Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт - ИШЭ

Направление - Электроэнергетика и электротехника

«Особенности конструкции ,назначение, диагностика высоковольтных вводов»

По дисциплине: УИРС

Исполнитель:

Жураев А.К

Руководитель:

Кривова Л.В

Томск - 2020

Оглавление

Введение

1. Конструкция и особенности высоковольтных вводов

1.1 Конструкция маслобарьерных вводов

1.2 Ввод конденсаторного типа

1.3 Вводы с твёрдой изоляцией

2. Достоинства и недостатки БМИ

3. Техническое обслуживание вводов: осмотры ,ремонты

3.1 Осмотр вводов

3.2 Ремонт

3.3 Причины выхода из строя

Заключение

Введение

Высоковольтные вводы являются одним из важнейших конструктивных элементов трансформаторов и предназначены для соединения обмотки трансформатора с проводом или шиной внешней электрической цепи. Ввод обеспечивает механическое крепление токоведущего проводника и необходимый уровень электрической прочности конструкции. По виду внутренней изоляции вводы разделяются на: вводы с бумажно-масляной изоляцией; вводы с твердой изоляцией (бумага пропитанной компаундом, и бумага, покрытая смолой -- твердая изоляция конденсаторного типа); вводы с маслобарьерной изоляцией; вводы с элегазовой изоляцией.

В энергосистеме на силовых трансформаторах эксплуатируются вводы первых двух типов -- это герметичные и негерметичные маслонаполненные вводы (МТ, БМТ, ГБМТ), а также вводы с твердой изоляцией конденсаторного типа (ГТТА, ГТТБ).

Вводы БМТ, МТ -- это вводы с бумажно-масляной изоляцией. Остов ввода изготавливается намоткой на трубу кабельной бумаги. Он размещается в герметичной полости ввода, образуемой покрышками, соединительной втулкой и другими конструктивными элементами; такая полость заливается маслом. Масло пропитывает остов и заполняет промежутки между остовом и элементами, образующими герметичную полость.

Конструкции реальных вводов, особенно высших классов напряжения, значительно сложнее. Они содержат еще ряд узлов, обеспечивающих необходимые технико-экономические показатели, в том числе высокие эксплуатационные качества.

Основная особенность вводов состоит в том, что в исходной, простейшей конструкции электрическое поле сильно неоднородно в радиальном и осевом направлениях. Вследствие этого оказывается невозможным создание вводов на напряжения 110 кВ и более, с удовлетворительными габаритами и другими параметрами, без применения специальных мер регулирования электрического поля.

Электрическая прочность изоляционного тела на участках около краев втулки из-за резко неоднородного поля оказывается наименьшей. Здесь же в воздухе при относительно низком напряжении возникает коронный разряд, который при рабочем напряжении недопустим, так как является мощным источником радиопомех и оказывает разрушающее воздействие на изоляционное тело ввода.

1. Конструкция и особенности высоковольтных вводов

1.1 Конструкция маслобарьерных вводов

Конструкция маслобарьерных вводов (рис.1) состоит из верхней и нижней фарфоровых покрышек, внутри которых проходит токоведущий стержень с цилиндрами, пространство между которыми заполнено трансформаторным маслом. Соединение покрышек между собой осуществляется с помощью армированных фланцев. Для регулирования напряжённости электрического поля изолирующего промежутка вводов на бумажно-бакелитовые цилиндры зачастую накладывают уравнительные прокладки, поверх которых наносится бумажное покрытие. Во вводах с выводами для подключения ПИН на последний цилиндр изоляционного каркаса предварительно наносят два-три слоя бумаги, поверх которой накладывают металлическую обкладку - фольгу. На фольгу наматывают несколько слоёв бумаги в зависимости от необходимой ёмкости измерительного конденсатора. Затем накладывают вторую металлическую обкладку, которую, так же как и первую, с помощью гибкого проводника выводят наружу ввода.

Рисунок 1.Ввод с маслобарьерной изоляцией

1- контактный зажим; 2 - дыхательная трубка; 3 - расширитель; 4, 8, 13, 15- фланцы; 5 - верхняя покрышка; 6- дистанцирующая шайба; 7- заземлённый экран; 9 - внутренний цилиндр; 10 - соединительная втулка; 11 - токоведущая труба с бумажной подмоткой; 12 - внешний цилиндр; 14 - нижняя покрышка.

1.2 Ввод конденсаторного типа

У вводов конденсаторного типа с бумажно-масляной изоляцией остов выполнен из кабельной бумаги, разделённой на слои уравнительными обкладками и пропитанной трансформаторным маслом. Для уменьшения напряжённости электрического поля, улучшения охлаждения и снижения tgд в первых слоях изоляции остова вводов наложение бумагиобычно производится на бакелитовый цилиндр, внутри которого проходит токоведущая труба.

Рисунок 2 Ввод С БМИ

У вводов с выводом для подключения ПИН измерительная и заземляемая обкладки выполняются из медной фольги.Вводы негерметичного исполнения для трансформаторов, реакторов и масляных выключателей имеют изоляционный остов, намотанный на центральную медную трубу или бакелитовый цилиндр, верхнюю и нижнюю фарфоровые покрышки, соединительную втулку, расширитель с масляным затвором и воздухоосушителем, стяжное пружинное устройство, маслоуказатель и другие детали. У вводов герметичного исполнения компенсация температурного изменения.

1 - контактный зажим; 2 - расширитель; 3-пружина стяжного устройства; 4 - маслоуказатель; 5 верхняя покрышка; 6 - изоляционный остов; 7 - измерительный вывод; 8 -соединительная втулка; 9 - нижняя покрышка; 10 -- труба

1.3 Вводы с твёрдой изоляцией

Применение твёрдой бумажной изоляции позволяет выполнять изоляционный остов монолитным и исключить нижнюю фарфоровую покрышку. Конструктивно ввод с твёрдой изоляцией состоит из трёх частей: сердечника с металлической трубой, соединительной втулки и фарфоровой покрышки со стяжным устройством. Внутренний сердечник (остов) вводов выполнен из твёрдой бумажной изоляции, изготовленной путем намотки на центральную металлическую трубу лакированной бумаги с последующей запечкой. Бумажная намотка разделена на слои уравнительными обкладками из графита. На изоляционный остов горячимспособом посажена соединительная втулка. Верхняя часть изоляционного остова до соединительной втулки закрыта фарфоровой покрышкой.

Пространство между остовом и покрышкой залито трансформаторным маслом. Нижняя часть изоляционного остова ввода не имеет фарфоровой покрышки на время транспортирования и хранения закрывается бакелитовым кожухом. Компенсация объёмного расширения масла при изменении температуры осуществляется воздушной подушкой в головке ввода. Конструкция ввода неразборная

Рис. З. Ввод 110 кВ с твёрдой изоляцией.

1 -- защитный колпак; 2 -- фарфоровая покрышка; 3 -- трансформаторное масло; 4 -- изоляционный остов; 5 -- измерительный вывод; 6 -- нижняя часть изоляционного остова: 7 -- защитный цилиндр; 8-- осушитель воздуха; 9 -- полиэтиленовый мешок.

2. Достоинства и недостатки БМИ

Исходными материалами для изготовления бумажно-масляной изоляции (БМИ) служат кабельная или конденсаторная бумага и минеральное масло (трансформаторное, кабельное, конденсаторное).

Бумажно-масляная изоляция многослойная. В такой изоляции случайный дефект твердого диэлектрика (бумаги) заведомо ограничен пределами одного слоя и многократно перекрывается другими слоями; вероятность совпадения дефектов в нескольких слоях оказывается ничтожно малой.

После плотной намотки необходимого числа слоев бумаги изоляция подвергается сушке под вакуумом при температуре 100--120 °С до остаточного давления 0,1--10 Па. Затем под вакуумом производится пропитка тщательно дегазированным маслом.

В силу отмеченных особенностей структуры БМИ имеет высокую кратковременную и длительную электрические прочности при больших толщинах и объемах изоляционной конструкции. По этому показателю она превосходит все другие виды внутренней изоляции, используемые в широких промышленных масштабах.

К числу достоинств БМИ относятся малые диэлектрические потери при частоте 50 Гц, возможность механизации процесса наложения слоев бумаги, относительно низкая стоимость.

Недостатками БМИ являются невысокая допустимая рабочая температура (не более 90 °С), горючесть.

В настоящее время разновидности БМИ широко используются во многих видах оборудования высокого напряжения: в силовых конденсаторах разного назначения, во вводах на напряжения от ПО до 1150 кВ, в силовых кабелях с номинальными напряжениями от 35 до 500 кВ, в силовых трансформаторах, автотрансформаторах и реакторах (в качестве витковой изоляции), в измерительных трансформаторах тока высших классов напряжения. Проблема образования и развития частичных разрядов (ЧР) в изоляции маслонаполненного оборудования высокого, сверхвысокого и ультравысокого напряжений в условиях его эксплуатации представляет большой интерес как для персонала, эксплуатирующего оборудование, так и для разработчиков оборудования и исследователей электрической изоляции. ЧР представляют большую опасность для изоляции из-за быстрого ее разрушения в локальных зонах и последующего пробоя изоляционных промежутков. Традиционно считается, что в изоляции трансформаторного оборудования, выдержавшего испытания в условиях завода-изготовителя, в том числе на отсутствие ЧР, превышающих нормированный уровень, в условиях эксплуатации ЧР возникают вследствие внесения дефектов в виде металлических и газовых включений, например, из системы охлаждения. При этом предполагается, что выполненные испытания отражают те наиболее опасные воздействия, которые могут быть при эксплуатации этого оборудования. В основном все виды испытаний представлены в нормативно-технических документах [1-11] и в большей степени относятся к электрической изоляции как главному элементу высоковольтного оборудования, определяющему его эксплуатационную надежность. Представляет интерес рассмотреть более детально влияние эксплуатационных воздействий на образование и развитие локальных дефектов в так называемой «бездефектной» изоляции и выяснить возможность образования в ней ЧР Электрическая изоляция трансформаторов тока и вводов является композиционной, состоящей из твердого диэлектрика (бумага, электротехнический картон) и жидкого диэлектрика (трансформаторное масло). Электрическая прочность бумажно-масляной изоляции и масла существенно зависит от таких эксплуатационных факторов, как нагрев и увлажнение (рис. 1-4) (рис. 1-4)

высоковольтный конденсаторный влагосодержание трансформатор

Рис. 1. Зависимость электрической прочности бумаги от степени сушки

Электрическая прочность хорошо высушенной бумажно-масляной изоляции практически не зависит от температуры в диапазоне от -40 °С до +120 °С. Плохо высушенная бумажно-масляная изоляция и даже незначительно увлажненное масло снижают свою электрическую прочность. Фазовый переход содержащейся в масле влаги при снижении температуры в область +10 -- -20°С приводит к уменьшению электрической прочности масла более чем в 2 раза.

Рис.2. Зависимость электрической прочности бумажно-масляной изоляции от температуры

В изоляции трансформаторов тока и вводов, имеющих удовлетворительные характеристики, всегда содержатся масляные прослойки или газовые пузырьки. При этом масляные прослойки могут иметь протяженный вид или вид диэлектрических клиньев (рис. 5).

Рис. 3. Зависимость электрической прочности масла от влагосодержания

Рис. 4. Зависимость электрической прочности масла от температуры

Рис. 5. Структура фрагментов бумажно-масляной изоляции

В бумажно-масляной изоляции максимальная толщина масляных прослоек может достигать одной или двойной толщины бумажной ленты. Газовые пузырьки имеют диаметр в диапазоне от десяток до сотен мкм . Результаты выполненных исследований и опыт эксплуатации маслонаполненного высоковольтного оборудования позволяют более детально представлять процессы образования и развития ЧР в изоляции и необходимость уточнения требований к методике испытания вводимого в эксплуатацию оборудования в части воздействия на его изоляцию перенапряжений в условиях низких температур с одновременной реги страцией ЧР.

3. Техническое обслуживание вводов: осмотры ,ремонты

3.1 Осмотр вводов

Производится эксплуатационным персоналом одновременно с осмотром оборудования, на котором установлены вводы.

При внешнем осмотре маслонаполненных вводов, производимом без снятия напряжения, необходимо обращать внимание на:

- уровень масла во вводе по маслоуказательному стеклу расширителя;

- значение давления масла во вводе (по манометру)

- целость фарфора, отсутствие сколов, трещин;

- отсутствие течей масла в местах стыков и уплотнений;

- степень загрязнения изоляции;

- отсутствие потрескиваний, звуков разрядов и т.д.;

- состояние и цвет силикагеля в воздухоосушительном фильтре.

При текущем ремонте трансформаторов, реакторов, выключателей производится осмотр вводов. Дополнительно проверяется надёжность заземления выводов от последней и предпоследней (при ее наличии) обкладок, состояние цементных швов у маслобарьерных вводов, состояние уплотнений негерметичных вводов, усилие затяжки гаек контактной шпильки. Вводы, проработавшие 20 лет и более, у которых обнаружены признаки общего ухудшения состояния внутренней изоляции, замена масла не является достаточно эффективной мерой, рекомендуется заменять. Вводы, забракованные по составу растворенных в масле газов, должны заменяться незамедлительно

3.2 Ремонт

Негерметичные вводы.

При необходимости производится доливка масла во ввод. Замена масла в гидравлическом затворе производится через отверстия в расширителе ввода. При необходимости следует произвести ревизию воздухоосушительного фильтра с обновлением индикаторного силикагеля при признаках его увлажнения. Необходимо установить нормальный уровень масла во вводе. При температуре 15-20 °С уровень масла в маслоуказателе должен составлять 2/3 высоты маслоуказательного стекла.Замена масла в гидравлических затворах негерметичных вводов должна производится в сроки:

- у вводов 110-220 кВ, не имеющих воздухоосушительных фильтров, - не реже одного раза в два года;

- у вводов 110-220 кВ, имеющих воздухоосушительные фильтры - не реже одного раза в четыре года;

Герметичные вводы.

Во время осмотров оборудования распредустройств необходимо контролировать значение давления во вводе.Значение давления во вводе, температура верхних слоёв масла в трансформаторе или реакторе и температура окружающего воздуха должны быть зафиксированы в эксплуатационных документах не менее четырёх раз в год. Необходимо следить за тем, чтобы давление масла во вводе находилось в пределах 0,02-0,25 МПа (0,2-2,5 кгс/см2). На щитах управления ПС должны быть в инструкции по эксплуатации оборудования графики зависимости давления масла во вводе от температуры.На стекле шкалы манометра должны быть нанесены предельные отметки, соответствующие этим значениям давления.При повышении давления во вводе выше предельного значения его необходимо снизить. При снижении давления во вводе ниже допускаемого значения необходимо подкачать во ввод масло.При обнаружении течи масла она устраняется. При повышении давления выше предельных значений необходимо произвести внеочередные измерения tgd и С1 и провести хроматографический анализ растворенных в масле газов. Если измерения покажут ухудшение характеристик изоляции, ввод должен быть демонтирован и заменён резервным. При необходимости пробу масла из герметичного ввода можно отбирать без разгерметизации ввода. После отбора пробы необходимо отрегулировать давление масла во вводе.

Вводы с твёрдой изоляцией.

При периодических осмотрах вводов следует обращать внимание на отсутствие течи масла и целость фарфоровой покрышки. Измерение характеристик изоляции у вводов без измерительного вывода производится только при капитальном ремонте трансформатора на демонтированном вводе. Доливку вводов необходимо производить маслом той же марки, которым он был залит на заводе-изготовителе. Масло для доливки должно отвечать требованиям «Объёма и норм испытания электрооборудования» и иметь пробивное напряжение не ниже 60 кВ для вводов на напряжение до 500 кВ. Влагосодержание - не более 10 г/т. Масло, предназначенное для доливки в герметичные вводы, должно бытьдегазировано при вакууме с остаточным давлением не более 666,5 Па (5 мм рт.ст.) в течение 4 ч на каждые 50 л обрабатываемого масла.

При проведении текущего ремонта необходимо проверить:

- состояние уплотнений и отсутствие течи масла;

- надёжность заземления специальных и измерительных выводов;

- правильность установки пробок расширителя;

- надёжность контактных соединений;

- наличие пломб на вентилях гидравлической системы, их положение, состояние манометра и т.п.;

- состояние воздухоосушительного фильтра.

Капитальные ремонты вводов производятся только в заводских условиях.

3.3 Причины выхода из строя

Статистика аварийности силовых трансформаторов за последние годы показала, что около 50 % повреждений трансформаторов связано с маслонаполненными высоковольтными вводами. По имеющимся данным удельная повреждаемость трансформаторных вводов незначительна и не имеет тенденции к увеличению. Однако задача определения причин выхода из строя вводов с целью повышения их надёжности весьма актуальная, так как снижение повреждаемости вводов может дать заметный экономический эффект особенно с ростом единичных мощностей электрооборудования.

Установить непосредственную причину повреждения ввода весьма затруднительно из-за значительного разрушения, как самого ввода, так и элементов трансформатора в месте установки.

Первоначально предполагалось, что повреждения вводов связаны в основном с нарушениями технологии их изготовления либо с их конструктивными особенностями. Однако в результате исследований конструкции и технологии не было установлено явной связи между технологическими и конструктивными особенностями вводов и их повреждаемостью в эксплуатации. Вместе с тем было отмечено изменение характера зависимости повреждаемости вводов от длительности эксплуатации и качества используемых материалов при изготовлении. Причём у каждого ввода ресурс эксплуатации определялся индивидуальной функцией зависящей от параметров эксплуатации: величин перенапряжений, тока нагрузки, температуры рабочей среды, влажности воздуха, количества и величины сквозных т. к. з., а также уровня обслуживания.

На основании уже имеющихся экспериментальных и расчётных данных можно полагать, что первопричиной ползущих разрядов являются ЧР, возникновение которых может быть связано со следующими механизмами:

1. наличием примесных частиц в заливаемом масле или образовавшихся в процессе старения, их скоплением в местах с неоднородной конфигурацией электрического поля;

2. перераспределением электрических полей из-за резко отличающихся значений поверхностной проводимости изоляционного остова, покрышки с налётом и без него,

3. объёмной проводимости масла;

4. электрохимической природой образования древовидных токопроводящих следов в осадке на поверхности фарфора.

Следует отметить, что только при наличии осадка на поверхности фарфора механизмы возникновения ЧР могут приводить к медленному развитию ползущего разряда. Все вышеуказанные факторы приводят к пробою основной изоляции ввода или поверхностным перекрытиям и, как следствие, разрушению фарфоровой рубашки ввода с возгоранием масла.

Заключение

Высоковольтный ввод представляет собой конструкцию с внешней и внутренней изоляцией. Конструкция внутренней изоляции оказывает большое влияние наобщие характеристики изоляции высоковольтного ввода. Изоляция и качество ее изготовления во многом определяют надежность и, соответственно, эксплуатационный ресурс высоковольтного ввода. Линии электропередач, трансформаторные подстанции - устройства длительного пользования, и значительная часть работающего сегодня оборудования введена в эксплуатацию ещё в прошлом веке. При его техническом обслуживании, модернизации зачастую возникает необходимость замены отдельных элементов. В последние годы в России наметилась тенденция по замене высоковольтных вводов с бумажно-масляной и RBP-изоляциями на высоковольтные вводы с твердой RIP-изоляцией

Размещено на Allbest.ru