Современные методы диагностики тяговых трансформаторов железных дорог и построение экспертной системы для обработки результатов тепловизионной диагностики тяговых трансформаторов ВСЖД (стр. 6 из 25)

Реализация аналитического подхода дает наилучшие результаты при использовании двух характеристик: амплитудных спектров частичных разрядов и "образов частичных разрядов " (от англ. "PD shape").

Амплитудные спектры частичных разрядов представляют собой зависимость интенсивности частичных разрядов от величины кажущегося заряда. В зависимости от метода их измерения различают интегральные, если строится интенсивность частичных разрядов, превышающих заданный уровень кажущегося заряда, и дифференциальные, если строится интенсивность в заданном диапазоне уровней, спектры частичных разрядов. Очевидно, что различные формы спектров легко пересчитываются друг в друга. Для выявления дефектов более удобной является дифференциальная форма, а для измерения чаще используется интегральная форма.

Основные типы дефектов в изоляции трансформаторов, такие как разряд в масляном клине, пробой первого масляного канала, скользящий разряд по поверхности твердой изоляции, ползущий разряд, изменяют вид амплитудных спектров характерным образом, что позволяет с высокой степенью вероятности идентифицировать тип дефекта по виду амплитудного спектра частичных разрядов. Удобство использования амплитудных спектров состоит в простоте интерпретации получаемых результатов и возможности достаточно просто формализовать алгоритмы идентификации дефектов.

Образы частичных разрядов получаются с использованием измерительной аппаратуры, обеспечивающей возможность фазовой селекции сигналов частичных разрядов. В этом случае измерительная информация строится в осях "величина кажущегося заряда" – "время". Для удобства на график наносится синхронизирующее напряжение в виде одного периода. Каждый частичный разряд наносится в виде точки в момент его появления с соответствующей амплитудой кажущегося заряда.

При измерении в течение определенного времени точки накапливаются, образуя характерный рисунок, который и называется образом частичных разрядов Примеры таких образов показаны на рисунке 3 для случаев развития их в газовой поре и с временной задержкой

Рисунок 2 - Характерный вид амплитудных спектров частичных разрядов в процессе развития ползущего разряда: А-5 мин, В-30 мин, С-55мин

а)

б)

Рисунок 3 - Примеры образов частичных разрядов

а) для газовой поры у электрода;

б) в толще диэлектрика

Синтетический подход, позволяющий одновременно получать и амплитудные спектры и образы частичных разрядов реализованы в переносном комплексе диагностики силовых трансформаторов СКИТ. Общий вид интерфейса, реализованный в данном измерителе, показан на рисунке 4.

Рисунок 4 - Общий вид интерфейса измерителя частичных разрядов диагностического комплекса СКИТ

Аппаратура построена таким образом, что амплитудные спектры ч.р. снимаются в течение каждых 18 фазовых градусов (каждую миллисекунду), и на рисунке строятся 20 амплитудных спектров в соответствующих фазах. Достоинство такого представления состоит в наглядности картины развития частичных разрядов. Очевидно, что получаемые данные легко могут быть представлены как в виде общего амплитудного спектра за все время измерения, так и в виде соответствующих образов частичных разрядов.

Важным с точки зрения требований к измерительной аппаратуре является вопрос о необходимом времени измерения и возможности пауз в процессе измерений. Анализ динамики развития частичных разрядов в трансформаторной изоляции показал, что практически все виды дефектов развиваются не монотонно. В момент появления дефекта, а также во время их интенсивного развития величина кажущегося заряда частичных разрядов и/или их интенсивность заметно увеличиваются, а затем происходит замедление развития дефекта с соответствующим снижением характеристик частичных разрядов.

Однако последние полностью не прекращаются, а формируют определенный спектр, характерный для медленного развития данного дефекта. Если имеются данные о виде спектров (или образов частичных разрядов ) при медленном развитии дефектов, можно выявить их наличие и степень развития при сравнительно кратковременных измерениях с помощью достаточно простой измерительной аппаратуры.

Весьма полезными с точки зрения выявления развивающихся дефектов

являются акустические методы измерения частичных разрядов. Сопоставление достоинств и недостатков электрического и акустического методов показывают их взаимную противоположность, а именно – электрический метод позволяет измерять абсолютные значения кажущегося заряда с достаточной точностью, но имеет низкую помехозащищенность, акустический же метод наоборот имеет высокую помехозащищенность, но не позволяет получать абсолютные значения кажущегося заряда. Поэтому одновременное использование обоих методов дает хорошие результаты. В этом случае использование метода фазовой селекции затруднительно, так как сигнал на акустический датчик приходит с большой задержкой по сравнению с электрическим сигналом, но можно использовать амплитудные спектры частичных разрядов.

1.5 Диагностика механического состояния обмоток силовых трансформаторов методом частотного анализа

Недостаточная электродинамическая стойкость обмоток трансформатора при протекании токов короткого замыкания, приводящая к механическим деформациям обмоток, является одной из основных причин аварийного выхода трансформатора из строя. Эта проблема усугубляется значительным увеличением доли изношенного электрооборудования, нормируемый срок службы которого уже истек или приближается к этому.

В настоящее время в России для диагностики механического состояния моток силовых трансформаторов в основном применяются два метода: метод измерения сопротивления короткого замыкания и более чувствительный метод - метод низковольтных импульсов (НВИ). За рубежом широкое распространение получил метод частотного анализа (МЧА). Достоинством МЧА является хорошая воспроизводимость измерений, обусловленная меньшей чувствительностью к некоторым изменениям параметров генератора сигналов, влиянию кабелей, соединителей и тому подобное.

Известны два подхода при диагностике обмоток трансформатора методом частотного анализа. Суть первого подхода заключается в том, что от свип-генератора на ввод обмотки подается синусоидальный сигнал с изменяющейся частотой от десятков герц до нескольких мегагерц, а с измерительных шунтов, подключенных к этой или другим обмоткам, осциллографируются их реакции на воздействие этого сигнала - амплитудно-частотные характеристики A(F), то есть спектры частот.

При другом подходе на ввод обмотки подается стандартный импульс определенной длительности, а сигнал с измерительных шунтов подается на вход спектроанализатора. Поскольку этот подход требует дорогостоящего оборудования и связан с более сложной и длительной процедурой диагностики, при разработке новой методики диагностики в ВЭИ за основу был выбран первый подход, в результате чего была разработана и изготовлена диагностическая установка "Импульс-8С".

Программное обеспечение, разработанное для Windows и содержит 3 функциональных блока:

1) Блок управления съемом обеспечивает формирование базы данных, тестирование измерительной схемы, управление съемом (установку параметров измерений, выбор каналов измерений, переключение каналов).

2) Блок предварительной обработки и визуализации результатов измерений обеспечивает фильтрацию от помех, статистическую обработку сигналов, запись сигналов в базу данных, вывод результатов измерений – амплитудно-частотных характеристик объекта на экран монитора.

3) Блок анализа результатов диагностики обеспечивает сравнение осциллограмм текущих измерений (дефектограмм) с осциллограммами предшествующих измерений по ряду критериев.

Рисунок 5 - Диагностическая установка "Импульс-8С" для дефектографирования обмоток трансформаторов методом частотного анализа

Основными критериями оценки механического состояния обмоток трансформатора методом МЧА были приняты следующие:

1) коэффициент парной корреляции (Кр )

- характеризует степень отклонения связи от линейной между двумя массивами данных, описывающих два процесса, например, нормограмму и дефектограмму. Так, если две осциллограммы полностью совпадают; то Кр=1; чем больше отличие между двумя спектрами, тем меньше Кр;

2) разность осциллограмм (V, %)

-характеризует разность между нормограммой и дефектограммой во всем диапазоне их изменения во времени, выраженную в процентах (отнесенную к нормограмме) или в вольтах;

3) парная корреляционная функция Кр (f)

- показывает, в каком именно диапазоне частот появились значительные изменения;

4) весовой коэффициент К (в)

– интегральный параметр, показывающий степень различия нормограммы от дефектограммы;

5) сдвиг частот (f)

– характеризует величину смещения пиков основных частот (гармоник) нормограммы и дефектограммы.