CC BY
20
С другой стороны,
М2
I -1
Ь2
что позволяет вычислить взаимную индуктивность между обмотками
Для рассматриваемого примера при ц = 100ц0
М = ^/(0,19258-0,0041247)21,1380 =1,99592ГН .
Последующие процедуры подготовительных расчетов совпадают с приведенными в табл. 5. Для случая ц = 100ц0 имеем
/,КЗвнеш=^!- = 4901,03А.
fflL
^КЗвнеш _ М ^КЗвнеш _ _462 77 А
гКЗ внеш _
■2
КЗшшш
а!1Ы
-_1,71384-107 А/м2
, КЗ внеш _ н'2-^2
об
КЗ внеш
-_-1,12936-107 А/м2
'КЗ
bhoo
Хотя полученные численные значения Lx, L2, М,
г К 3 КИРШ г КЗ КИРШ
J^ , незначительно отличаются от их
значений, найденных по МКЭ при ц = 100ц0, KMC, получаемые на конечном этапе по данному алгоритму, существенно отличаются от приведенных в табл. 5, что говорит о необходимости поиска путей уточнения рассмотренного подхода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вольдек А.И. Электрические машины. М.: Энергия, Ленинградское отделение, 1974.
2. Лейтес Л.В., Пинцов A.M. Схемы замещения многообмоточных трансформаторов // М.: Энергия, 1974. С. 190.
3. Григоров И.Б. Потоки в стержне и ярме двухоб-моточного трансформатора в опыте КЗ и в рабочем режиме // Электротехническая промышленность. 1972. Выпуск 10(19)-11(20). С. 12-16.
4. Конов Ю.С., Короленко В.В., Левченко В.Т. Внезапное включение невозбужденного силового трансформатора на короткое замыкание // Электрические станции. 1972. № 1. С. 62^64.
5. Силовые трансформаторы: Справочная книга / Под ред. С.Д. Лизунова, А.КЛоханина М.: Энергоиз-дат, 2004.
6. Электродинамическая стойкость трансформаторов и реакторов при коротких замыканиях / Под ред. А.И. Лурье. М.: Знак, 2005.
7. Лейтее Л.В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. М.: Энергия, 1981.
8. Александров Г.Н. К расчету токов короткого за-
мыкания в электрических сетях // Электричество, 2004. №7. С. 16—22.
9. Александров Г.Н. Управляемые реакторы: Учебное пособие / Г.Н. Александров, В.П. Лунин. Центр подготовки кадров энергетики. СПб., 2005. 213 с.
10. Шакиров М.А. Магнитоэлектрические схемы замещения катушек индуктивности и трансформаторов // Электричество. 2003. №11. С. 34^45.
11. Шакиров М.А.. Новая теория трансформаторов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. СПб., 2009. №2(78). С. 26-41.
12. Шакиров М.А., Андрущук В.В., Дуань Лиюн. Антипотоки и сверхпотоки в двухобмоточном трансформаторе в режиме короткого замыкания // Научно-технические ведомости СПбГПУ. СПб., 2009. №2(78). С. 42-47.
13. Электротехнический справочник: В 3 т. / Под ред. В.Г. Герасимова, П.Г. Грудинского, Л.А. Жукова и др. 6-е изд., испр. и доп. М.: Энергия, 1980-—1982. Т.2: Электротехнические устройства. 1981. 640 с.
14. Александров Г.Н., Шакиров М.А.Трансформаторы и реакторы : новые идеи и принципы / СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2006. 204 с.
УДК 621.311; 658.58; 537.8
Н.В. Силин, Н.В. Коровкин, И.С. Шамкин
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ПАСПОРТИЗАЦИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
В [1] изложены основные положения одного на анализе спектров его собственного электро-из перспективных методов диагностики элект- магнитного излучения. Рассмотренный способ роэнергетического оборудования, основанного контроля предполагает использование после-
дних достижений в области информационно-измерительной техники и основывается на следующих принципиальных положениях:
любое электротехническое оборудование обладает индивидуальным спектром собственного электромагнитного излучения;
характер распределения спектра определяется в первую очередь резонансными свойствами элементов конструкций, через которые излучается электромагнитное поле;
уровень излучения обусловлена интенсивностью ионизационных, тепловых, химических и других процессов в изоляции и конструктивных элементах оборудования;
электромагнитный контроль на основе анализа спектров собственного электромагнитного излучения следует проводить в пределах информативных частотных полос, границы которых определяются резонансными частотами и доброт-ностями излучающих элементов;
в качестве критериев оценки технического состояния могут быть использованы характеристики спектров, чувствительные к появлению и развитию дефектов и обладающие детерминированной ценностью.
С помощью данного метода можно выявлять на ранней стадии факты появления и развития дефектов, причем контроль осуществляется дистанционно, без вмешательства в технологический процесс, с помощью серийно выпускаемых информационно-измерительных комплексов. Чувствительность этого метода кдефектам электротермического характера значительно превышает чувствительность других известных способов контроля.
Опыт, полученный авторами в ходе проведения обследований высоковольтного оборудования, дает основание рекомендовать его к практическому применению в следующих ситуациях: осуществление текущего контроля технического состояния высоковольтного оборудования;
проведение ранжирования однотипного оборудования;
при электромагнитной паспортизации оборудования на этапе ввода его в эксплуатацию.
Среди перечисленных направлений практического использования электромагнитная паспортизация может стать одним из наиболее эффективных этапов в общей системе эксплуатационного обслуживания и оценке технического состояния высоковольтного оборудования.
Электромагнитная паспортизация прежде всего предусматривает регистрацию и анализ спектров собственного электромагнитного излучения оборудования до ввода его в эксплуатацию при приложении испытательных напряжений в режимах холостого хода и под нагрузкой. После ввода оборудования в эксплуатацию также целесообразно зафиксировать спектры электромагнитного излучения и сформировать с помощью этих данных электромагнитные паспорта. В качестве паспортных данных могут быть использованы различные квалификационные свойства спектров: амплитуда, энергия спектра, количество пиков, превышающих граничный уровень, полимодальность, форма импульсов, размах отдельных спектральных линий и т. д.
Отметим, что вышеперечисленные квалификационные свойства спектров следует определять в пределах информативных частотных полос, индивидуальных для каждого типа оборудования, поскольку они обусловлены излучающими свойствами вводов [2]. Излучающая модель высоковольтного электроэнергетического оборудования (ВВЭО) строится в предположении, что наружные вертикальные части вводов, изолированные от заземленного металлического корпуса, рассматриваются как штыревые вибраторные антенны вертикальной поляризации с эквивалентными добротностями 0, лежащими в пределах от 2 до 5 единиц. Эти антенны излучают электромагнитные колебания на частотах, близких к значениям резонансных частот /,„ = лс/(4/^.), где 1= 1, 2, ..., /тах — порядковый номер ввода; п = 1,2,3,... — числа натурального ряда, определяющие номера гармоник рассматриваемых излучений; с — скорость света, м/с; А,- — высота, м, наружной вертикальной части провода /-го ввода, отсчитываемая от сечения входа провода через изолятор в заземленный металлический корпус оборудования.
Такое предположение об излучающих свойствах оборудования позволяет определить информационные частотные полосы как п= = Ур/„/ 0/1Г где 01П — эквивалентная добротность /-й антенны на резонансной частоте/р/
Среди квалификационных характеристик спектров наиболее информативен коэффициент интегральной мощности Кп [3], определяемый для каждой /7-й информативной частотной полосы как отношение интегральной мощности обсле-
дуемого оборудования Рп обсл к интегральной
мощности эталонного Рп эт: Кп = Рп обсл /Рп эт, где
/•
■> я макс
Рп= | ^ (/)# — интегральная мощность из-
fn мин
лучения оборудования в полосе частот^ мин < < /п </„ макс; ^С/) — плотность интегральной мощности излучения.
На основании полученных значений Кп для каждой единицы оборудования можно определить эффективные значения коэффициента интегральной мощности А'ф, выраженного в дБ, как сумму коэффициентов интегральной мощности Кп также в дБ во всех рассматриваемых инфор-
п=т
мативных частотных полосах: Кэф = ^ Кп, где
и=1
т — число информативных частотных полос, используемых для контроля оборудования.
В качестве примера электромагнитной паспортизации рассмотрим определение паспортных данных силового автотрансформатора (АТ) 500 кВ типа АОДЦТН - 167000/500/220 У1. В табл. 1 приведены значения резонансных частот и информативных частотных полос для первых гармоник на вводах 500, 220, 11 кВ и вводе заземления рассматриваемого АТ. Как видно из таблицы, информационные частотные полосы находятся в диапазоне от 15,2 до 195 МГц.
На рис. 1 приведены спектры собственного электромагнитного излучения группового АТ (фазы А, Д С) для всего обследуемого диапазона частот (15,2-195 МГц), а на рис. 2 изображены выделенные в указанном диапазоне спектры информативных частотных полос по первой гармонике для вводов 500 и 220 кВ. Из рисунков видно, что представленные спектры отличаются друг
от друга по перечисленным выше квалификационным характеристикам, например таким, как максимальная амплитуда спектра (наибольшее значение — 41,5 дБ/мкВ — у фазы Л, наименьшее — 38 дБ/мкВ у фазы В), количество пиков (наибольшее число — 18 пиков — у фазы Д наименьшее — 9 — у фазы О и т. д.
Коэффициенты интегральной мощности Кп и их эффективные значения A )fjp вычисленные (в дБ) для наиболее информативных частотных полос 15,2-20,2 МГц и 23,6-31,6 МГц и всего информационного диапазона 15,2-195 МГц, приведены в табл. 2. В качестве эталонной выбрана фаза Д поэтому KA=PA/PB и Кс = Рс/Рв.
Эффективные коэффициенты интегральных мощностей в дБ фазы А и фазы С рассчитаны по формулам КэфА = КША + К2Ши КэфС = Кшс + + ^2200 где КША, Кшс, КША и Кшс - соответствующие коэффициенты интегральной мощности фаз Л и С для вводов 500 и 220 кВ.
Из табл. 2 видно, что в информативных частотных полосах 15,2—20,2 и23,6—31,6 МГц, как и во всем обследуемом диапазоне частот, значения коэффициентов интегральной мощности излучения (в относительных единицах) лежат в пределах 1,059-24,056, а эффективные значения Кэ ф — от 36,356 до 48,377 дБ.
Полученные значения интегральной мощности и коэффициентов интегральной мощности могут стать базовыми для паспортизации и дальнейшей оценки текущего состояния оборудования в процессе эксплуатации.
Опыт показывает, что рост К^ для отдельной единицы оборудования на 10 и более дБ говорит о значительном росте дефектности и необходимости проведения дополнительных обследований.
Электромагнитная паспортизация может стать одним из важнейших этапов в процессах
Таблица 1
Информативные частотные полосы автотрансформатора 500 кВ
Номер ввода Ширина частотной полосы, МГц Границы частотной полосы, МГц Частота резонанса первой гармоники, МГц
Ввод 1 (500 кВ) Ввод 2 (220 кВ) Ввод 3 (земля) Вводы 4-5 (11 кВ) 4/,, = 5 44, = 8 А/РЗ, = 36 44,, = 49 15,2-20,2 23,6-31,6 110-146 146-195 /„, = 17,7 fPi \ = 27,6 /„,= 120 /4,, = 170
о)
Уровень дБ/мкВ
40
о и
хии
/МГц
б)
Уровень дБ/мкВ
40
20
50
100
Лк .А
150
/МГц
в)
Уровень дБ/мкВ
40
Ли и
Ш Л
20
иявииишиЯ!
50
100
150
/МГц
Рис, 1. Спектры электромагнитного излучения фаз А (а), В (б), С (в) группового автотрансформатора для всего обследуемого диапазона частот (15,2—195 МГц)
310131013101310131013101313201310131013101310131013101313201310131013101310131013101310130310131013101310131013101310130310131013101310102013101310130310131013101310131013101310131310131013101310102013101310131
01310131013101310131320131013101310102013101310131013031010001310131013101310131013031013101
80873101310131013132010001310131013101310131
я)
Уровень
Уровень
дБ/мкВ
/МГц
Уровень дБ/мкВ
дБ/мкВ
Рис. 2. Спектры электромагнитного излучения фаз А (а), В (б), С (в) группового автотрансформатора, включающие в себя информативные частотные полосы
для вводов 500 и 220 кВ
/МГц
31013101310131023101310131310131013101310131013101310131310131013101310131013101310131320131013101310131013101310131320131013101310131013101310131013031013101310102013101310131013031013101
Таблица 2
Коэффициенты интегральной мощности и их эффективные значения в информативных частотных полосах
Обозначение коэффициента, един, измерения Значения коэффициентов в информативных частотных полосах
15,2-195 МГц 15,2-20,2 МГц (ввод 500 кВ) 23,6-31,6 МГц (ввод 220 кВ)
КА, o.e. 1,059 19,271 3,411
Кс, o.e. 1,529 10,906 24,056
^„л, дБ - 36,356
Кл с, дБ - 48,377
оценки текущего состояния ВВЭО и прогнозировании развития дефектов.
Квалификационные характеристики спектров в информативных частотных полосах мо-
гут рассматриваться как паспортные данные, сопоставление с которыми позволит осуществлять текущий электромагнитный контроль ВВЭО.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Силин Н.В., Коровкин Н.В. Электромагнитный контроль электроэнергетического оборудования // Научно-технические ведомости СПбГТУ. 2008. № 4. С. 186-192.
2. Кишит Н.В. О способе контроля высоковольтного оборудования на основе анализа спектров его собственного электромагнитного излуче-
ния / Н.В. Киншт, В.Л. Лосев, Н.В. Силин, А.Б. Попович // Промышленная энергетика. 2007. № 4. С. 24-29.
3. Силин Н.В. Контроль состояния электроэнергетического оборудования по спектральным характеристикам его электромагнитного излучения // Энергетика. 2008. № 3. С. 86-91.
УДК 621.31 9.72
С.Л. Шишигин
СИНТЕЗ ФОРМЫ ДИСКОВОГО ИЗОЛЯТОРА В КОАКСИАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОДОВ
Выбор оптимальной формы диэлектриков — один из способов регулирования электрических полей изоляционных конструкций [1]. Примером подобных задач может быть выбор формы опорных изоляторов комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ), позволяющий существенно снизить максимальную напряженность внутри и на поверхности диэлектрика по сравнению с однородной средой, что совместно с экранированием контакта с электродами обеспечивает длительную электрическую прочность изолятора и исключение разрядов по его поверхности [1—3].
Решение рассматриваемых задач обычно сводится к поиску оптимальных размеров простых геометрических форм, например, сопряжения отрезков прямых [1], гиперболы [2], либо коэффициентов простейших полиномов [3] на основе многовариантных расчетов или методов оптимизации. Число варьируемых параметров обычно не превышает двух—трех, что может оказаться недостаточным для достижения оптимума, а с увеличением их числа резко возрастает трудоемкость решения.
Другой способ выбора оптимальной формы диэлектриков сводится к решению задачи со
