По заказам энергосистем разработана установка "Импульс" нового поколения на базе микропроцессорной техники. Установка обеспечивает современный уровень обработки результатов измерений, математическое исследование амплитудно-частотных характеристик кривых импульсного тока с помощью ЭВМ. Получены новые дополнительные критерии оценки результатов дефектографирования, появляется возможность использования накопленной годами базы данных по обмерам методом НВИ для сравнительных оценок результатов дефектографирования аналогичных конструкций.
Рис. 5 Установка типа " Импульс" на базе микропроцессорной техники
I — дисплей; 2 — печатающее устройство; 3 — системный блок ПЭВМ; 4— клавиатура; 5 — устройство связи с объектом; 6 — генератор прямоугольных импульсов: 7 — усилитель мощности; 8 — вентиляторы; 9 — виброударопрочный шкаф
Установка (рис. 5) состоит из трех основных функциональных блоков: общесистемной части, генератора зондирующих импульсов с усилителем мощности и устройства связи с объектом.
Общесистемная часть представлена ПЭВМ "Роботрон-ЕС'1834“ совместимой с IBM PC/XT и оснащена следующими аппаратными средствами:
системное устройство с винчестером 20 Мбайт и двумя накопителями на гибких магнитных дисках, ОЗУ 640 Кбайт: сопроцессор типа INTEL 8087: клавиатура; монохромный графический монитор, печатающее устройство с широкой печатью.
В качестве генератора зондирующих импульсов используется стандартный генератор Г5-82 в комплекте со специально разработанным в ВЭИ усилителем мощности. Амплитуда основных импульсов (длительностью 1 мкс) около 300 В. длительность фронта и среза не превышает 100 и 50 нс соответственно.
Устройство связи с объектом служит для коммутации измерительных каналов (при измерениях на трех фазах) и выбора делителей напряжения, преобразования сигнала на базе аналого-цифрового преобразователя Ф-4226 с частотой дискретизации 20 МГц.
На время транспортировки все блоки установки закрепляются на несущих рамах, имеющих резиновые амортизаторы, внутри герметичного шкафа.
Особенностью дефектографирования трансформаторов методом НВИ является необходимость совместить в ограниченном времени собственно измерения, включающие в себя большой объем данных измерении, обработку данных измерений, анализ и оценку результатов измерений.
Рис. 6. Результаты импульсного дефектографирования трансформатора ТМ-630/35 (первый образец): пример отсутствия изменений
Таблица 2
Вид повреждения | Чувствительность метода | |
Измерение Z к | нви | |
Электрические повреждения (к. з., обрыв) | + | + |
Потеря радиальной устойчивости внутренних обмоток | + | + |
Потеря прочности наружных обмоток | + | + |
Частичная потеря радиальной устойчивости в локальной зоне обмотки | - | + |
Взаимные осевые смещения обмоток | - | + |
Потеря осевой прочности | - | + |
Полегание проводов из-за воздействия осевых сил | . | + |
Скручивание и поворот обмоток из-за воздействия тангенциальных сил | . | + |
Распрессовка обмоток | - | + |
Примечание: (+) хорошая чувствительность, (-) - слабая чувствительность.
Очевидно, наиболее эффективным для ускорения всей процедуры измерений была бы ее полная автоматизация с момента подключения установки к вводам трансформатора до распечатки отчета с результатами дефектографирования.
Однако, учитывая, что новая методика импульсного дефектографирования трансформаторов и новые критерии находятся еще в стадии совершенствования, акцент в разработке программных средств был сделан в основном на диалоговый режим.
Разработанное программное обеспечение условно можно разделить на три части:
программы тестирования и съема (тестирование измерительной схемы, пятикратный съем, статистическая обработка с оценкой по доверительному интервалу, коррекция нуля, фильтрация помех);
программы обработки (анализа) результатов измерений — вывод с наложением нормограммы и дефектограммы, расчет разности, расчет коэффициентов парной корреляции, расчет и сравнение спектров частот нормограммы и дефектограммы с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье;
программы оценки — обобщение результатов измерений. предварительная оценка состояния обмоток трансформатора (экспресс-анализ).
В качестве примера на рис. 6, 7 показаны результаты дефектографирования двух трансформаторов мощностью 630 кВ-A при динамических испытаниях на стенде ВЭИ с использованием новой установки "Импульс".
На рис. 6, 7 показаны: а — нормограмма и дефектограмма (до и после испытаний) с наложением; б —осциллограмма их разностей; в — спектры частот нормограммы и дефектограммы; г — парная корреляционная функция, показывающая, в каком диапазоне частот произошли изменения; К — коэффициент парной корреляции нормограммы и дефектограммы.
Рис. 7. Результаты импульсного дефектографирования трансформатора ТМ-630/35 (второй образец): пример распрессовки обмоток со смещением прокладок
Как видно из рис. 6, а, нормограмма и дефектограмма, снятые на первом трансформаторе, практически полностью совпадают. Их разность (рис. 6, б) не превышает 0,05 В, а коэффициент парной корреляции близок к 1. Изменения в низкочастотной части спектра (рис. 6, в, г) также незначительны. Результаты измерений сопротивления к. з. (изменение Z < 0,2 %) и разборка трансформатора подтвердили отсутствие каких- либо деформаций в обмотках.
При анализе изменений в осциллограммах разностей начальная часть осциллограмм (участок длительностью 3—5 мкс) не рассматривалась, так как изменения в этой области связаны с большой крутизной высокочастотного сигнала и повышенной чувствительностью к внешним факторам (помехам, качеству сборки измерительной цепи и т. д.).
Во втором трансформаторе (рис. 7) импульсное дефектографирование зафиксировало изменения в состоянии обмоток фазы В за время испытаний хотя нормограмма и дефектограмма (рис. 7, а) представлены в более крупном масштабе, чем на рис. 6, а, между ними видно отличие. Это подтверждается резко возросшей амплитудой осциллограммы разности (рис. 7, б) и снижением коэффициента парной корреляции (к= 0,968).
В частотной области (рис. 7, в, г) также произошли значимые изменения. Изменение сопротивления Z за время испытаний составило более 1,5 %. Ревизия трансформатора после испытаний обнаружила сильную распрессовку обмоток и смещение концевой изоляции.
Год эксплуатации лабораторного варианта установки нового поколения уже показал широкие возможности совершенствования методики дефектографирования при компьютерной обработке данных, а именно:
расширение использования накопленного опыта применения метода ВВИ в виде базы данных по характерным повреждениям;
проведение расчетных исследований с имитацией "характерных повреждений", искусственно вносимых в схему замещения обмоток разных конструкций;
совершенствование и увеличение надежности критериев оценки результатов с помощью повышения уровня автоматизации при съеме, обработке информации и выдаче заключения о состоянии обмоток трансформатора.
Кроме того, эксплуатация новой установки дала возможность наметить пути создания портативной установки "Импульс" на базе узкофункционального импульсного генератора и малогабаритного блока связи с объектом разработки ВЭИ и портативных компьютеров типа LAPTOP. Такая малогабаритная установка значительно облегчила бы ее эксплуатацию.
Обмеры методом НВИ, как уже показал опыт, могут служить основанием для удлинения межремонтных сроков или предотвратить аварии при обнаружении распрессовки обмоток или потере их радиальной устойчивости.
Учитывая рост дефицита резервных трансформаторов в энергосистемах из-за спада производства, следует, очевидно, ожидать, что экономическая эффективность от применения установок "Импульс" будет возрастать.
Список литературы
- Лех В., Тыминьски Л. Новый метод индикации повреждений при испытании трансформаторов на динамическую прочность // Электричество. 1966. № 1.
- Аветиков В. Г., Левицкая Е. И., Попов Е. А. Импульсное дефектографирование трансформаторов, при испытаниях на электродинамическую стойкость // Электротехника. 1978. № 4.
- Количественная оценка результатов импульсного дефектографирования обмоток силовых трансформаторов / С. В. Аликин, А. А. Дробышевский, Е. И. Левицкая, М. А. Филатова // Электротехника. 1990. № 5.
- Определение деформаций крупных силовых трансформаторов / В. В. Соколов, С. В. Цурпал, Ю. С. Конов, В. В Короленко // Электрические станции. 1988 № 6.
- Копов Ю. С., Короленко В. В., Федорова В. П. Обнаружение повреждений трансформаторов при коротких замыканиях // Электрические станции. 1980. № 7.
- Лурье А И., Шлегелъ О. А Повышение точности измерения отклонения индуктивного сопротивления при электродинамических испытаниях силовых трансформаторов // Электротехника. 1991. № 12.
- Государственный стандарт СССР. Трансформаторы силовые. Методы испытаний на стойкость при коротком замыкании. ГОСТ 20243-74. М.: Изд-во стандартов.
