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 |

Анализ и совершенствование хроматографических методов диагностики высоковольтного маслонаполненного электрооборудования

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

РЫЖКИНА Александра Юрьевна

АНАЛИЗ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО МАСЛОНАПОЛНЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.14.12 – Техника высоких напряжений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новосибирск – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Коробейников Сергей Миронович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Давиденко Ирина Васильевна

кандидат технических наук, с.н.с.

Вдовико Василий Павлович

Ведущая организация: Филиал ОАО «Электросетьсервис ЕНЭС» Новосибирская специализированная производственная база, г. Новосибирск

Защита состоится: 16 февраля 2012г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.01 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан «___» января 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент И.П. Тимофеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Высоковольтное маслонаполненное электрооборудование является основной и неотъемлемой частью Единой энергетической системы России, обеспечивающей непрерывное бесперебойное электроснабжение. В настоящее время наблюдается значительный износ существующего парка электрооборудования как в России, так и за рубежом. Экономически нецелесообразно заменять весь парк электрооборудования, отработавшего нормативный срок. Гораздо эффективнее совершенствовать и развивать существующие методы диагностики, которые в основном направлены на контроль изоляции, в частности, трансформаторного масла, являющегося наиболее информативной средой. Однако используемые способы контроля изоляции зачастую дороги и не всегда дают достоверный результат.

При диагностировании высоковольтного маслонаполненного электрооборудования важно выявить дефект, развивающийся в электрооборудовании, что позволит своевременно его отремонтировать, продлить срок службы, а также предотвратить аварийные ситуации.

В настоящее время используется много диагностических методов, но основным является хроматографический анализ газов, растворенных в масле (ХАРГ). Проведенный обзор литературных источников позволяет сделать заключение, что этот метод давно используется, хорошо себя зарекомендовал и актуальной задачей является его совершенствование. После проведения ХАРГ важно правильно интерпретировать полученные результаты и дать заключение о том, какие процессы протекают в маслонаполненном электрооборудовании и как его дальше эксплуатировать.

Целью работы является совершенствование хроматографического метода диагностики высоковольтного маслонаполненного электрооборудования и исследование причин повышенного газообразования в шунтирующих реакторах при их диагностике.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

  • проанализировать существующие методы интерпретации ХАРГ и выявить пути совершенствования диагностических заключений;
  • проанализировать процессы газораспределения и определить роль диффузии при проведении ХАРГ;
  • провести экспериментальные исследования процессов растворения пузырьков диагностических газов и оценить их коэффициенты диффузии;
  • разработать физическую модель шунтирующего реактора и математическое описание процесса газообразования в ней;
  • выяснить возможные причины повышенного газообразования в масле шунтирующих реакторов на основе экспериментальных данных, полученных в лабораторных условиях;
  • разработать предложения по совершенствованию нормативной базы интерпретации результатов ХАРГ в части выявления новых «образов», характеризующих газообразование.

Объект исследования. Высоковольтное маслонаполненное электрооборудование.

Предмет исследования. Особенности метода хроматографического анализа газов, растворенных в масле, специфические особенности их образования и распределения по объему масла.

Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось на основе теоретического и экспериментального методов исследования.

Теоретический метод включает: анализ существующих методик интерпретации результатов ХАРГ и выявление нового «образа», соответствующего кавитации в масле при работе электрооборудования; анализ процессов диффузии газов в высоковольтном маслонаполненном электрооборудовании и выявление возможных ошибок при проведении ХАРГ; анализ возможных причин газообразования в шунтирующих реакторах различных конструкций.

Экспериментальный метод включает: разработку ячейки для изучения динамики растворения пузырьков водорода, метана, этана; определение коэффициентов диффузии; разработку модели реактора и изучение процессов газообразования в ней.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечена сочетанием теоретических исследований с проведением экспериментов, использованием адекватного исследуемым процессам математического аппарата. Результаты теоретических расчетов качественно согласуются с экспериментальными данными.

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:

  • определены значения коэффициентов диффузии трех газов: водорода, метана и этана в трансформаторном масле;
  • предложен механизм образования пузырьков, который может реализоваться при вибрации в реакторах и трансформаторах, вызванной эффектом магнитострикции в магнитопроводе и магнитными силами, возникающими в трансформаторной стали;
  • получен новый образ по результатам ХАРГ, соответствующий кавитационным процессам в масле.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

Результаты работы позволяют повысить надежность диагностических заключений по результатам хроматографического анализа газов, растворенных в трансформаторном масле, путем:

  • оптимизации устройств пробоотбора трансформаторного масла и ввода проб диагностических газов в хроматограф;
  • устранения противоречий, возникающих при интерпретации данных ХАРГ, согласно РД 153-34.0-46.302-00;
  • получения достоверного диагностического заключения при возникновении кавитационных процессов в маслонаполненных шунтирующих реакторах.

Результаты работы использованы производителем пробоотборников ООО «Инжиниринговый центр ЭЛХРОМ» при разработке узла герметизации пробоотборного устройства.

Личный вклад. Научные результаты, представленные в диссертации, получены автором. Постановка цели работы и задач исследования выполнена совместно с научным руководителем С.М. Коробейниковым. Экспериментальные исследования по определению коэффициентов диффузии проведены совместно со студентами. Обработка экспериментальных данных по диффузии основных диагностических газов в трансформаторном масле проводилась автором единолично, а анализ полученных результатов выполнен совместно с С.М. Коробейниковым. Программная реализация расчетов коэффициентов диффузии с учетом движения жидкости проводилась совместно с Ю.Г. Соловейчиком и Д.В. Вагиным. Экспериментальные исследования процесса газообразования в модели реактора и анализ полученных результатов проводились совместно со студентами. Обработка данных хроматографического анализа газов, растворенных в масле модели реактора, выполнена автором единолично с использованием различных методов интерпретации. Также автором методом номограмм обработаны данные по реакторам, находящимся в эксплуатации, и проведен сравнительный анализ полученных результатов с результатами на модели реактора, в результате чего был выявлен новый образ. Формулировка основных выводов и результатов работ выполнена совместно с С.М. Коробейниковым.

Апробация работы. Диссертационная работа и ее основные положения докладывались и обсуждались на пятнадцатой Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: экология, надежность, безопасность» г. Томск (2009), XI Всероссийской научно-технической конференции «НПО-2010», Международной научно-технической конференции «Трансформаторы: эксплуатация, диагностирование, ремонт и продление срока службы» г. Екатеринбург (2010), на семнадцатой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» г. Москва (2011), второй Всероссийской молодежной конференции с международным участием «Безопасность жизнедеятельности глазами молодежи», г. Челябинск (2011), VI-ом научно-практическом Семинаре по диагностике, г. Новосибирск (2011), на XV Международной научной конференции «Физика импульсных разрядов в конденсированных средах» г. Николаев (2011), на Международной молодежной научно-технической конференции «Управление, информация и оптимизация в электроэнергетических системах (2011)». Работа выполнялась в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы», руководителем одного из проектов являлась Рыжкина А.Ю.

Публикации. По результатам работы опубликовано 15 печатных работ, в том числе 2 научных статьи в рецензируемых изданиях, входящих в перечень

рекомендованных ВАК РФ; 1 статья в сборнике научных трудов, 12 статей в материалах международных и всероссийских научных конференций.

Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников из 106 наименований и приложения. Работа изложена на 182 страницах основного текста, иллюстрируется 66 рисунками и 16 таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и основные задачи исследования, отражены научная новизна работы, ее практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены проблемы эксплуатации высоковольтного маслонаполненного электрооборудования и совершенствование хроматографического анализа газов, растворенных в масле.

Показано, что уровень аварийности шунтирующих реакторов превышает аналогичные показатели для трансформаторов, как для вновь введенных реакторов, так и для находящихся в эксплуатации длительное время. Для своевременного обнаружения дефектов с высокой скоростью развития требуется более частое проведение профилактических испытаний. Одним из основных методов диагностики, не связанных с выводом маслонаполненного электрооборудования из работы, является хроматографический анализ газов, растворенных в масле.

В процессе эксплуатации высоковольтного электрооборудования на трансформаторное масло оказывают влияние многие факторы. На масло влияют температура, кислород, высокое напряжение, различные излучения, влага, пыль, воздух, которые приводят к разложению и ускоряют образование различных продуктов.

Появление газообразных продуктов разложения связано обычно либо с локальными перегревами элементов конструкций, либо с воздействием электрических разрядов в изоляции. Основными газами, появляющимися в процессе разложения, являются водород, углеводородные газы (метан, этан, этилен, ацетилен и др.), окислы углерода. Появление газообразных продуктов в ограниченных количествах, как правило, не столь опасно по сравнению с продуктами окисления масел, так как газообразные продукты растворяются в масле и мало влияют на его эксплуатационные свойства. Однако по мере насыщения масла газообразными продуктами или при интенсивном их образовании в локальных объемах может наступить ситуация, при которой скорость газообразования превысит скорость растворения газа и он выделится в виде пузырьков. При этом резко снижается электрическая прочность масла и возможно появление мощных частичных разрядов и даже пробой изоляции. С помощью ХАРГ можно предотвратить такие ситуации на ранних стадиях развития дефектов как электрического, так и термического характера.

Диагностика на основе ХАРГ базируется на определении концентраций основных диагностических газов, их соотношений, сопоставлении с граничными значениями и скоростями нарастания концентраций газов. При этом необходимо правильно отобрать пробу масла, доставить ее в лабораторию, провести анализ и верно истолковать полученные результаты для принятия решения о дальнейшей эксплуатации оборудования. На всех этапах проведения ХАРГ, перечисленных выше, возможны ошибки.

Для диагностики развивающихся дефектов в маслонаполненном электрооборудовании используются следующие основные критерии по отдельности, либо в совокупности:

  • критерий граничных концентраций;
  • критерий скорости нарастания газов;
  • критерий отношения концентраций различных пар газов.

Критерий отношения концентраций различных пар газов является самым перспективным. Наиболее часто используются следующие методы интерпретации данных, основанные на этом критерии: метод Дорненбурга, метод Роджерса, стандарт МЭК 60599 (2007 год), метод «ключевого» газа, метод номограмм, треугольник Дюваля. В данных методах всего предлагается к рассмотрению 6 характерных пар газов: R1=СН4/H2, R2=C2H2/C2H4, R3=C2H2/CH4, R4=C2H6/C2H2, R5=C2H6/CH4, R6=C2H4/C2H6.

Указанные методы интерпретации данных ХАРГ не всегда дают однозначный результат, кроме того они иногда противоречат друг другу. Методом Дорненбурга можно идентифицировать три основных типа дефектов в маслонаполненном электрооборудовании: термическое воздействие, частичные разряды с малой интенсивностью, дуговые процессы. Метод Роджерса интересен тем, что в нем только два соотношения газов совпадают с Дорненбургом, и он позволяет проводить анализ данных, даже если нет превышения граничных концентраций. Метод «ключевого» газа основан на процентном определении основного газа для данного вида дефекта. В методе, предложенном Дювалем, диагностика основывается на анализе трех газов – метана (СН4), этилена (С2Н4) и ацетилена (С2Н2).

Метод номограмм является не только самым новым, но и самым перспективным. Он основан на построении номограмм состояния, форма которых связана с определенным видом дефекта. В данном методе используется всего тринадцать типовых номограмм, хотя теоретически возможно сто двадцать номограмм состояния. Целесообразно рассмотреть практические данные по газообразованию и попытаться связать варианты дефектов с «образами», характерными для оставшихся 107 номограмм, с тем, чтобы выявить возможность новых диагностических заключений.

Таким образом, необходимо дальнейшее совершенствование методов интерпретации данных ХАРГ. При этом существующие нормативные документы по диагностике не учитывают все параметры, которые необходимо контролировать и не отвечают современному уровню развития диагностических технологий. Например, было выявлено, что в основном нормативном документе, ко-

торым пользуются при проведении ХАРГ, есть противоречия, связанные с графическим способом определения дефектов – неясно, что подразумевается под отношением концентраций. Можно найти отношение абсолютных значений концентраций, которые получены непосредственно при проведении анализа, либо относительных, которые находятся делением абсолютных значений на граничные концентрации.

Усовершенствование метода ХАРГ для применения в реальных условиях позволит улучшить заключения по анализу газов, растворенных в масле, что в итоге приведет к увеличению эксплуатационной надежности, предотвращению отказов и отсрочке капиталовложений для новых единиц электрооборудования.

Вторая глава посвящена проблемам, которые могут возникнуть при проведении хроматографического анализа газов, растворенных в масле. При проведении ХАРГ нужно иметь в виду возможность возникновения ошибок из-за некоторых факторов. В частности, из-за неправильного отбора проб, а также их ненадлежащего хранения перед анализом (и по другим причинам) возможно неправильное определение газосодержания в масле и, следовательно, получение ошибочного заключения. Часто пробы масла отбирают в зимнее время и из-за разности температур масла и окружающей среды в пробоотборнике может возникнуть отрицательное гидростатическое давление, то есть натяжение в жидкости, и образоваться пузырек, в который будут диффундировать газы. Наиболее проблемным из диагностических газов является водород, так как он является самым малорастворимым подвижным газом, то его молекулы легко могут перейти путем диффузии из масла в пузырек. Именно по этому газу возможна наибольшая ошибка при проведении ХАРГ.

При отборе и хранении проб, а также при непосредственном извлечении газов важную роль играют процессы диффузии. Однако коэффициенты диффузии основных диагностических газов в трансформаторном масле до сих пор неизвестны, либо определены неверно.

В единственной работе коллектива авторов (Михеев Г.М., Михеев К.Г., Фатеев Е.Г., Попов А.Ю.) «Лазерная диагностика ультразвуковой дегазации диэлектрической жидкости», опубликованной в «Журнале технической физики» в 2002 году, была предпринята попытка определить коэффициент диффузии водорода в трансформаторном масле, но их результат (10-7 м2/с) вызывает сомнение. Во-первых, он оказался аномально высоким. Коэффициент диффузии воды в масле по некоторым данным – 10-11 м2/с. Коэффициенты диффузии газов в воде известны давно и составляют порядка 10-9 м2/с. Так как масло более вязкая жидкость, этот коэффициент для газов в трансформаторном масле должен быть еще меньше, а значение, полученное коллективом авторов, представляется сильно завышенным.

Во-вторых, с точки зрения диффузии потоки диффундирующего вещества в предварительно откачанный объем и в объем с газом должны быть одинаковыми. А в работе, о которой говорилось выше, они отличаются почти на два порядка.

В-третьих, в анализируемой работе предполагается квазистационарное распределение водорода в трансформаторном масле (когда поток определяется

делением концентрации на размер области). А на самом деле там должен происходить глубоко нестационарный процесс.

Достоверных данных о диффузии других диагностических газов в литературе вообще не встречалось.

Для оценки значений коэффициентов диффузии основных диагностических газов были проведены экспериментальные исследования и проведен расчет коэффициентов диффузии на основе полученных опытных данных.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 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.