авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

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

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Дарьян Леонид Альбертович

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО МАСЛОНАПОЛНЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ С ИЗОЛЯЦИЕЙ КОНДЕНСАТОРНОГО ТИПА

05.14.12 – Техника высоких напряжений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новосибирск - 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирском государственном техническом университете».

Научный консультант: доктор физико-математических наук, с.н.с.

Коробейников Сергей Миронович

Официальные оппоненты: академик РАН, доктор

физико-математических наук, профессор

Григорян Самвел Самвелович

доктор технических наук, профессор

Овсянников Александр Георгиевич

доктор технических наук, профессор

Ушаков Василий Яковлевич

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Объединенный институт высоких температур РАН

Защита диссертации состоится 07 мая 2009 г. в 10 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.173.01 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, д. 20

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан «____»___________2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета__________________________________Тимофеев И.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Надежная работа электрооборудования подстанций (ПС) является одним из основных факторов, определяющих стабильное электроснабжение объектов народного хозяйства. Ежегодный рост электропотребления на 2-5% по регионам Российской Федерации и на 10-15% по Москве и Московской области при резком повышении требований к надежности и долговечности оборудования в соответствии с «Концепцией технической политики ОАО РАО «ЕЭС России» (Москва, 2005 г.), «Стратегией развития единой национальной электрической сети», одобренной решением Совета директоров ОАО «ФСК ЕЭС» от 24.12.2003 г. № 13 и «Положением о технической политике ОАО «ФСК ЕЭС»» (Москва, 2006 г.), ставит новые задачи по повышению эксплуатационной надежности оборудования ПС и линий электропередачи.

В настоящее время как в России, так и во всем мире, сложилась тенденция «старения» парка электрооборудования, в первую очередь - наиболее ответственного и дорогостоящего трансформаторного оборудования. Так, например, для высоковольтного маслонаполненного электрооборудования (МНЭО) по объектам ОАО «ФСК ЕЭС» ситуация выглядит следующим образом. Относительное количество автотрансформаторов и шунтирующих реакторов, нормированный срок службы которых исчерпан, составляет от 18% до 45% в зависимости от класса напряжения, причем тенденция к «старению» оборудования продолжается. По другим видам высоковольтного МНЭО ситуация аналогична: около половины парка оборудования работает сверх нормированного срока службы. И одной из возникших на современном этапе стратегических задач является оценка возможности продолжения эксплуатации оборудования по истечении нормированного срока его службы. Принятие оптимального решения в этом случае основывается на экономической целесообразности: стоимость замены оборудования стоимость и достоверность результатов диагностического обследования, в том числе установка систем непрерывного контроля (мониторинга) стоимость восстановительного (текущего или капитального) ремонта по результатам диагностического обследования ущерб в результате отказа оборудования.



В условиях рыночных отношений изменилась и идеология системы обслуживания оборудования - энергопредприятия отказались от плановой замены и ремонта электротехнического оборудования, и перешли на систему обслуживания «по состоянию».

Важно еще отметить, что возникающие в последнее время повреждения высоковольтного МНЭО на объектах электроэнергетики России зачастую не связаны с износом электрооборудования. Аварийность нового (ранее не применявшегося) электрооборудования бывает иногда выше по сравнению с аналогичным оборудованием, находящимся в эксплуатации значительное время. Поэтому в условиях либерализации рынка оборудования на первый план выходит задача недопущения на объекты энергетики нового, но некачественного оборудования. Одним из путей решения этой задачи является создание системы аттестации нового оборудования. В ОАО «ФСК ЕЭС» действует такая система, которая должна «отфильтровывать» некачественное оборудование, планируемое к эксплуатации впервые. Однако существующие методы и методики оценки состояния и качества оборудования, а также объем проводимых его испытаний не позволяют в полной мере решить поставленную задачу. Об этом свидетельствуют факты высокой аварийности некоторых типов нового оборудования в начальный период эксплуатации. Подчеркнем, что при этом объем и результаты всех видов проведенных испытаний (типовых, периодических и приемо-сдаточных) полностью удовлетворяли предъявляемым нормативно-технической документацией требованиям.

Анализ опыта эксплуатации высоковольтного МНЭО показывает, что в результате несвоевременного выявления дефектов оборудования увеличивается вероятность развития тяжелых последствий. При этом возрастает объем и длительность проводимых ремонтных работ на энергообъектах.

Предупреждение возникновения серьезных техногенных аварий и катастроф обусловливает необходимость применения более достоверных диагностических решений и обоснованного прогноза работоспособности ответственных конструкций и оборудования.

В создавшихся условиях стратегической линией развития электротехники и электроэнергетики является разработка эффективных диагностических систем – средств и методов диагностики, позволяющих подтверждать работоспособность оборудования (бездефектное состояние) или обнаруживать повреждения на ранней стадии их развития (рабочее состояние) и, в конечном счете, оценивать остаточный срок службы.

Высоковольтное МНЭО относится к дорогостоящим и ответственным элементам систем электроснабжения. Электрические, тепловые, механические и другие виды воздействий на оборудование приводят к протеканию необратимых процессов - химических реакций с образованием химических соединений, приводящих к изменению физико-химических и механических свойств материалов - к их старению. Диагностика состояния высоковольтного МНЭО основана на установлении взаимосвязи между регистрируемыми изменениями физико-химических, электрических, механических и других свойств элементов конструкции высоковольтного МНЭО и параметрами его надежности, в частности и остаточным сроком службы.

В большинстве видов современного высоковольтного МНЭО применяется традиционная бумажно-масляная изоляция (БМИ) и используются трансформаторные масла различных марок и химического состава. В некоторых типах высоковольтных вводов и конденсаторов в качестве изоляционной жидкости используются синтетические углеводородные соединения вместо трансформаторного масла. Физико-химические изменения в молекулах углеводородных соединений связаны с разрывом связей С-С и С-Н и протеканием радикальных реакций с образованием простых газообразных продуктов разложения изоляции (ГПРИ) и сложных высокомолекулярных соединений – спиртов, мыл, органических кислот. Разрушение бумаги связано с процессами дегидратации, приводящими к образованию фурановых соединений и воды, а также окислов углерода.

Новые методики и средства диагностического анализа, позволяющие повысить его эффективность, должны разрабатываться с учетом особенностей механизмов возникновения и развития различных видов дефектов. Диагностика должна обеспечивать своевременный вывод дефектного оборудования из эксплуатации и предотвращать его аварийный выход из строя. Эффективность оценки состояния оборудования во многом определяется информативностью диагностических критериев, разработанных на основе теоретических и экспериментальных исследований причин и механизмов выхода из строя оборудования, и возможностью математического моделирования процессов старения. Таким образом, изучение механизма образования и характера дефектов, развившихся в результате электрических, тепловых, механических и других видов воздействий на внутреннюю изоляцию высоковольтного МНЭО является важнейшей задачей, направленной на создание высоконадежного электротехнического оборудования и повышение эффективности его диагностики.

Бурное развитие высокочувствительных средств и методов физико-химического анализа трансформаторного масла позволяет рассматривать его как наиболее информативную среду для оценки состояния высоковольтного маслонаполненного электрооборудования. Физико-химический анализ трансформаторного масла позволяет обнаруживать до 70% дефектов внутренней изоляции МНЭО. Особое место по чувствительности и эффективности использования результатов измерений для диагностики МНЭО занимает хроматографический анализ ГПРИ, растворенных в трансформаторном масле.

Большой вклад в исследование характера отказов высоковольтного МНЭО и разработку методов интерпретации результатов хроматографического анализа ГПРИ внесли отечественные ученые (Липштейн Р.А., Кучинский Г.С., Аракелян В.Г., Морозова Т.И., Пинталь Ю.С.,) и зарубежные исследователи (Дюваль, Роджерс, Дорненбург и др.).

Изложенное обусловило актуальность решения крупной практической задачи по дальнейшему предотвращению аварий, связанных с применением высоковольтного МНЭО, в частности, новых типов высоковольтных трансформаторов тока и силовых конденсаторов, опыт эксплуатации которых в условиях РФ отсутствовал. Одним из путей решения этой научной проблемы, имеющей важное практическое значение, является создание научных основ физико-химической диагностики высоковольтного МНЭО.

Таким образом, имеется проблема, состоящая в недостаточной эффективности оценки состояния высоковольтного МНЭО на электроэнергетических предприятиях отрасли. Поэтому исследования механизма выхода из строя оборудования и создание на их основе расчетных методик оптимизации конструкции оборудования, а также методического и приборно-аналитического обеспечения диагностики состояния высоковольтного МНЭО актуальны.

Цель работы – разработка методов повышения надежности, долговечности и безопасной эксплуатации высоковольтного маслонаполненного электрооборудования на основе решения комплекса физико-химических задач, связанных с образованием ГПРИ, и задач оптимизации конструкции оборудования, с одной стороны, и повышения эффективности диагностики - с другой.

Задачи исследований включали:

- разработку комплекса теоретических и экспериментальных методов изучения процессов образования и распределения газообразных продуктов разложения изоляции и влаги в объемах высоковольтного маслонаполненного электрооборудования;

  • проведение экспериментальных исследований газообразования в трансформаторном масле и комбинированной изоляции различных типов («бумага + трансформаторное масло», «бумага + трансформаторное масло + кварцевый песок», «полипропиленовая пленка + синтетическая изоляционная жидкость»);
  • создание математической модели процессов распределения и перемещения газов в высоковольтном МНЭО, а также в устройствах для отбора и хранения проб изоляционной жидкости, извлечения растворенных в них газов;
  • формулировка требований и усовершенствование методического и приборно-аналитического обеспечения хроматографического анализа газообразных продуктов разложения изоляции, растворенных в изоляционной жидкости;
  • усовершенствование принципа диагностики высоковольтных конденсаторов на базе хроматографического анализа газообразных продуктов разложения изоляции и разработка на этой основе метода оценки состояния силовых конденсаторов при приемо-сдаточных испытаниях и в процессе эксплуатации;
  • уточнение алгоритма диагностики высоковольтных трансформаторов тока на основе хроматографического анализа газообразных продуктов разложения изоляции.

Методы исследований. Решение поставленных задач было осуществлено на основе теоретического и экспериментального методов исследований.





Теоретический метод включает: анализ механизмов выхода из строя внутренней изоляции высоковольтного МНЭО; оценку динамики развития микропузырьков под действием частичных разрядов (ч.р.) при переменном напряжении; анализ процессов диффузии газов и влаги в объемах маслонаполненного оборудования и в устройствах для отбора проб трансформаторного масла и проведения анализа газообразных продуктов разложения изоляции; создание методик эксплуатационного и заводского контроля состояния высоковольтного маслонаполненного электрооборудования, в частности, силовых конденсаторов и трансформаторов тока на основе результатов хроматографического анализа газов, растворенных в изоляционной жидкости.

Экспериментальный метод включает: разработку лабораторных установок и изучение динамики газообразования в изоляционной жидкости и в бумажно-масляной изоляции конденсаторного типа при возникновении в них ч.р. различной интенсивности; определение условий возникновения ч.р. в герметичном высоковольтном оборудовании с бумажно-масляной изоляцией при снижении давления в нем; изучение механизмов выхода из строя внутренней изоляции конденсаторного типа на примере трансформаторов тока и силовых конденсаторов; определение растворимости газов в различных типах трансформаторных масел и других видов изоляционных жидкостей; определение микропузырьков в трансформаторном масле и оценку их размеров в зависимости от степени чистоты масла; проведение натурных испытаний высоковольтных конденсаторов и трансформаторов тока по специальным методикам.

Эмпирический метод включает выдвижение статистической гипотезы, в частности, для прогнозирования сроков службы высоковольтных импульсных конденсаторов в зависимости от концентрации растворенных в изоляционной жидкости газообразных продуктов разложения изоляции, образующихся после приемо-сдаточных испытаний и в процессе эксплуатации.

Объект исследований – высоковольтное маслонаполненное электрооборудование c изоляцией конденсаторного типа.

Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, и основные положения, выносимые на защиту.

1. Выявлены особенности газообразования в изоляционных жидкостях и в комбинированной маслопропитанной изоляции при различных видах энергетического воздействия. Установлено, что:

- удельное газообразование в трансформаторном масле при начальных ч.р., почти на порядок превышает удельное газообразование при ч.р., развивающихся в газовых пузырьках (критические ч.р.) для одного и того же типа трансформаторного масла;

- в трансформаторах тока с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа и кварцевым песком в качестве наполнителя возможно газообразование в результате химического взаимодействия материалов, например, компонентов кварцевого песка или «сопутствующих» материалов, которые могут попасть в высоковольтное оборудование вследствие особенностей технологического процесса их изготовления;

- при приемо-сдаточных испытаниях решающим признаком необратимого разрушения изоляции конденсаторов является образование С2Н2, а в эксплуатации – СО и СО2;

- качественный состав газов, образующихся при ч.р. и при кавитации в трансформаторном масле идентичен.

2. Впервые обоснована возможность возникновения кавитации в изоляции конденсаторного типа при эксплуатационных воздействиях.

3. Впервые проведены экспериментальные исследования, подтверждающие существование зародышей микропузырьков микронных и субмикронных размеров в трансформаторном масле. Показано, что количество микропузырьков в трансформаторном масле в значительной степени зависит от наличия механических загрязнений.

4. Впервые проведен комплексный анализ процессов установления газового равновесия в высоковольтном МНЭО, на основании которого предложены:

- модель перераспределения газов и влаги в высоковольтном МНЭО за счет диффузионных и конвективных потоков, возникающих при эксплуатационных воздействиях;

- механизм выхода из строя герметичного высоковольтного МНЭО с сильфонными компенсаторами вследствие катастрофического падения давления в оборудовании при повреждениях сильфонных компенсаторов;

- обоснование выбора соотношения объемов «газовой подушки» и изоляционной жидкости, позволяющего предотвращать опасное снижение давления внутри герметичного высоковольтного МНЭО с «газовой подушкой» в условиях резкого уменьшения температуры окружающей среды.

Достоверность полученных результатов определяется: выявлением значащих факторов; корректностью постановки задач; обоснованностью принятых допущений; использованием аттестованных измерительных приборов; адекватностью используемого математического аппарата и полученных моделей исследуемым процессам; хорошей сходимостью результатов теоретических расчетов с экспе­риментальными данными и результатами натурных испытаний.

Практическая ценность работы.

Решена крупная проблема снижения аварийности трансформаторов тока и силовых конденсаторов на основе анализа физико-химических процессов, протекающих во внутренней изоляции трансформаторов тока:

- проведен анализ и даны рекомендации по выбору материалов и оптимизации технологии изготовления трансформаторов тока с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа и кварцевым наполнителем; минимизирована возможность газообразования во внутренней изоляции трансформаторов тока за счет протекания химических реакций;

- разработана методика расчета на основе теоретических и экспериментальных исследований натурных образцов трансформаторов тока с «газовой подушкой», позволяющая оценить возможность работы указанного оборудования в условиях резкого уменьшения температуры окружающей среды;

- определены граничные концентрации растворенных в трансформаторном масле ГПРИ для трансформаторов тока различной конструкции;

- впервые предложено использовать газохроматографический (ГХ-анализ) как эффективный метод определения герметичности сильфонных компенсаторов, используемых для компенсации температурного расширения масла в измерительных трансформаторах;

- проведена оценка времени увлажнения масла в конструкциях высоковольтного МНЭО с масляным затвором; даны рекомендации по уменьшению скорости проникновения влаги во внутреннюю изоляцию высоковольтного оборудования;



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.