Способ контроля технического состояния электроэнергетического оборудования

Способ контроля технического состояния электроэнергетического оборудования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способам шумовой диагностики дефектности электроэнергетического оборудования (ЭЭО) и предназначено для создания промышленных информационно-измерительных комплексов контроля технического состояния такого оборудования.

Известно, что в процессе деградации динамических систем (физических, химических, биологических и пр.) интенсивности шумов в них возрастают на 60-80 dB при изменениях средних параметров систем на 20-30%. Поэтому шумовые методы диагностирования дефектностей различных систем эффективны, обладают исключительно высокой чувствительностью и непрерывно совершенствуются [1-6].

Известен способ контроля технического состояния ЭЭО [4], в котором полную дефектность диагностируемого оборудования, находящегося под напряжением, определяют по электромагнитному излучению этого оборудования.

Известный способ базируется на измерении средней интенсивности импульсного электромагнитного излучения от диагностируемого ЭЭО, обязанного своим происхождением компоненту с равномерным спектром в шуме ионизации изоляции (масляной, целлюлозной, фарфоровой и пр.), возрастающего перед отказом диагностируемого оборудования на 50-60 dB и фильтруемого резонансными колебательными цепями этого оборудования с учетом эффектов регенеративного усиления шумов и генерирования импульсных электромагнитных колебаний, объясненных в [8].

Измерения в этом известном способе выполняют с помощью широкополосной приемной антенны произвольной поляризации, подключенной к входу специально изготовленного регистратора средней интенсивности импульсного электромагнитного излучения от диагностируемого ЭЭО во всей рабочей полосе частот измерительной аппаратуры. Рекомендуемые в данном известном способе частоты измерений составляют f≥150-200 MHz.

По результатам измерений строят зависимость средней интенсивности потока излучаемых импульсов от порога обнаружения, а в качестве диагностических параметров используют: крутизны наклонов отрезков аппроксимирующих прямых на участках этой зависимости, количество интервалов, необходимых для такой аппроксимации, и значения координат точек перегибов указанной зависимости. Причем дефектность контролируемого ЭЭО устанавливают по динамике изменения указанных диагностических параметров при выполнении серий периодических измерений на временных интервалах, разделенных месяцами и годами эксплуатации этого оборудования.

Недостатками известного способа являются неудовлетворительные чувствительность, достоверность и глубина диагностирования дефектности, а, следовательно, и низкая надежность определения технического состояния диагностируемого ЭЭО.

Указанные недостатки обусловлены следующими обстоятельствами:

1. Неудовлетворительная чувствительность - неудачным выбором частот измерений f≥l50-200 MHz, лежащих, в основном, за пределами частотного диапазона наиболее интенсивных излучений ЭЭО, равного 10 MHz≤f≤200 MHz, и использованием для диагностирования дефектности оборудования излучений, связанных с действием компонента шума ионизации изоляции с равномерным спектром (включая лавинный шум с равномерным спектром), интенсивность которого ниже и возрастает при приближении к отказу оборудования на 10-20 dB слабее, чем интенсивность фликкерного компонента шума ионизации изоляции (включая лавинный фликкерный шум) со спектром вида A/f, где A - константа, зависящая от состояния изоляции. Отметим, что причина образования фликкерного компонента шума в электрическом оборудовании кроется в ионизации примесей и дефектов изоляции, а образование компонента шума с равномерным спектром связано с ионизацией основного материала изоляции.

2. Неудовлетворительная достоверность - применением в известном способе нестандартной, специально изготовленной измерительной аппаратуры и громоздкой процедуры обработки результатов измерений.

3. Неудовлетворительная глубина диагностирования - поскольку в известном способе удается определять только полную дефектность ЭЭО, без предварительного определения дефектности по каждому из основных конструктивных элементов этого оборудования: внешних - вводов напряжений, расположенных своими основными частями снаружи металлического корпуса оборудования, и внутренних, расположенных внутри металлического корпуса оборудования, т.е. регуляторов напряжений, регуляторов токов, индукционных катушек, металлического корпуса оборудования и пр.

Из сказанного следует, что известный способ контроля технического состояния ЭЭО [4] не обладает требуемой чувствительностью, достоверностью и глубиной, а следовательно, не обладает и требуемой надежностью диагностирования дефектности этого оборудования.

Известен также способ контроля технического состояния ЭЭО [5], в котором полную дефектность диагностируемого оборудования, находящегося под напряжением, определяют с учетом полученных данных о дефектностях по отдельным вводам напряжений в этом оборудовании.

Этот известный способ контроля технического состояния ЭЭО обладает, в сравнении со способом [4], увеличенной глубиной диагностирования, поскольку в нем (в способе [5]) полную дефектность контролируемого оборудования определяют с учетом предварительно полученных данных о дефектностях по отдельным вводам напряжений в этом оборудовании, т.е. с учетом данных о дефектностях внешних конструктивных элементов, расположенных своими основными частями снаружи металлического корпуса диагностируемого оборудования.

Кроме того, известный способ контроля технического состояния ЭЭО [5] обладает и повышенной достоверностью в сравнении со способом [4], поскольку он (способ [5]) базируется на измерениях энергетических спектров излучений вертикальной поляризации от проводов вводов напряжений в этом оборудовании. Указанные измерения выполняются с использованием стандартной измерительной аппаратуры, а применяемая в способе [5] обработка результатов измерений проста в сравнении с известным способом [4].

Однако известный способ контроля технического состояния ЭЭО [5] так же, как и известный способ [4], не обладает требуемой чувствительностью, поскольку в нем для диагностирования дефектности по отдельному вводу напряжения используют излучения, связанные с действием в проводе этого ввода компонента шума ионизации изоляции с равномерным спектром (включая лавинный шум с равномерным спектром), интенсивность которого ниже и при приближении к отказу оборудования возрастает на 10-20 дБ слабее, чем таковая у фликкерного компонента шума ионизации изоляции (включая фликкерный шум лавинной ионизации).

Кроме того, известный способ контроля технического состояния ЭЭО [5] не обладает и требуемой глубиной диагностирования, поскольку в нем при определении полной дефектности оборудования учитываются только парциальные вклады дефектностей внешних конструктивных элементов оборудования (вводов напряжений) и не учитываются соответствующие вклады дефектностей внутренних конструктивных элементов (элементов, расположенных внутри металлического корпуса диагностируемого оборудования, включая и сам металлический корпус).

Из сказанного следует, что известный способ контроля технического состояния ЭЭО [5] также не обладает требуемой чувствительностью и глубиной, а следовательно, не обладает и требуемой надежностью диагностирования дефектности ЭЭО.

Известный способ контроля технического состояния ЭЭО [5] является наиболее близким к заявляемому изобретению и принят нами за прототип.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании способа контроля технического состояния ЭЭО, обладающего, в сравнении с прототипом и другими известными аналогами, повышенными чувствительностью, глубиной и надежностью диагностирования дефектности этого оборудования.

Для решения поставленной задачи предлагается способ контроля технического состояния ЭЭО, в котором полную дефектность диагностируемого оборудования, находящегося под напряжением, определяют с учетом полученных данных о дефектностях по отдельным вводам напряжений в этом оборудовании, отличающийся тем, что в нем (в отличие от прототипа и других известных способов-аналогов) дефектность по отдельному i-му вводу напряжения диагностируемого оборудования, где i=1, 2, … - порядковый номер ввода напряжения, определяют на основании сравнения измеренных в эквивалентных условиях спектральных плотностей фликкерных компонентов шумов ионизации изоляции вида A_i/f в энергетических спектрах токов контрольных ответвлений i-х вводов напряжений для однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, где A_i - коэффициент пропорциональности, зависящий от состояния изоляции образца оборудования, f - частота анализа, затем, применяя известные соотношения и программы ЭВМ, рассчитывают электрические добротности и резонансные частоты

добротных собственных -х колебательных цепей, включающих в себя K_j-й конструктивный элемент диагностируемого оборудования, расположенный внутри металлического корпуса этого оборудования, включая и сам металлический корпус, где K=R, S, T, … - условное обозначение типа внутреннего конструктивного элемента оборудования (R - регулятор напряжения или регулятор тока, S - индукционная катушка, T - металлический бак регулятора напряжения, регулятора тока или металлический корпус оборудования и пр.), входящего в добротную K_j-ю собственную колебательную цепь, j=1, 2, 3, … - порядковый номер внутреннего конструктивного элемента в ряду однотипных, t=0, 1, 2, 3, … - порядковый номер собственной колебательной цепи в группе таких цепей, включающих в себя K_j-й внутренний конструктивный элемент, m=1, 2, 3, … - числа натурального ряда, соответствующие номерам гармоник резонансных частот собственных колебательных цепей, выделяют в измеренных в эквивалентных условиях энергетических спектрах токов в проводах контрольных ответвлений отдельных i-х вводов напряжений однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента его оптимальную информативную частотную полосу Δf_Kj, включающую в себя компактную серию из интенсивных пиков колебаний с добротностями и частотами, близкими к рассчитанным значениям электрических добротностей и резонансных частот добротных собственных колебательных цепей этого конструктивного элемента с набором различных порядковых номеров t при минимальных номерах гармоник m, фиксируют максимальные интенсивности квазигармонических пиков колебаний в оптимальной информативной частотной полосе Δf_Kj для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента в энергетических спектрах токов контрольных ответвлений отдельных i-х вводов напряжений у однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, измеренных в эквивалентных условиях, и определяют дефектность каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента диагностируемого оборудования на основании сравнения усредненных по ансамблю вводов фиксированных максимальных интенсивностей вышеуказанных пиков колебаний в одинаковых оптимальных информативных частотных полосах Δf_Kj для однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, а при определении полной дефектности диагностируемого оборудования учитывают, помимо данных о дефектностях по отдельным вводам напряжений, еще и данные о дефектности каждого из конструктивных элементов, расположенных внутри металлического корпуса диагностируемого оборудования, включая и сам металлический корпус.

Заявляемые в предлагаемом изобретении общие и отличительные признаки обеспечивают достижение поставленной технической задачи - создания способа контроля технического состояния ЭЭО, обладающего, в сравнении с прототипом и другими известными аналогами, повышенными чувствительностью, глубиной и надежностью диагностирования дефектности этого оборудования.

В заявляемом способе контроля технического состояния ЭЭО общим с прототипом [5] существенным признаком является то, что «… полную дефектность диагностируемого оборудования, находящегося под напряжением, определяют с учетом полученных данных о дефектностях по отдельным вводам напряжений в этом оборудовании …».

Следовательно, в предлагаемом способе, как и в способе-прототипе, первоначально определяют дефектности по отдельным вводам напряжений в ЭЭО, находящемся под напряжением, т.е. определяют дефектности внешних конструктивных элементов с тем, чтобы в дальнейшем учесть парциальные вклады этих дефектностей в полную дефектность диагностируемого оборудования. Ниже будет показано, что используемый в заявляемом способе алгоритм определения дефектностей по отдельным вводам напряжений ЭЭО существенно отличается от такового в прототипе.

Анализ существенных отличительных признаков заявляемого изобретения свидетельствует о достаточной новизне и неочевидности предлагаемого решения.

Отличительный признак «… дефектность по отдельному i-му вводу напряжения диагностируемого оборудования, где i=1, 2, … - порядковый номер ввода напряжения, определяют на основании сравнения измеренных в эквивалентных условиях спектральных плотностей фликкерных компонентов шумов ионизации изоляции вида A_i/f в энергетических спектрах токов контрольных ответвлений i-х вводов напряжений для однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, где A_i - коэффициент пропорциональности, зависящий от состояния изоляции образца оборудования, f - частота анализа …» - предполагает:

1. Проверку наличия в диагностируемом ЭЭО контрольных ответвлений от вводов напряжений, предназначенных для выполнения встроенной диагностики технического состояния этого оборудования. У отечественного и зарубежного ЭЭО контрольные ответвления от вводов напряжений в большинстве практических случаев имеются. В случае отсутствия в диагностируемом оборудовании указанных контрольных ответвлений у части вводов напряжений, например у низковольтных (HB) вводов, в предлагаемом способе диагностируют дефектности только высоковольтных (ВВ) вводов, имеющих контрольные ответвления, и с учетом дефектностей этих вводов определяют полную дефектность диагностируемого оборудования. Предприятию-изготовителю ЭЭО в этом случае предлагают заказ на изготовление контрольных ответвлений для всех вводов напряжений с тем, чтобы в дальнейшем углубить диагностику и распространить ее на все вводы напряжений в данном оборудовании, чего нет в прототипе.

2. Измерения энергетических спектров токов в проводах контрольных ответвлений отдельных i-х вводов напряжений, где i=1, 2, …, - порядковый номер ввода, выполняемые для однотипных образцов диагностируемого и эталонного ЭЭО в эквивалентных условиях, т.е. в одинаковых условиях эксплуатации с применением единых метрических средств, например с применением известного устройства [9], чего также нет в прототипе.

3. Выделение в каждом из измеренных энергетических спектров области действия компонента шума ионизации изоляции с фликкерным спектром (включая фликкерный шум лавинной ионизации) и области действия компонента шума ионизации изоляции с равномерным спектром (включая шум лавинной ионизации с равномерным спектром).

4. Выделение в каждом из измеренных энергетических спектров внутри области действия компонента шума ионизации изоляции с фликкерным спектром частотного диапазона (или диапазонов), не занятого (не занятых) регулярными составляющими с частотами промышленной сети f_N=50 Hz и ее высшими гармониками 2f_N, 3f_N, 4f_N …, для последующего выполнения аппроксимации в этом диапазоне (диапазонах) энергетического спектра тока контрольного ответвления отдельного i-го ввода напряжения для каждого i-го образца оборудования (эталонного и диагностируемого) зависимостью A_il/f, где A_il - коэффициент пропорциональности, зависящий от состояния изоляции l-го образца, l=1, 2, 3, … - порядковый номер образца, f - частота анализа, и фиксации на выбранной частоте анализа f^* (например, на частоте f^*=1 Hz) интенсивности фликкерного компонента шумового тока в проводе контрольного ответвления отдельного i-го ввода напряжения для каждого l-го образца оборудования, величина которой на 10 dB и более (эффект зависит от выбранного значения f^* и растет с уменьшением этого значения) превышает таковую, а при приближении к отказу оборудования дополнительно еще и возрастает на 10-20 dB сильнее таковой для компонента шума ионизации изоляции с равномерным спектром, чего также нет в прототипе.

4. Формирование критериев и определение дефектностей диагностируемого оборудования по отдельным i-м вводам напряжений на основании сравнений фиксированных значений спектральных плотностей фликкерных компонентов токовых шумов в проводах контрольных ответвлений i-х вводов напряжений для диагностируемого и эталонного оборудования на выбранной частоте анализа f^*, чего тоже нет в прототипе.

Отличительный признак «… применяя известные соотношения и программы ЭВМ, рассчитывают электрические добротности и резонансные частоты

добротных собственных -х колебательных цепей, включающих в себя K_j-й конструктивный элемент диагностируемого оборудования, расположенный внутри металлического корпуса этого оборудования, включая и сам металлический корпус, где K=R, S, T, … - условное обозначение типа внутреннего конструктивного элемента оборудования (R - регулятор напряжения или регулятор тока, S - индукционная катушка, T - металлический бак регулятора напряжения, регулятора тока или металлический корпус оборудования и пр.), входящего в добротную K_j-ю собственную колебательную цепь, j=1, 2, 3, … - порядковый номер внутреннего конструктивного элемента в ряду однотипных, t=0, 1, 2, 3, … - порядковый номер собственной колебательной цепи в группе таких цепей, включающих в себя K_j-й внутренний конструктивный элемент, m=1, 2, 3, … - числа натурального ряда, соответствующие номерам гармоник резонансных частот собственных колебательных цепей, выделяют в измеренных в эквивалентных условиях энергетических спектрах токов в проводах контрольных ответвлений отдельных i-х вводов напряжений однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента его оптимальную информативную частотную полосу Δf_Kj, включающую в себя компактную серию из интенсивных пиков колебаний с добротностями и частотами, близкими к рассчитанным значениям электрических добротностей резонансных частот добротных собственных колебательных цепей этого конструктивного элемента с набором различных порядковых номеров t при минимальных номерах гармоник m, фиксируют максимальные интенсивности квазигармонических пиков колебаний в оптимальной информативной частотной полосе Δf_Kj для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента в энергетических спектрах токов контрольных ответвлений отдельных i-х вводов напряжений у однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, измеренных в эквивалентных условиях, и определяют дефектность каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента диагностируемого оборудования на основании сравнения усредненных по ансамблю вводов фиксированных максимальных интенсивностей вышеуказанных пиков колебаний в одинаковых оптимальных информативных частотных полосах Δf_Kj для однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования…» - предполагает:

1. Выполнение с применением известных соотношений и программ ЭВМ (например программ MATLAB, CADGen, ANSYS и пр.) расчетов электрических добротностей и резонансных частот добротных собственных -х колебательных цепей, включающих в себя K_j-й конструктивный элемент диагностируемого оборудования, расположенный внутри металлического корпуса этого оборудования, включая и сам металлический корпус, где К=R, S, T, … - условное обозначение типа внутреннего конструктивного элемента оборудования (R - регулятор напряжения или регулятор тока, S -индукционная катушка, T - металлический бак регулятора напряжения, регулятора тока или металлический корпус оборудования и пр.), входящего в добротную K_j-ю колебательную цепь, j=1, 2, 3, … - порядковый номер внутреннего конструктивного элемента в ряду однотипных, t=0, 1, 2, 3, … - порядковый номер колебательной цепи в группе таких цепей, включающих в себя K_j-й внутренний конструктивный элемент, m=1, 2, 3, … - числа натурального ряда, соответствующие номерам гармоник резонансных частот колебательных цепей, чего нет в прототипе.

2. Выделение в области действия компонента шума ионизации изоляции с равномерным спектром (включая шум лавинной ионизации с равномерным спектром) в каждом из измеренных энергетических спектров токов в проводах контрольных ответвлений отдельных i-х вводов напряжений для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента ЭЭО его оптимальной информативной частотной полосы Δf_Kj (оптимальной с позиций диагностирования дефектности этого элемента и единой для всех измеренных спектров), включающей в себя компактную серию из интенсивных пиков колебаний с добротностями и частотами, близкими к рассчитанным значениям электрических добротностей и резонансных частот добротных собственных колебательных цепей этого конструктивного элемента с набором различных порядковых номеров t при минимальных номерах гармоник m, при этом набор порядковых номеров t обеспечивает полноту снимаемой информации, а минимизация номеров гармоник m позволяет повысить качество диагностической информации за счет ослабления эффектов наложения резонансов различных колебательных цепей оборудования, чего также нет в прототипе.

3. Фиксацию максимальных интенсивностей пиков электромагнитных колебаний в оптимальной информативной частотной полосе Δf_Kj для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента в энергетических спектрах токов контрольных ответвлений отдельных i-х вводов напряжений у однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, измеренных в эквивалентных условиях, формирование критериев и определение дефектности каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента диагностируемого оборудования на основании сравнения усредненных по ансамблю вводов фиксированных интенсивностей указанных пиков колебаний в одинаковых оптимальных информативных частотных полосах Δf_Kj для однотипных образцов диагностируемого и эталонного оборудования, причем операция усреднения по ансамблю вводов обеспечивает повышенную надежность диагностирования дефектностей внутренних конструктивных элементов, чего тоже нет в прототипе.

Отличительный признак «… при определении полной дефектности диагностируемого оборудования учитывают, помимо данных о дефектностях по отдельным вводам напряжений, еще и данные о дефектности каждого из конструктивных элементов, расположенных внутри металлического корпуса диагностируемого оборудования, включая и сам металлический корпус» - предполагает формирование критериев и определение полной дефектности диагностируемого оборудования с учетом полученных выше данных о дефектностях по отдельным вводам напряжений (т.е. данных о дефектностях внешних конструктивных элементов) и данных о дефектностях внутренних конструктивных элементов, расположенных внутри металлического корпуса диагностируемого оборудования, включая и сам металлический корпус, чего также нет в прототипе.

Выбор эталона в заявляемом способе контроля технического состояния ЭЭО осуществляется, как и в способе-прототипе, известным путем.

В качестве эталона может быть выбран отдельный образец оборудования, например новый, только что поступивший с завода-изготовителя или прошедший капитальный ремонт, обладающий минимальными интенсивностями фликкерных шумов в проводах контрольных ответвлений всех диагностируемых вводов напряжений и минимальными значениями усредненных по ансамблю диагностируемых вводов максимальных интенсивностей квазигармонических пиков колебаний в оптимальных информативных частотных полосах для всех внутренних конструктивных элементов, если такой образец имеется.

При диагностировании 3-х и более однотипных образцов оборудования можно использовать в качестве эталона группу образцов, каждый из которых обладает минимальными интенсивностями фликкерных шумов в проводах контрольных ответвлений только у части диагностируемых вводов напряжений (хотя бы у одного ввода, как это делается в способе-прототипе [5]), и(или) минимальными значениями усредненных по ансамблю диагностируемых вводов максимальных интенсивностей квазигармонических пиков колебаний в оптимальных информативных частотных полосах только у части внутренних конструктивных элементов (хотя бы у одного внутреннего элемента).

При диагностировании единственного образца оборудования в качестве эталона можно использовать сам диагностируемый образец на начальной стадии его эксплуатации (первичное включение под нагрузку), как это делается в известном способе-прототипе [5] и аналоге [4].

Как видим, благодаря комплексному использованию для диагностики дефектности отдельных конструктивных элементов ЭЭО (внешних и внутренних) воздействий двух шумовых компонентов в энергетическом спектре тока контрольного ответвления отдельного i-го ввода напряжения этого оборудования, фликкерного компонента шума со спектром вида A_i/f и компонента шума с равномерным спектром, заявляемый способ контроля технического состояния ЭЭО приобрел следующие существенные преимущества перед способом-прототипом и другими известными аналогами:

1. Повышенную на 10-20 dB и более чувствительность диагностирования дефектностей по вводам напряжений в контролируемом оборудовании за счет использования фликкерного компонента шума ионизации изоляции со спектром вида A_i/f, интенсивность которого на выбранной частоте анализа f^* на 10 dB и более (эффект зависит от выбранного значения f^* и растет с уменьшением этого значения) превышает таковую, а при приближении к отказу оборудования дополнительно еще и возрастает на 10-20 dB сильнее таковой для компонента шума ионизации изоляции с равномерным спектром (являющегося первоисточником квазигармонических излучений, используемых в способе-прототипе для диагностирования дефектностей вводов напряжений); одновременно выросли чувствительность и надежность диагностирования полной дефектности ЭЭО за счет отмеченных факторов и учета парциальных вкладов дефектностей вводов напряжений в полную дефектность диагностируемого оборудования.

2. Увеличенную глубину диагностирования полной дефектности ЭЭО за счет дополнительного определения дефектностей внутренних конструктивных элементов в этом оборудовании (в прототипе определяются дефектности только внешних конструктивных элементов, т.е. вводов напряжений) и учета парциальных вкладов этих дефектностей в полную дефектность контролируемого оборудования; одновременно выросла надежность диагностирования полной дефектности оборудования за счет указанных факторов.

Из сказанного следует, что предложенная совокупность общих и отличительных существенных признаков заявляемого способа контроля технического состояния ЭЭО обеспечивает решение поставленной задачи и достижение желаемого технического результата. Именно такая совокупность существенных признаков заявляемого способа контроля технического состояния ЭЭО позволила повысить чувствительность, а также увеличить глубину и надежность диагностирования дефектности этого оборудования.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявляемого изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря этой совокупности существенных признаков изобретение решило поставленную задачу.

Следовательно, заявляемое изобретение является новым и обладает изобретательским уровнем, так как оно не следует явным образом из известных технических решений и пригодно для практического применения.

Практическую реализацию предложенного способа контроля технического состояния ЭЭО рассмотрим на примере диагностирования дефектности силового ВВ однофазного автотрансформатора типа АОДЦТН 16700/500/220, широко применяемого на электростанциях России.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 схематически изображено устройство диагностируемого автотрансформатора, показаны конструктивные элементы, расположенные снаружи и внутри металлического корпуса автотрансформатора: 1, 2 - ВВ вводы напряжений; 3, 4, 5 - HB вводы напряжений; 6 - основной металлический бак автотрансформатора T₁ (металлический корпус автотрансформатора); 1a, 2a, 3a, 4a, 5a - контрольные ответвления от вводов напряжений (контрольные ответвления 3a, 4a, 5a не предусмотрены типовой конструкцией завода-изготовителя, но могут быть реализованы указанным ниже способом); 7 - металлический бак Т₂ регулятора напряжения R; 8 - ВВ катушка S₁ (S₁₁*, S₁₁** - верхняя и нижняя половинки катушки S₁); 9 - ВВ катушка S₂ (основная); 10 - ВВ катушка S₃ (регулировочная); 11 - НВ катушка S₄ (правая); 12 - НВ катушка S₅ (левая); 13, 14 - ВВ линии электропередачи; 15 - HB линия электропередачи; 16 - ВВ регулятор напряжения R.

На фиг.2 показан качественный вид энергетического спектра тока i-го ввода напряжения (или тока в проводе контрольного ответвления i-го ввода) для диагностируемого автотрансформатора на частотах анализа f=5·10^-2-5·10⁸ Hz. Использованы следующие обозначения: S_i/I_i ² в Hz - относительная спектральная плотность тока i-го ввода напряжения (или тока в проводе контрольного ответвления i-го ввода); i=1, 2, … - порядковый номер ввода напряжения; I_i в A - эффективное значение тока i-го ввода напряжения (или тока в проводе контрольного ответвления i-го ввода) с частотой промышленной сети f_N=50 Hz.

На фиг.3 показан в увеличенном масштабе качественный вид энергетического спектра тока i-го ввода напряжения (или тока в проводе контрольного ответвления i-го ввода) для диагностируемого автотрансформатора на частотах анализа f=2·10⁶-2·10⁸ Hz. Использованы те же обозначения, что и на фиг.2.

В диагностируемом автотрансформаторе (см. фиг.1) вводы 1, 2, 3, 4, 5 имеют внешнюю фарфоровую изоляцию, внутреннюю масляную изоляцию и твердую целлюлозную изоляцию, нанесенную на поверхность проводящего стержня. Провода индукционных катушек S₁, S₂, S₃, S₄, S₅ также имеют целлюлозную изоляцию. Масленое наполнение основного бака автотрансформатора T₁ - общее с HB вводами 3, 4, 5 и изолировано от ВВ вводов 1, 2 и от металлического бака Т₂ регулятора напряжения R.

Основными рабочими вводами в данном автотрансформаторе являются ВВ вводы 1, 2 и HB заземленный ввод 3, обеспечивающие ввод однофазного линейного напряжения U_l3=500 kV (вводы 1, 3) и вывод фазы напряжения питания основного потребителя U₂₃=220 kV (вводы 2, 3).

НВ вводы 4, 5 с напряжением между ними U₄₅=11 kV являются вспомогательными, обслуживающими потребности местного потребителя.

При практической реализации предлагаемого способа контроля технического состояния ЭЭО необходимо соблюдать определенную последовательность выполнения процедур и учесть следующие рекомендации.

На первом этапе уточняем наличие в диагностируемом автотрансформаторе контрольных ответвлений у всех вводов напряжений и при отсутствия таковых у конкретных вводов напряжений формируют заказ предприятию-изготовителю на создание контрольных ответвлений от всех вводов напряжений в этом оборудовании для реализации в полном объеме предложенного способа контроля технического состояния ЭЭО.

У типового промышленного образца диагностируемого автотрансформатора отечественного производства имеются встроенные штатные контрольные ответвления у ВВ вводов 1, 2, но отсутствуют таковые у HB вводов 3, 4, 5. При этом коэффициент деления по напряжению у встроенных штатных контрольных ответвлений ВВ вводов 1, 2 составляет величину K_U1,2=10², при требуемом расчетном значении для реализации предлагаемой диагностики K_U1,2calc=10⁶ (максимальное значение напряжения промышленной сети с частотой f_N=50 Hz на входе аппаратного средства, предназначенного для измерения энергетических спектров токов контрольных ответвлений вводов диагностируемого автотрансформатора, не должно превышать величину (U_{N max})_{meas inp}=IV при значении напряжения на ВВ вводе 1 по отношению к заземленному HB вводу 3, равном U₁₃=500 kV).

Проблема может быть решена путем включения в заявляемом способе контроля технического состояния ЭЭО на входе измерительного устройства дополнительного НВ емкостного делителя с коэффициентом деления по напряжению K_{U add}=10⁴. Указанное значение коэффициента деления K_{U add} соответствует требуемому расчетному в контрольных ответвлениях HB вводов 3, 4, 5 для заявляемого способа контроля технического состояния ЭЭО и с учетом реального значения коэффициента деления по напряжению у встроенных штатных контрольных ответвлений ВВ вводов 1, 2, равного K_U1,2=10², обеспечит также требуемое расчетное значение коэффициента деления напряжений ВВ вводов 1, 2 на входе измерительного устройства, равное K_U1,2calc=10⁶.

На втором этапе, применяя известные соотношения и программы ЭВМ, например программу «MATLAB» (или программы «CADGen», «AN-SYS» и прочие), рассчитывают электрические добротности и резонансные частоты

добротных собственных внутренних и внешне-внутренних -х колебательных цепей, включающих в себя K_j-й внутренний конструктивный элемент диагностируемых автотрансформаторов, определяют для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента его оптимальную информативную частотную полосу Δf_Kj (оптимальную с позиций диагностирования дефектности этого элемента) и выбирают необходимый диапазон частот анализа для измерения энергетических спектров токов контрольных ответвлений i-х вводов напряжений диагностируемых автотрансформаторов, обеспечивающий реализацию предлагаемого способа контроля технического состояния ЭЭО.

Внутренние колебательные цепи диагностируемого автотрансформатора, состоящие из основного металлического бака T₁, внутренних частей вводов напряжений h₁₁, h₂₁, h₃₁, h₄₁, h₅₁, отрезков соединительных проводников, индукционных катушек S₁, S₂, S₃, S₄, S₅ и регулятора напряжения R с его баком Т₂ (см. фиг.1), являются по своему типу экранированными высокочастотными (ВЧ) и сверхвысокочастотными (СВЧ) волноводными или коаксиальными резонаторами и могут обладать достаточно высокими собственными электрическими добротностями, .

Внешне-внутренние колебательные цепи диагностируемого автотрансформатора, включающие в себя наружные части вводов напряжений h₁, h₂, h₃, h₄, h₅, (отрезки двухпроводных линий передачи электромагнитных колебаний) и внутренн