ВЫСОГОРЕЦ Светлана Петровна. Разработка Новых Методов и алгоритма Оценки качества эксплуатационных масел силовых трансформаторов напряжением 35 – 110 кв


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
На

правах рукописи






ВЫСОГОРЕЦ

Светлана Петровна





РАЗРАБОТКА НОВЫХ
МЕТОД
ОВ

И АЛГОРИТМА
ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
ЭКСПЛУАТАЦИО
Н
НЫХ МАСЕЛ

СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
НАПРЯЖЕНИЕМ 35


110 КВ.




Специальность
05.
14
.
1
2


Техника высоких напряжений



АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук









Санкт
-
Петербург

-

201
2


2




Работа выполнена в
федеральном г
осударственном
бюджетном

образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Санкт


Петербургск
ом

государственн
ом

политехническ
ом

университет
е
»


ГБОУ ВПО «СПбГПУ»)


Научный руководитель
-


кандидат технических наук,

профессор

Васильев Анатолий Петрович

О
фициальные оппоненты
-

доктор
технических наук,

профессор

Андреев Александр Михайлович


кандидат технических наук, доцент

Скорняков

Владимир

Анатольевич



Ведущая организация

Институт социально
-
экономических и энергетических
проблем Севера Коми научного центра Уральского
отделения
Российской академии наук



Защита состоится «
14
»
марта

201
3
г
.

в


1
2


часов

на

заседании

диссертационного

совета

Д
212.229.11

при
ФГБОУ ВПО «Санкт
-
Петербургск
ом

государственн
ом

политехническ
ом

университет
е
»

по адресу
: 195251,

г.Санкт
-
Петербург,
ул.Политехническая, д.29,
п
е
р
в
ы
й

у
ч
е
б
н
ы
й

к
о
р
п
у
с
, ауд. 3
1
2
.


С

диссертацией

можно

ознакомиться

в

фундаментальной

библиотеке

ФГБОУ ВПО
«Санкт
-
Петербургск
ого

государственн
ого

политехническ
ого

университет
а
».


Автореферат разослан «___»

февраля
201
3
г.



Ученый

секретарь

диссертационного совета
Д 212.229.11

кандидат технических наук,
доцент




Максим Георгиевич
Попов


3




ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность проблемы.


Наиболее важным и дорогостоящим оборудованием
электрических сетей являются силовые трансформаторы.
В

России
в настоящее время
больше половины эксплуатируемого парка силовых трансформаторов работают с
превышением назначенного ресурса.
Общий износ основных фондов ОАО «МРСК Северо
-
Запада» составляет
по состоянию на 2011 год
63,7

%. Анализ причин отказов показывает,
что
их
значительное количество обусловлено эксплуатацией оборудования со сроком
службы более 2
5

лет.

Из и
сследовани
й

ряда авт
оров

следует
, что в среднем около 40%
отказов вызв
аны развивающимися дефектами
, которые могли быть устранены на ранней
стадии развития.
В силовых трансформаторах 35


110

кВ из дефектов износового
характера часто встречается
увлажнение изоляции и загрязнен
ие
примесями
,

образующимися при старении

масла
.

В

данных условиях работы возрастает роль
,

как
технической диагностики энергетического оборудования, так и проведени
я

превентивных
мер при осуществлении техническо
го обслуживания
.


Группа залитых электроизоляц
ионных масел в силовые трансформаторы
напряжением 35


110

кВ (масла со сниженной противоокислительной стабильностью)
имеет
менее жесткие

требования к качеству, по сравнению с требованиями,
п
редъявляемыми к качеству масел силовых

трансформатор
ов

напряжением 220

кВ и более.
Поэтому проблема оценки качества эксплуатационных масел, как систем
ы

мер
обеспечивающих надежность
и долговечность
силов
ых трансформаторов
,

наиболее
актуальн
а

для транс
форматоров напряжением 35


110

кВ.


Значительное ухудшение

качества эксплуатационных масел, неизбежно ведет к
электрическому и механическому износу целлюлозной изоляции, восстановить которую
практически
невозможно
, вместе с тем можно
снизить скорость старения

изоляционных
материалов
.
Своевременное проведение меро
приятий по поддержанию стабильных
характеристик изоляции путем постоянного удаления продуктов старения из
эксплуатационного масла и своевременного восстановления его ресурса является
превентивной

мерой позволяющей обеспечить требуемый уровень надежности
ма
слонаполненных трансформаторов
.

Для своевременного приняти
я

мер, направленных на
повышение надежности и долговечности силовых трансформаторов
,

необходим научный
анализ и поиск решений.

4




Отмеченные обстоятельства
определя
ю
т
актуальность темы,

как в теоретическ
их
,
так и в практическ
их

аспектах
,

и востребованность ее результатов в деятельности
предприятий осуществляющих эксплуатацию силовых трансформаторов.

В диссертации развиты критерии оценки ресурса жидкой изоляции, так как
общепризнанно, что

остаточный

ресурс твердой изоляции тесно связан с остаточным
ресурсом трансформаторного масла
, в конечном итоге влияющий на надежность
оборудования
. Большой вклад в изучение
проблем обеспечения надежности в
электроэнергетике внесли

член
-
корр. РАН, профе
ссор А.Ф.

Дьяков, д.т.н., профессор, чл.
корр. РАН Н.И.

Воропай, д.т.н., профессор М.Ш.

Мисриханов
,
д.т.н., профессор

С.И.

Кривошеев, зав.НИС, к.т.н. А.Е.

Монастырский, д.т.н, профессор Ю.Я.

Чукреев
,
д.т.н.,
профессор А.М.

Андреев,

д.т.н., профессор
М.А.

Короткевич.

Целью работы
является разработка новых методов и алгоритма оценки качества
эксплуатационных масел, как системы мер обеспечивающих надежность и долговечность
силовых транс
форматоров напряжением 35


110

кВ. Достижение поставленной цели
связывает
ся в данной диссертационной работе с
решением следующих задач
:

1.

Проведение обобщения результатов исследовательских работ по изучению
химической структуры трансформаторных масел, теоретических основ окислительных
процессов протекающих в них. Анализ факторов

влияющих на процессы старения масел.
Определение оптимальных периодов воздействия на процессы окисления масел,
позволяющих продлить срок эксплуатации, как масел, так и силовых трансформаторов.

2.

Проведение оценки достаточности перечня регламентированных при

текущей
эксплуатации показателей качества масел силовых трансформаторов напряжением 35


110

кВ с точки зрения обеспечения надежности оборудования в условиях эффективного
управления активами. Поиск методов позволяющих оценивать качество эксплуатационных
т
рансформаторных масел на перспективу.

3.

Разработка концептуальной математической модели направленной на
исследование возможности на основе измеренных значений
регламентированных

показателей качества масел прогнозировать снижение ресурса масел. Разработка и
п
роведение научного эксперимента.

4.

Разработка новых методов и алгоритма оценки качества эксплуатационных масел
силовых трансформаторов напряжением 35


110

кВ.

5




5.

Проведение научного анализа существующего подхода к организации контроля
качества эксплуатационных

масел
силовых трансформаторов напряжением 35


110

кВ,
как процесса обеспечивающего надежность энергосистем, определение проблем и
формирование предложений по его доработке.

Объектом исследования
является процесс изменения качества изоляционных масел
при

эксплуатации маслонаполненных силовых транс
форматоров напряжением 35


110
кВ
без специальных защит масла.

Предметом исследования
является
корреляция

ряда
показателей качества эксплуатационных масел от степени его старения
с последующей
оценкой на ее осно
ве эффективности существующего подход при организации контроля
силовых трансформаторов напряжением 35


110

кВ.

Методы исследования.
В ходе исследований использованы системный анализ,
теория вероятностей, теория надежности, теория принятия решений, методы

математической статистики, корреляционный и регрессионный анализ
, непараметрические
методы статистики
. При организации лабораторных экспериментов использованы
стандартизированные методики измерения показателей качества трансформаторных масел.

Научная нови
зна
работы

состоит в следующем:

1.

В
первые установлены правила классификации трансформаторов на группы по
противоокислительной стабильности, позволяющие прогнозировать снижение ресурса
масел на основе измеренных показателей качества. В основу правил заложена

разработанная модель, представленная одноуровневым бинарным деревом.


2.

На основе созданной математической моде
ли впервые разработан «Алгоритм

подбора системы мер, направленных на поддержание удовлетворительного качества
эксплуатационных масел». Посредством

вышеуказанного алгоритма определяются
оптимальные сроки проведения работ и

набор

мероприятий, необходимых для
поддержания качества эксплуатационных масел в удовлетворительном состоянии.

3.

Впервые, в качестве способа тестовой оценки ресурса эксплуатационных
масел
трансформаторов, предложена методика измерения противоокислительной стабильности,
стандартизированная в ГОСТ 981
-
75.

4.

В
первые разработан «Метод определения объема материалов, номенклатуры и
порядка проведения работ по восстановлению ресурса эксплуатац
ионных
трансформаторных масел»
.


Практическая значимость
работы

заключается:

6




1.

В установлении наиболее рац
ионального способа

восстановления
эксплуатационных свойств трансформаторных масел, дающ
его

максимальный технико
-
экономический эффект, а именно: проведение работ по восстановлению утраченного
ресурса масел непосредственно на работающем оборудовании. Предложенные методы и
алгоритм

позволяют выбрать оптимальный момент проведения
профилактических

р
абот,
определить объем материалов, номенклатуру и порядок проведения работ для достижения
максимального эффекта с минимальными затратами.
П
редложенный способ организации
технической эксплуатации силовых транс
форматоров
позволяет увеличить срок службы
масел
, соответственно сократить их расход, а также
продлить

межремонтный период
работы

силовых трансформаторов.

2.

В повышении надежности
и долговечности
трансформаторов. Поддерживая при
эксплуатации трансформаторов оптимальное качество залитых изоляционных масел,

предотвращая образование продуктов глубокого окисления при стар
ении масел,
тем самым
повышае
тся

надежность и
продлевае
тся

ресурс трансформаторов: посредством
уменьшения гидролитической деструкции целлюлозной изоляции предотвращае
тся

снижение ее механическ
ой прочности.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1.

Обоснование целесообразности введения н
ов
ого

показател
я

качества
эксплуатационных масел


«стабильность против окисления»
,
позволяющ
его

пров
одить

тест
овую

оценку ресурса

масел.

2.

Новый «Алгоритм подбора системы мер, направленных на поддержание
удовлетворительного качества эксплуатационных масел»
разработанный на

основе
созданной

однофакторн
ой

математическ
ой

модел
и.


3.

Новый «Метод определения объема материалов, номенклатуры и порядка

проведения работ по восстановлению ресурса эксплуатационных трансформаторных
масел», основанный на организации специального лабораторного эксперимента.

4.

Новые лабораторные методики обработки трансформаторных масел и
адсорбентов.

5.

Новые требования к качеству

эксплуатационных масел и объему плановых
периодических измерений силовых трансформаторов напряжением 35


110

кВ, как к
мерам, обеспечивающим поддержание стабильных характеристик изоляции
трансформаторов.

7




Степень достоверности результатов проведенных иссл
едований
: Достоверность
результатов обеспечивается использованием обширного статистического материала по
отказам трансформаторов; воспроизводимостью результатов экспериментов; применением
современного программного комплекса для расчетов. Результаты работы
находятся в
согласии с известными теоретическими положениями.

Апробация результатов работы.
Основные положения диссертации докладывались
на:
Научно
-
техническом совете
(далее НТС)
ОАО «МРСК Северо
-
Запада»
(г.Санкт
-
Петербург, 2007
)
;
НТС

ОАО «МРСК Се
веро
-
Зап
ада» (г.Сыктывкар, 2009
);
81
-
м
Международном научном семинаре им. Ю.Н.Руденко «Методические вопросы
исследования надежности больших систем энергетики» (г.Санкт
-
Петербург, 2009
); 34
-
м
заседании
Международно
го

научно
-
практическ
ого семинара

«
Методы и средства

оценки
состояния энергетического оборудования
» ФГАОУ ДПО «ПЭИ
ПК» (г.Санкт
-
Петербург,
2010
)
; 83
-
м
Международном научном семинаре им. Ю.Н.Руденко «Методические вопросы
исследования надежности больших систем энергетики» (г.
Кинешма
, 20
11)
;
НТС

ОАО
«МРСК С
евер
о
-
Запада» (г.Псков, 2012
);
Научно
-
техническом совете ОАО «МРСК Северо
-
Запада»

«Комиэнерго»

(г.Сыктывкар, 20
12

год);
Заседании кафедры «Электроэнергетика,
техника высоких напряжений» ФГБОУ ВПО «СПбГ
ПУ» (г.Санкт
-
Петербург, 2012
)
.

Реализация результатов работ
ы.
Результаты
исследования используются в

ОАО
«МРСК Северо
-
Запада». Разработанные методы включены в стандарт организации ОАО
«МРСК Северо
-
Запада» «
Диагностика маслонаполненного оборудования по результатам
испытаний трансформаторного масла»
, о
сновные положе
ния разработанных методов и
методик вошли в «
Инструкци
ю

по проведению экспериментальных работ при оценке
восприимчивости трансформаторного масла к воздействию антиокислительной присадки
(ионол)
». Разработанные методы и алгоритм в феврале 2012 года рассмотр
ены на
НТС

ОАО «МРСК Северо
-
Запада» одобрены, признаны актуальными и рекомендованы к
внедрению в филиалах ОАО «МРСК Северо
-
Запада».

Публикации.
По теме диссертации опубликовано
5

печатных работ
,

из них
1

в
издании рекомендованных ВАК
.

Структура диссертационной работы.
Диссертационная работа состоит из
введения
, четырех глав, общих выводов, списка литературы из
10
0

наименовани
й
,
1
7

приложений
,

включает 1
4
6

страниц машинописного текста,
19

рисунков,
14

таблиц.


8




КРАТКОЕ
СОДЕРЖА
НИЕ РАБОТЫ


Во введении
обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены
объект, предмет, цель, задачи и методы исследования, раскрыты научная новизна и
практическая ценность результатов исследования, сформулированы основные положения,
выносимые на защи
ту.

В первой главе

приведен

обзор научно
-
исслед
овательских работ по

изучени
ю

химической структуры трансформаторных масел, кинетической закономерности
окислительных процессов протекающих в нем.

Установлено, что

наиболее эффективны
м

период
ом

воздействия на о
кислительный
процесс масла с целью его предотвращения
является
время завершения индукционного
периода

окисления

(периода, в течение которого отсутствуют видимые изменения качества
масла)
, с
оответственно
,

наиболее эффективными являются
мероприятия
,
направле
нные

на
его
продление.
Вместе

с этим
,

установлено, что существующие пороговые значения ряда
регламентированных показателей качества масла ориентиров
аны на глубокие стадии
старения
, в период которых проведение работ по восстановлению ресурса
масла
на
работающем оборудовании неэффективно
.

С
ущественным недостатк
ам

контрол
я

в текущей эксплуатации
силовых
трансформаторов
является

отсутств
и
е

каки
х
-
либо метод
ов
прогноза
качеств
а
эксплуатационных
масел
.

Решить данную проблему позволяет измерение
стабильност
и

против окисления
трансформаторного масла
,

стандартизирован
н
о
е

ГОСТ 981
-
75
.
Однако,
измерение стабильности
,

является сложным, трудоемким лабораторн
ым

анализ
ом,
поэтому
оправдано определить маркеры, с помощью которых можно выявлять объекты,
требующие анализ
а по предложенному методу
.
С эт
ой целью была выдвинута
гипотеза

о
существовании корреляции показателей качества и стабильности масла
.

Во второй главе

для эмпирической проверки

и доказательства

выдвинутого
предположения разработана концептуальная математическая модель, определена ее
структура и параметры. И
сходя из предмета исследования
,

определена

выборка силовых
трансформаторов из
все
й

генеральной совокупности, подлежащая
анализу
, а также
объе
м
проводимых измерений, подобраны методики измерений, условия процесса окисления
эксплуатационного масла и пороговые значения.

9




На модели

представленной графически (рисунок
1) з
начения показателей качества
масла (Х
i
)

о
ткладыва
ю
тся на оси абсцисс, значения доли утраченного ресурса масла
(
Р
м
)



на оси ординат
.

На основе полученных
знаний установлено наличие двух
област
ей

состояния масла:

область (
U
P
м
i
)
,

описанная диапазоном величин

i
)
измеряемого
показателя

(
i
),

в

пределах

которых

вероятность

необратимого

ухудшения качества масел
является минимальной и практически постоянна (
индукционный период
)
,

и
область (
ΔU
P
м
i
)
,

описываемая

промежутком времени, в течение которого нарастает вероятность
необратимого ухудшения качества масла
.














Для о
ценк
и

степени старения масла
подобран

метод

измерения противоокислительной
стабильности
(далее
Стабильность)
по ГОСТ 981
-
75.


Силовые трансформаторы напряжением 35 и 110

кВ являются конструктивно
различными электрическими аппаратами
, о
днако
,

происходящие процессы
термоокислительного старения
залитых
масел
одинаковы

для
трансформаторов
всех
классов напряжения
. Непараметрический метод
Манна
-
Уитни позвол
и
т доказать
вышеуказанное утверждение. Для

проведения обязательного

априорн
ого

анализ
а

подобран

одномерный непараметрический метод «ящика с усами
»
. В случае н
аличи
я

существенной
асимметрии изучаемых признаков
для
корректного применения корреляционно
-
регрессионного анализа

предложено

проводить

математическ
ое

пре
образование входных
данных

логарифмированием
и/
и
ли

извлечением квадратного корня
.
Для построения

Рисунок 1
-

Изменение вероятности ухудшения
показателей качества масла, характеризующих
его утраченный ресурс.

Р
м



вероятн
ая

доля утраченного ресурса
,

и
змеряется в
долях,
P
м
є

(0 ÷ 1), шаг изменения


0,25;
Х
i



значение
показателя качества масла
,

и
змеряется в
единицах

применительно к виду измерения
;
i



наименование
показателя качества

масла,
i

є (0 ÷
m
);
m



множество
показателей качества масла (
m
=4).


х

Точк
ой

(Х)
на оси абсцисс графика является
значение показателя
качества масла
(
i
),
указыва
ющее на завершение индукционного
периода.

Исходя из кинетики
окислительного
процесса и
состава,

образующихся
в масле
продуктов

окисления следует, что
индикативностью

к процессам старения мас
е
л
обладают следующие показатели качества
:
кислотное число

(далее
КЧ
),
в
одорастворимые кислоты и щелочи (далее
ВКЩ
),
содержание антиокислительной
присадки

агидол
-
1 (далее
Присадка
),

тангенс
диэлектрических поте
рь мас
ла (далее
Т
g
δ
м
,
)
.

10




модели взаимосвязи показателей качества и степени старения масла определен метод
коррел
яционно
-
регрессионного анализа
, в процессе которого

оценивается

теснот
а

взаимосвязи

с применением
шкалы Чеддока
.

С
целью характеристики
аналитическ
ого

вид
а

вышеуказанной
зависимости
следует пров
ести

построение уравнения регрессии

с
помощью
регрессионн
ого

анализ
а.

П
одходящим
для в
ыявлени
я

эффектов взаимодействия
является дисперсионный анализ
.

В ходе проведения статистической обработки результатов
исследований п
редста
вим

степень старения масел посредством категориальных переменных: удовлетворительная и
неудовлетворительная
С
табильность
.

Исходя из заданных условий представления
результатов измерений, в качестве методов, позволяющих установить правила

классификации трансформаторов

на группы
по классу
противоокислительной
стабильности
выбраны три
:
деревья

классификаций
, дискриминантный анализ,

логистическая регрессия
.

Провер
ку

значимост
и

различий значений факторов
(показателей
качества масла и возраста)

в группах
трансформаторов с разной стабильностью масла
пров
едем

с применением ящичных диаграмм
.
При
ассиметричн
о
м

распределени
и

факторов,
наличи
и

квазивыбросов и выбросов в данных, значимость различий

показателей
качества масла для разных классов стабильности
следует

проверять на основе медианных
значений с доверительными интервалами

(медианы более устойчивы к выбросам)
.

В третьей главе

представлены экспериментальные данные
, их анализ и основанные
на п
олученных данных заключения.

В ходе априорного анализа с помощью
U
-
критерия
Манна
-
Уитни
доказано,

что
процессы окисления
, протекающие в маслах,
не зависят

от
конструктивных особенностей силовых трансформаторов
. Соответственно,
допустимо все
силовые трансфо
рматоры 35 и 110

кВ объединить в одну общую совокупность для
дальнейшего моделирования зависимости откликов
(
противоокислительная стабильность

масла
:
кислотное число окисленного масла (далее
КЧОМ
)

и

осадок образованны
й

после
окисления (далее

Осадок
)
)
от
факторов

(
возраст трансформатор

(далее
Возраст
)
,

КЧ
,
ВКЩ
,
Т
g
δ
м
,
, Присадк
и
)
.

В ходе проведенных

исследований доказано наличие взаимосвязи
между
факторами (
КЧ, ВКЩ, Т
g
δ
м
, Присадка
)

и
откликом
(
КЧОМ


и

Осадок
)
. На основе
корреляционно
-
регрессионного анализа
определены направление и теснота взаимосвязи.

Представим
результаты исследования
взаимосвязи показателей качества масла
(фактора) от
степени старения

масла (отклика

КЧОМ
)
графически
с расслоением по
классу

Стабильность
(удовлетворительная и
неудовлетворительная)

(рис
унок
2
).

На диаграммах
11




рассеяния

(рис
унок
2
) ось абсцисс содержит
преобразованные
значения показателей
качества эксплуатационных масел, ось ординат


преобразованные
значения
КЧОМ
.

При
этом з
ададимся условием: в случае, если проти
воокислительная стабильность не снижена
(удовлетворительная), класс
С
табильности

будет
равен

0, если противоокислительная
стабильность снижена

(неудовлетворительная)
, класс
С
табильности

будет
равен

1
.
На
д
иаграмм
ах

рассеяния (рис
унок
2
)
наблюдается

расслоение результатов измерений
на две
группы

(за исключением нескольких измерений)
: удовлетворительная и
неудовлетворительная
С
табильность

масла
.






















При
оценке

взаимосвязи факторов с откликом
Осадок

получены результаты
аналогичные

отклику
КЧОМ
.

Наличие расслоения по классу
С
табильности
, а также
невысокие парные коэффициенты корреляции каждого фактора с
каждым
откликом


Рисунок
2

-

Диаграмма рассеяния преобразованных переменных фактора и отклика

с расслоением
по фактору

Стабильность
: а)
КЧ


КЧОМ;
б)

ВКЩ


КЧОМ;
в)

Т
g
δ
м

-

КЧОМ;
г)
Присадка
-

КЧОМ
:

-


интерпретированный


результат измерения: стабильность

масла удовлетворительная;

-

интерпретированный
результат измерения: стабильность масл
а неудовлетворительная
.




г

в

б

а

12




позволяют предположить, что по объединенным данным (вся выборка трансформаторов)
не удастся получить адекватные и пригодные для прогнозирования модели множественной
регрес
сии
,

опис
ывающие

зависимости
КЧОМ
и

Осадка

от факторов
. Однако наличие
расслоения трансформаторов по классу стабильности
указывает на

возможность
прогнозирования снижения ресурса масла (показателя
Стабильность)

в зависимости от
значений показателей качеств
а масел

с помощью иных

метод
ов

моделирования
.

С целью экспертного определения
предельных
значений показателей качества
масла, в интервале которых все результаты измерений (все трансформаторы) имели
неудовлетворительную стабильность, на диаграммах рассеяния

(рис
унок
2
)
при заданных
условиях построены области

(заштрихованы
)
, не содержащие внутри ни одного результата
измерения. При сравнении
полученных
значений показателей качества

масла
, с
установленными нормативными значениями,
обнаружено
, что действующие но
рмы
не
обеспечивают
гарантированного обнаружения пониженного ресурса масла на ранних
стадиях старения
.

Данные наблюдения были подтверждены диаграммами рассеяния, где
откликом является
Осадок.

С ц
елью получени
я

аналитического вида зависимости
откликов

(
КЧОМ

или
Осадка
)
от факторов

(
КЧ
,
ВКЩ
,
Т
g
δ
м
,
Присадка
,
Возраст
)

проведен п
одбор наиболее адекватной
модели на основе перебора различных вариантов уравнений регрессии
. Получены

значимы
е

и адекватны
е

уравнени
я

регрессии, но
не имеющие прогностической ценности.
Для выявления эффектов взаимодействия факторов на отклик
п
римен
ен дисперсионный
анализ, по результатам которого
построен
ы

значимы
е

и адекватны
е

уравнени
я

регрессии,
но также имеющие низкие прогностические свойства.
Соответственно, для моделирования
показат
елей стабильности масла следует использовать другие методы статистического
анализа.

С

целью выработки правил
разделения трансформаторов на две группы
С
табильности

(удовлетворительная и неудовлетворительная)
классификация
трансформаторов проведена
с помощью

трех непараметрических методов
: деревья
классификации, дискриминантный анализ, логистическая регрессия.
Первоначально

проведена проверка значимости различи
й факторов (
Возраст, КЧ, ВКЩ, Т
g
δ
м
, Присадка
) в
разных группах
Стабильности
.

Проверка проведена граф
ически с построением ящичных
диаграмм
.

Установлено наличие

квазивыброс
ов

и выброс
ов

(
по показателям:

Т
g
δ
м
,
Присадка
)
, обнаружена
асимметричность распределени
я

факторов
, с
оответственно
,
13




значимость различий показателей качества масла для разных классов
Стабильности

провер
ена

на основе медианных значений

с доверительными интервалами.
Величины
достигнутого уровня значимости показателей
КЧ, ВКЩ
,
Т
g
δ
м

много меньше 0,05 и
доверительные интервалы медиан для разных классов
Стабильности

не пересекаются
.
Д
ля показателя
Присадка

достигнутый уровень значимости

близ
о
к к значению 0,05
.
Т.о.,
результаты графического анализа и теста Манна
-
Уитни
позвол
я
ют сделать

вывод о
значимости различий значений факторов
КЧ, Т
g
δ
м
, ВКЩ, Присадка

в разных группах
Стабильности
.

Наличие вышеуказанных различий указывает на возможность
качественной классификации трансформаторов по группам
Стабильности

на основе
значений факторов с выработкой правил классификации
.

а)
Классификация трансформаторов на группы по классу
Стабильности

на основе деревьев
классификаций
.
Классифик
ация по одному фактору методом деревьев пр
едставлена

на
рис
унок
3
.

Графически удельный вес трансформаторов каждого класса

на рисунке


показан

столбиковой

диаграммой
.


Классификация


трансформаторов


на


группы

по


классам












которым определяется

к какой группе по классу
Стабильности

следует отнести
трансформатор.

Стабильность
равна

0:


ДФ
0

=
-
11,537 + 52,876
КЧ

-

0,221

Т
g
δ
м

+ 113,540
Присадка

+ 0,377
Возраст


Стабильность
равна

1:

ДФ
1

=
-
11,942 + 130,586

КЧ

-

0,007

Т
g
δ
м

+ 95,230
Присадка

+ 0,364
Возраст



Рис
унок
3

-

Дерево классификации
трансформаторов на группы по классам
Стабильности

на основе фактора
КЧ
:

0,000


Ста
бильность удовлетворительная
;

1,000


Стаб
ильность неудовлетворительная
.

Стабильности

только на основании значения
фактора
КЧ

дает 80,8% пра
вильно
классифицированных объектов.

б)
Классификация трансформаторов на группы
по классу
Стабильности

на основе
дискриминантного анализа
.

Наилучший способ
классификации на основе дискриминантного анализа
определен методом перебора различных вариантов.

Моделирование было проведено при исключении
фактора
ВКЩ,
являющегося

мультиколлинеарным

КЧ.


Получены

две


дискриминантные

функции


по

14




Дискриминантный анализ позволил

безошибочно классифицировать 84,6%
трансформаторов на классы по стабильности. Наиболее важным фактором для
классификации на группы по классу
Стабильности

является
КЧ,
далее
Т
g
δ
м
и
Присадка.
Возраст

не является группирующей переменной
, но позволяет
повысить точность
прогноза
.

в)
Классификация трансформаторов на группы по классу
Стабильности

на основе
логистической регрессии
.
Наиболее адекватное уравнение логистической регрессии было
получено методом перебора различных вариантов. Факторы
Возраст,

Т
g
δ
м
, Присадка
являются


незначимыми

в

уравнении


(достигнутый

уровень

значимости

критерия

Вальда




0,05). Фактор
ВКЩ

не включен в уравнение, т.к. является мультиколлинеарным

КЧ.
Вероятность отнесения трансформатора к классу
Стабильност
и
ра
в
ной

1

определяется уравнением
:


Р
-

разделяющее значение (вероятность отнесения). Если разделяющее значение
вероятности
P


0,3, то трансформатор будет отнесен к классу
Стабильност
и
равной

1
.

Таким образом, методом логистической регрессии верно классифицированы

78,8

%
трансформаторов.

Вероятность

отнесения

трансформатора

к

классу

Стабильност
и
равной

1

зависит только от значения
КЧ
.

При с
рав
н
ен
и
и

результат
ов

классификации
различными методами
, у
становлено, что
все три метода позволяют разработать
модели, имеющие значительный процент верных
прогнозов
, в которых
значимы
м

группирующи
м

фактор
ом является

КЧ,
однако более
понятное решающее правило классификации позволяет дать метод деревьев
классификаций. Возраст трансформатора не является группирующей п
еременной ни в
одной из вышеуказанных моделей.

На основе полученной модели
впервые разработан «Алгоритм

подбора системы мер,
направленных на поддержание удовлетворительного качества эксп
луатационных масел»
,
позволяющий эффективно планировать проведение работ необходимых для поддержания
качества
жидкой изоляции
.

Решением проблемы выбора
оптимального набора
системы
мер для восстановления ресурса масел является разработка нового
метод
а, о
снован
ного

на
организа
ции специального лабораторного эксперимента
,

моделирующ
его

различные
варианты проведения работ по восстановлению ресурса масла
.
Д
ля

реализации

15




экспериментальных исследований впервые разработаны лабораторные методики
обработки трансформаторных масел и адсор
бентов
.

В ходе проведен
ных

исследований
доказана необходимость
корректировки
существующего подхода к организации контроля силовых трансформаторов напряжением
35


110

кВ

по результатам физико
-
химического анализа масел
.
Установлен оптимальный
объем плановых

периодических измерений, новые требования к качеству
эксплуатационных масел
.

В
четвертой

главе

представлены технико
-
экономические показатели применения
разработанных методов и алгоритма оценки качества эксплуатационных
трансформаторных масел.
Проведенная апробация
результатов научных исследований
на
реальных объектах показала совпадение

полученных и ожидаемых улучшений качества
изоляционных масел

установленных в ходе экспериментальных исследований.

Внедрение новых методов

и алгоритма оценки ка
чества эксплуатационных масел
силовых трансформаторов напряжением 35


110 кВ дает экономический эффект
заключающийся в сокращении затрат на техническую эксплуатацию и ремонты силовых
трансформаторов

(
для филиала ОАО «МРСК Северо
-
Запада» «Комиэнерго» в отн
ошении
19 трансформаторов составил 13 105

680 рублей
)
, и технический эффект, заключающийся
в увеличении межремонтного периода работы силовых трансформаторов, а также
повышения их ресурса

(долговечности)
.


ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В
представленной
диссертационной рабо
те поставлена и решена важная научно
-
техническая задача современной электроэнергетики, связанная с повышением надежности

и долговечности

силовых транс
форматоров напряжением 35


110

кВ без специальных
защит масла
в условиях
оптимизации затр
ат на их эксплу
атацию и ремонты.

На основе проведенного анализа научно
-
исследовательских работ установлено,
что
принятая на сегодняшний день система контроля качества эксплуатационных масел
силовых трансформаторов напряжением 35


110

кВ не позволяет производить их оценку
на перспективу.
Впервые в качестве способа тестовой оценки ресурса эксплуатационного
масла предложена методика измерения стабильности против окисления,
стандартизированная ГОСТ 981
-
7
5
.

16




Для исследования возможности с по
мощью измеренных значений показателей
качества масел прогнозировать снижение ресурса масел разработана концептуальная
математическая модель зависимости параметров масла от степени его старения,
положенная в основу проведенного научного эксперимента.

В ходе

реализации научного
эксперимента впервые разработаны лабораторные методики обработки трансформаторных
масел и адсорбентов:


«Методика введения антиокислительной присадки агидол
-
1 (ионол) в трансформаторное
масло при организации экспериментальных работ в ла
бораторных условиях»
.


«Методика обработки трансформаторного масла силикагелем при организации
экспериментальных работ в лабораторных условиях».


«Методика подготовки в лабораторных условиях силикагеля для организации
экспериментальных работ».

На основе резу
льтатов проведенных исследований доказано наличие взаимосвязи
между показателями качества масла, обладающих индикативностью к продуктам старения
масла (
КЧ, ВКЩ, Т
g
δ
м
, Присадка
) и показателями характеризующими остаточный ресурс
масла (противоокислительная с
табильность:
КЧОМ и Осадок
). Определены направле
ние и
теснота взаимосвязи
.

По результатам

проведенных
работ

впервые установлены оптимальные правила
классификации трансформаторов на группы, позволяющие прогнозировать снижение
ресурса масел на основе измеренных показателей качества
.
В основу правил заложена
разработанная
математическая
модель, представленная одно
уровневым бинарным
деревом.
На основе созданной модели впервые разработан «Алгоритм подбора системы
мер, направленных на поддержание удовлетворительного качества эксплуатационных
масел»
.


В
первые разработан
«Метод определения объема материалов, номенклатур
ы и
порядка проведения работ по восстановлению ресурса эксплуата
ционных
трансформаторных масел»
.

Установлен оптимальный объем плановых периодических измерений, новые
требования к качеству эксп
луатационных масел

силовых
трансформаторов
напряжением
35


110

кВ
.



17




СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях рекомендованных ВАК РФ:

1.

Высогорец С.П.

Метод оценки эффективности восстановления ресурса
трансформаторных масел, в процессе работы силовых трансформаторов
. / С.П.

Высогорец,
А.П.Васильев
. // Научно
-
технический журнал «Электротехнические комплексы и системы
управле
ния»
№2
,
2011
.

С
.59


65.



Публикации в сборниках научных трудов и докладов:

2.

Высогорец С.П.

Оценка состояния силовых трансформаторов напряжением 35


220 кВ

по результатам обязательных периодических испытаний и измерений (физико
-
химического анализа трансформаторного масла
)
.

/ С.П.

Высогорец,
А.П.

Васильев
.

//
Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. Вып.60.
Методы и средства исс
ледования и обеспечения надежности систем энергетики / Отв.ред.
Н.И.Воропай, А.И.Таджибаев (ПЭИПК) 2010: изд.Учебного совета ПЭИПК.


СПб.:
«Северная звезда», 2010
.

С
.502


511.

3.

Высогорец С.П.
Оценка состояния силовых трансформаторов напряжением 35


220 к
В по результатам хроматографического анализа

растворенных

в

масле

газов.

/

С.П.

Высогорец, А.П.

Васильев.
// Методические вопросы исследования надежности
больших систем энергетики. Вып.60. Методы и средства исследования и обеспечения
надежности
систем энергетики / Отв. ред. Н.И. Воропай, А.И. Таджибаев (ПЭИПК) 2010:
изд. Учебного совета ПЭИПК.


СПб.: «Северная звезда», 2010
.

С
.511


519.

4.

Высогорец С.П. Обеспечение работоспособности оборудования электрических
сетей в у
словиях исчерпания ресурса.

/ С.П.

Высогорец, А.П.

Васильев.
//
Сборник
докладов 34 заседания международно
го научно
-
технического семинара
«Методы и
средства оценки состояния электроэнергетического оборудования» / Под ред.
А.И.Таджибаева.


СПб.: ПЭИПК, 2010
.

С.
200
.

5.

Высогорец С.П.
Новые методы и методики оценки качества эксплуатационных
трансформаторных масел как диэлектрика
,

обеспечивающего надежность силовых
трансформаторов напряжением 35


11
0 кВ
/ С.П.

Высогорец, А.П.

Васильев.
//
Методические вопросы исследования надежности
больших систем энергетики. Вып.6
2
.
Проблемы надежности существующих и перспективных систем энергетики и методы их
решения

/ Отв. ред. Н.И.
Воропай,
В.А.
Савельев
.
-

Иваново: ПресСто,
201
1
.
С
.
522
-
531.


Приложенные файлы

  • pdf 26986969
    Размер файла: 291 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий