Учебная работа. Разработка и расчет высоковольтного источника питания для электротехнологической установки

Учебная работа. Разработка и расчет высоковольтного источника питания для электротехнологической установки

Курсовая работа

Разработка и расчет высоковольтного источника питания для электротехнологической установки

Содержание

1.Введение

2. Определение связи tgд и степени полимеризации маслосодержащей изоляции, с развивающимися недостатками в процессе использования силовых трансформаторов

2.1 Воздействие развивающихся изъянов в процессе использования силовых трансформаторов на tgд изоляции силового трансформатора

2.2 Воздействие развивающихся изъянов в процессе использования силовых трансформаторов на степень полимеризации маслосодержащей изоляции

3. Прогнозирование конфигурации степени полимеризации картонной изоляции силовых трансформаторов с внедрением результатов эксплуатационного мониторинга

3.1 Прогнозирование конфигурации tgд изоляции силовых трансформаторов с внедрением результатов эксплуатационного мониторинга

4. Вычислительный Заключение

Перечень применяемой литературы

1. Введение

задачки понижения повреждаемости высоковольтного энергетического оборудования являются весьма животрепещущими, потому что, например, срок службы подавляющей части массивных силовых трансформаторов на данный момент превосходит 25 лет. Существенными процедурами обслуживания — обследованиями с отключением от сети, капремонтами охвачена только маленькая часть оборудования, потому что эти мероприятия являются достаточно накладными.

Потому всё большее внимание уделяется диагностике состояния электрооборудования в эксплуатации, позволяющей оценить степень износа и предсказать остаточный ресурс изоляции, выявить менее надежные звенья и сконцентрировать имеющиеся ресурсы на их восстановлении либо подмене.

Суровые отказы подстанционного оборудования 110-500 кВ могут произойти одномоментно либо развиваться равномерно в связи с действиями старения либо развития изъянов. К примеру, при ближнем маленьком замыкании происходит динамическое смещение обмоток силового трансформатора, межвитковое замыкание и повреждение трансформатора. Это моментальный отказ, который диагностическими способами не предсказывается. По статистике таковых случаев около 30%.

Другие отказы оборудования появляются в итоге сравнимо неспешных действий, и эти трагедии могут быть спрогнозированы (либо диагностически выявлены) и предотвращены.

Для силовых трансформаторов есть наиболее 40 способов контроля, часть из их являются неотклонимыми. Любой из способов в главном выявляет лишь определенные недостатки, но, как правило, разные методы диагностики взаимно дополняют друг друга. Более общими способами являются тепловидение и хроматографический анализ растворенных газов (ХАРГ). При помощи тепловидения выявляются локальные нагревы поверхности (недостатки, выделяющие термическую мощность наиболее 1 Вт), потому этот метод незаменим для контроля контактных соединений и короткозамкнутых магнитных контуров. ХАРГ является чувствительным интегральным способом для определения локальных перегревов и разрядных действий.

В крайнее время всё наиболее обширное распространение получает акустический метод обследования электрооборудования. Он основан на регистрации звуковых импульсов, возникающих при электронных разрядах, при помощи датчиков, устанавливаемых, например, на стену бака трансформатора. Современные ультразвуковые датчики разрешают регистрировать разрядные процессы с энергией до 10-7 Дж.

Этот метод диагностики различается оперативностью и дозволяет локализовать пространство недостатка, сопровождающегося разрядами. Не считая того, на основании акустического способа разработаны очень экономные системы мониторинга энергооборудования, пользующиеся популярностью в мире.

2. Определение связи tgд и степени полимеризации маслосодержащей изоляции, с развивающимися недостатками в процессе эксплуатации силовых трансформаторов

2.1 Воздействие развивающихся изъянов в процессе использования силовых трансформаторов на tgд изоляции силового трансформатора

трансформатор полимеризация маслосодержащий изоляция

Обмотка силового трансформатора нередко испытывает на для себя одновременное действие нагрева, увлажнения, хим компонент и механического действия. Зависимо от перегрузки трансформатора, критерий окружающей среды и продолжительности работы действие этих причин быть может разным. В трансформаторах, работающих на переменном токе, преобладающее действие может оказать нагрев. В трансформаторах, работающих в животноводческих помещениях, более небезопасным оказывается действие завышенной влажности в сочетании с парами аммиака.

Фактор, от которого значительно зависит срок службы изоляции, является действие воды. При завышенной влажности воздуха на поверхности изоляционного материала появляется пленка воды. Поверхностное сопротивление изоляции при всем этом резко снижается. Образованию пленки воды в большенный мере содействуют местные загрязнения. Через трещинкы и поры влага просачивается вовнутрь изоляции, снижая ее электронное сопротивление, увеличивая tgд, скорость увлажнения значительно зависит от температуры окружающей среды. При схожей относительной влажности, но при наиболее высочайшей температуре изоляция увлажняется в пару раз резвее.

Износу изоляции также содействует пыль, содержащаяся в воздухе. Твердые частички пыли разрушают поверхность и, оседая, загрязняют ее, чем также увеличивают tgд изоляции. В воздухе производственных помещений находятся примеси химически активных веществ (углекислый газ, сероводород, аммиак и др.). В химически брутальных средах изоляция стремительно теряет свои изоляционные характеристики и разрушается. Оба этих фактора, дополняя друг друга, очень ускоряют процесс разрушения изоляции.

При износе изоляции обмоток, электронная крепкость резко снижается. На поверхности появляются микротрещины, в которые просачивается влага и грязюка. В предстоящем происходит пробой и выгорание части обмоток. При увеличении температуры обмоток срок службы изоляции резко понижается.

Выгорание витковой изоляции и витков обмотки вызвано нарушениями межлистовой изоляции либо изоляции стяжных болтов, также образованиями короткозамкнутого контура при повреждении изоляционных прокладок меж ярмом и магнитопроводом. Это повреждение приводит к возрастанию нагрева корпуса и масла при обычной перегрузке. Что в свою очередь приводит у повышению tgд.

Перегрев трансформатора может определяться низким уровнем масла, который будет наблюдаться при нарушении плотности силового трансформатора либо при течи масла через резиновые прокладки, в итоге чего же оголенная часть обмотки и активной стали перенагреваются, происходит старение изоляции.

Магнитопровод трансформатора делает функции магнитной системы и сразу его конструктивной и механической базы. В конструкции магнитопровода различают активную часть, конкретно проводящую магнитный поток, и неактивную часть, придающую магнитопроводу нужную твердость и являющуюся остовом для установки и крепления на нем разных деталей. Главные виды повреждений в магнитной системе трансформатора:

1) замыкание меж отдельными листами магнитопровода по наружной поверхности его ярма;

2) замыкания меж отдельными листами среднего стержня магнитопровода;

3) то же для 1-го из последних стержней;

4) замыкание меж отдельными листами магнпитопровода по его наружной и внутренней поверхности ;

5) шунтирование изоляции стяжных шпилек.

Повреждение межлистовой изоляции магнитопровода приводит к недопустимому увеличению температуры магнитопровода и вызовет старение изоляции.

В процессе работы трансформатора на него действуют собственная вибрация и токи недлинного замыкания. Под их действием в случае недостаточной запрессовки обмоток происходит смещение частей (прокладок) обмоток, а так же вероятна деформация обмоток. Которая приведет к выходу из строя силового трансформатора.

Грозоупорная обмотки применяется лишь на грозоупорных трансформаторах, система обмоток которых ослабляет электро-магнитные колебания, возникающие при переходных действиях, и избавляет возникновение небезопасных напряжений на изоляции трансформатора при действии грозовых перенапряжений. Недостаток производства грозоупорной обмотки приведет к разрушению трансформатора.

2.2 Воздействие развивающихся изъянов в процессе использования силовых трансформаторов на степень полимеризации маслосодержащей изоляции

Главным действием деградации картонной изоляции в эксплуатации, определяющим ее Износ, является разрыв связей меж мономерными фрагментами целлюлозы, приводящий к уменьшению степени полимеризации и связанному с ним понижению механической прочности при действиях на излом и растяжение, а как следует и припаса стойкости изоляции при КЗ и перенапряжениях. Ресурс картонной изоляции силовых трансформаторов есть ее наработка со понижением степени полимеризации от начальной до значения 250 единиц, определяющего полное исчерпание ресурса, сопряженного с наиболее чем 4-х кратным понижением механической прочности изоляции в сопоставлении с начальной.

Существенное воздействие на убыстрение старения целлюлозной изоляции в среде водянистого диэлектрика оказывает электронное поле, при деформации обмотки, выгорании витковой изоляции. Оно увеличивает действие фактически всех физико-химических причин:

· каталитический кислотный алкоголиз;

· тепловая деструкция и дегидратация;

· гидролиз целлюлозной изоляции;

· окислительная деструкция при действии кислых товаров

· старения масла и содержащихся в нем окислителей

, также содействует адсорбции на поверхности целлюлозной изоляции товаров старения трансформаторного масла и конструкционных материалов.

действие электронного поля ускоряет и иной принципиальный процесс деградации целлюлозы — каталитический кислотный алкоголиз при действии гидроксилсодержащих углеводородов (спиртов) в присутствии низкомолекулярных органических кислот и остальных товаров, образующихся в масле в процессе старения. Высочайшая степень воздействия этого процесса на деградацию изоляции обмоток обоснована тем, что трансформаторное масло по своим физико-химическим чертам является наилучшим пластификатором для целлюлозной изоляции, чем вода. наличие в целлюлозной изоляции участков с мощным межмолекулярным взаимодействием, т.е. стопроцентно «кристаллических», труднодоступных для масла областей, в общем случае составляет не наиболее 20%, и с повышением времени эксплуатации будет уменьшаться под действием электронного поля и остальных эксплуатационных причин (температуры, наличия химически активных примесей и др.).

Принципиальным фактором старения целлюлозной изоляции является ее термолиз, вызванный завышенной температурой которое выходит при: перегрев магнитопровода, нарушение остывания трансформатора, течь масла через резиновые прокладки. Под действием высочайшей температуры (наиболее 90 °С) в целлюлозной изоляции, кроме убыстрения вышеперечисленных действий, активируются также процессы тепловой деградации — деструкция и дегидратация в бесформенных и мезоморфных областях с образованием фурфурола и фурановых соединений.

вместе с обозначенными действиями деградации, в процессе использования происходит окислительная деструкция целлюлозной изоляции при действии кислых товаров старения масла и содержащихся в их окислителей. Старение масла происходит пор действием высочайшей температуры. Этот процесс приводит к образованию в макромолекулах полимера окисленных (основным образом карбоксильных) групп и нарушениям в ее структуре. Разрушение структуры целлюлозной изоляции и образование окисленных групп приводит к хемосорбции низкомолекулярных товаров деструкции, также кислых товаров старения масла, ионов меди и железа, образующихся при коррозии железных компонент трансформатора в процессе его эксплуатации. Данный процесс сопровождается выделением в масло оксида и диоксида углерода, а зрительным признаком каталитической термоокислительной деструкции целлюлозной изоляции обмоток является ее темно-коричневый цвет.

Грозоупорная обмотка употребляется в грозоупорных трансформаторах и при ее недостатке при перенапряжениях сгорает весь трансформатор, потому на степень полимеризации она не как не влияет.

3. Прогнозирование конфигурации степени полимеризации картонной изоляции силовых трансформаторов с внедрением результатов эксплуатационного мониторинга

Данные эксплуатационных испытаний силовых трансформаторов демонстрируют однообразное уменьшение степени полимеризации картонной изоляции во времени, что обосновано старением изоляции во времени. Тогда изменение степени полимеризации картонной изоляции во времени в согласовании с способом постепенного скопления повреждений запишем в последующем виде:

(1)

где dч — степень полимеризации картонной изоляции, qч(t) — вектор нагрузок.

В итоге анализа литературных и экспериментальных данных для измерения степени полимеризации картонной изоляции функция qч(t) быть может представлена в последующем виде:

qч (t)=f(Cзб,Сф, Скш, Свм, Сап, Сш, Т, КОН, Zk, Uпрм, tgди, tв), (2)

где Cзб — влажность картонной изоляции; Сф- содержание фурановых соединений; Zk -сопротивление недлинного замыкания; Скш- содержание кислот и щелочей, Свм- влажность масла, Сап- содержание антиокилимень пслительной присадки; Сш — содержание растворимого шлама; Т — температура изоляции; КОН — кислотное число, Uпрм- пробивное напряжение масла; tgди- тангес угла диэлектрических утрат изоляции; tв- температура вспышки масла.

Потому что степень полимеризации картонной изоляции является чертой жесткой изоляции то характеристики, характеризующие состояние водянистой изоляции являются вторичными и частью из их можно пренебречь при составлении многофункционального вида вектора нагрузок qч (t).

qч (t)=f(Cзб,Сф, Т, Zk, tgди ) (3)

С учетом выражения (2) уравнение (1) запишется так:

(4)

Скорость конфигурации степени полимеризации зависит сначала от степени полимеризации в реальный момент времени, потому что оно отражает текущее состояние картонной изоляции, а как следует, и скорости протекания всех физико-химических реакций в картонной изоляции. Тогда функцию, учитывающую воздействие ч следует учитывать в (4) в виде множителя, который можно представить в наиболее общем степенном виде — Ки чпола, где ки, б — неизменные коэффициенты, определяющиеся по экспериментальным данным.

В итоге выражение (4) запишется в виде:

(5)

Разглядим дальше воздействие на чпол влажности жесткой изоляции. Вода резко наращивает проводимость жесткой изоляции, что приводит к сильному понижению чпол. Не считая того, растворенное в воде химически активные вещества еще активнее вступают в реакции, другими словами вода наращивает скорость окисления жесткой изоляции. Можно учитывать воздействие воды выражением вида: квСзбв где кв и в безразмерные коэффициенты, определяемые из опыта.

Тогда выражение (5) воспримет вид:

(6)

С ростом температуры ускоряется протекание всех хим действий, другими словами ускоряется старение изоляции. Это приводит к резкому повышению концентрации товаров старения, что в свою очередь понижает степень полимеризации картонной изоляции. Не считая того, при изменении температуры происходит переход воды из 1-го состояния в другое, что так же приводит к существенному изменению степени полимеризации картонной изоляции. Тогда по аналогии с учетом воздействия чпол на скорость его конфигурации во времени с учетом воздействия температуры выражением ктТг, где кт г — неизменные коэффициенты, а выражение (6) запишем в виде:

(7)

При старении изоляции в бумаге происходит выделение товаров старения- фурановые соединения. Эти вещества понижают степень полимеризации картонной изоляции за счет уменьшения стойкости к термическому действию. В свою очередь продукты окисления ускоряют процессы старения. Воздействие этих соединений учтем выражением с1Сфд1 :

где с1 и д1- неизменные коэффициенты.

Тогда (8) можно записать:

(8)

Тангенс угла диэлектрических утрат tgди реагирует на содержание примесей в картонной изоляции и коррелирует с параметром Сф и Сзб. Как следует, параметр tgди нужно разглядывать в комплексе с этими параметрами и ввести для его учета множитель в виде функции Кtgд(tgди)ш, где Кtgд, ш- неизменные коэффициенты. Тогда выражение (8) запишется так:

(9)

Сопротивление изоляции и сопротивление недлинного замыкания отражает текущее состояние изоляции и чем они ниже, тем ниже степень полимеризации изоляции.Тогда функции, учитывающую воздействие Zк, следует учитывать в предшествующей формуле в виде множителя, который можно представить в наиболее общем степенном виде nи Zкм, где nи и м- неизменные коэффициенты, определяющиеся по экспериментальным данным.

Тогда выражение (9) запишется последующим образом:

(10)

Дальше коэффициенты nи, ки, кт можно соединить и внести в скобки. Тогда преобразуем (10) так:

(11)

где с1*= с1 nи ки кт кв*=к1 кtgд nи ки

кт

Потому что приведенные на рисунке экспериментальные данные демонстрируют изменение степени поляризации лишь при различной влажности, примем, что другие характеристики постоянны.

Можно принять коэффициент б = 1. Беря во внимание это, произведем разделение переменных. Тогда (11) запишется:

(12)

Интегрирование дифференциального уравнения (12) при исходном условии t=0, чпол=чпол0 дает:

(13)

Приобретенное выражение описывает изменение степени полимеризации картонной изоляции во времени. Оно содержит неизменные коэффициенты y, с1*, кв*, в, ш, м, д1 которые нужно найти по данным экспериментальных исследовательских работ. тут необходимо подчеркнуть, что если в качестве исходного значения степени полимеризации картонной изоляции чпол0 принять результаты эксплуатационных испытаний опосля ввода в эксплуатацию, то тренд конфигурации степени полимеризации картонной изоляции вначале будет рассчитан с погрешностью, обусловленной некорректностью эксплуатационных испытаний. Потому так же как и остальные неизменные коэффициенты следует рассчитывать действенное изначальное конфигурации по степени полимеризации.

3.1 Прогнозирование конфигурации tgд изоляции силовых трансформаторов с внедрением результатов эксплуатационного мониторинга

Данные эксплуатационных испытаний силовых трансформаторов демонстрируют однообразное повышение tgд изоляции во времени, что обосновано старением изоляции во времени. Тогда изменение сопротивления изоляции во времени в согласовании с способом постепенного скопления повреждений запишем в последующем виде:

(1)

где R — сопротивление картонной изоляции, qR(t) — вектор нагрузок.

В итоге анализа литературных и экспериментальных данных для tgд изоляции функция qR(t) быть может представлена в последующем виде:

qR(t) =f(Cуо,Сзо, Zк, Т, Iаб, tgди ), (2)

где Cуо — увлажнение обмотки трансформатора; Сзо- загрязнение обмотки трансформатора ; Zк- сопротивление недлинного замыкания ; Т — температура изоляции; tgди- тангенс угла диэлектрических утрат изоляции; Iаб — ток абсорбции.

С учетом выражения (2) уравнение (1) запишется так:

(3)

Скорость конфигурации tgд изоляции зависит сначала от tgд изоляции в реальный момент времени, потому что оно отражает текущее состояние картонной изоляции, а как следует, и скорости протекания всех физико-химических реакций в картонной изоляции. Тогда функцию, учитывающую воздействие tgд следует учитывать в (3) в виде множителя, который можно представить в наиболее общем степенном виде — Ки tgда, где ки, б — неизменные коэффициенты, определяющиеся по экспериментальным данным.

В итоге выражение (3) запишется в виде:

(4)

Разглядим дальше воздействие на tgд увлажнения обмотки трансформатора. Вода резко наращивает проводимость жесткой изоляции, что приводит к сильному повышению tgд. Можно учитывать воздействие воды выражением вида: квСуов где кв и в безразмерные коэффициенты, определяемые из опыта.

Тогда выражение (4) воспримет вид

(5)

С ростом температуры ускоряется протекание всех хим действий, другими словами ускоряется старение изоляции. Это приводит к резкому повышению концентрации товаров старения, что в свою очередь наращивает tgд картонной изоляции. Не считая того, при изменении температуры происходит переход воды из 1-го состояния в другое, что так же приводит к существенному изменению сопротивления картонной изоляции. Тогда по аналогии с учетом воздействия R на скорость его конфигурации во времени с учетом воздействия температуры выражением ктТг, где кт г — неизменные коэффициенты, а выражение (5) запишем в виде:

(6)

При эксплуатации силовых трансформаторов может произойти механическое повреждение обмотки трансформатора. Из-за своей вибрации трансформатора и токов недлинного замыкания. Воздействие этих причин учтем выражением с1Zкд1: где с1 и д1- неизменные коэффициенты.

Тогда (6) можно записать:

(7)

В процессе использования на трансформатор, в особенности в производственных цехах повлияет пыль, которая содержится в воздухе. Твердые частички пыли разрушают поверхность и, оседая, загрязняют ее, чем также увеличивают tgд изоляции. В воздухе производственных помещений находятся примеси химически активных веществ (углекислый газ, сероводород, аммиак и др.). В химически брутальных средах изоляция стремительно теряет свои изоляционные характеристики и разрушается.

Можно учитывать воздействие загрязнения изоляции выражением вида: кзСзоу где кз и у- неизменные коэффициенты.

Тогда выражение (7) можно записать:

(8)

Сопротивление изоляции реагирует на содержание примесей в картонной изоляции и коррелирует с параметром Суо и Сзо. Как следует, параметр R нужно разглядывать в комплексе с этими параметрами и ввести для его учета множитель в виде функции КR(R)ш, где КR, ш- неизменные коэффициенты. Тогда выражение (8) запишется так:

(9)

ток абсорбции отражает текущее состояние изоляции и чем они ниже, тем ниже тангенс диэлектрических утрат. Тогда функции, учитывающую воздействие Iаб, следует учитывать в предшествующей формуле в виде множителя, который можно представить в наиболее общем степенном виде nи Iаб м, где nи и м- неизменные коэффициенты, определяющиеся по экспериментальным данным. Тогда выражение (9) запишется последующим образом:

(10)

Дальше коэффициенты nи, ки, кт c1 можно соединить и внести в скобки. Тогда преобразуем (10) так:

(11)

где кв*= кв кR nи ки кт c1 кз*=кз кR nи ки кт c1

В процессе использования силовых трансформаторов сопротивление изоляции понижается по экспоненциальному закону.

Беря во внимание это, произведем разделение переменных. Тогда (11) запишется:

(12)

Интегрирование дифференциального уравнения (12) при исходном условии t=0, tgд= tgд0 дает:

(13)

4. Вычислительный

В связи с тем, что приведенные на рисунке 1 экспериментальные данные демонстрируют изменение степени полимеризации чпол (t) лишь при различной влажности примем, что другие характеристики постоянны.

Перепишем 13 в другом виде:

(14)

где К1=Ty Zkм c1* CФд1 tgдиш, К2= Ty Zkм кв* tgдиш

Опосля преобразование выражения (14) получаем:

(15)

Найдем коэффициенты К1 К2 и в данного уравнения используя программку MathCad. Составим систему уравнений вида (15) для различных значений времени и влажности:

Заключение

В данной работе осуществлены анализ и прогнозирование конфигурации технического состояния изоляции маслонаполненных высоковольтных трансформаторов в эксплуатации. Рассмотрено воздействие развивающихся изъянов в процессе использования силовых трансформаторов на сопротивление изоляции трансформаторов, на степень полимеризации маслосодержащей изоляции. В процессе прогнозирования с внедрением результатов эксплуатационного мониторинга установлены зависимости конфигурации степени полимеризации картонной изоляции силовых трансформаторов от влажности

,

также изменение тангенса угла диэлектрических утрат изоляции силовых трансформаторов от времени.

Произведено вычисление неизменных коэффициентов К1 К2 в и построен график зависимости степени полимеризации от времени при различной исходной влажности.

Перечень применяемой литературы

1. Размер и нормы испытаний электрооборудования/под общ. Ред. Б.А. Алексеева, Ф.Л. Когана, 2010.

2. Положение о экспертной системе контроля и оценки состояния и критерий эксплуатации силовых трансформаторов, шунтирующих реакторов, измерительных трансформаторов тока и напряжения.

3. Болотин, В. В. Ресурс машин и конструкций.

4. Методические указания к курсовому проектированию. анализ и проектирование конфигурации технического состояния изоляции маслонаполненных высоковольтных трансформаторов эксплуатации. А. В. Вихарев, Ю.А. Митькин, 2014.

]]>