Оценка остаточного ресурса изоляции на основе учета индивидуальных особенностей жизненного цикла силового трансформатора

Предложена методика оценки остаточного ресурса изоляции силового трансформатора путем имитационного моделирования прогнозируемых результатов воздействий внешних факторов на состояние изоляции....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
Hauptverfasser:	Поляков, М.А., Василевский, В.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2014
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Електричні машини та апарати
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148721
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Оценка остаточного ресурса изоляции на основе учета индивидуальных особенностей жизненного цикла силового трансформатора / М.А. Поляков, В.В. Василевский // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 3. — С. 38–41. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-148721
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1487212025-02-05T20:30:19Z Оценка остаточного ресурса изоляции на основе учета индивидуальных особенностей жизненного цикла силового трансформатора Evaluation of power transformer insulation residual life based on its individual life cycle characteristics Поляков, М.А. Василевский, В.В. Електричні машини та апарати Предложена методика оценки остаточного ресурса изоляции силового трансформатора путем имитационного моделирования прогнозируемых результатов воздействий внешних факторов на состояние изоляции. Запропонована методика оцінки залишкового ресурсу ізоляції силового трансформатору шляхом імітаційного моделювання прогнозованих результатів впливів зовнішніх факторів на стан ізоляції. Analysis reveals that all phases of a power transformer life cycle have a significant effect on the isolation resource. The paper intro-duces a technique for evaluating residual life of power transformer insulation via simulation of predicted results of external factor actions on the transformer insulation condition. 2014 Article Оценка остаточного ресурса изоляции на основе учета индивидуальных особенностей жизненного цикла силового трансформатора / М.А. Поляков, В.В. Василевский // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 3. — С. 38–41. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2014.3.07 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148721 648.3.048.1 ru Електротехніка і електромеханіка application/pdf Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати
spellingShingle	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Поляков, М.А. Василевский, В.В. Оценка остаточного ресурса изоляции на основе учета индивидуальных особенностей жизненного цикла силового трансформатора Електротехніка і електромеханіка
description	Предложена методика оценки остаточного ресурса изоляции силового трансформатора путем имитационного моделирования прогнозируемых результатов воздействий внешних факторов на состояние изоляции.
format	Article
author	Поляков, М.А. Василевский, В.В.
author_facet	Поляков, М.А. Василевский, В.В.
author_sort	Поляков, М.А.
title	Оценка остаточного ресурса изоляции на основе учета индивидуальных особенностей жизненного цикла силового трансформатора
title_short	Оценка остаточного ресурса изоляции на основе учета индивидуальных особенностей жизненного цикла силового трансформатора
title_full	Оценка остаточного ресурса изоляции на основе учета индивидуальных особенностей жизненного цикла силового трансформатора
title_fullStr	Оценка остаточного ресурса изоляции на основе учета индивидуальных особенностей жизненного цикла силового трансформатора
title_full_unstemmed	Оценка остаточного ресурса изоляции на основе учета индивидуальных особенностей жизненного цикла силового трансформатора
title_sort	оценка остаточного ресурса изоляции на основе учета индивидуальных особенностей жизненного цикла силового трансформатора
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148721
citation_txt	Оценка остаточного ресурса изоляции на основе учета индивидуальных особенностей жизненного цикла силового трансформатора / М.А. Поляков, В.В. Василевский // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 3. — С. 38–41. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT polâkovma ocenkaostatočnogoresursaizolâciinaosnoveučetaindividualʹnyhosobennostejžiznennogociklasilovogotransformatora AT vasilevskijvv ocenkaostatočnogoresursaizolâciinaosnoveučetaindividualʹnyhosobennostejžiznennogociklasilovogotransformatora AT polâkovma evaluationofpowertransformerinsulationresiduallifebasedonitsindividuallifecyclecharacteristics AT vasilevskijvv evaluationofpowertransformerinsulationresiduallifebasedonitsindividuallifecyclecharacteristics
first_indexed	2025-11-25T07:15:25Z
last_indexed	2025-11-25T07:15:25Z
_version_	1849745660191965184
fulltext	38 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №3 © М.А. Поляков, В.В. Василевский УДК 648.3.048.1 М.А. Поляков, В.В. Василевский ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ИЗОЛЯЦИИ НА ОСНОВЕ УЧЕТА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА Запропонована методика оцінки залишкового ресурсу ізоляції силового трансформатору шляхом імітаційного моделювання прогнозованих результатів впливів зовнішніх факторів на стан ізоляції. Предложена методика оценки остаточного ресурса изоляции силового трансформатора путем имитационного моделирования прогнозируемых результатов воздействий внешних факторов на состояние изоляции. ВВЕДЕНИЕ Силовой трансформатор (СТ) – важнейший эле- мент систем электроснабжения. Продление фазы экс- плуатации его жизненного цикла (ЖЦ) всегда было актуальной задачей науки и практики. Оценка такой возможности производится на основе анализа оста- точных ресурсов СТ, среди которых определяющим является ресурс изоляции активной части обмоток (далее "изоляции"). Стандартами в области "надеж- ность в технике" ресурс определяется как временная характеристика объекта – время, за которое техниче- ское состояние объекта с определенной степенью уверенности достигнет своего критического значения, при котором дальнейшая эксплуатация объекта недо- пустима. Критическое состояние изоляции связывает- ся с определенной степенью полимеризации целлюло- зы – материала изоляции. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ Расход ресурса изоляции характеризуется инте- гралом старения [1]: ,] )98( 2exp[ln 1 ),( 493.1 05,2 00 0 0 dt W W K K T TttL h БАЗ Tt t БАЗ                   (1) где L(t0,t0+T) – износ изоляции в интервале времени, который начинается в момент t0 и имеет длительность T; К, КБАЗ – текущий и базовый показатель кислотности масла, соответственно; W, WБАЗ – текущий и базовый показатель влагосодержания масла, соответственно; θh – температура наиболее нагретой точки изоляции; Δ – интервал температур θh, на котором происходит, при прочих равных условиях, удвоение износа изоляции, Δ = 6 °С (в соответствии с рекомендациями [2]) или 7 °С [3]. Таким образом, выражение (1) определяет износ изоляции как функцию показателей K, W, θh узлов СТ, значения которых в свою очередь зависят от времени. В работах [1, 3] утверждается, что расход ресур- са изоляции это случайный процесс, а остаточный ресурс – случайная величина. В соответствии с этим подходом на основании данных о расходе ресурса по нескольким годам работы СТ средствами математиче- ской статистики вычисляется γ – процентный износ. Вместе с тем, в известных работах не раскрыты меха- низмы и характер случайности расхода ресурса, его взаимосвязь с факторами эксплуатации СТ, что сни- жает достоверность оценки γ – процентного износа. ЗАДАЧА ИССЛЕДОВАНИЯ Задача работы состоит в разработке методики оценки остаточного ресурса изоляции СТ как случай- ной величины, включая:  выбор/разработку моделей зависимостей значений показателей входящих в "интеграл старения" от пара- метров эксплуатации и технического состояния СТ;  выбор/разработку методики прогнозирования па- раметров эксплуатации технического состояния СТ;  определение путем компьютерного моделирова- ния значений показателей СТ во временном интервале прогноза износа изоляции и оценку статистических результатов расчета по этим данным "интеграла ста- рения", включая γ – процентный износ. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Фазы жизненного цикла СТ и их роль в форми- ровании и расходовании ресурса изоляции приведены на рис. 1. С позиций поставленной задачи оценки остаточ- ного ресурса изоляции, фазу проектирования, вклю- чая проектирование технологических процессов (ТП) изготовления, охарактеризуем как процесс принятия решений, относительно конструкции и технологии изготовления, ограничивающих потенциальный Rп ресурс. А также как процесс (конечно непреднаме- ренного) внесения скрытых конструктивных и техно- логических дефектов в СТ. Так, принимая решение о выборе материала изо- ляции обмоток, проектант фактически задает пара- метры относительной скорости расхода ресурса этой изоляции вследствие термического износа [2]:  для обычной бумаги:    )98( 2 h V , (2)  для термически улучшенной бумаги:          273 15000 273110 15000 heV . (3) Входными данными для проектирования (ВДП) являются цели проектирования, требования, представ- ления об идеальных решениях и решениях-аналогах, а также качество персонала, включая его профессиона- лизм и ответственность. Результатами проектирования являются комплект конструкторской (КД) и технологи- ческой (ТД) документации на СТ, а также модель потен- циального ресурса Rп, с параметрами, которые отражают принятые решения относительно конструкции и техно- логии изготовления. ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №3 39 Рис. 1. Фазы жизненного цикла СТ В фазу изготовления включим, кроме собственно изготовления в условиях завода, транспортировку и монтаж изделия на объекте заказчика. Эта фаза харак- теризуется внесением явных и скрытых дефектов в ходе технологических (формообразующих, сборочно- монтажных и др.) операций ТП и коррекцию качества изделия в ходе контрольных операций. Входными данными для оценки ресурса на ста- дии изготовления являются качество КД, ТД, мате- риалов, комплектующих, оборудования и персонала (МКОП). Результатом изготовления является изделие с реальным Rp ресурсом относительно некоторого диапазона ожидаемых условий эксплуатации. Техни- ческое состояние СТ определяется вероятным нали- чием в нем скрытых дефектов, определяемых качест- вом КД, ТД и МКОП. Вследствие чего, как правило, Rp < Rп. Модель Rp опишем как нечеткую функцию ресурса зависящую от переменных отклонений вход- ных факторов фазы изготовления от нормы. Разработ- ка этой модели выходит за рамки данной работы и будет рассмотрена отдельно. В фазе эксплуатации происходят изменения тех- нического состояния (ТС) и ресурса СТ. Входными данными для учета этих изменений в подфазе, собст- венно, эксплуатации являются данные мониторинга параметров технического состояния, дестабилизи- рующих факторов эксплуатации и изменений нагруз- ки СТ (ФЭиН). Результатами процесса эксплуатации, кроме эф- фектов у потребителей электроэнергии, являются рас- ход ресурса, выявленные дефекты и отклонения от нормы параметров ТС а также параметры оператив- ной (среднесрочной) модели прогноза (ОП) динамики факторов внешней среды и нагрузки. В подфазе технического обслуживания (ТО) происходит устранение выявленных дефектов и вос- становление ТС изоляции, например путем регенера- ции или замены масла. Эффективность этой работы зависит от моментов времени проведения и качества ТО, включая качество МКОП. В результате ТО в экс- плуатацию возвращается СТ, который может нахо- диться в эксплуатации больший срок, чем до ТО. Оценка этого срока должна проводиться на основе ОП и СП значений параметров внешних воздействий на СТ, моделей параметров СТ как функций этих воз- действий и моделей расхода ресурса. Параметры ОП должны учитывать характер "быстрых" изменений внешних факторов, длительности которых соизмери- мы со значениями тепловых постоянных обмотки и масла, а также параметры суточных, недельных, се- зонных циклов температуры, влажности и нагрузки. Горизонт СП соизмерим со сроками продления эксплуатации СТ и может превышать десять лет. Примером параметра ОП может служить амплитуда бросков нагрузки СТ, а СП – динамика среднесуточ- ного, среднегодового тока нагрузки конкретного СТ в ближайшем десятилетии. При оценке ресурса Ro должна учитываться также запланированная перио- дичность ТО и ее влияние на износ. Модель Ro бази- руется на моделях реального ресурса Rp и модели рас- хода L. Модель Ro должна учитывать вероятностный характер ОП и СП. Фаза эксплуатации переходит в фазу утилизации при возникновении финальной аварии СТ. Эта фаза используется при построении модели финального ресурса RФ. Рассмотрим более подробно процесс определе- ния ресурса Ro. С этой целью определим следующие моменты времени: tpo – завершения изготовления; tpi – последнего экспериментального определения ресурса Ro; tx – прогнозирования; tx+Tγ – прогнозируемого с γ – процентной степенью уверенности завершения экс- плуатации. Задача определения в момент tx ресурса Ro сво- дится к нахождению Tγ, т.е. Ro= Tγ, для которого: ),(),(  TttLttLR xxnxpopp (4) или ),(),(  TttLttLR xxnxpippi , (5) где Lp(tpo ,tx), Lp(tpi ,tx) – измеренный ("реальный") 40 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №3 расход ресурса на интервалах [tpo ,tx] и [tpi ,tx], соответ- ственно; Ln(tx, tx + Tγ) – прогнозируемый расход ресур- са на интервале [tx, tx + Tγ]. Под измерением расхода будем понимать его расчет по формуле (1), куда подставляются измерен- ные в процессе мониторинга параметров реального СТ значения θh и(t), Wи(t), Kи(t), t[tpo, tx] или t[tpi, tx]. Под прогнозированием расхода будем понимать его расчет по формуле (1), по прогнозируемым с по- мощью компьютерной модели значениям θh n(t), Wп(t), Kп(t), t[tx, tx + Tγ] и параметров технического состоя- ния СТ. Компьютерные модели K, W, θh могут быть по- строены на основе уравнений соответствующих ба- лансов: теплового – для θh; баланса влажности масла – для W; баланса кислотосодержания – для K. Уравне- ния соответствующих балансов – это дифференци- альные уравнения, позволяющие определить измене- ние параметра, влияющего на расход ресурса изоля- ции, в зависимости от значений факторов эксплуата- ции. Параметры этих уравнений могут быть опреде- лены через конструктивные характеристики СТ, ре- зультаты испытаний или мониторинга параметров. Так, известны термодинамические модели СТ [2, 5, 6], позволяющие при известных тепловых параметрах СТ определить изменение θh как реакцию на уровень тока нагрузки Id и температуру окружающей среды θa В работах [7, 8] приведены примеры моделирования изменений технического состояния элементов СТ. Решение задачи прогнозирования расхода ресурса связано с последовательным решением этих уравнений для всех значений Id(t) и θa(t) в интервале времени t[tx, tx + Tγ] с интервалом изменения времени Δt. Неопреде- ленность прогнозов нагрузки и температуры окру- жающей среды заставляет рассматривать Id (t) и θa(t) как случайные функции прогноза (СФП). Из-за этого уравнения балансов приобретают свойства стохастиче- ских дифференциальных уравнений и могут быть ре- шены относительно некоторого количества реализаций СФП с оценкой вероятности появления этих реализа- ций. Совокупность этих оценок формирует функцию вероятностей реализаций СФП (ФВР СФП). Таким образом, каждой сочетанию реализаций СФП Id y, θa y имеющему вероятность появления P(Id y, θa y), соответствует полученное в результате модели- рования θh и рассчитанный по формуле (1) износ L. Следовательно, вероятность износа – это вероятность появления соответствующего сочетания реализации СФП. Совокупность вероятностей износа для различ- ных сочетаний реализаций СФП Id и θa задает функ- цию вероятностей износа, по которой может быть определен γ – процентный износ. Прогнозирование индивидуального энергопо- требления множества потребителей на срок продле- ния эксплуатации СТ назначаемый на многие годы является сложной задачей. Учитывая необходимую дискретность определения Id соизмеримую с тепло- выми постоянными обмоток – единицы минут. Для целей определения остаточного ресурса па- раметры прогноза факторов эксплуатации должны включать параметры быстрых изменений (бросков) нагрузки, параметры суточных, недельных, сезонных, годовых циклов изменения нагрузки, температуры θa, параметры среднегодовых токов потребления: )()( )()( iidiччdч дндdcдгcdгггаvг y d NKINPI NPINPINIPI   (7) где Pг – коэффициент изменения среднегодового тока; Iгаv – среднегодовой ток нагрузки на момент прогноза; Nг – номер годового интервала прогноза; ΔIdг – сред- негодовое изменение тока нагрузки; Рс – коэффици- ент среднесуточных изменений; Nдг – номер дня в го- ду; ΔIdc – среднесуточные изменения тока нагрузки; Pд(Nдн) – коэффициент зависимости от дня недели; Nдн – номер дня в неделе; ΔIdч – среднечасовое изменение тока нагрузки; Рч – коэффициент, зависящий от номе- ра часа; Nч – номер часа в сутках; ΔIdi – амплитуда броска тока нагрузки; Ki – интервал броска тока на- грузки; Ni – номер интервала броска тока нагрузки. Для формирования значений переменных Nг, Nдг, Nдн, Nч, Ni в компьютерную модель расчета расхода ресурса вводится блок календаря. Значения коэффи- циентов Рс, Рч, Pд, ток Iгаv, изменения токов ΔIdг, ΔIdч определяются по данным мониторинга до момента прогнозирования. Значение Pг – из прогнозов роста электропотребления в зоне нагрузок СТ. Для опреде- ления ΔIdi и Ki воспользуемся методикой [9]. Результаты моделирования по предложенной ме- тодике существенно отличаются от результатов ста- тистической оценки по методике [1, 3]. ВЫВОДЫ Проведенный анализ показывает, что все фазы жизненного цикла СТ оказывают существенное влия- ние на ресурс изоляции. Основным инструментом оп- ределения остаточного ресурса является имитационное моделирование процессов старения. Определяющим фактором повышения точности оценки является повы- шение точности прогнозирования динамики факторов изоляции за счет одновременного учета факторов из разных временных диапазонов – диапазонов скачков нагрузки, суточных, недельных и сезонных циклов, долголетних прогнозов нагрузки. Дальнейшие иссле- дования будут направлены на разработку и исследова- ние компьютерной модели СТ более полно отражаю- щей взаимосвязи дестабилизирующих факторов экс- плуатации и параметров изоляции, а также разработку моделей формирования реального ресурса. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Васин В.П., Долин А.П. К задаче оценки остаточного ресурса изоляции силовых маслонаполненных трансформа- торов // Новое в российской электроэнергетике. – 2008. – №3. – С. 42-55. 2. IEC 60076-7 Ed. 1: Power transformers – Part 1: Loading guide for oil-immersed power transformers. Vol. 14/512/FDIS, Sept. 2005. 3. Васин В.П., Долин А.П. Ресурс изоляции силовых мас- лонаполненных трансформаторов // ЭЛЕКТРО. Электротех- ника, электроэнергетика, электротехническая промышлен- ность. – 2008. – №3. – С. 12-17. 4. Поляков М.А., Василевский В.В. Моделирование дина- мики распределений дефектов в изделиях в ходе технологи- ческого процесса // Системные технологии. – 2013. – №4(87). – С. 73-81. ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №3 41 5. Поляков М.А., Климов С.И. Методы и информационные технологии обработки данных мониторных параметров силового трансформатора // Вісник національного універси- тету "Львівська політехніка". – 2009. – №637. – С. 70-73. 6. Конограй С.П. Применение модели старения твердой изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов для их диагностики в режиме эксплуатации // Електротехніка і електромеханіка. – 2010. – №1. – С. 43-45. 7. Поляков М.А., Мирошниченко А.Г. Исследование про- цессов идентификации тепловых параметров силового мас- ляного трансформатора по данным мониторинга // Вісник східноукраїнського національного університету. – 2007. – №11. Ч.1(117). – С. 160-167. 8. Поляков М.А. От мониторинга параметров – к монито- рингу состояний силового трансформатора // Електротехні- ка і електромеханіка. – 2011. – №1. – C. 49-52. 9. Поляков М.А. Конструирование и выбор вейвлетов для анализа тепловых процессов в силовом трансформаторе // Технічна електродинаміка. – 2012. – №3. – C. 119-120. REFERENCES: 1. Vasin V.P., Dolin A.P. K zadache ocenki ostatoch- nogo resursa izoljacii silovyh maslonapolnennyh transformatorov. No- voe v rossijskoj elektroenergetike, 2008, no.3, pp. 42-55. 2. IEC 60076-7 Ed. 1: Power transformers – Part 1: Loading guide for oil-immersed power transformers. Vol. 14/512/FDIS, Sept. 2005. 3. Vasin V.P., Dolin A.P. Resurs izoljacii silovyh maslonapolnennyh transformatorov. ELEKTRO. Elektrotehnika, elektroenergetika, elektrotehnicheskaja promyshlennost', 2008, no.3, pp. 12-17. 4. Poliakov M.A., Vasilevskij V.V. Modelirovanie dinamiki raspredelenij defektov v izdelijah v hode tehnologicheskogo processa. System technologies, 2013, no.4(87), pp. 73-81. 5. Poliakov M.A., Klimov S.I. Metody i informacionnye tehnologii obrabotki dannyh monitornyh parametrov silovogo transfor- matora. Bulletin of Lviv Polytechnic National University, 2009, no.637, pp. 70-73. 6. Konogray S.P. A solid insulation ageing model application to oil-filled power transformer for operation diagnostics. Electrical engineering & electromechanics, 2010, no.1, pp. 43-45. 7. Poliakov M.A., Miroshnichenko A.G. Issledovanie processov identifi- kacii teplovyh parametrov silovogo masljanogo transformatora po dannym monitoringa. Bulletin of V. Dahl East Ukrainian National University, 2007, no.11, part 1(117), pp. 160-167. 8. Poliakov M.A. From monitoring of parameters – to monitoring of the states of power transformer. Electrical engineering & electromechanics, 2011, no.1, pp. 49-52. 9. Poliakov M.A. Konstruirovanie i vybor vejvletov dlja analiza teplovyh processov v silovom transformatore. Technical elec- trodynamics, 2012, no.3, pp. 119-120. Поступила (received) 25.10.2013 Поляков Михаил Алексеевич1, доц., к.т.н., Василевский Владимир Валентинович1, аспирант, 1 Запорожский национальный технический университет, 69063, Запорожье, ул. Жуковского, 64, тел/phone +38 066 794 60 37, e-mail: polyakov@zntu.edu.ua, Lisses@ukr.net M.A. Poliakov1, V.V. Vasilevskij1 1 Zaporizhzhya National Technical University 64, Zhukovsky Str., Zaporizhzhya, 69063, Ukraine Evaluation of power transformer insulation residual life based on its individual life cycle characteristics. Analysis reveals that all phases of a power transformer life cycle have a significant effect on the isolation resource. The paper intro-duces a technique for evaluating residual life of power transformer insulation via simulation of predicted results of external factor actions on the transformer insulation condition. Key words – insulation, power transformer, technical main- tenance, failure, energy consumption.

Оценка остаточного ресурса изоляции на основе учета индивидуальных особенностей жизненного цикла силового трансформатора

Institution

Ähnliche Einträge