Удосконалювання діагностики високовольтної ізоляції конденсаторного типу на основі врахування просторово розподілених ємнісних струмів

Апаратна частина пристрою здійснює аналого-цифрове перетворення сигналів вторинної напруги вимірювального трансформатору напруги і напруги (див. рис. 1) по кожній фазі об'єкту контролю. За допомогою високошвидкісного таймера визначається значення тривалості періоду промислової частоти Т. Кількість вимірів миттєвих значень сигналів за період прийнята рівною N=40, тобто крок дискретизації складає Т_Д=500 мкс. Після закінчення циклу аналого-цифрового перетворення проводиться передача вихідних кодів АЦП, відповідних аналоговим сигналам в поточних каналах, в ЕОМ.

При наладці пристрою контролю ІКТ (перший контроль), програмно обчислюються і запам'ятовуються електричні параметри, що використовуються для контролю: струм витоку через ІКТ об'єкту контролю за відсутності дефекту (індекс фази не вказаний) , частота мережі і робоча фазна напруга . Зокрема, модуль струму витоку через ІКТ складає:

. (5)

Рис. 3 Функціональна схема пристрою

Значення струму обчислюється на підставі визначення коефіцієнтів А₁ і В₁ кінцевого ряду Фур'є по всіх N значеннях вимірів; струм розраховується за допомогою імітаційної моделі для поточних схеми і режиму електроустановки. Фазовий зсув між першою гармонікою струму і робочою фазною напругою об'єкту контролю обчислюється по ознаці зміни знаку слідуючих одне за одним миттєвих значень сигналів і і початковій фазі першої гармоніки. Робоча фазна напруга визначається в результаті відновлення функції по сукупності її миттєвих значень і використання формули трапецій чисельного інтегрування.

При кожному контролі проводиться обчислення величин , та по тому ж алгоритму, що і при першому контролі.

Контролюється зміна модуля повної провідності ІКТ як:

, (6)

яка запам'ятовується і зіставляється з граничним значенням.

Програмно реалізується також нерівноважно-компенсаційний метод контролю з урахуванням струмів впливаючих електроустановок як:

, (7)

де та - значення струмів через ізоляцію об'єкту контролю фаз В та С, приведені до робочої напруги фази А; та - результати симетрування струмів та при першому контролі; а - оператор повороту.

Обчислюється по коефіцієнтах А₃ і В₃ кінцевого ряду Фур'є амплітуда третьої гармоніки струму в колі заземлення вимірювальної обкладинки ІКТ (індикаторний параметр).

Висновки

У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача розробки методу безперервного контролю електричних параметрів ІКТ обладнання ЕЕС, що забезпечує підвищення достовірності контролю за рахунок врахування впливу електричного поля, створеного робочою напругою електроустановки, і пристрою для реалізації методу на основі використання сучасної елементної бази.

1. Аналіз ємнісних зв'язків вимірювального елементу схеми контролю ІКТ з елементами РУ дозволив розробити математичні моделі відповідних електростатичних систем, утворених сукупністю провідників в напівпросторі і в необмеженому горизонтальному шарові.

2. Рішення задачі розрахунку струму впливу в колі вимірювального елементу схеми контролю ІКТ за вихідними даними конструкції обладнання, його розташування відносно інших елементів РУ та робочої напруги базується на вказаному вище математичному моделюванні і методі комплексних величин. Це рішення одержано вперше у вигляді алгоритму розрахунку струму впливу, реалізованого в програмі “ICComp”, і використано як для досліджень необхідності врахування струму впливу з метою підвищення достовірності контролю ІКТ об'єктів різної номінальної напруги, так і в якості базового алгоритму для реалізації імітаційної моделі впливаючих електроустановок при контролі під робочою напругою. Достовірність розрахунку струму впливу по розробленому алгоритму оцінена на підставі зіставлення результатів розрахунку і натурних вимірювань на діючих електроустановках 330 кВ; найбільша розбіжність результатів не перевищує 18%, а власне розраховані значення знаходяться в діапазоні значень, одержаних іншими авторами.

3. Дослідження необхідності врахування струму впливу з метою підвищення достовірності контролю ІКТ, виконані з використанням програми “ICComp”, показали, що пооб'єктний контроль під робочою напругою ізоляції вимірювальних ТС 330 кВ може проводитися без урахування струму впливу; для ТС 750 кВ достовірність цього контролю ізоляції залежить від врахування зміни струму впливу. В першому випадку одержана зміна контрольованого струму, обумовлена зміною струму впливу при переході від нормальної схемі до ремонтної, що складає 0,46%, тобто менше значення, відповідного ознаці дефекту, що розвивається, а в другому - вказана зміна склала відповідно 0,77% при переході від нормальної схемі до ремонтної і 1,05% - при порушенні симетрії напруги трифазної системи, тобто відповідає значенням, характерним для дефекту, що розвивається, в ІКТ. Зміна схеми електроустановки, наприклад, перехід від нормальної до ремонтної, викликає зміну струму небаланса, обумовленого струмами впливаючих електроустановок, при контролі ізоляції ТС 330 і 750 кВ пристроями, що реалізують нерівноважно-компенсаційний метод; це встановлено на підставі досвіду експлуатації існуючих рішень пристроїв контролю. Дослідженнями з використанням програми “ICComp” встановлено, що зміни струму небаланса при цьому досягають значень, відповідних ознакам дефекту, що розвивається, в ІКТ: 1,09% контрольованого струму для ТС 750 кВ і 0,58% - для ТС 330 кВ. Достовірність контролю вказаним вище методом підвищується при врахуванні зміни струму впливу.

4. Аналогічні дослідження для умов пооб'єктного контролю під робочою напругою ізоляції ВВ 330 кВ трифазного силового АТ показали, що достовірність контролю підвищується при врахуванні струму впливу. Зокрема, використання імітаційної моделі дозволяє уточнити контрольований струм для ВВ фаз АТ в припущенні незмінності робочої напруги від 3,8% до 11,3%.

5. Розроблено метод безперервного пооб'єктного контролю електричних параметрів ІКТ в маслонаповненому високовольтному обладнанні, згідно з яким перевіряється зміна модуля комплексної провідності ізоляції. В методі контролю вперше застосована імітаційна модель впливаючих електроустановок, базовим алгоритмом якої є розроблений алгоритм розрахунку струму впливу; імітаційна модель відтворює вплив електричного поля, утвореного робочою напругою електроустановки, на результати вимірювань електричних параметрів ізоляції для поточної схеми і режиму електроустановки. Математичні моделі електростатичних систем, утворених сукупністю провідників в напівпросторі і в необмеженому горизонтальному шарові, застосовані при реалізації вказаного методу контролю вперше.

6. Вдосконалено нерівноважно-компенсаційний метод контролю ізоляції, що базується на вимірюванні струму небалансу попередньо симетрованої суми трифазної системи струмів через ізоляцію трьох об'єктів однієї напруги. Від існуючого він відрізняється відтворенням впливу електричного поля елементів РУ за допомогою імітаційної моделі.

7. Розроблено пристрій контролю ІКТ, що реалізує як вказаний вище метод безперервного пооб'єктного контролю, так і вдосконалений нерівноважно-компенсаційний метод. Пристрій реалізований на сучасній елементній базі, тобто як елемент АСК ТП ПС, та має апаратну і програмну частини. Запропоновані принципова схема апаратної частини пристрою, а також алгоритм реалізації на ЕОМ вказаних вище методів контролю.

8. Виконана оцінка метрологічних характеристик розробленого пристрою, який використано для контролю ізоляції ВВ 330 кВ трифазного силового АТ. Максимальне значення модуля повної погрішності, що виникає при безперервному контролі електричних параметрів ІКТ, дорівнює 4,3%. Реєстрація дефекту, що розвивається, в ізоляції при цьому принципово можлива, оскільки набуте значення погрішності практично цілком визначається погрішністю відтворення на імітаційній моделі впливаючих електроустановок, яка буде присутня у всіх випадках як постійна складова при контролі, однаково впливаючи на результат вимірювання. Кількісна оцінка ступеня підвищення достовірності контролю, виконана стосовно контролю ізоляції ВВ 330 кВ трифазного силового АТ розробленим методом, відповідає ступеню мінімізації систематичної погрішності при контролі, тобто її зниженню в 6,3 рази.

9. Дослідний зразок розробленого пристрою контролю впроваджено на ПС “Артема - 330 кВ” Північної ЕЕС НЕК “Укренерго” для діагностики ІКТ ВВ 330 і 110 кВ трифазного силового АТ. Рекомендується розширене впровадження вказаних пристроїв в ОЕС України, у тому числі, замість виведених з роботи систем контролю ТС 330 і 750 кВ. Приклад такого розширеного впровадження - використання розробленого пристрою для діагностики стану ізоляції ВВ 110 кВ блокового трансформатора 1Т Харківської ТЕЦ-5.

10. Одержане в дисертаційній роботі рішення задачі розрахунку струму впливу у вигляді алгоритму розрахунку використано в навчальному процесі на кафедрі передачі електричної енергії НТУ “ХПІ”.

Перелік опублікованих праць за темою дисертації

1. Бондаренко В.Е., Минченко А.А. Анализ методов непрерывного контроля диэлектрических характеристик изоляции при рабочем напряжении на объекте // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. Харьков: ХГПУ. 1998. Вып. 11. С. 55-57.

Здобувачу належить постановка задачі визначення струмів впливу з метою підвищення чутливості контролю ІКТ ВВ і ТС.

2. Бондаренко В.Е., Минченко Андр. Анат. Анализ емкостных связей в системе “измерительная обкладка изоляции трансформатора тока элементы распределительного устройства” и их моделирование при построении алгоритма определения тока влияний // Вісник Харківського державного політехнічного університету. Харків: ХДПУ. 1999. Вип. 37. С. 82-86.

Здобувачем запропоновані моделі елементів РУ для алгоритмізації розрахунку струму впливу в колі вимірювального елементу схеми контролю.

3. Минченко Андр. Анат., Бондаренко В.Е. Алгоритм расчета тока влияний в цепи измерительной обкладки изоляции контролируемого объекта // Вісник Харківського державного політехнічного університету. Харків: ХДПУ. 1999. Вип. 47. С. 107-111.

Здобувачем запропоновано уточнений алгоритм розрахунку струму впливу в колі заземлення вимірювальної обкладинки ізоляції об'єкта контролю та використання методу наведеного потенціалу для визначення потенціальних коефіцієнтів моделей елементів РУ.

4. Минченко А.А. Емкостные связи в системе “измерительные обкладки изоляции вводов 330 кВ обмотки трехфазного силового автотрансформатора” и их моделирование при расчете тока влияния // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. Харьков: ХГПУ. 2000. Вып. 78. Сер. НРСТ. С. 70-72.

5. Минченко Андр. Анат., Бондаренко В.Е., Борискин В.Ф. Алгоритм расчета тока влияния в цепи измерительной обкладки изоляции ввода 330 кВ трехфазного силового автотрансформатора от его обмоток // Вісник Харківського державного політехнічного університету. Харків: ХДПУ. 2000. Вип. 102. С. 86-89.

Здобувачем запропоновано алгоритм розрахунку струму впливу в колі заземлення вимірювальної обкладинки ізоляції ВВ 330 кВ трьохфазного силового АТ від його обмоток та розрахункові вирази відповідних потенціальних коефіцієнтів.

6. Минченко Андр. Анат., Бондаренко В.Е. Учет влияния электрического поля на измерения параметров изоляции вводов 330 кВ трехфазного силового автотрансформатора под рабочим напряжением // Вісник Харківського державного політехнічного університету. Харків: ХДПУ. 2000. Вип. 112. С. 101-106.

Здобувачем запропоновано алгоритм розрахунку струму впливу по двох складових: від обмоток та від ошиновки та сусідніх вводів.

7. Мінченко Анд. Анат., Бондаренко В.О. Спосіб контролю діелектричних характеристик внутрішньої ізоляції конденсаторного типу вводів силових трансформаторів і вимірювальних трансформаторів струму під робочою напругою // Збірник наук. праць Донецького національного технічного університету. Серія: “Електротехніка і енергетика”. Донецьк: Дон НТУ. 2002. С. 66-69.

Здобувач запропонував метод пооб'єктного контролю ІКТ, удосконалений метод контролю трьох об'єктів однієї напруги, по яким відтворюється вплив електроустановок, та реалізацію елемента АСК ТП ПС.

8. Полянчиков О.І., Бондаренко В.О., Мінченко А.А. Спосіб контролю діелектричних характеристик внутрішньої ізоляції конденсаторного типу вводів силових трансформаторів і вимірювальних трансформаторів струму під робочою напругою та елемент АСУ ТП підстанції для його реалізації // Новини енергетики. К., 2002. №8. С. 55-56.

Здобувач запропонував функціональну схему дослідного зразка елемента АСК ТП ПС для контролю ізоляції ВВ 330 кВ АТ.

9. Минченко Андр. Анат. Необходимость учета тока влияния при непрерывном контроле изоляции конденсаторного типа измерительных трансформаторов тока и вводов трехфазных силовых трансформаторов // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. Харків: НТУ “ХПІ”. 2003. Вип. 21. С. 115-123.

10. Бондаренко В.О., Мінченко А.А. Спосіб контролю діелектричних характеристик внутрішньої ізоляції конденсаторного типу вводів силових трансформаторів і вимірювальних трансформаторів струму під робочою напругою // Патент України №47975 А. Бюл. №7. 2002.

Здобувачу належить ідея при контролі ізоляції розраховувати струм впливу та віднімати його миттєві значення із результатів виміру миттєвих значень струму в колі заземлення виводу від вимірювальної обкладинки, узгоджуючи їх в часі.

11. Бондаренко В.Е., Минченко А.А. Совершенствование устройств контроля изоляции трансформаторов тока и вводов силовых трансформаторов под рабочим напряжением // Тез. докл. 15-й Российской НТК “Неразрушающий контроль и диагностика”. Том 1. М.: РОНКТД. 1999. С. 30.

Здобувачу належить постановка задачі створення пристрою безперервного контролю, що налагоджується адаптивно до зміни струму впливу.

12. Бондаренко В.Е., Минченко Андр. Анат. Совершенствование устройств контроля изоляции трансформаторов тока и вводов силовых трансформаторов под рабочим напряжением / Зб. наук. праць ХДПУ: “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я”. Харків: ХДПУ. 1999. Вип. 7 у 4-х част., частина третя. С. 182-184.

Здобувачу належить формулювання принципу побудови алгоритму розрахунку струму впливу.

13. Минченко Андр. Анат., Бондаренко В.Е., Минченко А.А. Способ контроля изоляции вводов силовых трансформаторов и измерительных трансформаторов тока под рабочим напряжением и элемент АСУ ТП подстанции для его реализации // Тези доповідей ІІ Міжнародної наук.-техн. конф. “Керування режимами роботи об'єктів електричних систем 2002”. Донецьк. 2002. С. 63-64.

Здобувач запропонував реалізацію методу як елемента АСК ТП ПС.

14. Мінченко Андр. Анат., Мінченко А.А. Метод і пристрій безперервного контролю електричних параметрів внутрішньої ізоляції конденсаторного типу в маслонаповненому високовольтному устаткуванні // Материалы Третьей Промышленной конференции с международным участием и выставки “Эффективность реализации научного ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях”. К.: УИЦ “Наука. Техника. Технология” 2003. С. 62.

Здобувач запропонував використання імітаційної моделі для врахування впливу електричного поля робочої напруги РУ.

Анотація

Мінченко А.А. Удосконалювання діагностики високовольтної ізоляції конденсаторного типу на основі врахування просторово розподілених ємнісних струмів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.13 - техніка сильних електричних та магнітних полів. Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2005.

Дисертація присвячена розробці методу безперервного контролю електричних параметрів внутрішньої ізоляції конденсаторного типу (ІКТ) в маслонаповненому енергетичному обладнанні високої напруги, який забезпечує підвищення достовірності контролю за рахунок врахування впливу електричного поля елементів розподільної установки, і пристрою для реалізації методу. Розв'язана задача розрахунку струму впливу в колі вимірювального елементу схеми контролю ІКТ. Встановлено, що достовірність пооб'єктного контролю ізоляції залежить від врахування зміни струму впливу для трансформаторів струму 750 кВ та вводів 330 кВ трифазних силових автотрансформаторів. Розроблено метод пооб'єктного безперервного контролю та удосконалено нерівноважно-компенсаційний метод контролю електричних параметрів ІКТ під робочою напругою з відтворенням впливу електричного поля елементів розподільної установки за допомогою імітаційної моделі, в якій використаний алгоритм розрахунку струму впливу. Розроблено пристрій контролю ІКТ, який реалізує пооб'єктний та нерівноважно-компенсаційний методи. Запропоновано апаратну та програмну частини пристрою.

Ключові слова: сильне електричне поле, вплив електричного поля, ізоляція конденсаторного типу, струм впливу, методи контролю, пристрій контролю.

Аннотация

Минченко А.А. Совершенствование диагностики высоковольтной изоляции конденсаторного типа на основе учета пространственно распределенных емкостных токов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.13 - техника сильных электрических и магнитных полей. Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, Харьков, 2005.

Диссертация посвящена разработке метода непрерывного контроля электрических параметров внутренней изоляции конденсаторного типа (ИКТ) в маслонаполненном энергетическом оборудовании высокого напряжения, который обеспечивает повышение достоверности контроля за счет учета влияния электрического поля элементов распределительного устройства, и устройства для реализации метода. Решена задача расчета тока влияния в цепи измерительного элемента схемы контроля ИКТ. Установлено, что достоверность пообъектного контроля изоляции зависит от учета изменения тока влияния для трансформаторов тока 750 кВ и вводов 330 кВ трехфазных силовых автотрансформаторов. Разработан метод пообъектного непрерывного контроля и усовершенствован неравновесно-компенсационный метод контроля электрических параметров ИКТ под рабочим напряжением с воспроизведением влияния электрического поля элементов распределительного устройства с помощью имитационной модели, в которой использован алгоритм расчета тока влияния. Разработано устройство контроля ИКТ, которое реализует пообъектный и неравновесно-компенсационный методы. Предложены аппаратная и программная части устройства.

Ключевые слова: сильное электрическое поле, влияние электрического поля, изоляция конденсаторного типа, ток влияния, методы контроля, устройство контроля.

Annotation

Minchenko A.A. Perfection of diagnostic of the high-voltage electrical insulation of condenser type based on taking into account capacity currents placed in space. - Manuscript.

The thesis is presented for Ph.D. degree receiving in the speciality 05.09.13 - high electric and magnetic fields technique. National Technical University “Kharkov Polytechnic Institute”, Kharkov, 2005.

The method of testing dielectric characteristics of internal condenser type insulation of current transformers and power transformer bushings under operating conditions that provides the increase in the trustworthiness of testing is suggested. Besides, control automation is provided.

Internal electrical insulation of condenser type in high-voltage equipment in electrical system objects under operation conditions testing may be considered as a dielectric medium between a potential electrode (a bushing current rod, current transformer winding) and a measuring plate. They, in their turn, form a system of many components, or conductors, together with the elements of high-voltage equipment of a outdoor switchgear. A diagnostic feature of the condition of the insulation mentioned of the equipment under testing (i.e. bushing and current transformers) is represented by complex conductivity changes. Checking changes in complex conductivity of insulation as related to time is supposed to be accomplished by measuring current in the circuit of grounding the output electrode of the measuring plate of the insulation of the equipment tested. However, this current is a sum of a current leaking through the insulation and an effect current. This leakage current is a diagnostic parameter. The effect current flows from windings, buses, neighbouring equipment as a result of electric field influence of electrical facility elements. It represents the full current flowing through reciprocal partial capacities in the many-component system. To calculate the effect current it is necessary to analyze capacity links, firstly, in the system comprised of the measuring plate of current transformer insulation and outdoor switchgear elements and, secondly, in the system comprised of measuring plates of bushing insulation and three-phase power transformer windings. It helps in creating mathematical models. These models are used in producing an algorithm for calculating the effect current. Knowing this effect current makes it possible to develop a method of measuring a current leaking through the insulation of the equipment tested taken into account the module and phase of the effect current received by the calculation. The systems of linear algebraic equations of relations between charges and potentials in electrostatic systems are composed of the matrixes formed. Then the effects current is calculated as the full current via its components flowing through reciprocal partial capacities. The ratio of the module of the leakage current increment of the equipment tested to the leakage current through its insulation with no defects is compared with the current normalized. The systematic inaccuracy due to the effect current is taken into account while testing. The calculation of the effect current is carried out for insulation without defects and at each testing. Testing equipment internal insulation under operating conditions is accomplished as a subsystem of the process control system. While adjusting the subsystem the correction of mathematical models of electrostatic systems is made through changing their model characteristics. The corrected mathematical models of electrostatic systems are further used as simulation models permitting to take into account the external electric field at each testing. The subsystem of such testing is put into practice at the 330 kV substation.

Key words: high electric field, external electric field influence, internal electrical insulation of condenser type, effect current, internal insulation testing equipment.

Размещено на Allbest.ru