Оценка потерь холостого хода в сельских силовых трансформаторах при их эксплуатации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.02, кандидат технических наук Цицорин, Алексей Николаевич

• Цицорин, Алексей Николаевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Цицорин, Алексей Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ современного состояния силовых трансформаторов. сельских распределительных электрических сетей.

1.2. Состояние исследований мощности холостого хода. распределительных трансформаторов сельских электрических сетей

1.3. Исследования потерь холостого хода длительно эксплуатирующихся трансформаторов.

1.4. Исследования причин изменения потерь холостого хода. длительно эксплуатирующихся трансформаторов.

1.5. Исследования в области технологии и технических средств. для измерения потерь холостого хода распределительных трансформаторов сельских электрических сетей в условиях их эксплуатации.

1.6. Исследования в области математического моделирования процессов эксплуатационного старения элементов магнитопровода 36 в распределительных трансформаторах сельских электрических сетей.

1.7. Выводы и задачи исследования.

2. ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ.

2.1. Современное состояние силовых трансформаторов в МУЛ «Иошкар-Олинская ТЭЦ-1» и причины повышенных потерь в них. График нагрузок.

2.2. Обоснование экспериментальных исследований по отжигу.

2.3. Программа экспериментальных исследований по отжигу стали

2.4. Описание экспериментальных исследований.

2.5 Результаты исследований.

2.6 Выводы.

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПОТЕРЬ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ.

3.1 Обоснование подходов к моделированию.

3.2.1 Влияние механических напряжений на магнитные свойства стали.

3.2.2 Влияние магнитных свойств стали на магнитные потери в стали

3.2.3 Влияние магнитных потерь в стали на потери холостого хода трансформатора.

3.3 Реализация математической модели.

3.4 Вычислительный эксперимент на математической модели.

3.5 Выводы.

4 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ.

4.1 Разработка технико-технологических решений для измерения потерь холостого хода силовых трансформаторов при номинальном напряжении в условиях эксплуатации.

4.2 Методика проведения измерений, методы предосторожности. 100 4.2.1. Общие положения.

4.2.2 Общие требования к условиям, обеспечению и проведению испытаний.

4.2.3 Требования безопасности.

4.2.4 Определяемые показатели и точность их измерений.

4.2.5 Методика выполнения измерений.

4.2.6 Отчетность.

4.3 Проведение измерений. Обработка статистических данных потерь холостого хода силовых трансформаторов.

4.7 Выводы:.

5 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ПОТЕРЬ ХОЛОСТОГО ХОДА В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

5.1 Экономический эффект от мероприятий по снижению потерь электроэнергии.

V • ': V,.' ЙУИ»)

5.2 Практическое значение измерения потерь холостого в силовых трансформаторах в условиях эксплуатации.

5.3 Экономическая оценка измерения потерь холостого хода.

5.4 Оценка полной стоимости владения трансформатором.

5.5 Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка потерь холостого хода в сельских силовых трансформаторах при их эксплуатации»

Актуальность работы. Повышение эффективности снабжения сельских потребителей электроэнергией является одной из приоритетных в контексте модернизации как всей экономики Российской Федерации, так и одной из её базовых составляющих - агропромышленного комплекса.

В настоящее время в эксплуатации в сельских распределительных сетях находится значительное число силовых трансформаторов, отработавших свой нормативный срок службы, при этом практика показывает, что заложенные в них для обеспечения необходимого уровня надёжности ресурсы позволяют энергоснабжающим организациям избежать дорогостоящей замены таких трансформаторов, на новые, за счёт продления их срока службы.

В последние годы всё большее число авторов обращает внимание на рост потерь электроэнергии холостого хода в силовых трансформаторах по мере их старения по сравнению с паспортными данными, измеренными в год выпуска. При этом конструкторы самих трансформаторов, как правило, утверждают, что потери холостого хода в процессе эксплуатации в исправных трансформаторах если и увеличиваются, то не более чем на 5% за весь срок службы трансформатора - 40 лет.

Потери в трансформаторах и автотрансформаторах составляют до 20 % от общих потерь электроэнергии в электрических сетях, и увеличение потерь холостого хода на 10% повысит суммарные потери в трансформаторах на Н2%. Большинство сельских силовых трансформаторов работает в режиме малых нагрузок, поэтому доля потерь холостого хода в общих потерях трансформаторов является значительной. Учитывая количество таких трансформаторов в энергосистеме и большой срок их службы, такие трансформаторы представляют собой значительный резерв энергосбережения.

Исследования показывают, что к росту потерь холостого хода трансформаторов приводят в основном изменения в магнитной системе. Однако не достаточно изучено изменение потерь мощности холостого хода в силовых трансформаторах сельских распределительных сетей в процессе их эксплуатации. Измерение потерь холостого хода в условиях эксплуатации при номинальном напряжении позволило бы диагностировать техническое состояние трансформатора и оценить его остаточный ресурс.

Анализ показал, что в настоящее время измерения потерь холостого хода силовых трансформаторов в условиях эксплуатации при номинальном напряжении не производятся, поэтому отсутствует объективная информация о фактических потерях холостого хода. Отсутствие данной информации не позволит более точно рассчитать нормативы технологических потерь и наметить мероприятия по их снижению.

Таким образом, оценка потерь холостого хода сельских силовых трансформаторов является актуальной, так как позволит освоить значительные резервы повышения энергоэффективности, задачи, поставленные Федеральным законом № 261-ФЗ от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Целью работы является разработка способа и технического средства для оценки потерь холостого хода в сельских силовых трансформаторах 10(6)-0,4 кВ при их эксплуатации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- провести исследования качественного и количественного влияния механических и тепловых воздействий на изменение удельных потерь электротехнической стали;

- установить количественные взаимосвязи между внешними воздействиями (механическими и тепловыми) на электротехническую сталь магни-топровода в процессе эксплуатации трансформатора и увеличением удельных магнитных потерь в ней;

- разработать новое техническое решение, обеспечивающее измерение потерь холостого хода сельских распределительных трансформаторов при номинальном напряжении в условиях эксплуатации;

- провести производственные экспериментальные исследования с целью подтверждения адекватности и выявления уровня достоверности разработанной математической модели;

- Оценить эффект измерения и изменения потерь холостого хода в сельских распределительных трансформаторах 10(6)/0,4кВ.

Объект исследования. Объектом исследования в настоящей работе являются трёхфазные силовые трансформаторы 10(6)/0,4 кВ, находящиеся в эксплуатации в сельских сетях, процессы их эксплуатационного старения, обуславливающие увеличение потерь холостого хода, а также технические средства их диагностики.

Предмет исследования. Предметом исследования являются зависимости между условиями эксплуатации силовых трансформаторов в сельских распределительных сетях и мощностью холостого хода данных трансформаторов, а также зависимости между техническими параметрами систем диагностики таких трансформаторов и показателями эффективности функционирования систем электроснабжения сельских потребителей.

Методы исследования. В процессе исследований использовались методы математического моделирования с постановкой вычислительных экспериментов, лабораторных и производственных экспериментальных исследований с использованием методов математического планирования и статистической обработки полученных результатов. Экспериментальная часть выполнена в Верх-Исетском заводе по производству электротехнических сталей, а также на трансформаторных подстанциях МУП "Йошкар-Олинская ТЭЦ-1" с использованием передвижной установки для диагностики силовых транс

Для условий эксплуатации силовых трансформаторов в сельских рас

- экспериментально установлены количественные показатели влияния остаточных напряжений в электротехнической стали на изменение её маг7 форматоров в условиях эксплуатации. Научная новизна. пределительных сетях: нитных свойств путём исследования образцов из магнитопроводов трансформаторов после длительной эксплуатации;

- разработана имитационная математическая модель ИММ изменения удельных потерь электротехнической стали в процессе эксплуатации, отличающаяся учётом воздействия механических и тепловых факторов на магни-топровод трансформатора, приводящих в свою очередь к накоплению остаточных механических напряжений в его материале;

- разработана передвижная установка для диагностики технического состояния силовых трансформаторов в условиях их эксплуатации в сельских сетях путём измерения мощности холостого хода при номинальном напряжении;

- установлена количественная взаимосвязь между внешними воздействиями (механическими и тепловыми) на электротехническую сталь магнитопровода в процессе эксплуатации трансформатора и увеличением удельных магнитных потерь в ней путём производственных исследований потерь холостого хода в трансформаторах, длительное время эксплуатирующихся в сельских распределительных сетях.

Практическая ценность работы.

1. Выявлено влияние механических напряжений, возникающих при эксплуатации трансформаторов на увеличение потерь холостого хода, и разработана математическая модель, описывающая характер данного воздействия;

2. Предложено включить в инструкцию РД 34.45-51.300-97 "Объём и нормы испытаний электрооборудования" требование по обязательному измерению потерь холостого хода в условиях эксплуатации силовых трансформаторов 10(6)/0,4 кВ со сроком службы более 20 лет при номинальном напряжении для их диагностики и получения фактических данных потерь холостого хода;

3. Предложено рассчитывать нормативные потери в трансформаторах со сроком службы, используя фактические данные, полученные путём измерения в условиях эксплуатации;

4. Предложено при выборе мероприятий по снижению потерь электроэнергии оценить экономический эффект от замены силовых трансформаторов на энергосберегающие трансформаторы с учётом капитализированной стоимости потерь.

Реализация результатов исследований.

- Методика измерения тока и потерь холостого хода силовых трансформаторов в условиях эксплуатации при номинальном напряжении, а также установка для диагностики силовых трансформаторов используются электротехнической лабораторией МУП «Йошкар-Олинская ТЭЦ-1» во время профилактических работ с целью диагностики магнитной системы и установлении паспортных данных на оборудование, а также в учебном процессе в ФГБОУ ВПО «Марийский государственный технический университет»;

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на ежегодных Всероссийских региональных и Международных Щ конференциях ФГБОУ ВПО «Марийский государственный технический университет» г. Иошкар- Ола) 2007 - 2010 гг., а также на учебных семинарах по технической диагностике электрооборудования электрический сетей МУП «Йошкар-Олинская ТЭЦ-1».

Публикации. По результатам исследований опубликовано 9 печатных работ, из них 3, в изданиях, рекомендуемых ВАК, включая 1 патент РФ.

Структура диссертации и ее объем.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов работы, списка литературы и приложений. Общий объем составляет 148 страниц, в том числе 118 страниц основного текста, 22 рисунка, 11 таблиц, списка литературы из 153 наименований.

Заключение диссертации по теме «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве», Цицорин, Алексей Николаевич

Основные выводы и рекомендации по диссертационной работе

1. Проведённые экспериментальные исследования показали, что основным фактором, влияющим на изменение магнитных свойств, являются остаточные механические напряжения, которые оказывают влияние на совершенство кристаллографической структуры и способствуют ухудшению магнитных свойств.

2. Имитационная математическая модель изменения удельных потерь электротехнической стали в процессе эксплуатации, происходящих в результате воздействия механических и тепловых факторов, приводящих, в свою очередь, к накоплению остаточных механических напряжений в материале магнитопровода трансформатора, показывает характерные углы нарастания удельных потерь, которые к 20-летнему сроку службы в среднем составили 5. 8%.

3. Разработана передвижная установка для измерения потерь холостого хода силовых трансформаторов при номинальном напряжении в условиях эксплуатации.

4. Результаты экспериментальных исследований потерь холостого хода силовых трансформаторов хорошо согласуются с результатами вычислительного эксперимента (расхождение не более 10 %), что подтверждает адекватность и достоверность разработанной модели.

5. Предложена и доказана целесообразность измерений потерь холостого хода силовых трансформаторов в условиях эксплуатации. Показана необходимость замены трансформаторов, имеющих недопустимый уровень потерь холостого хода на энергосберегающие силовые трансформаторы с низким уровнем потерь холостого хода, который достигнут благодаря применению сталей с пониженными удельными потерями.

6. Для измерения потерь холостого хода при номинальном напряжении рекомендуется использовать передвижную установку для диагностики силовых трансформаторов, обеспечивающую мобильность и применение в условиях их эксплуатации.

7. Измерения потерь холостого хода рекомендуется производить на трансформаторах старше 12 лет, так как, согласно полученной модели изменения удельных потерь электротехнической стали в процессе эксплуатации, наблюдается резкий рост расхождения с экспериментальными значениями.

8. При расчётах потерь электроэнергии в силовых трансформаторах рекомендуется использовать фактические значения потерь холостого хода, полученные путём измерений в условиях эксплуатации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Цицорин, Алексей Николаевич, 2012 год

1. Авраменко, A.B. Планирование и анализ потерь электроэнергии в электрических сетях с помощью регрессионных моделей Текст. / A.B. Авраменко, В.А. Богданов, Е.И. Петряев, М.Г. Портной // Электрические станции. 1987. - №4. - С. 6-9.

2. Акимова, H.A. Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт электрического и электромеханического оборудования Текст. / H.A. Акимова, Н.Ф. Котеленец, Н.И. Сентюрихин. М.: Академия, 2004. - 296 с.

3. Анисимова, Н.Д. Расчеты и анализ режимов работы сетей Текст. / Н.Д. Анисимова, В.А. Веников, В.В. Ежков и др. М.: Энергия, 1974. - 336 с.

4. Анчарова, Т.В. Экономия электроэнергии на промышленных предприятиях Текст. / Т.В. Анчарова, СИ. Гамазин, В.В. Шевченко. М.: Высш. шк., 1990.-143 с.

5. Аншин, В.Ш. Сборка трансформаторов и их магнитных систем Текст. / В.Ш. Аншин, З.И. Худяков. М.: Высш. шк., 1985. - 272 с.

6. Арутюнян A.A. Основы энергосбережения Текст. / A.A. Арутюнян. М.: ЗАО «Энергосервис», 2007. - 600 с.

7. Баптиданов, JI.H. Электрические сети и станции Текст. / JI.H. Бап-тиданов, B.JL Козис, Б.Н. Неклепаев и др. M.-JL: Госэнергоиздат, 1963. -464 с.

8. Бондаренко, А. Для успешной борьбы с потерями электроэнергии необходимо их оценить и проанализировать Текст. / А. Бондаренко // Новости электротехники. 2002. - № 4(16). - С. 36-38.

9. Бородин, И.Ф. Пути снижения потерь напряжения и электроэнергии в сельских электросетях Текст. / И.Ф. Бородин, А.П. Сердешнов // Электрика. 2002. - № 5. - С. 28-32.

10. Бородин, И.Ф. Состояние и проблемы электроснабжения сельского хозяйства России Текст. / И.Ф. Бородин // Белорусское сельское хозяйство. 2006. - № 10.-С. 63-69.

11. Бородин, И.Ф. Электрификация села и возобновляемые источники энергии Текст. / И.Ф. Бородин // Электрика. 2002. - № 6. - С. 6-11.

12. Бохмат, И.С. Снижение коммерческих потерь в электроэнергетических системах Текст. / И.С. Бохмат, В.Э. Воротницкий, Е.П. Татаринов // Электрические станции. 1998. - № 9. - С. 53-59.

13. Броерская, H.A. Об учете электроэнергии в электрических сетях ЭС Текст. / H.A. Броерская, Г.Л. Штейнбух // Электрические станции. 2003. -№ 4. - С. 67-68.

14. Будзко, И.А. Электрические сети Текст. / И.А. Будзко. М.: Колос, 1967.-327 с.

15. Будзко, И.А. Электроснабжение сельскохозяйственных предприятий и населенных пунктов Текст. / И.А. Будзко, М.С. Левин. М: Агропро-миздат, 1985.-320 с.

16. Быстрицкий, Г.Ф. Выбор и эксплуатация силовых трансформаторов Текст. / Г.Ф. Быстрицкий, Б.И. Кудрин. -М.: Академия, 2003. 176 с.

17. Вартанов, Г.Л. Электромонтер-ремонтник Текст. / Г.Л. Вартанов, В.В. Вернер, В.М. Серебряков. М.: Высшая школа, 1967. - 207 с.

18. Васильев, A.A. Электрическая часть станций и подстанций Текст. / A.A. Васильев, И.П. Крючков, Е.Ф. Наяшкова, Б.Н. Неклепаев, М.Н. Около-вич. М.: Энергия, 1980. - 608 с.

19. Введенский Б.А. ЖРФХО, часть физ. 58,241 (1926).

20. Веников, В.А. Оптимизация режимов электростанций и энергосистем Текст. / В.А. Веников, В.Г. Журавлев, Т.А. Филиппова. М.: Энергоиз-дат, 1981.-464 с.

21. Водянников, В.Т. Организационно-экономические основы сельской электроэнергетики: учебное пособие для вузов по агроинженерным специальностям Текст. / В.Т. Водянников. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: ИКФ «ЭКМОС», 2003.-352 с.

22. Водянников, В.Т. Экономическая оценка энергетики АПК Текст.: учебное пособие для студентов вузов / В.Т. Водянников. М.: ИКФ «ЭКМОС», 2002. - 304 с.

23. Вонсовский, C.B. Магнетизм / C.B. Вонсовский. М.: Наука, 1984. - 208 с.

24. Воротницкий, В.Э. Повышение эффективности управления распределительными сетями Текст. / В.Э. Воротницкий // Энергосбережение. -2005.-№ 10.-С. 94-97.