторного напряжения электростанции, заключающемся в измерении электрических параметров однофазного высоковольтного трансформатора напряжения в номинальном режиме работы, первичная обмотка которого включена между фазным проводом линии высокого напряжения и землей, в стационарном режиме измеряют электрические величины, например напряжение, на зажимах вторичных низковольтных обмоток минимум трех однофазных высоковольтных трансформаторов напряжения, подключенных к проводу одной фазы, при этом измерения проводят в едином времени, кратном периоду колебаний напряжения в сети, сравнивают частные от деления данных с выхода вторичной обмотки каждого из трех трансформаторов на однотипные данные с выхода вторичной обмотки следующего по номеру однофазного высоковольтного трансформатора напряжения из оставшихся, причем нумерация назначается произвольно, но сохраняется в процессе диагностирования, при этом получают три отношения, в каждых двух из которых фигурируют выходные данные одного из трех однофазных трансформаторов, но в одном отношении это выходное данное стоит в числителе, а в другом стоит в знаменателе отношения, выявляют нарушения технического состояния одного из трех однофазных трансформаторов, если различие частных от делений в один из моментов времени у сравниваемых однофазных трансформаторов превысит заданное пороговое значение, принимают в качестве трансформатора с нарушением технического состояния тот из трех, у которого частное от деления, в котором его выходное данное стоит в числителе, уменьшается, в то время как то частное от деления, в котором его выходное данное стоит в знаменателе, возрастает.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что, если техническое состояние высоковольтного трансформатора напряжения изменяется, например, ввиду роста токов утечки между витками провода обмотки за счет ухудшения изоляции (основная причина аварийных состояний высоковольтных трансформаторов напряжения заключается в возникновении короткого замыкания в высоковольтной первичной обмотке, присоединенной к фазному проводу), то возникает некоторое уменьшение индуктивности и, соответственно, изменение коэффициента трансформации. С ростом утечки тока, т.е. приближении режима к случаю короткозамкнутого витка, коэффициент трансформации падает. Т.е. изменение коэффициента трансформации может служить индикатором состояния изоляции трансформатора. Это явление можно индицировать, проводя измерения напряжения фазного провода относительно земли и выходного напряжения на зажимах вторичной обмотки (или проводя контроль тока на нагрузке вторичной обмотки при ее фиксированном значении) в один и тот же момент времени.
Проведение измерений высокого напряжения фазного провода представляет задачу, которую решает сам диагностируемый трансформатор напряжения. Исходя из этого, для наблюдения изменения коэффициента трансформации достаточно проводить в один и тот же момент времени сравнение напряжений на выходных зажимах вторичных обмоток как минимум трех однофазных трансформаторов напряжения. Причем, равенство коэффициентов трансформации этих трансформаторов не обязательно. Важно их постоянство (в длительном времени). Поэтому в целях диагностики технического состояния основным индикатором оценки состояния является отношение выходных напряжений (или токов) на вторичных обмотках трансформаторов.
В предлагаемом способе производится сравнение частных от деления данных с выхода вторичной обмотки каждого из трех трансформаторов на однотипные данные с выхода вторичной обмотки следующего по номеру однофазного трансформатора из оставшихся, причем нумерация назначается произвольно, но сохраняется в процессе диагностирования. Т.е. проводится сравнение величин
<mrow><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>U</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>U</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>k</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>U</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>U</mi><mn>3</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>k</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>U</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>U</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
;
;
,
1
2
3
где U, U, U - напряжения на выходных зажимах (вторичной обмотке) высоковольтных однофазных трансформаторов №1, №2 и №3 соответственно.
0
<mrow><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>n</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>k</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>n</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>n</mi><mn>3</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mi>k</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>n</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
Из полученных формул следует, что в трех отношениях, в каждых двух фигурируют выходные данные одного из трех однофазных трансформаторов. Причем в одном отношении это выходное данное стоит в числителе, а в другом стоит в знаменателе отношения. Решение относительно нарушения технического состояния одного из трех однофазных трансформаторов принимается, если различие частных от делений в один из моментов времени у сравниваемых однофазных трансформаторов превысит заданное пороговое значение. Учитывая связь выражения для коэффициента трансформации n с напряжением фазного провода U и выходным напряжением трансформатора, получим:
;
;
, откуда следует, что в качестве трансформатора с нарушением технического состояния принимается тот из трех, у которого частное от деления, в котором его выходное данное (и соответствующий ему коэффициент трансформации) стоит в числителе, уменьшается, в то время как то частное от деления, в котором его выходное данное (и соответствующий ему коэффициент трансформации) стоит в знаменателе, возрастает.
Полученный результат никак не зависит от нумерации трансформаторов, которая может быть установлена произвольно. Единственное требование заключается в сохранении постоянства нумерации (к которой привязана последовательность взятия отношений) для исключения ошибок в получении частных от деления и их оценке.
Пороговое значение, соответствующее развитию опасного для дальнейшего функционирования дефекта у конкретного трансформатора определяется исходя из априорных (для реализации способа) данных. Эти данные можно получить экспериментальным путем или в результате расчета свойств математической модели трансформатора.
Применение предложенного способа диагностирования технического состояния (состояния изоляции) однофазного высоковольтного трансформатора напряжения позволит предотвратить аварийные режимы в цепях генераторного напряжения, где установлены измерительные трансформаторы. Это особенно актуально для применения на электростанциях, использующих трансформаторы напряжения с литой изоляцией, например ЗНОЛ-0,6-24 на АЭС.