НОВЫЕ ПОДХОДЫ К КОНТРОЛЮ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА ТФРМ НА РАБОЧЕМ НАПРЯЖЕНИИ

Завидей В.И., Аксенов Ю.П., Голубев А.В. ("ДИАКС")

Предприятием "ДИАКС" накоплен опыт по практической диагностике трансформаторов тока 330-750 кВ [1,2]. При этом на большом числе аппаратов (~700 шт.) с 1993 г. обрабатывались многопараметрические методы диагностики.

По указанным методам в концерне "Росэнергоатом" утверждены нормативные документы по их применению[3], а ежегодными распорядительными письмами, по мере накопления данных, уточняются критерии по оценке технического состояния.

Повышенный всплеск повреждаемости трансформаторов тока различных типов в летний период 2001 года, отмеченный во всех энергосистемах России, вызвал необходимость усовершенствования существующих [4,5] и создания новых методик по раннему обнаружению дефектных аппаратов.

Основной задачей оперативной диагностики действующих аппаратов является выявление на ранней стадии аппаратов, имеющих повышенную электроразрядную активность и тепловые аномалии, и своевременный их вывод из эксплуатации.

В настоящей работе дано краткое описание аппаратуры, используемой в оперативной диагностике. В целях необоснованного вывода из работы работоспособных аппаратов на основании действующих норм представлены уточненные диагностические параметры измерений и предложен новый метод формирования критериев отбраковки.

Рассматриваемые в работе подходы по применению методов временного анализа импульсов ЧР и обработки термовизионных изображений, проиллюстрированных на трансформаторах тока, имеют более широкое применение в оперативной диагностике технического состояния электрического и тепломеханического оборудования, в частности, при диагностике электрических аппаратов с низким уровнем тепловыделения, а также для выявления тепловых аномалий вводов, трансформаторов напряжения, силовых трансформаторов и шунтирующих реакторов.

В состав измерительного комплекса для оперативной диагностики входит комплекс измерения частичных разрядов ДКЧР-2 и тепловизор TH-7102WX NEC c пакетами программ для анализа и обработки данных измерений. Программные пакеты «Експерт-2000», «Mikron», «ThermoworkBench», «Mathcad-11».

Блок-схема комплекса типа ДКЧР-2. Для контроля разрядной активности применяется комплекс ДКЧР-2. Блок-схема комплекса представлена на рис.1.

Рис.1. Блок-схема комплекса 1 - датчики ЧР; 2 - радиочастотные кабели; 3 - блок развязки; 4 – осциллограф; 5 - управляющий компьютер; 6 - анализатор ЧР типа PDPA.

Возможности технологии контроля с использованием комплекса ДКЧР-2:

1. Измерения проводятся на рабочем напряжении в широком диапазоне изменений температуры окружающей среды.
2. По полученным данным возможно определение характера протекания электроразрядного явления (частичные разряды в изоляции, искрения, дуговые процессы).
3. По сопоставлению сигналов из различных точек установки датчиков по шинам заземлений возможно определение аппарата с повышенной электроразрядной активностью.

Тепловизионный контроль

Важной составляющей при проведении измерений является соблюдение ряда условий, невыполнение которых делает результаты измерений малодостоверными.

Современные тепловизионные системы имеют широкую возможность определения статистических температурных параметров по значению минимальной, максимальной и средней температуры измеряемой поверхности, наряду с этим, в действующих нормативных документах отсутствуют указания, какими значениями температур следует пользоваться в процессе оценки технического состояния, а также к какой области и зоне поверхности аппарата относить данные обработки. Как правило, результаты оценки состояния объекта оказываются различными в зависимости от выбора характерных размеров зоны поверхности и выбора того или иного температурного параметра.

В основу развитого нового метода обработки термограмм положен принцип определения наиболее вероятного значения температуры поверхности объекта или его фрагмента, учитывающий, как статистические свойства излучающей поверхности, так и статистические параметры оптико-электронного тракта используемой тепловизионной аппаратуры.

Определим функцию F(t°i), являющуюся сверткой термограммы, содержащую объект измерений или фрагмент его поверхности:

  (1)

где: к(х,у) – коэффициент передачи оптико-электронного тракта, e(х,у)- значения излучательной способности суммирование производится по двум пространственным или угловым координатам (связанными параметрами оптической системы и числом элементов разложения изображения n,m).

Определенная выражением (1) термографическая информационная функция (далее ТИФ), являющаяся сверткой термограммы объекта, несет полную информацию о тепловом состоянии объекта, внутреннем тепловыделении, взаимодействии с окружающей средой и статистических параметрах излучаемой поверхности и оптико-электронного тракта. Кроме того, введенная функция инвариантна к угловым поворотам, а при проведении операции нормирования и к расстоянию до объекта. Последнее дает возможность сравнивать термограммы объекта, полученные при различных условиях окружающей среды.

ТИФ объекта можно проинтегрировать по температуре (2) и получить количественный числовой параметр сравнения объектов, а также ввести критерии отбраковки, учитывающие статистические свойства объекта и измерительного средства.

  (2)

Для объекта с фиксированной температурой и естественными вариациями значения излучательной способности по поверхности функция (1) имеет вид кривой Гаусса. В качестве иллюстрации на рис.2 приведена термограмма и ее ТИФ для зоны поверхности модели АЧТ при 40°С. Для поверхности объекта с неоднородным распределением температуры ТИФ представляет суперпозицию кривых Гаусса с различными весовыми коэффициентами. При изменении температуры окружающей среды вид кривой описываемый ТИФ исправного объекта в равновесных условиях сохраняется, кривая сдвигается по оси температур.

Рис.2. Термограмма поверхности модели АЧТ (а) и ее ТИФ(б).

На рис. 3 показана термограмма дефектного трансформатора тока, полученная тепловизором TH-7102WX NEC, и вид нормированной TIF (ТИФ), полученная импортом данных из обрабатывающей тепловизионной программы «ThermoworkBench» через "Excel" в «Mathcad-11». Это позволяет использовать в обработке данных измерений мощный математический аппарат.

Рис.3. Термограмма бака трансформатора тока с тепловыми аномалиями ТФРМ-330 (а) и его нормированная ТИФ.

Коэффициент дефектности объекта определим, как превышение диссипационных потерь в дефектном объекте над исправным (эталонным) объектом сравнения.

  (3)

где, А(t) и Ф(t) ТИФ измеряемого и объекта принятого за объект сравнения (один из объектов фаза группы) t – значения температуры.

Шкала браковочных критериев, основанная на данных практических измерений приведена в таблице 1.

На рис.4. в качестве иллюстрации показаны характерные термограммы стальковшей различного назначения процессе эксплуатации. Характерные области повышенного износа футеровки находятся в области шлакового пояса, что связано с интенсивным воздействием шлака на футеровку.

Классификация технического состояния	Норма	Норма с отклонениями	Норма со значительными отклонениями	Ухудшенное	Предаварийное
Кдис	До 1,2	1,2-1,4	1,4-1,6	1,6-2	Более 2

Результаты практических применений данного метода обработки термограмм показали, что трансформаторы тока, имеющие в пределах одной группы отличие в наиболее вероятном значении превышения температуры бака над соседними более 0,6°С, имели те или иные отклонения в диагностических параметрах по содержанию СО, а также в тангенсе потерь бумажной изоляции.

Результаты практических измерений

Определение технического состояния ТФРМ-500 на ПС "Новокузнецкая" проводилось на основании выполнения измерений разрядной активности, тепловизионному контролю и данным по состоянию масла.

Измерения разрядной активности. При измерениях фиксировались распределения n(Q) (n – число импульсов ЧР на период 50 Гц, Q – величина амплитуды импульса – выражается в Вольтах или пересчитывается в величину кажущегося заряда). По полученным n(Q) рассчитывается мощность ЧР данного дефекта или дефектов, если в аппарате имеется несколько очагов с ЧР. Измерения осциллограмм позволяют выявить дефектный аппарат, а также по форме (структуре) импульса, определить форму разрядного явления. Типичная осциллограмма сигналов ЧР с заземляющих шин трансформаторов тока приведена на рис.4а.

Рис. 4. Осциллограмма сигналов датчиков ЧР с трех фаз ТФРМ В-2 (фаза «А»– 800 пКл) (а) и зависимость n(Q), n – число импульсов на период 50 Гц, Q – амплитуда импульса ЧР на фазе «А».

Наибольшая разрядная активность на момент измерения зафиксирована в ТТВ2 фазы "А" и "В". Кривая распределения n(Q) для ф. "А" приведена на рис.4б. Из формы кривой видно, что имеется два вида разрядных явлений, имеющих место в каждые полпериода.

Результат анализа термограмм

По полученным термограммам были построены термографические информационные функции (TIF) (рис.5б), а их интегрированием значения коэффициентов дефектности (таблица 2).

Рис.5. Термограмма трансформаторов тока ТТ В-2 ТФРМ-500 (а) и нормализованные ТИФ по трем фазам (б).

Таблица 2. Мощности тепловых диссипаций по баку ТТ В-1, В-2.

	РА	РВ	РС
В-1-542	1,932×101	1,541×101	1,527×101
В-2-542	1,609×101	1,888×101	2,234×101

Таблица 3. Коэффициенты дефектности, полученные интегрированием значений ТИФ для двух групп ТФРМ-500 ПС «Новокузнецкая»

В-1-542			В-2-542
А	В	С	А	В	С
1.186	1.09	0	0	1.5	1.56

Как видно из таблицы 2, наиболее высокий уровень тепловых потерь, связанных с внутренним тепловыделением, имеет место на ТТ В-2 фазы "С" и "В", значение тепловых потерь в которых приближается к критическим значениям. Из трансформаторов тока группы В-1 отклонения от нормы имеет трансформатор ТТ В-1 фаза "А". Следует отметить, что данные трансформаторы имеют повышенный уровень содержания СО. Отмеченные трансформаторы требуют учащенного контроля, особенно в периоды резких изменений температур окружающей среды.

ПС «Итатская». Трансформаторы тока 500кВ фирмы АВВ.

Рис.6. Общий вид и нормализованные ТИФ трансформаторов тока IMB-550 фирмы АВВ в группе по фазам с дефектами по двум фазам.

Оценка коэффициента дефектности производилась описанным выше путем. После проведения диагностики трансформаторы, имеющие дефект, были демонтированы, после чего была установлена причина, связанная с потерей герметичности ТТ.

Выводы

1.Описанные методы диагностики, обработки и анализа результатов позволяют по совокупности измеряемых параметров повысить достоверность принимаемого технического решения о поддержании эксплуатационной надежности электрооборудования, а также уменьшить вероятность необоснованного его вывода из эксплуатации.

2.Применение тепловизионных камер, в частности тепловизоров фирмы NEC (TH-7100), имеющих возможности экспорта термографических данных в интегрированные пакеты математической обработки, позволяет значительно расширить возможности термографического анализа.

3.Использование комплекса измерений и анализа частичных разрядов и тепловизионной техники позволяет на ранней стадии выявлять объекты, разрушение которых представляет повышенную опасность для обслуживающего персонала, и связано со значительными экономическими потерями.

4.В целях необоснованных отключений трансформаторов тока представляется целесообразным изменение уровня браковочного критерия при превышении температур между баками фаз с 0,3°С до 0,6°С, основываясь на наиболее вероятном значении.

Литература

1.Аксенов Ю.П.,Джикидзе В.В., Пронин Б.Д. Диагностика высоковольтного оборудования главных схем АЭС для поддержания эксплуатационной надежности. Труды Второй международной научно-технической конференции, «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики». Ч.1.,М.ВНИАЭС 2001г.

2.Аксенов Ю.П., Голубев А.В., Джикидзе В.В., Пронин Б.Д. Результаты диагностики трансформаторов тока типа ТФРМ 330-750 кВ. Материалы VII симпозиума «Электротехника 2010» . М., ВЭИ. 2003г.

3."Методические рекомендации по диагностике электрических аппаратов, распределительных устройств электростанций и подстанций" РД ЭО-0188-00, М. Концерн Росэнергоатом. 2001г.

4.Объем и нормы испытаний электрооборудования РД.34.45-51.300-97, ЭНАС, 1998г.

5.РАО ЕЭС РФ «Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ», РД 153-34.0-20.363-99.