WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Средний ток частичных разрядов определяется по выражению:

k IЧР = (4) qi tИ i=где tИ – время измерения ЧР, с, qi – кажущийся заряд i-го импульса ЧР.

Мощность частичных разрядов определяется по формуле:

k PЧР = ui (5) q tИ i=1 i где ui –мгновенное напряжение на объекте.

С целью выявления зависимости характеристик частичных разрядов от срока службы изоляции предложено моделирование длительной эксплуатации образцов эпоксидной изоляции методом ускоренного термического старения с измерением ЧР на каждом этапе старения.

Метод ускоренного старения основан на правиле Монтзингера, согласно которому при увеличении допустимой номинальной температуры Т0 на некоторую величину Т при нормальных условиях срок службы изоляции сокращается вдвое:

Т0 -Т Т LТ = А0 2 (6) где LТ – срок службы при температуре изоляции Т, А0 – номинальный срок службы изоляции при температуре Т0, соответствующей классу нагревостойкости изоляционного материала.

Таким образом, измерение характеристик частичных разрядов на различных этапах старения изоляции, позволит обосновать диагностический параметр ЧР, позволяющий прогнозировать остаточный ресурс оборудования.

Третья глава посвящена разработке программного обеспечения для измерения и анализа частичных разрядов в элементах электротехнических комплексов.

Основной задачей при измерении частичных разрядов является достоверное выделение из общего сигнала импульсов ЧР.

Разработанное программное обеспечение обеспечивает выполнение таких функций, как загрузка массива данных измерений, селекцию сигналов частичных разрядов от сигналов помех на основе вейвлет-анализа; измерение кажущегося заряда; расчет характеристик частичных разрядов: мощности и среднего тока; представление данных о ЧР в виде амплитудно-фазовых диаграмм; построение амплитудно-частотных (АЧХ) и амплитудно-фазовых (АФХ) характеристик. Амплитудно-частотная характеристика представляет собой распределение количества импульсов ЧР N по их значениям кажущихся зарядов. Амплитудно-фазовая характеристика выражает зависимость максимальной величины кажущегося заряда от фазы напряжения.

Успешное решение задачи селекции сигналов частичных разрядов по форме импульса ЧР с использованием вейвлет-анализа связано с выбором базисной функции (t), наиболее полно описывающей форму импульса ЧР.

Исходя из полученных данных формы импульса ЧР (рисунок 4), для успешного анализа сигнала ЧР к базисной функции вейвлетпреобразования (ВП) установлены такие требования, как компактность, ограниченная продолжительность и асимметрия.

Необходимым условием для осуществления восстановления сигнала с помощью ВП является ортонормальность базиса.

На основании анализа различных вейвлетов, сделан вывод, что для селекции сигналов ЧР оптимальными являются вейвлеты Добеши.

а) б) Рисунок 5 – Форма вейвлетов Добеши а) – вейвлет второй степени (db2), б) – восьмой степени (db8) Предлагаемый метод селекции сигнала ЧР от помех заключается в следующем. Непрерывное вейвлет-преобразование (НВП) исходного сигнала f(t)L2(R) определяется известным выражением:

1 t - f (s,) f (s,) (7) CWT =W = f (t) * dt, s, R, s s s где s – оператор масштаба («сжатия» базисной функции), – оператор сдвига по времени, под символом «*» понимается комплексное сопряжение.

Величина W f (s, ) представляет собой степень подобия между исследуемым участком сигнала f(t) и масштабированными и сдвинутыми вейвлетами. Масштабирование, как математическая операция, расширяет или сжимает сигнал. Вейвлет-функция каждого масштаба s умножается с сигналом и интегрируется на всем временном интервале. Если вейвлет совпадает с сигналом ЧР, т.е. в сигнале присутствуют спектральные компоненты, соответствующие текущему значению масштаба, то произведение вейвлета с сигналом на интервале, где данная компонента присутствует, даст относительно большое значение. В противном случае произведение будет иметь малое значение или равно 0. На основе ненулевых значений Wf(s,), то есть значений базисных параметров s и, производится реконструкция исходного сигнала ЧР обратным вейвлет–преобразованием сигнала f(t) согласно выражению:

11 t dds f (t) = W f (s, ), (8) c s s2 s где c – константа допустимости.

Для подтверждения эффективности разработанного программного обеспечения с селекцией сигналов ЧР методом вейлетпреобразований проведено моделирование очистки сигнала в среде «Matlab». Для этого в программу загружались смоделированные сигналы ЧР (рисунок 4) различной амплитуды, вводились сигналы помех произвольной величины, затем производилась очистка сигнала.

Результаты работы программы представлены на рис. 6.

Фрагмент исходного сигнала №Фрагмент исходного сигнала №Фрагмент исходного сигнала №1 после очистки Фрагмент исходного сигнала №2 после очистки Рисунок 6 – Результаты компьютерного моделирования селекции сигналов частичных разрядов методом вейлет-анализа Результаты работы разработанной программы, представленные на рисунке 6, показывают эффективность применяемой селекции сигналов ЧР с помощью вейвлет-преобразований. Количество смоделированных импульсов ЧР как в исходном сигнале, так и в сигнале после вейлет-преобразований, совпадают. Мощность частичных разрядов PЧР в исходном сигнале составляла 25 мВт, а в очищенном – 28 мВт, то есть относительная погрешность селекции сигналов ЧР на основе вейвлет-анализа составила 12%.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований частичных разрядов в образцах изоляции электротехнического оборудования.

Для получения зависимости характеристик частичных разрядов от срока службы изоляции проводилось моделирование старения пяти образцов эпоксидной изоляции, согласно методике ускоренного термического старения. После каждого цикла старения, соответствующего ресурсу в 2000 часов, проводилась регистрация ЧР.

Типичная форма регистрируемых импульсов ЧР представлена на рисунке 7.

U, мВ теоретический импульс ЧР экспериментальный импульс ЧР 0 50 100 150 200 250 300 350 --t, нс -Рисунок 7. Осциллограмма единичного импульса ЧР Как видно из рисунка, форма реального импульса ЧР соответствует форме смоделированного импульса. Среднеквадратичная погрешность между импульсами ЧР, полученными теоретически и экспериментально, составила 15,8%. Таким образом, результаты компьютерного моделирования селекции теоретических импульсов ЧР можно считать справедливыми и для экспериментальных импульсов. Суммарная погрешность селекции экспериментальных импульсов частичных разрядов не превышает 26%.

На рисунках 8 и 9 представлены амплитудно-фазовые характеристики (АФХ) измеренного сигнала до и после очистки от помех разработанным программным обеспечением.

QЧР, нКл, град Рисунок 8 – Амплитудно-фазовая характеристика исходного сигнала QЧР, нКл, град Рисунок 9 – Амплитудно-фазовая характеристика сигнала после очистки от помех разработанным программным обеспечением Как видно из полученных диаграмм, селекция помех на основе вейвлет-анализа производится успешно. Подтверждением этому является то, удаляются сигналы в фазовых областях спада напряжения, а частичные разряды, как известно, возникают в зонах повышения напряжения.

Для обобщения полученных статистических данных и выявления общих закономерностей изменения интенсивности частичных разрядов во времени, получена усредненная характеристика мощности ЧР, где каждому моменту времени соответствует среднее арифметическое значение мощности всех пяти образцов испытуемой изоляции. Данная характеристика представлена на рисунке 10.

Pчр, мВт 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000 время эксплуатации, час Рисунок 10 – Усредненная характеристика интенсивности ЧР Таким образом, мощность частичных разрядов является диагностическим параметров, позволяющим выделить следующие этапы старения изоляции:

- первый этап эксплуатации твердой изоляции, на котором может наблюдаться улучшение ее характеристик, составляет 2000-4000 часов;

- основной период эксплуатации изоляции, на котором характеристики изоляции практически не ухудшаются, составляет примерно 14000-18000 часов, то есть граница данного интервала соответствует сроку службы в 18000-20000 часов;

- период старения изоляции, характеризующийся устойчивым ростом интенсивности ЧР. Длительность данного периода находится в пределах 12000-16000 часов, скорость возрастания интенсивности ЧР составляет 2–мВт/1000 часов;

- предпробойная стадия старения изоляции. При этом наблюдается резкое увеличение интенсивности ЧР после момента эксплуатации, соответствующего 28000-30000 часов. Роста интенсивности ЧР на данном этапе достигает 10-15 мВт/1000 часов.

На рисунке 11 представлена зависимость от срока службы традиционного параметра частичных разрядов – максимального кажущегося заряда.

7,Qчр, нКл 6,5,4,3,2,1,0,0 2000 4000 6000 8000 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 время эксплуатации, час Рисунок 11 – Усредненная характеристика изменения максимального кажущегося заряда частичных разрядов во времени Как видно из представленного графика, изменение величины кажущегося заряда ЧР в целом имеет такую же тенденцию, как и изменение мощности ЧР, но не позволяет прогнозировать предпробойную стадию изоляции. Анализ зависимостей QЧР для отдельных образцов показал, что по данной характеристике ЧР не всегда можно сделать правильный вывод о текущей стадии старения изоляции. Так, например, для одного из образцов величина QЧР на интервалах 18000-20000 часов и 22000-26000 часов не изменялась. Тем самым подтверждается опыт других исследователей, указывающих на недостаточность традиционного метода оценки состояния изоляции по величине максимального кажущегося заряда.

При диагностике по частичным разрядам трехфазных объектов может использоваться другой диагностический параметр частичных разрядов – средняя мощность PСР, отличающийся тем, что для расчета его величины вместо мгновенного значения напряжения в выражении (5) принимается его действующее значение, то есть напряжение, одинаковое для импульсов ЧР всех трех фаз. На рисунке 12 приведено сравнение двух параметров интенсивности частичных разрядов – РЧР и PСР.

P, мВт Pчр Pср 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000 время эксплуатации, час Рисунок 12 – Сравнение различных характеристик мощности ЧР Анализ данных зависимостей показывает, что характер изменения параметров РЧР и PСР идентичен, различие в абсолютных значениях находится в пределах от 7 до 25% и в среднем составляет 15,7%.

Следовательно, в качестве диагностического параметра частичных разрядов можно использовать обе характеристики мощности ЧР.

Таким образом, результаты проведенных экспериментальных исследований показывают, что мощность частичных разрядов является эффективным диагностическим параметром, позволяющим оценивать стадии старения изоляции элементов электротехнических комплексов.

В приложениях приведены: исходный текст разработанного программного обеспечения, экспериментальные зависимости среднего тока частичных разрядов и максимального кажущегося заряда от срока эксплуатации изоляции различных образцов изоляции.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 1. На основании анализа современных методов регистрации частичных разрядов показано, что предпочтительным методом диагностики изоляции трансформаторов является индукционный метод регистрации частичных разрядов.

2. Проведен анализ современных методов селекции сигналов частичных разрядов в изоляции электротехнического оборудования, на основании которого предложен и обоснован метод селекции сигналов частичных разрядов по форме импульса на основе вейлет-анализа.

3. Разработано программное обеспечение, обеспечивающее селекцию сигналов частичных разрядов на основе вейлет-анализа, измерение и расчет комплекса характеристик частичных разрядов в твердой изоляции.

Проведено компьютерное моделирование, подтверждающее эффективность разработанного программного обеспечения. Погрешность селекции смоделированных импульсов частичных разрядов не превышает 12%.

4. Проведены экспериментальные исследования, подтверждающие эффективность выбранного метода селекции сигналов частичных разрядов по форме импульса на основе вейвлет анализа. Среднеквадратичная погрешность между импульсами частичных разрядов, полученными теоретически и экспериментально, составила 15,8%.

5. Установлены закономерности изменения характеристик ЧР в зависимости от стадии старения эксплуатации. Показано, метод диагностики изоляции электротехнического оборудования по частичным разрядам с использованием комплекса характеристик частичных разрядов позволяет оценить тип дефектов твердой изоляции, отслеживать их развитие и прогнозировать остаточный ресурс изоляции электрооборудования.

6. Предложен подход к оценке стадии старения изоляции электротехнического оборудования по скорости роста интенсивности частичных разрядов. Показано, что мощность частичных разрядов как мера интенсивности является диагностическим признаком, позволяющим оценивать стадию старения изоляции элементов электротехнических комплексов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В рецензируемом журнале из списка ВАК:

1. Методы селекции сигналов частичных разрядов в изоляции силовых трансформаторов / Д.В. Максудов, Е.М. Федосов // Вестник УГАТУ. 2009. Т.12 №2(31). С. 138-143.

В других изданиях:

2. Методы диагностики состояния изоляции по характеристикам частичных разрядов / Е.М. Федосов // Электромеханика, электротехнические комплексы и системы: Межвуз. научный сб. – Уфа:

УГАТУ, 2008.– С.203-207.

3. Селекция сигналов частичных разрядов методом вейвлетпреобразований / Е.М. Федосов // Мавлютовские чтения: Всероссийская молодежная научная конференция. Том 2. – Уфа: УГАТУ, 2008. – С. 17.

4. Применение вейвлет-преобразований для анализа сигналов частичных разрядов / Е.М. Федосов, Д.В. Максудов // Молодежь и современные информационные технологии: VII Всероссийская научнопрактическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых:

Сб. трудов. Часть 1. – Томск: Изд-во СПБ Графикс, 2009. – С. 211-212.

5. Оценка состояния литой эпоксидной изоляции силовых трансформаторов по характеристикам частичных разрядов / Федосов Е.М., Пашали Д.Ю., Гарифуллин И.И. // Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий: II Всероссийская научно-техническая конференция: Сб. научных трудов. Том 2. – Уфа:

УГНТУ, 2009. – С. 65-67.

6. Методы диагностики изоляции сухих трансформаторов с обработкой данных на компьютере / Гарифуллин И.И., Федосов Е.М.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»