Научные основы физико-химической диагностики высоковольтного маслонаполненного электрооборудования с изоляцией конденсаторного типа

Аналогичные формуле (5) выражения для оценки допустимого времени хранения проб масла с растворенными газами, основанные на предложенной математической модели, получены для медицинских шприцев различных конструкций. Следует отметить, что допустимое время хранения пробы в шприце может колебаться от нескольких часов (медицинские шприцы с силиконовым уплотнением поршня) до одного года (специализированные пробоотборники).

Рассмотрены основные методы извлечения газа из устройств пробоподготовки для последующего введения в хроматографическую систему. Выделены основные факторы, влияющие на оптимальную скорость извлечения газов и его полноту в каждом типе устройств пробоподготовки. Сформирована математическая модель и проведены оценки времени извлечения газов, растворенных в масле, и распределения газов между жидкой и газообразной фазами.

Согласно расчетам, скорость извлечения газов и соотношение их концентраций в газовой и жидкой фазах сильно и различным образом зависят от коэффициентов распределения газов K. В качестве иллюстрации приведем полученное выражение для остаточной концентрации газа в жидкой фазе Сl для конструкции устройства извлечения газа в предварительно отвакуумированный объем с помощью магнитной мешалки (рис.9):

Рис.9. Схематическое изображение устройства для извлечения газов с помощью магнитной мешалки (1- магнитная мешалка, 2 - направление потока масла)

(6)

где Rс - радиус цилиндрического сосуда; К - коэффициент распределения газов между жидкой и газовыми фазами; - плотность жидкости; - вязкость жидкости; Vl - объем жидкости; Vg- объем газовой фазы; - частота вращения мешалки.

При проведении подготовки пробы с помощью устройства для достижения равновесия (рис.10) выражение для остаточной концентрации газа в жидкой фазе будет иметь вид:

(7)

где r - радиус пробоотборника, a - толщина пленки жидкости, остающейся на поверхности пробоотборника при его вращении.

Проведенные расчеты позволяют оптимизировать процесс пробоподготовки при проведении ГХ-анализа для всех применяемых систем извлечения газов из масла.

Рис.10 Устройство для достижения равновесия между газами, находящимися в жидкой и газовой фазах пробы: 1 - вращающийся барабан, 2 - шприц (пробоотборник).

Для высоковольтного МНЭО в конструкции которых предусмотрены масляные затворы (рис.11) были рассчитаны процессы диффузии влаги из окружающей среды во внутреннюю изоляцию.

Рис. 11. Схема масляного затвора измерительного трансформатора: 1 - пробка для заливки масла, 2 - дыхательная пробка, 3 - масляный затвор, 4 - указатель уровня масла.

Если считать процесс диффузии квазистационарным, то несложно получить выражение для расчета потока влаги во внутренний объем высоковольтного МНЭО

(8)

где Сг - концентрация влаги в газовой фазе, S - площадь сечения, которую везде считаем одинаковой, Dm, Dг -коэффициенты диффузии воды в масле и воздухе, соответственно, x₁, x₂ длины путей диффузии в масле и газовой фазе, Vд - объем «дыхания» в сутки.

Если принять, что в масле отсутствует конвективный перенос, то, используя коэффициенты диффузии воды в воздухе и трансформаторном масле, легко показать, что наличие масляного затвора приводит к увеличению времени увлажнения внутренней изоляции высоковольтного МНЭО, примерно, в 10⁴ раз.

(9)

При наличии конвекции, скорость проникновения влаги в МНЭО увеличивается и определяется интенсивностью конвективных процессов.

Приведенный анализ позволяет сделать вывод о том, что для увеличения эффективности масляных затворов необходимо принять меры к минимизации интенсивности конвективных процессов, например, путем увеличения вязкости масла в масляном затворе.

Предложен кавитационный механизм образования газовой фазы в электрической изоляции конденсаторного типа. Кавитация может возникнуть при переменном напряжении в складках и других неоднородностях намотки изоляционной системы конденсаторного типа. Примерная картина одного из возможных вариантов приведена на рис.12.

Рис.12. Схематическое изображение складки (как одной фольги, так и пленок диэлектрика); п - пленка, м - масло, ф - фольга

Уменьшение давления в области складки при увеличенной толщине жидкой прослойки d1 по сравнению со средней толщиной dср и при средней напряженности E0 составит для неполярной жидкости с диэлектрической проницаемостью величину:

(10)

Из приведенного выражения видно, что, давление будет отрицательным. при d1>dср. Однако эта ситуация не самая опасная, т.к. образование кавитационного пузырька произойдет в области слабого поля. Гораздо опаснее другая ситуация, когда d1~dср, но все-таки немного больше. Тогда возможна кавитация и образование пузырька произойдет в зоне достаточно сильного поля, следовательно, в нем будут развиваться ионизационные процессы и станет возможным переход к разряду (рис.13).

Рис.13 Область возникновения частичных разрядов при образовании газовой полости в складке: 1 - напряжение на газовой полости; 2 - пробивное напряжение в соответствии с законом Пашена

По мере насыщения газообразными продуктами разложения изоляции пузырьки не успевают раствориться в жидкости к каждому последующему полупериоду действующего напряжения, что приводит к прогрессирующему газообразованию.

Как было показано в третьей главе, для газового пузырька время растворения р пропорционально квадрату радиуса rп; оно также обратно пропорционально коэффициенту диффузии газа в жидкости D, растворимости Сs, и газосодержанию Сl в жидкости, т.е. для р справедлива формула:

,(11)

Если предположить, что пузырек наполнен водородом, масло им не насыщено, т.е. Сl=0, и коэффициент диффузии D = 10^-7 м²·с^-1, то из (10) можно определить rп~10 мкм. Для коэффициентов диффузии, определенных в наших экспериментах по определению времени растворения пузырьков, описанных выше, расчетный размер пузырька значительно уменьшится и составит, примерно, 1 мкм. Это означает, что если в пузырьках большего радиуса возникает ч.р., то пузырьки не успеют раствориться к моменту следующего ч.р. и, следовательно, они будут увеличиваться в размере.

Предпробивной процесс можно представить следующим образом. Изначально в масле и на электродах присутствуют микропузырьки микронных размеров. При воздействии переменного напряжения достаточной амплитуды в пузырьке происходит ч.р. В результате разряда образуются газообразные продукты разложения изоляции - водород, метан, этилен, и другие газы. Пузырек немного увеличивается в размерах, при этом идет процесс растворения газа. Если пузырек имеет размер, превышающий критический, то он не успевает раствориться до следующего ч.р. и увеличивается в размерах. Механизм возникновения разряда в выросшем пузырьке может быть различным. Это может быть неустойчивость заряженной поверхности и возникновение вследствие этого микровыступов на поверхности (катодный разряд), либо возникновение стримера в самом пузырьке с последующим переходом стримера в жидкость.

В пятой главе проанализированы возможные причины крупной аварии большого количества (около 70 единиц) новых трансформаторов тока класса напряжения 500 кВ.

На основе проведенного анализа конструкции трансформаторов тока выявлена основная причина возможных аварий, связанная с образованием газов во внутренней изоляции трансформаторов тока. Причиной же образования газовой фазы в рассматриваемой конструкции трансформаторов тока могли быть нарушения целостности сильфонных компенсаторов, заполненных диоксидом углерода, приводящие к катастрофическому уменьшению давления в трансформаторе тока. Указанное обстоятельство создает условия для возникновения и развития ч.р. повышенной интенсивности. Кроме того, в связи с применением в изоляционной системе трансформаторов тока кварцевого песка в качестве наполнителя было проведено исследование возможности химического взаимодействия между материалами, применяемыми при изготовлении трансформаторов тока, с образованием газообразных продуктов химических реакций и, в первую очередь, - водорода и диоксида углерода, обнаруженных в трансформаторах тока в наибольших количествах.

Стеклянные шприцы наполняли трансформаторным маслом марки Nytro 10X и различными комбинациями материалов, используемых при производстве трансформаторов тока. Затем шприцы помещали в термостат и выдерживали при повышенной температуре в течение 11 дней. Во всех экспериментах образцы материалов брали в соотношениях, соответствующих реальным. Например, 55 г песка и 25 г трансформаторного масла, соответствующие относительным количествам песка и масла в серийных образцах трансформаторов тока.

Количество образовавшегося в масле водорода, диоксида углерода и других газов определяли с помощью газового хроматографа. Ниже приведены результаты экспериментальных исследований газообразования материалов в сочетаниях, приведенных в таблице 5.

Таблица 5 Концентрации (мкл/л) водорода и диоксида углерода в трансформатором масле после выдержки в течение 11 суток

Материал	Н2 при 700С	СО2 при 700С	Н2 при 1300С	СО2 при 1300С
Трансформ. масло	2	17	7	93
Нержавеющая сталь	<3	42	6	81
Нержавеющая сталь + сухая бумага	<3	55	4	1217
Нержавеющая сталь + влажная бумага	<3	111	8	2660
Нержавеющая сталь + песок	114	1536	73	5302
Песок	107	1285	74	5367
Alutig сварочный шов + влажная бумага	171	21	638	2801

Как видно из таблицы 5 нержавеющая сталь не оказала влияния на формирование водорода; даже при температуре 130С количество образовавшегося водорода было незначительным. Присутствие кварцевого песка вызвало образование большого количества водорода, как и материал сварочного шва в комбинации с влажной бумагой. Дальнейшие исследования были направлены на выявление состава кварцевого песка. Образцы песка были исследованы с помощью сканирующего электронного микроскопа и методами энергетической дисперсии (SEM-EDX). Разумеется, в песке преобладает кварц, SiO2, но были обнаружены в небольших количествах частицы другого состава: минерал ильменит FeTiO3, циркон ZrSiO4, рутил TiO2 и пирит FeS2.

На рисунке 14 представлены результаты анализа для трех различных частиц (не кварца), которые были отобраны из кварцевого песка.

Минеральный пирит химически активен и окисляется при контакте с воздухом и водой с образованием сульфата железа и ионов водорода следующим образом:

2 FeS2 + 15/2 O2 + H2O --> Fe2(SO4)3 + 2 H⁺ + SO4^2-

Сульфат железа растворяется в воде с образованием водного раствора кислоты:

Fe2(SO4)3 + 6 H2O --> 2 Fe(OH)3 + 6 H⁺ + 3 SO4^2-

а

б

в

Рис. 14. Спектральный анализ частиц, обнаруженных в образцах кварцевого песка: а - пирит FeS2, б - циркон ZrSiO4, в - ильменит FeNiO3.

Проведенные исследования позволили сделать следующие промежуточные выводы:

- нержавеющая сталь сильфонов не оказывает влияния на образование H2;

- алюминий (литье и прокат) и сварочный материал дают незначительный уровень водорода;

- наличие песка, взятого в пункте линии подачи, в сочетании с различными алюминиевыми материалами, значительно увеличивает количество образующегося водорода;

- промытый песок из пунктов линии подачи не приводит к образованию водорода;

- песок, не прошедший заводской технологический цикл, не приводит к образованию водорода;

- количество образующегося в трансформаторном масле углекислого газа также выше в присутствии песка, но значительной разницы между песком с линии и песком от поставщика не обнаружено;

- увеличение температуры с 40⁰С до 70⁰С ускоряет образование и Н2, и СО2 - промывка песка не создает такого понижающего эффекта на образование СО2, как на образование Н2.

Исследования, проведенные на четырех натурных образцах трансформаторов тока показали (рис.15), что на начальной стадии эксперимента уровень водорода повышался постепенно (< 25 ррм). В течение трех месяцев был зафиксирован резкий скачок уровня водорода в трех из четырех испытуемых баках до уровня 400 ppm, а затем и до уровня 800 ppm в течение следующего месяца.

Рост диоксида углерода до 800 ррm связан с содержанием в кварцевом песке карбоната кальция.

Таким образом, при определенных условиях в результате химического взаимодействия материалов исследованных трансформаторов тока возможен рост концентрации водорода и диоксида углерода до 800 ppm в течение 4-х месяцев после производства трансформаторов тока.

Ниже приводится оценка давления в герметичном аппарате при разгерметизации одного или нескольких сильфонных компенсаторов тарельчатого типа.

а

б

Рис. 5. Динамика изменения концентрации газов в натурных образцах трансформаторов тока: а - Н2, б - СО2

Обозначим объем трансформаторного масла в рассматриваемом аппарате через Vm. Общее количество сильфонных компенсаторов - No, количество неповрежденных сильфонных компенсаторов - Nн. Примем, что при снижении давления в герметичном маслонаполненном электрооборудовании максимальное допустимое увеличение объема сильфонного компенсатора, определяемое его конструкцией и применяемыми материалами, составляет V. Количество газа Qн в неповрежденном сильфоном компенсаторе определяется через его концентрацию Сго и объем сильфонного компенсатора - Vc выражением:

Qн = Сго Vc ,(12)

При повреждении сильфонного компенсатора часть газа Qm, переходит в трансформаторное масло и растворяется в нем, в конечном итоге устанавливается молекулярно-кинетическое равновесие между газом, оставшимся в разгерметизировавшемся сильфоном компенсаторе - Qc, и газом, растворенным в масле:

Qm = Cm(T)Vm ,(13)

Здесь Cm(T) - концентрация газа в трансформаторном масле.

Суммарное количество газа в высоковольтном МНЭО, т.е. в замкнутой системе «газ-трансформаторное масло» будет равно:

Q = Qc + Qm ,(14)

В общем случае, с учетом количества сильфонных компенсаторов в аппарате, справедливо следующее выражение:

No Q= NнQc + Qm ,(15)

Исходя из очевидного утверждения о неизменности количества газа в рассматриваемой замкнутой системе, получим выражение, определяющее концентрации газа в масле и поврежденных сильфонных компенсаторах:

СгоNoVc = Cг(Т)NнVc +СmVmo,(16)

где Cг(Т) - концентрация газа в поврежденном сильфоном компенсаторе. Учитывая распределение газов между жидкой и газовой фазами через коэффициент распределения K(T):

Cm(T) = K(T)Cг(T),(17)

можно определить концентрацию газа в поврежденном сильфоном компенсаторе, а через неё - и давление в сильфоном компенсаторе. Оно же и определит давление в герметичном высоковольтном МНЭО.

Очевидно, что при уменьшении давления в аппарате сильфонные компенсаторы, оставшиеся целыми, будут расширяться. Для простоты вычислений примем, что сильфонные компенсаторы расширяются до максимального объема Vc+V; тогда

(18)

Принимая, что давление газа в сильфоном компенсаторе пропорционально концентрации газа Сг(Т), несложно получить выражение, определяющее давление Р в аппарате при разрушении одного, или нескольких сильфонных компенсаторов:

(19)

Отметим, что в предложенном расчете было принято, что трансформаторное масло является несжимаемой средой. Однако, учет последнего фактора несложен. Максимальное изменение объема масла за счет сжимаемости трансформаторного масла можно оценить по выражению:

,(20)

где с - плотность трансформаторного масла; с - скорость звука в масле.

С учетом выражения (15) нетрудно показать, что влиянием сжимаемости трансформаторного масла на расчетные значения давления в аппарате можно пренебречь.

Для наглядности приведем, согласно (14), пример численного расчета давления в высоковольтном аппарате с сильфонными компенсаторами при разгерметизации последних. Примем, что сильфонный компенсатор объемом Vc = 4л заполнен углекислым газом при давлении в 1 бар. Коэффициент распределения K(Т) для масла Nytro 11GX при 20⁰С составляет 1,1.

При конструировании высоковольтных аппаратов параметры и количество сильфонных компенсаторов выбираются таким образом, чтобы при нижнем значении температуры окружающей среды (-60⁰С) сильфонные компенсаторы могли компенсировать изменение объема масла при его сжатии за счет охлаждения. При этом снижение давления внутри аппарата не должно быть ниже 0,5 бар.

Если принять, что объем трансформаторного масла в аппарате составляет Vm = 500 л, количество сильфонных компенсаторов N0 = 7, а изменение объема сильфонных компенсаторов V = 0.4 л, то подставляя в выражение (13) эти данные, получим, что при разгерметизации одного сильфонного компенсатора давление в аппарате P составит 0.007 бар, при разрушении двух сильфонных компенсаторов P ?0.014 бар, трех - P ?0.021 бар.

Специально проведенные эксперименты на натурных образцах трансформаторов тока показали, что критические ч.р. во внутренней изоляции появляются при давлении ниже 0,15 бар. Тогда можно утверждать, что при повреждении одного, или нескольких сильфонных компенсаторов и установлении молекулярно-кинетического равновесия в объеме трансформатора тока (или любого другого высоковольтного маслонаполненного электрооборудования) давление будет настолько малым, что в трансформаторе будут возникать критические частичные разряды. При этом следует учесть, что давление в области действия сильного электрического поля будет повышено по сравнению с вышеприведенными оценками за счет действия гидростатического давления столба масла.

Таким образом, предложен механизм нарушения электрической прочности герметичного высоковольтного маслонаполненного электрооборудования с сильфонными компенсаторами, основанный на катастрофическом падении давления в нем при разгерметизации сильфонных компенсаторов.

В высоковольтном маслонаполненном электрооборудовании с другой системой компенсации температурного расширения масла - с газовой подушкой выявлено сочетание внешних факторов, когда также возможно значительное уменьшение давления и появление газовых пузырьков. Наиболее опасна ситуация, когда после заполнения газовой подушки газом в трансформаторе не успевает установиться молекулярно-кинетическое равновесие, и растворение газа продолжается после ввода аппарата в эксплуатацию. При этом уменьшение давления в аппарате, примерно, до 0,5 бар, произойдет в случае резкого уменьшения температуры на 50⁰С. Результаты расчетов давления в аппарате в зависимости от температуры по разработанной нами математической модели приведены на рис. 16:

Проведенные эксперименты по регистрации частичных разрядов на реальном ТТ при изменении внешнего давления с одновременной регистрацией растворенных газов в нижней и верхней частях ТТ показали непротиворечивость предложенной модели. Частичные разряды появились в аппарате при давлении, примерно, 0.4 бар, а при давлении 0.15 бар появились критические ч.р.



Рис. 16. Зависимость давления в герметичном аппарате с газовой подушкой от температуры: 1- установившееся молекулярно-кинетическое равновесие, 2 - неустановившееся молекулярно-кинетическое равновесие

В шестой главе приведены результаты исследования и разработки нового метода диагностики высоковольтного МНЭО по контролю газов, растворенных в изоляционной жидкости, на примере силовых конденсаторов и трансформаторов тока.

Диагностика высоковольтных конденсаторов. Количественное определение критериев диагностики осуществлялось на основании приемо-сдаточных и ресурсных испытаний партии высоковольтных конденсаторов. После проведения приемо-сдаточных испытаний по принятой на заводе-изготовителе методике из всех конденсаторов были отобраны пробы изоляционного масла для проведения ГХ-анализа. Интересно отметить, что в каждом четвертом конденсаторе - повышенное содержание ацетилена.

В процессе проведения ресурсных испытаний было выявлено, что конденсаторы, содержащие ацетилен, имеют наименьший срок службы, зависящий от концентрации ацетилена (рис.17). Образование ацетилена связано с развитием критических ч.р. Поэтому можно констатировать, что после проведения приемо-сдаточных испытаний ацетилен образуется в конденсаторах, имеющих дефектную изоляционную систему.



Рис. 17. Зависимость срока службы конденсаторов от концентрации ацетилена после проведения приемо-сдаточных испытаний

Приведенная на рис. 17 зависимость срока службы конденсаторов от концентрации ацетилена хорошо (коэффициент корреляции 0,99), описывается степенной функцией:

Nср = 6,2 10³(СС2Н2)^-0,64(21)

где Nср - среднее число импульсов до пробоя конденсатора; СС2Н2 - концентрация ацетилена (мкл/л).

Для особо ответственных применений с целью своевременного предупреждения досрочного отказа конденсаторов следует продолжить контроль газовыделения в них при эксплуатации. При этом была предпринята попытка установить следующие зависимости:

N = f (Ci),

где N - число импульсов (срок службы конденсаторов), Сi - концентрация i-го газа;

N = f (Viотн) или N = f ( Vi абс),

где Viотн и Viабс соответственно, относительная и абсолютная скорость изменения концентрации i-го газа.

Проведенные исследования показали, что концентрации газов (как суммарные, так и отдельных компонентов) и скорости их нарастания, соответствующие предпробойному состоянию конденсатора (конец срока службы), имеют существенный разброс значений и не могут быть использованы в качестве критерия оценки срока службы.

Иная картина наблюдается при рассмотрении зависимости N = f (CО2/СО) - в конце срока службы конденсатора соотношение CО2/СО стремится к значению 0,15. Указанное характерное значение, примерно, соответствует 60% от срока службы конденсатора. Физически это означает, что при этом соотношении CО2/СО начинает интенсивно разрушаться бумага в изоляции.

На основе проведенных исследований определена блок-схема диагностики высоковольтных конденсаторов с маслопропитанной бумажной изоляцией при заводских испытаниях и в эксплуатации (рис.18)

Отбраковка потенциально ненадежных конденсаторов предложенным способом на заводе-изготовителе позволяет повысить характеристики надежности выпускаемой продукции. На рис.19 показана зависимость интенсивности отказов для конденсаторов, прошедших и не прошедших отбраковку.

Проведенные исследования и внедренная методика позволили повысить показатели надежности конденсаторов более, чем в 1,5 раза, по сравнению с обычной практикой отбраковки конденсаторов.

Диагностика трансформаторов тока. В основу интерпретация результатов анализа газов в масле для всех видов высоковольтного маслонаполненного электрооборудования положен один и тот же принцип:



Рис. 18 Блок-схема диагностики конденсаторов при заводских испытаниях и в эксплуатации

Рис. 19. Зависимость интенсивности отказов от числа импульсов для конденсаторов, не прошедших отбраковку (1), и после отбраковки (2)

- сравнение текущих концентраций газов с их граничными значениями с целью выявления потенциально ненадежного оборудования;

- определение соотношений характерных пар газов для оценки вида и характера развивающегося повреждения;

- определение скорости нарастания концентраций газов для оценки степени опасности повреждения.

Оценку качества трансформаторов тока после проведения заводских приемо-сдаточных испытаний проводят путем сравнения измеренных значений концентраций растворенных в трансформаторном масле газов с допустимыми концентрациями, определенными для данного конкретного типа оборудования. При этом, в зависимости от конструкции трансформаторов тока и качества применяемых материалов, допустимые концентрации ГПРИ в различных типах трансформаторов тока могут отличаться. Для установления уровней концентраций газообразных продуктов разложения изоляции, растворенных в масле нормально работающих трансформаторов тока, автором накоплены статистические данные по результатам многолетнего обследования трансформаторов тока типа ТФРМ-500, установленных на АЭС РФ, в частности, Балаковской, Смоленской, Нововоронежской, Калининской и Кольской АЭС. В число обследованных вошли трансформаторы тока с различными конструктивными исполнениями узла защиты масла. Кроме того, имеются данные по концентрациям газов в герметичных трансформаторах тока типа IMB-550, эксплуатируемых на объектах ОАО «ФСК ЕЭС». В литературе приводятся аналогичные сведения для других типов измерительных трансформаторов, применяемых на энергетических объектах РФ.

Особенности конструкции исследуемых трансформаторов тока.

Конструкция трансформаторов тока типа IMB-550 является герметичной. Для компенсации температурного расширения масла применяются сильфонные компенсаторы тарельчатого типа. Изоляционная система является трехкомпонентной: бумага+масло+кварцевый песок.

Обследованные трансформаторы тока серии ТФРМ-500 имели три варианта конструкции узла герметизации. В связи с этим граничные концентрации определялись для трех групп ТТ - по конструкции узла герметизации. В первую группу вошли ТТ серии ТФРМ-500, система компенсации температурного расширения масла (СКТРМ) которых реализована в виде «мешка» из фторолоновой лакоткани в металлическом баке. Во вторую группу вошли ТТ, в которых СКТРМ реализована в виде «мембраны» из фторолоновой лакоткани или литой резины, и в третью группу - ТТ с резиновой диафрагмой между металлическими баками. Масло под и над диафрагмой сообщается через патрубки. Все обследованные ТТ были пропитаны маслом марки Т-750, поэтому выборка по типу масла не осуществлялась.

Всего под контролем находилось 85 единиц оборудования. Из каждого ТТ отбиралось по меньшей мере три пробы трансформаторного масла. Всего проведено 264 анализа. Следует отметить, что достоверность результатов анализа высока, т.к. все ТТ обследованы по единой методике пробоотбора, транспортировки, хранения и ввода пробы в хроматографическую систему. Все анализы проведены в одной лаборатории, одним оператором и на одном приборе. После завершения анализов масла из ТТ они проработали несколько лет. Выходов из строя не наблюдалось. Последнее обстоятельство подтверждает, что под контролем находились трансформаторы тока в бездефектном состоянии. В таблице 6 приведены расчетные значения граничных концентраций газов для исследованных ТТ.

Таблица 6 Расчетные значения граничных концентраций газов для ТТ типов ТФРМ 500 и IMB-550 при значении интегральной функции распределения 0,9

Тип ТТ	Тип защиты масла	Граничные концентрации, мкл/л
		H2	O2 х103	N2 х103	CH4	CO	CO2	C2H4	C2H6	C2H2
ТФРМ 500	1	6,2	27,5	70,5	8,8	1050	1400	25	2,4	0,57
	2	100	18,5	74,0	12	810	2300	20	9	1,1
	3	90	11,1	66,0	6,2	470	1600	3,8	2,3	2,3
IMB 550	4*	126	9,3	6,9	15,2	39,8	577	1,7	0	0

*- герметичная конструкция

Интересно отметить, что граничные концентрации водорода для ТТ типа ТФРМ-500 с системой защиты 2 и 3 и IMB-550 достаточно близки к значениям граничных концентраций для силовых трансформаторов на напряжение 110-500 кВ и реакторов на напряжение 750 кВ. В то же время значения граничных концентраций по ацетилену у ТТ и силовых трансформаторов отличаются практически на порядок. Достаточно близкие значения получаются по СО и СН4, а для некоторых конструкций силовых трансформаторов - и по СО2.

Таким образом, проведенные исследования показали, что значения граничных концентраций ГПРИ трансформаторов тока значительно отличаются даже для одного и того же типа ТТ и зависят от конструктивных особенностей и условий их эксплуатации.

При разработке диагностических схем необходимо учитывать конструктивные особенности трансформаторов тока. Так, например, при диагностике трансформаторов тока типа IMB-550 необходимо учитывать возможность утечки СО2 при нарушении герметичности одного или нескольких сильфонных компенсаторов. Кроме того, возможно образование водорода за счет протекания химических реакций между материалами, используемыми в конструкции трансформаторов тока. Образование газов за счет химических реакций или утечки СО2 из сильфонных компенсаторов можно учесть соответствующим выбором схемы диагностики.

Предлагаемую ниже схему диагностики трансформаторов тока типа IMB-550 можно рассматривать как дополнение к уже существующим схемам диагностики трансформаторного оборудования, т.к. алгоритм диагностики учитывает специфику конструкции указанных трансформаторов тока.

В приложениях представлены акты использования результатов диссертационной работы, отражающие степень и широту их внедрения.

Рис. 20. Схема диагностики трансформаторов тока типа IMB-550 с сильфонными компенсаторами

надежность высоковольтный электрооборудование изоляция

Заключение

Созданы научные основы физико-химической диагностики высоковольтного маслонаполненного электрооборудования с изоляцией конденсаторного типа. Они содержат следующие положения.

1. Разработан комплекс теоретических и экспериментальных методов исследования, процессов образования и распределения газообразных продуктов разложения изоляции и влаги в высоковольтном маслонаполненном электрооборудовании.

2. Проведены экспериментальные исследования причин и характера газообразования в трансформаторном масле и в комбинированной изоляции различных видов высоковольтного маслонаполненного электрооборудования, позволившие установить связь между газообразованием и эксплуатационной надежностью такого оборудования.

3. Предложены новые технические решения по усовершенствованию конструкции и технологии изготовления высоковольтного маслонаполненного электрооборудования, резко снижающие вероятность возникновения дефектов внутренней изоляции и обеспечивающие повышенную эксплуатационную надежность оборудования.

4. Усовершенствован принцип диагностики высоковольтных трансформаторов тока и силовых конденсаторов на базе хроматографического анализа газообразных продуктов разложения изоляции, позволивший предложить новые алгоритмы оценки состояния трансформаторов тока и конденсаторов при приемо-сдаточных испытаниях и в эксплуатации.

5. Разработаны теоретические основы создания устройств для отбора, хранения и транспортировки проб изоляционных жидкостей для проведения хроматографического анализа растворенных в них газообразных продуктов разложения изоляции.

Список основных публикаций по теме диссертации

Работы, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией РФ:

1. Аракелян В.Г. Разложение изоляционных жидкостей под действием частичных разрядов, тепла и ультразвукового поля / В.Г. Аракелян, Л.А. Дарьян, А.К. Лоханин // Электричество.-1988.- № 5.- С. 33-36.

2. Аракелян В.Г. Хроматографический метод диагностики высоковольтных импульсных конденсаторов при производстве / В.Г. Аракелян, Л.А. Дарьян, А.К. Лоханин // Электричество.-1992.- № 5.- С. 54-57.

3. Аракелян В. Г. Теория и практика создания Сигнализатора Горючих Газов для мониторинга маслонаполненного оборудования / В.Г. Аракелян, Л.А. Дарьян // Электротехника.-1997.- № 2.- С. 49-55.

4. Дарьян Л.А. Стойкость изоляционных жидкостей к газообразованию / Л.А. Дарьян, В.Г. Аракелян // Электротехника.-1997.- № 2.- С. 45-49.

5. Дарьян Л.А. Особенности разрушения изоляционных жидкостей под действием частичных разрядов. / Л.А. Дарьян, В.Г. Аракелян// Электротехника.-1997.- № 5.- С. 58-61.

6. Аракелян В.Г. Идеологическая и приборно-аналитическая база физико-химического диагностического контроля высоковольтного маслонаполненного электрооборудования / В.Г. Аракелян, Л.А. Дарьян// Электротехника.-1997.- №12.- С. 2-12.

7. Дарьян Л.А. Исследование процесса образования газообразных продуктов разложения изоляции в высоковольтных импульсных конденсаторах при проведении ресурсных испытаний / Л.А. Дарьян// Электротехника.-2000.- № 9.- С. 30-36.

8. Дарьян Л.А. Анализ качества устройства отбора проб, применяемых для хроматографического анализа газов, растворенных в изоляционных жидкостях /Л.А. Дарьян, С.М. Коробейников // Электричество.-2006.- № 12.- С. 62-64.

9. Бузаев В.В. Уточнение коэффициентов растворимости содержащихся в трансформаторном масле газов / В.В. Бузаев, Л.А. Дарьян, Ю.М. Сапожников // Электрические станции.-2006.- № 12.- С. 58-63.

10. Дарьян Л.А. Исследование механизма повреждения внутренней изоляции трансформаторов тока с «газовой подушкой» / Л.А. Дарьян// Электрические станции - 2008.-№ 5, с. 42-49.

11. Дарьян Л.А. Регистрация микропузырьков в трансформаторном масле / Дарьян Л.А., Дрожжин А.П., Коробейников С.М., Тесленко В.С., Аникеева М.А. // Письма ЖТФ. - 2008.- т.34, № 17, С.88-94..

12. Дарьян Л.А. Оценка изменения внутреннего давления в высоковольтном маслонаполненном электрооборудования с герметичными сильфонами / Л.А. Дарьян, С.М. Коробейников // Электричество. - 2008, №8.- С.64-65

Работы, опубликованные в ведущих журналах, сборниках научных трудов и докладов:

13. Дарьян Л.А. Схема и методика измерений интегральных характеристик частичных разрядов / Л.А. Дарьян, К.А. Зайцев //Сборник научных трудов ВЭИ. - 1989.- С. 107-110.

14. Дарьян Л.А. Кажущиеся заряды частичных разрядов в секционированных конденсаторах / Л.А. Дарьян, К.А. Зайцев //Сборник научных трудов ВЭИ. - 1989. С. 111-113.

15. Дарьян Л.А. Газообразование в изоляционных жидкостях при различных условиях развития частичных разрядов / Л.А. Дарьян // Сборник докладов 3-го Симпозиума “Электротехника, 2010 год”. М. 1995.- т.2.- С.150-153.

16. Аракелян В.Г. Автоматический хроматографический комплекс физико-химической диагностики электротехнического оборудования ELCHROM / В.Г. Аракелян, Л.А. Дарьян // Доклад № 3.10 на 4-м Симпозиуме “Электротехника, 2010 год”. М. 1997.

17. Дарьян Л.А. Оценка граничных концентраций газов в трансформаторах тока типа ТФРМ / Л.А. Дарьян // Доклад № 4.32 на 7-м Симпозиуме “Электротехника, 2010 год”. М. 2003.- С. 195-198.

18. Дарьян Л.А., Комплексный подход к решению проблем эксплуатационной надежности некоторых типов зарубежных измерительных трансформаторов / Л.А. Дарьян, Ю.А. Горюшин, В.А. Родионов // Доклад № П.05 на Симпозиуме Электротехника 2010. «Интеграция науки и производства». М. 2004.- С. 36-43.

19. Бузаев В.В. О необходимости единой системы физико-химической диагностики изоляции оборудования трансформаторных подстанций / Л.А. Дарьян, Ю.М. Сапожников, Ю.А. Деменьтьев, В.В. Смекалов, М.И. Чичинский // Энергетик. - 2004. - №11. - С. 9-12

20. Дарьян Л.А. Тенденции развития диагностики состояния оборудования в электроэнергетике России / Л.А. Дарьян, А.Г. Мордкович, В.В. Смекалов, В.А. Туркот //Доклад № Д4.01 на 8-ом Симпозиуме «Электротехника 2010». М. 2005.

21. Пинталь Ю.С. Современные системы диагностики и мониторинга состояния оборудования подстанций и ЛЭП. / Ю.С. Пинталь, Л.А. Дарьян, В.В. Смекалов //Сб. статей: Новые технологии для электрических сетей. М. Издательский дом МЭИ. 2006.- С. 152-166.

22. Дарьян Л. А. Растворимость газов в трансформаторных маслах / Л.А. Дарьян, В.В. Бузаев, Ю.М. Сапожников // Электро.-2006.- №6 .- С. 21-26.

23. Коробейников С.М. О возможности пузырькового механизма пробоя жидкой изоляции при переменном напряжении / С.М. Коробейников, Л.А. Дарьян, А.В. Мелехов // В сб. «Физика импульсных разрядов в конденсированных средах». Николаев. 2007. Изд-во «Атолл».- С.123-126.

24. Дарьян Л.А. Анализ качества устройства отбора проб, применяемых для хроматографического анализа газов, растворенных в изоляционных жидкостях / Л.А. Дарьян, С.М. Коробейников // Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования. Вып. 30, под ред. Таджибаева А.И. - СПб.: ПИПЭК. 2006.- С.69-82.

25. Дарьян Л.А. Оценки диффузионных процессов в маслонаполненном электрооборудовании / Л.А. Дарьян, С.М. Коробейников // Научный вестник НГТУ.-2007.- № 2(27). - С. 131-142.

26. Дарьян Л.А. Кавитационный механизм старения маслопропитанной изоляции конденсаторного типа при переменном напряжении / Л.А. Дарьян // Научный вестник НГТУ.-2007.- № 4(29). - С. 119-132.

Стандарты организаций, патенты и авторские свидетельства:

27. А.с. № 1681682. Способ контроля качества высоковольтных импульсных конденсаторов, пропитанных минеральным маслом. /Дарьян Л.А., Аракелян В.Г., Лоханин А.К.// Зарегистрирован в государственном реестре изобретений СССР 01.06.1991г.

28. А.с. № 1764089. Самовосстанавливающийся электрический конденсатор. /Дарьян Л.А., Актарян Е.Г., Хачатрян П.О., Геворкян М.П., Арутюнян А.А. //Зарегистрирован в государственном реестре изобретений СССР 22.05. 1992г.

29. Патент № 48065. Жидкостный пробоотборник. /Дарьян Л.А. //Зарегистрирован 10.09.2005 года, бюл. №25.

30. Линт М.Г. Положение о Технической политике ОАО «ФСК ЕЭС» / М.Г. Линт, Л.А. Дарьян, Ю.А. Дементьев, Ю.А. Горюшин и др. // Изд. ООО ДиалогЭлектро. М. 2006.

31. Бузаев В.В. Методические указания по определению содержания кислорода и азота в трансформаторных маслах методом газовой хроматографии / В.В. Бузаев, Л.А. Дарьян, Ю.М. Сапожников, Н.Ю. Смоленская // Стандарт организации. М. 2007.

32. Дарьян Л.А. Общие технические требования к системе мониторинга трансформаторного оборудования / Л.А. Дарьян Л.А., А.Г. Мордкович, Г.М. Цфасман, А.М. Маргулян // Стандарт организации. М. 2007.

Работы, опубликованные в сборниках трудов Международных конференций:

33. Darian L.A. Diagnostics of High-Voltage impuls capacitors during the production on the basis of chromatographic analysis of gaseous insulation decomposition products / L.A. Darian, V.G. Arakelyan, A.K. Lokhanin // 7-th International Symposium on High-Voltage Engineering. Drezden, 1991,V.2, p.337-339.

34. Darian L.A. Gas formation in insulation liguids under the stress of partial discharges, heat and ultrasonics / L.A. Darian, V.G. Arakelyan, A.K. Lokhanin // Diagnostics of their behaviour. Pros. 3rd Internat. Conf. Prop. and Applic. Dielectr. Mater.”. July 8-12, 1991, Tokyo, p.890-893.

35. Darian L.A. The Aging Cavitational Mechanism of High-Voltage Oil-Filled Insulation / L.A. Darian, V.G. Arakelyan// IEE Intern. Conf. on Properties and Applications of Dielectric Materials, 25-30 May, 1997. Paper 03 Р 12. Seoul, Korea.

36. Darian L.A. Phisico-Chemical Diagnostics for Oil-Filled Electrical Equipment on the Basis of an Intellectual Automatic Complex / L.A. Darian, V.G. Arakelyan // Proceedings of Electrical Insulation Conference and Electrical Manufacturing and Coil Winding Conference (EIC/EMCW 97). September 22-25, 1997, p. 542-547, Chicago, Ilinois.

37. Darian L.A. Effect of Ultrasonic Stress on Insulating Fluids / L.A. Darian, V.G. Arakelyan, E.A. Gourkovskaia // Proceedings of Electrical Insulation Conference and Electrical Manufacturing and Coil Winding Conference (EIC/EMCW 97). September 22-25, 1997, p. 553-556, Chicago, Illinois.

38. Darian L.A. Autimated Intellectual Complex «ELCHROM» for operate physico-chemical diagnostics of working oil-filled electrical equipment / L.A. Darian, V.G. Arakelyan // CWIEME.1998. Berlin.

39. Darian L.A., Arakelyan V.G. Problem and achievement a physico-chemical diagnostics of oil-filled electrotechnical equipment / L.A. Darian, V.G. Arakelyan // CWIEME. 1998. Berlin.

40. Darian L.A. Investigation of gas formation process of gaseous decomposition products of insulation in high-voltage impulse capacitors during life tests / L.A. Darian // Proceedings of Electrical Insulation Conference and Electrical Manufacturing and Coil Winding Conference (EIC/EMCW 99).

41. Darian L.A. Influence of the gas tight samplers of insulating oil on the accuracy of GC analysis / L.A. Darian, J.S. Sung // 13 International Symposium on High Voltage Engineering. Netherlands 2003. Millpress. Rotterdam. ISBN 90-77017-79-8.

42. Darian L.A. Analysis of dissolved gases extraction processes in transformer oil for chromatography / L.A. Darian, S.M. Korobeynikov // Proceed. of International Forum for Strategic Technologies, 2007, Ulaan-Baatar, p.261-264.

Размещено на Allbest.ru

...