Дослідження впливу якості електроенергії на надійність функціонування трансформаторів системи електропостачання

1.

Міністерство освіти і науки України
Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу
МАГІСТЕРСЬКА РОБОТА
Дослідження впливу якості електроенергії на надійність
функціонування трансформаторів системи
електропостачання
Виконав: ст.гр ЕТСм – 21-1
Андрухів Р.Р.
Науковий керівник: доцент
асистент Николин П.М.

2.

Мета дослідження. Метою магістерської роботи є визначення та розрахунок
зележностей надійності роботи ізоляційних матеріалів обмоток трансформатора
від коефіцієнтів несинусоїдальності та несиметрії кривої напруги.
Для досягнення зазначеної мети в роботі необхідно вирішити такі основні
задачі:
зробити аналіз основних причин через які силові трансформатори зазнають
пошкодження враховуючи його специфіку роботи;
створити матмодель розрахунку надійності силового трансформатора, яка
повинна враховувати природу випадковості зміни показників якості
електроенергії;
визначити основні практичні рішення для покращення рівня якості
електроенергії та підвищення надійності роботи основних елементів
енергосистеми.
Об’єктом дослідження є основні електричні машини енергетичної системи
постачання споживачів, силові трансформатори та автотрансформатори.
Предмет дослідження – методи розрахунку надійності силового
трансформатора чи автотрансформатора.

3.

Ефекти, які зумовлені вищими гармоніка, можуть бути розділені на на дві групи:
Явища миттєвого виникнення включають:
спотворення форми напруги живлення;
падіння напруги в розподільній мережі;
ефект гармонік, кратних трьом (в трифазних мережах);
резонансні явища на частотах вищих гармонік;
наведення в телекомунікаційних і керуючих мережах;
підвищений акустичний шум в електромагнітному обладнанні;
вібрація в електромашинних системах.
До ефектів з поступовим виникненням належать:
нагрів і додаткові втрати в трансформаторах і електричних машинах;
нагрів конденсаторів;
нагрів кабелів розподільчої мережі.
Явища, зумовлені несиметричними режимами:
появи несиметричних спадів напруг, які є різними у фазах;
генерування струмів зворотної послідовності, які негативно впливають на роботу
електродвигунів;
поява додаткових вібрацій в синхронних машинах;
погіршення роботи пристрої релейного захисту та заземлення через постійне циркулювання
струмів нульової послідовності;
збільшується пульсація випрямленої напруги у вентильних перетворювачах;
знижується ефективність роботи конденсаторних установок через неможливість використання
їх повної потужності;
погіршення функціонування однофазних електроприймачів.

4.

Станом на сьогодні в Україні 98,8 % трансформаторів відпрацювало понад 25 років. Загалом
35,3 % відпрацювало понад 40 років. Більш як 50% силових трансформаторів ПС 220-750
експлуатується без проведення реконструкції. Їхня робота також ускладнюється за рахунок
погіршення кліматичних умов (температурний максимум) в південному, південно-західному
та дніпровсьому регіонах
(згідно оприлюднених даних НЕК « УКРЕНЕРГО» та
Мінпаливенерго ).
Розподіл кількості відмов між елементами конструкцій трансформаторів напругою до 110 кВ
наступний: значна частина відмов припадає на пошкодження виткової та поздовжньої
ізоляції – 60 %, наступним по кількості відмов елементом є головна ізоляція (19 %) та
магнітопровід (16 %), на пошкодження вводів (1 %), баків, систем охолодження (1 %),
перемикачів та інших елементів (3 %) припадає найменша кількість відмов.
Рисунок 1 – Діаграма відмов елементів трансформаторів ( у %)

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

Рекомендації щодо зменшення рівнів несинусоїдності та
несиметрії напруги в електричній мережі, а відповідно і зниження
їхнього впливу на надійність трансформаторів можна об’єднати в
такі категорії:
• раціональна побудова схеми електропостачання (наприклад,
ефективним схемним рішенням зниження рівня вищих гармонік
є розділення лінійного та нелінійного навантаження шляхом
забезпечення живлення цих двох навантажень від окремих
систем шин.);
• покращення конструкції вентильних перетворювачів (зокрема
12-півперіодного випрямляча, застосування якого дасть змогу
повністю подавити п’яту та сьому гармоніки у струмі живлення
випрямляча, а також знизити сумарний коефіцієнт спотворення
до рівня менше 10% );
• застосування спеціальних технічних засобів (таких як лінійні
дроселі, пасивні фільтри, активні фільтри та інше обладнання).

12.

ВИСНОВКИ
У магістерській роботі вирішене актуальне науково-прикладне завдання розрахунку
показників надійності роботи трансформатора із врахуванням несинусоїдності та
несиметрії кривої напруги, що полягає у визначенні зменшення тривалості роботи
ізоляційного матеріалу обмоток трансформатора через додатковий нагрів силових
обмоток, який спричинений несинусоїдальністю та несиметрією напруги електричної
мережі.
Досягнення, які були отримані в результаті проведеної роботи.
Аналіз причин відмов розподільчих трансформаторів показав, що найчастіше відмови
відбуваються через фізичне зношування та додаткове старіння ізоляційного
матеріалу обмоток.
Удосконалено метод розрахунку величини температури найнагрітішої точки поверхні
обмотки трансформаторів. При цьому враховується і зміна навантаження і
коефіцієнти спотворення кривої напруги.
Доведено той факт, що при і % відбувається інтенсивне старіння ізоляційного
матеріалу обмоток трансформаторів зумовлене нагрівом. При умові що ці коефіцієнти
менші, то домінує електричне старіння.
Для зниження шкідливого впливу несиметрії і несинусоїдності на термін служби та
надійність роботи трансформаторів необхідно використовувати додаткові засоби та
заходи боротьби з врахуванням особливостей функціонування вузла навантаження чи
електроспоживача.
Представлений удосконалений метод визначення показників функціональної
надійності можна використати для моніторингу в реальному часі технічного стану
роботи трансформатора.

13.

ДЯКУЮ
ЗА
У В А Г У!