СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 2011 года по МПК G01R31/06 

Изобретение относится к способам шумовой диагностики электроэнергетического оборудования (ЭЭО) и предназначено для создания промышленных информационно-измерительных комплексов дистанционного неразрушающего контроля технического состояния такого оборудования.

Известен способ контроля технического состояния ЭЭО [1], в котором дефектность контролируемого оборудования, находящегося под напряжением, определяют по электромагнитному излучению этого оборудования. Способ базируется на измерении средней интенсивности потока высокочастотных электромагнитных импульсов, излучаемых контролируемым ЭЭО вследствие действия разрядов в наружных и внутренних частях этого оборудования.

Измерения в этом известном способе выполняют с помощью широкополосной приемной антенны произвольной поляризации, подключенной к входу специально изготовленного регистратора средней интенсивности потока электромагнитных импульсов, излучаемых контролируемым оборудованием во всей рабочей полосе частот измерительной аппаратуры. Рекомендуемые в данном известном способе частоты измерений f≥150-200MHz.

По результатам измерений строят зависимость средней интенсивности потока излучаемых импульсов от порога обнаружения, а в качестве диагностических параметров используют: крутизны наклонов отрезков аппроксимирующих прямых на участках этой зависимости, количество интервалов, необходимых для такой аппроксимации, и значения координат точек перегибов указанной зависимости. Причем дефектность контролируемого ЭЭО устанавливают по динамике изменения указанных диагностических параметров при выполнении серий периодических измерений на временных интервалах, разделенных месяцами и годами эксплуатации этого оборудования.

Недостатками известного способа являются низкие достоверность и точность диагностирования дефектности, а следовательно, и низкая надежность определения технического состояния контролируемого ЭЭО.

Указанные недостатки обусловлены неудачным выбором частот измерений f≥150-200MHz, лежащих, в основном, за пределами частотного диапазона наиболее интенсивных излучений ЭЭО, равного 10MHz≤f≤200MHz, а также применением в известном способе нестандартной, специально изготовленной измерительной аппаратуры и громоздкой процедуры обработки результатов измерений.

Кроме того, данный известный способ контроля не обладает достаточной глубиной диагностирования, так как не позволяет определять дефектности отдельных конструктивных элементов контролируемого ЭЭО, находящихся снаружи и внутри металлического корпуса этого оборудования, среди которых основными являются вводы напряжений, металлический корпус оборудования и расположенные внутри этого корпуса электрические катушки и регуляторы напряжений (токов) с их баками.

Из сказанного следует, что известный способ контроля технического состояния ЭЭО [1] не обладает достаточной глубиной и надежностью диагностирования дефектности.

Известен также способ контроля технического состояния электроэнергетического оборудования [2], в котором дефектность контролируемого оборудования, находящегося под напряжением, определяют по электромагнитному излучению этого оборудования и сначала, применяя известные соотношения и программы ЭВМ, рассчитывают резонансные частоты излучений (f_νi)_n и эквивалентные добротности (Q_νi)_n антенн вертикальной поляризации, состоящих из наружных вертикальных частей, изолированных от металлического корпуса электроэнергетического оборудования проводов "i"-ых вводов напряжений в это оборудование, и определяют информативные частотные полосы излучений этих антенн (Δf_νi)_n, равные

(Δf_νi)_n=(f_νi)_n/(Q_νi)_n,

где ν - индекс, указывающий на вертикальную поляризацию излучения антенн, i=1, 2, …, i_max - порядковый номер ввода напряжения, i_max - полное число вводов напряжений в электроэнергетическом оборудовании, n=1, 2, 3, … - числа натурального ряда, соответствующие номерам гармоник резонансных частот излучений антенн, затем фиксируют интегральные мощности квазигармонических электромагнитных колебаний в информативных частотных полосах (Δf_νi)_n энергетических спектров излучений вертикальной поляризации от однотипного контролируемого и эталонного оборудования, измеренных в эквивалентных условиях, и определяют дефектность каждого "i"-ого ввода напряжения электроэнергетического оборудования на основании сравнения указанных интегральных мощностей в одинаковых информативных частотных полосах (Δf_νi)_n для однотипного контролируемого и эталонного оборудования, а заключение о слабой или повышенной полной дефектности контролируемого электроэнергетического оборудования делают на основании определенных дефектностей каждого из вводов напряжений в этом оборудовании.

Указанный известный способ контроля технического состояния ЭЭО [2] является наиболее близким к заявляемому изобретению и принят за прототип.

Известный способ контроля технического состояния ЭЭО [2] (прототип) обладает повышенными, в сравнении с известным способом-аналогом [1], глубиной и надежностью диагностирования, поскольку в нем (в прототипе) измерения выполняются с помощью стандартной аппаратуры, а заключение о полной дефектности контролируемого оборудования делают на основании предварительно определенных дефектностей каждого из вводов напряжений в этом оборудовании.

Однако известный способ-прототип [2] так же, как и способ-аналог [1], не обладает достаточной глубиной диагностирования, а следовательно, не обладает и достаточной надежностью определения полной дефектности контролируемого ЭЭО, так как он не позволяет определять дефектности металлического корпуса этого оборудования и отдельных конструктивных элементов контролируемого оборудования, находящихся внутри этого корпуса, среди которых основными являются электрические катушки и регуляторы напряжений (токов) с их баками. Последнее важно для принятия ответственного решения о частичном отключении, ремонте или своевременной замене дефектного ЭЭО, как правило, массивного и дорогостоящего.

Из сказанного следует, что известный способ-прототип [2], как и известный способ-аналог [1], не обладает достаточной глубиной и надежностью диагностирования дефектности контролируемого ЭЭО.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании способа контроля технического состояния ЭЭО, обладающего, в сравнении с прототипом и другими аналогами, увеличенной глубиной и повышенной надежностью диагностирования, включая возможность определения полной дефектности контролируемого оборудования после установления дефектностей всех конструктивных элементов этого оборудования, находящихся снаружи и внутри его металлического корпуса, и, в первую очередь, основных конструктивных элементов ЭЭО: вводов напряжений, металлического корпуса оборудования и расположенных внутри этого корпуса электрических катушек и регуляторов напряжений (токов) с их баками.

Для решения поставленной задачи предлагается способ контроля технического состояния электроэнергетического оборудования, в котором дефектность контролируемого оборудования, находящегося под напряжением, определяют по электромагнитному излучению этого оборудования и сначала, применяя известные соотношения и программы ЭВМ, рассчитывают резонансные частоты излучений (f_νi)_n и эквивалентные добротности (Q_νi)_n антенн вертикальной поляризации, состоящих из наружных вертикальных частей изолированных от металлического корпуса электроэнергетического оборудования проводов "i"-ых вводов напряжений в это оборудование, и определяют информативные частотные полосы излучений этих антенн (Δf_νi)_n, равные

(Δf_νi)_n=(f_νi)_n/(Q_νi)_n,

где ν - индекс, указывающий на вертикальную поляризацию излучения антенн, i=1, 2, …, i_max - порядковый номер ввода напряжения, i_max - полное число вводов напряжений в электроэнергетическом оборудовании, n=1, 2, 3, … - числа натурального ряда, соответствующие номерам гармоник резонансных частот излучений антенн, затем фиксируют интегральные мощности квазигармонических электромагнитных колебаний в информативных частотных полосах (Δf_νi)_n энергетических спектров излучений вертикальной поляризации от однотипного контролируемого и эталонного оборудования, измеренных в эквивалентных условиях, и определяют дефектность каждого "i"-ого ввода напряжения контролируемого оборудования на основании сравнения указанных интегральных мощностей в одинаковых информативных частотных полосах (Δf_νi)_n для однотипного контролируемого и эталонного оборудования, отличающийся тем, что в нем дополнительно (в отличие от прототипа), применяя известные соотношения и программы ЭВМ, рассчитывают электрические добротности (Q_Kj ^t)_m и резонансные частоты (f_Kj ^t)_m добротных собственных K_j ^t-ых колебательных цепей, включающих в себя K_j-ый конструктивный элемент электроэнергетического оборудования, расположенный внутри металлического корпуса этого оборудования, включая и сам металлический корпус, где К=R, S, … - тип внутреннего конструктивного элемента, входящего в K_j ^t-ую собственную колебательную цепь, j=1, 2, 3, … - порядковый номер внутреннего конструктивного элемента в ряду однотипных, t=0, 1, 2, 3, … - порядковый номер собственной колебательной цепи в группе таких цепей, включающих в себя K_j-ый внутренний конструктивный элемент, m=1, 2, 3, … - числа натурального ряда, соответствующие номерам гармоник резонансных частот собственных колебательных цепей, выделяют в измеренных в эквивалентных условиях энергетических спектрах излучений вертикальной поляризации от контролируемого и эталонного оборудования для каждого K_j-ого внутреннего конструктивного элемента, включая металлический корпус этого оборудования, его оптимальную информативную частотную полосу (Δf_Kj)_opt, расположенную внутри одной или нескольких соседних информативных частотных полос излучений (Δf_νi)_n вышеуказанных антенн вертикальной поляризации и включающую в себя компактную серию из интенсивных пиков колебаний с добротностями и частотами, близкими к рассчитанным значениям электрических добротностей (Q_Kj ^t)_m и резонансных частот (f_Kj ^t)_m добротных собственных колебательных цепей этого конструктивного элемента с набором различных порядковых номеров t при минимальных номерах гармоник m, фиксируют максимальные интенсивности пиков электромагнитных колебаний в оптимальной информативной частотной полосе (Δf_Kj)_opt для каждого K_j-ого внутреннего конструктивного элемента в энергетических спектрах излучений вертикальной поляризации от однотипного контролируемого и эталонного оборудования, измеренных в эквивалентных условиях, и определяют дефектность каждого K_j-ого внутреннего конструктивного элемента контролируемого оборудования, включая металлический корпус этого оборудования, на основании сравнения максимальных интенсивностей указанных пиков в одинаковых оптимальных информативных частотных полосах (Δf_Kj)_opt энергетических спектров излучений вертикальной поляризации от однотипного контролируемого и эталонного оборудования, а заключение о слабой или повышенной полной дефектности контролируемого оборудования делают на основании полученных данных о дефектностях каждого из вводов напряжений, металлического корпуса этого оборудования и каждого из конструктивных элементов, расположенных внутри металлического корпуса этого оборудования.

Заявляемые в предлагаемом изобретении ограничительные и отличительные признаки обеспечивают достижение поставленной технической задачи - создание способа контроля технического состояния ЭЭО, обладающего, в сравнении со способом-прототипом, увеличенной глубиной и повышенной надежностью диагностирования, включая возможность определения полной дефектности ЭЭО после определения дефектностей всех конструктивных элементов этого оборудования, находящихся снаружи и внутри его металлического корпуса, включая и сам металлический корпус.

В заявляемом способе контроля технического состояния ЭЭО общим с прототипом [2] существенным признаком является то, что «…дефектность контролируемого оборудования, находящегося под напряжением, определяют по электромагнитному излучению этого оборудования и сначала, применяя известные соотношения и программы ЭВМ, рассчитывают резонансные частоты излучений (f_νi)_n и эквивалентные добротности (Q_νi)_n антенн вертикальной поляризации, состоящих из наружных вертикальных частей изолированных от металлического корпуса электроэнергетического оборудования проводов "i"-ых вводов напряжений в это оборудование, и определяют информативные частотные полосы излучений этих антенн (Δf_νi)_n, равные

(Δf_νi)_n=(f_νi)_n/(Q_νi)_n,

где ν - индекс, указывающий на вертикальную поляризацию излучения антенн, i=1, 2, …, i_max - порядковый номер ввода напряжения, i_max - полное число вводов напряжений в электроэнергетическом оборудовании, n=1, 2, 3, … - числа натурального ряда, соответствующие номерам гармоник резонансных частот излучений антенн, затем фиксируют интегральные мощности квазигармонических электромагнитных колебаний в информативных частотных полосах (Δf_νi)_n энергетических спектров излучений вертикальной поляризации от однотипного контролируемого и эталонного оборудования, измеренных в эквивалентных условиях, и определяют дефектность каждого "i"-ого ввода напряжения контролируемого оборудования на основании сравнения указанных интегральных мощностей в одинаковых информативных частотных полосах (Δf_νi)_n для однотипного контролируемого и эталонного оборудования …».

Следовательно, в предлагаемом способе, как и в способе-прототипе, первоначально по известному алгоритму, общему с прототипом, сравнивая результаты расчетов параметров излучающих антенн (полученные, например, с применением программы MMana или других) с результатами измерений энергетических спектров излучений вертикальной поляризации от однотипного контролируемого и эталонного оборудования, определяют дефектность каждого из вводов напряжений в ЭЭО, находящемся под напряжением, т.е. дефектность каждого из внешних конструктивных элементов этого оборудования, с тем, чтобы в дальнейшем учесть парциальные вклады этих дефектностей в полную дефектность ЭЭО.

Сравнительный анализ отличительных признаков заявляемого решения с признаками прототипа свидетельствует о достаточной новизне и неочевидности заявляемого решения.

Признаки отличительной части формулы предлагаемого изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач.

Отличительный признак «… дополнительно, применяя известные соотношения и программы ЭВМ, рассчитывают электрические добротности (Q_Kj ^t)_m и резонансные частоты (f_Kj ^t)_m добротных собственных K_j ^t-ых колебательных цепей, включающих в себя K_j-ый конструктивный элемент электроэнергетического оборудования, расположенный внутри металлического корпуса этого оборудования, включая и сам металлический корпус, где К=R, S, … - тип внутреннего конструктивного элемента, входящего в K_j ^t-ую собственную колебательную цепь, j=1, 2, 3,… - порядковый номер внутреннего конструктивного элемента в ряду однотипных, t=0, 1, 2, 3, … - порядковый номер собственной колебательной цепи в группе таких цепей, включающих в себя K_j-ый внутренний конструктивный элемент, m=1, 2, 3, … - числа натурального ряда, соответствующие номерам гармоник резонансных частот собственных колебательных цепей, выделяют в измеренных в эквивалентных условиях энергетических спектрах излучений вертикальной поляризации от контролируемого и эталонного оборудования для каждого K_j-ого внутреннего конструктивного элемента, включая металлический корпус этого оборудования, его оптимальную информативную частотную полосу (Δf_Kj)_opt, расположенную внутри одной или нескольких соседних информативных частотных полос излучений (Δf_νi)_n вышеуказанных антенн вертикальной поляризации и включающую в себя компактную серию из интенсивных пиков колебаний с добротностями и частотами, близкими к рассчитанным значениям электрических добротностей (Q_Kj ^t)_m и резонансных частот (f_Kj ^t)_m добротных собственных колебательных цепей этого конструктивного элемента с набором различных порядковых номеров t при минимальных номерах гармоник m, фиксируют максимальные интенсивности пиков электромагнитных колебаний в оптимальной информативной частотной полосе (Δf_Kj)_opt для каждого K_j-ого внутреннего конструктивного элемента в энергетических спектрах излучений вертикальной поляризации от однотипного контролируемого и эталонного оборудования, измеренных в эквивалентных условиях, и определяют дефектность каждого K_j-ого внутреннего конструктивного элемента контролируемого оборудования, включая металлический корпус этого оборудования, на основании сравнения максимальных интенсивностей указанных пиков в одинаковых оптимальных информативных частотных полосах (Δf_Kj)_opt энергетических спектров излучений вертикальной поляризации от однотипного контролируемого и эталонного оборудования…» - предполагает:

1. Выполнение с применением известных соотношений и программ ЭВМ, например с помощью программы MATLAB (или программ CADGen, ANSYS и прочих), расчетов электрических добротностей (Q_Kj ^t)_m и резонансных частот (f_Kj ^t)_m добротных собственных K_j ^t-ых колебательных цепей, включающих в себя K_j-ый внутренний конструктивный элемент ЭЭО, и определение в энергетических спектрах излучений вертикальной поляризации от контролируемого и эталонного оборудования, измеренных в эквивалентных условиях (т.е. в одинаковых условиях эксплуатации и с применением единых метрических средств), для каждого K_j-ого внутреннего конструктивного элемента, включая металлический корпус оборудования, его оптимальной информативной частотной полосы (Δf_Kj)_opt, расположенной внутри одной или нескольких соседних информативных частотных полос излучений (Δf_νi)_n вышеуказанных антенн вертикальной поляризации и включающей в себя компактную серию из интенсивных пиков колебаний с добротностями и частотами, близкими к рассчитанным значениям электрических добротностей (Q_Kj ^t)_m и резонансных частот (f_Kj ^t)_m добротных собственных колебательных цепей этого конструктивного элемента с набором различных порядковых номеров t при минимальных номерах гармоник m (чего нет в способе-прототипе). При этом набор порядковых номеров t обеспечивает достаточную полноту снимаемой диагностической информации, а минимизация номеров гармоник m позволяет повысить качество диагностической информации за счет ослабления эффектов наложений резонансов колебательных цепей на гармониках;

2. Фиксацию максимальных интенсивностей пиков квазигармонических колебаний в пределах оптимальной информативной частотной полосы (Δf_Kj)_opt для каждого K_j-ого внутреннего конструктивного элементов в энергетических спектрах излучений вертикальной поляризации от однотипного контролируемого и эталонного ЭЭ оборудования, измеренных в эквивалентных условиях, разработку критериев (с использованием результатов фиксации максимальных интенсивностей указанных пиков колебаний) и определение с применением этих критериев дефектности каждого K_j-ого внутреннего конструктивного элемента в контролируемом оборудовании, включая металлический корпус оборудования, на основании сравнения максимальных интенсивностей вышеуказанных пиков колебаний в пределах одинаковых оптимальных информативных частотных полос (Δf_Kj)_opt конкретных внутренних конструктивных элементов K_j, включая металлический корпус, для однотипного контролируемого и эталонного оборудования (чего также нет в способе-прототипе).

Благодаря отмеченным обстоятельствам в заявляемом способе контроля технического состояния ЭЭО дополнительно определяют дефектность металлического корпуса оборудования и дефектность каждого из конструктивных элементов ЭЭО, находящегося внутри этого корпуса, чего нет в прототипе и что увеличивает глубину и надежность диагностирования дефектности контролируемого оборудования.

Отличительный признак «… заключение о слабой или повышенной полной дефектности контролируемого оборудования делают на основании полученных данных о дефектностях каждого из вводов напряжений, металлического корпуса этого оборудования и каждого из конструктивных элементов, расположенных внутри металлического корпуса электроэнергетического оборудования» - указывает путь к формированию критериев и к определению с применением этих критериев полной дефектности контролируемого ЭЭ оборудования.

Критерии для определения полных дефектностей формируют таким образом, чтобы с учетом имеющихся экспериментальных данных получить не менее трех-четырех различимых градаций дефектностей для однотипных образцов контролируемого ЭЭО, например градаций: слабая, умеренная и сильная полные дефектности, или слабая, умеренная, сильная и опасная полные дефектности. При этом в качестве эталона может быть выбран, например, слабо дефектный образец с минимальными интенсивностями излучений в информативных частотных полосах (Δf_νi)_n и (Δf_Kj)_opt, или новый образец в партии из однотипных образцов контролируемого ЭЭО, или сам контролируемый образец на начальной стадии его эксплуатации.

Благодаря сравнению с эталоном, формируемые в заявляемом способе критерии для определения дефектностей отдельных внешних и внутренних конструктивных элементов и полной дефектности контролируемого ЭЭО, а также полученные с применением этих критериев выводы о дефектностях отдельных конструктивных элементов и полной дефектности контролируемого оборудования проявляют такую же слабую чувствительность к воздействию паразитных сторонних излучений, как и в способе-прототипе, т.е. все достоинства прототипа сохранены и умножены в заявляемом способе контроля технического состояния ЭЭО.

Из сказанного следует, что предложенная совокупность общих и отличительных существенных признаков заявляемого способа контроля технического состояния ЭЭО обеспечивает решение поставленной задачи и достижение желаемого технического результата. Именно такая совокупность существенных признаков заявляемого способа контроля технического состояния ЭЭО позволяет увеличить глубину и повысить надежность диагностирования дефектности этого оборудования.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявляемого изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретение решило поставленную задачу.

Следовательно, заявляемое изобретение является новым и обладает изобретательским уровнем, так как оно не следует явным образом из известных технических решений.

В основу заявляемого способа контроля технического состояния положена апробированная экспериментами развитая аналитическая излучающая модель ЭЭ оборудования (см. [3-5] и Приложение).

Реализацию заявляемого способа контроля состояния электроэнергетического оборудования продемонстрируем на примере диагностирования дефектности силового высоковольтного однофазного автотрансформатора типа АОДЦТН 16700/500/200, широко применяемого на электростанциях России.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 схематически изображено устройство автотрансформатора АОДЦТН 16700/500/200, показаны конструктивные элементы, расположенные снаружи и внутри металлического корпуса автотрансформатора: 1, 2 - высоковольтные вводы напряжений; 3, 4, 5 - низковольтные вводы напряжений; 6 - основной металлический бак автотрансформатора (металлический корпус); 7 - металлический бак регулятора напряжения; 8 - высоковольтная катушка S₁ (S₁₁*, S₁₁** - верхняя и нижняя половинки катушки S₁); 9 - высоковольтная катушка S₂ (основная); 10 - высоковольтная катушка S₃ (регулировочная); 11, 12 - низковольтные катушки S₄ (правая) и S₅ (левая); 13, 14 - высоковольтные линии электропередачи; 15 - низковольтная линия электропередачи; 16 - высоковольтный регулятор напряжения R.

На фиг.2, 3 представлены результаты измерений энергетических спектров излучений вертикальной поляризации для 3-х новых автотрансформаторов указанного типа (первичное включение под нагрузку), снятые в частотных диапазонах 5-33MHz и 30-205MHz.

На фиг.4, 5 изображены энергетические спектры излучений вертикальной поляризации для 4-х автотрансформаторов того же типа со сроком эксплуатации более 20 лет, снятые в частотном диапазоне 8-40MHz, и для 2-х автотрансформаторов этой партии, снятые в частотных диапазонах 40-110MHz и 110-195MHz.

В диагностируемом автотрансформаторе высоковольтные (ВВ) вводы 1, 2 с высотами H₁=h₁+h₁₁, Н₂=h₂+h₂₁ и низковольтные (НВ) вводы 3, 4, 5 с высотами Н₃=h₃+h₃₁, H₄=H₅=h₄+h₄₁=h₅+h₅₁, где h₁, h₂, h₃, h₄, h₅ - наружные и h₁₁, h₂₁, h₃₁, h₄₁, h₅₁ - внутренние части вводов 1, 2, 3, 4, 5, имеют внешнюю фарфоровую изоляцию, внутреннюю масляную изоляцию и твердую изоляцию, нанесенную на поверхность проводящего стержня.

ВВ вводы 1 и 2, герметичные, с масляным наполнением, изолированным от масляного наполнения основного металлического бака автотрансформатора 6, с помощью проводов снижения с вертикальными проекциями h₀₁ и h₀₂ подключены к внешним ВВ линиям передачи 13, 14, проходящим на 20-метровой высоте от поверхности земли.

НВ вводы напряжений 3, 4, 5 имеют общее с баком автотрансформатора 6 масляное наполнение. При этом вводы 4, 5 подключены к НВ линии передачи 15, а ввод 3 заземлен снаружи автотрансформатора с помощью металлического провода, длина которого более 10 м.

Основными рабочими вводами в данном автотрансформаторе являются ВВ вводы 1, 2 и НВ заземленный ввод 3, обеспечивающие ввод однофазного линейного напряжения U₁₃=500 kV (вводы 1, 2) и вывод фазы напряжения питания основного потребителя U₂₃=220 kV (вводы 2, 3).

НВ вводы 4, 5 с напряжением между ними U₄₅=11 kV являются вспомогательными, обслуживающими потребности местного потребителя.

Внутри заполненного маслом основного металлического бака автотрансформатора 6 размещены следующие основные конструктивные элементы: три ВВ электрические катушки (последовательная - S₁, основная - S₂ и регулировочная - S₃), две НВ электрические катушки (правая - S₄, левая -S₅) и цилиндрический металлический бак 7, в котором находится ВВ регулятор напряжения R. Электрические катушки S₁, S₂, S₃, S₄, S₅ попарно связаны между собой электромагнитными связями М₁₂, М₂₅, М₃₄.

Внутренние конструктивные элементы автотрансформатора, катушки S₁, S₂, S₃, S₄, S₅ с основным баком 6 и регулятор напряжения R с его баком 7, вместе с частями вводов напряжений 1, 2, 3, 4, 5, расположенными снаружи и внутри бака 6, и отрезками соединительных проводников представляют собой совокупность внутренних и внешне-внутренних ВЧ и СВЧ колебательных цепей. При этом экраном для катушек S₁, S₃ и внутренних частей h₁₁, h₂₁, h₃₁, h₄₁, h₅₁ вводов напряжений 1, 2, 3, 4, 5 служит металлический корпус основного прямоугольного бака автотрансформатора 6. Экраном для катушки S₂ является катушка S₁ (катушка S₂ расположена внутри катушки S₁), экраном для катушки S₄ служит катушка S₃ (катушка S₄ расположена внутри катушки S₃), экраном для катушки S₅ является катушка S₂ (катушка S₅ расположена внутри катушки S₂). Экраном для ВВ регулятора напряжения R служит металлический корпус цилиндрического бака 7 с масленым наполнением, изолированным от масленого наполнения основного бака трансформатора 6.

На первом этапе реализации заявляемого способа контроля технического состояния диагностируемого автотрансформатора рассчитываем, применяя известные соотношения и программы ЭВМ (например, применяя программу «MMana») частоты основных (первых) резонансов излучающих антенн вертикальной поляризации (f_νi)₁ (в дальнейшем для упрощения записей будем обозначать их f_νi), их эквивалентные добротности (Q_νi)₁ (в дальнейшем для упрощения записей будем обозначать их Q_νi) и соответствующие им наиболее информативные (первые) частотные полосы излучений антенн (Δf_νi)₁.

Полученные с применением программы «MMana» расчетные значения частот основных (первых) резонансов f_νi и их эквивалентных добротностей Q_νi для излучающих антенн вертикальной поляризации, образованных наружными вертикальными частями вводов напряжений h₁, h₂, h₃, h₄, h₅, составили

He учтенные в [2] вертикальные части проводов снижения h₀₁, h₀₂ в сочетании с наружными частями ВВ вводов 1,2 с высотами h₁, h₂ образуют еще две антенны вертикальной поляризации с высотами (h₁+h₀₁), (h₂+h₀₂) и следующими расчетными значениями частот основных (первых) резонансов и добротностей

Из сравнения (2), (4) с результатами аналогичных расчетов, выполненных в прототипе, видно, что учет влияния вертикальных частей проводов снижения h₀₁, h₀₂, подключенных к верхним концам ВВ вводов 1, 2, привел в диагностируемых автотрансформаторах к заметному увеличению числа антенн вертикальной поляризации и основных (первых) резонансных частот излучений этих антенн.

Ширины наиболее информативных (с позиций диагностирования дефектности ЭЭ оборудования) частотных полос излучений антенн вертикальной поляризации (Δf_νi)₁ вблизи частот их основных (первых) резонансов f_νi оценим, используя соотношение (1), как и в [2] по минимуму, принимая во внимание, что рассчитанные значения добротностей для всех излучающих антенн (3), (5) на основных (первых) резонансных частотах f_νi не превышают величину Q_νmax≈3.5. При этом получим

Из (2-6) следует, что учет влияния проводов снижения h₀₁, h₀₂, подключенных к ВВ вводам 1, 2, привел к расширению частотной области излучений антенн вертикальной поляризации в исследуемых автотрансформаторов вниз по оси частот вплоть до минимального значения частоты f_min≈4.2 MHz. Максимальное значение частоты колебания в пределах наиболее информативных (первых) частотных полос излучений антенн вертикальной поляризации с учетом (2-6) равно f_max≈195.0MHz.

На втором этапе выбираем стандартный промышленный приемник, позволяющий измерять энергетические спектры электромагнитных излучений вертикальной поляризации в определенных нами наиболее информативных частотных полосах (6), т.е. приемник, минимальная и максимальная частоты анализы которого составляют

Требования к селективности измерительного приемника, с учетом многочастотного и квазигармонического характера наблюдаемых в экспериментах излучений от ЭЭ оборудования (см. фиг.2, 3, 4, 5), обычные

где Δf_rec - полоса селекции приемника, (Q_Kj ^t)_max≈60 - максимальное значение электрической добротности собственной колебательной системы исследуемого ЭЭ оборудования, в нашем случае исследуемого автотрансформатора, см. (18).

Подставляя в (8) значения f_min=4.2MHz и (Q_Kj ^t)_max≈60, получим

Требованиям (7, 9) удовлетворяет, например, управляемый персональным компьютером стандартный переносной измерительный приемник типа AR-8000 с диапазоном рабочих частот f_rec=0,5-1900MHz, регулируемой полосой селекции Δf_rec>0,05MHz и относительной статистической погрешностью измерения спектральной плотности электромагнитного излучения β при времени усреднения τ=0,01 сек, равной

На третьем этапе в измеренных с помощью выбранных измерительных средств энергетических спектрах излучений вертикальной поляризации от диагностируемых автотрансформаторов (см. фиг.2, 3, 4, 5) выделяем определенные ранее расчетным путем наиболее информативные (первые) частотные полосы (Δf_νi)₁, центры которых соответствуют значениям частот основных (первых) резонансов излучений антенн f_νi, и информативные частотные полосы (Δf_νi)₂, (Δf_νi)₃, …, центры которых соответствуют резонансам антенн на частотах ближайших высших гармониках основных (первых) тонов излучений 2f_νi, 3f_νi и т.д.

На фиг.2, 3 представлены экспериментальные спектры излучений вертикальной поляризации для 3-х новых диагностируемых автотрансформаторов АТ-1 фаза А ТН, АТ-1 фаза В ТН, АТ-1 фаза С ТН (первое включение под нагрузку), снятые в частотных диапазонах 5-33MHz и 30-205MHz. На фиг.4, 5 изображены экспериментальные спектры излучений вертикальной поляризации для 4-х диагностируемых автотрансформаторов того же типа АТ-1 фаза A FE, АТ-1 фаза В FE, АТ-1 фаза С FE, АТ-2 фаза A FE со сроком эксплуатации более 20 лет, снятые в частотном диапазоне 8-40 MHz для всех 4-х автотрансформаторов и в диапазонах 40-110MHz и 110-195MHz для 2-х автотрансформаторов этой партии АТ-1 фаза А FE и АТ-2 фаза А FE.

В верхних частях фиг.1а, 3а, 4а и 5а, b нанесены следующие информативные частотные полосы излучений антенн вертикальной поляризации:

Отметим, что в выражении (11) информативные частотные полосы (Δf_ν0)₁, (Δf_ν0)_2,3 и (Δf_ν1)_3-6+(Δf_ν2)_2-4 являются гибридными, составленными из наложений близких и потому трудно различимых информативных частотных полос. Кроме того, размеры информативных частотных полос (Δf_ν1)₁, (Δf_ν2)₁, (Δf_v1)₂, (Δf_ν1)_3-6+(Δf_ν2)_2-4 выбраны шире рассчитанных минимальных значений (6) с тем, чтобы убрать интервалы между информативными частотными полосами и при анализе полнее учесть имеющиеся экспериментальные данные.

На четвертом этапе определяем значения интегральных мощностей электромагнитных колебаний вертикальной поляризации, излучаемых в каждой из выделенных наиболее информативных (первых) частотных полос (Δf_νi)₁, исключая самую низкочастотную информативную частотную полосу (Δf_ν0)₁, образование которой связано с влиянием проводов снижения h₀₁, h₀₂ (эта полоса несет в себе информацию о суммарных дефектностях вводов 1, 2 и только дополняет информацию, содержащуюся в наиболее информативных частотных полосах), формируем критерии и устанавливаем дефектность каждого "i"-ого ввода напряжения в диагностируемых автотрансформаторах.

Процедуру определения значений интегральных мощностей электромагнитных колебаний вертикальной поляризации, излучаемых в каждой из выделенных наиболее информативных (первых) частотных полос (Δf_νi)₁ (исключая частотную полосу (Δf_ν0)₁), можно выполнить различными способами, например, как в прототипе [2], путем регистрации числа пиков излучений с интенсивностями, равными и выше граничного уровня γ_al, характеризующего в указанных наиболее информативных (первых) частотных полосах (Δf_νi)₁ опасное развитие дефектов в проводе "i"-ого ввода напряжения.

Напомним, что в соответствии с разработанной авторами данного изобретения аналитической излучающей моделью ЭЭ оборудования (см. [3-5] и Приложение) с ростом дефектности в проводе "i"-го ввода напряжения в информативных частотных полосах (Δf_νi)_n энергетических спектров излучений вертикальной поляризации от этого оборудования увеличивается число пиков квазигармонических электромагнитных колебаний и возрастают их интенсивности. Поэтому численность пиков в конкретной "i”-ой наиболее информативной частотной полосе (Δf_νi)₁ с интенсивностями, равными и выше граничного уровня γ_al, пропорциональна интегральной мощности электромагнитных колебаний, излучаемых в этой частотной полосе диагностируемым ЭЭ оборудованием, и характеризует дефектность "i"-го ввода напряжения в этом оборудовании.

В прототипе [2] была предпринята попытка введения своего граничного уровня для каждой "i"-ой наиболее информативной частотной полосы (Δf_νi)₁ в предположении, что запас электрической прочности в контролируемом ЭЭ оборудовании у ВВ вводов ниже, чем у НВ вводов напряжения. Однако эксперименты и накопленный опыт диагностирования дефектностей ВВ и НВ вводов ЭЭ оборудования с применением способа-прототипа [2] убедил авторов данного изобретения в целесообразности использования единого граничного уровня γ_al для всех наиболее информативных (первых) частотных полос излучений антенн вертикальной поляризации (Δf_νi)₁ (исключая гибридную частотную полосу (Δf_ν0)₁, полученную как результат наложений частотных полос (Δf_ν02)₁ и (Δf_ν01)₁). Экспериментальным подтверждением этой рекомендации является примерное равенство интенсивностей максимальных пиков колебании в наиболее информативных (первых) частотных полосах (Δf_ν1)₁, (Δf_ν2)₁, (Δf_ν3)₁, (Δf_ν4,5)₁ энергетических спектров излучений вертикальной поляризации у автотрансформаторов АТ-1 фаза АFЕ, АТ-1 фаза ВFЕ, АТ-1 фаза С FE, АТ-2 фаза A FE со сроком эксплуатации более 20 лет (наиболее дефектных среди исследованных трансформаторов).

Выбор численного значения граничного уровня γ_al для наиболее информативных (первых) частотных полос (Δf_νi)₁ (исключая частотную полосу (Δf_ν0)₁) сохраним таким же, как в прототипе [2] для информативной частотной полосы (Δf_ν1)₁, т.е. γ_al=-156 dB(W)/Hz, с тем, чтобы применительно к имеющимся экспериментальным данным получить не менее 3^х различимых градаций дефектностей "i"-ых вводов напряжений исследуемых автотрансформаторов: слабая, умеренная и сильная дефектности.

С учетом сказанного для 7-ми исследованных однотипных автотрансформаторов, энергетические спектры излучений которых представлены на фиг.2, 3, 4, 5, в наиболее информативной по проводу ВВ ввода 1 частотной полосе (Δf_ν1)₁, центр которой соответствует частоте основного (первого) резонанса излучения этого ввода, равной f_ν1=17.7MHz, имеем:

- АТ-1 фаза А ТН, АТ-1 фаза В ТН - интенсивности всех пиков, ниже уровня γ_al;

- АТ-1 фаза С ТН - интенсивности 4-х пиков а₁₁ ¹, с₁₁ ¹ d₁₁, g₁₁ равны или выше уровня γ_al;

- АТ-1 фаза A FE - интенсивности всех пиков, ниже уровня γ_al;

- АТ-2 фаза В FE - интенсивности 3-х пиков a₁₁ ¹, c₁₁ ¹¹¹, с₁₁ ¹¹ равны или выше уровня γ_al;

- АТ-1 фаза С FE - интенсивности 2-х пиков а₁₁ ¹, с₁₁ ¹¹¹ равны или выше уровня γ_al;

- АТ-2 фаза A FE - интенсивности 10-ти пиков a₁₁ ¹, a₁₁, b₁₁ ¹, b₁₁ с₁₁ ¹¹¹, с₁₁ ¹, с₁₁, c₁₁ ¹¹, d₁₁ ^l, d₁₁ ¹¹ равны или выше уровня γ_al.

(12)

В наиболее информативной по проводу ВВ ввода 2 частотной полосе (Δf_ν2)₁, центр которой соответствует частоте основного (первого) резонанса излучения этого ввода, равной f_ν2=27.6MHz, имеем:

- АТ-1 фаза А ТН, АТ-1 фаза В ТН - интенсивности всех пиков, ниже уровня γ_al;

- АТ-1 фаза С ТН - интенсивности 2-х пиков a₂₁, b₂₁ ¹ равны уровню γ_al;

- АТ-1 фаза A FE, АТ-1 фаза С FE - интенсивности 2-х пиков b₂₁ ¹¹, d₂₁ ¹ выше уровня γ_al;

- АТ-2 фаза В FE - интенсивности 3-х пиков b₂₁ ¹¹, d₂₁ ¹, q₂₁ равны или выше уровня γ_al;

- АТ-2 фаза A FE - интенсивности 5-ти пиков b₂₁ ¹¹, d₂₁ ¹, p₂₁, p₂₁ ¹¹, q₂₁ ¹¹ выше уровня γ_al.

(13)

В наиболее информативной по проводу НВ ввода 3 частотной полосе (Δf_ν3)₁, центр которой соответствует частоте основного (первого) резонанса излучения этого ввода, равной f_ν2=127,0MHz, имеем:

- АТ-1 фаза А ТН, АТ-1 фаза В ТН, АТ-1 фаза С ТН - интенсивности всех пиков, ниже уровня γ_аl;

- АТ-1 фаза A FE - интенсивности 9-ти пиков d₃₁ ¹¹¹, d₃₁ ¹, d₃₁, d₃₁ ¹¹, е₃₁ ¹, e₃₁, е₃₁ ¹¹, g₃₁ ¹ _, g₃₁ выше уровня γ_al;

- АТ-2 фаза A FE - интенсивности 13-ти пиков b₃₁, с₃₁ ¹¹, c₃₁ ¹¹¹¹, d₃₁ ¹¹¹, d₃₁ ¹, d₃₁, d₃₁ ¹¹, e₃₁ ^11l, e₃₁ ¹, e₃₁, e₃₁ ¹¹, g₃₁ ¹, g₃₁ ¹¹ выше уровня γ_аl.

(14)

В наиболее информативной по проводам НВ вводов 4 и 5 частотной полосе (Δf_ν4,5)₁, центр которой соответствует частоте основного (первого) резонанса излучения этих вводов, равной f_ν4,5=170,0MHz, имеем:

- АТ-1 фаза А ТН, АТ-1 фаза В ТН, АТ-1 фаза С ТН - интенсивности всех пиков, ниже уровня γ_al;

- АТ-1 фаза A FE - интенсивности 19-ти пиков а₄₁, а₄₁ ¹¹ _, b₄₁, с₄₁ ¹¹¹, c₄₁ ¹, c₄₁, d₄₁ ¹¹¹, d₄₁ ¹, d₄₁, d₄₁ ¹¹, e₄₁ ¹¹, e₄₁ ¹, e₄₁, e₄₁ ¹¹, q₄₁, p₄₁ ¹¹¹, p₄₁ ¹, p₄₁, p₄₁ ¹¹, g₄₁ выше уровня γ_al (в среднем по 9-10 пиков на каждый из вводов 4 и 5);

- АТ-2 фаза A FE - интенсивности 6-ти пиков a₄₁, b₄₁, c₄₁ ¹, d₄₁ ¹¹¹, d₄₁ ¹, g₄₁ примерно равны или выше уровня γ_аl (в среднем по 3 пика на каждый из вводов 4 и 5.

(15)

С учетом имеющихся экспериментальных данных (12-15) можно сформировать следующие (одинаковые с прототипом [2]) критерии для определения дефектностей "i"-ых вводов напряжений в исследуемых автотрансформаторах по их излучениям вертикальной поляризации в наиболее информативных (первых) частотных полосах (Δf_vi)₁:

Слабая дефектность - в наиболее информативной частотной полосе излучения "i"-ого ввода присутствуют не более 2-х пиков с интенсивностями, равными или выше граничного уровня γ_al;

Умеренная дефектность - в наиболее информативной частотной полосе излучения "i"-ого ввода присутствуют 3-4 пика с интенсивностями, равными или выше граничного уровня γ_al;

Сильная дефектность - в наиболее информативной частотной полосе излучения "i"-ого ввода присутствуют 5 и более пиков с интенсивностями, равными или выше граничного уровня γ_al;

(16)

Применяя критерии (16) к экспериментальным данным (12-15), получим следующие оценки для дефектностей вводов исследуемых однотипных автотрансформаторов:

АТ-1 фаза А ТН, АТ-1 фаза В ТН: дефектности всех вводов - слабые (эталонные);

АТ-1 фаза С ТН: дефектность ВВ ввода 1 - умеренная, дефектности остальных вводов - слабые;

АТ-1 фаза A FE: дефектности ВВ вводов 1 и 2 - слабые, дефектности НВ вводов 3, 4 и 5 - сильные;

АТ-1 фаза В FE: дефектности ВВ вводов 1 и 2 -умеренные, данные для определения дефектностей НВ вводов 3, 4 и 5 отсутствуют;

АТ-1 фаза С FE: дефектности ВВ вводов 1 и 2 - слабые, данные для определения дефектностей ЕВ вводов 3, 4 и 5 отсутствуют;

АТ-2 фаза A FE: дефектности ВВ вводов 1 и 2 и НВ ввода 3 - сильные, дефектности НВ вводов 4 и 5 -умеренные.

(17)

На пятом этапе рассчитываем, применяя известные соотношения и программы ЭВМ, например программу «MATLAB» (или программы «CAD-Gen», «ANSYS» и прочие), электрические добротности (Q_Kj ^t)_m и резонансные частоты (f_Kj ^t)_m добротных собственных внутренних и внешне-внутренних K_j ^t-ых колебательных цепей, включающих в себя K_j-ый внутренний конструктивный элемент исследуемых автотрансформаторов, где К=R, S,… - тип внутреннего конструктивного элемента, входящего в K_j-ую собственную колебательную цепь, j=1, 2, 3,… - порядковый номер внутреннего конструктивного элемента в ряду однотипных, t=0, 1, 2, 3, … - порядковый номер собственной колебательной цепи в группе таких цепей, включающих в себя K_j-ый внутренний конструктивный элемент, m=1, 2, 3 … - числа натурального ряда, соответствующие номерам гармоник резонансных частот собственных колебательных цепей.

Внутренние колебательные цепи диагностируемых автотрансформаторов, состоящие из основного металлического бака 6, внутренних частей вводов напряжений, отрезков соединительных проводников, электрических катушек и регуляторов напряжений (токов) с их баками, являются по своему типу экранированными высокочастотными (ВЧ) и сверхвысокочастотными (СВЧ) волноводными или коаксиальными резонаторами и могут обладать достаточно высокими собственными электрическими добротностями, (Q_Kj ^t)_m_int≈15-60.

Внешне-внутренние колебательные цепи диагностируемых автотрансформаторов, включающие в себя наружные части вводов напряжений (отрезки двухпроводных линий передачи электромагнитных колебаний) и внутренние ВЧ и СВЧ резонаторы, могут также обладать сравнительно высокими добротностями, (Q_Kj ^t)_m_ext-int≈10-15.

Отметим, что электрические добротности колебательных цепей типа ВЧ и СВЧ резонаторов на гармониках с m=2, 3, … могут быть столь же высокими, как и на основных (первых) резонансных частотах с m=1.

Влияние добротных внутренних и внешне-внутренних колебательных цепей проявляется в спектрах электромагнитного излучения электроэнергетического оборудования в виде квазигармонических пиков колебаний (см. [3, 4] и Приложение).

Полученные с применением программы «MATLAB» расчетные значения частот основных (первых) резонансов (f_Kj ^t)₁ (далее для упрощения записей их будем обозначать f_Kj ^t) для наиболее добротных внутренних и внешне-внутренних колебательных цепей диагностируемых автотрансформаторов приведены ниже. Одновременно указаны расчетные значения электрических добротностей колебательных цепей на частотах основных (первых) резонансов (Q_Kj ^t)₁ (далее для упрощения записей будем обозначать их Q_Kj ^t). При расчетах добротностей учитывались электрические длины колебательных цепей, наличие в них внутренних неоднородностей и условия отражения электромагнитных волн на границах.

Самой низкочастотной и самой высокодобротной внутренней колебательной цепью в диагностируемых автотрансформаторах является расположенная внутри основного металлического бака 6 ВВ катушка S₁ с емкостными витками С₁ и вверху и внизу катушки (см. фиг.1). Расчетные значения частоты первого резонанса и электрической добротности для нее на этой частоте Q_S1 ⁰ составили

Частоты первых резонансов остальных добротных внутренних и внешне-внутренних колебательных цепей диагностируемых автотрансформаторов, включающих в себя катушки S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, основной бак автотрансформатора 6 и регулятор напряжения R с его баком 7, выше частоты , а их добротности на первых резонансных частотах ниже значения Q_S1 ⁰.

Расчетные значения частот первых резонансов и добротностей на этих частотах для нижней и верхней половинок ВВ катушки S₁, расположенной внутри основного металлического бака 6, составили (электрические длины частей и одинаковы с точностью до длины витка катушки S₁)

Расчетные значения первых резонансных частот и добротностей на этих частотах для колебательных цепей, образованных нижней половинкой катушки S₁, расположенной внутри металлического бака 6, отрезком внутреннего проводника и внешне-внутренними частями A₁d₁, A₁e₁, A₁g₁ ВВ ввода 1, составили (при выполнении расчетов резонансных частот полагалось, что электрическая длина части в точности равна половине длины катушки S₁)

Расчетные значения первых резонансных частот и добротностей на этих частотах для колебательных цепей, образованных катушками S₂, S₃, S₄, S₅, расположенными внутри металлического бака 6, с отрезками внутренних проводников c₄b₄, c₅b₅ и внешне-внутренними частями x₃d₃, x₃e₃, x₃g₃, x₄d₄, x₄e₄, x₄g₄ НВ вводов 3, 4 составили

Прямоугольный металлический бак автотрансформатора 6 представляет собой самостоятельную добротную колебательную цепь с тремя резонансами, на длине L, на высоте H и на ширине D, с расчетными значениями первых резонансных частот и добротностей на этих частотах, равными

BB регулятор напряжения R делит металлический цилиндрический бак 7 по высоте на две неравные части: более протяженную верхнюю - ух и укороченную нижнюю - xz. Расчетные значения первых резонансных частот и добротностей на этих частотах (резонансы на высотах) для колебательных цепей, образованных нижней и верхней частями металлического бака 7, включающими в себя ВВ регулятор напряжения R, составили

Из сравнения (18-23) с (2-7) следует, что с учетом влияния проводов снижения h₀₁, h₀₂ и резонансов антенн вертикальной поляризации на гармониках в частотный диапазон 4.2-195.0MHz излучений указанных антенн попали значения частот первых резонансов почти всех рассчитанных выше добротных колебательных цепей рассматриваемых автотрансформаторов, кроме следующих значений частот: первого резонанса катушки S₁, которое составляет , первого резонанса внешне-внутренней колебательной цепи катушки S₁₁*, которое равно , и первого резонанса нижней части цилиндрического бака 7 с регулятором напряжения R, которое составляет .

При этом расчетные значения частот первых резонансов колебательных цепей, включающих в себя катушки S₂, S₃, S₄, S₅, резонансов колебательных цепей катушек S₁, , на ближайших высших гармониках со значениями m=2-12 и первых резонансов на длине L и высоте Н основного бака 6 в исследуемых автотрансформаторах находятся в пределах частотного диапазона 5,0-32.0MHz. Колебания на этих частотах выводятся в эфир через излучения антенн: (h₁+h₀₁), (h₂+h₀₂) - на их первых резонансных частотах f_ν01=5.2MHz, f_ν02=4.9MHz и на гармониках этих частот с n=2, 3, равных 2f_ν01=10.4MHz, 2f_ν02=9.8MHz, 3f_ν01=15.6MHz, 3f_ν02=14.7MHz; h₁ - на ее первой и второй резонансных частотах f_ν1=17.7MHz, 2f_ν1=35.4MHz; h₂ - на ее первой резонансной частоте f_ν2=27.6MHz.

Излучение на первой резонансной частоте колебательной цепи, образованной верхней частью металлического бака 7, включающего в себя регулятор напряжения R, выводится в эфир с помощью антенн h₄, h₅ на их первой резонансной частоте f_ν4,5=170MHz.

Последние обстоятельства указывают на особую значимость информативных частотных полос излучений (Δf_ν0)₁, (Δf_ν0)_2,3, (Δf_ν1)₁, (Δf_ν2)₁, (Δf_ν1)₂, (Δf_ν4,5)₁ для диагностирования дефектностей катушек S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, основного бака 6 и регулятора напряжения R с его баком 7 в диагностируемых автотрансформаторах. Отметим, что две из указанных шести информативных частотных полос, а именно полосы (Δf_ν0)₁ и (Δf_ν0)_2,3, связаны с излучениями антенн, в образовании которых участвуют провода снижения вводов 1, 2. В работах [2, 3, 4] излучения этих антенн не учитывались. В заявляемом способе контроля технического состояния ЭЭ оборудования учет излучений антенн вертикальной поляризации (h₁+h₀₁) и (h₂+h₀₂) (в образовании которых участвуют провода снижения вводов 1, 2) в информативных частотных полосах (Δf_ν0)₁ и (Δf_ν0)_2,3 является принципиально важным для диагностирования дефектностей катушек исследуемых автотрансформаторов.

На шестом этапе определяем оптимальные информативные частотные полосы (Δf_Kj)_opt основных внутренних конструктивных элементов К_j (включая наполненный маслом основной бак 6) в энергетических спектрах излучений вертикальной поляризации исследуемых автотрансформаторов. Для этого сравним с экспериментами результаты выполненных выше расчетов электрических добротностей (Q_Kj ^t)_m и резонансных частот (f_Kj ^t)_m добротных собственных внутренних и внешне-внутренних K_j ^t-ых колебательных цепей, включающих в себя K_j-ый внутренний конструктивный элемент диагностируемых автотрансформаторов.

Сравнение с экспериментами целесообразно выполнить первоначально для новых автотрансформаторов АТ-1 фаза А ТН, АТ-1 фаза В ТН и АТ-1 фаза С ТН, в излучениях вертикальной поляризации которых имеются максимальные шансы обнаружить резонансы добротных собственных внутренних и внешне-внутренних колебательных цепей (см. Приложение).

На фиг.2a, b, c и 3a, b, c представлены энергетические спектры излучении вертикальной поляризации в диапазонах частот 5-33MHz и 30-205MHz для трех новых исследуемых автотрансформаторов АТ-1 фаза А ТН, АТ-1 фаза В ТН и АТ-1 фаза С ТН, снятые при их первичном вводе в эксплуатацию.

Автотрансформаторы АТ-1 фаза А ТН и АТ-1 фаза В ТН в данной партии характеризуются минимальными интенсивностями излучений почти на всех частотах анализа и по данным методики [2] являются слабо дефектными, эталонными по полной дефектности и по всем вводам напряжений.

Автотрансформатор АТ-1 фаза С ТН по данным той же методики в целом является умеренно дефектным (при последующем наружном осмотре корпуса этого автотрансформатора были обнаружены микрощели, способствующие проникновению влаги в масляное наполнение основного бака трансформатора 6).

Хорошо заметными в спектрах излучений новых эталонных автотрансформаторов АТ-1 фаза А ТН и АТ-1 фаза В ТН на частотах 5-33MHz (фиг.2a, b) являются пики d₀, e₀, g₀, k₀, p₀, q₀, t₀, a₁₁, с₁₁, g₂₁ с частотами и добротностями

близкими к расчетным значениям резонансных частот и добротностей на основных тонах и на гармониках собственных колебательных цепей автотрансформаторов (с точностью до суммарной погрешности экспериментов и расчетов), включающих в себя катушки S₁, S₂, S₃, S₄, S₅

Пики g₁₁ и a₁₂ с частотами fg₁₁≈21,7MHz и fa₁₂≈3 2.2MHz, близкими к расчетным значениям частот первых резонансов на длине L и высоте Н основного бака 6 автотрансформатора (f_L=21.0MHz и f_H=32.0MHz), едва различимы в спектрах новых эталонных трансформаторов (см. фиг.2а, b).

В диапазоне частот 30-205MHz самыми заметными в спектрах излучений новых эталонных автотрансформаторов (фиг.3а, b) являются пики с₁₃, а₂₃ с резонансными частотами и добротностями, равными

Пик q₄₁ обусловлен излучением сторонней станции и исключен из рассмотрения.

Образование пиков c₁₃, а₂₃ можно объяснить наложением гармоник резонансных частот добротных собственных колебательных систем, включающих в себя катушки S₁, S₂, S₄, S₅ и основной бак автотрансформатора 6 (резонанс на ширине D), с расчетными средними частотами и эквивалентными добротностями

близкими к экспериментальным значениям (26).

Пик p₄₁ на частоте f_p41≈181MHz, близкой к расчетному значению первого резонанса верхней части цилиндрического бака 7, включающего в себя регулятор напряжения R, едва заметен в спектрах излучений новых эталонных автотрансформаторов (см. фиг.3a, b).

Следовательно, все наиболее заметные пики колебаний в спектрах излучений новых эталонных автотрансформаторов на частотах анализа 5-195MHz, кроме пика q₄₁, связанного с излучением сторонней станции и потому исключенного из рассмотрения (вершина этого и других сторонних пиков излучений, связанных с излучениями вещательных и профессиональных станций, помечены на фиг.2, 3, 4, 5 знаком «+»), могут быть объяснены резонансами на основных тонах и на гармониках добротных собственных колебательных цепей автотрансформаторов, включающих в себя катушки S₁, S₂, S₃, S₄, S₅ и основной бак трансформатора 6.

Пики d₀, e₀, g₀, k₀, p₀, q₀, t₀, а₁₁, с₁₁, g₂₁, a₁₂, c₁₃, а₂₃, p₄₁ и другие, присутствующие в спектрах новых эталонных автотрансформаторов (см. фиг.2a, b и 3а, b) на частотах и с добротностями, близкими к расчетным значениям резонансных частот и добротностей собственных колебательных цепей исследуемых автотрансформаторов, будем в дальнейшем называть «резонансами собственных колебательных цепей диагностируемых автотрансформаторов».

В спектрах излучений умеренно дефектного автотрансформатора АТ-1 фаза С ТН (фиг.2с, 3с) хорошо заметными являются пики c₀ ¹, d₀, e₀ ¹¹, k₀ ¹, q₀ ¹, t₀, a₁₁ ¹, c₁₁ ¹, d₁₁ ¹¹, g₁₁ ¹¹, a₂₁, b₂₁ ¹, g_2l ¹, a₁₂ ¹¹, a₁₃ ¹, a₁₄, a₂₃ ¹, p₄₁ ¹¹ с частотами и добротностями

близкими к расчетным значениям частот резонансов и условно близкими к расчетным значениям добротностей на основных тонах и на гармониках колебательных цепей автотрансформаторов, включающих в себя катушки S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, основной бак трансформатора 6 и регулятор напряжения R с его баком 7

Отметим, что в выражениях (28, 29) отклонения по отдельным значениям добротностей заметно выше суммарной погрешности экспериментов и расчетов.

Пики b₁₄, q₄₁ обусловлены излучениями сторонних станций и исключены из рассмотрения. Увеличенные интенсивности пиков излучений сторонних станций b₁₄, q₄₁ (на 10-15 dB в спектрах излучений умеренно дефектного автотрансформатора АТ-1 фаза С ТН в сравнении с аналогичными в спектрах новых эталонных автотрансформаторов) и повышенные (в сравнении с расчетными значениями) добротности пиков q₀ ¹, t₀, а₁₁ ¹, c₁₁ ¹, a₁₄, a₂₃ ¹, p₄₁ ¹¹ могут быть следствием наложения гармоник резонансных частот колебательных цепей и действия эффекта регенеративного усиления и генерирования шумов (и колебаний) в дефектном ЭЭ оборудовании, впервые обнаруженном в [4] и объясненным в [3, 5].

Помеченные штрихами пики c₀ ¹, c₀ ¹¹, e₀ ¹¹, k₀ ¹, p₀ ¹, q₀ ¹, t₀ ¹, а₁₁ ¹, с₁₁ ¹, d₁₁ ¹¹, g₁₁ ¹¹, b₂₁ ¹, d₂₁ ¹¹, g₂₁ ¹, a₁₂ ¹¹, g₁₂ ¹¹, a₁₃ ¹, a₂₂ ¹¹, c₁₄ ¹, a₂₃ ¹, p₄₁ ¹¹ и другие в спектрах излучений умеренно дефектного автотрансформатора АТ-1 фаза С ТН с частотами и добротностями, отличными от значений частот и добротностей аналогичных пиков c₀, e₀, k₀, q₀, t₀, a₁₁, c₁₁, d₁₁, g₁₁, b₂₁, g₂₁, a₁₂, a₁₃, a₁₄, a₂₃, p₄₁ в спектрах новых эталонных автотрансформаторов, будем в дальнейшем называть «резонансами дефектных колебательных цепей диагностируемых автотрансформаторов» с тем, чтобы обратить внимание на возможность изменений резонансных частот и добротностей колебательных цепей ЭЭ оборудования при возникновении в них дефектов.

Отметим также, что интенсивности всех наиболее заметных пиков k₀ ¹, q₀ ¹, t₀, a₁₁ ¹, c₁₁ ¹, d₁₁ ¹¹, g₁₁ ¹¹, a_2l, b₂₁ ¹, g₂₁ ¹, a₁₂ ¹¹, a₁₃ ¹, a₁₄, a₂₃ ¹, p₄₁ ¹¹ в спектрах излучений умеренно дефектного автотрансформатора AT-1 фаза С ТН в среднем на 8-25 dB выше, чем у новых эталонных автотрансформаторов, что может быть объяснено ухудшением изолирующих свойств масляного наполнения основного бака 6 в этом автотрансформаторе из-за проникновения в него влаги, наложениями резонансов колебательных систем на гармониках и эффектом регенеративного усиления и генерирования шумов (и колебаний) в умеренно дефектном ЭЭ оборудовании [3, 4, 5].

Пик p₄₁ ¹¹ с частотой , близкой к экспериментальному значению частоты f_p41≈181MHz пика p41 в спектрах новых эталонных автотрансформаторов и к расчетному значению частоты первого резонанса для верхней части металлического бака 7 с регулятором напряжения R, хорошо заметен в спектре излучения умеренно дефектного автотрансформатора АТ-1 фаза С ТН (см. фиг.3 с).

В отличие от новых автотрансформаторов, в спектрах излучений автотрансформаторов АТ-1 фаза A FE и АТ-2 фаза A FE со сроками эксплуатации более 20 лет на частотах 40-205MHz вблизи расчетного значения частоты первого резонанса верхней части металлического бака 7 с регулятором напряжения R наблюдаются хорошо заметные серии пиков p₄₁ ¹¹¹, p₄₁ ¹, p₄₁, p₄₁ ¹¹, среди которых самыми интенсивными является пики p₄₁, p₄₁ ¹¹, с резонансными частотами f_p41≈181MHz, . При этом интенсивности пиков p₄₁, p₄₁ ¹¹ в спектре излучения автотрансформатора АТ-1 фаза А FE на 38-41dB выше интенсивностей пиков p₄₁ в спектрах новых эталонных автотрансформаторов АТ-1 фаза А ТН и АТ-1 фаза В ТН и на 29-39dB выше интенсивностей пиков p₄₁, p₄₁ ¹¹ в спектре излучения автотрансформатора АТ-2 фаза А FE.

Вблизи расчетного значения частоты первого резонанса на высоте Н основного бака трансформатора f_H≈32.0MHz, в спектрах излучений автотрансформаторов АТ-1 фазы А, В, С FE и АТ-2 фаза А FE со сроками эксплуатации более 20 лет (см. фиг.4) также наблюдаются хорошо заметные серии пиков а₁₂ ¹, а₁₂, а₁₂ ¹¹ с интенсивностями на 12-48dB выше интенсивностей пиков a12 с частотой f_a12≈32.2MHz в спектрах излучений новых эталонных автотрансформаторов АТ-1 фаза А ТН и АТ-1 фаза В ТН.

Отмеченные обстоятельства позволяют выделить в энергетических спектрах излучений исследуемых автотрансформаторов внутри наиболее информативной частотной полосы излучения (Δf_ν4,5)₁ вводов 4, 5 и вблизи расчетного значения частоты первого резонанса f_R ¹≈180MHz верхней части цилиндрического бака 7 с регулятором напряжения R оптимальную информативную частотную полосу для диагностирования дефектности регулятора напряжения R с его баком, равную и указанную вверху фиг.3а, 5а.

Аналогично, оптимальную информативную частотную полосу для диагностирования дефектности основного бака 6, равную Δf_H≈1.4MHz, можно выделить в спектрах излучений исследуемых автотрансформаторов в информативной частотной полосе (Δf_ν1)₂ ввода 1 вблизи расчетного значения частоты первого резонанса f_H≈32.0MHz на высоте Н основного бака 6 (см. фиг.2, 4).

Для определения оптимальных информативных частотных полос диагностирования дефектностей катушек S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, расположенных внутри основного бака трансформатора 6, продолжим сопоставление полученных выше расчетных значений резонансных частот и добротностей колебательных цепей (18-23) с экспериментальными спектрами для автотрансформаторов АТ-1 фаза A FE, АТ-1 фаза В FE, АТ-1 фаза С FE и АТ-2 фаза А FE со сроками эксплуатации более 20 лет. При этом особое внимание уделим частотам 8.0-27.0MHz, где расположены расчетные значения основных первых резонансных частот колебательных цепей, включающих в себя катушки S₃, S₄, S₅, и расчетные значения резонансных частот колебательных цепей катушек S₁, , и S₂ на ближайших высших гармониках со значениями m=2-10.

В энергетических спектрах указанных автотрансформаторов на частотах 8.0-27.0MHz наиболее заметными являются следующие пики колебаний с эквивалентными добротностями Q_eq=50-300, в отдельных случаях существенно увеличенными в сравнении с оценочными значениями (18-23) вследствие наложений гармоник резонансных частот колебательных цепей и действия эффекта регенеративного усиления (и генерирования) шумов и колебаний [5] (см. фиг.4):

AT-1 фаза A FE: пики k₀, q₀ ¹, q₀ ¹¹, a₁₁ ¹¹¹, c₁₁ ¹, c₁₁ ¹¹, b₂₁ ¹¹, d₂₁ ¹ с резонансными частотами

близкими к расчетным значениям частот резонансов на основных тонах и на гармониках добротных колебательных цепей автотрансформаторов, включающих в себя катушки S₁, S₂, S₃, S₄, S₅

причем интенсивности пиков q₀ ¹, q₀ ¹¹, а₁₁ ¹¹¹, с₁₁ ¹, b₂₁ ¹¹, d₂₁ ¹ на 10-58 dB выше интенсивностей аналогичных пиков в спектрах новых эталонных автотрансформаторов;

АТ-1 фаза В FE, пики k₀, q₀ ¹, q₀ ¹¹, a₁₁ ¹, c₁₁ ¹¹¹, с₁₁ ¹¹, b₂₁ ¹¹, d₂₁ ¹ с резонансными частотами

близкими к расчетным значениям частот резонансов на основных тонах и на гармониках добротных колебательных цепей автотрансформаторов, включающих в себя катушки S₁, S₂, S₃, S₄, S₅

причем интенсивности пиков q₀ ¹¹, a₁₁ ¹, c₁₁ ¹¹¹, с₁₁ ¹¹, b₂₁ ¹¹, d₂₁ ¹ на 18-58 dB выше интенсивностей аналогичных пиков в спектрах новых эталонных автотрансформаторов;

АТ-1 фаза С FE, пики k₀, p₀ ¹¹¹, q₀ ¹, q₀ ¹¹, а₁₁ ¹, c₁₁ ¹¹¹, d₁₁, e₁₁, b₂₁ ¹¹, d₂₁ ¹ с резонансными частотами

близкими к расчетным значениям частот резонансов на основных тонах и на гармониках добротных колебательных цепей автотрансформаторов, включающих в себя катушки S₁, S₂, S₃, S₄, S₅

причем интенсивности пиков p₀ ¹, q₀ ¹, q₀ ¹¹, a₁₁ ¹, c₁₁ ¹¹¹, d₁₁, e₁₁, b₂₁ ¹¹, d₂₁ ¹ на 13-58dB выше интенсивностей аналогичных пиков в спектрах новых эталонных автотрансформаторов;

АТ-2 фаза A FE, пики k₀ ¹, k₀ ¹¹, p₀ ¹, q₀ ¹¹¹, q₀, q₀ ¹¹, t₀ ¹, t₀, ν₀ ¹, ν₀ ¹¹, a₁₁ ¹, a₁₁, b₁₁ ¹, b₁₁, c₁₁ ¹¹¹, c₁₁ ¹, c₁₁, с₁₁ ¹¹, d₁₁ ¹, d₁₁ ¹¹, b₂₁ ¹¹, d₂₁ ¹ с резонансными частотами

близкими к расчетным значениям частот резонансов на основных тонах и на гармониках добротных колебательных цепей автотрансформаторов, включающих в себя катушки S₁, S₂, S₃, S₄, S₅

причем интенсивности пиков k₀ ¹¹, p₀ ¹, q₀ ¹¹¹, g₀, q₀ ¹¹, t₀ ¹, t₀, ν₀ ¹, ν₀ ¹¹, a₁₁ ¹, а₁₁, b₁₁ ¹, b₁₁, с₁₁ ¹¹¹, c₁₁ ¹, c₁₁, c₁₁ ¹¹, d₁₁ ¹, d₁₁, b₂₁ ¹¹, d₂₁ ¹ на 34-58 dB выше интенсивностей аналогичных пиков в спектрах новых эталонных автотрансформаторов.

Объединяя в компактные серии интенсивные пики колебаний с частотами, определяемыми соотношениями (24), (28), (30), (32), (34), (36) и близкими к расчетным значениям частот собственных колебательных цепей (f_Kj ^t)_m исследуемых автотрансформаторов с набором различных порядковых номеров t при минимальных номерах гармоник m, получим с учетом выражений (25), (29), (31), (33), (35), (37) следующие оптимальные информативные частотные полосы для диагностирования дефектностей катушек S₁, S₂, S₃, S₄, S₅ и средние значения частот в этих полосах (указаны в скобках):

Оптимальные информативные частотные полосы Δf_S1, Δf_S2, Δf_S3, Δf_S4, Δf_S5 показаны в верхних частях фиг.2а, 4а и вместе занимают участок спектра с частотами 8.0-20.5MHz. Колебания с указанными частотами излучаются в эфир антеннами (h₁+h₀₁), (h₂+h₀₂) на вторых и третьих гармониках их основных резонансов и антенной h₁ на ее основной (первой) резонансной частоте.

Как видим, высказанное выше предположение подтвердилось - именно низкочастотные участки спектров излучений вертикальной поляризации оказались самыми информативными с позиций диагностирования дефектностей катушек исследуемых автотрансформаторов. При этом колебания с частотами 8.0-14.4MHz, где располагаются оптимальные информативные частотные полосы ВВ катушек S₁, S₂, S₃, выводятся в эфир антеннами вертикальной поляризации (h₁+h₀₁), (h₂+h₀₂), излучающие способности которых в прототипе [2] и в работах [3, 4] не учитывались.

На седьмом этапе определяем максимальные интенсивности пиков электромагнитных колебаний в оптимальной информативной частотной полосе (Δf_Kj)_opt для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента, формируем критерии для определения дефектностей и определяем дефектность каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента, включая основной металлический бак оборудования, на основании сравнения максимальных интенсивностей указанных пиков в одинаковых оптимальных информативных частотных полосах (Δf_Kj)_opt энергетических спектров излучений вертикальной поляризации от однотипного контролируемого и эталонного ЭЭ оборудования, измеренных в эквивалентных условиях, т.е. в одинаковых режимах эксплуатации оборудования и с применением единых метрических средств.

Максимальные интенсивности пиков электромагнитных колебаний в оптимальной информативной частотной полосе Δf_S1 для ВВ катушки S₁ (и частей S₁₁*, S₁₁** этой катушки) в энергетических спектрах диагностируемых автотрансформаторов составляют (см. фиг.2, 4):

АТ-1 фаза А ТН, АТ-1 фаза В ТН - пик k₀ с интенсивностью выше эталонной на 3dB {эталоном слабой дефектности катушки S₁ является пик k₀ в спектре излучения автотрансформатора АТ-1 фаза В FE с интенсивностью -171dB(W)/Hz, см. ниже);

АТ-1 фаза С ТН - пик k₀ ¹ с интенсивностью выше эталонной на 31dB;

АТ-1 фаза A FE - пик k₀ с интенсивностью выше эталонной на 7dB;

АТ-1 фаза В FE - пик k₀ с интенсивностью -171dB(W)/Hz (эталон слабой дефектности катушки S₁);

АТ-1 фаза С FE - пик k₀ с интенсивностью выше эталонной на 5dB;

АT-2 фаза A FE - пик k₀ с интенсивностью выше эталонной на 43dB.

(39)

Максимальные интенсивности пиков электромагнитных колебаний в оптимальной информативной частотной полосе Δf_S2 для ВВ катушки S₂ в диагностируемых автотрансформаторах составляют (см. фиг.2, 4):

АТ-1 фаза А ТН, АТ-1 фаза В ТН - пик q₀ с интенсивностью -176dB(W)/Hz (эталон слабой дефектности катушки S₂);

АТ-1 фаза С ТН - пик q₀ ¹ с интенсивностью выше эталонной на 31dB;

АТ-1 фаза A FE, АТ-1 фаза В FE, АТ-1 фаза С FE, АТ-2 фаза A FE - пики q₀ ¹¹ с интенсивностью выше эталонной на 47-48 dB;

(40)

Максимальные интенсивности пиков электромагнитных колебаний в оптимальной информативной частотной полосе Δf_S3 Для ВВ катушки S₃ в диагностируемых автотрансформаторах составляют (см. фиг.2, 4):

АТ-1 фаза А ТН, АТ-1 фаза В ТН - пики t₀ с интенсивностями -182dB(W)/Hz (эталон слабой дефектности катушки S₃);

АТ-1 фаза С ТН - пик t₀ с интенсивностью выше эталонной на 37dB;

АТ-1 фаза A FE - пик t₀ с интенсивностью выше эталонной на 7dB;

AT-1 фаза В FE - пик t₀ с интенсивностью выше эталонной на 8dB;

АТ-1 фаза С FE - пик t₀ с интенсивностью выше эталонной на 3dB;

АТ-2 фаза A FE - пик t₀ ¹ с интенсивностью выше эталонной на 50dB.

(41)

Максимальные интенсивности пиков электромагнитных колебаний в оптимальной информативной частотной полосе Δf_S4 для НВ катушки S₄ в диагностируемых автотрансформаторах составляют (см. фиг.2, 4):

AT-1 фаза A TH, AT-1 фаза В ТН - пики а₁₁ с интенсивностью -175dB(W)/Hz (эталон слабой дефектности катушки S₄);

АТ-1 фаза С ТН - пик а₁₁ ¹ с интенсивностью выше эталонной на 29dB;

AT-1 фаза A FE - пик а₁₁ ¹¹¹ с интенсивностью выше эталонной на 14dB;

АТ-1 фаза В FE - пик а₁₁ ¹ с интенсивностью выше эталонной на 19dB;

АТ-1 фаза С FE - пик а₁₁ ¹ с интенсивностью выше эталонной на 32dB;

АТ-2 фаза A FE - пик а₁₁ ¹ с интенсивностью выше эталонной на 47dB.

(42)

Максимальные интенсивности пиков электромагнитных колебаний в оптимальной информативной частотной полосе Δf_S5 для НВ катушки S₅ в диагностируемых автотрансформаторах составляют (см. фиг.2, 4):

AT-1 фаза A TH, AT-1 фаза В ТН - пики с₁₁ с интенсивностью -178dB(W)/Hz (эталон слабой дефектности катушки S₅);

АТ-1 фаза С ТН - пик c₁₁ ¹ с интенсивностью выше эталонной на 34dB;

АТ-1 фаза A FE - пик c₁₁ ¹ с интенсивностью выше эталонной на 10dB;

АТ-1 фаза В FE - пик c₁₁ ¹¹¹ с интенсивностью выше эталонной на 50dB;

АТ-1 фаза С FE - пик c₁₁ ¹¹¹ с интенсивностью выше эталонной на 22dB;

АТ-2 фаза A FE - пик с₁₁ ¹¹¹ с интенсивностью выше эталонной на 50dB.

(43)

Максимальные интенсивности пиков электромагнитных колебаний в оптимальной информативной частотной полосе Δf_H для основного бака 6 в диагностируемых автотрансформаторах составляют (см. фиг.2, 4):

АТ-1 фаза А ТН, АТ-1 фаза В ТН - пики a₁₂ с интенсивностью -184dB(W)/Hz (эталон слабой дефектности основного бака 6);

АТ-1 фаза С ТН - пик а₁₂ ¹¹ с интенсивностью выше эталонной на 17dB;

АТ-1 фаза A FE - пик а₁₂ с интенсивностью выше эталонной на 12dB;

АТ-1 фаза В FE - пик а₁₂ с интенсивностью выше эталонной на 27dB;

АТ-1 фаза С FE - пик а₁₂ с интенсивностью выше эталонной на 20dB;

AT-2 фаза A FE - пик a₁₂ ¹ с интенсивностью выше эталонной на 48dB.

(44)

Максимальные интенсивности пиков электромагнитных колебаний в оптимальной информативной частотной полосе Δf_R ¹ для ВВ регулятора напряжения R с баком 7 в диагностируемых автотрансформаторах равны (см. фиг.3, 5):

АТ-1 фаза А ТН, АТ-1 фаза В ТН - пики р₄₁ с интенсивностью -183dB(W)/Hz (эталон слабой дефектности для регулятора напряжения R с баком 7);

АТ-1 фаза С ТН - пик p₄₁ ¹¹ с интенсивностью выше эталонной на 11dB;

АТ-1 фаза A FE - пик p₄₁ ¹¹ с интенсивностью выше эталонной на 41dB.

АТ-2 фаза A FE - пик p₄₁ с интенсивностью выше эталонной на 2dB.

(45)

С учетом (39-45) можно сформировать следующие критерии для определения дефектностей внутренних K_j-ых конструктивных элементов диагностируемых автотрансформаторов по максимальным интенсивностям пиков в оптимальных информативных частотных полосах элементов (Δf_Kj)_opt в энергетических спектрах излучений вертикальной поляризации этих автотрансформаторов:

Слабая дефектность - максимальные интенсивности пиков излучений менее чем на 20 dB превышают аналогичные в спектре эталонного образца;

Умеренная дефектность - максимальные интенсивности пиков излучений на 20-40 dB превышают аналогичные в спектре эталонного образца;

Сильная дефектность - максимальные интенсивности пиков излучений более чем на 40 dB превышают аналогичные в спектре эталонного образца.

(46)

Используя соотношения (39-45) и критерии (46), определим дефектности всех основных внутренних конструктивных элементов в диагностируемых автотрансформаторах:

АТ-1 фаза А ТН, АТ-1 фаза В ТН, дефектности ВВ катушек S₁, S₂, S₃, НВ катушек S₄, S₅, заземленного основного бака трансформатора 6 и ВВ регулятора напряжения R с баком 7 - слабые (эталонные по всем перечисленным элементам, кроме катушки S₁);

АТ-1 фаза С ТН, дефектности ВВ катушек S₁, S₂, S₃ и НВ катушек S₄, S₅ - умеренные, дефектности заземленного основного бака трансформатора 6 и ВВ регулятора напряжения R с баком 7 - слабые (дефектность основного бака 6 - ближе к умеренной);

АТ-1 фаза A FE, дефектности ВВ катушек S₁, S₃, НВ катушек S₄, S₅ и основного бака трансформатора 6 - слабые, дефектности ВВ катушки S₂ и ВВ регулятора напряжения R с баком 7 - сильные;

АТ-1 фаза В FE, дефектности ВВ катушек S₁, S₃ и НВ катушки S₄ - слабые (дефектность катушки S₁ - эталонная), дефектность основного бака трансформатора 6 - умеренная, дефектности ВВ катушки S₂ и НВ катушки S₅ - сильные, информация для определения дефектности ВВ регулятора напряжения R с баком 7 отсутствует;

АТ-1 фаза С FE, дефектности НВ катушек S₄, S₅ и основного бака трансформатора 6 - умеренные, дефектность ВВ катушки S₂ - сильная, дефектность ВВ катушки S₁ и НВ катушки S₃ - слабые, информация для определения дефектности ВВ регулятора напряжения R с баком 7 отсутствует;

АТ-2 фаза A FE: дефектности ВВ катушек S₁, S₂, S₃, НВ катушек S₄, S₅ и основного бака трансформатора 6 - сильные, дефектность ВВ регулятора напряжения R с баком 7 - слабая.

(47)

На восьмом этапе с учетом данных (22), (47) разрабатываем критерии определения полных дефектностей и, применяя эти критерии, определяем полные дефектности диагностируемых автотрансформаторов.

Данные (22), (47) содержат результаты определения дефектностей основных внешних и внутренних конструктивных элементов диагностируемых автотрансформаторов (всего 12 основных конструктивных элементов), среди которых:

- 6 высоковольтных конструктивных элементов: ВВ вводы 1, 2, ВВ катушки S₁, S₂, S₃ и ВВ регулятор напряжения R с баком 7;

- 6 низковольтных конструктивных элементов: основной бак автотрансформатора 6, НВ вводы 3, 4, 5 и НВ катушки S₄, S₅.

При грамотном техническом проектировании ЭЭ оборудования относительные запасы электрических прочностей ВВ и НВ, внешних и внутренних элементов конструкций - примерно одинаковые. Следовательно, отказы отдельных элементов - равновероятны, и вероятность полного отказа ЭЭ оборудования пропорциональна числу сильно дефектных элементов.

С учетом отмеченных обстоятельств можно сформировать достаточно простые критерии для определения полных дефектностей диагностируемых автотрансформаторов по результатам установленных выше дефектностей их основных внешних и внутренних конструктивных элементов:

Слабая полная дефектность автотрансформатора соответствует слабым дефектностям всех его основных конструктивных элементов.

Умеренная полная дефектность автотрансформатора соответствует умеренным дефектностям 1-12-ти его основных конструктивных элементов при слабых дефектностях остальных конструктивных элементов.

Сильная полная дефектность автотрансформатора соответствует сильным дефектностям 1-6-ти его основных конструктивных элементов при слабых и (или) умеренных дефектностях остальных конструктивных элементов.

Опасная полная дефектность автотрансформатора соответствует сильным дефектностям 7-12-ти его основных конструктивных элементов при слабых и (или) умеренных дефектностях остальных конструктивных элементов.

(48)

Используя критерии (48) и данные (22), (47), определим полные дефектности диагностируемых автотрансформаторов.

АТ-1 фаза А ТН, АТ-1 фаза В ТН: дефектности всех основных конструктивных элементов - слабые, полные дефектности - слабые (эталонные по полной дефектности);

АТ-1 фаза С ТН: дефектности ввода 1, катушек S₁, S₂, S₃, S₄, S₅ - умеренные, дефектности вводов 2, 3, 4, 5, основного бака трансформатора 6 и регулятора напряжения R с баком 7 - слабые, полная дефектность - умеренная;

АТ-1 фаза A FE: дефектности вводов 3, 4, 5, катушки S₂ и регулятора напряжения R с баком 7 - сильные, дефектности вводов 1, 2, основного бака трансформатора 6 и катушек S₁, S₃, S₄, S₅ - слабые, полная дефектность - сильная;

АТ-1 фаза В FE: дефектности катушек S₂, S₅ - сильные, дефектности вводов 1, 2 и основного бака трансформатора 6 - умеренные, дефектности катушек S₁, S₃, S₄ - слабые, информация для определения дефектностей вводов 3, 4, 5 и регулятора напряжения R с баком 7 - отсутствует, полная дефектность - сильная;

АТ-1 фаза С FE: дефектность катушки S₂ - сильная, дефектности катушек S₁, S₄, S₅ и основного бака трансформатора 6 - умеренные, дефектности вводов 1, 2 и катушки S₃ - слабые, информация для определения дефектностей вводов 3, 4, 5 и регулятора напряжения R с баком 7 - отсутствует, полная дефектность - сильная;

AT-2 фаза A FE: дефектности вводов 1, 2, 3, катушек S₁, S₂, S₃, S₄, S₅ и основного бака трансформатора 6 - сильные, дефектности вводов 4, 5 - умеренные, дефектность регулятора напряжения R с баком 7 - слабая, полная дефектность - опасная.

(49)

Отметим, что выводы (49), сделанные на основе анализа измеренных энергетических спектров излучений вертикальной поляризации и определения, с применением заявляемого способа контроля технического состояния ЭЭ оборудования, дефектностей всех основных внутренних и внешних конструктивных элементов и полных дефектностей диагностируемых автотрансформаторов, в целом не противоречат выводам, полученным в прототипе [2] для автотрансформаторов АТ-1 фаза А, В, С FE и АТ-2 фаза A FE, но существенно уточняют, дополняют эти выводы и находятся в хорошем согласии с результатами хроматографического анализа содержания растворенных газов в масляной изоляции ВВ вводов и баков (основных и баков регуляторов напряжения) для всех рассмотренных в данной заявке автотрансформаторов: АТ-1 фазы А, В, С ТН, АТ-1 фазы А, В, С FE и АТ-2 фаза А FE.

Хроматографический анализ [6] является сегодня общепризнанным способом диагностирования технического состояния ЭЭ оборудования, входит в стандарты отрасли и был выполнен для исследуемых автотрансформаторов одновременно с измерениями энергетических спектров излучений, представленными на фиг.2, 3, 4, 5.

Согласно данным хроматографического анализа в масляной изоляции основного бака нового автотрансформатора АТ-1 фаза С ТН (в целом определенного нами как умеренно дефектного) концентрации этилена и этана в 5-6 раз выше, чем таковые в новых автотрансформаторах AT-1 фазы А, В ТН (в целом определенных нами как слабо дефектные и эталонные по полной дефектности и дефектностям 11-ти из 12-ти основных внутренних и внешних конструктивных элементов). Повышенные концентрации указанных газов в масляной изоляции основного бака АТ-1 фаза С ТН - следствие проникновение влаги через микротрещины в корпусе этого бака 6 и признак дугообразования, затрагивающего твердую изоляцию катушек S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, дефектности которых в данном автотрансформаторе определены нами как умеренные.

В масляной изоляции основного бака автотрансформатора АТ-2 фаза А FE со сроком эксплуатации более 20 лет (единственного определенного нами в целом как опасно дефектного: сильно дефектного по основному баку, всем катушкам и вводам 1, 2, 3, умеренно дефектного по вводам 4, 5 и слабо дефектного по регулятору напряжения R с его баком) по данным хроматографического анализа содержание угарного газа в 2.5 раза превышает граничный уровень и в 5-10 раз выше, чем у автотрансформаторов АТ-1 фазы А, В, С FE (все со сроками эксплуатации более 20 лет и определены нами в целом как сильно дефектные), что является признаком высокотемпературных электрических разрядов в основном баке трансформатора АТ-2 фаза А FE и признаком повышенных дефектностей всех катушек и вводов 3, 4, 5 в этом автотрансформаторе.

В масляной изоляции бака 7 с регулятором напряжения R у автотрансформатора АТ-1 фаза А FE (единственного среди исследованных автотрансформаторов, обладающего сильной дефектностью регулятора напряжения R с баком 7) содержание этилена в 2.6 раза выше граничного значения (признак дугообразования, затрагивающего твердую изоляцию регулятора напряжения R с температурами нагрева дефектных областей выше опасного уровня t_al≈600°С) и в 8-25 раз выше, чем у трансформаторов АТ-2 фаза А FE и у АТ-1 фазы А, В, С ТН (определенных нами как слабо дефектных по регулятору напряжения R с его баком).

В масляной изоляции герметичного ВВ ввода 1 у автотрансформатора АТ-2 фаза А FE (в целом определенного нами как опасно дефектного и сильно дефектного по ВВ вводам 1, 2 и НВ вводу 3) содержание этилена (указывающего на дугообразование, затрагивающее твердую изоляцию с температурами нагрева дефектных областей выше опасного уровня t_al) близко к граничному и в 8-20 раз выше, чем у АТ-1 фазы А, В, С FE. Среди последних именно АТ-1 фаза В FE (в целом определенный нами как сильно дефектный и умеренно дефектный по ВВ вводу 1) характеризуется увеличенной в 7-17 раз, в сравнении с АТ-1 фазы А, С FE (в целом определенными нами как сильно дефектные, но слабо дефектные по ВВ вводу 1) суммарной концентрацией углеводородных газов и увеличенной в 10-20 раз концентрацией этана, указывающей на наличие у АТ-1 фаза В FE в проводе ввода 1 дугообразования, затрагивающего твердую изоляцию, с температурами нагрева дефектных областей ниже опасного уровня t_al.

Аналогично, по данным хроматографического анализа в масляной изоляции герметичного ВВ вывода 2 у автотрансформатора АТ-2 фаза A FE (в целом определенного нами как опасно дефектного и сильно дефектного по ВВ вводам 1, 2 и НВ вводу 3) содержание этилена (указывающего на дугообразование, затрагивающее твердую изоляцию, с температурами нагрева дефектных областей выше опасного уровня t_al) близко к граничному и в 20-40 раз выше, чем у АТ-1 фазы А, В, С FE. Среди последних именно АТ-1 фаза В FE (в целом определенный нами как сильно дефектный и умеренно-дефектный по проводу ВВ вывода 2) характеризуется увеличенной в 2 раза (в сравнении со слабо дефектными по проводу ВВ ввода 2 трансформаторами АТ-1 фазы А, С FE) суммарной концентрацией углеводородных газов и увеличенной в 10-20 раз концентрацией этана, указывающей на наличие у АТ-1 фаза В FE в ВВ вводе 2 дугообразования, затрагивающего твердую изоляцию, с температурами нагрева дефектных областей ниже опасного уровня t_al.

Сделанные нами заключения по дефектностям НВ вводов напряжений 3, 4, 5 в исследованных автотрансформаторах тоже находятся в разумном согласии с данными хроматографического анализа.

Напомним, что НВ провод ввода 3 в диагностируемых автотрансформаторах является проводом заземления, т.е. опорным по ВВ входному напряжению U₁₃=500kV и ВВ выходному напряжению U₂₃=220kV. Поэтому установленные нами сильные дефектности у АТ-1 фаза А FE и АТ-2 фаза А FE по НВ вводу 3 являются естественным следствием сильных дефектностей ВВ катушки S₂ и ВВ регулятора напряжения R с его баком у АТ-1 фаза А FE и сильных дефектностей ВВ вводов 1, 2, основного бака и ВВ катушек S₁, S₂, S₃ у АТ-2 фаза А FE, уже подтвержденных данными хроматографического анализа (см. выше).

Наконец, определенные нами дефектности исследованных автотрансформаторов по НВ вводам 4, 5: сильная - у АТ-1 фаза А FE, умеренная - у АТ-2 фаза A FE и слабые - у АТ-1 фазы А, В, С ТН, хорошо согласуются с данными хроматографического анализа по содержанию растворенных газов в масляной изоляции бака 7 с регулятором напряжения R, информация о дефектностях которых излучается в эфир антеннами НВ вводов 4, 5.

У автотрансформатора АТ-1 фаза А FE (сильно дефектного по НВ вводам 4, 5) в масляной изоляции бака 7 с регулятором напряжения R существенно превышены граничные концентрации метана, этилена, ацетилена, водорода и двуокиси углерода - признаки интенсивного дугообразования с температурами нагрева дефектных областей выше опасного уровня t_al, что ведет к разложению масляной изоляции. При этом суммарная концентрация наиболее опасных газов (метана, этилена и ацетилена) в масляной изоляции бака 7 у автотрансформатора АТ-1 фаза А FE в 15 раз выше, чем у АТ-2 фаза А FE (умеренно дефектного по НВ вводам 4, 5), и в 60 раз выше, чем у АТ-1 фазы А, В, С ТН (слабо дефектных по НВ вводам 4, 5).

Приведенный нами пример реализации заявляемого способа контроля технического состояния ЭЭО убедительно демонстрирует преимущества этого способа в сравнении со способом-прототипом в плане повышения надежности диагностирования полной дефектности контролируемого оборудования из-за увеличения глубины диагностирования, т.е. вследствие предварительного установления дефектностей всех основных внешних и внутренних конструктивных элементов этого оборудования, чего нет в прототипе и в других способах-аналогах.

Последовательно показано, каким образом в заявляемом способе первоначально устанавливаются дефектности всех основных внешних и внутренних конструктивных элементов, а затем формируются критерии и определяются полные дефектности отдельных экземпляров контролируемого ЭЭО на основании сравнения энергетических спектров излучений вертикальной поляризации от однотипных эталонных и контролируемых образцов этого оборудования, измеренных в одинаковых условиях эксплуатации и с применением единых метрических средств.

Сказанное свидетельствует, что заявляемый способ контроля технического состояния ЭЭО обладает достаточной новизной, увеличенной глубиной и повышенной надежностью диагностирования в сравнении со способом-прототипом и другими известными способами-аналогами.

Приложение

Развитие излучающей модели электроэнергетического оборудования

Введение

В работе [3] была предложена аналитическая излучающая модель электроэнергетического оборудования (ЭЭО), опирающаяся на теорию штыревых вибраторных антенн, свойства колебательных цепей с распределенными параметрами и физику процессов ионизации в диэлектрических промежутках, включая физику шумов. Данная работа ставит своей целью развитие этой модели в части, касающейся уточнения набора резонансных частот излучающих антенн вертикальной поляризации и выполнения численных оценок значений резонансных частот и электрических добротностей колебательных цепей электроэнергетического оборудования.

1. Резонансные частоты и добротности собственных колебательных цепей

Речь идет, в первую очередь, об оценке параметров добротных внутренних и внешне-внутренних колебательных цепей, полностью или частично расположенных внутри металлического корпуса ЭЭО, включая и сам металлический корпус.

Внутренние колебательные цепи такого оборудования, состоящие из расположенных внутри основного металлического бака 6 частей проводов высоковольтных и низковольтных вводов напряжений, отрезков соединительных проводников, электрических катушек S и регуляторов напряжений (токов) R с их баками, являются по своему типу экранированными высокочастотными (ВЧ) и сверхвысокочастотными (СВЧ) волноводными или коаксиальными резонаторами и могут обладать достаточно высокими добротностями, (Q_Kj ^t)_m_int≈15-60 на резонансных частотах (f_Kj ^t)_m, где К=R, S, … - тип основного внутреннего конструктивного элемента, входящего в колебательную цепь, j - порядковый номер конструктивного элемента К в ряду однотипных, t=0, 1, 2, … - порядковый номер колебательной цепи, включающей в себя K_j-ый конструктивный элемент, m=1, 2, 3, … - номер частотной гармоники основного тона, на которой резонирует колебательная цепь.

Отметим, что добротности экранированных ВЧ и СВЧ резонаторов на гармониках (m=2, 3,…) могут быть столь же высокими, как и на частотах основных (первых) резонансов (m=1).

Внешне-внутренние колебательные цепи, включающие в себя наружные части вводов напряжений (отрезки двухпроводных линий передачи электромагнитных колебаний) и внутренние ВЧ и СВЧ резонаторы, могут также обладать сравнительно высокими добротностями, (Q_Kj ^t)_m_ext-int≈10-15 на резонансных частотах (f_Kj ^t)_m.

Влияние добротных внутренних и внешне-внутренних колебательных цепей должно проявиться в спектре электромагнитного излучения ЭЭО.

Резонансные частоты и электрические добротности внутренних и внешне-внутренних колебательных цепей, волноводных, коаксиальных и состоящих из отрезков двухпроводных линий передачи электромагнитных колебаний, могут быть вычислены с точностью до единиц процентов с использованием известных расчетных программ ЭВМ «MATLAB», «CADGen», «ANSYS» и прочих.

Попробуем выполнить численные оценки значений резонансных частот и добротностей для внутренних и внешне-внутренних колебательных цепей высоковольтного силового автотрансформатора типа АОДЦТН 16700/500/200, широко используемого на электростанциях России.

На фиг.1 схематически изображено устройство такого автотрансформатора, показаны конструктивные элементы, расположенные снаружи и внутри основного металлического бака автотрансформатора 6.

Высоковольтные (ВВ) вводы 1, 2 с высотами H₁=h₁+h₁₁, H₂=h₂+h₂₁ и низковольтные (НВ) вводы 3, 4, 5 с высотами Н₃=h₃+h₃₁, Н₄=H₅=h₄+h₄₁=h₅+h₅₁, где h₁, h₂, h₃, h₄, h₅ - наружные и h₁₁, h₂₁, h₃₁, h₄₁, h₅₁ - внутренние части вводов 1, 2, 3, 4, 5, имеют внешнюю фарфоровую изоляцию и твердую изоляцию, намотанную на поверхность металлического стержня.

ВВ вводы 1 и 2, герметичные, с масляным наполнением между фарфоровой и твердой изоляцией, изолированным от масляного наполнения основного металлического бака автотрансформатора 6, с помощью проводов снижения (с вертикальными проекциями h₀₁, h₀₂) подключены к внешним ВВ линиям передачи, проходящим на 20-метровой высоте от поверхности земли.

НВ вводы напряжений 3, 4, 5 имеют общее с баком автотрансформатора 6 масляное наполнение. При этом НВ ввод 3 заземлен снаружи автотрансформатора с помощью металлического провода, длина которого более 10 м.

Основными рабочими вводами в данном автотрансформаторе являются ВВ вводы 1, 2 и НВ заземленный ввод 3, обеспечивающие ввод однофазного линейного напряжения U₁₃=500 kV (вводы 1, 2) и вывод фазы напряжения питания основного потребителя U₂₃=220 kV (вводы 2, 3).

НВ вводы 4, 5 с напряжением между ними U₄₅=11 kV являются вспомогательными, обслуживающими потребности местного потребителя.

Внутри бака автотрансформатора 6 размещены следующие основные конструктивные элементы: три ВВ электрические катушки (последовательная - S₁, основная - S₂ и регулировочная - S₃), две НВ электрические катушки (правая - S₄, левая - S₅) и металлический бак 7, в котором находится ВВ регулятор напряжения R. Электрические катушки S₁ и S₂, S₃ и S₄, S₂ и S₅ попарно связанные между собой электромагнитными связями M₁₂, М₃₄, М₂₅.

Основные внутренние конструктивные элементы, катушки S₁, S₂, S₃, S₄, S₅ и регулятор напряжения R с баком 7, находящиеся внутри основного металлического бака 6, вместе с частями вводов напряжений 1, 2, 3, 4, 5, расположенными снаружи и внутри основного бака трансформатора, и отрезками соединительных проводников представляют собой совокупность добротных внутренних и внешне-внутренних ВЧ и СВЧ колебательных цепей. При этом экраном для катушек S₁, S₃ и внутренних частей вводов h₁₁, h₂₁, h₃₁, h₄₁, h₅₁ служит металлический корпус основного бака трансформатора 6. Экраном для катушки S₂ является катушка S₁ (катушка S₂ расположена внутри катушки S₁), экраном для катушки S₄ является катушка S₃ (катушка S₄ расположена внутри катушки S₃), экраном для катушки S₅ является катушка S₂ (катушка S₅ расположена внутри катушки S₂). Экраном для ВВ регулятора напряжения R служит металлический корпус бака 7, расположенного внутри основного бака трансформатора 6.

Полученные с применением расчетной программы ЭВМ «MATLAB» значения частот основных (первых, m=7) резонансов f_Kj ^t наиболее добротных внутренних и внешне-внутренних колебательных цепей автотрансформатора приведены ниже. Одновременно указаны расчетные значения электрических добротностей колебательных цепей Q_Kj ^t на частотах f_Kj ^t. При оценках добротностей учитывались электрические длины колебательных цепей, наличие в них внутренних неоднородностей и условия отражения электромагнитных волн на границах цепей.

Самой низкочастотной и самой высокодобротной внутренней колебательной цепью в диагностируемых автотрансформаторах является расположенная внутри основного бака 6 ВВ катушка S₁ с емкостными витками С₁ и С¹ ₁ в верху и внизу катушки (см. фиг.1). Рассчитанные значения частоты первого резонанса и электрической добротности для нее на этой частоте составили

Частоты первых резонансов остальных добротных внутренних и внешне-внутренних колебательных цепей, включающих в себя основной бак трансформатора 6, части и катушки S₁, катушки S₂, S₃, S₄, S₅, и регулятор напряжения R с баком 7, выше частоты f_S1 ⁰, а их добротности на первых резонансных частотах ниже значения Q_S1 ⁰.

Расчетные значения частот первых резонансов и добротностей на этих частотах для нижней и верхней половинок ВВ катушки S₁ равны (электрические длины частей и одинаковые с точностью до длины витка катушки S₁)

Расчетные значения первых резонансных частот и добротностей на этих частотах для колебательных цепей, образованных нижней половинкой S₁₁* катушки S₁, отрезком внутреннего проводника и внешне-внутренними частями A₁d₁, A₁e₁, A₁g₁ ВВ ввода 1, составили (при выполнении расчетов полагалось, что электрическая длина части S₁₁* в точности равна половине длины катушки S₁)

Расчетные значения первых резонансных частот и добротностей на этих частотах для колебательных цепей, образованных катушками S₂, S₃, S₄, S₅ с отрезками внутренних проводников c₄b₄, c₅b₅ и внешне-внутренними частями x₃d₃, x₃e₃, x₃g₃, x₄d₄, x₄e₄, x₄g₄ НВ вводов 3, 4 равны

Прямоугольный металлический бак автотрансформатора 6 представляет собой сравнительно добротную колебательную цепь с тремя резонансами, на длине L, высоте Н и ширине D, с расчетными значениями первых резонансных частот и добротностей на этих частотах, равными

BB регулятор напряжения R делит цилиндрический бак 7 по высоте на две неравные части: более протяженную верхнюю - xz и укороченную нижнюю - ух. Расчетные значения первых резонансных частот и добротностей на этих частотах для колебательных цепей, образованных нижней и верхней частями цилиндрического бака 7 (резонансы на высотах), включающими в себя BB регулятор напряжения R, составили

2. Резонансные частоты антенн вертикальной поляризации и их информативные частотные полосы излучений

Согласно [3] излучающими антеннами вертикальной поляризации в ЭЭО являются наружные вертикальные части вводов напряжений h₁, h₂, h₃, h₄, h₅ (см. фиг.1), изолированные от заземленного основного металлического бака 6 этого оборудования.

Полученные с применением программы «MMana» расчетные значения частот основных (первых) резонансов f_νi и их эквивалентных добротностей Q_νi (где ν - индекс, указывающий на вертикальную поляризацию излучения антенн, i=1, 2, …, i_max - порядковый номер ввода напряжения, i_max - полное число вводов напряжений в контролируемом оборудовании) для излучающих антенн вертикальной поляризации, образованных наружными вертикальными частями вводов напряжений h₁, h₂, h₃, h₄, h₅, составили

Не учтенные в [3] вертикальные части проводов снижения h₀₁, h₀₂ в сочетании с наружными частями BB вводов 1, 2 с высотами h₁, h₂ образуют еще две антенны вертикальной поляризации с высотами (h₁+h₀₁), (h₂+h₀₂) и следующими расчетными значениями частот основных (первых) резонансов и добротностей

Из сравнения (7), (9) с результатами аналогичных расчетов, выполненных в [3], видно, что учет влияния вертикальных частей проводов снижения h₀₁, h₀₂, подключенных к верхним концам ВВ вводов 1, 2, привел в диагностируемых автотрансформаторах к заметному увеличению числа антенн вертикальной поляризации и основных (первых) резонансных частот излучений этих антенн.

Ширины наиболее информативных (с позиций диагностирования дефектности ЭЭ оборудования) частотных полос излучений антенн вертикальной поляризации (Δf_νi)₁ вблизи частот их основных (первых) резонансов f_νi оценим, как и в [2], по минимуму, принимая во внимание, что расчетные значения добротностей для всех излучающих антенн (8), (10) на основных (первых) резонансных частотах f_νi не превышают величину Q_νmax≈3.5, получим

Из (7), (9), (11) следует, что учет влияния проводов снижения h₀₁, h₀₂, подключенных к ВВ вводам 1, 2, привел к расширению частотной области излучений антенн вертикальной поляризации в исследуемых автотрансформаторов вниз по оси частот вплоть до минимального значения частоты f_min≈4.2MHz. Максимальное значение частоты колебания в пределах наиболее информативных (первых) частотных полос излучений антенн вертикальной поляризации с учетом (7), (9) равно f_max≈195.0MHz.

Отметим, что с учетом влияния проводов снижения h₀₁, h₀₂ и резонансов антенн вертикальной поляризации на гармониках в частотный диапазон излучений указанных антенн от 4.2MHz до 195MHz попадают расчетные значения частот основных (первых) резонансов почти всех рассчитанных выше добротных собственных колебательных цепей рассматриваемого автотрансформатора, кроме расчетных значений: частоты основного (первого) резонанса катушки S₁, которое составляет величину f_S1=2.5MHz, частоты основного (первого) резонанса внешне-внутренней колебательной цепи с катушкой , которое составляет величину , и первой резонансной частоты для нижней части металлического бака 7 с регулятором напряжения R, которая составляет величину .

При этом расчетные значения основных (первых) резонансных частот добротных колебательных цепей, включающих в себя катушки S₂, S₃, S₄, S₅, резонансных частот колебательной цепи катушки S₁ на гармониках со значениями m=2-10 и частоты первого резонанса на длине L основного бака 6 трансформатора, находятся в пределах частотного диапазона 5.0-27.0MHz и выводятся в эфир через излучения антенн (h₁+h₀₁), (h₂+h₀₂) на их основных резонансных частотах f_ν01=5.2MHz, f_ν02=4.9MHz, на вторых и третьих гармониках этих частот со значениями 2f_ν01=10.4MHz, 2f_ν02=9.8MHz, 3f_ν01=15.6MHz, 3f_ν02=14.7MHz и через излучения антенн h₁, h₂ на их основных резонансных частотах f_ν1=17.7MHz, f_ν2=27.6MHz.

Колебания с частотами основных (первых) резонансов на высоте Н и ширине D основного бака 6 автотрансформатора, f_H=32.0MHz и f_D=50.0MHz, выводятся в эфир через излучения антенн h₁, h₂ на их вторых и третьих гармониках с резонансными частотами 2f_ν1=35.4MHz, 3f_ν1=53.1MHz, 2f_ν2=55.2MHz.

Излучения на первых резонансных частотах f_R ¹≈180MHz и f_R ²≈230MHz колебательных цепей, образованных верхней и нижней частями цилиндрического бака 7, включающего в себя ВВ регулятор напряжения R, выводится в эфир с помощью антенн h₄, h₅ на их первой резонансной частоте f_ν4,5=170MHz и антенны h₃ на второй гармонике ее резонанса, равной 2f_ν3=254MHz.

Последние обстоятельства указывают на особую значимость информативных частотных полос (Δf_ν0)₁, (Δf_ν0)_2,3, (Δf_ν1)₁, (Δf_ν2)₁, (Δf_ν1)₂, (Δf_ν1)₃, (Δf_ν4,5)₁ для диагностирования дефектностей катушек S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, основного бака 6 и регулятора напряжения R с баком 7 в рассматриваемых автотрансформаторах.

3. Сравнение с экспериментом

Сравнение с экспериментом целесообразно выполнить для новых автотрансформаторов, в излучениях вертикальной поляризации которых имеются максимальные шансы обнаружить резонансы добротных собственных колебательных цепей.

На фиг.2a, b, c и 3а, b, с представлены энергетические спектры излучении в диапазонах частот 5-33MHz и 30-205MHz для трех новых исследуемых автотрансформаторов АТ-1 фаза А ТН, АТ-1 фаза В ТН и АТ-1 фаза С ТН, снятые при их первичном вводе в эксплуатацию.

В верхних частях рисунков нанесены информативные частотные полосы излучений антенн вертикальной поляризации:

Отметим, что в выражении (12) информативные частотные полосы (Δf_ν0)₁, (Δf_ν0)_2,3 и (Δf_ν0)_3-6+(Δf_ν2)_2-4 являются гибридными, составленными из наложений близких и трудно различимых информативных частотных полос.

Из фиг.2а, b, с и 3а, b, с видно, что автотрансформаторы АТ-1 фаза А ТН и АТ-1 фаза В ТН в данной партии характеризуются минимальными интенсивностями излучений на всех частотах анализа и по данным методики [2] являются слабо дефектными (эталонными).

Автотрансформатор АТ-1 фаза С ТН по данным той же методики является умеренно дефектным (при последующем наружном осмотре этого автотрансформатора были обнаружены микрощели, способствующие проникновению влаги в масляное наполнение основного бака 6).

Хорошо заметными в спектрах излучений новых эталонных автотрансформаторов АТ-1 фаза А ТН и АТ-1 фаза В ТН на частотах 5-33MHz (фиг.2a, b) являются пики d₀, e₀, g₀, k₀, p₀, q₀, t₀, а₁₁, с₁₁ с частотами и эквивалентными добротностями

достаточно близкими (с точностями до суммарных погрешностей расчетов и экспериментов) к расчетным значениям резонансных частот и добротностей на основных тонах и на гармониках собственных колебательных цепей автотрансформаторов, включающих в себя катушки S₁, S₂, S₃, S₄, S₅

В диапазоне частот 30-195MHz наиболее заметными в спектрах излучений новых эталонных автотрансформаторов (фиг.3а, b) являются пики с₁₃, а₂₃ с резонансными частотами и эквивалентными добротностями

Образование пиков с₁₃, a₂₃ можно объяснить наложением гармоник резонансных частот добротных собственных колебательных цепей, включающих в себя катушки S₁, S₂, S₄, S₅ и основной бак автотрансформатора 6 (резонанс на ширине D)

Следовательно, все наиболее заметные пики колебаний в спектрах излучений новых эталонных автотрансформаторов на частотах анализа 5-195MHz (кроме пиков q₄₁, связанных с излучениями вещательных станций и потому исключенных из рассмотрения) могут быть объяснены резонансами на основных тонах и на гармониках добротных собственных колебательных цепей автотрансформаторов, включающих в себя катушки S₁, S₂, S₃, S₄, S₅ и основной бак трансформатора 6.

Пики g₁₁, a₁₂ с частотами f_g11≈21.7MHz, f_a12≈32.2MHz, близкими к расчетным значениям частот первых резонансов основного бака автотрансформатора 6 на его длине L и высоте Н, f_L≈21.0MHz и f_H≈32.0MHz, и пик p₄₁ с частотой f_p41≈181MHz, близкой к расчетному значению первого резонанса верхней части цилиндрического бака 7, включающего в себя регулятор напряжения R, едва заметны в спектрах излучений новых эталонных автотрансформаторов.

Пики d₀, e₀, g₀, k₀, p₀, q₀, t₀, а₁₁, c₁₁, g₁₁, a₁₂, с₁₃, а₂₃, p₄₁ и другие, присутствующие в спектрах новых эталонных автотрансформаторов (см. фиг.2a, b и 3a, b) на частотах и с добротностями, достаточно близкими к расчетным значениям резонансных частот и добротностей собственных колебательных цепей исследуемых автотрансформаторов, можно назвать «резонансами собственных колебательных цепей исследуемых автотрансформаторов».

В спектрах излучений умеренно дефектного автотрансформатора АТ-1 фаза С ТН (фиг.2с, 3с) хорошо заметными являются пики с₀ ¹, с₀ ¹¹, d₀, e₀ ¹¹, k₀ ¹, q₀ ¹, t₀, a₁₁ ¹, с₁₁ ¹, d₁₁ ¹¹, g₁₁, a₂₁, b₂₁ ¹, g₂₁ ¹, a₁₂ ¹¹, a₁₃ ¹, a₁₄, a₂₃ ¹, p₄₁ ¹¹ с частотами и добротностями

близкими к расчетным значениям частот резонансов и условно близкими к расчетным значениям добротностей на основных тонах и на гармониках колебательных цепей автотрансформаторов, включающих в себя катушки S₁, S₂, S₃, S₄, S₅, основной бак трансформатора 6 и регулятор напряжения R с его баком 7

Отметим, что в выражениях (17, 18) отклонения по отдельным значениям добротностей заметно выше суммарной погрешности экспериментов и расчетов.

Пик q₄₁ обусловлен излучением сторонней станции и исключен из рассмотрения. Увеличенная интенсивность пика излучения сторонней станции q₄₁ (на 10dB в спектре излучения умеренно дефектного автотрансформатора АТ-1 фаза С ТН в сравнении с аналогичными в спектрах новых эталонных автотрансформаторов) и повышенные (в сравнении с оценочными значениями) добротности пиков q₀ ¹, t₀, a₁₁ ¹, c₁₁ ¹, а₂₃ ¹, p₄₁ ¹¹ могут быть следствием наложения гармоник резонансных частот колебательных цепей и действия эффекта регенеративного усиления и генерирования шумов (и колебаний) в умеренно дефектном ЭЭ оборудовании, впервые обнаруженном в [4] и объясненным в [3, 5].

Помеченные штрихами пики c₀ ¹, c₀ ¹¹, e₀ ¹¹, k₀ ¹, p₀ ¹, q₀ ¹, t₀ ¹, a₁₁ ¹, c₁₁ ¹, d₁₁ ¹¹, g₁₁ ¹, b₂₁ ¹, g₂₁ ¹, a₁₂ ¹¹, a₁₃ ¹, a₁₄ ¹, a₂₃ ¹, p₄₁ ¹¹ в спектрах излучений умеренно дефектного автотрансформатора АТ-1 фаза С ТН с частотами и добротностями, отличными от значений частот и добротностей аналогичных пиков с₀, e₀, k₀, q₀, t₀, a₁₁, с₁₁, d₁₁, g₁₁, b₂₁, g₂₁, а₁₂, a₁₃, a₁₄, a₂₃, p₄₁ в спектрах новых эталонных автотрансформаторов, уместно назвать «резонансами дефектных колебательных цепей исследуемых автотрансформаторов» с тем, чтобы обратить внимание на возможность изменений резонансных частот и добротностей колебательных цепей при возникновении в них дефектов.

Отметим также, что интенсивности всех наиболее заметных пиков k₀ ¹, q₀ ¹, t₀, a₁₁ ¹, c₁₁ ¹, d₁₁ ¹¹, g₁₁, a₂₁, b₂₁ ¹, g₂₁ ¹, a₁₂ ¹¹, a₁₃ ¹, a₁₄, a₂₃ ¹, p₄₁ ¹¹ в спектрах излучений умеренно дефектного автотрансформатора АТ-1 фаза С ТН в среднем на 8-25 dB выше, чем у новых эталонных автотрансформаторов, что может быть объяснено ухудшением изолирующих свойств масленого наполнения основного бака автотрансформатора 6 из-за проникновения в него влаги и эффектом регенеративного усиления и генерирования шумов (и колебаний) в умеренно дефектном ЭЭ оборудовании [3, 4, 5].

Пик p₄₁ ¹¹ с частотой близкой к экспериментальному значению частоты f_p41≈181MHz пика p₄₁ в спектрах новых эталонных автотрансформаторов и к расчетному значению частоты первого резонанса верхней части металлического бака 7 с регулятором напряжения R, хорошо заметен в спектре излучения умеренно дефектного автотрансформатора АТ-1 фаза С ТН (см. фиг.3с).

Как видим, сравнение с экспериментом подтверждает корректность предложенной развитой аналитической излучающей модели и возможность ее применения для разработки нового способа контроля технического состояния ЭЭО, в котором дефектности отдельных конструктивных элементов, расположенных снаружи и внутри металлического бака оборудования, и полная дефектность этого оборудования определяются на основе сравнения экспериментальных и расчетных спектров излучений однотипных контролируемого и эталонного образцов оборудования.

Источники информации, принятые во внимание

1. Глухов О.А. и др., Методика оценки параметров частичных разрядов в высоковольтной изоляции при относительных измерениях их импульсных электромагнитных полей. Труды 4^ого международного симпозиума по электромагнитной совместимости, С.-Петербург, 2001 (стр.30-35).

2. Патент RU 2311652 С1, опубликован 27.11.2007 - прототип.

3. Klokov V., Losev V., Popovich A., Silin N. Emitting model of the power electric equipment. Proceedings of the 8-th International Symposium on Electromagnetic Compatibility and Electromagnetic Ecology. S.Petersburg, June 16-19, 2009 (p.36-38).

4. Klokov V., Losev V., Popovich A., Silin N. Diagnostics of power electric equipment according to its parasite electromagnetic radiation. Proceedings of the 8-th International Symposium on Electromagnetic Compatibility and Electromagnetic Ecology. S.Petersburg, June 16-19, 2009 (p.33-35).

5. Dima M., Losev V. Generating electromagnetic fluctuations by electric condenser. Proceedings of the 8-th International Symposium on Electromagnetic Compatibility and Electromagnetic Ecology. S.Petersburg, June 16-19, 2009 (p.39-40).

6. Методические указания по диагностике развивающихся дефектов трансформаторного оборудования по результатам хроматографического анализа газов, растворенных в масле. РД 153-34.0-46.302-00. РАО «ЭС России», M., 2001.

7. Патент JP 2004-118839 А, опубликован 15.04.2004.

8. Патент RU 2240571 C1, опубликован 20.11.2004.

9. Патент US 2005060047 A1, опубликован 17.03.2005.

Изобретение относится к способам шумовой диагностики электроэнергетического оборудования (ЭЭО). В способе контроля технического состояния ЭЭО дефектность оборудования определяют по его электромагнитному излучению, фиксируют интегральные мощности квазигармонических электромагнитных колебаний в информативных частотных полосах энергетических спектров излучений вертикальной поляризации от однотипного контролируемого и эталонного ЭЭО и определяют дефектность каждого из вводов напряжений в этом оборудовании. Затем рассчитывают добротности и резонансные частоты колебательных цепей, включающих в себя элементы ЭЭО, расположенные внутри его металлического корпуса, выделяют в энергетических спектрах излучений контролируемого и эталонного ЭЭО для каждого внутреннего элемента его оптимальную информативную частотную полосу, фиксируют максимальные интенсивности пиков электромагнитных колебаний в оптимальной информативной частотной полосе каждого внутреннего элемента в энергетических спектрах излучений контролируемого и эталонного ЭЭО и определяют дефектность каждого внутреннего элемента этого оборудования, а заключение о полной дефектности контролируемого ЭЭО делают на основании данных о дефектностях каждого из вводов напряжений и каждого из внутренних элементов в этом оборудования. Технический результат заключается в увеличении глубины и надежности диагностирования. 5 ил.

Способ контроля технического состояния электроэнергетического оборудования, в котором дефектность контролируемого оборудования, находящегося под напряжением, определяют по электромагнитному излучению этого оборудования и сначала, применяя известные соотношения и программы ЭВМ, рассчитывают резонансные частоты излучений (f_vi)_n и эквивалентные добротности (Q_vi)_n антенн вертикальной поляризации, состоящих из наружных вертикальных частей изолированных от металлического корпуса электроэнергетического оборудования проводов i-х вводов напряжений в это оборудование, и определяют информативные частотные полосы излучений этих антенн (Δf_vi)_n, равные (Δf_vi)_n=(f_vi)_n/(Q_vi)_n, где v - индекс, указывающий на вертикальную поляризацию излучения антенн, i=1, 2, …, i_max - порядковый номер ввода напряжения, i_max - полное число вводов напряжений в электроэнергетическом оборудовании, n=1, 2, 3, … - числа натурального ряда, соответствующие номерам гармоник резонансных частот излучений антенн, затем фиксируют интегральные мощности квазигармонических электромагнитных колебаний в информативных частотных полосах (Δf_vi)_n энергетических спектров излучений вертикальной поляризации от однотипного контролируемого и эталонного оборудования, измеренных в эквивалентных условиях, и определяют дефектность каждого i-го ввода напряжения контролируемого оборудования на основании сравнения указанных интегральных мощностей в одинаковых информативных частотных полосах (Δf_vi)_n для однотипного контролируемого и эталонного оборудования, отличающийся тем, что в нем дополнительно, применяя известные соотношения и программы ЭВМ, рассчитывают электрические добротности (Q_Kj ^t)_m и резонансные частоты (f_Kj ^t)_m добротных собственных K_j ^t-х колебательных цепей, включающих в себя K_j-й конструктивный элемент электроэнергетического оборудования, расположенный внутри металлического корпуса этого оборудования, включая и сам металлический корпус, где К=R, S, … - тип внутреннего конструктивного элемента, входящего в K_j ^t-ю собственную колебательную цепь, j=1, 2, 3, … - порядковый номер внутреннего конструктивного элемента в ряду однотипных, t=0, 1, 2, 3, … - порядковый номер собственной колебательной цепи в группе таких цепей, включающих в себя K_j-й внутренний конструктивный элемент, m=1, 2, 3, … - числа натурального ряда, соответствующие номерам гармоник резонансных частот собственных колебательных цепей, выделяют в измеренных в эквивалентных условиях энергетических спектрах излучений вертикальной поляризации от контролируемого и эталонного оборудования для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента, включая металлический корпус этого оборудования, его оптимальную информативную частотную полосу (Δf_Kj)_opt, расположенную внутри одной или нескольких соседних информативных частотных полос излучений (Δf_vi)_n вышеуказанных антенн вертикальной поляризации и включающую в себя компактную серию из интенсивных пиков колебаний с добротностями и частотами, близкими к рассчитанным значениям электрических добротностей (Q_Kj ^t)_m и резонансных частот (f_Kj ^t)_m добротных собственных колебательных цепей этого конструктивного элемента с набором различных порядковых номеров t при минимальных номерах гармоник m, фиксируют максимальные интенсивности пиков электромагнитных колебаний в оптимальной информативной частотной полосе (Δf_Kj)_opt для каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента в энергетических спектрах излучений вертикальной поляризации от однотипного контролируемого и эталонного оборудования, измеренных в эквивалентных условиях, и определяют дефектность каждого K_j-го внутреннего конструктивного элемента контролируемого оборудования, включая металлический корпус этого оборудования, на основании сравнения максимальных интенсивноетей указанных пиков в одинаковых оптимальных информативных частотных полосах (Δf_Kj)_opt энергетических спектров излучений вертикальной поляризации от однотипного контролируемого и эталонного оборудования, а заключение о слабой или повышенной полной дефектности контролируемого оборудования делают на основании полученных данных о дефектностях каждого из вводов напряжений, металлического корпуса этого оборудования и каждого из конструктивных элементов, расположенных внутри металлического корпуса этого оборудования.