Розробка моделі дослідження технічного стану обмоток силових трансформаторів

Шпак, Олексій Олександрович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8650

Title:	Розробка моделі дослідження технічного стану обмоток силових трансформаторів
Authors:	Ситник, Олександр Олексійович Шпак, Олексій Олександрович
Keywords:	діагностична модель;несправність;діагностика;контрольовані параметри
Issue Date:	Dec-2022
Abstract:	У роботі розглянуто питання підвищення надійності роботи силових трифазних трансформаторів, що експлуатуються на електростанціях та трансформаторних підстанціях. У першому розділі проаналізовано основні види несправностей і відмов трансформаторів, а також розглянуто вимоги нормативних документів щодо стану обмоток та необхідності контролю їх основних експлуатаційних параметрів. У другому розділі виконано аналіз і обґрунтовано вибір методу побудови діагностичної моделі та визначено параметри, які використовуються для оцінки технічного стану обмоток трансформатора. У третьому розділі розроблено діагностичну модель оцінки стану обмоток за визначеними параметрами та підтверджено її працездатність на прикладах практичного застосування. Отримані результати можуть бути використані для підвищення ефективності моніторингу та продовження терміну експлуатації силових трансформаторів.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8650
Appears in Collections:	141 Електрична інженерія (Електротехнічні системи електроспоживання)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Шпак.pdf Restricted Access		1.39 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИСТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОТРАНСПОРТУ ТА
МАШИНОБУДУВАННЯ
Кафедра електротехнічних систем

«До захисту допущено»
Зав. кафедри ЕТС
__________ О.О. Ситник
(підпис) (ініціали, прізвище)
«___»___________2022 р.

Кваліфікаційна робота
на здобуття ступеня вищої освіти магістра

на тему:
«Розробка моделі дослідження технічного стану обмоток силових
трансформаторів»

Виконав: здобувач вищої освіти _2_ курсу, групи ЕСЕ-012
Спеціальності: 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)

Шпак Олексій Олександрович ______________
(прізвище, ім’я, по-батькові здобувача вищої освіти ) (підпис)

Науковий д.т.н., професор Ситник О.О. ______________
керівник (вчені ступінь та звання, прізвище та ініціали) (підпис)

Нормоконтроль _к.т.н., доцент Ключка К.М.__ ______________
(вчені ступінь та звання, прізвище та ініціали) (підпис)

Черкаси 2022 р.
3
РЕФЕРАТ

По структурі робота складається зі вступу, трьох розділів основної
частини, висновків основних результатів дослідження. Загальна кількість
сторінок – 89, рисунків – 25, таблиць – 16, використаних літературних
джерел – 56.
Мета роботи: розробка моделі дослідження технічного стану обмоток
силових трансформаторів на основі дослідження їх параметрів.
Для досягнення зазначеної мети необхідно вирішити наступні завдання:
• огляд літератури по побудові діагностичних моделей;
• аналіз причин втрати працездатності трансформатора;
• вибір контрольованих параметрів моделі;
• обробка даних вимірювань параметрів;
• визначення залежності між параметрами і типом дефекту;
• вибір методу побудови моделі;
• створення граф-моделі для обмоток силових ТР;
• розробка рекомендацій для роботи з діагностичною моделлю.
У першому розділі розглянуто основні види несправностей і відмов для
силового трифазного трансформатора, який функціонує на електростанціях,
трансформаторних підстанціях для якого необхідно проводити моніторинг
найбільш важливих експлуатаційних параметрів. Проведено аналіз вимог та
нормативних документів до «стану обмоток» трансформаторів. Встановлено,
що дотримання всіх вимог і норм щодо обмоток трансформатора, дають
можливість збільшення терміну служби, тому що при цьому зменшуються
втрати і перевантаження.
Другий розділ присвячений аналізу та вибору методу побудови
діагностичної моделі, а також параметрів для оцінки стану обмоток
трансформатора.
Третій розділ присвячений розробці та побудові діагностичної моделі
оцінки стану обмотки трансформатора із орієнтованими зв'язками між
4
параметрами. Працездатність розробленої методики та моделі підтверджують
приклади практичного використання.
Ключові слова: несправність, відмова, контрольовані параметри,
діагностика, діагностична модель, методика.

5
ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, СКОРОЧЕНЬ І
ТЕРМІНІВ ................................................................................................................ 6
ВСТУП ..................................................................................................................... 7
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ЗАСОБІВ ТА МЕТОДІВ ДІАГНОСТУВАННЯ
ТЕХНІЧНОГО СТАНУ ОБМОТОК СИЛОВИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ ...... 10
1.1 Загальні відомості про об’єкт дослідження .................................................. 10
1.2 Аналіз вимог та нормативних документів до «стану обмоток»
трансформаторів .................................................................................................... 13
1.3 Аналіз основних несправностей і відмов силових трансформаторів ........ 22
1.4 Методи технічного діагностування обмоток трансформатора .................. 25
1.5 Класифікація діагностичних моделей ........................................................... 33
РОЗДІЛ 2. ВИБІР МЕТОДУ ПОБУДОВИ ДІАГНОСТИЧНОЇ МОДЕЛІ І
ПАРАМЕТРІВ ДЛЯ ОЦІНКИ СТАНУ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА... 46
2.1 Аналіз несправностей обмоток ТР і побудова схеми причинно-
наслідкових зв'язків............................................................................................... 46
2.2 Вибір і характеристика контрольованих параметрів ................................... 51
2.3 Вимірювання і допустимі рівні відхилень контрольованих параметрів ... 54
РОЗДІЛ 3. РОЗРОБКА ТА ПОБУДОВА ДІАГНОСТИЧНОЇ МОДЕЛІ
ОЦІНКИ СТАНУ ОБМОТКИ ТРАНСФОРМАТОРА ...................................... 64
3.1 Методика оцінки стану обмоток .................................................................... 64
3.2 Розробка блок-схеми етапів діагностування ................................................ 65
3.3 Побудова діагностичної орієнтованої граф-моделі ........................................... 69
3.4 Практичне використання методу та діагностичної моделі оцінки стану
обмоток трансформатора ...................................................................................... 71
3.5 Розробка рекомендацій по застосуванню розробленої діагностичної
моделі….................................................................................................................. 78
ВИСНОВКИ .......................................................................................................... .82
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ............................................................. 84
6
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ,
СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ

ВН – вища напруга
ДМ – діагностична модель
КЗ – коротке замикання
НН – нижча напруга
ОД – об'єкт діагностування
ПУЕ – правила улаштування електроустановок
ЕОМ – електронно-обчислювальна машина
ЕТС – електротехнічні системи
ЕУ – електроустаткування
ЗТД – засоби технічного діагностування
ЛО – людина-оператор
ММ – математична модель
РПН – регулювання під навантаженням
СД – система діагностування
СН – середня напруга
СО – структурна одиниця
ТМ – топологічна модель
ТР – трансформатор
ХХ – холостий хід
ЧР – частотні розряди

7
ВСТУП

Актуальність та проблематика. Одним з головних завдань
господарства електрифікації та електропостачання України є підтримка
обладнання в працездатному стані в умовах наростання темпів і обсягів його
старіння [2, 5, 12, 30]. Так, більшість ТР потребує модернізації, тому що
значна частина експлуатованого устаткування вже вичерпала свій ресурс і
потребує поетапної реконструкції, оновлення або заміни. Тому підтримка
працездатності, підвищення ефективності використання існуючого
трансформаторного господарства та застосовування нових методів
діагностування його технічного стану є одним з актуальних завдань [12, 13].
Метою дослідження технічного стану є забезпечення раціональної
експлуатації електроустаткування при заданих показниках надійності й
скорочення витрат на його технічне обслуговування та ремонт [8, 10, 19]. Ця
мета досягається шляхом управління технічним станом електроустаткування
в процесі експлуатації, що дозволяє виконувати технічне обслуговування та
ремонт відповідно до даних діагностування [3, 5, 47].
Питання визначення стану трансформаторів з кожним днем стає все
більш актуальним і прямопропорційним динаміці зносу парку устаткування,
яке знаходиться в експлуатації [8, 9, 25, 54]. В даний час близько 60%
діючого устаткування відпрацювало свій експлуатаційний ресурс, і вимагає
заміни. На сьогоднішній день 40% трансформаторного устаткування має
середній вік від 18 років, і відповідно необхідно проводити капітальний
ремонт. Миттєва повна оцінка технічного стану трансформатора дає
можливість продовжити його експлуатацію, причому проведення
діагностування дозволяє уникнути не лише фінансових витрат, а і втрат
пов'язаних з аварійним відключенням електропостачання.
Для продовження терміну служби трансформатора, а також його
подальшої експлуатації необхідно проводити точне і своєчасне
діагностування, тобто визначення технічного стану [6, 8, 9].
8
Технічна діагностика як галузь науки, займається теорією, методами і
засобами виявлення та пошуку дефектів, під якими слід розуміти будь-яке
відхилення характеристик об'єкта від заданих. Встановлення невідповідності
параметрів і характеристик об'єкта – це одне із завдань діагностування.
В даний час розвиваються і впроваджуються в різні області діяльності
сучасні складні ЕТС [24, 39, 52].
Підвищені вимоги до надійності, безвідмовності і безпеки експлуатації
складних ЕТС обумовлюють розробку і застосування нових методів і засобів
їх контролю [35, 36, 38].
Методи діагностування різноманітні, але особливий інтерес виникає до
моделювання із використанням графів [14, 22, 23, 44]. Граф-модель
побудована із використанням теорії графів дозволяє проводити аналіз і
діагностику устаткування, спрощує аналіз і робить інформацію візуально
сприйнятливою. У даній роботі під граф-моделлю слід розуміти клас граф-
об'єктів, що мають вид помічених графів із заданим на ньому відношенням
еквівалентності.
Метою магістерської роботи є: розробка моделі дослідження
технічного стану обмоток силових трансформаторів.
Для досягнення зазначеної мети необхідно вирішити наступні завдання:
• огляд літератури по побудові діагностичних моделей;
• аналіз причин втрати працездатності трансформатора;
• вибір контрольованих параметрів моделі;
• обробка даних вимірювань параметрів.
• визначення залежності між параметрами і типом дефекту;
• вибір методу побудови моделі;
• створення граф-моделі для обмоток силових ТР;
• розробка рекомендацій для роботи з діагностичною моделлю.
Об'єктом дослідження є силовий трифазний триобмотковий
трансформатор (енергетичне устаткування).
Предметом дослідження є електромагнітні динамічні процеси в
9
силових трансформаторах.
Методи дослідження. При вирішенні поставлених завдань
використовувалися методи статистичної обробки інформації, методи
математичного та комп'ютерного моделювання.
Наукова новизна в роботі:
- розроблено діагностичну граф-модель оцінки стану обмоток силового
трансформатора із орієнтованими зв'язками між параметрами, яка дозволяє
наочно визначити необхідну кількість випробувань для виявлення
контрольованих параметрів. Побудована модель проста в застосуванні і
дозволяє в короткі терміни і з мінімальними витратами встановити та
оцінити з необхідною точністю стан обмоток трансформатора.
- розроблена комп’ютерна програма на алгоритмічній мові
програмування С++, що дозволить підвищити ефективність комп’ютерного
дослідження стану обмоток трансформатора та розширити можливості
сучасних комп’ютерних засобів при проведенні діагностування.
Апробація роботи: Основні аспекти наукового дослідження
магістерської роботи були обговорені на студентській науково-практичній
конференції ЧДТУ, яка відбувалася 19-22 квітня 2022 р.

10
РОЗДІЛ 1
АНАЛІЗ ЗАСОБІВ ТА МЕТОДІВ ДІАГНОСТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО
СТАНУ ОБМОТОК СИЛОВИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ

1.1 Загальні відомості про об’єкт дослідження

Одним з найбільш поширених електротехнічних пристроїв є
трансформатор (ТР), який є електромагнітним пристроєм з двома або більше
індуктивно зв'язаними обмотками і призначений для перетворення енергії
однієї (первинної) системи змінного струму в іншу (вторинну) систему
змінного струму [6].
Трансформатори знаходять широке застосування в енергетиці,
вимірювальній техніці і побуті.
Трансформатори класифікуються за наступними ознаками:
- за типом охолодження: з повітряним (сухі трансформатори) і масляним
(масляні трансформатори) охолодженням;
- за числом фаз: однофазні, трифазні і багатофазні;
- за формою магнітопроводу: стержневі, броньові, бронестержневі;
- за кількістю обмоток: - одно -, двохобмоткові та багатообмоткові.
Обмотки трансформаторів розрізняються взаємним розташуванням на
стержні, напрямом і способом намотування, кількістю витків, класом
напруги, схемою з'єднання кінців обмоток між собою [6, 16];
- по величині вихідної напруги: підвищуючі, понижаючі та розділяючі.
Силові трансформатори застосовуються:
- системах передачі і розподілу електроенергії;
- для установок із статичними перетворювачами при перетворенні
змінного струму в постійний (випрямлячі) або постійний в змінний
(інвертори);
- отримання необхідної напруги в ланцюгах управління електроприводами
[17, 51].
11
У магістерській роботі об'єктом діагностування вибрано силовий
трифазний триобмотковий трансформатор (рис. 1.1), який має три основні
гальванічно не зв'язані обмотки. До первинної обмотки підводиться
електрична енергія, а вторинні обмотки зв'язані із споживачем.

Рис. 1.1. Трифазний трансформатор

Даний силовий стержневий трансформатор має трифазні обмотки на:
вищу (ВН), середню (СН) і нижчу (НН) напруги, в кожну з яких входять по
три фазні обмотки або фази. Таким чином, трифазний трансформатор має
дев'ять незалежних фазних обмоток і 18 виводів з відповідними затисками,
12
причому початкові виводи фаз обмотки вищої напруги позначають буквами
А, В, C, а їх кінці (виводи) X, Y, Z для аналогічних виводів фаз обмотки
низької напруги застосовують такі позначення а, в, c, x, y, z.
Окрім обмоток, основною функціональною частиною трансформатора
є магнітопровід, який призначений для проходження магнітного потоку.
По роду ізоляції і охолодження трансформатори поділяються на
масляні з негорючим заповненням і сухі.
Необхідність визначення стану трансформаторного устаткування
з'явилася при створенні перших трансформаторів закритого типу (масляних
трансформаторів). Для того, щоб оглянути будь-який внутрішній вузол
необхідно було провести відключення ТР, злити масло, виконати контрольні
вимірювання і потім знову залити масло. Все це необхідно виконувати з
дотриманням відповідних правил, інакше перед включенням необхідно буде
ще проводити сушку трансформатора. Із початком масової експлуатації
масляних трансформаторів, ремонти із розбиранням рекомендовано було
проводити якомога частіше. Пов'язані з цим незручності і труднощі змусили
шукати і розвивати такі методи контролю стану трансформатора, які не
вимагали б розбирання і зливання масла. До того ж було відмічено, що чим
частіше без особливої на те потреби трансформатор розбирається, тим більш
ймовірним стає його пошкодження. Під діагностикою трансформатора
розуміють систему заходів, які проводяться з допомогою різних технічних
засобів для перевірки і оцінки стану трансформаторів. Можуть
використовуватися прості візуальні, механічні, фізичні, хімічні і інші способи
контролю стану, а також їх комбінації. Наприклад, зволоження
трансформаторного масла може бути визначене по зміні кольору
індикаторного силікогеля або шляхом хімічного аналізу. Наявність часткових
електричних зарядів в маслі або твердої ізоляції може бути визначено
безпосереднім вимірюванням за допомогою індикатора часткових розрядів
або при хроматографічному аналізі розчинених в маслі газів. Зазвичай для
практичних цілей з усіх можливих способів контролю того або іншого
13
параметра вибирають простий, і лише для ретельнішої перевірки, уточнення
місця і характеру дефекту застосовують складніші способи.
Контроль стану трансформатора носить комплексний характер.
Зазвичай він починається ще на стадії виготовлення. Саме тоді перевіряють
якість ізоляційних і активних матеріалів, окремих деталей і вузлів, якість
збирання. Готовий трансформатор піддають комплексній перевірці на
випробувальній станції заводу-виробника, яка оснащена всіма необхідними
засобами діагностування. При транспортуванні трансформатора здійснюють
контроль його герметичності, а в деяких випадках і контроль за дією
механічних зусиль. Доставлений до місця призначення трансформатор також
вимагає контролю його стану, як при зберіганні, так і в процесі монтажу
відповідно до вказівок "Трансформатори силові. Транспортування,
розвантаження, зберігання, монтаж і введення в експлуатацію". Після
закінчення монтажу перед введенням в експлуатацію з метою діагностування
стану трансформатор випробовується у повному об'ємі, що передбачений за
«Правилами улаштування електроустановок» (ПУЕ) [43].
Проте найбільший об'єм робіт по перевірці стану трансформаторів
здійснюється в процесі експлуатації.

1.2 Аналіз вимог та нормативних документів до «стану обмоток»
трансформаторів

Основними експлуатаційними вимогами є електрична і механічна
міцність і нагрівостійкість як обмоток, так і інших частин і всього
трансформатора в цілому. Ізоляція обмоток і інших частин трансформатора
повинна витримувати без пошкоджень комутаційні і атмосферні
перенапруження, які можуть виникнути в мережі в якій трансформатор
працюватиме. Механічна міцність обмоток повинна захищати їх від
механічних деформацій і пошкоджень при струмах КЗ, які у декілька разів
перевищують номінальний робочий струм трансформатора. Нагрівання
14
обмоток та інших частин від втрат, які виникають в трансформаторі при
нормальній роботі і КЗ обмеженої тривалості, не повинні приводити ізоляцію
обмоток і інших частин, а також масло трансформатора до теплового зносу
або руйнування в терміни коротші ніж звичайний термін служби
трансформатора (20…25 років). Загальні експлуатаційні вимоги, що
пред'являються до трансформаторів та їх обмоткам, регламентовані
відповідними стандартами ДСТУ на силові трансформатори загального
призначення, на різні спеціальні трансформатори, на електричні
випробування ізоляції трансформаторів [6-10]. Електрична міцність ізоляції
обмоток досягається за рахунок правильної розробленої конструкції,
правильним вибором ізоляційних проміжків і ізоляційних матеріалів, а також
прогресивною технологією обробки ізоляції. Вимоги механічної міцності
обмотки задовольняються шляхом ретельного розрахунку поля розсіяння,
тобто правильного вибору типу і конструкції обмотки, розташування її витків
і котушок з таким розрахунком, щоб механічні сили, які виникають в цій
обмотці, були по можливості меншими, а механічна стійкість була більшою
[6-10].
Обмотки трансформатора є основною частиною ТР, тому саме на їх
рахунок приходить більшість поломок. Несправності в обмотках
трансформатора можуть нанести велику фізичну і матеріальну втрату об'єкта.
Тому дуже важливою задачею є підтримання працездатності та справності
даного вузла трансформатора.
Для продовження терміну служби трансформатора, а також, його
подальшої експлуатації необхідне точне розуміння об'єкта, а також знання
норм працездатності трансформатора.
У сьогоднішній час для силових трансформаторів встановлюють
наступні показники надійності:
- безвідмовне напрацювання - 25000 годин і більше;
- безвідмовна робота більш ніж 8800 годин, з напрацюванням не менше
0,995;
15
- термін служби не менше 12 років перед першим капітальним ремонтом.
Обмотки трансформатора є його основною частиною. Основні вимоги і
норми щодо обмоток трансформаторів регламентуються ДСТУ 11677-85,
ДНАОП 1.1.10-1.07-01 і СОУ-Н МЕВ 40.1-21677681-64:2012
Для надійної і безвідмовної роботи необхідне дотримання норм, вимог,
а також стандартизації позначення. Схеми, а також групи з'єднання обмоток,
повинні відповідати представленим в таблицях 1.1-1.8.

Таблиця 1.1
Схеми і групи з'єднання обмоток трифазних трансформаторів
Схема з'єднання Діаграми векторів напруги Умовне
ВН НН ВН НН позначення
Y/Yн -0

Yн/Y -0

Y/∆ -11

Yн/∆ -11

Y/Zн -11

∆/Yн-11

16
Таблиця 1.2
Схема і група з'єднання обмоток однофазних двохобмоткових
трансформаторів
Схема з'єднання Діаграми векторів напруги Умовне
ВН НН ВН НН позначення
1/1-0

Таблиця 1.3
Схеми і групи з'єднання обмоток трифазних триобмоткових
трансформаторів
Схема з'єднання Діаграми векторів напруги Умовне
ВН СН НН ВН СН НН позначення
Yн/Yн/∆ -0-11

Yн/∆/∆ -11-11

Таблиця 1.4
Схема і група з'єднання обмоток трифазних триобмоткових
автотрансформаторів
Схема з'єднання Діаграми векторів напруги Умовне
ВН і СН НН ВН і СН НН позначення
Yн авто/∆-0-11

17
Таблиця 1.5
Схема і група з'єднання обмоток однофазних триобмоткових
автотрансформаторів
Схема з'єднання Діаграми векторів напруги Умовне
ВН і СН НН ВН і СН НН позначення
1 авто/1-0-0

Таблиця 1.6
Схема і група з'єднання обмоток трифазних двохобмоткових
автотрансформаторів
Схема з'єднання Діаграми векторів напруги Умовне
ВН і НН ВН НН позначення
Yн авто

Вказані у таблицях 1.1-1.8 схеми з'єднання обмоток не відносяться до
дійсного розташування відводів активної частини і виводів на кришці бака
трансформатора.
Таблиця 1.7
Схема і група з'єднання обмоток однофазних двохобмоткових
трансформаторів із розщепленою обмоткою НН
Схема з'єднання Діаграми векторів напруги Умовне
ВН НН ВН НН позначення
1/1-1-0-0

18
Таблиця 1.8
Схеми і групи з'єднання обмоток трифазних двохобмоткових
трансформаторів з розщепленою обмоткою НН
Схема з'єднання Діаграми векторів напруги Умовне
ВН НН ВН НН позначення
Yн/∆-∆-11-11

∆/∆-∆-0-0

Схеми з'єднання обмоток ВН вказані зі сторони вводів обмотки ВН, а
схеми з'єднання обмоток СН і НН – зі сторони вводу обмотки НН.
Використовуючи трансформатори з правильним з'єднанням обмоток,
ми не лише заощадимо на передчасному ремонті, але і зменшимо втрати
холостого ходу.
Якщо трансформатор має нейтраль, розщеплену на дві частини
обмоткою НН, номінальна потужність кожної з її частин має бути, як
правило, рівною 50 % номінальної потужності трансформатора.
Допускається робота трансформаторів 110, 150 і 220 кВ, які мають
напругу випробування нейтралі відповідно 100, 130 і 200 кВ із розземленою
нейтраллю за умови приєднання до виводу нейтралі вентильного розрядника
відповідного класу ізоляції [16]. У цьому випадку мають бути прийняті
відповідні заходи (за допомогою пристроїв релейного захисту і автоматики,
оперативні заходи тощо), що виключають можливість роботи
19
трансформатора в нормальних режимах на ділянці мережі з ізольованою
нейтраллю (таблиця 1.9).
Таблиця 1.9
Напруга невикористовуємої обмотки
Напруга обмотки ВН, кВ Напруга невикористаної обмотки, кВ
першою від магнітопроводу
між концентричними обмотками ВН
110 15 20
150 20 35
220 і вище 35 35

До обмоток всіх трансформаторів для захисту їх від перенапруг
необхідно приєднувати вентильні розрядники згідно ПУЕ, які
забезпечуватимуть постійний захист обмоток відповідно до рівня їх ізоляції.
Невикористані обмотки нижчої (або середньої) напруги
трансформаторів і нижчої напруги автотрансформаторів мають бути
сполучені в зірку або трикутник і захищені від перенапруг.
Перша від магнітопроводу обмотка захищається заземленням однієї
фази або нейтралі, або ж вентильними розрядниками відповідного класу
напруги, які приєднуються до вводу кожної фази.
Обмотки, розташовані між концентричними обмотками ВН,
захищаються тільки вентильними розрядниками, які приєднані до вводу
кожної фази. Захист невикористаних обмоток не потрібний, якщо до обмотки
постійно (без комутаційної апаратури) приєднана кабельна лінія довжиною
не менше 30 м, за наявності автоматичного повторного включення на
з’єднанні обмотки, а також при оперативних перемиканнях.
Масляні трансформатори допускають тривале перевантаження струмом
кожної обмотки, який не повинен перевищувати 5 % від номінального, або,
якщо напруга ні на одній із обмоток не перевищує номінальної при цьому
20
для обмотки з відгалуженнями навантаження не повинно перевищувати 1,05
номінального струму відгалуження, якщо трансформатор не працює з
перевантаженнями, які вказані в нормативних документах [6-10].
В триобмоткових трансформаторах допускається будь-який розподіл
тривалих навантажень на обмотках за умови, що жодна з обмоток не буде
навантажена струмом, який перевищує номінальний, а температура верхніх
шарів масла також не перевищуватиме номінальних значень.
Всі трансформатори, окрім трансформаторів, які призначені для роботи
при високій температурі і значного нагрівання їх елементів активної частини,
залежно від режиму роботи допускають систематичні перевантаження,
значення і тривалість, яких регламентуються ДСТУ. Систематичні
перевантаження трансформаторів допускаються залежно від характеру,
добового графіка навантаження, температури охолоджуючого середовища і
недовантаження у літній час.
Допустиме значення перевантаження і його тривалість для масляних
трансформаторів потужністю до 250 МВА, виготовлених відповідно до
ДСТУ 11677-65 і 11677-75, встановлюються по графіках навантажувальної
здатності згідно ДСТУ 14290-69 «Трансформатори і автотрансформатори
силові масляні. Здатність навантаження». Ці вказівки розповсюджуються і на
трансформатори потужністю більше 250 МВА, якщо в стандартах або
технічних умовах на такі трансформатори немає інших вказівок по
навантажувальній здатності, то систематичне навантаження трансформатора
не повинно перевищувати 50 % номінальної потужності.
Систематичні навантаження більш ніж 1,5-кратним номінальним
струмом можуть бути допущені тільки за узгодженням із заводом-
виробником.
Важливою частиною в роботі трансформатора є перевантаження.
Перевантаження обмоток трансформаторів, виготовлених відповідно до
ДСТУ 11677-65 до 1 липня 1970 р., які мають вводи на напругу 110 кВ і
вище, а також вводи на нижчу напругу з номінальним струмом 3000 А і
21
вище, допускається робота з струмом, який не перевищує 10 % номінального
значення струму вказаних вводів.
Допустимі перевантаження масляних трансформаторів, виготовлених
по ДСТУ 401-41, встановлюються по графіках навантажувальної здатності
(згідно ДСТУ 14290-69), але еквівалентна температура приймається на 5°С
вище розрахункової для місцевості у якій встановлений трансформатор. Не
допускаються перевантаження трансформаторів, виготовлених відповідно до
ДСТУ 401-41, під час роботи їх при температурі охолоджуючої рідини вище
+25°С або при середньодобовій температурі охолоджуючого повітря вище
+30°С.
Допустимі перевантаження трансформаторів на напругу до 500 кВ
включно, виготовлених за технічними умовами до випуску ДСТУ 11677-65,
визначаються згідно ДСТУ 14290-69 по графіках навантажувальної здатності,
якщо розрахункове перевищення середньої температури обмотки складає
65°С, і по графіках здатності навантаження для еквівалентної температури на
5°С вище розрахункової для даної місцевості, якщо розрахункове
перевищення середньої температури обмотки складає 70 °С.
Допустимі перевантаження трансформаторів на напругу 750 кВ
визначаються згідно вказівкам технічних умов на ці трансформатори.
Перевантаження триобмоткових трансформаторів, які вказані вище,
відносяться до найбільш навантажених обмоток.
Трансформатори з розщепленою обмоткою допускають такі ж
перевантаження кожної гілки, які можна віднесені до її номінальної
потужності, як і трансформатори з нерозщепленою обмоткою.
Дотримання всіх вимог і норм щодо обмоток трансформатора, дають
можливість збільшення терміну служби, тому що при цьому зменшуються
втрати і перевантаження. Дотримання нормативних вимог є важливою
частиною при виготовленні, діагностуванні і ремонті трансформатора.

22
1.3 Аналіз основних несправностей і відмов силових
трансформаторів

Основні елементи трансформатора і причини відмов приведені на
рисунку 1.2. Рис. 1.2 є схемою причинно-наслідкових зв'язків елементів
конструкції трансформатора і його діагностичних ознак.
На основі експлуатаційних даних можна виділити наступні причини
втрати працездатності ТР [6, 16]:
- підвищене нагрівання трансформатора, яке викликано нагріванням
металевих частин, вихровими потоками, перевантаженнями і
перенасиченням магнітопроводу, їх старінням;
- порушення ізоляції між елементами конструкції;
- зволоження ізоляції;
- наявність газів в маслі у процесі газовиділення в місцях підвищеного
нагрівання або підвищеної напруженості електричного поля (часткові
розряди);
- старіння ізоляції під дією каталізаторів, кисню і електричного поля;
- часткові деформації обмоток при ВКЗ;
- виткові замикання обмоток;
- зволоження вводів;
- часткові розряди в ізоляції.

23

Рис. 1.2. Схема причин відмов у роботі силового трансформатора
24
В результаті багаторічної експлуатації трансформаторів встановлені
типові види пошкоджень основних елементів трансформатора. Статистика
показує, що дві третини пошкоджень виникають в результаті незадовільного
ремонту, монтажу і експлуатації, а одна третина – внаслідок заводських
дефектів.
Для магнітопроводу за наявності дефекту у листовій ізоляції можливе
перегрівання, яке викликане вихровими струмами. В разі конденсації вологи
на поверхні масла, вона потрапляє на верхнє ярмо, проникає між пластинами
активної сталі у вигляді водомасляної емульсії, внаслідок чого руйнується
міжлистова ізоляція, що у свою чергу викликає корозію сталі. З цих причин
також погіршується стан масла, я саме, зменшується температура спалаху,
підвищується кислотність і збільшуються втрати холостого ходу.
Найбільш характерним видом пошкоджень в обмотках
трансформатора є виткове замикання. Причиною його може бути руйнування
ізоляції через старіння внаслідок її природного зносу або через тривалі
перевантаження трансформатора при недостатньому охолодженні обмоток.
Порушення ізоляції витків обмотки, може статися так само, внаслідок
механічних пошкоджень при КЗ. Ознаками виткових замикань є підвищене
нагрівання і різниця в опорах фаз при вимірюванні по постійному струму.
Перераховані пошкодження викликають розкладання масла і виділення
газу, що призводить до спрацьовування газового захисту. Так само про
характер пошкодження можна судити за результатами хімічного аналізу газу.
Один із найважливіших методів оцінки стану трансформатора – це
хроматографічний метод, який дає можливість оцінити вміст розчинених в
маслі газів, встановити зв'язки між газами, що виділилися у масло, і
визначити причини їх появи.
Наприклад, виділення водню (Н2) свідчить про наявність в ТР іскрових
і дугових часткових розрядів; ацетилену (С2Н2) – про наявність електричної
дуги і іскріння; етилену (С2Н4) – про місцеве нагрівання масла; метану (СН4)
– про місцеве нагрівання ізоляції або про часткові розряди, які спричиняють
25
нагрівання; етану (С2Н6) – про місцеве нагрівання масла і ізоляції в межах
573... 673 К; оксиду і діоксиду вуглецю (С, СО2) – про старіння і зволоження
масла і твердої ізоляції [48, 51].
У магістерській роботі розглядаються несправності і контрольовані
параметри обмоток.

1.4 Методи технічного діагностування обмоток трансформатора

Оцінка стану обмоток проводиться методами технічного
діагностування [2, 12, 13, 16].
Процес діагностування зазвичай починається після виявлення
відхилень в роботі об'єкта під час проведення штатних або нештатних
перевірок його стану. Про наявність такого відхилення свідчить порівняння
поточних значень контрольованих параметрів з їх еталонними значеннями,
які встановлюються технічною документацією за результатами випробувань
або на основі статистичного аналізу даних.
Діагностика може здійснюватися різними методами, які включають
сукупність операцій і дій, що приводять до висновку про стан об'єкта [10, 12,
51].
В ході технічного діагностування вирішуються задачі контролю
працездатності об’єкта, пошуку місця і причин несправності і прогнозування
зміни його стану.
Для оцінки технічного стану об’єкта необхідні критерії, які в
основному є його параметрами. Критерії пов'язані з несправностями об'єкта.
Основні і додаткові параметри повинні відповідати вимогам, обумовленим
технічною документацією на об'єкт. Якщо вони відповідають технічному
завданню і технічним умовам, то об'єкт функціонує штатно і правильно.
Діагностика устаткування може здійснюватися різними способами.
Системи діагностування. У загальному вигляді система діагностування
(СД) включає три основні елементи: об'єкт діагностування (ОД), засоби
26
технічного діагностування (ЗТД) і людини-оператора (ЛО), рис. 1.3 [2, 40-
42].

Рис. 1.3. Структурна схема системи діагностування

Об'єкти діагностування можуть поділятися на непреривні, стани яких
можна описати безперервно у часі диференціальними або алгебраїчними
рівняннями, дискретні і гібридні, які є комбінацією непреривних та
гібридних пристроїв.
Об'єкт повинен мати діагностичне забезпечення, яке включає
діагностичні ознаки несправностей, контрольовані параметри, алгоритми і
засоби виявлення пошкоджень.
Оператор (ЛО) може різною мірою впливати на процес діагностування,
звідси система діагностування може бути ручною, автоматичною і
автоматизованою.
Оператор, як будь-який елемент системи, володіє таким показником як
надійність, який може змінюватися в широкому діапазоні. Робота оператора
залежить від властивих йому властивостей і органів (зір, слух, центральна
27
нервова система, пам'ять, мова, органи руху), а також від умов у яких він
працює (зовнішні фактори).
Системи технічного діагностування включають програмні засоби,
ремонтно-експлуатаційну документацію і технічні або апаратурні засоби.
Програмні засоби – це пакети програм і алгоритмів.
Ремонтно-експлуатаційна документація має вигляд таблиць дефектів і
ремонтних схемам, в яких зображені види сигналів в різних контрольних
точках, і приведено структурне розбиття системи на функціональні вузли [2,
47, 49].
Засоби технічного діагностування (ЗТД) – це прилад або система, за
допомогою яких здійснюється сам процес діагностування.
Побудова ЗТД багато в чому визначається завданнями, які вирішуються
в процесі діагностування: контроль працездатності, пошук причини і місця
несправності і прогнозування подальшого стану.
ЗТД поділяються на активні і пасивні; вбудовані і зовнішні; за
способом обробки інформації: послідовної, паралельної і змішаної дії;
універсальні і спеціалізовані.
Розрізняють два види діагностування: робоче і тестове.
Діагностична модель, яка розроблена в магістерській роботі,
призначена для робочого діагностування.
Типові структурні схеми систем робочого діагностування представлені
на рис 1.4 (а, б). На рис. 1.4, а діагностування здійснюється для об'єкта, який
безперервно функціонує.
ЗТД виконує пасивну роль в діагностуванні: здійснюють прийом і
обробку отриманої інформації від об'єкта. Оператор не має прямого контакту
з об'єктом діагностування.
Об'єкт діагностування отримує робочі сигнали, безперервно ведеться їх
обробка. ЗТД, які відіграють пасивну роль, переробляють інформацію і
передають операторові, який не може впливати безпосередньо на об'єкт
діагностування, наприклад через велику віддаленість ОД від ЛО. Це
28
діагностування найчастіше відбувається в енергетиці. Роботу таких об'єктів
діагностування неможливо переривати.

Рис.1.4. Системи робочого діагностування

Друга структурна схема робочого діагностування, рис. 1.4, б,
характерна для ОД, що діагностуються в спеціальному режимі на інтервалі
часу між використанням об'єкта за призначенням.
Оператор має доступ для включення об'єкта діагностування і
відповідних перемикань при діагностуванні. У такій структурі об'єкт
діагностування не бере участь в робочому процесі.
При тестовому діагностуванні структура СД представлена схемами рис.
1.5 і 1.6, де ЗТД-1 – активні засоби, генератори тестових дій, які за заданою
програмою виробляють спеціальні сигнали-тести, що поступають в ОД і що
викликають його реакцію.
Тестові дії можуть повторювати робочі сигнали, що поступають
зазвичай в ОД при його використанні, або бути особливими, призначеними
тільки для діагностування. ЗТД-2 - пасивні засоби, які сприймають і
переробляють інформацію з об'єкта.
29

Рис. 1.5. Схема тестового діагностування без зв'язку ОД і ЛО

На рис. 1.5, ЗТД 1 і ЗТД 2 зв'язані між собою, що дозволяє погоджувати
режими їх роботи: час включення і виключення, параметри тестових
сигналів, рівні схем порівняння. ЛО не має контакту з ОД і його функції
зводяться до управління ЗТД 1 і до сприйняття з ЗТД 2 інформація про стан
об'єкта, що допускає перехід у спеціальний режим діагностування, але
розташованого в недоступному місці.
На рис. 1.6 приведена ще одна структура СД при тестовому
діагностуванні устаткування. Оператор може управляти ОД (суцільна лінія).
В цьому випадку, до ОД є вільний доступ. Можливість доступу до ОД
дозволяє встановити зв'язок між ЗТД 1 і ЗТД 2.
Оператор також може безпосередньо отримувати інформацію про стан
ОД, тим самим підвищується ймовірність діагнозу і спрощується засіб
діагностування. Пасивні ЗТД виконують аналіз інформації про стан
устаткування, для чого сприймають, обробляють і оцінюють діагностичні
ознаки [22, 23, 32].
Вибір діагностичних ознак і параметрів трансформатора можна
здійснити, побудувавши схему причинно-наслідкових зв'язків (рис. 1.7) і
таблицю несправностей (таблиця 1.10).
30

Рис.1.6. Схема тестового діагностування з додатковим контролем ЛО

31

32

Рис.1.7. Зв'язок можливих несправностей і контрольваних параметрів
33

Діагностування проводиться на всіх етапах життєвого циклу технічного
об’єкта: при проектуванні, виготовленні та експлуатації. При проектуванні
вирішуються питання організації СД, розробки діагностичного забезпечення і
оцінки ефективності СД. При виготовленні об'єкта проводиться монтаж,
налагодження, контроль і пошук несправності. Вирішення завдань
технічного діагностування доцільно починати в процесі проектування
об'єкта. Виходячи із умов використання і експлуатації проектованого об'єкта,
розробляють діагностичні моделі, ефективність яких значною мірою
залежить від ступеня пристосованості конструкції об’єкта до технічного
діагностування, а також використання методів і засобів технічного
діагностування.

1.5 Класифікація діагностичних моделей

Одним з найбільш важливих напрямків розвитку техніки є створення,
удосконалення та ефективне застосування систем проектування і
діагностування технічних об’єктів, що ґрунтуються на досягненнях в області
комп’ютерно-інформаційних технологій. Ефективні методи і засоби обробки
інформації при проектуванні й діагностуванні електроустаткування
складають основу створення високоякісних пристроїв енергетичного сектору
України, наукових досліджень тощо [12, 13]. Незважаючи на значні успіхи в
розвитку комп'ютерних систем проектування й діагностування, процес
подальшого удосконалення цих засобів продовжується в зв'язку із
розширенням і ускладненням задач створення засобів нової техніки,
використанням нових можливостей інформаційних технологій, розвитком
методів і засобів алгоритмізації та комп'ютерного моделювання фізичних
процесів. При цьому значною мірою змінюються уявлення про структуру,
математичне забезпечення і склад програмних засобів систем проектування й
діагностування.
34
До істотних труднощів, що виникають у процесі дослідження ОД,
відноситься об'єктивний процес накопичення помилок при послідовному русі
від одного етапу процесу дослідження до іншого. При завершенні кожного
етапу складаються або уточнюються частинні технічні завдання для окремих
елементів пристроїв, при дослідженні яких неминуче застосовуються деякі
недостатньо обґрунтовані технічні рішення, викликані незавершеністю
процесу в цілому, неможливістю проконтролювати остаточний рівень
відповідності технічним умовам пристрою на проміжному етапі. У частинні
технічні завдання доводиться включати параметри, вплив яких на
характеристики пристрою або не перевірявся, або не міг бути перевірений
шляхом порівняння з деяким еталоном чи моделлю [31, 50].
Кількість таких рішень стрімко росте від етапу до етапу, частинні
технічні завдання вимушено не забезпечують "однозначність" своїх вимог,
що створює умови для прийняття дослідником евристичних, не зовсім
точних рішень. У цілому можна констатувати, що технології діагностування,
які склалися, характеризуються великим чи навіть неприпустимим часом
"реакції на помилку".
Одним з дієвих шляхів розв’язання даної проблеми є підвищення рівня
інтелектуалізації процесу діагностування шляхом організації або підвищення
ефективності методів і засобів їх модельної підтримки. Удосконалення
технології діагностування при цьому полягає в тому, що дотримуються
підхід (принцип): кожний крок, зроблений від задуму до готового проекту,
являє собою уточнення моделі об'єкта дослідження. Розв’язання проблеми,
таким чином, зводиться до того, що починаючи з перших і закінчуючи
останніми стадіями проекту, мати діагностичну модель об'єкта, у ході
діагностування вносити в неї всі знову одержувані результати, і з її
допомогою перевіряти всі прийняті технічні рішення. Ефективність
застосування даного принципу значною мірою залежить від наявності
якісних діагностичних моделей об'єкта з можливістю їх алгоритмічної і
комп'ютерної реалізації. Розв’язання цих питань багато в чому залежить від
35
ступеня вивченості процесів у досліджуємих об'єктах.
Математичне моделювання складних об’єктів і систем різної фізичної
природи з використанням комп’ютерної техніки в сучасному світі
становиться трудомістким процесом, що пояснюється, з одного боку,
характером взаємозв’язків між елементами системи проектування, а з іншого
боку взаємодією досліджуваної системи із зовнішнім середовищем.
Оптимальні вирішення завдань технічного діагностування складних
об'єктів можуть бути отримані тільки в результаті аналізу різноманітних його
станів, в яких ці об'єкти можуть знаходитися в період експлуатації. Прийнято
розрізняти два основні завдання: пряма діагностична задача або завдання
контролю технічного стану та зворотна діагностична задача або завдання
пошуку дефектів. Виходячи з цього, загальне визначення діагностичної
моделі сформулюємо в наступному вигляді. Діагностична модель – це будь-
яке знання, що використовується в процесі рішення діагностичної задачі і
представлене в певній формі [14, 31, 51]. Спектр форм діагностичних
моделей широкий – від образів дефектів та їх ознак у свідомості окремого
спеціаліста-практика з обслуговування та ремонту ОД до математичних
моделей, реалізованих у формальних діагностичних програмах. Відзначимо,
що пряма і зворотна задачі є по суті виразом в технічній діагностиці двох
фундаментальних підходів теорії систем.
Таким чином, діагностична модель являє собою формалізований опис
системи за допомогою абстрактної мови, а саме, з допомогою математичних
співвідношень. Що відображають процес функціонування системи. Для
побудови діагностичної моделі можуть використовуватися різні математичні
засоби – алгебраїчні перетворення, диференційні та інтегральні обчислення,
теорія множин, теорія алгоритмів тощо. В процесі розробки діагностичної
моделі можна умовно виділити такі етапи опису, як концептуальний,
математичний і програмний. На цих етапах створюється необхідна модель.
Під концептуальною моделлю розуміють абстрактну модель, яка визначає
склад і структуру системи, властивості її елементів, а також причинно-
36
наслідкові зв’язки, що належать до досліджуваної системи і істотні для
досягнення мети дослідження. В концептуальній моделі приводяться
відомості про природу і параметри елементарних процесів і явищ, які
проходять у досліджуваній системі, про вид і степінь взаємодії між ними, про
місце і призначення кожного елементарного явища в загальному процесі
функціонування системи. Вибір виду діагностичної моделі визначається
особливостями вивчаючої системи і метою моделювання. Структура моделі
визначається загальною і конкретною суттю вхідних до неї величин і
функцій, що відображаються за допомогою параметрів моделі. Параметри
моделі – це числові значення постійних і змінних величин, що входять в
модель. Урахування фізичних процесів і явищ при побудові математичних
моделей (ММ) систем вимагає довготривалих і трудомістких математичних
операцій.
Відомо, що заміна одної з характеристик системи може легко привести
до зміни в інших частинах системи або створити необхідність в таких змінах.
В зв’язку з цим отримала розвиток методологія системного аналізу
(дослідження операцій, теорія управління), яка необхідна для допомоги
вченим і інженерам у вивченні та осмисленні наслідків таких змін. З появою
електронно-обчислювальних машин одним із найбільш важливих і корисних
засобів аналізу структури складних процесів і систем є імітаційне
моделювання.
У зв'язку з цим необхідно розглядати спеціальні методи для
теоретичного аналізу різноманітних можливих станів складних технічних
об'єктів. Подібні методи ґрунтуються на дослідженні аналітичних описів або
графічно-аналітичних представлень основних властивостей технічних
об'єктів, як об'єктів діагностування, які називаються їх діагностичними
моделями. Їх класифікація представлена на рис 1.8.

37

Рис. 1.8. Класифікація діагностичних моделей

Якщо вихідна змінна об'єкта визначена для будь-якого моменту часу,
то такий об'єкт і відповідна йому математична модель називаються
непреривними. У дискретних об'єктах і відповідних їм математичних моделях
вихідна змінна визначена (відома) тільки в деякі фіксовані моменти часу.
Більшість енергетичних об'єктів є безперервними за своєю природою,
дискретність у технологічні процеси привноситися, як правило, штучно
(лабораторні виміри, дискретний принцип роботи ЕОМ).
38
Неперервні математичні моделі описують тільки неперервні об'єкти й
процеси, а дискретні моделі використовуються для опису як неперервних, так
і дискретних об'єктів [31, 33, 37, 45]. Якщо залежність вихідної величини
об'єкта від вхідної в усталеному режимі (статична характеристика) має
лінійний вигляд, то такий об'єкт називається лінійним і може бути
представлений лінійною статичною або динамічною моделлю.
Однак статичні характеристики практично всіх об'єктів природи, що нас
оточують, мають нелінійний характер. А. Ейнштейну належить вислів, що
«…справжні закони не можуть бути лінійними».
Нелінійні статичні характеристики (неперервні моделі) мають у своєму
складі нелінійні алгебраїчні (такі, що включають добуток змінних і
піднесення у степінь) і трансцендентні рівняння. Аналітичний розв'язок
таких моделей украй важкий, а часто неможливий.
Таким чином, для природи (у тому числі і для енергетичних об’єктів)
характерна наявність нелінійних динамічних об'єктів, які можна представити
у вигляді динамічних або статичних, лінійних або нелінійних математичних
моделей. При цьому найбільш точне й повне відображення властивостей
реального об'єкта може бути отримане за допомогою нелінійної динамічної
моделі, яка являє собою систему нелінійних диференціальних рівнянь. Разом
з тим аналітичний розв'язок нелінійних диференціальних рівнянь можливий
тільки у виняткових і таких, що й не становлять практичного інтересу,
випадках, тоді як для розв'язання лінійних диференціальних рівнянь на даний
час розроблено потужний і надійний математичний апарат. Подібне
протиріччя змушує дослідників виконувати певні дії, пов'язані із заміною
нелінійних характеристик на лінійні, названі лінеаризацією статичних
характеристик.
Неперервні діагностичні моделі (ДМ) представляють стан ОД
безперервно таким, що змінюється в часі. Безперервні моделі включають:
• алгебраїчні рівняння;
• диференціальні рівняння;
39
• схеми заміщення;
• передатні функції;
• характеристичні рівняння.
Для опису об'єкта за допомогою дискретної ММ використовуються так
звані кінцево-різницеві рівняння (аналоги безперервних диференціальних
рівнянь).
Спеціальні ДМ можна поділити на інформаційні і функціональні.
Неперервні моделі складають найбільшу групу, оскільки основні
процеси зміни якості технічних об'єктів носять неперервний характер.
Аналітичні моделі широко використовуються для опису об'єктів будь-яких
типів, наприклад, механічних, електричних, електромеханічних або
пневмогідравлічних. При цьому несправності об'єкта моделюються, як
неприпустимі зміни значень параметрів діагностування. Але для більшості
типів технічних об'єктів не допускається використання аналітичних методів
моделювання по своїй структурі, або ж побудова повної аналітичної моделі є
неможливою через відсутність відповідної інформації. В цьому випадку для
вирішення завдання помітності дефектів об'єктів пропонується
використовувати топологічну модель.
ТМ пропонує спосіб моделювання та аналізу функціонування системи і
структур циклів діагностування з використанням простих математичних
засобів і підходів теорії систем з незалежної від обчислень точки зору
керованої моделями архітектури. Інформація для моделювання може бути
отримана зі словесних описів, таких як документи, діаграми, онтології,
схеми, інтерв'ю, робочі інструкції, призначені для користувача історії, а
також із математичних виразів і експертних знань про систему. ТМ дозволяє
забезпечити відповідність між програмним забезпеченням і системою, в якій
воно буде працювати. Ця відповідність досягається шляхом з'єднання
проблемної області (системи) і області рішень (програмного забезпечення),
використовуючи точний механізм зіставлення моделей відповідних доменів,
перевірки адекватності вимог до системи, а також генерування на її основі
40
варіантів використання і загальної архітектури програмного рішення. ТМ
може бути застосована до різних видів систем, наприклад, механічних,
біологічних і енергетичних систем. У порівнянні з діаграмою діяльності
UML, моделями BPMN, діаграмами EPC і мережами Петрі, для
представлення процесів в системі ТМ пропонує меншу кількість елементів і
математичних механізмів для визначення межі системи, «інтерфейси» для
комунікації з користувачами або іншими системами, а також причинно-
наслідковими залежностями між функціональними частинами системи.
Розвиток ТМ ще повністю не завершено. Топологічна модель задається в
просторі параметрів загальним представленням сукупності фізичних
властивостей об'єкта і його топології у вигляді графа або матриці з вказівкою
причинно-наслідкових зв'язків між фізичними властивостями.
Якщо модель представляється у вигляді графа, то вершинам
відповідають параметри об'єкта (вихідні і вхідні, основні і допоміжні,
структурні параметри), а дугами – відомі аналітичні або статистичні
залежності і якісні співвідношення між параметрами. Тому так важливою є
задача виявлення діагностичних ознак і параметрів, які дозволяють знайти
дефект в об'єкті. Сукупність діагностичних параметрів є ефективними для
діагностування, якщо вони задовольняють наступним вимогам:
• опис дефектів;
• чутливість до відхилення значень параметрів;
• мінералізація складу;
• доступність контролю і вимірювання;
• мінімум вартості і часу контролю всіх параметрів;
• роздільність при розпізнаванні окремих дефектів.
Разом із топологічними моделями широкого поширення при вирішенні
завдань технічного діагностування набули двозначні логічні моделі, що
охоплюють великий клас реальних технічних об'єктів, представлених
блоковою функціональною або структурною схемами. При побудові логічної
моделі кожному функціональному елементу ставиться у відповідність
41
сукупність логічних блоків так, щоб вихід кожного логічного блоку
характеризувався тільки одним параметром, і при цьому залишаються тільки
ті входи, які формують даний вихід [22, 31]. Застосування логічної моделі
ґрунтується на застосуванні допускових способів діагностування, що
характеризуються висновком про правильність функціонування об'єкта, який
робиться на підставі якісної оцінки деякої сукупності діагностичних
параметрів. Якщо значення сигналу знаходиться в допустимих межах, то
значення даного вихідного сигналу вважається рівним 1, в іншому випадку -
0.
Спосіб побудови діагностичних моделей (ДМ) багато в чому
визначається видом моделі. У зв'язку з великою різноманітністю ДМ
електроустаткування існує безліч різних способів їх побудови, включаючи
наступні:
1) спрощення характеристичного рівняння;
2) уявлення про вигляд матриці;
3) перехід від структурної схеми до орієнтованого графа;
4) перетворення структурної (функціональною) схеми.
Способи можна згрупувати, враховуючи їх спрямованість і
особливості.
У даній роботі, як модель діагностування доцільно вибрати граф -
модель у вигляді логічного дерева, оскільки вершини графа представляють
можливі стани об'єкта, викликані нештатними ситуаціями, а дуги
представляють відповідні причинно-наслідкові зв'язки.
Орієнтовані графи дають одне з найбільш наочних уявлень про об'єкт
діагностування. Якщо об'єкт діагностування можна описати системою
лінійних алгебраїчних рівнянь, то його можна представити функцією-
діаграмою проходження сигналів на основі функціональних залежностей між
окремими блоками. У основі будь-якої функціональної схеми закладена
логічна модель за допомогою якої ведеться побудова графів [3, 4, 38, 41].
42
Діагностична модель повинна відображати сукупність операцій, що
виконуються устаткуванням і його окремими частинами або структурними
одиницями (СО) в процесі функціонування. Такі моделі розглядаються як
схеми зв'язків між окремими СО, діаграми проходження сигналів
(орієнтовані графи) або алгоритми функціонування.
В деяких випадках існують технічні об‘єкти, які можна поділити на
декілька взаємопов‘язаних частин, кожна з яких має своє самостійне
значення. В цьому випадку як діагностичну можна використовувати так
звану функціональну модель [17, 45].
Функціональна модель є графічним зображенням об‘єкта, в якому
кожна виділена частина (функціональний елемент) позначається
прямокутником з декількома входами xj і одним виходом yk , показаними
стрілками (рис. 1.9). Кількість входів відповідає кількості зовнішніх дій, які
необхідно подати, щоб отримати реакцію на виході елемента. Зв‘язки між
елементами показані лініями зі стрілками, які позначають напрямок
проходження сигналу. Стан елемента оцінюється 1, коли при поданні всіх
допустимих входів на виході елемента виникає допустима реакція. Якщо
реакція виявиться недопустимою, то його стан оцінюється як 0. Якщо хоча б
на один із входів подана недопустима дія, то вихідна реакція елемента також
повинна бути недопустимою.
Користуючись функціональною моделлю, можна задати всю множину
можливих станів ОД. Потужність множини станів {Si} визначається
кількістю можливих станів функціональних елементів моделі. Кожну
компоненту множини подають n-вимірним вектором, де n – кількість
функціональних елементів моделі. В більшості випадків вважають, що
одночасно може відмовити тільки один елемент. Елементу, що відмовив, у
векторі станів відповідає 0. Наприклад, для функціональної моделі,
представленої на рис. 1.9, якщо відмовив перший елемент то S1(011111).
Якщо вважати перевірку за реакцію одного із функціональних
елементів при подачі на модель всіх допустимих дій, то можна побудувати
43
таблицю станів об‘єкта. В таблиці станів кількість рядків буде відповідати
числу станів об‘єкта Si , а кількість стовпців – числу перевірок π j. Для
об‘єкта, представленого на рис. 1.9, було побудовано таблицю станів (табл.
1.11).
Функціональна модель і побудована на її основі таблиця станів
дозволяє розв‘язувати діагностичні задачі використовуючи формальний
апарат для визначення оптимальної кількості необхідних перевірок. Але
подання об‘єкта функціональною моделлю не звільняє від необхідності
розв‘язання задач, пов‘язаних із визначенням умов роботоздатності для
кожного функціонального елемента.

Таблиця 1.11
Таблиця станів

Рис. 1.9. Діагностична модель у вигляді схеми зв'язків

44
Таким чином, стан кожної СО описується двома станами: 0-
непрацездатна, 1 - працездатна. Стан кожного СО визначається відповідною
перевіркою при подачі на об'єкт діагностування всіх вхідних дій.
Одним із способів побудови ДМ може бути перетворення структурної
(функціональної) схеми. Цей спосіб використовується, якщо визначено
сукупність окремих частин ОД з яких він складається, а також зв’язків між
ними та може бути представлено у вигляді схеми зв’язків між ними (рис. 1.10
а), або ДМ може бути представлена у вигляді схеми зв'язків СО (рис. 1.10 б).

Рис. 1.10. Діагностична модель побудована шляхом перетворення
структурної схеми

Стрілки в моделі (рис. 1.10) показують напрям проходження вхідних хі і
вихідних уі сигналів в СО. Як вихідні сигнали можуть розглядатися будь-які
параметри, що характеризують зміну стану СО. Стан кожною СО оцінюється
у двійковій системі числення по виходах. Якщо вихідний сигнал задовольняє
встановленим вимогам, то стан оцінюється в 1, іншому випадку – 0. В ході
аналізу діагностичної моделі СО, залежно від деталізації виявлення дефекту,
можуть розбиватися на багато елементів або об'єднуватися у великі
структури. При цьому необхідно дотримуватися умови, що для кожної СО
був тільки один вихід [2, 4].
При переході від структурної схеми до орієнтованого графа схему
з'єднання блоків можна замінити еквівалентним орієнтованим графом (рис.
45
1.11). Блоки замінюються вершинами, а зв'язки між блоками - направленими
гілками із збереженням напряму проходження сигналів.

Рис. 1.11.Орієнтований граф

Графічні методи володіють великою наочністю і можуть служити як
для безпосереднього аналізу, так і для ілюстрації аналітичних методів.
Графічні методи корисні для дослідження параметрів і характеристик
обладнання. Серед графічних методів особливе місце займають методи,
засновані на теорії орієнтованих або неорієнтованих графів. Особливо зручні
при моделюванні орієнтовані графи, так як вони дозволяють наочно і
послідовно дослідити закономірність зміни параметрів. При дослідженні
структурних властивостей графів, зручно і наглядно використовувати
матричні представлення.

46
РОЗДІЛ 2
ВИБІР МЕТОДУ ПОБУДОВИ ДІАГНОСТИЧНОЇ МОДЕЛІ І
ПАРАМЕТРІВ ДЛЯ ОЦІНКИ СТАНУ ОБМОТОК
ТРАНСФОРМАТОРА

2.1 Аналіз несправностей обмоток ТР і побудова схеми причинно-
наслідкових зв'язків

У електротехнічних установках, а також в енергетичних системах
передачі і розподілу електроенергії застосовують силові трансформатори, за
допомогою яких змінюють величину напруги змінного струму. При цьому
число фаз, форма кривої напруги (струму) і частота залишаються незмінними
[2, 6, 17].
У магістерській роботі, як об’єкт дослідження, розглядається силовий
трифазний триобмотковий трансформатор класу напруги 110 кВ із
регулюванням напруги під навантаженням (РПН), з системою масляного
охолодження з дуттям і природною циркуляцією масла, який призначений
для роботи на електричних мережах з глухозаземленою нейтраллю. Обмотки
мають з'єднання зірка-трикутник-трикутник. Клас ізоляції нейтралі дорівнює
35кВ.
Для діагностування трансформаторів необхідно розробити відповідні
заходи, які дозволять знаючи параметри, провести наступні випробування:
перевірку коефіцієнта трансформації та групи з'єднання обмоток; виміряти
опір обмоток по постійному струму; перевірку втрат при напрузі короткого
замикання і струму холостого ходу; виміряти опір нульової послідовності і
гармонійної складової струму холостого ходу; визначення діелектричних
параметрів і випробування електричної міцності ізоляції; перевірку
перевищень температури контактів знімних вводів і контроль маркування [6-
10].
47
Процес діагностування починається після виявлення відхилень в
поведінці об'єкта під час проведення запланованих або незапланованих
перевірок його стану. Про наявність відхилення свідчить порівняння
поточних значень контрольованих параметрів з їх значеннями, які
встановлюють на основі досвіду експлуатації, по рекомендаціях виробника,
за результатами проведених випробувань або на основі статистичного аналізу
даних.
Значення контрольованих параметрів можуть бути отримані прямим
вимірюванням після обробки результатів вимірювань [16].
Діагностичні ознаки досліджуваного об’єкта формуються при: зміні
контрольованого параметра; відсутності його; зміні режиму роботи.
Для діагностування технічного стану силового трансформатора
необхідно вибрати метод діагностування параметрів, зміна яких дозволяють
судити про наявність несправностей.
Виходячи з існуючих типів діагностичних моделей, в магістерській
роботі вибрано спеціальні моделі, які поділяються на: інформаційні і
функціональні.
Особливий інтерес представляють два основні підходи у визначенні
технічного стану обмоток:
• розрахункові методи, які зазвичай автоматизовані, не вимагають
вивчення причин, які викликали відмови, але вимагають великих
масивів інформації;
• експертні методи, основою яких є моделі несправностей і моделі
нормального функціонування ОД.
Цим двом методам відповідають діагностичні моделі:
- модель «несправність - діагностичні ознаки», яка дозволяє виявити
несправність, але не виявляє причину її виникнення;
- модель «дерево причинно-наслідкових зв'язків», яка виявляє основну
причину і формує прогноз, подальшого функціонування об'єкта
діагностування.
48
Саме цей метод може представляти особливий інтерес для створення
ДМ в магістерській роботі. Підхід до діагностування при використанні
моделі зв'язків несправності з її діагностичними ознаками представлений на
рисунку 2.1.

Рис. 2.1. Модель «несправність - діагностичні ознаки»

При такому моделюванні співвідношення між несправностями і
діагностичними ознаками в діагностичній моделі носять асоціативний
характер.
Підхід на основі моделі «несправність - діагностичні ознаки» не може
бути застосований у разі потреби отримання достовірних знань про механізм
виникнення та розвитку несправності.
Завданням магістерської роботи є оцінка технічного стану найбільш
важливої функціональної частини трансформатора – обмоток.
Щоб побудувати «дерево причинно-наслідкових зв'язків» необхідно
вибрати діагностичні ознаки різних видів дефектів обмоток трансформатора,
рис. 2.2

49

Рис. 2.2. Діагностичні ознаки різноманітних дефектів обмоток трансформатора
50
Відповідно до діагностичних ознак дефектів обмоток (рис. 2.2), вибрані
параметри, які традиційно вимірюються в ТР відповідно до нормативної
системи випробувань силових трансформаторів.
Кожна несправність і параметр оцінюються по їх критичності, тобто по
нанесенню збитку всьому трансформатору і системі, в якій він працює.
Оцінка такої критичності може бути проведена у вигляді розрахунку, але в
нашому випадку ця оцінка будується на основі статистичних даних і досвіді
роботи з цим видом електроустаткування.
Найбільш частим видом пошкоджень в обмотках є виткове замикання.
Причиною його може бути як руйнування ізоляції через старіння внаслідок її
природного зносу, так і тривалі перевантаження трансформатора при
недостатньому і нерівномірному охолоджуванні обмоток. Порушення
ізоляції витків може статися і при механічних пошкодженнях при КЗ.
Ознаками виткових замикань є спрацювання газового захисту, підвищене
нагрівання, відмінність в опорах фаз постійному струму.
Для моделі, що розробляється вибрано граф. Вершини графа
представляють можливі стани трансформатора, викликані нештатними
ситуаціями, а дугами є причинно-наслідкові зв'язки.
Оцінка технічного стану трансформатора буде проводиться між
робочими періодами по схемі робочого діагностування.
Нормативна система випробувань силових трансформаторів включає
такі вимірювання:
• тангенс кута діелектричних втрат;
• опір обмоток по постійному струму;
• втрати холостого ходу;
• ємкість ізоляції обмоток;
• опір ізоляції обмоток (щодо корпусу).
У даній роботі моделлю діагностування вибрано граф-модель у вигляді
логічного дерева, вершини графа представляють можливі стани об'єкта,
51
викликані нештатними ситуаціями, а дуги представляють відповідні
причинно-наслідкові зв'язки.

2.2 Вибір і характеристика контрольованих параметрів

Значення контрольованих параметрів можуть бути отримані або
прямим вимірюванням, або після обробки результатів вимірювань.
Контрольовані параметри часто приймають, як початкові дані вимірювань
внаслідок їх великої селективності. Чим більша селективність
контрольованих параметрів, тим вища селективність діагностичних ознак і,
відповідно, тим простіше поставити діагноз. Селективність контрольованих
параметрів дозволяє зменшити кількість розглядаємих гіпотез при постановці
висновку про вид несправності за даними спостереження діагностичних
ознак.
Вимірювання параметрів обмоток трансформатора в нашому випадку,
може проводитися при різних видах ремонту або між ремонтами при
робочому діагностуванні.
В ході виконання роботи, вибрані основні випробування, які
дозволяють виявити параметри необхідні для діагностування пристроїв:
• вимірювання tgδ ізоляцій обмоток;
• вимірювання опору обмоток по постійному струмі;
• вимірювання втрат холостого ходу;
• вимірювання опорів короткого замикання;
• вимірювання опору ізоляції обмоток.
Система діагностування повинна враховувати можливі ситуації, що
виникають залежно від співвідношення між величинами періодів
діагностування і використання устаткування, рис. 2.3.

52

Рис. 2.3. Параметри комплексного діагностування обмоток ТР

У таблиці 2.1 перераховані найбільш типові несправності обмоток
трифазних масляних трансформаторів, а також наведені контрольовані
параметри за результатами вимірювань по яким можна робити висновки про
появу тієї чи іншої несправності.
Таблиця 2.1
Залежність несправності від контрольованого параметра ТР
Трансформатор Контрольований параметр
Несправність Rпост. струму Rізол. обмоток tgδ ZКЗ Pхх
Виткове замикання в * * *
обмотках
Обрив в обмотках і *
паяннях
Пробій * *
Деформація обмотки *

*- вказує на діагностичну ознаку або контрольований параметр для несправність
певного виду.
53
Для визначення стану обмоток трансформатора необхідно виявити
допустимі межі основних контрольованих параметрів, при яких зберігається
працездатність обмоток.
На основі таблиці 2.1 було побудовано «дерево причинно-наслідкових
зв'язків» несправностей, що виникають в обмотках трансформатора, яке
необхідне для складання графічної моделі (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Причини відмов, діагностичні ознаки і параметри обмоток
трансформатора

54
2.3 Вимірювання і допустимі рівні відхилень контрольованих
параметрів

При проведенні аналізу та дослідження несправностей трансформатора
було виявлено, що дані отримані від випробувань дозволяють із великою
точністю визначити стан обмоток трансформатора, за допомогою яких можна
провести наступні випробування:
• вимірювання tgδ ізоляції обмоток;
• вимірювання опору обмоток постійному струму;
• вимірювання втрат холостого ходу;
• вимірювання опору ізоляції обмоток;
• вимірювання опорів короткого замикання.
Відомо, що не для всіх варіацій трансформаторів встановлені значення
tgδ ізоляції обмоток. Провести оцінку стану ізоляції за значенням tgδ ізоляції
обмоток, наприклад, можливо тільки для трансформаторів з класом напруги
до 35 кВ включно після монтажних робіт (таблиця 2.2) [6, 16]. Допустимі
значення tgδ ізоляції обмоток встановлені практично на всі напруги для
трансформаторів, які пройшли капітальний ремонт (таблиця 2.3) [6, 16].

Таблиця 2.2
Допустимі значення tgδ для трансформаторів напругою до 35 кВ
Потужність трансформатора, Значення tgδ, % при температурі обмотки, °С
10 20 30 40 50 60 70
кВА
Не більше 6300 1,2 1,5 2,0 2,5 3,4 4,5 6,0
10 000 і більше 0,8 1,0 1,3 1,7 2,3 3,0 4,0

55
Таблиця 2.3
Допустимі значення tgδ для трансформаторів напругою більше ніж 35 кВ
Характеристика Значення tgδ, % при температурі обмотки, °С
10 20 30 40 50 60 70
трансформатора
(напруга та потужність)
35 кВ потужністю не більше 1,8 2,5 3,5 5,0 7,0 10,0 14
10000 кВА 110-150 кВ
220-500 кВ 1,0 1,3 1,6 2,0 2,5 3,2 4,0

Оцінка погіршення стану ізоляції проводиться шляхом порівняння
результатів випробувань з первинними значеннями.
Провівши експеримент, було встановлено границю контрольованого
параметра tgδ 1%.
Існують основні вимоги для вимірювання опору обмоток постійному
струму при різних видах випробувань: приймально-здавальних
випробуваннях, випробуваннях після проведення капітального ремонту:
"Величини опорів трифазних трансформаторів, отримані на однакових
відгалуженнях різних фаз при однаковій температурі не повинні відрізнятися
один від одного більш, ніж на 2 %. При внесені в паспорт трансформатора
через його конструктивні особливості нотаток про розбіжність, можливі
відхилення більше ніж на 2 %, але за даних обставин необхідно враховувати
величину розбіжності, яка вказується в паспорті. Величини опорів отримані
таким чином, не повинні мати відмінності в 5 % і більше від значень, що
вказуються в паспортних даних трансформатора [6].
Існує великий вибір методів для вимірювання опорів обмоток
трансформаторів, але на практиці випробувальні станції в Україні при
проведенні випробувань силових трансформаторів застосовують найбільш
відомі два методи:
• метод вимірювання опору амперметра-вольтметра;
• метод вимірювання опорів мостовою схемою.
56
При проведенні вимірювання контрольованого параметра відносні
зміни складають близько 2%, тому необхідно максимально звести до
мінімуму похибки даного методу, які можуть виникнути при проведенні
випробувань.
Похибки найчастіше бувають викликані:
• внутрішніми опорами вимірювальних приладів та їх похибками;
• впливом перехідного контакту при підключенні приладу до обмотки в
місці його підключення;
• великими перепадами температури опорів обмоток.
Якщо в якості методу вимірювання опору обмоток обрати метод
амперметра-вольтметра, тоді прилади повинні мати клас точності 0,5 і 0,2.
Метод мостової схеми варто застосовувати, коли необхідне забезпечення
набагато вищого класу точності, тобто потрібно забезпечити необхідну
точність вимірювань 0,00001 Ом [48].
При включенні проводів для вимірювання опору слід звернути увагу на
якість контактів. Необхідна висока надійність контактів досягається
правильним вибором форми, а також чистотою їх поверхні. Не правильно
підготовлений контакт дає додатковий опір, який наближено дорівнює 1 Ом.
Наприклад, при вимірюванні опору в 0,004…0,005 Ом з наявністю
невідповідного контакту спотворить результати випробувань на 20…25 %
[38].
Якщо трансформатор, знаходиться довгий час у відключеному стані
при незмінній середній температурі навколишнього середовища, то за
температуру його обмоток варто брати температуру навколишнього
середовища.
В інших випадках за температуру обмотки довгий час не працюючого
трансформатора можна вважати температуру верхніх шарів масла
трансформатора [6].
Розрахунок опорів обмоток з первинної температури (t1) до іншої (t2)
можливо здійснити за виразами
57

R R 235 + t
2 = 1 ⋅ 2
(для міді);
235 + t1

R R 245 + t
= ⋅ 2
2 1 (для алюмінію).
245 + t1

Зазвичай опори обмоток прирівнюють до температури (75 °С або 20 °С)
або до температури номінальних випробувань.
Вимірювання опорів проводять на обмотках при різних ступенях
регулювання [16].
Лінійні опори заміряють (між лінійними вводами) для всіх відгалужень
обмоток всіх фаз. Якщо є нульовий ввід, проводять вимірювання одного з
фазних опорів (додатково).
Якщо є можливість вимірювання нульового вводу, тоді можливе
вимірювання фазних опорів, але якщо опір нульового вводу менший або
дорівнює 2% від фазного опору обмотки. У такому разі опір нульового вводу
можливо визначити при додатковому вимірюванні лінійного опору.
Якщо трансформатор має паралельні гілки обмотки ВН, які виведені на
верхню частину бака, то необхідно вимірювати опір у кожній гілці.
При вимірюванні втрат ХХ в трифазному трансформаторі необхідно
провести три досліди, кожен з яких полягає в почерговому приведенні
трифазного трансформатора до однофазного трансформатора, замикаючи
накоротко одну з його фаз і збудження двох інших (рис. 2.5). Закорочування
однієї обмотки необхідно проводити для того, щоб позбутися від магнітного
потоку в даній фазі і не мати в цій фазі втрат. Якщо закоротить фазу с і
подавати напругу на решту фаз обмотки НН, то певні втрати покажуть
витрату енергії на збудження цих фаз.

58

Рис. 2.5. Вимірювання втрат ХХ

Дані втрати, враховуючи, що замикання відбувалося на фазі С
запишемо як РС. Якщо дефектів у силовому трансформаторі не виявлено, тоді
втрати РА і РС, які були виміряні послідовним закорочуванням фаз а і с,
матимуть відмінності в межах 2…3 %, а втрати у фазі В РВ, які виміряні при
закорочувані середньої фази перевищують приблизно 38 % втрат РА і РС [16].
Даний феномен обумовлюється різницею довжини шляху замикання
магнітного потоку при збудженні трансформатора. Якщо відомі значення
втрат в різних фазах, то можна визначити наявність дефектів у
трансформаторі.
59
При виникненні будь-якого короткозамкнутого витка навколо
основного магнітного потоку одного із стержнів магнітопроводу
співвідношення втрат, виміряних за цими схемами зміниться, причому поява
короткозамкнутого витка викликає збільшення втрат, тому дефектною буде
та фаза, при закорочувані якої будуть виміряні найменші втрати. Ця
закономірність використовується для виявлення дефектної фази [16].
Несправності можуть виникати при монтажі, а також капітальному
ремонті трансформатора. Через це в нормативних документах [6, 8, 10]
рекомендується проводити вимірювання втрат ХХ при приймально-
здавальних випробуваннях, а також після капітального ремонту.
Для трифазних трансформаторів перед введенням в експлуатацію і під
час капітального ремонту відношення втрат на різних фазах мають бути в
межах 5% одна відносно іншої.
Метод короткого замикання базується на проведенні вимірювання
струму однієї із обмоток трансформатора при замиканні виводів іншої
обмотки. Дослід необхідно проводити при низькій напрузі. Маючи
результати вимірювання необхідно розрахувати опори короткого замикання
Zк.
Необхідно пам'ятати, що на Zк не впливає значення напруги, але опір
короткого замикання може відрізнятися через відмінність його подачі [13].
Проводячи вимірювання необхідно пам'ятати наступне:
1. Вимірювання Zк необхідно проводити із використанням вимірювальних
приладів: амперметрів, вольтметрів та ватметрів, які мають бути підключені
до схеми вимірювання, причому трансформатор має бути відключений від
роботи. Напруга мережі 380 В, клас точності вимірювальних приладів
повинен бути вище або рівний 0,5.
2. Вимірювання Zк трифазних трансформаторів слід проводити зі сторони
обмотки із з'єднанням "зірка" та нульовим проводом (рис. 2.6).
60

Рис. 2.6. Вимірювання Zк

3. Вимірювання струму і напруги необхідно проводити пофазно, при
цьому потрібно використовувати нульовий провід. Вимірюючи опір КЗ на
обмотках НН з'єднання повинно бути "трикутником".
4. Значення струму для вимірювання слід вибирати, забезпечуючи
нормальний відлік показань по приладах (амперметру і вольтметру), стрілка
приладів має бути на другій половині шкали. Zк необхідно визначити за
формулою

Z U
к = , Ом
I

5. Площа поперечного перерізу замикаючих виводів повинна бути більше
30% площі перерізу проводів обмотки трансформатора. Площа поперечного
перерізу проводів обмотки прийнято визначати враховуючи значення
номінального струму за середньою густиною струму в обмотці, яка дорівнює
3 А/мм2.
6. Паспортне значення для Zкп обчислюється за формулою

Z Uном ⋅U
= к
кп , Ом
100 ⋅ I ном
61
де Uном – номінальна фазна напруга живлення обмотки, В;
Uк – напруга КЗ для даної пари обмоток, що вказана у паспорті, %;
I ном – номінальний фазний струм живлення обмотки, А.
7. Для отримання більш точного стану трансформатора, результати Zк
варто провести для трьох ступеней регулювання напруги: при номінальному і
двох інших. Номінальний струм відгалуження обмотки ( I ′ ном ) визначається
за формулою

I ′ Sном
ном = , A
3U ном

де Sном – номінальна потужність трансформатора, кВА;
U ном – номінальна лінійна напруга відгалуження обмотки, кВ.
8. Також проводячи випробування потрібно відмічати частоту живлячої
мережі. Якщо виміряна частота мережі відрізняється від номінальної (50 Гц),
то отримані значення Zк′ слід привести до номінальної частоти

Z 50 ⋅ Zк′
к = ,Ом.
f

9. Оцінка стану обмоток трансформатора проводиться порівнянням
значень Zк по фазах із раніше виміряними значеннями або паспортними
даними. Зміна Zк

Z − Z
∆Z = к кб
к ,
Zкб
62

де Zкб – базове значення опору КЗ, по відношенню до якого визначається
відхилення Zк.
Значення ∆Zк > 3% вказує на те, що в обмотках трансформатора є
неприпустимі деформації. Порівнюючи з паспортними даними ∆Zк наявність
деформації обмоток повинні бути 5%.
Вимірюючи опори ізоляції, перевірку необхідно проводити
мегомметром з напругою більше 2500 В з верхньою межею вимірювання від
10000 МОм. На трансформаторах із вищою напругою 10 кВ і нижче
допускається вимірювання опору ізоляції проводити мегомметром на 1000 В
з верхньою межею вимірювання не нижче 1000 МОм [16].
Перед початком кожного вимірювання обмотка, яка випробовується
повинна бути заземлена не менше ніж 2 хвилини. Опір ізоляції не
нормується, а його показником у цьому випадку є порівняння його з даними
заводських або попередніх випробувань. Коефіцієнт абсорбції також не
нормується, але враховується при комплексному розгляданні результатів
вимірювань.
Зазвичай при температурі від 10 до 30°С для незволожених
трансформаторів він знаходиться в наступних межах: для трансформаторів
менше 10000 кВА напругою 35 кВ і нижче – 1,3, а для трансформаторів 110
кВ і вище – 1,5…2. Для трансформаторів, які зволожені або мають місцеві
дефекти в ізоляції – коефіцієнт абсорбції наближено дорівнює одиниці [16].
У зв'язку з тим, що при приймально-здавальних випробуваннях
доводиться вимірювати ізоляцію трансформаторів при різних температурах,
слід враховувати, що значення коефіцієнта змінюється із зміною
температури. Для порівняння опору ізоляції необхідно вимірювати їх при
одній і тій же температурі, а в протоколі випробування вказувати
температуру, при якій проводилися вимірювання. При порівнянні результатів
вимірювань опору ізоляції при різних температурах, вони можуть бути
63
приведені до однієї температури з врахуванням того, що на кожні 10 °С
зниження температури, опір ізоляції збільшується приблизно в 1,5 раз [16].
У вказівках та рекомендаціях із цього приводу даються наступні
поради: значення опору ізоляції повинно бути приведене до температури
вимірювання, яка вказується у паспорті завода-виробника, і повинна бути:
для трансформаторів 110 кВ – не менше 70 %, для трансформаторів 220 кВ –
не менше 85 % значення, яке вказане в паспорті для трансформатора.
Всі представлені у цьому пункті результати вимірювання параметрів
ТР проводилися на ПрАТ «Запоріжтрансформатор».
Після обробки контрольованих параметрів можна виявити межі їх
відхилень, і відповідно несправності обмоток трансформатора.
На основі цих випробувань ПрАТ «Запоріжтрансформатор» складена
таблиця 2.4, що показує межі ∆.
Таблиця 2.4
Межі для визначення несправності
Параметр Межі для визначення несправності
∆1, опір обмоток 2%.
постійному струму
∆2 tgδ діелектричних 1%
втрат
∆3, втрати ХХ 5%
∆4, опір ізоляції обмотки 35 кВ і нижче - 1,3МОм; 110 кВ і вище - 1,5 - 2МОм
∆5, опір КЗ 3%

Необхідно відмітити, що значне значення при діагностуванні має
своєчасне попередження відмови. Такий стан можна відстежити при
проведенні діагностичних випробувань, у випадку, якщо отримане значення
знаходиться у діапазоні ±1 % від межі визначення несправності.

64
РОЗДІЛ 3
РОЗРОБКА ТА ПОБУДОВА ДІАГНОСТИЧНОЇ МОДЕЛІ ОЦІНКИ
СТАНУ ОБМОТКИ ТРАНСФОРМАТОРА

3.1 Методика оцінки стану обмоток

У методику оцінки стану обмоток трансформатора входять наступні
етапи:
1. Аналіз несправностей обмоток:
• збір інформації про відмови;
• виявлення несправностей та їх причини.
Даний пункт детально представлений в першому і другому розділах
даної роботи.
2. Побудова схем причинно-наслідкових зв'язків несправностей обмоток
ТР (ці схеми дозволяють зв'язати несправності і параметри, що
діагностуються).
Найбільш зрозумілими і простими в експлуатації є схеми причинно-
наслідкових зв'язків. Вони дозволяють наочно дослідити залежність
пошкодження, несправності і контрольованого параметра. Схеми детально з
рисунками представлені у другому розділі.
3. Вибір контрольованих параметрів.
Контрольовані параметри дозволяють із високою точністю відстежити
наявність несправності і попередити вихід з ладу устаткування. У другому
розділі були вибрані дані параметри і їх допустимі рівні відхилень.
4. Вибір методу вимірювання і збору даних вимірювань параметрів
обмоток ТР.
5. Установка допустимих рівнів відхилення вибраних параметрів.
6. Розробка діагностичної моделі.

65
• розробка блок-схеми етапів діагностування стану обмоток ТР;
• побудова графа проходження інформації;
• складання залежностей, які зв'язують вхідну і вихідну
інформацію по контрольованих параметрах. Даний і подальші
пункти детально представлені у цьому розділі.
7. Обробка результатів визначення стану обмоток і постановка діагнозу.
8. Прогнозування стану обмоток ТР.

3.2 Розробка блок-схеми етапів діагностування

Спосіб побудови діагностичних моделей багато в чому визначається
видом моделі. У зв'язку з великою різноманітністю ДМ електрообладнання
існує безліч різних способів їх побудови [1, 14, 18, 26, 31]. Однак ці способи
можна згрупувати, враховуючи їх спрямованість та особливості. Так для
отримання безперервної ДМ необхідно використовувати велику кількість
методів спрощення диференціальних або алгебраїчних рівнянь високого
порядку, які описують процеси із допустимою похибкою. Але при цьому ДМ
повинна відображати сукупність операцій, які виконуються обладнанням і
його окремими частинами в процесі функціонування. Такі моделі можуть
розглядаються у вигляді: схем зв'язків між окремими елементами, діаграм
проходження сигналів (орієнтовані графи) або алгоритмів функціонування.
Діагностична модель повинна відображати сукупність операцій, що
виконуються устаткуванням і його окремими частинами в процесі
функціонування. Такі моделі розглядаються у вигляді схеми зв'язків між
окремими СО, діаграми проходження сигналів (орієнтовані графи) або
алгоритми функціонування.
Графічні методи мають велику наочність і можуть служити, як для
безпосереднього аналізу, так і для ілюстрації аналітичних методів. Ці методи
корисні для дослідження швидкоплинних процесів або характеристик
обладнання. Серед графічних методів особливе місце займають методи,
66
засновані на теорії орієнтованих або неорієнтованих графів [38].
Проаналізувавши несправності і встановивши їх взаємозв'язок з
контрольованими параметрами складено блок-схему (рис. 3.1).
Блок-схема є сукупністю символів, які відповідають певним етапам
роботи алгоритму і ліній, що сполучають їх. В незалежності від призначення
блок-схеми, вона обов'язково має початковий і кінцевий блок, який
називається термінатор. Тіло блок-схеми складається з блоків вводу і виводу,
блоків операцій і блоків умов.
Розроблена блок-схема показує залежність між випробуванням, що
проводиться та контрольованим параметром, (який задовольняє або не
задовольняє виявленню несправності), а також показує циклічність
випробувань. Після вимірювання параметра є можливість перевірити
достовірність результатів, а саме входження у межі працездатності. Якщо
параметр виходить за межі працездатності, то відбувається перевірка
подальших випробувань для визначення несправності. Якщо параметр не
виходить за межі працездатності, то проводиться перевірка наступного
параметра.
На основі побудованої блок-схеми (рис. 3.1) і дерева причинно-
наслідкових зв'язків (рис. 2.4) представленого в другому розділі, можна
скласти блок-схему виявлення несправностей в обмотках трансформатора
(рис. 3.2). Ця блок-схема є схематичним зображенням розробленої
діагностичної моделі. Дана блок-схема дозволить виявити основні
несправності обмоток трансформатора такі, як: виткове замикання, обрив
ланцюга, пробій, деформація обмоток. Дана схема показує проходження всіх
етапів діагностування до виявлення результату. Блоки умов показують, чи
знаходяться відхилення в межах працездатності об'єкта.

67

Рис. 3.1. Загальна блок-схема
68

Рис. 3.2. Блок-схема визначення несправності (∆1, ∆2, ∆3, ∆4 –
контрольовані параметри, отримані в ході експерименту)

69
3.3 Побудова діагностичної орієнтованої граф-моделі

Перехід від блок-схеми виявлення несправностей до орієнтованого
графа, здійснюється заміною: блоки замінюються вершинами, а зв'язки між
блоками – направленими гілками із збереженням напряму проходження
сигналів.
Для блок-схеми, представленої на рисунку 3.2, орієнтований граф
матиме наступний вигляд (рис. 3.3). Зв'язки з парними номерами свідчать про
те, що виходу за межі немає, а з непарними номерами – вихід за межі є.
Вершини показують приналежність до контрольованого параметра.
Граф-модель із орієнтованими зв'язками між параметрами дозволяє
наочно визначити необхідну кількість випробувань для виявлення
контрольованих параметрів.

Рис. 3.3. Діагностична граф-модель

На рис. 3.3 введені такі позначення: x1 – вхідний сигнал; у1, у2, у3, у4 –
вихідні сигнали; а1, а2, а3, а4, а5, а6, а7, а8 – ваги i-х елементів; Rп.с. – опір
обмоток за постійним струмом; Rо.і. – опір ізоляції обмоток; tg∆ – тангенс
кута діелектричних втрат.
На основі побудованої діагностичної граф-моделі оцінки стану обмоток
трансформатора отримуємо систему лінійних рівнянь
70
y1 = ∆1⋅ a1+ ∆2 ⋅ a2

y2 = ∆1⋅ a1+ ∆2 ⋅ a3 + ∆3 ⋅ a6
 ;
y3 = ∆1⋅ a4 + ∆4 ⋅ a5 + ∆2 ⋅ a3 + ∆3 ⋅ a7
y4 = ∆1⋅ a4 + ∆4 ⋅ a8

Орієнтований граф можна замінити квадратною матрицею вигляду

C = cij  , i =1, n; j =1, n,

де n – число блоків; сij =1 – для випадку безпосередньо сполучених блоків i та
j, сij =0 – блоки i та j безпосередньо не сполучені.
Рядками в цій матриці служать кінцеві результати рівнянь
(несправності), стовпцями параметри діагностики (∆)

∆1⋅ a1 ∆2 ⋅ a2 0 0
∆1⋅ a1 ∆2 ⋅ a3 ∆3 ⋅ a6 0
C = .
∆1⋅ a4 ∆2 ⋅ a3 ∆3 ⋅ a7 ∆4 ⋅ a5
∆1⋅ a4 0 0 ∆4 ⋅ a8

При виявленні таких несправностей, як: міжвиткове замикання і пробій,
бажано проводити перевірку опору короткого замикання Zk.
При відхиленні параметра Zk можна робити висновок про деформацію
обмоток (рис. 3.4.). Деформація обмоток відбувається у випадку протікання
струмів вищих за номінальні, що супроводжується значним нагріванням. Це
призводить до руйнування ізоляції обмоток та виходу з ладу трансформатора.

71

Рис. 3.4. Алгоритм виявлення деформації обмоток трансформатора

Таким чином, побудована діагностична граф-модель оцінки стану
обмоток силового трансформатора, дозволяє наочно визначити необхідну
кількість випробувань для виявлення основних несправностей в обмотках
силових трансформаторів, таких як: обрив, пробій; міжвиткове замикання та
деформацію.

3.4 Практичне використання методу та діагностичної моделі
оцінки стану обмоток трансформатора

Перевірка розробленого методу та діагностичної моделі оцінки стану
обмоток трансформатора зробимо на основі даних трифазного
трансформатора. Контрольованими параметрами для даного об’єкта вибрано:
• опір постійному струму;
• tg ∆ діелектричних втрат;
• втрати холостого ходу;
• опір ізоляції обмоток (щодо корпусу).
Для даних параметрів встановлені допустимі рівні відхилення, що
показують стан обмоток, таблиця 3.1.

72
Таблиця 3.1
Рівні відхилень контрольованих параметрів
Параметр Допустимі рівні для визначення несправності
∆1, опір обмоток 2%.
постійному струму
∆2 tgδ діелектричних 1%
втрат
∆3, втрати ХХ 5%
∆4, опір ізоляції обмотки 1,3 МОм при U≤35 кВ; 1,5 – 2 МОм при U ≥110 кВ

У пункті 3.3 цього розділу була розроблена діагностична модель,
побудована на основі орієнтованого графа.
Діагностична модель, складена на основ контрольованих параметрів
має вигляд, рис. 3.5.

Рис. 3.5. Діагностична модель розроблена на основі орієнтованого графа

Розроблена діагностична модель дозволяє виявити основні
несправності обмоток трансформатора:
• обрив;
• пробій;
73
• виткове замикання;
• деформація обмотки.
На основі розробленої ДМ отримаємо вирази, що забезпечують зв'язок
між вхідними і вихідними параметрами

y1 = ∆1⋅ a1+ ∆2 ⋅ a2;
y2 = ∆1⋅ a1+ ∆2 ⋅ a3 + ∆3 ⋅ a6;

y3 = ∆1⋅ a4 + ∆4 ⋅ a5 + ∆2 ⋅ a3 + ∆3 ⋅ a7;
y4 = ∆1⋅ a4 + ∆4 ⋅ a8.

де уі – вихідний сигнал,
∆ – відхилення контрольованого параметра,
аi – значення зв'язку.
Для спрощення методу діагностування на основі діагностичної моделі і
отримання виразів складаємо матрицю визначення несправності, яка має
вигляд

∆1⋅ a1 ∆2 ⋅ a2 0 0
∆1⋅ a1 ∆2 ⋅ a3 ∆3 ⋅ a6 0
C = .
∆1⋅ a4 ∆2 ⋅ a3 ∆3 ⋅ a7 ∆4 ⋅ a5
∆1⋅ a4 0 0 ∆4 ⋅ a8

Рядками в цій матриці служать кінцеві результати рівнянь
(несправності), стовпцями параметри діагностування (∆).
Для перевірки працездатності розробленої моделі проведемо ряд
експериментів.
Початкові дані для обчислювального експерименту узяті з
підприємства ПрАТ «Запоріжтрансформатор».
74
Дослід 1. З побудованої моделі, видно, що перше випробування для
визначення несправності – це вимірювання опорів обмоток по постійному
струму.
Зробивши вимірювання, виявлено, що опір обмотки кожної із двох
непошкоджених фаз мають опір 0,010 Ом. Опір дефектної фази 0,01222 Ом,
тобто на 22 % більше. Відмінність на фазах більше 2%, отже несправність є.
Виходячи із ДМ (рис. 3.5) бачимо, що наступним випробуванням є
вимірювання tgδ.
Значення фактичного tgδ ізоляції обмоток складає:

tgδ tgδ
= − 0,45 K 0,95
⋅ м2 = − 0,45 ⋅ 0,2 = 0,78%.
K1 1,09

Значення фактичного tgδ ізоляції обмоток перевищує значення tgδ
ізоляції обмоток при заводських випробуваннях на 1 %, але знаходиться в
допустимих межах. Для даного експерименту складена модель має вигляд
приведений на рис. 3.6.
З діагностичної моделі видно, що для випадку якщо tgδ ізоляції
обмоток знаходиться в допустимих межах, а вимірювання опорів обмоток
постійному струму показує наявність дефекту, то відповідною несправністю
є обрив ланцюга.
Аналогічним шляхом, маючи значення контрольованих параметрів,
можна точно і в короткі терміни встановити стан обмоток трансформатора.

75

Рис. 3.6. Діагностична модель визначення обриву ланцюга

Символ Х на рисунку 3.6 показує, що для визначення несправності
«Обрив ланцюга», параметри втрат холостого ходу і опору ізоляції обмотки
не потрібні.
Дослід 2. Провівши вимірювання, виявлено, що опір обмотки кожної з
двох непошкоджених фаз мають опір 0,010 Ом. Опір дефектної фази 0,01222
Ом, тобто на 22 % більше. Різниця опорів на фазах складає більше 2%, а отже
несправність є.
Як можна спостерігати з ДМ наступне випробування вимірювання tgδ
Значення фактичного tgδ ізоляції обмоток складає

tgδ tgδ 0,25 K 1,95
= − ⋅
K м2 = − 0,25 ⋅ 0,2 =1,73%.
1 1,09

Значення tgδ ізоляції обмоток перевищує значення tgδ ізоляції обмоток
при заводських випробуваннях на 1,73 %, і не знаходиться в допустимих
межах.
76
Наступне випробування дає змогу визначити відхилення втрат ХХ. Всі
вимірювання проводилися при частоті 50 Гц. Напруга (525 В) складає 5% від
номінальної. Втрати в приладах складають 20 Вт.
Втрати, приведені до номінальної напруги обмотки НН

Р 10500
привед.С = Рпривед.А = (428 − 20) ⋅ ⋅1,8 = 89,64, кВт
525
Рпривед.В = (554 − 20) 10500
⋅ ⋅1,8 =121,7 , кВт
525
Р + Р
Р = привед.А привед.В + Рпривед.С 89,64 +121,7 + 89,64
0.привед. = =150,5 , кВт,
2 2

що 0,5% більше за заводські втрати при холостому ході трансформатора.
Втрати Рпривед.С і Рпривед.А рівні між собою, а Рпривед.В більше втрат Рпривед.С і
Рпривед.

Рпривед.В Р
= привед.В 121,7
= =1,358.
Рпривед.А Рпривед.С 89,64

Все це вказує на те, що контрольований параметр трансформатора
знаходиться в допустимих межах. На основі проведених випробувань
виявлено пробій.
Дослід 3. Провівши вимірювання, виявлено, що опір обмотки усіх з
трьох фаз мають опір 0,011 Ом. Дефектної фази або фаз (відмінність на фазах
більше 2%) не виявлено, отже, можна переходити по діагностичній граф-
моделі до наступного випробування.
Для прийняття рішення про можливість подальшої експлуатації
трансформатора необхідно проводити комплексний аналіз виміряних значень
параметрів ізоляції та порівняти виміряні абсолютні значення параметрів з
77
раніше виміряними значеннями. В наслідок цього можна проаналізувати
динаміку зміни цих параметрів. Опір ізоляції обмоток складає 1,3МОм при
U≤35 кВ. Провівши випробування мегомметр показав значення опору 1,25
МОм, що вказує на невиявлення несправності. Це свідчить про повну
працездатність трансформатора і не вимагає додаткового діагностування.
При проведенні випробувань і виявлення таких несправностей як:
виткове замикання, пробій, рекомендується проводити додаткові
випробування, які дозволять виявити деформацію обмотки. Результати
вимірювань на трансформаторі, показали, що є істотні зміни Zк, причому
найбільша несиметрія по фазах виявлена в схемі вимірювання обмотки СН.
Додатковий контроль вказує на зміни Zк між регулювальною обмоткою і
обмоткою СН (СН-РО) (таблиця 3.2). Додатні значення зміни Zк відповідають
деформаціям, які збільшують відстань між відповідними обмотками, а
від’ємні – їх зближенню. Знаки зміни Zк відповідають взаємному
розташуванню обмоток у трансформаторі, що діагностується.
Таблиця 3.2
Постановка діагнозу: деформація обмотки СН
Схема вимірювання Фаза Zк, Ом Zкб, Ом ∆Zк,%
ВН - СН А 86,3 3,5
В 88,1 83,4 5,6
С 90,6 8,6
ВН - НН А 272 - 4,9
В 277 286 - 3,1
С 272 - 4,9
СН - НН А 22,0 - 3,1
В 22,0 22,7 - 3,1
С 21,0 - 7,5
СН - РО А 12,9 - 5,1
В 12,7 13,6 - 6,6
С 12,2 - 10,3

78
Для обліку можливих неточностей вимірювань з метою отримання
достовірного результату в розробленому алгоритмі передбачена можливість
корегування нормативу дефектування по опору короткого замикання. Як
початкове значення, береться значення 3(5)% для всіх можливих з’єднань
обмоток. У випадку, якщо ∆Zк по абсолютній величині перевершує
нормативи дефектування для всіх пар обмоток, то в алгоритмі передбачено
його збільшення із кроком 0,5% до тих пір, поки хоча б одне із обмоткових
з’єднань не задовольнятиме цей норматив.

3.5 Розробка рекомендацій по застосуванню розробленої
діагностичної моделі

Розроблена граф-модель проста у використанні і дозволяє в короткі
терміни та з мінімальними затратами встановити та оцінити з необхідною
точністю стан обмоток трансформатора.
Для застосування на практиці розробленої діагностичної моделі
необхідні: персональний комп'ютер, дані випробувань і вимірювань
параметрів, паспортні дані трансформатора.
Перш за все необхідно визначити чи знаходиться параметр опору
обмоток постійному струму у межах працездатного стану або чи є будь-які
відхилення. Залежно від результату першого випробування (перевірка опору
по постійному струму) проводиться перевірка опору обмоток або коефіцієнта
кута діелектричних втрат. Контрольований параметр, що визначає втрати
холостого ходу перевіряється при відхиленні і залежно від свого результату
свідчить про наявність виткового замикання або пробою.
Додаткові результати можна отримати, провівши перевірку параметра
опору короткого замикання. Даний параметр дозволяє виявити деформацію
обмотки (при перевищенні значення Zк). У режимі КЗ струми обмоток
обмежуються тільки внутрішнім опором трансформатора, відповідного до
79
паралельного включення опорів Z0 і Zк, або тільки Zк, або тільки Хк, які на
порядок менші за опір навантаження. Тому струми КЗ приблизно на порядок
більші за робочі струми трансформатора і є аварійними. Трансформатор
повинен мати здатність витримувати динамічну і термічну дію цих струмів
протягом декількох секунд до тих пір, поки він не буде відключений
релейним захистом.
При значеннях близьких до межі контрольованого параметра, але які
свідчать про працездатність необхідно перевіряти відсоток різниці між
верхньою межею контрольованого параметра. Якщо він дорівнює одному
відсотку або менше, необхідно негайно проводити ремонт цієї частини щоб
уникнути масштабних поломок.
Результати перевірки стану обмоток можна отримати при використанні
розробленої комп’ютерної програми на алгоритмічній мові програмування
С++, яка приведена нижче, або вручну пройшовши по вершинах
діагностичної граф-моделі і зафіксувавши результати в матрицях виявлення
несправності.
Перша матриця показує на наявність обриву ланцюга, друга виткове
замикання, третя замикання на корпус (пробій) і четверта показує відсутність
несправностей:

∆1 0 0 0
0 0 0 0
C1 = ,
0 0 0 0
0 0 0 0

∆1 0 0 0
0 ∆2 ∆3 0
C2 = ,
0 0 0 0
0 0 0 0
80

0 0 0 0
0 0 0 0
C3 = ,
∆1 ∆2 0 ∆4
0 0 0 0

0 0 0 0
0 0 0 0
C4 = .
0 0 0 0
0 0 0 0

Представлені матриці можна використовувати як шаблони при
визначенні несправностей. Матриця С1 – відповідає обриву ланцюга, С2 –
витковому замиканню, С3 – пробій, С4 – працездатний стан.
Спростити процес оцінки стану обмоток допоможе розроблений
алгоритм, написаний на мові програмування C++.

#include // стандартний ввід і вивід
#include // графічні функції
#include // математичні функції
int (float a)
if ( a > 2 ) { int (float b) }
if ( b >1 ) return {“обрив”}
else { int (float d) if (d >5 )
return {замикання на корпус ”}
else {return “пробій”}
else { int (float c) }
if ( с>1, 5& c<=1.3 ) { return “виправлено”}
else { int (float d) if (d >5 ) }
return { “замикання на корпус”}
else {return “пробій”}
main { ()}.

На практиці частіше зустрічаються пошкодження обмоток
трансформатора.
81
Розроблену діагностичну граф-модель оцінки стану обмоток
трансформатора на основі орієнтованого графа можна удосконалювати та
розширяти за рахунок додаткових контрольованих параметрів, а також
зв'язків між ними. У цьому випадку, діагностична модель дає змогу виявляти
несправності пов'язані не лише з обмотками, а із магнітною системою
трансформатора, вводами, трансформаторним маслом та іншими частинами
ТР.
При збільшенні контрольованих параметрів діагностична модель буде
складнішою, але не втратить своєї адекватності, що є однією із основних
переваг граф-моделей.

82
ВИСНОВКИ

1. Розглянуто основні види несправностей і відмов силового
трифазного трансформатора, який функціонує на електростанціях,
трансформаторних підстанціях для якого необхідно проводити моніторинг
найбільш важливих експлуатаційних параметрів.
2. Проведено аналіз вимог та нормативних документів до «стану
обмоток» трансформаторів. Встановлено, що дотримання всіх вимог і норм
щодо обмоток трансформатора, дають можливість збільшення терміну
служби, тому що при цьому зменшуються втрати і перевантаження.
3. На основі аналізу несправностей і відмов вибрані діагностичні
ознаки і складений перелік контрольованих параметрів. Проведено
ранжування несправностей і контрольованих параметрів. Побудовані схеми
причинно-наслідкових зв'язків несправностей, діагностичних ознак і
параметрів.
4. Проведено аналіз методів технічного діагностування обмоток
трансформатора.
5. Проведений аналіз методів побудови діагностичних моделей
трансформаторів. Зроблено класифікацію діагностичних моделей, які
поділяються на дискретні, неперервні та спеціальні. Запропоновано в якості
діагностичних моделей використання граф-моделей у вигляді логічного
дерева, оскільки вони дозволяють наочно і послідовно дослідити
закономірність зміни параметрів, а також зручно і наглядно використовують
матричні представлення.
6. На основі аналізу несправностей обмоток ТР і побудови схеми
причинно-наслідкових зв'язків розроблений принцип побудови граф-моделі
для визначення стану обмоток трансформатора.
7. Розроблена методика оцінки стану обмоток ТР.
8. Проаналізувавши несправності і встановивши їх взаємозв'язок з
контрольованими параметрами складено блок-схему на основі логічного
83
дерева причинно-наслідкових зв'язків, яка є схематичним зображенням
розробленої діагностичної моделі. Дана блок-схема дозволяє виявити основні
несправності обмоток трансформатора такі, як: виткове замикання, обрив
ланцюга, пробій та деформація обмоток.
9. Розроблена діагностична граф-модель оцінки стану обмоток
силового трансформатора із орієнтованими зв'язками між параметрами,
дозволяє наочно визначити необхідну кількість випробувань для виявлення
контрольованих параметрів. Побудована модель проста в застосуванні і
дозволяє в короткі терміни і з мінімальними витратами встановити та
оцінити з необхідною точністю стан обмоток трансформатора.
Розроблену діагностичну граф-модель оцінки стану обмоток
трансформатора на основі орієнтованого графа можна удосконалювати та
розширяти за рахунок додаткових контрольованих параметрів, а також
зв'язків між ними. У цьому випадку, діагностична модель дає змогу виявляти
несправності пов'язані не лише з обмотками, а із магнітною системою
трансформатора, вводами, трансформаторним маслом та іншими частинами
ТР. При збільшенні контрольованих параметрів діагностична модель буде
складнішою, але не втратить своєї адекватності, що є однією із основних
переваг граф-моделей.
10. Працездатність розробленої методики та моделі підтверджують
приклади практичного використання.
11. Рекомендовано для реалізації на практиці розробленої
діагностичної моделі використовувати персональний комп'ютер, дані
випробувань і вимірювань параметрів та паспортні дані трансформатора.
12. Розроблена комп’ютерна програма на алгоритмічній мові
програмування С++, дозволить підвищити ефективність комп’ютерного
дослідження стану обмоток трансформатора та розширити можливості
сучасних комп’ютерних засобів при проведенні діагностування.

84
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. C. K. Chow. An optimum character recognition system using decision
functions / Chow C. K. // IRE Trans. on Electr. Comp. Dec. 1957.
2. Афанасьев Н. А. Система технического обслуживания и ремонта
оборудования энергохозяйств промышленных предприятий (система ТОР
ЭО) / Афанасьев Н. А. — М. : Энергоатомиздат, 1989. — 528 с.
3. Бусленко Н. П. Лекции по теории сложных систем / Бусленко Н. П.,
Коваленко И. Н., Калашников В. В., — М. : Сов. радио, 1973. — 438 с.
4. Веников В. А. Теория подобия и моделирования применительно к
задачам электроэнергетики / Веников В. А. — М. : Высш. шк., 1966. — 467 с.
5. Глазунов Л. П. Проектирование технических систем диагностирования
/ Л. П. Глазунов, А. Н. Смирнов. — Л. : Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние,
1982. — 168 с.
6. ДСТУ 11677-85. Трансформаторы силовые. Технические условия. - М.:
Межгосударственный стандарт, 1986.
7. ДСТУ 19.701–90 (ИСО 5807–85) «Единая система программной
документации».
8. ДСТУ 20911–89. Техническая диагностика. Термины и определения. -
М.: Издательство стандартов, 1990.
9. ДСТУ Р ИСО 13379-2009. Руководство по интерпретации данных и
методам диагностирования. - М., 2009.
10. Диагностирование изделий. Общие требования : ДСТУ 25518-87. —
[Чинний від 2005-04-01]. — М. : Из -во стандартов, 1985. — 16 с.
11. Жуков С. Ф. Диагностика релейной защиты и автоматики
электрических систем : учебное пособие / С. Ф. Жуков. — К. : Выща школа,
1989. — 71 с.
12. Калявин В.П. Рыбаков Л.М. Надежность и диагностика
электроустановок. - Йошкар-Ола.: Марийский госуниверситет, 2000.
85
13. Калявин В.П. Рыбаков Л.М. Надежность и диагностика элементов
электрооборудования. - СПб.: Элмор, 2009.
14. Карташев Г. Д. Модели расходования ресурса изделий электронной
техники / Карташев Г. Д. — М. : ЦНИИ «Электроника», 1977. — 130 с.
15. Коваленко И. Н. Расчет вероятностных характеристик систем /
Коваленко И. Н. — К. : Техніка, 1982. — 95 с.
16. Комплексное обследование силовых трансформаторов. URL:
http://www.diaworld.ru/about/publications/1424/ (дата доступа: 21.10.18).
17. Контроль функционирования больших систем / под. ред. Шибанова А.
И. — М. : Киев : Наук. думка, 1976. — 181 с.
18. Королюк В. С. Полумарковские процессы и их приложения / В. С.
Королюк, А. Ф. Турбин. — Киев : Наук. думка, 1976. — 181 с.
19. Кутин В. М. Диагностирование электрооборудования электрических
систем / В. М. Кутин, В. И. Брейтбурд. — К. : УМКВО, 1991. — 104 с.
20. Кутин В. М. Оптимизация процесса поиска повреждений в воздушных
распределительных сетях 6-10 кВ / В. М. Кутин // Электричество. — 1994. —
№ 3. — С. 56 - 64.
21. Кутин В. М. Поиск повреждений в распределительных электрических
сетях / В. М. Кутин, П. К. Пискляров. — К. : Тэхника, 1994.— 138 с.
22. Кутін В. М. Вибір діагностичних параметрів на основі топологічної
моделі об‘єкта / В. М. Кутін, М. О. Ілюхін, М. В. Кутіна // Вісник
Кременчуцького державного технічного університету ім. М.
Остроградського. — 2008. — № 4 (51), Ч. 2. — С. 70 - 74.
23. Кутін В. М. Вибір діагностичних параметрів на основі топологічної
моделі об‘єкта / В. М. Кутін, М. О. Ілюхін // Вісник Кременчуцького
державного технічного університету ім. М. Остроградського. — 2008. — № 4
(51), Ч. 2. — С. 70 - 74.
24. Кутін В. М. Вибір стратегії відновлювальних дій складних
електротехнічних систем / В. М. Кутін, С. В. Матвієнко, В. О. Травінський,
86
Ю. М. Притула // Вісник Керменчуцького державного політехнічного
університету. — 2004. — № 2 (25). — С. 48 - 49.
25. Кутін В. М. Вибір стратегії ремонто-обслуговуючих дій систем
електропостачання промисловості і агропромислового комплексу / В. М.
Кутін // Енергетика і електрифікація. — 2003. — № 9. — С. 47 - 51.
26. Кутін В. М. Вибір сукупності діагностичних показників для оцінки
працездатності ізоляції відносно землі мережі 6-35 кВ / В. М. Кутін // Вісник
Кременчуцького державного політехнічного університету. — 2006. — № 3
(38), Ч.1. — С. 96 - 100.
27. Кутін В. М. Комбінована система визначення місця пошкодження в
повітряних розподільних мережах напругою 6-35 кВ / В. М. Кутін, В. В.
Луцяк // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск «Проблеми сучасної
електротехніки». — 2008. — Ч. 3. — С. 57 - 61.
28. Кутін В. М. Комбінована система керування технічним станом
розподільних мереж / В. М. Кутін, С. В. Матвієнко, М. В. Кутіна // Вісник
Вінницького політехнічного інституту. — 2007. — № 1. — С. 37 - 41.
29. Кутін В. М. Комбінована система пошуку пошкоджень в розподільних
повітряних мережах / В. М. Кутін, В. В. Луцяк, С. В. Матвієнко // Вісник
Кременчуцького державного політехнічного університету. — 2005. — Вип. 3.
— С. 169 - 172.
30. Кутін В. М. Комбінований принцип діагностування технічного стану
систем електропостачання / В. М. Кутін, М. О. Ілюхін, М. В. Кутіна //
Наукові вісті інституту менеджменту та економіки «Галицька академія».—
2007. — № 1. — С. 62 - 66.
31. Кутін В. М. Математичні моделі керування індивідуальною надійністю
розподільної мережі змінного струму / В. М. Кутін // Вісник ВПІ. — 2002. —
№ 4. — С. 63 - 67.
32. Кутін В. М. Метод визначення залежності між параметрами структури
та діагностичними ознаками складних об‘єктів / В. М. Кутін, М. В. Кутіна //
87
Вісник Кременчуцького державного технічного університету ім. М.
Остроградського. — 2006. — № 3, Ч. 2. — С. 99 - 100.
33. Кутін В. М. Методика побудови діагностичної моделі об‘єкта на основі
теорії подібності / В. М. Кутін // Вісник Вінницького політехнічного
інституту. — 2003. — № 5. — С. 50 - 53.
34. Кутін В. М. Оптимізація системи керування технічним станом
розподільної мережі змінного струму / В. М. Кутін // Вісник ВПІ. — 1999.—
№ 5. — С. 56 - 65.
35. Кутін В. М. Оцінка ефективності системи діагностичного контролю
електротехнічних комплексів / В. М. Кутін, М. О. Ілюхін, М. В. Кутіна //
Вісник Вінницького політехнічного інституту. — 2004. — № 3. — С. 51 - 54.
36. Кутін В. М. Оцінка ефективності системи діагностичного контролю
електротехнічних комплексів / В. М. Кутін, М. О. Ілюхін, М. В. Кутіна //
Вісник Вінницького політехнічного інституту. — 2005. — № 3. — С. 37 -
37. Кутін В. М. Стохастична модель роботоздатності складних систем / В.
М. Кутін, М. О. Ілюхін // Вісник Кременчуцького державного технічного
університету ім. М. Остроградського. — 2009. — № 3, Ч. 2. — С. 97 - 99.
38. Мозгалевский А. В. Техническая диагностика (непрерывные объекты) :
учебное пособие для вузов / А. В. Мозгалевский, Д. В. Гаскаров. — М. :
Высш. школа, 1975. — 207 с.
39. Надежность систем электроснабжения / В. В. Зорин, В. В. Тисленко, Ф.
Клеппель, Г. Адлер. — К. : Вища шк., головное изд-во, 1984. — 192 с.
40. Основы технической диагностики / [В. В. Карибский, П. П.
Пархоменко, Е. С. Согомонян та ін.]. — М. : Энергия, 1976. — 464 с.
41. Пархоменко П. П. Основы технической диагностики (Оптимизация
алгоритмов диагностирования, аппаратурные средства) / П. П. Пархоменко,
Е. С. Согомонян. — М. : Энергия, 1981. — 320 с.
42. Пархоменко П. П. Основы технической диагностики / Пархоменко П.
П. — М. : Знание, 1976. — 64 с.
88
43. Правила улаштування електроустановок. ПУЕ 5-тє вид., перероб. та
доповнене. – Х.: , 2016. – 736 с.
44. Шпак О.О. Модель функціонування системи електропостачання
споживачів із точки зору безпеки / О.О. Шпак, О.О. Ситник / Збірник тез
доповідей студентської науково-практичної конференції ЧДТУ: 19–22 квітня
2022 р. [Електронний ресурс] / [упоряд. : Батраченко О. В., Бєляєва С. С.,
Захарова О. В. та ін.] ; М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-
т. – Черкаси : ЧДТУ, 2022. – С. 117.
45. Сейдж Э. П. Идентификация систем управления / Э. П. Сейдж, Д. Л.
Мелса. — М. : Наука, 1974. — 420 с.
46. Сена Л. А. Единицы физических величин и их размерности / Сена Л. А.
— М. : Наука, 1977. — 336 с.
47. Синягин Н. Н. Система планово-предупредительного ремонта
оборудования и сетей промышленной энергетики / Синягин Н. Н., Афанасьев
Н. А., Новиков С. А. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат,
1984. — 448 с.
48. Скляров В. Ф. Диагностическое обеспечение энергетического
производства / В. Ф. Скляров, В. А. Гуляев. — К. : Техніка, 1985. — 184 с.
49. Справочник по ремонту и техническому обслуживанию электрических
сетей / под ред. К. Антипова, И. Е. Бандуилова. — М. : Энергоатомиздат,
1987. — 560 с.
50. Тартар Б. Д. Модели ресурса изделий электротехники / Тартар Б. Д. —
М. : ЦНИИ «Электроника», 1998. — 158 с.
51. Техническая диагностика. Термины и определения : ДСТУ 20911-86 –
М. : Из-во стандартов, 1990. – 13 с.
52. Технічна експлуатація електричних станцій і мереж. Правила. — К. :
Об‘єднання енергетичних підприємств «Галузевий резервно-інвестиційний
фонд розвитку енергетики», 2003. — 329 с.
89
53. Чиженко И. М. Матрично-топологические методы анализа
электрических цепей / Чиженко И. М., Терновой В. М. — Киев, КПИ, 1982.
— 107 с.
54. Экономика и организация ремонта оборудования в США / под ред. М.
Л. Шухгальтера. — М. : Прогрес, 1969. — 205 с.
55. Энциклопедия кибернетики : в 2 т. — К. : Главная редакция. УСЭ, 1974
– 608 с.
56. Юргенсон В. Р. Построение и анализ диагностических моделей
сложных объектов диагностирования / Юргенсон В. Р. – Ростов на Дону,
Ростов. инженерно-строит. ин-т, 1981. — С. 90 - 94. (В кн. Вопросы
технической диагностики).

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets