CC BY
26
УДК 621.314
ОЦЕНКА ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ЦЕННОСТИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ИЗОЛЯЦИОННОГО МАСЛА ДЛЯ СИСТЕМ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ
М.Ш. ГАРИФУЛЛИН Казанский государственный энергетический университет
Рассчитана информативность основных эксплуатационных показателей качества изоляционных масел. Проведен анализ полученных результатов. Показана перспективность использования оптических методов контроля в системах мониторинга трансформаторного оборудования.
Ключевые слова: Диагностика, силовые трансформаторы, изоляционное масло, мониторинг состояния, оптические методы.
Введение
В сетевых компаниях многих регионов доля трансформаторного оборудования со сроком службы более 25 лет составляет 50 - 70 %. Практика показывает, что доля технологических нарушений в трансформаторном оборудовании 110 кВ и выше доходит до 2% в год [1]. Оценочные расчеты позволяют сделать вывод, что в сложившейся ситуации внедрение систем on-line мониторинга оказывается экономически обоснованным решением [2].
Известно, что состояние изоляционного масла позволяет выявить более 60 % дефектов в трансформаторах. При этом очевидно, что определение всех возможных показателей качества масла, характеризуемого более чем 20 параметрами, усложнит систему мониторинга. Цель данной работы - оценка целесообразности использования эксплуатационных показателей качества масла в системах on-line мониторинга с помощью методов технической диагностики.
Методика и результаты расчетов
Введем понятие состояния (диагноза) объекта - S,. Под объектом подразумевается трансформатор, а состояние может быть как нормальным, так и с каким-либо дефектом. В технической диагностике для определения состояния объекта используется пространство диагностических признаков. В рассматриваемом случае это показатели качества масла.
В качестве диагностических признаков рассмотрим 12 эксплуатационных показателей качества масла: пробивное напряжение, кислотное число, оптическая мутность, тангенс 8, содержание механических примесей, температура вспышки, цвет масла, содержание растворимого шлама, содержание ионола, влагосодержание, содержание диагностических газов, содержание фурановых производных. Для оценки информативности различных показателей качества воспользуемся данными результатов обследования трансформаторов НИЦ «ЗТЗ-Сервис» [3]. В табл. 1 представлены данные о вероятности появления различных дефектных состояний, влияющих на изменение показателей качества масла.
Будем считать, что диагностические признаки являются простыми, то есть реализация признака будет либо в области нормальных, либо в области ненормальных (опасных) значений.
Составим табл. 2, в которой строки будут соответствовать различным состояниям S;, а столбцы - выбранным диагностическим признакам. Если в состоянии
© Гарифуллин М.Ш.
Проблемы энергетики, 2013, № 5-6
Б, какой-либо признак, скорее всего, окажется в области ненормальных значений, то в месте пересечения строки Б* и столбца рассматриваемого признака заносим вероятность данного дефекта. Вероятности дефектов берутся из табл. 1.
Таблица 1
Статистическое распределение дефектов в силовых трансформаторах [3]_
Дефектное состояние Вид и место дефекта Доля, %
Si Система охлаждения 22,71
S2 Высоковольтные вводы 14,31
S3 Выделение газов в масло 9,02
S4 Старение масла 7,47
S5 Дефекты в устройстве РПН 7,15
S6 Течи по уплотнениям 6,84
S7 Загрязнение твердой изоляции 5,29
S8 Увлажнение твердой изоляции 4,04
S9 Загрязнение масла 2,18
S10 Окисление масла 0,62
S11 Перегрев разъема 0,62
S12 Нарушение герметичности 0,62
Таблица 2
Сопоставление диагностических признаков состояниям трансформатора_
Дефекты Диагностические признаки
Пробивное напряжение Кислотное число Оптическая Мутность Тангенс 5 Содержание механических примесей Температура вспышки Цвет масла Содержание растворимого шлама Содержание ионола Влагосодержание Содержание диагностических газов ! § § рн еа дера о ^ g Ü С
S1 - 22,71 22,71 22,71 - - - 22,71 22,71 22,71 22,71 -
S2 - 14,31 14,31 14,31 - - 14,31 - - - - -
S3 9,02 - - - - 9,02 - - - - 9,02 -
S4 7,47 7,47 7,47 7,47 - - 7,47 7,47 7,47 7,47 - -
S5 - 7,15 7,15 7,15 - - - - - - 7,15 -
S6 - - - - - - - - - 6,84 - -
S8 - - - - - - - 5,29 - - - 5,29
S9 4,04 - - 4,04 - - - - - 4,04 - -
S11 2,18 - 2,18 2,18 2,18 - 2,18 - - - - -
S18 0,62 0,62 0,62 0,62 - - 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 -
S19 0,62 0,62 - 0,62 - 0,62 - - - 0,62 0,62 -
S20 0,62 - - - 0,62 - - - - 0,62 - -
m 0,246 0,529 0,544 0,591 0,028 0,096 0,246 0,361 0,308 42,92 0,401 0,053
n 0,754 0,471 0,456 0,409 0,972 0,904 0,754 0,639 0,692 57,08 0,599 0,947
I 0,804 0,998 0,994 0,976 0,184 0,457 0,805 0,943 0,891 0,985 0,972 0,299
В нижней части табл. 2 приведены результаты расчета диагностической ценности отдельных признаков. Расчеты проведены с использованием методов теории информации (метод И.М. Синдеева) [4].
Вначале определяется общая вероятность т проявления диагностического признака при каком-либо дефекте (в относительных единицах), равная сумме всех вероятностей в соответствующем столбце, деленная на 100 %.
Величина n = 1 - m определяет, соответственно, вероятность того, что данный признак не появится при возникновении какого-либо дефекта.
Величину информации I, которую несет проверка признака, рассчитывают: I = -(m-log2 m + n-log2 n).
В результате вычислений получено, что на первом шаге диагностического обследования наибольшей информативностью обладают следующие признаки:
1) кислотное число; 2) оптическая мутность; 3) влагосодержание; 4) тангенс 8; 5) содержание диагностических газов.
Обсуждение результатов
Среди признаков с высокой диагностической ценностью в современных системах мониторинга контролируются влагосодержание, тангенс 8 и содержание некоторых диагностических газов. Следует заметить, что при on-line мониторинге информативность газосодержания и влагосодержания ниже, чем при лабораторном анализе.
В системах мониторинга определяется меньшее количество газов, чем прописано в соответствующем РД. При этом точность определения концентрации газов с помощью датчиков уступает точности лабораторного хроматографа. Аналогичная сложность существует при использовании емкостных датчиков для определения содержания в масле воды - результаты обычно бывают занижены.
Другие два признака - оптическая мутность и кислотное число масла - в настоящее время в системах мониторинга не используются. Основной причиной является отсутствие приборной реализации для измерения этих параметров на работающем оборудовании.
Кислотное число, также как и мутность масла, можно определять оптическим методом [5]. Использование волоконно-оптических зондов позволяет реализовать эти методы в системах непрерывного контроля.
Внедрение в систему мониторинга оптической системы позволит одновременно определять ряд других показателей качества масла [5], а также степень полимеризации бумажной изоляции трансформаторного оборудования.
Выводы
К числу наиболее информативных признаков, рекомендуемых для использования в системах мониторинга трансформаторного оборудования, относятся такие показатели качества, как кислотное число, мутность, влагосодержание, тангенс 8 и содержание диагностических газов.
Результаты определения влагосодержания и газосодержания с помощью твердотельных датчиков имеют более высокую погрешность по сравнению с лабораторным химических анализом.
Мутность и кислотное число в современных системах on-line мониторинга не определяются. Оба параметра можно определять на работающем оборудовании оптическими методами.
Оптические методы относятся к числу наиболее перспективных инструментов для систем on-line мониторинга трансформаторного оборудования.
Summary
The calculation of informativeness for the major performance indicators of quality of insulating oils. The analysis of the results. Been proven promising of optical methods of control in monitoring of transformer equipment.
Keywords: Diagnosis, oil-filled power transformers, insulating oil, on-line monitoring, optical methods.
Литература
1. Львов М.Ю. Анализ повреждаемости силовых трансформаторов напряжением 110 кВ и выше // Электричество. 2010. № 2. С. 27-31.
2. Дашевский Е.Г. Оценка экономической эффективности систем мониторинга трансформаторного оборудования, находящегося в эксплуатации длительный срок // Известия ВУЗов. Электромеханика. 2010. № 4. С.45-49.
3. Алексеев Б. А. Контроль состояния (диагностика) крупных силовых трансформаторов. М.: «ЭНАС», 2002. 216 с.
4. Надежность и эффективность в технике: Справочник. В 10 т. Т. 9. Техническая диагностика / Под общ. ред. В.В. Клюева, П.П. Пархоменко. М.: Машиностроение, 1987. 352 с.
5. Гарифуллин М.Ш. Диагностические исследования изоляционных масел различными методами оптической спектроскопии // Энергетика Татарстана. 2013. № 1. С. 53-59.
Поступила в редакцию 13 мая 2013 г.
Гарифуллин Марсель Шарифьянович - канд. техн. наук, доцент кафедры Электроэнергетические системы и сети (ЭСиС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-72. 8 (905) 3153095. E-mail: g_marsels@mail.ru.
