Программно-аналитический комплекс принятия решений в ходе реализации метода определения ресурса трансформаторного масла

Page 1
background image

Page 2
background image

120

диагностика и мониторинг

Программно-аналитический 
комплекс принятия решений в ходе 
реализации метода определения 
ресурса трансформаторного масла

УДК 621.314.212

Высогорец

 

С

.

П

.,

к.т.н., доцент кафедры 

ДЭО ФГАОУ ДПО 

«ПЭИПК» Министерства 

энергетики РФ

Горец

 

И

.

А

.,

студент кафедры ССИ 

НИУ «ВШЭ СПб»

Определен

 

оптимальный

 

объем

 

регенерационных

 

работ

 

для

 

различных

 

состо

-

яний

 

масел

 

в

 

условиях

 

энергопроизводства

По

 

результатам

 

научных

 

исследо

-

ваний

 

разработаны

 «

Метод

 

экспериментального

 

определения

 

ресурса

 

жидкого

 

диэлектрика

 

и

 

мер

 

по

 

его

 

восстановлению

» 

и

 «

Алгоритм

 

управления

 

качеством

 

жидкого

 

диэлектрика

 

в

 

трансформаторном

 

оборудовании

», 

необходимые

 

для

 

поддержания

 

удовлетворительных

 

эксплуатационных

 

характеристик

 

масла

Для

 

повышения

 

качества

 

принимаемых

 

решений

 

в

 

ходе

 

реализации

 

метода

 

и

 

обработки

 

полученных

 

результатов

 

разработан

 

программно

-

аналитический

 

комплекс

 «

Советник

 

по

 

обслуживанию

 

трансформаторов

», 

позволяющий

 

опе

-

ратору

 

согласно

 

предлагаемых

 

подсказок

 

выбрать

 

верный

 

алгоритм

 

действий

 

и

 

оптимальные

 

рекомендации

 

по

 

ТОиР

.

Ключевые

 

слова

:

регенерация, жидкий 

диэлектрик, трансфор-

матор, метод, алгоритм, 

программно-аналитиче-

ский комплекс

В 

каждом  силовом  трансформаторе  имеют  место  индивидуаль-

ные  условия  работы  масел,  а  химический  состав  различных 

марок  масел  специфичен.  Поэтому  номенклатуру  профилак-

тических работ по восстановлению ресурса масла оправданно 

определять путем моделирования процессов в лабораторных условиях. 

Данный метод определения сложен в силу многокомпонентности полу-

чаемых взаимосвязанных результатов и множества влияющих факторов, 

необходимых к учету при выборе алгоритма реализации эксперимента. 

Для  минимизации  ошибок  оператора  при  постановке  эксперимента 

и в последующем формулировании диагноза целесообразна разработка 

программно-аналитического  комплекса  принятия  решений,  позволяю-

щая на основе проводимых измерений согласно предлагаемых подска-

зок  выбрать  верный  алгоритм  действий  и  оптимальные  рекомендации 

по ТОиР.

ПОДБОР

 

ОПТИМАЛЬНЫХ

 

МЕР

 

ПО

 

ВОССТАНОВЛЕНИЮ

 

МАСЛА

 

В

 

УСЛОВИЯХ

 

ЭНЕРГОПРОИЗВОДСТВА

Для решения задачи подбора оптимальных мер по регенерации масла 

в условиях энергопроизводства необходимо определить возможные ком-

бинации профилактических работ. При определенной степени старения 

масла для восстановления его ресурса требуется разный набор меро-

приятий. Обозначим следующие основные работы, проводимые в элек-

тросетевых организациях при снижении ресурса масла.

Первый вариант

 — замена силикагеля в термосифонном (адсорбци-

онном) фильтре, стабилизация масла присадкой агидол-1 (ионол) путем 

введения концентрированного раствора ионола в бак трансформатора 

на работающем оборудовании.

Второй  вариант 

—  замена  силикагеля  в  термосифонном  (адсорб-

ционном) фильтре, регенерация трансформаторного масла с помощью 

маслорегенерационных установок, стабилизация масла присадкой аги-

дол-1 (ионол) на отключенном оборудовании.

Третий вариант 

— проведение капитального ремонта по второй груп-

пе сложности (с проведением промывки активной части от продуктов ста-

рения), замена эксплуатационного трансформаторного масла на свежее.

Соответственно, затраты на проведение работ для вышеуказанных 

вариантов будут различными. Формулы расчета затрат указаны в таб-

лице 1. Возникающие затраты (

W

м

) будут иметь минимальное и макси-

мальное значения, то есть значения ниже и выше которых быть не мо-


Page 3
background image

121

гут, и будут зависеть от доли 

утраченного ресурса масла.  

Исходя  из  результатов 

проведенных  эксперимен-

тальных  работ  следует,  что 

ключевыми 

параметрами 

качества  масла,  на  основе 

изменения  которых  можно 

определять 

номенклатуру 

работ  и  расходы  по  восста-

новлению ресурса масла, яв-

ляются показатели КЧ и 

tg

м

Проведена сортировка полу-

ченных  результатов  измере-

ний  по  принципу:  отобраны 

все случаи, в которых встре-

чаются  значения  КЧ  рав-

ные или более 0,05 мгКОН/г

и/или 

tg

м

,  равные  или  пре-

вышающие 6%. Полученные 

результаты представлены на 

рисунке 1. Здесь штриховкой 

обозначены  области,  в  ко-

торых  располагается  макси-

мальное  количество  точек: 

проб масла, для которых наи-

более  эффективными  были 

признаны  регенерационные 

работы, имеющие расход си-

ликагеля не менее 5% от мас-

сы  обрабатываемого  масла. 

При этом нижняя граница заштрихованной области на 

оси ординат определена установленными в ходе ис-

следований [1] пороговыми значениями показателей 

качества  масла  для  КЧ  >  0,04  мгКОН/г  (рисунок  1а) 

и 

tg

м

 > 6% (рисунок 1б). 

На  рисунке  2  представлена  кривая  роста  затрат, 

отражающая  изменение  стоимости  работ  от  доли 

утраченного  ресурса  масла.  При  построении  кривой 

принято: затраты W

м1

 условно равны 1, затраты 

W

м2

 

условно равны 2 и затраты 

W

м3

 условно равны 3.

Из рисунка 2 следует, что интервал значений доли 

утраченного ресурса масла от 0,25 до 0,45 будет оп-

тимальным с точки зрения затрат на проведение про-

филактических работ по предотвращению процессов 

глубокого старения масел. При этом доля утраченного 

ресурса определялась исходя из следующих условий. 

Если  условно  принять  полностью  израсходованный 

ресурс масла равным 100% (доля, равная 1), то:

 

– израсходованный  ресурс  равным  50%  (доля  0,5) 

будет  во  всех  случаях,  когда  после  окисления 

проб  эксплуатационных  масел  в  лабораторных 

Табл. 1. Расчет затрат на проведение

профилактических работ по восстановлению ресурса масла

Номер

варианта

проведения 

работ

Номенклатура работ

Формула расчета затрат (

W

м

)

Первый 

вариант

1.

 

Замена силикагеля в термо-

сифонном фильтре

2.

 

Стабилизация масла присадкой 

W

м1

 = 

C

с

m

с

 + 

C

и

m

и

 + 

P

1

 + 

P

2

V

к

Второй 

вариант

1.

 

Замена силикагеля в термо-

сифонном фильтре

2.

 

Регенерация масла специаль-

ной установкой

3.

 

Стабилизация масла присадкой 

W

м2

 = 

C

с

m

с

 + 

C

и

m

и

 + 

P

1

 + 

P

3

V

м1

Третий

вариант

1.

 

Капитальный ремонт трансфор-

матора по второй группе слож-

ности (с проведением промывки 

активной части от продуктов 

старения)

2.

 

Замена эксплуатационного 

масла на свежее

W

м3

 = 

C

кр

 + 

V

м2

C

м

 + 

P

2

V

м2

Примечание:

 

C

с

  —  стоимость  1  кг  силикагеля,  руб.; 

m

с

  —  масса  силикагеля,  засыпанного 

в термосифонный (адсорбционный) фильтр, кг; 

C

и

 — стоимость 1 кг агидола-1 (ионола), руб.; 

m

и

 — масса агидола-1 (ионола), необходимого для ввода в бак силового трансформатора, кг; 

P

1

  —  стоимость  работ  по  замене  силикагеля  в  термосифонном  (адсорбционном)  фильтре 

(определяется в соответствии с базовыми ценами — ремонт термосифонных фильтров II груп-

пы сложности в зависимости от типа фильтра), руб.; 

P

2

 — стоимость работ по обработке транс-

форматорного  масла  (определяется  в  соответствии  с  базовыми  ценами  —  заливка  масла 

в трансформатор № 01080301), руб. за 1 т; 

V

к

 — объем заливаемого концентрированного рас-

твора, м

3

P

3

 — стоимость работ по обработке трансформаторного масла (определяется в со-

ответствии с базовыми ценами — регенерация со стабилизацией трансформаторного масла 

№ 01080701), руб. за 1 т; 

V

м1

 — объем обрабатываемого масла, м

3

C

кр

 — стоимость капиталь-

ного ремонта силового трансформатора по II группе сложности; 

V

м2

 — объем залитого в масло-

бак силового трансформатора изоляционного масла, м

3

C

м

 — стоимость 1 т масла, руб.

Рис

. 1. 

Значения

 

исходных

 

показателей

 

качества

 

масла

восстановление

 

ресурса

 

которых

 

эффективно

 

только

 

при

 

расходе

 

силикагеля

 

не

 

менее

 5% 

от

 

массы

 

масла

а

для

 

КЧ

б

для

 

tg

м

 

а) 

Количество измерений

Кисл

отное числ

о, мгК

ОН/г

Количество измерений

б) 

Танг

енс уг

ла диэ

лек

трических

по

терь масла, %

Рис

. 2. 

Динамика

 

изменения

 

затрат

 

на

 

восстановление

ресурса

 

масла

 

в

 

зависимости

 

от

 

степени

 

его

 

старения

 /

доли

 

утраченного

 

ресурса

P

м

W

м

 5 (56) 2019


Page 4
background image

122

условиях  образовывался  потенциальный  осадок 

(продукты глубокого окисления);

 

– израсходованный ресурс равным 25% (доля 0,25) 

будет  во  всех  случаях,  когда  после  окисления 

проб  эксплуатационных  масел  в  лабораторных 

условиях  потенциальный  осадок  отсутствует, 

однако  при  этом  имеет  место  содержание  кис-

лых соединений, образованных после окисления 

сверх допустимой нормы;

 

– во всех остальных случаях ресурс будет признан 

не израсходованным.

В  качестве  ключевого  критерия,  позволяющего 

оценить эффективность проведения работ по восста-

новлению ресурса масла, принято следующее утверж-

дение [2, 3]: положительным результатом определены 

все  случаи,  когда  обработанная  проба  трансформа-

торного масла была стабильнее исходной не менее 

чем в два раза по показателям КЧОМ и Осадок. 

В  ходе  научных  исследований  при  реализации 

специальных  лабораторных  экспериментов  была 

проведена  оценка  эффективности  предлагаемых 

мер  для  реальных  объектов  с  последующим  отбо-

ром наиболее оптимальных, по итогам которых опре-

делен минимальный объем регенерационных работ 

для различных состояний масел. 

Для  определения  набора  мероприятий  по  вос-

становлению  жидкого  диэлектрика  был  разработан 

«Метод  экспериментального  определения  ресурса 

жидкого диэлектрика и мер по его восстановлению» 

(далее — Метод) [4]. Метод предназначен для каче-

ственной оценки старения минерального эксплуата-

ционного  трансформаторного  масла,  а  также  опре-

деления  оптимальных  мер  по  его  восстановлению 

в  условиях  электрохозяйства  для  силовых  транс-

форматоров  (автотрансформаторов)  напряжением 

35–220  кВ,  залитых  маслами  I  группы  (низкой  ста-

бильности [5]), II группы (средней стабильности [5]) 

или их смесью, а также смесью масел III группы (вы-

сокой стабильности [5]) с группами I и II.

Сущность  метода  в  части  качественной  оценки 

ресурса  масла  заключается  в  его  форсированном 

окислении  в  лабораторных  условиях  при  заданных 

параметрах, в части определения мер по его восста-

новлению — в проведении лабораторного экспери-

мента по моделированию процесса восстановления 

масла  по  установленным  прави-

лам и определения оптимального 

решения на основе комплексного 

рассмотрения  полученных  ре-

зультатов эксперимента.

Для повышения точности и до-

стоверности  оценки  техническо-

го  состояния  трансформаторов 

(приоритетно  со  сверхнорматив-

ным сроком эксплуатации) в ряде 

случаев  помимо  базового  набо-

ра  параметров,  определяющих 

индекс  технического  состояния 

функционального  узла  изоляци-

онной  системы  [6],  необходима 

дополнительная 

информация, 

уточняющая  техническое  состо-

яние обследуемого объекта и по-

зволяющая назначить объемы работ по ТОиР. Насто-

ящий  метод  ориентирован  на  проведение  глубокого 

анализа  с  подбором  оптимального  взаимодействия, 

направленного на снижение операционных расходов 

и повышение надежности трансформатора.

ПРОГРАММНО

-

АНАЛИТИЧЕСКИЙ

 

КОМПЛЕКС

 «

СОВЕТНИК

 

ПО

 

ОБСЛУЖИВАНИЮ

 

ТРАНСФОРМАТОРОВ

» 

Алгоритмизация  разработанного  Метода  позволила 

сформировать программно-аналитический комплекс 

«Советник  по  обслуживанию  трансформаторов» 

(СпОТ), необходимый для принятия решений в ходе 

реализации Метода (рисунок 3). 

СпОТ  позволяет  оператору  на  основе  проводи-

мых  измерений  согласно  предлагаемых  подсказок 

выбрать  верный  алгоритм  действий,  а  также  опти-

мальные рекомендации по ТОиР.

В основу СпОТ заложены:

 

– разработанный «Алгоритм управления качеством 

жидкого  диэлектрика  в  трансформаторном  обо-

рудовании» (далее — Алгоритм); 

 

– разработанная  по  результатам  исследований 

«Матрица решений по организации специального 

лабораторного  эксперимента».  Матрица  построе-

на  с  учетом  многообразия  затрат  на  проведение 

вышеуказанных  регенерационных  работ  и  реше-

ния  задач  моделирования:  выбора  наиболее 

оптимального  варианта  по  качеству  и  стоимости 

работ  в  зависимости  от  исходного  состояния 

эксплуатационного  масла  трансформатора.  При 

обнаружении наличия растворимого шлама в экс-

плуатационном  масле  установлено,  что  масло 

имеет  значительную  степень  старения  с  высо-

ким  риском  выпадения  осадков  в  маслосистеме, 

что  может  вызвать  резкое  снижение  надежности 

работы трансформатора. Соответственно, масла, 

в  которых  обнаружен  шлам,  не  рекомендуются 

к  использованию  по  прямому  назначению  после 

регенерации  указанными  методами,  проведение 

экспериментальных работ в данных маслах пред-

ставляется нецелесообразным;

 

– разработанная  по  результатам  исследований 

«Матрица  оценки  результатов  эксперименталь-

ных  работ  по  подбору  оптимальных  мер  для 

ДИАГНОСТИКА 

И  МОНИТОРИНГ

Рис

. 3. 

Окно

 

со

 

сведениями

 

о

 

программе


Page 5
background image

123

восстановления качества транс-

форматорного масла».

По  итогам  реализации  мето да 

экспериментального  определения 

ресурса жидкого диэлектрика и мер 

по его восстановлению проводится 

комплексная  оценка  результатов, 

согласно  которой  определяется 

эффективность  подбираемых  мер 

по отношению к базовому замеру, 

а  также  формируются  рекоменда-

ции по ТОиР с учетом требований 

таблицы 2 [7].

В  совокупности,  разработан-

ные  Метод,  Алгоритм  и  СпОТ  по-

зволяют  определить  оптимальный 

набор  мероприятий,  необходимый 

для  поддержания  качества  масла 

в удовлетворительном состоянии. 

ВЫВОДЫ

1.  Для  решения  задачи  подбора 

оптимальных  мер  по  регенерации 

масла в условиях энергопроизвод-

ства  определены  возможные  ком-

бинации  профилактических  работ. 

По результатам исследований уточнен минимальный 

объем регенерационных работ для различных состо-

яний масел.

2.  Разработаны  «Метод  экспериментального  опре-

деления ресурса жидкого диэлектрика и мер по его 

восстановлению», «Алгоритм управления качеством 

жидкого диэлектрика в трансформаторном оборудо-

вании»,  программно-аналитический  комплекс  «Со-

ветник по обслуживанию трансформаторов», позво-

ляющие  определить  перечень  работ  по  ТОиР  для 

поддержания качества масла в удовлетворительном 

состоянии.  

ЛИТЕРАТУРА

1.  Высогорец  С.П.  Обеспечение  на-

дежности  силовых  трансформа-

торов на основе управления каче-

ством масла. СПб.: ПЭИПК, 2015. 

117 с. 

2.  Аптов И.С., Хомяков М.В. Химиче-

ские  материалы  в  электрохозяй-

стве. М.: Энергия, 1969. 280 с.

3.  Брай И.В. Регенерация трансфор-

маторных  масел.  М.:  Химия,1972. 

168 с.

4.  Высогорец  С.П.  Методы  диагнос-

тического обследования маслона-

полненного  оборудования.  Книга 

2: Методика определение ресурса 

трансформаторных  масел  /  Под 

общ. ред. А.И. Таджибаева. СПб.: 

ПЭИПК, 2012. 26 с.

5.  РД  34.43.105-89.  Методические 

указания  по  эксплуатации  транс-

форматорных  масел.  М.:  Технор-

матив, 2007. 51с.

6.  Методика оценки технического со-

стояния  основного  технологиче-

ского оборудования и линий элек-

тропередачи  электрических  стан-

ций и электрических сетей. Приказ 

Минэнерго  РФ  от  26.07.2017  г. 

№  676.  URL:  http://docs.cntd.ru/

document/456088008.

7.  СТО  01.Б7.02-2017.  Техническое 

диагностирование  маслонапол-

ненного  оборудования  по  резуль-

татам  анализа  трансформаторно-

го  масла.  Стандарт  организации. 

Утв.  приказом  ПАО  «МРСК  Севе-

ро-Запада»  от  15.01.2018  №16. 

СПб, 2018. 76 с.

REFERENCES
1.  Vysogorotets S.P. Provision of pow-

er  transformer  reliability  based  on 

oil  quality  control. 

Sankt-Peterburg, 

PEIPK 

[Saint-Petersburg Power En-

gineering Institute], 2015, 117 p. 

2.  Aptov I.S., Khomyakov M.V. Chemi-

cal  materials  in  electrical  facilities. 

Moscow, 

Energiya

  [Power],  1969, 

280 p.

3.  Bray I.V. Regeneration of transform-

er  oils.  Moscow, 

Khimiya 

[Chem-

ics],1972, 168 p.

4.  Vysogorotets  S.P.  Methods  of  diag-

nostic  examination  of  the  oil-fi lled 

equipment.  Book  2:  Methods  of 

transformer  oil  resource  determina-

tion  /  Under  general  editorship  of 

A.I.  Tadzhibayev. 

Sankt-Peterburg, 

PEIPK

 [Saint-Petersburg Power En-

gineering Institute], 2012, 26 p.

5.  Regulatory  Directive  34.43.105-89. 

Guidelines  for  transformer  oil  appli-

cation. M: Tekhnormativ, 2007, 51 p.

6.  Technique for technical condition es-

timation of the main equipment and 

power  transmission  lines  of  electri-

cal  stations  and  networks.  Order 

of  Ministry  of  Energy  of  RF  dated 

26.07.2017,  №  676.  URL:  http://

docs.cntd.ru/document/456088008. 

(in Russian)

7.  Company  Standard  01.Б7.02-2017. 

Technical  diagnosis  of  the  oil-fi lled 

equipment based on transformer oil 

analysis.  Company  standard  con-

fi rmed  by  PJSC  "IDGC  of  North-

West" dated 15.01.2018 №16. Saint-

Petersburg, 2018, 76 p.

Табл. 2. Требования к качеству эксплуатационных масел, залитых в сило-

вые трансформаторы напряжением 35–220 кВ, применяемых при плани-

ровании и реализации экспериментальных работ

Наименование показателя

Удовлетво-

рительный 

результат

измерения

Область 

«риска»

Неудовлетво-

рительны  

результаты

измерения

Кислотное число, мгКОН/г

< 0,05

0,05–0,15

> 0,15

Водорастворимые кислоты 

и щелочи, мгКОН/г

рН ≥ 5,5

рН ≥ 5,5

< 0,014

≥ 0,014 

Тангенс угла диэлектрических 

потерь масла при 90°С, %

< 6

6–12

> 12

Содержание антиокислитель-

ной присадки, % массы

> 0,1

0,1–0,05

< 0,05

Общее содержание шлама, % отсутствие

(< 0,005)

присутствие

(≥ 0,005)

Стабильность против окисления:
Кислотное число окисленного 

масла, мгКОН/г

< 0,1

> 0,1

Массовая доля осадка, %

< 0,01

> 0,01

Условия процесса окисления

1.  Расход кислорода — 200 мл/мин. 

2.  Температура термостатирования — 120°С.

3.  Время термостатирования — 14 часов.

4.  Катализатор — медная пластина.

 5 (56) 2019


Читать онлайн

Определен оптимальный объем регенерационных работ для различных состояний масел в условиях энергопроизводства. По результатам научных исследований разработаны «Метод экспериментального определения ресурса жидкого диэлектрика и мер по его восстановлению» и «Алгоритм управления качеством жидкого диэлектрика в трансформаторном оборудовании», необходимые для поддержания удовлетворительных эксплуатационных характеристик масла. Для повышения качества принимаемых решений в ходе реализации метода и обработки полученных результатов разработан программно-аналитический комплекс «Советник по обслуживанию трансформаторов», позволяющий оператору согласно предлагаемых подсказок выбрать верный алгоритм действий и оптимальные рекомендации по ТОиР.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»