CC BY
79
УДК 536.24.083
МЕТОД ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ СИЛОВЫХ МАСЛОНАПОЛНЕННЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПОСТОЯННОЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАГРУЗКЕ
В.И. Солдатов, И.В. Зайчиков, И.В. Лавров
Описан метод прогнозирования теплового состояния силовых маслонаполненных трансформаторов при постоянной нагрузке по двум тепловизионным обследованиям. На примере двух трансформаторов были рассмотрены возможности метода и обозначены условия применяемости с оценкой точности прогнозируемых величин.
Ключевые слова: силовой трансформатор, тепловизионный контроль, прогнозирование теплового состояния.
При оценке общего технического состояния силового трансформатора применяются различные методы неразрушающего контроля, позволяющие диагностировать состояния объекта без вывода его из эксплуатации. Одним из таких методов является тепловизионный контроль (далее ТК). Согласно [1], ТК является вспомогательным методом контроля электрооборудования, но и по его результатам силовой трансформатор может быть, как выведен незамедлительно из работы, так и ограничен по режиму эксплуатации, исключая предельные (аварийные) состояния.
Основным регистрируемым параметром ТК маслонаполненных силовых трансформаторов с естественным масляным охлаждением без принудительной циркуляции воздуха (тип М) и с принудительной циркуляцией воздуха (тип Д) является максимальная температура поверхности бака, которая практически соответствует максимальной температуре трансформаторного масла в верхних слоях. Предельное допустимое значение максимальной температуры масла определено в [2] п.5.3.12 и составляет Тв тах = 95 °С. Так же для силовых трансформаторов с системами охлаждения типа М и Д характерно равномерное распределение температуры по высоте бака. Величина перепада температуры по высоте исправного трансформатора может достигать АТ^ тах= 35 °С ([3], раздел 3, подраздел «Силовые трансформаторы»). Значение перепада температуры не является строгим условием отбраковки трансформаторов (в отличии от Тв тах), и зависит от температуры окружающей среды, эффективности
системы охлаждения и рассеиваемой мощности.
Метод прогнозирования теплового состояния силового трансформатора при постоянной нагрузке возможность быстро оценить максимальную температуру на поверхности бака при изменении температуры возду-
ха, и превысит ли она максимальное допустимое значение Тв тах. Исходными данными являются значения температур верхней и нижней поверхностей бака трансформатора на одном вертикальном участке, полученных тепловизионным методом. Достаточно иметь две пары значений Тв и Т н, измеренных при различных температурах окружающей среды и
одинаковой нагрузке трансформатора. Погодные условия для тепловизи-онных обследований следует выбирать схожими по облачности (отсутствия солнца), влажности (отсутствие дождя или тумана), наличию ветра и по возможности максимально различными значениями температуры воздуха. Следует отметить, что тепловизионные обследования трансформатора с системой охлаждения Д необходимо проводить либо с отключенным дутьем в обоих случаях, либо при включенном. Общие рекомендации о порядке проведения ТК хорошо обозначены в [4].
На примере двух трансформаторов покажем прогнозирование максимальной температуры поверхности бака в условиях летнего периода эксплуатации с сохранением нагрузки. На момент проведения ТК нагрузка трансформаторов составляла 20 % от номинального значения. На рис.1 показаны фотографии трансформаторов типа ТДТГ-20000/110.
а) б)
Рис.1. Общие виды трансформаторов ТДТГ-20000/110, сторона низшего напряжения (НН) : а) диспетчерский номер Т1; б) диспетчерский номер Т2. Прямоугольными областями отмечены места ТК
На рис. 2 и 3 представлены результаты тепловизионных обследований трансформаторов Т1 и Т2, проводившиеся при разной температуре окружающей среды. Термограммы получены тепловизором Fluke Ti20, чувствительность прибора 0,1 °С.
Рис. 2. Термограммы верхней и нижней поверхности бака трансформатора Т1
Рис. 3. Термограммы верхней и нижней поверхности бака трансформатора Т2
По двум парам значений Тв и Тн, измеренных при различных температурах воздуха и одинаковой нагрузке трансформатора были построены линейные зависимости температуры поверхности бака от температуры окружающей среды (см. рис. 4).
Рис. 4. Линейные зависимости температуры поверхности бака от температуры окружающей среды: а) для трансформатора Т1; б) для
трансформатора Т2
Изменения температуры верхней Тв (прямая а, рис. 4а) и нижней Тн (прямая Ь, рис. 4а) поверхности бака для трансформатора Т1 описываются:
Т в = к1 'Т окр + Ь1 = 1.265 ■Т окр + 38.42
(1)
в _ 'Ч окр 1 ^1 _ А * окр Тн = к2 'Токр + Ь2 = !-465 ■ Токр + 6.92 где к и Ь - коэффициенты уравнения прямой (2).
Т - Т 2
к = Т 1 -Т ’ Ь = Т1 - к' Токр1. (2)
Т окр1 Т окр2
Аналогично, для трансформатора Т2(прямая а и Ь, рис. 4б):
Тв = к1 ' Токр + Ь1 = !.°3 ' Токр + 34,04
Тн - к2 ' Токр + Ь2 -1.31' Токр + 7.78
(3)
Зависимость перепада температуры по высоте бака трансформатора от температуры воздуха определяется по формуле:
ДТк - (к1 - к2) ' ^окр + (Ь1 - Ь2) . (4)
Пунктирная линия п на рис. 4соответствует температуре поверхности равной температуре окружающей среды (угол наклона 45°).
Средняя температура поверхности трансформатора (штриховая ли-
ния с) согласно линейным зависимостям изменения температуры верхней и нижней поверхности бака (рис. 4), определяется как:
Т _ kl +k2 Т + b1 + b2 (5)
Т ср_ 2 окр ^ 2 ' ^ '
Из уравнений (1) и (3) следует, что при средней максимальной летней температуре Токрз= 35 °С максимальные температуры поверхностей
баков трансформаторов Т1 и Т2 будут составлять 82,7 °С и 70,1 °С соответственно (точки Т вз, рис. 4), а перепады температур по высоте - 24,5 °С и 19,6 °С. Отметим, что эти значения ожидаемых температур будут соответствовать работе трансформаторов при нагрузке 20 % от номинальной мощности с отключенной системой принудительного обдува в схожих погодных условиях проведенных обследований.
Погрешность полученных ожидаемых значений можно оценить, зная абсолютные погрешности тепловизора Атеп и ртутного термометра
А тер:
А1 _ Атеп + 2АТеп • Токр3 ~Т°кр1 +2ААтер . (6)
токр1 токр2 2А тер
Погрешность измерения абсолютных температур тепловизора Fluke Ti20 составляет 2°С, а бытового уличного ртутного термометра - 1 °С. Тогда погрешность полученных значений Т вз составит 7,3 °С. Из (6) также следует, для того чтобы снизить погрешность А1 необходимо не только повышать точность измерительных приборов, но и: 1) выбирать условия проведения ТК с большей разницей температур окружающей среды, 2) температура воздуха при одном из обследований должна быть как можно ближе к температуре воздуха, при которой будет выполняться прогноз.
Анализируя линейные зависимости, характеризующие тепловые режимы двух конструктивно одинаковых трансформаторов, видно, что с ростом температуры окружающей среды значения перепадов температур по высоте баков уменьшаются, а максимальные температуры поверхности баков не превышают предельное допустимое значение Тв max . Таким образом, дальнейшая эксплуатация трансформаторов с сохранением текущей нагрузки возможна. Но если сравнивать тепловые режимы относительно друг друга, то видно, что трансформатор Т1 нагрет сильнее (угол наклона прямых a, b, с больше, рис. 4), т.е. потери в активной части трансформатора Т1 больше, чем у Т2, а максимальная температура поверхности бака T1 близка к пороговому значению. Значительная разница тепловых режимов может стать основанием для количественной оценки потерь активной части трансформатора с выводом в капитальный ремонт и основанием ограничить нагрузочную способность трансформатора.
Заключение. На примере двух силовых трансформаторов были
рассмотрены возможности метода прогнозирования теплового состояния при постоянной нагрузке и обозначены условия применяемости с оценкой точности прогнозируемых величин. Метод может также применяться для трансформаторов с системами охлаждения Ц и ДЦ, в которых используется принудительная циркуляция масла с помощью насосов. У таких трансформаторов распределение температуры по высоте бака отсутствует, и прогноз следует выполнять по средней температуре бака.
Список литературы
1. РД 34.45-51.300-97 “Объемы и нормы испытаний электрооборудования”.
2. РД 34.20.501-95 “Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей”
3. РД 153-34.0-20.363-99 “Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ”.
4. РД 13-04-2006 “Методические рекомендации о порядке проведения теплового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах”.
Солдатов Владимир Иванович, соискатель кафедры газовой динамики, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Зайчиков Игорь Вячеславович, канд. техн. наук, доцент, zigorwma.mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Лавров Игорь Владимирович, генеральный директор
ООО «ИАЦ ПРОМЭКСПЕРТ», _prom_exp@,mail.ru, Россия, Тула.
METHOD OF PREDICTION OF THE THERMAL STATE OF THE OIL-FILLED POWER TRANSFORMERS, DEPENDING ON THE AMBIENT TEMPERATURE A T CONSTANT OPERA TING LOAD
V.I. Soldatov, I. V. Zaychikov, I. V. Lavrov
A method for predicting the thermal state of oil-filled power transformers at a constant load on the two thermal imaging surveys. On the example of the two transformers have been considered the method and conditions of applicability are marked with an estimate of the accuracy of predicted values.
Key words: power transformer, thermal control, prediction of the thermal state.
Soldatov Vladimir Ivanovich, competitor of the department gas dynamics, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Zaychikov Igor Vyachislavovich, candidate of technical science, docent, zi-gorwm@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Lavrov Igor Vladimirovich, general director of "EAC PROMEXPERT", prom_exp@,mail. ru, Russia, Tula.
УДК 536.24.083
РАСШИРЕНИЕ МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ СИЛОВЫХ МАСЛОНАПОЛНЕННЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ПОВЫШЕНИЯ НАГРУЗКИ
В.И. Солдатов, И.В. Зайчиков, И.В. Лавров
Описано развитие метода прогнозирования теплового состояния силовых маслонаполненных трансформаторов в предельных режимах эксплуатации по двум тепловизионным обследованиям с целью определения предельной допустимой нагрузки. Дана оценка точности прогнозируемых величин.
Ключевые слова: силовой трансформатор, тепловизионный контроль, прогнозирование теплового состояния, система охлаждения, рассеиваемая мощность, режим эксплуатации.
В статье [1] на примере двух силовых трансформаторов были рассмотрены возможности метода прогнозирования теплового состояния при постоянной нагрузке по двум тепловизионным обследованиям, а так же обозначены условия применяемости с оценкой точности прогнозируемых величин. Были сделаны выводы о повышенных потерях активной части трансформатора Т1 и необходимости ограничить его нагрузочную способность, если повышение нагрузки ожидается в дальнейшем. Используя данные тепловизионных обследований, результаты прогнозирования температурных показателей двух трансформаторов при сохранении нагрузки и введенные обозначения, покажем дальнейшее развитие метода прогнозирования теплового состояния трансформатора в предельных режимах эксплуатации с целью определения предельной допустимой нагрузки.
Под предельными режимами эксплуатации здесь понимается работа трансформатора в условиях высокой температуры окружающего воздуха в летний период Токрз= 35 °С и увеличении нагрузки до максимально допустимого значения.
Рассмотрим тепловое состояние при изменении нагрузки трансформатора. Чтобы оценить, как измениться максимальный нагрев с увеличением нагрузки, рассмотрим установившийся тепловой режим трансформатора, при котором средняя температура поверхности бака остается постоянной. Процесс изменения температуры трансформатора сильно инер-
165
