Современные методы диагностики тяговых трансформаторов железных дорог и построение экспертной системы для обработки результатов тепловизионной диагностики тяговых трансформаторов ВСЖД (стр. 10 из 25)
5) путем сравнения измеренных значений температуры в пределах фазы, между фазами, с заведомо исправными участками.
При оценке состояния контактов и болтовых контактных соединений по избыточной температуре и токе нагрузки 0,5Iном различают следующие области по степени неисправности:
-
= 5…10 ºС - начальная степень неисправности, которую следует держать под контролем и принимать меры по ее устранению во время проведения ремонта, запланированного по графику;-
=10…30 ºС - развившийся дефект, требующий принять меры по устранению неисправности при ближайшем выводе электрооборудования из работы;-
30 ºС - аварийный дефект, требующий немедленного устранения.Исходя из коэффициента дефектности, различают следующие степени неисправности:
1)
1.2 - начальная степень неисправности, которую следует держать под контролем;2)
1.2…1.5- развившийся дефект, необходимо принять меры по устранению неисправности при ближайшем выводе электрооборудования из работы.3)
1.5- аварийный дефект, требующий немедленного устранения.Для тяговых подстанций критерий избыточной температуры имеет ограниченное применение, так как вследствие однофазной тяговой нагрузки наблюдается значительная несимметрия токов по фазам. Наиболее эффективным критерием при ТВО электрооборудования ТП является коэффициент дефектности. Дополнительный положительный фактор при применении
состоит в том, что данный параметр теоретически не зависит от величины протекающего тока. Действительно, на основании соотношения [15] можно записать:
,или
.В публикациях, посвященных ТВО [16, 15, 17], отмечается интенсивное развитие метода, однако до настоящего времени методологическая база тепловизионных измерений электрооборудования проработана слабо, обмен технической информацией ограничен, задерживается выработка единых технических требований. Несмотря на большой объем экспериментальных данных, они не обобщены, что снижает эффективность обследований. Существующая нормативная документация ТВО не учитывает имеющийся опыт диагностирования. Кроме того, в настоящее время возрастает стоимость тепловизоров на фоне незначительного прироста их эффективности.
В настоящее время при ТВО электрооборудования используют пассивный тепловой контроль с регистрацией тепловых полей на поверхности объектов. Подобный подход сужает возможности развивающейся тепловизионной диагностики. Расширение круга задач связано с развитием методов активного теплового контроля на работающем оборудовании, например при его включении, выключении, коммутационных процессах и др. При этом тепловизионная техника становится незаменимым инструментом для анализа переходных тепловых процессов, распространения тепловых волн в действующем электрооборудовании.
Согласно ГОСТ 20911—89 техническое диагностирование предназначено для решения двух задач, первая из которых связана с установлением технического диагноза; вторая - направлена на прогнозирование технического состояния. В задачу установления диагноза входит:
1) поиск места неисправности;
2)определение причин отказа;
3)контроль технического состояния.
Технический диагноз является конечным результатом контроля технического состояния. Решение второй задачи обеспечивает определение с заданной вероятностью ресурса, в течение которого сохранится работоспособное состояние объекта.
Сложность определения причин отказа оборудования в большинстве случаев связана с тем, что практически не развиты диагностические модели, представляющие собой формализованное описание объекта, необходимое для решения задач диагностирования. В литературе приведено ограниченное число диагностических моделей, которые с различными приближениями описывают физические процессы в оборудовании.
Вторая задача технической диагностики, связанная с прогнозированием, до настоящего времени практически не решается. Возникающие при этом проблемы связаны, со следующими факторами [17]:
1) несовершенной системой тепловизионного контроля, в рамках которой ТВО проводят эпизодически, без накопления и анализа данных, не создают алгоритмы и технологии сбора и статистической обработки результатов ТВО, позволяющих приступить к решению проблемы прогноза;
2)недостаточным развитием диагностических моделей, позволяющих прогнозировать поведение сложного оборудования, его отдельных узлов, электроизоляционных материалов.
2.5 Тепловизионное обследование силовых трансформаторов
Тепловизионное обследование силовых трансформаторов, является вспомогательным методом диагностики, обеспечивающий наряду с традиционными методами (измерение изоляционных характеристик, тока холостого хода., хроматографического анализа состава газов в масле и др.) получение дополнительной информации о состоянии объекта.
При тепловизионной съёмке силовых трансформаторов проверяются:
1) вводы;
2) баки;
3) системы охлаждения (радиаторы, вентиляторы, маслонасосы);
4) термосифонные фильтры (ТСФ);
5) контактные соединения.
Опыт проведения инфракрасной диагностики силовых трансформаторов показал на возможность выявления с ее помощью следующих неисправностей:
а) возникновение магнитных полей рассеивания в трансформаторе за счет нарушения изоляции отдельных элементов магнитопровода (консоли, шпильки и тому подобное);
б) нарушение в работе систем охлаждения (вентиляторов, маслонасосов, циркуляции масла в радиаторах) и регенерации масла (термосифонных фильтров (ТСФ)) и оценка их эффективности;
в) изменение внутренней циркуляции масла в баке трансформатора (образование застойных зон) в результате шламообразования, конструктивных просчетов, разбухания или смещения изоляции обмоток (особенно у трансформаторов с большим сроком службы);
г) нагревы внутренних контактных соединений обмоток НН с выводами трансформатора;
д) витковое замыкание в обмотках встроенных трансформаторов тока;
е) ухудшение контактной системы некоторых исполнений РПН.
Возможности инфракрасной диагностики применительно к трансформаторам недостаточно изучены. Сложности заключаются в том, что, во-первых - тепловыделения при возникновении локальных дефектов в трансформаторе "заглушаются" естественными тепловыми потоками от обмоток и магнитопровода; во-вторых - работа охлаждающих устройств, способствующая ускоренной циркуляции масла, как бы сглаживает температуры, возникающие в месте дефекта.
При проведении анализа результатов инфракрасной диагностики необходимо учитывать конструкции трансформаторов, способ охлаждения обмоток и магнитопровода, условия и продолжительность эксплуатации, технологию изготовления и ряд других факторов.
Поскольку оценка внутреннего состояния трансформатора тепловизором осуществляется путем измерения значений температур на поверхности его бака, необходимо считаться с характером теплопередачи магнитопровода и обмоток. Кроме того, источниками тепла являются:
1) массивные металлические части трансформатора, в том числе бак, прессующие кольца, экраны, шпильки и тому подобное, в которых тепло выделяется за счет добавочных потерь от вихревых токов, наводимых полями рассеивания;
2) токоведущие части вводов, где тепло выделяется за счет потерь в токоведущей части и в переходном сопротивлении соединителя отвода обмотки;
3) контакты переключателей РПН.
Условия теплопередачи, характер распределения температур в трансформаторах различного конструктивного исполнения подробно освещены в технической литературе.
Отвод тепловых потерь от магнитопровода и обмоток к маслу и от последнего к системе охлаждения осуществляется путём конвекции. Зоны интенсивного движения масла имеются только у поверхностей бака трансформатора, где происходит теплообмен. Остальное масло в баке трансформатора находится в относительном покое и приходит в движение при изменении нагрузки или температуры охлаждающего воздуха.
В соответствии с пунктом номер 5.3.13 правил эксплуатации электроустановок температура верхних слоев масла при номинальной нагрузке должна быть не выше:
1) у трансформаторов и реакторов с охлаждением ДЦ - 75 °С;
2) с естественным масляным охлаждением М и охлаждением Д - 95 °С;
3) у трансформаторов с охлаждением Ц - 70 °С (на входе в маслоохладитель).
В трансформаторах с системами охлаждения М и Д разность между максимальной и минимальной температурами по высоте трансформатора составляет 20 - 35 °С. Перепад температур масла по высоте бака в трансформаторах с системами охлаждения ДЦ и Ц находится в пределах четыре – восемь градусов цельсия. Однако, несмотря на такое выравнивание температур масла по высоте бака, теплоотдача от обмоток всё же осуществляется путём естественной конвекции масла. Это означает, что температура катушек в верхней части обмоток будет значительно выше, чем в нижней.
Таким образом, если в трансформаторах с естественной циркуляцией масла температура верхних слоев масла и температура в верхних каналах обмотки примерно одинаковы, то в трансформаторах с принудительной циркуляцией масла в баке будет иметь место значительный перепад между температурой масла в верхних каналах обмоток и температурой верхних слоев масла в баке. Таким образом, в трансформаторах с естественной и принудительной циркуляцией масла наиболее нагретыми являются верхние катушки обмоток, изоляция которых стареет быстрее, чем нижних катушек.