Автоматизированные ресурсосберегающие методы и приборы для диагностики высоковольтного электрооборудования
На правах рукописи
МИХЕЕВ ГЕОРГИЙ МИХАЙЛОВИЧ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ МЕТОДЫ И
ПРИБОРЫ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ
ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Специальность:
01.04.01 – «Приборы и методы экспериментальной физики»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Ижевск – 2008
Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»
Официальные оппоненты: доктор технических наук, с.н.с.
Захаров Владимир Анатольевич
Физико-технический институт УрО РАН
доктор технических наук, профессор
Иванников Валерий Павлович
ГОУ ВПО «Ижевский государственный
технический университет»
доктор технических наук, профессор
Рыбаков Леонид Максимович
ГОУ ВПО «Марийский государственный
университет»
Ведущая организация: Государственное образовательное
учреждение высшего профессиональ-
ного образования «Московский
государственный открытый университет»
Защита состоится «20» марта 2009 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.275.03 при Удмуртском государственном университете по адресу: 426034, г. Ижевск, ул. Университетская, д. 1, корп. 4, ауд. №2.
Телефон (3412) 68-16-10, e-mail:[email protected].
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Удмуртского государственного университета.
Автореферат разослан 08 февраля 2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
к.ф.-м.н., доцент П.Н. Крылов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Диссертационная работа посвящена разработке и созданию прогрессивных автоматизированных ресурсосберегающих методов, приборов и устройств для диагностики, измерения, определения технических параметров и характеристик высоковольтного электрооборудования, такого как высоковольтные выключатели, средства защиты от перенапряжений, регуляторы напряжения под нагрузкой, силовые трансформаторы, а также исследованию заполняющих их диэлектрических жидкостей.
Актуальность темы
Разработка новых принципов и методов измерений физических величин, таких как сила тока, напряжение, сопротивление, индуктивность, мощность, частота колебаний, коэффициент трансформации преобразователей напряжения, температура и т.д., существенно увеличивающих точность, чувствительность и быстродействие измерений, актуальна для проведения различных физических экспериментов в энергетике. Например, при диагностике высоковольтного электрооборудования все эти физические величины приходится измерять и контролировать в виде конкретных параметров: полного сопротивления короткого замыкания трансформаторов, коэффициента трансформации обмоток, силы тока и потерь холостого хода, омического сопротивления постоянному току, времени переключений контактов контактора и сопротивления токоограничивающих резисторов переключающих устройств, собственного времени включения и отключения, шунтирующих сопротивлений, скорости и разновременности работы контактной системы высоковольтных выключателей (ВВ), пробивного напряжения вентильных разрядников, температуры вспышки горючих жидкостей, влаго- и газосодержания диэлектрической жидкости (ДЖ).
Важными элементами высоковольтного электрооборудования в энергетике являются силовые трансформаторы, выключатели и средства защиты от перенапряжений. Все они представляют собой сложные и дорогостоящие устройства, диагностика и эксплуатация которых требуют создания методов и приборов для измерения вышеперечисленных физических величин.
За последнее время произошли существенные изменения в приборном оснащении диагностики и контроля силовых высоковольтных трансформаторов (СВТ) благодаря применению цифровых измерительных устройств и новых методов обработки данных. В частности, появились высокоразрешающие тепловизионные приемники, высокочувствительные приборы для измерения частичных разрядов, множество разновидностей осциллографов и регистраторов, легко сопрягаемых с персональным компьютером, различные модификации хроматографов, позволяющие количественно определять содержание газов в диэлектрической жидкости, залитой в силовой трансформатор и др.
Однако для определения электрических параметров и характеристик силовых цепей высоковольтных трансформаторов, выключателей, параметров разряда средств защиты от перенапряжений все еще пользуются различными приборами, не отвечающими современным требованиям. К таким приборам относятся стрелочные амперметры, вольтметры, гальванометры, мосты постоянного тока, вибрографы, а также светолучевые осциллографы и др. Поэтому разработка методов и создание унифицированных приборов, установок и устройств для диагностики, измерения и испытания силовых цепей обмоток высоковольтных трансформаторов, выключателей и средств защиты от перенапряжений на базе микропроцессорной техники являются актуальной задачей.
Одним из способов регулирования напряжения в электрических сетях является выбор ответвлений на обмотках СВТ. Регулирование напряжения за счет изменения числа витков при отключенной нагрузке не обеспечивает требуемую оперативность для системы управления электроснабжением. В связи с этим применяют трансформаторы, снабженные специальными коммутаторами, обеспечивающими переключение ответвлений обмоток под нагрузкой, именуемые регуляторами напряжения под нагрузкой (РПН). Выход из строя РПН приводит к аварии всего трансформатора. Мировой опыт показывает, что экономический ущерб от случайной аварии мощного силового трансформатора, связанный только с остановкой промышленных предприятий из-за отсутствия питающего напряжения, исчисляется миллионами долларов, не говоря уже о весьма крупных затратах, необходимых для восстановления его работоспособности. В связи с этим предъявляются весьма высокие требования к надежности РПН.
В настоящее время в системе электроэнергетики и на промышленных предприятиях России и за рубежом диагностику РПН осуществляют традиционным методом – вскрытием его бака и сливом из него трансформаторного масла. Такой метод диагностики является дорогостоящим, трудоемким и весьма продолжительным. Необходимо особо отметить, что нарушение технологии откачки масла и последующей его заливки приводит к ухудшению его диэлектрических свойств, снижению сопротивления изоляции бакелитового цилиндра бака РПН и сопротивления изоляции обмоток трансформатора в целом, а также к увеличению вероятности загрязнения окружающей среды и т.п. Кроме того, при отрицательных температурах и повышенной влажности атмосферы вскрытие бака РПН недопустимо. В силу всего этого, разработка методов диагностики регуляторов напряжения под нагрузкой без вскрытия его бака и откачки из него ДЖ является весьма актуальной. В данной работе для обозначения подобных методов диагностики высоковольтного электрооборудования введен термин «интродиагностика».
Другим важным элементом силовых цепей являются высоковольтные выключатели (ВВ). Передача электроэнергии потребителю в значительной мере определяется их безотказной и надежной работой. Важными техническими параметрами ВВ являются собственное время включения и отключения, временные, скоростные, ходовые характеристики, переходное сопротивление контактной системы, целостность (исправность) шунтирующих сопротивлений. Необходимо отметить, что измерение и определение всех этих параметров и характеристик ВВ целесообразно осуществлять методами интродиагностики в рабочих режимах.
В качестве защиты электрооборудования, от так называемых грозовых волн, возникающих в линиях электропередач, применяются вентильные разрядники (ВР) и ограничители перенапряжений (ОПН), которые относятся к средствам защиты от перенапряжения. Одним из эффективных методов контроля работоспособности этих устройств является определение их пробивного напряжения. К сожалению, до сих пор не разработаны и не созданы установки, позволяющие в автоматизированном режиме с высокой точностью измерять действующее значение пробивного напряжения, определять и другие параметры элементов средств защиты от перенапряжения. Решение этих задач также важно для техники физического эксперимента.
В высоковольтных электрических аппаратах в качестве охлаждающей и изолирующей среды широко применяется трансформаторное масло (ТМ). Надежная работа маслонаполненного электрооборудования зависит от качества заливаемой в него ДЖ. Важными эксплуатационными характеристиками ТМ являются пробивное напряжение, влагосодержание, содержание растворенных газов, температура вспышки и т.д. Однако для измерения указанных его характеристик в энергетической отрасли пользуются приборами, не отвечающими современным требованиям. Автоматизация устройств для исследования и контроля ДЖ позволяет увеличить точность измерений, исключает ошибки при проведении анализов, обеспечивает удобство и безопасность работ. Такие приборы также крайне необходимы при проведении различных физических экспериментов: исследование частичных разрядов в ТМ, лазерный пиролиз ДЖ и др. В то же время существует проблема очистки ТМ, бывшего в эксплуатации. Следовательно, актуальны разработка и создание автоматизированных приборов для определения качества трансформаторного масла и устройств его очистки от углеродосодержащих и иных примесей.
Таким образом, перечень поставленных научных задач данной диссертационной работы и их решения можно представить в виде структурной схемы (см. рис. 1).
Цель работы – разработка прогрессивных автоматизированных ресурсосбере-гающих методов, приборов и устройств для диагностики высоковольтного электрооборудования, исследования и определения наиболее важных их параметров.
Достижение этой цели обеспечивается постановкой и решением следующих основных задач:
1. Автоматизация устройств и разработка методов для диагностики и измерения следующих параметров и характеристик обмоток силовых высоковольтных трансформаторов: омического сопротивления постоянному току, полного сопротивления короткого замыкания, коэффициента трансформации, силы тока и потерь холостого хода, а также определение группы соединения.
2. Разработка функциональной схемы цифрового осциллографа (ЦО) и соответствующего программного обеспечения для автоматизации измерения параметров и характеристик обмоток силовых трансформаторов, электрических цепей РПН, а также высоковольтных выключателей и вентильных разрядников.
3. Создание методов интродиагностики процессов переключений контактной системы и токоограничивающих резисторов различных типов РПН, а также осциллографирование круговой диаграммы РПН силовых трансформаторов.
4. Разработка, создание автоматизированных методов и устройств для измерения скоростных, ходовых, временных характеристик, собственного времени включения и отключения, а также шунтирующих сопротивлений высоковольтных выключателей в режиме интродиагностики.
5. Проведение статистических исследований температурного поля внешних поверхностей высоковольтных выключателей и вентильных разрядников с помощью тепловизионных приемников от частоты возникновения в них дефектов.
6. Разработка и создание экспериментальной автоматизированной установки для измерения параметров разряда средств защиты от перенапряжения.
7. Разработка и создание автоматизированных приборов и устройств для исследования, контроля и диагностики трансформаторного масла.
8. Создание автоматизированной ресурсосберегающей установки для очистки отработанного трансформаторного масла, имеющего высокое содержание углеродосодержащих примесей.
Объект исследования – высоковольтное электрооборудование: средства защиты от перенапряжений, выключатели, силовые трансформаторы, регуляторы напряжения под нагрузкой и заполняющие их диэлектрические жидкости.
Предмет исследования – разработка, создание автоматизированных методов и приборов для диагностики элементов высоковольтного электрооборудования.
Методы исследования. В диссертационной работе использован комплексный метод, включающий теоретическое обоснование и экспериментальную реализацию проведенных исследований и полученных результатов. Работа выполнялась с применением достижений современной микроэлектроники и компьютерных технологий на действующем высоковольтном электрооборудовании, эксплуатируемом на предприятиях энергосистем. В экспериментальных исследованиях применялись теория измерения физических величин и статистические методы обработки результатов исследований.
Достоверность результатов разработок и исследований подтверждена в серии работ по комплексному обследованию и диагностике силовых высоковольтных трансформаторов, выключателей, вентильных разрядников на действующих распределительных устройствах подстанций в системе энергетики России. Достоверность результатов также подтверждена в работах по автоматизации приборов для исследования и контроля диэлектрических жидкостей, в работах по разработке методики и устройства для очистки отработанного трансформаторного масла. Обоснование теоретических положений разработанных методик выполнено с опорой на установленные физические законы. Анализ экспериментальных данных проведен с соблюдением критериев достоверности статистических испытаний и точности физических измерений.
Достоверность результатов работ также подтверждается внедрением полученных решений, разработок, созданных приборов и устройств в промышленность с получением большой экономической выгоды.
Положения, выносимые на защиту
1. Определение группы соединения обмоток, измерение омического сопротивления высоковольтной обмотки, силы тока и потерь холостого хода при малом однофазном возбуждении, коэффициента трансформации и полного сопротивления короткого замыкания трансформатора можно осуществлять в автоматическом режиме с помощью одного прибора, состоящего из специального коммутатора, трехканального источника напряжения постоянного тока и многоканального цифрового осциллографа.
2. Применение мобильного помехоустойчивого многоканального ЦО совместно с трехканальным стабилизированным источником напряжения постоянного тока позволяет осуществлять интродиагностику РПН, включающую измерение времени переключения контактов контактной системы, осциллографирование круговой диаграммы, определение переходного сопротивления контактной системы контактора, а также контроль целостности токоограничивающих резисторов.
3. Соединение линейных выводов высоковольтной обмотки автотрансформатора с его нейтралью разветвляет измеряемые токи по обмоткам среднего и высокого напряжения так, что на каждой фазе силового автотрансформатора создаются две взаимно компенсирующие друг друга магнитодвижущие силы, и тем самым достигается возможность измерения временных параметров процесса переключения контактора без вскрытия баков РПН и слива трансформаторного масла.
4. Интродиагностику высоковольтного выключателя, включающую измерение и определение его параметров и характеристик (скорость и ход подвижных частей, собственное время включения и отключения, разновременность работы контактов и шунтирующих сопротивлений) можно осуществлять одним устройством, состоящим из многоканального цифрового осциллографа, сопряженного с блоком активных сопротивлений, трехканальным источником напряжения постоянного тока и датчиком ускорения.
5. Разработанный метод тепловизионного контроля выключателей типа ВМТ позволяет проводить диагностику всех семи его контактных соединений.
6. Применение оригинального помехозащищенного цифрового осциллографа в составе созданной автоматизированной экспериментальной установки для определения параметров разряда средств защиты от перенапряжения уменьшает погрешность измерения пробивного напряжения.
7. О работоспособности вентильных разрядников 15…750 кВ, находящихся под рабочим напряжением, можно судить по экспериментально установленным корреляциям между температурным полем их внешних поверхностей и выявленными дефектами.
8. Разработанный оригинальный датчик вспышки горючих жидкостей позволяет создать автоматизированный прибор для измерения температуры вспышки трансформаторного масла.
9. Исследование процесса десорбции водорода из диэлектрической жидкости методом лазерной спектроскопии антистоксова рассеяния света позволяет оценить коэффициент диффузии водорода в трансформаторном масле и создать методику для корректного отбора проб жидкости на хроматографический анализ растворенных в ней газов (ХАРГ) с высоковольтных герметичных вводов 500…750 кВ.
10. Трансформаторное масло, содержащее большое количество взвешенных углеродных частиц, влаги и газов, можно очистить турбулентной электроконвекцией, возникающей в жидком диэлектрике за счет пондеромоторных сил в неоднородном переменном электрическом поле.
Научная новизна диссертационного исследования состоит в том, что в нем:
1. Новыми являются метод и устройство для измерения омического сопротивления, устройства для измерения и определения полного сопротивления короткого замыкания, коэффициента трансформации, силы тока и потерь холостого хода при малом однофазном возбуждении, группы соединения обмоток силовых высоковольтных трансформаторов, работающих в автоматическом режиме.
2. Впервые предложены и реализованы автоматизированные методы интродиагностики различных типов РПН и ВВ, позволяющие существенно сократить время измерений, сэкономить значительные материальные средства и исключить возможность загрязнения окружающей среды. Разработан метод тепловизионного контроля выключателей типа ВМТ.
3. Впервые разработана и создана установка для автоматического измерения пробивного напряжения вентильных разрядников, позволяющая уменьшать погрешность с 10 до 0,5 %.
4. Разработан автоматизированный прибор для измерения температуры вспышки диэлектрической жидкости с погрешностью ±1 °С, а также предложен новый метод для определения влаги и растворенного водорода в трансформаторном масле.
5. Методом лазерной спектроскопии изучена эффективность выделения водорода из трансформаторного масла под действием ультразвука.
6. Новыми являются разработанный способ отбора проб трансформаторного масла с высоковольтных герметичных вводов 500…750 кВ для проведения хроматографического анализа и разработанное устройство для его осуществления.
7. Новым является применение турбулентной электроконвекции, возникающей в неоднородном электрическом поле, для очистки трансформаторного масла с целью существенного уменьшения концентрации механических примесей и увеличения пробивного напряжения.
Новизна разработанных методов и устройств подтверждена патентами РФ на изобретения.
Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что разработанные автоматизированные методы, приборы и устройства для диагностики параметров и характеристик силовых трансформаторов, высоковольтных выключателей и вентильных разрядников существенно увеличивают точность измеряемых величин. Они уменьшают время проведения измерений с занесением полученных результатов в компьютерную базу данных для последующего архивирования, хранения и использования. Значительно сокращают трудовые и материальные затраты, сводят к минимуму вероятность загрязнения окружающей среды. Ресурсосберегающий электроконвективный способ очистки позволяет эффективно и с малым потреблением электрической энергии дегазировать, очищать трансформаторное масло от углеродосодержащих примесей, влаги и газов.
Разработанные методы диагностики высоковольтных трансформаторов, выключателей и вентильных разрядников, способ отбора пробы масла на ХАРГ с высоковольтных герметичных вводов 220…750 кВ и измерение температуры вспышки горючих жидкостей внедрены и успешно используются на предприятиях энергетики России.
Экономический эффект от внедрения разработок диссертационной работы в промышленность России составил более 160 млн. руб. в ценах 2008 г.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня, в том числе: на второй Российской университетско-академической научно-практической конференции (Ижевск, 1995); на 28-ой научно-производственной конференции Ижевской государственной сельскохозяйственной академии (Ижевск, 1998); на Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике» ИТЭЭ 1996, ИТЭЭ 2002, ИТЭЭ 2006 (Чебоксары, 1996, 2002, 2006); на III, VI и VII Всероссийских научно-технических конференциях «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем» (Чебоксары, 1999, 2005 и 2007 гг.); на 4-м Международном российско-китайском симпозиуме “Advanced materials & processing” (Пекин, 1997); на ХV, ХХI и ХХV-й Международных межвузовских школах-семинарах «Методы и средства технической диагностики» (Йошкар-Ола, 1998, 2004, 2008); на Международной конференции по нелинейной оптике (Минск, 2001); на Международной конференции по квантовой электронике (Москва, 2002); на ХХVI сессии семинара «Кибернетика электрических систем» по тематике «Диагностика электрооборудования» (с международным участием, г. Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ), 2004); на ХХVII сессии семинара «Электроснабжение», (г. Новочеркасск, 2006); на Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития», (Томск, 2007).
Публикации. Основные результаты исследований изложены в одной монографии, в 22 патентах РФ на изобретения, в 4 свидетельствах о регистрации программ для ЭВМ, в 59 статьях в научно-технических журналах и сборниках, из них 30 – в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов докторских диссертаций.
Личный вклад. В работах, написанных в соавторстве, автору принадлежит постановка общих и конкретных задач, нахождение методов и путей их решения, развитие и обоснование экспериментальных методов, выполнение экспериментов; получение, интерпретация и обобщение данных экспериментальных и теоретических исследований диэлектрической жидкости, а также создание методов диагностики высоковольтного электрооборудования, разработка алгоритмов, написание компьютерных программ и создание базы данных для испытания высоковольтного электрооборудования; объединение полученных результатов в единое целое.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы – 377 страниц, в том числе 12 страниц приложений. Основная часть работы изложена на 332 страницах текста, включает 145 рисунков, 16 таблиц и список использованных источников (352 наименования).
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении на основе краткого литературного обзора обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи, определены научная новизна, защищаемые положения, практическая значимость диссертационной работы.
В первой главе «Обзор методов и приборов для диагностики высоковольтного электрооборудования» рассмотрены известные методы ранней диагностики высоковольтного электрооборудования (тепловизионный контроль, хроматографический анализ и др.). В ней описаны методы и устройства по испытанию и измерению параметров силовых цепей обмоток СВТ, осциллографирование токов в контактной системе различных типов РПН, осциллографирование круговой диаграммы переключающих устройств, измерение временных, скоростных и ходовых характеристик ВВ, методы диагностики разрядников 35…750 кВ. В ней также обсуждены известные методы и устройства для измерения характеристик ДЖ (температуры вспышки, влагосодержания, концентрации водорода) с точки зрения их автоматизации. Рассмотрены методы и устройства по очистке отработанного ТМ.
Во второй главе «Автоматизированные устройства для диагностики обмоток силовых трансформаторов» представлены разработанные устройства для испытания и диагностики силовых цепей обмоток СВТ. В ней описаны оригинальные автоматизированные устройства для определения группы соединения, для измерения омического сопротивления, полного сопротивления короткого замыкания, коэффициента трансформации, силы тока и потерь холостого хода обмоток СВТ при малом однофазном возбуждении. Автоматизация измерений осуществлена с применением разработанного многоканального цифрового осциллографа. Разработанные устройства успешно прошли испытания в производственных отделениях филиала ОАО «МРСК ВОЛГИ» – «Чувашэнерго», на Средне-Волжском ПМЭС филиала ОАО «ФСК ЕЭС», на предприятиях ОАО «ТГК-5» и др.
В параграфе 2.1 представлено описание этого цифрового осцилло-графа, предназначенного для создания новых методов измерения и определения параметров и характеристик электрических цепей высоковольтных трансформаторов, выключателей и вентильных разрядников (см. рис. 2), а также перечислены области его применения (см. рис. 3).
В параграфе 2.2 описано разработанное устройство, предназначенное для одновременного измерения омического сопротивления всех трех фаз высоковольтной обмотки силового трансформатора с применением ЦО. Замена моста постоянного тока (традиционный метод) изготовленным устройством, обеспечивающим одновременную симметричную подачу напряжения постоянного тока на все три фазы, существенно уменьшает время установления токов. Этим сокращается время проведения эксперимента в 6 раз. Электрическая схема устройства показана на рис. 4, работает оно следующим образом. Сначала посредством переключения РПН выбирается первое ответвление высоковольтной обмотки СВТ. После включения трехканального источника напряжения постоянного тока к сети по обмоткам трехфазного трансформатора 5, каналам датчиков тока ДТ и кабелю 4 начинают протекать нараста-ющие токи. Напряжение с выводов трансформатора с помощью кабеля напряжения 3 подается на каналы датчиков напряжения (ДН) цифрового осциллографа. АЦП устройства преобразует нарастающие значения токов и напряжений в цифровой вид. Далее вычислительный блок опреде-ляет сопротивление обмотки для каждой отдельной фазы путем деления усредненного напряжения на усредненный ток соответствующих фаз.
Благодаря достаточно высокой частоте дискретизации (4 кГц) подавляется основная гармоника и ее кратные составляющие. При исполь-зовании 12 разрядного АЦП достигается измерение омического сопротивления с классом точности не менее 0,5. Вычислительный блок ЦО рассчитывает разность измеренных сопротивлений исследуемых обмоток фаз и выдает полученные значения на жидкокристаллический дисплей. Такой цикл «измерение-вычисление-визуализация» автоматически выполняется с частотой 1 Гц до полного установления токов в обмотках. Далее автоматически поступает команда «Запись» и полученные значения сохраняются в энергонезависимой памяти ЦО. После этого начинается новый цикл измерений для другого ответвления обмотки СВТ, переключаемого приводом РПН. Такие циклы “переключение РПН – измерение установившегося тока – запись в энергонезависимую память” автоматически выполняются для всех ответвлений обмотки СВТ. Таким образом, достигается автоматическое измерение омического сопротивления всех ответвлений высоковольтной обмотки трансформатора.
В остальных параграфах (2.3 - 2.6) второй главы изложена работа разработанных автоматизированных устройств для измерения полного сопротивления короткого замыкания, коэффициента трансформации, силы тока и потерь холостого хода при малом однофазном возбуждении и определения группы соединения обмоток СВТ.
В третьей главе «Ресурсосберегающие методы интродиагностики РПН силовых трансформаторов» описаны разработанные методы диагностики РПН без вскрытия бака и слива ТМ. Известно несколько типов РПН, существенно отличающихся друг от друга по конструкции. В соответствии с этим в данной работе разработаны три оригинальных метода, которые позволяют осуществлять интродиагностику следующих типов РПН: РНТА-35/200 (отечественные), РС (болгарские), SAV, SCV (германские), РНОА-110/1000 (украинские). Они основаны на результатах моделирования переходных процессов, протекающих в обмотке СВТ при переключениях РПН. Рассмотрены две следующие модели. Первая модель предполагает возможность подключения ЦО и ИНПТ к общему зажиму контактов контактора В0 (см. рис. 5), находящихся внутри бака РПН и выводу нейтрали N силового трансформатора, установленного на его корпусе. Такое подключение возможно только после вскрытия бака РПН и откачки из него ТМ. В этом случае в переходных процессах достаточно рассматривать только R1, R2 (токоограничивающие резисторы РПН), так как справедливы соотношения Rотв, Lотв<<R1, R2, где – угловая частота сетевого напряжении. Для второй модели ЦО и ИНПТ подключаются непосредственно к выводам высоковольтной обмотки СВТ и его нейтрали (интродиагностика). В этом случае в переходных процессах учитываются только R1, R2, L, Rф, так как Rф >> Rотв, а L >>Lотв (см. рис. 5). Кроме этого, при моделировании сложная электрическая схема контактов контактора и переключателей РПН заменяется эквивалентной схемой двухстороннего пятипозиционного переключателя SA (см. рис. 5). Каждое переключение РПН с одного ответвления на другое соответствует последовательному переводу переключателя SA через пять положений: a-b, b-c, c-d, d-e, e-f. По обычной методике измерений со вскрытием бака РПН и сливом масла зажим фазы В подключается к зажиму контактора в точке В0, а ИНПТ – к зажимам В и N. В результате индуктивность обмотки фазы трансформатора не влияет на процессы увеличения и снижения тока при переключении РПН из одного положения в другое, и на осциллограмме наблюдается скачкообразное изменение тока (рис. 6, кривая 1). Отметим, что длительности отдельных интер-валов являются паспортной характеристикой РПН, поэтому отклонения от паспортных данных свидетельствуют о нарушении регулировок контактов контактора. Положениям a-b, b-c, c-d, d-e, e-f переключателя SA (рис. 5) соответствуют участки осцилло-граммы I, II, III, IV, V соответственно (см. рис. 6). Интер-вал между точками (t1) и (t4) характеризует длительность переключения, а между точками (t2) и (t3) – длительность нахождения контактов контактора в положении так называемого «моста».
В режиме диагностики РПН без вскрытия его бака отсутствует возможность соединения точек В0 и В, поэтому осциллограмма токов во время переключения контактора существенно отличается от типовой (из-за влияния индуктивности обмотки) (рис. 6).
Рассмотрим работу РПН одной фазы с включенной обмоткой трансформатора, имеющей индуктивность L и Rф (рис. 5). До начала переключения контактов контактора РПН, когда переключатель SA находится в положении a-b, установившийся ток будет определяться следующим образом:
где E – источник напряжения постоянного тока, R0 – его внутреннее сопротивление, Rф – активное сопротивление обмотки. Для любого другого положения переключателя мгновенное значение осциллографируемого тока находится путем решения линейных дифференциальных уравнений первого порядка. Переходный ток i2 при переключении переключателя SA из положения a-b в положение b-c можно представить следующим образом:
где R1 – токоограничивающий резистор первого плеча контактов контактора, здесь и далее время t отсчитывается с момента начала соответствующего интервала переключения. Ток i3, возникающий в режиме переключения переключателя SA из положения b-c в положение c-d, находится из формулы:
где R3 – сопротивление в положении «мост» равно:
причем R2 – токоограничивающий резистор второго плеча контактов контактора, A2 – постоянная интегрирования, которая находится из условия непрерывности тока в индуктивности в момент коммутации (все последующие постоянные интегрирования находятся аналогично). Переходный ток при переключении из положения «c-d» в положение «d-e» (с учетом равенства токоограничивающих резисторов R1 и R2) выражается следующим образом:
(5)
При переключении из положения «d-e» в положение «e-f» выражение для соответствующего тока i5 имеет вид:
На рис. 6 (кривая 2) изображена осциллограмма, полученная для произвольных параметров модели (Е, R0, Rф, L, R1, R2) и моментов переключения при условии R1=R2.
Анализ осциллограммы для определения временных характеристик переключения контактов контактора РПН базируется на очевидных свойствах полученной кривой. Эта кривая является кусочно-непрерывной, состоящей из пяти разных интервалов. Процесс переключения контактов контактора РПН начинается в момент, когда ток уменьшается по экспоненциальному закону (кривая вогнутая), и завершается в момент минимального значения тока, после которого ток увеличивается по экспоненциальному закону (кривая выпуклая). Постоянные времени исследуемой кривой 2 (от момента времени t1 до t2) и 4 (от момента времени t3 до t4) в процессе переключения равны, так как контактор РПН состоит из симметричных плеч (R1=R2). Действительно имеем:
От момента времени t2 до t3, в так называемом положении моста, постоянная времени 3 с учетом равенства R1 и R2 вычисляется из соотношения:
При обработке эксперименталь-ных данных, представленных на рис. 6 (кривая 2), сначала в первом приближении находятся четыре характерные точки t1, t2, t3, t4 осциллограммы. Интервал между точками t1 и t4 устанавливает длительность переключения, а интервал между точками t2 и t3 характеризует длительность нахож-дения контактов контактора в положении «моста».
На рис. 7 показаны типовая осциллограмма (кривая 1), зареги-стрированная на экране ЦО при интродиагностике исправно работающего РПН, и результат ее обработки, проведенной с помощью специальной разработанной компьютерной программы (кривая 2). Видно, что кривая 2 отражает все характерные моменты времени переклю-чения контактов контактора исправного РПН (см. рис. 6, кривая 1), полученные тради-ционным методом диагности-ки со вскрытием бака и сливом масла. Это является доказательством возможности применения метода интродиагностики для исследования работы контактной системы РПН.
С помощью цифрового осциллографирования контактной системы РПН удается проводить не только контроль токоограничивающих резисторов без вскрытия бака РПН и слива ТМ, но и переходных сопротивлений дугогасительных контактов контактора.
Осциллограммы на рис. 8 получены на одном и том же РПН типа РС–4. Кривая 1 получена до ремонта переключающего устройства, а кривая 2 – после ремонта. На кривой 1 ток на интервалах III и IV практически доходит до нуля. Это означает, что дугогасительные контакты плеч контактора имеют большое переходное сопротивление. Примечательно, что после регулировки расстояния между подвижными и неподвижными контактами и устранения люфта центрального сегмента механизма переключения РПН с четного положения на нечетное, переходное сопротивление между ними восстановилось, и осциллограмма токов приняла вид, изображенный на рис. 8, кривая 2.
В параграфе 3.3 изложен разрабо-танный метод осциллографирования РПН типа РНОА-110/1000. Известно, что основным узлом контактора РПН этого типа является выемная часть, которая размещена в герметичном корпусе. Она состоит из смонтированных в бакелитовом цилиндре механизма переключения, токоограничивающих резисторов и деталей передачи движения. Корпус контактора состоит из бумажно-бакелитового цилиндра, на котором размещены электрические контакты, металлической крышки, верхнего и нижнего фланцев.
На верхнем фланце расположены поворотный конический редуктор, который служит для сочленения механизма устройства с приводом, а также патрубки для слива масла из емкости контактора и соединения ее с расширителем. Ввиду того, что контактор типа РНОА-110/1000 выполнен в однофазном исполнении и установлен на линейных выводах обмотки 110 кВ автотрансформатора 220 кВ, а каждая фаза имеет обособленный электрический привод, на практике на подобных регуляторах редко удается достичь синхронного переключения контактов контактора разных фаз. Следовательно, из-за влияния магнитопровода и неодновременности переключения РПН осциллографируемые токи искажаются настолько, что последующий анализ их может быть затруднен, а диагностика невозможна. В связи c этим для осциллографирования предложена электрическая схема (рис. 9), в соответствии с которой выводы обмотки ВН автотрансформатора соединяются с его нейтралью и общим зажимом трехканального источника напряжения постоянного тока (ТИНПТ). Благодаря этому соединению ток от ТИНПТ в каждой фазе разветвляется и протекает как по стороне обмотки среднего напряжения, так и по стороне высоковольтной обмотки автотрансформатора. При этом создаются противоположные магнитодвижущие силы противоположных знаков на каждом из сердечников обмотки. Ввиду того, что количество витков на обмотках среднего (110 кВ) и высокого напряжения (220 кВ) на автотрансформаторе практически одинаково, а токи (согласно рис. 9) по ним проходят в противоположных направлениях, магнитодвижущие силы в каждой фазе в указанных обмотках взаимно компенсируются. Магнитная связь обмоток в этом режиме близка к нулю, а нарастание токов при переключениях ответвлений обмотки определяются в основном индуктивностями рассеяния. В связи с этим многократно снижается влияние неодновременности переключения контактов контактора разных фаз на осциллографируемые токи.
Осциллограммы всех трех фаз, полученные в режиме переключения по схеме, когда выводы обмотки 220 кВ автотрансформатора не подсоединены к его нейтрали, показаны на рис. 10, а. Идентичность этих осциллограмм обусловлена сильной электромагнитной связью обмоток и по этим кривым невозможно получить параметры переключения контактов контактора в каждой из фаз. Таким образом, они являются сложными и не поддаются обработке. На рис. 10, б представлены осциллограммы токов отдельных фаз, полученных в случае соединения выводов обмотки 220 кВ с нейтралью автотрансформатора. По этим осциллограммам, полученными с применением разработанной схемы (рис. 9), возможна достоверная оценка параметров процесса переключения контактов контактора РПН типа РНОА-110/1000. В них отчетливо видны моменты переключений как четных, так и
нечетных плеч контакторов, длительность работы токоограничивающих резисторов, их целостность, а также разновременность работы контактной системы каждой отдельной фазы РПН. Например, на осциллограмме, показанной на рис. 11 для фазы С РПН следующего автотрансформатора видно «отставание» движения механизма переключения по сравнению с фазой А на 75 мс, а на фазе В – на 35 мс и явно выраженный разрыв тока в цепи в конце переключения контактора. Все это свидетельствует о неисправности РПН.
В параграфе 3.4 изложен метод интродиагностики, разработанный для третьего типа РПН, в которых контактор, переключатель и привод выполнены в едином блоке (например, РНТА-35/200). Применение этого метода позволяет определять временные характеристики работы контактов РПН, оценить их переходное сопротивление, а также состояние токоограничивающих резисторов.
Разработанный автоматизированный метод и устройство осциллографирования круговой диаграммы РПН с применением ЦО описан в параграфе 3.5. Данная разработка позволяет существенно сокращать время проведения измерений (более чем в 50 раз).
Четвертая глава «Разработка автоматизированных ресурсосберегающих методов и устройств для диагностики высоковольтных выключателей и средств защиты от перенапряжения» состоит из 6 параграфов.
Первый параграф посвящен описанию оригинального метода тепловизионного контроля выключателей типа ВМТ.
Во втором параграфе представлено автоматизированное устройство для определения собственного времени включения и отключения ВВ (рис. 12).
В третьем параграфе изложены разработанные методы и устройство интродиагностики ВВ с применением ЦО. На рис. 13 показана схема автоматизированного устройства для измерения скоростных, ходовых, временных характеристик ВВ, существенно уменьшающего погрешность измерений (в ней для каждой фазы используются дополнительные прецизионные активные сопротивления, причем, Rдоп= 2Rш, питание Е= 12 В). Ключевыми элементами этой схемы являются цифровой осциллограф и датчик ускорения, позволяющий определять скорость и перемещение подвижных частей высоковольтного выключателя (блок БСДиП). Датчик ускорения жестко закрепляется на внешнем подвижном стержне выключателя.
Интродиагностика ВВ состоит из четырех основных этапов. На первом этапе проводится одновременная цифровая регистрация токов в контактной системе трех фаз выключателя и синхронно регистрируются скорость движения и ход его подвижных частей в режиме его включения и отключения (без вскрытия бака и откачки трансформаторного масла).
На втором этапе проводится обработка полученных осциллограмм путем автоматической их разбивки (с помощью программы, встроенной в ЦО) на четыре временных интервала, как в режиме включения, так и в режиме отключения выключателя. Благодаря высокой временной разрешающей способности цифровых осциллограмм удается последовательно фиксировать моменты включения и отключения главных и дугогасительных контактов с шунтирующими сопротивлениями.
Для примера, ниже представлена последовательность интродиагностики выключателя типа У-110 в режиме включения. После подачи питания начинается движение привода, управляющего работой контактной системы ВВ. При этом, например, для фазы С в течение времени 0tС4 (время от начала движения t=0 до полной остановки подвижных частей выключателя t=t4) происходит последовательное включение главных и дугогасительных контактов (рис. 14).
Временной интервал 0tС4 условно разбивается на четыре промежутка 0tС4, tС1tС2, tС2tС3, tС3tС4, в течение которых контакты выключателя находятся в состояниях I, II, III, IV, соответственно (согласно рис. 14). В точках tС1, tС2 и tС3 происходит смена состояний контактной системы в следующей последовательности: I II, II III и III IV. В исправном выключателе вначале замыкаются главные контакты Кгл (переход I II) и между выводами выключателя каждой фазы одновременно включаются шунтирующие сопротивления RC1 и RC2, установленные на левом и правом плечах фазы выключателя, соответственно. При дальнейшем движении привода замыкаются дугогасительные контакты Кд и одновременно шунтируются оба сопротивления RC1 и RC2 (переход III IV). Таким образом, в исправном выключателе отсутствует переход II III, соответствующий неодновременному включению шунтирующих сопротивлений RC1 и RC2. Обнаружение этого перехода однозначно свидетельствует о рассогласовании контактной системы высоковольтного выключателя.
На третьем этапе интродиагностики высоковольтного выключателя из полученных осциллограмм (рис. 14) определяются нормируемые параметры временных, скоростных и ходовых характеристик подвижных частей выключателя: tАС, tВС, tАВ, vАмак, vВмак, vСмак, SАt4, SВt4, SСt4.
На четвертом этапе автоматически сравниваются найденные параметры характеристик выключателя с нормируемыми значениями. Кроме того, полученные характеристики ВВ могут сравниваться с ранее снятыми осциллограммами (например, сравниваются осциллограммы, полученные до и после ремонта).
На рис. 15 показаны осциллограммы включения масляного выключателя типа У-110 кВ, полученные с применением разработанного метода интродиагностики. Обработка полученных осциллограмм позволяет определить следующие важные технические характеристики высоковольтного выключателя: ход S=0,460 м, максимальная скорость v=3,05 м/с, разновременность tАС=2,6 мс; tАВ=2,4 мс; tВС=0,7 мс.
Необходимо отметить, что использование шунтирующих сопротивлений RC1 и RC2 высоковольтного выключателя в качестве одного из плеч делителя напряжения с активными сопротивлениями позволяет определить их целостность, При этом в качестве второго плеча выбирается калиброванный резистор RдопRC1+RC2 (рис. 13, 14).
Пример выявления дефектов шунтирующих сопротивлений ВВ продемонстрирован осциллограммами, представленными на рис. 16. На этом рисунке показаны осциллограммы двух фаз высоковольтного выключателя (МКП-110), достаточно часто используемого в оперативных переключениях батареи статических конденсаторов. Осциллограмма, представленная на рис. 16, а, получена при исправных шунтирующих сопротивлениях контактной системы фазы В выключателя в момент его включения. Напряжение UВ этой фазы при t<60 мс регистрируется через дополнительное сопротивление БПАС (рис. 13) и составляет 6 В (см. рис. 16, а). Оно рассчитывается по следующей формуле:
где Е – ЭДС источника напряжения постоянного тока (Е=12 В), Rдоп – сопротивление дополнительного резистора блока БПАС, Rш – шунтирующее сопротивление выключателя (см. рис. 13, 14).
После замыкания дугогасительных контактов (при t>60 мс) UВ=Е=12 В (рис. 16, а).
Осциллограмма, полученная для фазы С (рис. 16, б) показывает, что одно из шунтирующих сопротивлений из-за неправильной работы дугогасительных контактов одного плеча остается включенным в цепи фазы С выключателя. В результате регистрируемое напряжение UС при t>60 мс составляет 8 В (см. рис. 16, б), так как оно определяется по следующей формуле:
Таким образом, интродиагностика с применением цифрового осциллографа позволяет определять дефекты контактов и шунтирующих сопротивлений каждой отдельной фазы ВВ.
Цифровой осциллограф можно применять и для диагностики высоковольтного выключателя, коммутирующего батареи статических конденсаторов, предназначенных для поддержания напряжения на шинах подстанции. В этом случае цифровой осциллограф подключается к низковольтной обмотке измерительного трансформатора напряжения, и он позволяет определять технические параметры ВВ непосредственно в момент его включения (рис. 17).
Из осциллограмм, представленных на рис. 17, можно определить три важных технических параметра высоковольтного выключателя: длительность нахождения шунтирующих сопротивлений под рабочим током, время неодновременности включения фаз, а также шунтирующие сопротивления каждой из фаз.
В параграфе 4.4 рассмотрены проблемы диагностики разрядников 35…750 кВ. Указано, что важным методом диагностики вентильных разрядников является тепловизионный контроль, который позволяет под рабочим напряжением выявить в них всевозможные дефекты. Однако окончательную отбраковку оборудования производят после измерения сопротивления изоляции элемента разрядника, тока проводимости и измерения пробивного напряжения.
В параграфе 4.5 обсуждаются проблемы диагностики ОПН.
В параграфе 4.6 показано, что разработанный цифровой осциллограф с успехом можно применить в установке для измерения пробивного напряжения вентильных разрядников 35…500 кВ. Ее упрощенная функциональная электрическая схема приведена на рис. 18. В качестве примера на рис. 19 приведены осциллограммы,
полученные при определении пробивного напряжения uпр элементов вентильных разрядников типов (РВС-110, РВМК-500) с помощью разработанной установки.
В пятой главе «Приборы и устройства для исследования, диагностики и регенерации диэлектрических жидкостей» представлен оригинальный прибор для измерения температуры вспышки (параграф 5.1) горючих жидкостей, а также устрой-ство для определения концентраций растворенной влаги и водорода в ДЖ (параграф 5.5). В ней также изложены корректный способ отбора проб ТМ на хроматографический анализ с высоковольтных вводов 220…750 кВ и разработанное устройство для его осуществления (параграф 5.4).
В параграфе 5.2 методом спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света с применением бигармонической накачки на основе вынужденного комбинационного рассеяния света исследована эффективность выделения водорода из ДЖ в вакуум и в воздух при нормальном давлении под действием фокусированного ультразвука и после импульсного электрического пробоя.
Схема эксперимента, представленная в упрощенном виде, показана на рис. 20. Полученные результаты кинетики выделения водорода из трансфор-маторного масла в условиях вакуума представлены на рис. 21. Видно, что в вакууме (рис. 21, кривая 1) возможна самопроизвольная десорбция газа в течение некоторого времени. В этих же условиях действие ультразвука приводит к значительному ускорению процесса выделения газа (рис. 21, кривая 2).
В параграфе 5.6 представлены результаты исследований по проблеме очистки отработанного ТМ. Известно, что в неоднородном электростатическом поле при отсутствии свободных зарядов объемная плотность электрических пондеромоторных сил, действующих на жидкий диэлектрик, в системе СИ выражается следующим образом:
, (9)
где E – напряженность электрического поля, 
– абсолютная диэлектрическая проницаемость, 
– электрическая постоянная, 
– относительная диэлектрическая проницаемость, – плотность среды.
Для неполярных диэлектриков связь между и определяется известной формулой Клаузиуса-Мосотти:
,
где k – коэффициент, зависящий от поляризуемости молекул диэлектрика. Из этой формулы можно получить следующее соотношение:
.
C учетом последнего соотношения, выражение для объемной плотности пондеромоторных сил записывается следующим образом:
. (10)
Из формулы (10) видно, что в электростатическом поле на каждый элемент объема жидкого диэлектрика действует составляющая силы, зависящая от квадрата градиента напряженности электрического поля и направленная в область с наибольшей напряженностью электрического поля. Действительно при подаче высокого напряжения в жидкости, находящейся в металлическом сосуде (рис. 22), возникают вихревые потоки. Экспериментально установлено, что на начальном этапе осаждение углеродосодержащих частиц происходит на поверхности цилиндрического сосуда в зонах напротив витков винтовой спирали металлического электрода. При этом образующийся углеродный след на поверхности сосуда имеет вид спирали. Затем, с течением времени, вся внутренняя поверхность цилиндра покрывается слоем углеродного материала. Накопление углеродных частиц также происходит на витках металлического электрода, а влага, находящаяся в масле, выделяется на дне сосуда. Таким образом, происходит постепенное очищение ТМ от инородных частиц.
На рис. 23 представлены спектры оптического пропускания проб ТМ до очистки (кривая 1), после первичной очистки в течение 8 часов (кривая 2), после повторной очистки в течение 8 часов (кривая 3) и свежей пробы ТМ марки Т-1500 (ГОСТ 9832-80) (кривая 4). Примечательно, что для отработанного масла (кривая 1) в диапазоне длин волн от 400 нм до 800 нм коэффициент пропускания с увеличением длины волны монотонно возрастает, что является характерным свойством и для углеродосодержащих водных суспензий. Из рис. 23 наглядно видно, что процесс электроконвективной очистки приводит к существенному увеличению коэффициента пропускания трансформаторного масла в широком диапазоне длин волн. Специальные измерения, проведенные на длине волны 1064 нм, показали, что показатели экстинции проб масел, соответствующие кривым 1 и 3 отличаются в 8,6 раз. Однако необходимо отметить, что во всем диапазоне прозрачность свежего масла марки Т-1500 несколько превосходит прозрачность отработанного масла даже после двухступенчатой очистки.
После двухступенчатой очистки класс чистоты жидкости изменяется с 15 до 9, а пробивное напряжение возрастает более чем в 3 раза и составляет около 215 кВ/см. ТМ с таким значением вполне можно использовать в качестве диэлектрической жидкости в ВВ и устройствах РПН силовых трансформаторов класса напряжения 110…220 кВ. Примечательно, что в процессе турбулентной электроконвективной очистки также происходит значительное уменьшение концентрации растворенных газов в жидком диэлектрике. Для очистки одного литра ТМ расход электрической энергии составляет менее 0,01 кВтч, в то время как известные способы очистки ДЖ с применением центрифуги или цеолитовой установки требуют расход электроэнергии на один порядок выше.
В табл. 1 приведены основные показатели качества трансформаторного масла после первого и второго этапа очистки электроконвективным способом.
Таблица 1.
Основные показатели качества трансформаторного масла после
первого и второго этапа очистки
| Состояние масла | Uпр, (кВ/см) | Класс чис-тоты | tg, (%) при t=90 °C | Влаго-содер-жание, (г/т) | Концентрация газов, (%, объемных) | ||||
| CO2 | CH4 | C2H2 | C2H4 | C2H6 | |||||
| До очистки | 70 | 15 | 20.4 | 53 | 0.229 | 0.011 | 0.267 | 0.249 | 0.061 |
| После первого этапа очистки | 149 | 11 | 11.2 | 35 | - | - | - | - | - |
| После второго этапа очистки | 215 | 9 | 11 | 17 | 0.15 | 0.002 | 0.053 | 0.06 | 0.018 |
Заключение. Таким образом, основные результаты и выводы диссертационной работы можно сформулировать следующим образом:
1. Продемонстрирована возможность автоматизированного определения группы соединения, измерения омического сопротивления, полного сопротивления короткого замыкания, коэффициента трансформации, силы тока и потерь холостого хода при малом однофазном возбуждении обмоток силового трансформатора с помощью одного прибора, состоящего из специального коммутатора, трехканального источника напряжения постоянного тока и многоканального осциллографа, имеющего многофункциональное программное обеспечение. При этом достигается увеличение точности измерений полного сопротивления короткого замыкания, силы тока и потерь холостого хода обмоток при малом однофазном возбуждении за счет устранения влияния сопротивления соединительных проводов и автоматического приведения полученных результатов к частоте 50 Гц. По сравнению с существующими методами разработанная методика по измерению омического сопротивления постоянному току сокращает время измерений более чем в 6 раз.
2. Предложены, разработаны, реализованы, внедрены и запатентованы методы и устройства интродиагностики различных типов быстродействующих РПН, т.е. проводимые без вскрытия его бака и слива из него трансформаторного масла. Разработанные методы сокращают материальные затраты и время диагностики РПН более чем в 30 раз, исключают возможность загрязнения окружающей среды и диэлектрической жидкости в баке РПН, позволяют осуществлять эксперименты в зимних условиях, а также обеспечивают создание автоматизированной системы базы данных. Данные методы внедрены в производственных отделениях филиала ОАО «МРСК ВОЛГИ» – «Чувашэнерго», ОАО «ТГК-5», ООО «Инженерный центр», ОАО «Казаньоргсинтез», на Средне-Волжском ПМЭС филиала ОАО «ФСК ЕЭС».
3. Разработан и запатентован автоматизированный метод и устройство для осциллографирования круговой диаграммы РПН. По сравнению с существующими методами разработанная методика уменьшает время измерений более чем в 50 раз.
4. Предложены автоматизированные запатентованные методы и устройства для диагностики высоковольтных выключателей, включающие в себя измерение скоростных, ходовых характеристик, собственное время включения и отключения, разновременность работы контактной системы, состояние шунтирующих сопротивлений без вскрытия бака выключателя с помощью цифрового осциллографа. Разработанные автоматизированные методы позволяют осуществлять эксперименты в зимних условиях и ускорять процесс измерений более чем в 100 раз. Данные методы внедрены на предприятиях производственных отделений филиала ОАО «МРСК ВОЛГИ» – «Чувашэнерго», ОАО «ТГК-5», Новогорьковской ТЭЦ, ОАО «Казаньоргсинтез», ООО «Инженерный центр» (г. Чебоксары), на Средне-Волжском ПМЭС филиала ОАО "ФСК ЕЭС", ОАО «Энергосетьремонт».
5. На основании статистических исследований возникновения дефектов в выключателях серии ВМТ, проведенных с помощью тепловизионных приемников, создан метод выявления неисправностей в контактных соединениях выключателей. Разработанный метод диагностики внедрен на предприятиях производственных отделений филиала ОАО «МРСК ВОЛГИ» – «Чувашэнерго», ОАО «Энергосетьремонт», на Средне-Волжском ПМЭС филиала ОАО «ФСК ЕЭС».
6. Разработана и создана автоматизированная экспериментальная установка для измерения параметров разряда средств защиты от перенапряжения. Применение в ней оригинального помехозащищенного цифрового осциллографа и разработанного программного обеспечения позволило уменьшить погрешность измерения пробивного напряжения с 10 до 0,5 %.
7. На основании результатов многочисленных экспериментов по исследованию температурного поля внешней поверхности вентильных разрядников 15…750 кВ, находящихся под рабочим напряжением, установлено, что температурное отличие верхнего элемента разрядника фазы одного присоединения от соответствующих элементов соседних фаз менее 2 °С не является критерием неисправности. Эти результаты позволяют корректировать действующий нормативный документ по отбраковке вентильных разрядников при их диагностике.
8. Разработан датчик, позволяющий с высокой надежностью фиксировать температуру вспышки горючих жидкостей. На основе предложенного датчика разработан и создан автоматизированный прибор для измерения температуры вспышки трансформаторного масла. Прибор имеет следующие технические характеристики: пределы измерения температуры вспышки от 115 °С до 170 °С, точность измерения температуры ±1 °С, напряжение электропитания 220 В, максимальная мощность нагревательного устройства 600 Вт. Прибор внедрен в мелкосерийное производство, использован на более чем 100 промышленных предприятиях России, таких как, Ленинградская АЭС, Камчатская ТЭЦ-1, АО “Башкирэнерго” и т. д.
9. Предложен способ измерения концентрации водорода и влаги в трансформаторном масле, основанный на ультразвуковом перемешивании исследуемой пробы и диагностики исследуемой газовой смеси с применением селективного метода лазерной спектроскопии. На основании экспериментальных результатов исследования процесса диффузии водорода в трансформаторном масле предложен корректный способ отбора проб масла с высоковольтных герметичных вводов 220…750 кВ для хроматографического анализа без отключения силового трансформатора. Разработано устройство для отбора проб диэлектрической жидкости. Полученные технические решения внедрены в филиале ОАО «РусГидро» Чебоксарская ГЭС.
10. Экспериментально показано, что трансформаторное масло, содержащее большое количество взвешенных углеродных частиц, влаги и растворенных газов можно очистить турбулентной электроконвекцией, возникающей в жидком диэлектрике за счет пондеромоторных сил в неоднородном переменном электрическом поле. Разработана и изготовлена автоматизированная установка, позволяющая осуществлять очистку отработанного трансформаторного масла. Пробивное напряжение трансформаторного масла после двухступенчатой очистки с 70 кВ/см увеличивается до 215 кВ/см, а расход электрической энергии для очистки одного литра масла составляет менее 0,01 кВтч. Установка для очистки отработанного трансформаторного масла внедрена в ООО «Инженерный центр», г. Чебоксары.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Монография
1. Михеев, Г.М. Цифровая диагностика высоковольтного электрооборудования – М.: Издательский дом «Додэка ХХI». – 2008. – 304 с.
Патенты на изобретения
2. Пат. № 2290653 РФ, МПК G01R 31/333. Способ оценки в силовых трехфазных трансформаторах параметров процесса переключения контактов контактора быстродействующего регулятора под нагрузкой без его вскрытия и устройство для его осуществления / Ю.А. Федоров, Г.М. Михеев, В.М. Шевцов, С.Н. Баталыгин; заявитель и патентообладатель авторы; заявл. 20.12.2004; опубл. 27.12.2006. Бюл. № 36. – 12 с.
3. Пат. № 2330302 РФ, МПК G01R 31/327. Способ контроля характеристик высоковольтных выключателей и устройство для его осуществления / Ю.А. Федоров, Г.М. Михеев, В.М. Шевцов; заявитель и патентообладатель авторы, заявл. 12.12.2006; опубл. 27.07.2008. Бюл. № 21. – 16 с.
4. Пат. № 2006134816 РФ, МПК G01R 31/333. Способ и устройство для снятия временной диаграммы избирателя и контактора быстродействующего РПН / Г.М. Михеев, В.М. Шевцов, Т.Г. Михеева; заявитель и патентообладатель авторы, заявл. 02.10.06; опубл. 20.04.08. Бюл. № 2. – 5 с.
5. Пат. 2304345 РФ, МПК Н02Р 13/00. Способ снятия в силовых трансформаторах круговой диаграммы регулятора под нагрузкой и устройство его осуществления / Г.М. Михеев, Ю.А. Федоров, С.Н. Баталыгин; В.М. Шевцов заявитель авторы, патентообладатель ООО «Инженерный центр», заявл. 19.12.2005; опубл. 10.08.2007. Бюл. № 22. – 9 с.
6. Пат. № 2308728 РФ, МПК G01R 27/00. Способ диагностики силовых цепей высоковольтных выключателей с шунтирующими сопротивлениями и устройство для его осуществления / Г.М. Михеев, Ю.А. Федоров, С.Н. Баталыгин, В.М. Шевцов; заявитель и патентообладатель ООО «Инженерный центр», заявл. 06.03.2006; опубл. 20.10.2007. Бюл. № 29. – 14 с.
7. Пат. № 2314545 РФ, МПК G01R 31/02, G01R 31/333. Способ диагностики цепей токоограничивающих сопротивлений, установленных на симметричных плечах контактора быстродействующих РПН силовых трансформаторов / Г.М. Михеев, Т.Г. Михеева; заявитель и патентообладатель авторы, заявл. 28.08.2006. опубл. 10.01.2008. Бюл. № 1. – 6 с.
8. Пат. № 2316778 РФ, МПК G01R 31/00. Способ устранения влияния не одновременности переключения однофазных РПН силовых трехфазных автотрансформаторов на осциллографируемые токи контактов контакторов и устройство для его осуществления / Ю.А. Федоров, Г.М. Михеев, В.М. Шевцов, Т.Г. Михеева; заявитель и патентообладатели авторы, заявл. 31.07.2006; опубл. 10.02.2008. Бюл. № 4. – 7 с.
9. Пат. № 2321866 РФ, МПК G01R 31/02. Способ диагностики цепей дугогасительных контактов РПН типа РНТА / Г.М. Михеев, Т.Г. Михеева; заявитель и патентообладатель авторы, заявл. 10.07.2006. опубл. 10.04.2008. Бюл. № 10. – 6 с.
10. Пат. 1806359 СССР, МПК G01N 25/52. Устройство для определения температуры вспышки горючих жидкостей / Г.М. Михеев, В.И. Антонов; заявитель и патентообладатель авторы, заявл. 25.09.1990; опубл. 30.03.1993. Бюл. № 12. – 2 с.
11. Пат. 2156450 РФ, МПК G01N. Устройство для отбора пробы диэлектрической жидкости для хроматографического анализа / Г.М. Михеев, Генн. М. Михеев, Г.П. Некряченко, И.П. Готлиб, В.К. Филиппов; заявитель и патентообладатель ОАО «Чувашэнерго», заявл. 25.03.1998; опубл. 20.09.2000. Бюл. № 26. – 5 с.
12. Пат. № 2137119 РФ, МПК G01N 29/02. Устройство для определения растворенных в диэлектрических жидкостях водорода и влаги / Г.М. Михеев, Генн. М. Михеев, Г.П. Некряченко; заявитель и патентообладатель АО «Чувашэнерго»; заявл. 24.11.1997; опубл. 10.09.1999. Бюл № 25. – 7 с.
13. Пат. 2178885 РФ, МПК G01N 25/52. Устройство для определения температуры вспышки горючих жидкостей / Г.М. Михеев; заявитель и патентообладатель автор, заявл. 06.04.2000; опубл. 27.01.02. Бюл. № 3. – 4 с.
14. Пат. №2176786 РФ, МПК G01N 25/52. Устройство для определения температуры вспышки и тангенса угла диэлектрических потерь горючих жидкостей / Г.М. Михеев; заявитель и патентообладатель автор; заявл. 25.02.2000; опубл. 10.12.2001. Бюл. № 34. – 5 с.
15. Пат. № 2231800 РФ, МПК G01R 27/26. Устройство для определения параметров комплексного сопротивления / Г.М. Михеев, Генн. М. Михеев, В.В. Привалов, В.К. Филиппов; заявитель и патентообладатель ОАО «Чувашэнерго», заявл. 15.04.2002; опубл. 27.06.2004. Бюл. № 18. – 9 с.
16. Пат. 2279686 РФ, МПК G01R 31/06. Устройство для определения группы соединения обмоток трехфазного трансформатора / Г.М. Михеев, Ю.А. Федоров, В.М. Шевцов, С.Н. Баталыгин; заявитель и патентообладатель авторы; заявл. 05.11.2004; опубл. 10.07.2006. Бюл. № 19. – 6 с.
17. Пат. № 2281522. РФ, МПК G01R 31/02. Устройство для определения сопротивления короткого замыкания обмоток трехфазного трансформатора с выведенной на корпус нейтралью / Г.М. Михеев, Ю.А. Федоров, С.Н. Баталыгин, В.М. Шевцов; заявитель и патентообладатель авторы, заявл. 11.01.05; опубл. 10.08. 2006. Бюл. № 22. – 7 с.
18. Пат. № 2281523 РФ, МПК G01R 31/06. Устройство для измерения сопротивления постоянному току обмоток трехфазного силового трансформатора с выведенной нейтралью / Г.М. Михеев, Ю.А. Федоров, С.Н. Баталыгин, В.М. Шевцов; заявитель и патентообладатель авторы; заявл. 03.12.2004; опубл. 10.08.2006. Бюл. № 22. – 7 с.
19. Пат. № 2282862 РФ, МПК G01R 31/06. Устройство для измерения тока и потерь холостого хода силовых трансформаторов при малом напряжении /Г.М. Михеев, Ю.А. Федоров, С.Н. Баталыгин; заявитель и патентообладатель авторы; заявл. 21.02.05; опубл. 27.08.06. Бюл. № 24. – 7 с.
20. Пат. № 2284536 РФ, МПК G01R 29/20. Устройство для определения коэффициента трансформации трехфазных трансформаторов / Г.М. Михеев, Ю.А. Федоров; заявитель и патентообладатель авторы, заявл. 07.02.05; опубл. 27.09.2006. Бюл. № 27. – 9 с.
21. Пат. № 2280879 РФ, МПК G01R 31/24, G01R 19/25. Устройство для определения параметров разряда средств защиты от перенапряжения / Ю.А. Федоров, Г.М. Михеев, Генн. М. Михеев; заявитель и патентообладатель авторы, заявл. 15.09.2004; опубл. 27.07.2006. Бюл. № 21. – 6 с.
22. Пат. № 2310879 РФ, МПК G01R 31/333. Устройство для автоматизированного определения параметров высоковольтных выключателей / Г.М. Михеев, Ю.А. Федоров, С.Н. Баталыгин, В.М. Шевцов; заявитель и патентообладатель ООО «Инженерный центр», заявл. 15.02.2006.; опубл. 20.11.2007. Бюл. № 32. – 8 с.
23. Пат. № 2322305 РФ, МПК В03С 5/00. Устройство для очистки диэлектрической жидкости / Г.М. Михеев, В.А. Тарасов, Т.Г. Михеева; заявитель и патентообладатель авторы, заявл. 04.07.2006; опубл. 20.04.2008. Бюл. № 11. – 6 с.
Свидетельства об официальной регистрации программ
24. Свид. об офиц. рег. прогр. для ЭВМ № 2001610644. Оперативное хранение и эффективный поиск данных характеристик высоковольтного электрооборудования / Г.М. Михеев, Л.Н. Михеева; опубл. 31.05.2001.
25. Свид. об офиц. рег. прогр. для ЭВМ № 2002610293. Хроматографический контроль энергетического оборудования / Г.М. Михеев, Т.Г. Михеева; опубл. 28.02.2002.
26. Свид. об офиц. рег. прогр. для ЭВМ № 2006611405. Анализ осциллограмм работы переключающих устройств силовых трансформаторов / С.Н. Баталыгин, В.Е. Лукьянов, Г.М. Михеев, Ю.А. Федоров, В.М. Шевцов; опубл. 25.04.2006.
27. Свид. об офиц. рег. прогр. для ЭВМ 2006611406. Обучающая программа для ремонтного персонала службы подстанций по ремонту высоковольтных выключателей типов У-110, 220 кВ и МКП 110-220 кВ / Г.М. Михеев, С.А. Борданов, С.Н. Баталыгин; опубл. 25.04.2006.
Статьи
28. Михеев, Генн. М. Применение метода лазерной спектроскопии для анализа водорода, образующегося при электрическом пробое трансформаторного масла / Генн. М. Михеев, Г.М. Михеев // Электричество. – 1996. – № 7. – С. 33-36.
29. Михеев, Г.М. Автоматизированное устройство для определения температуры вспышки трансформаторного масла / Г.М. Михеев, И.П. Готлиб, П.А. Улисов // Электрические станции. – 1997. – № 7. – С. 55-58.
30. Михеев, Г.М. Тепловизионный контроль высоковольтного оборудования / Электрические станции. – 1997. – № 11. – С. 59-61.
31. Михеев, Генн М. Выделение водорода из диэлектрической жидкости под действием ультразвука / Генн. М. Михеев, Г.М. Михеев, Г.П. Некряченко, И.П. Готлиб // Письма в ЖТФ. – 1998. Том. 24. Вып.1. – С. 79-84.
32. Михеев, Г.М. Автоматизированный цифровой прибор для определения температуры вспышки диэлектрических жидкостей / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 1998. – № 11. Т. 64. – С. 43-45.
33. Михеев, Г.М. Об отборе проб масла из герметичных вводов 500…750 кВ / Г.М. Михеев, Генн. М. Михеев, В.К. Филиппов // Электрические станции. – 2001. – № 1. – С. 39-42.
34. Михеев, Г.М. Автоматизированный цифровой прибор для определения тангенса угла диэлектрических потерь трансформаторного масла / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2001. – № 4. – С. 38-41.
35. Михеев, Г.М. Устройство для определения содержания водорода и влаги в диэлектрических жидкостях / Г.М. Михеев, Генн. М. Михеев // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2001. – № 6, том 67. – С. 38-41.
36. Михеев, Генн. М. Лазерная диагностика ультразвуковой дегазации диэлектрической жидкости / Генн. М. Михеев, Г.М. Михеев, Е.Г. Фатеев, А.Ю. Попов // Журнал технической физики. – 2002. Том 72, вып. 10 – С. 73-78.
37. Михеев, Генн. М. Проявление столкновений при лазерной диагностике водорода в разреженных газовых смесях / Генн. М. Михеев, Г.М. Михеев, Т.Н. Могилева, Д.Г. Калюжный // Квантовая электроника. – 2002. – № 1. – С. 39-44.
38. Mikheev, Genn. M. Nonlinear optical diagnostics of hydrogen emission process from dielectric oil / Genn. M. Mikheev, G.M. Mikheev, A.N. Kulikov, S.F. Nikitin // Proceedings of SPIE. – 2002. – V. 4749. – P. 178-182.
39. Михеев, Г.М. Методика распознавания точки дефекта в контактных соединениях выключателя серии ВМТ на основе термографирования / Г.М. Михеев, С.Н. Баталыгин // Промышленная энергетика. – 2004. – № 10. – С. 22-26.
40. Михеев, Г.М. Цифровые методы измерения параметров и осциллографирования работоспособности контактных систем высоковольтного электрооборудования / Г.М. Михеев, С.Н. Баталыгин, Ю.А. Федоров, В.М. Шевцов // Вестник Чувашского университета. Естественные и технические науки. – 2005. – № 2. – С. 175-181.
41. Михеев, Г.М. Анализ дефектов высоковольтных вводов / Г.М. Михеев, С.Н. Баталыгин // Промышленная энергетика. – 2005. – № 3. – С. 9-14.
42. Михеев, Г.М. Устройство цифрового осциллографирования для диагностики состояния контактора быстродействующего РПН силового трансформатора / Г.М. Михеев, Ю.А. Федоров // Промышленная энергетика. – 2005. – № 8. – С. 5-7.
43. Михеев, Г.М. Методы и технические устройства контроля вентильных разрядников / Г.М. Михеев, Ю.А. Федоров, В.М. Шевцов, С.Н. Баталыгин // Электрические станции. – 2005. – № 9. – С. 37-41.
44. Михеев, Г.М. Цифровой измеритель активного сопротивления обмоток силовых трансформаторов с выведенной нейтралью / Г.М. Михеев, В.М. Шевцов, С.Н. Баталыгин, Ю.А. Федоров // Промышленная энергетика. – 2005. –№ 11. – С. 17-20.
45. Михеев, Г.М. Оперативная диагностика контактора быстродействующего регулятора силового трансформатора / Г.М. Михеев, Ю.А. Федоров, Генн. М. Михеев // Электротехника. – 2005. – № 12. – С. 41-46.
46. Тарасов, В.А. Влияние элетрофоретических процессов на распределение примесей в жидких диэлектриках высоковольтных аппаратов / В.А. Тарасов, Г.М. Михеев, С.Н. Баталыгин / Вестник Чувашского университета. Естественные и технические науки – 2006. – № 2. – С. 285-292.
47. Михеев, Г.М. Об измерении активного сопротивления обмоток силовых трансформаторов / Г.М. Михеев, С.Н. Баталыгин, Т.Г. Михеева // Электрические станции. – 2006. – № 3. – С. 70-73.
48. Михеев, Г.М. Диагностика состояния контактных систем РПН силовых трансформаторов путем цифрового осциллографирования / Г.М. Михеев, В.М. Шевцов, С.Н. Баталыгин, Ю.А. Федоров // Промышленная энергетика. – 2006. – № 3. – С. 20-22.
49. Михеев, Г.М. Диагностика устройств регулирования напряжения силовых трехфазных трансформаторов / Г.М. Михеев, Ю.А. Федоров, В.М. Шевцов, С.Н. Баталыгин // Электрические станции. – 2006. – № 4. – С. 54-61.
50. Михеев, Г.М. Об эксплуатации РПН типа РНОА / Электрические станции. – 2006. – № 9. – С. 74-76.
51. Михеев, Г.М. Образование углеродосодержащих отложений на элементах конструкций РПН силовых трансформаторов за счет электроконвекции / Г.М. Михеев, В.А. Тарасов, С.Н. Баталыгин // Электротехника. – 2007. – № 1. – С. 27-34.
52. Михеев, Г.М. Цифровой метод контроля круговой диаграммы РПН силовых трансформаторов / Г.М. Михеев, В.М. Шевцов, Ю.А. Федоров, С.Н. Баталыгин // Электротехника. – 2007. – № 1. – С. 11-17.
53. Михеев, Г.М. Цифровое осциллографирование для оперативного контроля состояния высоковольтного выключателя / Г.М. Михеев, В.М. Шевцов, Ю.А. Федоров, С.Н. Баталыгин // Промышленная энергетика. – 2007.– № 2.– С. 18-22.
54. Михеев, Г.М. Методика цифрового осциллографирования процесса переключения РПН типа РНОА-110/1000 / Г.М. Михеев, В.М. Шевцов, Ю.А. Федоров, С.Н. Баталыгин // Промышленная энергетика. – 2007. – № 3. – С. 8-11.
55. Михеев, Г.М. Экспресс-диагностика высоковольтных выключателей на основе анализа цифрограмм / Г.М. Михеев, Ю.А. Федоров, В.М. Шевцов // Электрические станции. – 2007. – № 4. – С. 60-65.
56. Михеев, Г.М. Ускоренная диагностика высоковольтных выключателей / Г.М. Михеев, Ю.А. Федоров, В.М. Шевцов, С.Н. Баталыгин // Электротехника. – 2007. – № 12. – С. 23-32.
57. Михеев, Г.М. Электроконвективная очистка жидкого диэлектрика / Г.М. Михеев, Генн. М. Михеев, В.А. Тарасов, Т.Г. Михеева // Письма в ЖТФ. – 2008. Том. 34. Вып. 9. – С. 79-84.
Подписано в печать 20 ноября 2008 г. Формат 6084/16
Бумага «Xerox». Печать офсетная усл. печ. л. 2,0
Тираж 100 экз.
РИО ИПМ УрО РАН
426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34.
