Современные методы диагностики тяговых трансформаторов железных дорог и построение экспертной системы для обработки результатов тепловизионной диагностики тяговых трансформаторов ВСЖД (стр. 8 из 25)

Под этим термином понимается нижний уровень рабочей температурытрансформатора, больше соответствующей небольшой нагрузке или, идеально, холостому ходу.

Если в заключении системы «Веста» будет информация, что имеет место распрессовка обмоток среднего или сильного уровня, то необходимо планировать проведение следующего этапа работ. Трансформатор разогревается до максимально допустимой температуры, например, за счет отключения системы охлаждения. В режиме повышенной температуры трансформатор должен быть выдержан не менее двух - трех часов, в течение которых должно произойти выравнивание температурных полей в обмотках и магнитопроводе. Далее производится измерение вибраций на поверхности бака в режиме нагрузки примерно равной нагрузке при первом измерении вибрации, при меньшей температуре.

Если сравнить два диагноза, получаемых при помощи системы «Веста» по одному замеру (нагрузки) при двух различных температурах охлаждающего масла, но одинаковой нагрузке трансформатора, то можно существенно уточнить диагноз «распрессовка обмотки».

Если с ростом рабочей температуры трансформатора расчетный коэффициент, характеризующий усилие прессовки обмотки, будет возрастать, то это будет говорить о подтверждении предварительного диагноза «распрессовка обмотки». Условно можно говорить, что коэффициент качества прессовки обмоток, которым оперирует экспертная система «Веста» в своих отчетах, должен увеличиваться на 0,01 при увеличении рабочей температуры трансформатора (охлаждающего масла) на каждые пять градусов.

Если такая связь температуры и качества прессовки обмоток будет экспериментально выявлена, то диагностическое включение «распрессовка обмотки» можно считать дополнительно подтвержденным испытаниями, выполненными при различных рабочих температурах трансформатора.

Если такой связи между рабочей температурой трансформатора и коэффициентом качества прессовки обмоток не будет выявлено, то, вероятнее всего, диагноз был поставлен экспертной системой не совсем корректно. На получаемое программой заключение повлияли особенности внутренней конструкции контролируемого трансформатора или иные факторы, не учтенные в программе. О недостоверности диагноза, в особенности, следует говорить тогда, когда по итогам диагностики с ростом температуры будет выявляться уменьшение степени прессовки обмоток трансформатора.

диагностика тепловизионный тяговый трансформатор exsys

2. Термографические методы диагностирования тяговых подстанций

2.1 Основные определения

Системы тягового электроснабжения (СТЭ) образуют значительное количество устройств, длительная эксплуатация которых без надлежащего диагностирования технического состояния может привести к выходу их из строя и значительному экономическому ущербу. Для реализации эффективного диагностирования устройств тягового электроснабжения необходимы методики контроля и современные технические средства.

Решение задач диагностирования электрооборудования тяговых подстанций (ТП) может быть выполнено на основе тепловизионных обследований (ТВО). Современные инфракрасные камеры имеют значительное оптическое разрешение, широкий диапазон измеряемых температур, не требуют охлаждения термочувствительного элемента жидким азотом. Эти приборы позволяют автоматически отсчитывать температуру в центре визирного перекрытия, выстраивать профиль температуры в режиме реального времени, вести непрерывную запись изображения на гибкий магнитный носитель. Вместе с приборами поставляются программные продукты, обеспечивающие эффективную компьютерную обработку получаемых термограмм.

Цель тепловизионного обследования – сократить объем, сроки и стоимость ремонтных работ, увеличить межремонтные сроки и повысить надежность работы СТЭ за счет выявления локальных дефектов. Применение тепловизионного диагностирования основано на том, что некоторые виды дефектов высоковольтного оборудования вызывают изменение температуры дефектных элементов и, как следствие, изменение интенсивности инфракрасного (ИК) излучения, которое может быть зарегистрировано тепловизионными приборами.

Инфракрасный контроль, осуществляемый с помощью высокочувствительных портативных тепловизоров, позволяет при минимальных финансовых затратах, в сжатые сроки, без вывода оборудования из работы проверять надежность контролируемого объекта, выявлять дефекты на ранней стадии их развития, сокращать затраты на техническое обслуживание за счет прогнозирования сроков и объема ремонтных работ.

Тепловизионное диагностирование позволяет решать актуальные практические задачи, такие как:

4) массовое обследование огромного объема электрооборудования одной бригадой из трех человек с одной тепловизионной камерой;

5) выявление значительного количества аппаратов, находящихся в предаварийном состоянии (дефектные контактные соединения, трансформаторы тока, конденсаторы связи, вентильные разрядники и ОПН);

6) выявление таких дефектов, которые не могут быть выявлены никакими другими методами, например, местный перегрев конструктивных элементов баков силовых трансформаторов, нагрев соединительных болтов в поддерживающих металлических конструкциях шинопроводов или перегрузки отдельных элементов вентильных разрядников 110 кВ и выше.

В системах тягового электроснабжения термография может применяться по всему циклу распределения и потребления электроэнергии: от тяговых подстанций до электрооборудования ЭПС. Термограмма быстро и четко укажет на возникшие неполадки задолго до того, как они превратятся в крупные эксплуатационные проблемы.

В настоящее время при проведении тепловизионного обследования ставят в основном задачи выявления участков локального теплового перегрева, обусловленного потенциальными дефектами, и при их обнаружении задачу считают выполненной. Это сужает рамки ТВО и не позволяет использовать инфракрасную технику в полной мере. Превратить ТВО в полноценный способ технического диагностирования можно на основе разработки математических методов и компьютерных технологий обработки результатов обследований.

2.2 Методы тепловизионного диагностирования силовых трансформаторов тяговых подстанций

Тепловизионные обследования относятся к методам теплового неразрушающего контроля. Они базируются на анализе температурных полей с помощью термограмм, получаемых на основе портативных инфракрасных камер - тепловизоров, рисунке 9. По результатам ТВО принимаются экспертные решения о состоянии оборудования.

а)

б)

Примечание - предприятие ВЧД-2 ВСЖД, ввод 10 кВ ТП 14, аварийный дефект, требующий немедленного устранения

Рисунок 9 - Пример инфракрасного диагностирования

а) – цифровая фотография, б) - термограмма

Технические возможности современных тепловизоров и практические задачи, решаемые с их помощью, многообразны [10, 11, 12]. Наиболее массовым объектом ТВО в электроустановках тяговых подстанций являются контактные соединения в открытых и закрытых распределительных устройствах, например, болтовые и спрессованные соединения, сварные швы, контакты разъединителей. С помощью тепловизионного диагностирования могут быть выявлены следующие повреждения силовых трансформаторов:

1) очаги возникновения магнитных полей рассеяния (Рисунок 10);

2) наличие застойных зон в баках за счет шлакообразования;

3) разбухания или смещения изоляции обмоток;

4) неисправности маслосистемы;

5) дефекты вводов и систем охлаждения (Рисунки 11, 12).

Примечание - Кружком отмечена наиболее нагретая часть

Рисунок 10 - Термограмма и фотография трансформатора ТП Култук ВСЖД

Примечание - дефект системы охлаждения

Рисунок 11- Термограмма и фотография трансформатора ТП Половина ВСЖД

Примечание - отсутствие циркуляции масла в радиаторах, помеченных овалом

Рисунок 12 - Термограмма и фотография трансформатора ТП Кижа ВСЖД

Система ТВО иллюстрируется схемой, показанной на рисунке 13, и включает в себя комплекс взаимосвязанных циклов, определяющих последовательность проведения операций и их информативность [10]. Регламент проведения ТВО включает в себя периодичность и объем измерений на контролируемом объекте (тяговой подстанции). Периодичность ТВО электрооборудования определяется с учетом опыта его эксплуатации, режима работы, внешних факторов и регламентируется нормами [13]. Тепловизионное обследование должно выполняться приборами инфракрасного контроля (ИКТ), обеспечивающими достаточную эффективность в определении дефекта на работающем оборудовании.

Выявление дефекта должно осуществляться на ранней стадии его развития, для чего прибор ИКТ должен обладать достаточной чувствительностью даже при воздействии ряда неблагоприятных факторов, которые могут наблюдаться в эксплуатации: влияние отрицательных температур, запыленности, электромагнитных полей и тому подобное.

При анализе результатов ТВО должна осуществляться оценка выявленного дефекта и прогнозирование возможностей его развития. Следует отметить, что для тяговых трансформаторов эффективность и информативность такой оценки оказывается особенно высокой, если она осуществляется на базе экспертной системы [14]. В этом случае от совместного использования всей доступной на текущий момент информации проявляется синергетический эффект от её анализа, что и позволяет получить максимальный результат.