Диссертация (Разработка и обоснование применения критерия оценки состояния бумажно-масляной изоляции трансформаторов по содержанию метанола в трансформаторном масле)

СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ ................. ...............................................................................................................4ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.ОБОСНОВАНИЕ И ФОРМУЛИРОВАНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯСТАРЕНИЯ БМИ ....... ..............................................................................................................101.1 Химический состав электроизоляционной бумаги ....................................................101.2 Процесс и продукты старения БМИ ............................................................................131.3 Методы оценки степени старения БМИ ......................................................................181.4 Анализ методик и конструкций испытательных ячеек, применяемых припроведении экспериментальных исследований разложения БМИ.................................241.4.1 Анализ методик, применяемых при проведении исследований образованияметанола при старении БМИ ..............................................................................................241.4.2 Анализ конструкций испытательных ячеек для проведения экспериментальныхисследований образования метанола при разложении БМИ ..........................................251.5 Выводы к первой главе .................................................................................................28ГЛАВА 2.

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГОИССЛЕДОВАНИЯ СТАРЕНИЯ БМИ И ВЫЯВЛЕНИЕ СВЯЗИ МЕЖДУСТЕПЕНЬЮ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ИЗОЛЯЦИОННОЙ БУМАГИ И КОЛИЧЕСТВОМОБРАЗОВАВШЕГОСЯ МЕТАНОЛА ...............................................................................302.1 Методика проведения экспериментальных исследований ........................................302.2 Экспериментальное исследование разложения БМИ под действиемэлектрического поля ............................................................................................................342.2.1 Описание испытательной ячейки ..............................................................................342.2.2 Подготовка объекта к эксперименту ........................................................................352.2.3 Выбор условий проведения эксперимента...............................................................362.2.4 Описание испытательной установки ........................................................................372.2.5 Проведение эксперимента .........................................................................................372.2.6 Обработка полученных результатов .........................................................................402.2.7 Выводы по эксперименту ..........................................................................................402.3 Экспериментальное исследование образования метанола при тепловомвоздействии на трансформаторное масло .........................................................................412.3.1 Описание исследуемого объекта...............................................................................412.3.2 Подготовка к эксперименту.......................................................................................432.3.3 Проведение эксперимента .........................................................................................432.3.4 Обработка полученных результатов .........................................................................442.3.5 Выводы по эксперименту ..........................................................................................452.4 Экспериментальное исследование образования метанола при тепловомвоздействии на БМИ ...........................................................................................................4622.4.1 Подготовка к эксперименту.......................................................................................462.4.2 Проведение эксперимента .........................................................................................502.4.3 Результаты эксперимента ..........................................................................................512.4.4 Выводы по результатам исследований образования метанола при тепловомвоздействии на БМИ ...........................................................................................................612.5 Выводы ко второй главе ...............................................................................................61ГЛАВА 3.

РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЯ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ СТАРЕНИЯ БМИСИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ В ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ ПОСОДЕРЖАНИЮ МЕТАНОЛА В ТРАНСФОРМАТОРНОМ МАСЛЕ...............................633.1 Особенности конструкции силовых трансформаторов .............................................633.2 Особенности условий эксплуатации силовых трансформаторов .............................663.3 Разработка критерия оценки степени старения бумажно-масляной изоляции СТ вэксплуатационных условиях по содержанию метанола в трансформаторном масле ..673.4 Выводы к третьей главе ................................................................................................74ГЛАВА4.РАНЖИРОВАНИЕСИЛОВЫХТРАНСФОРМАТОРОВВЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ ПО РАЗРАБОТАННОМУ КРИТЕРИЮ ...........754.1 Применение метанола для оценки состояния изоляционной бумаги силовыхтрансформаторов в эксплуатационных условиях.............................................................754.2 Основные принятые допущения при расчёте удельного объёма метанола висследуемых СТ ...................................................................................................................784.3 Оценка состояния силовых трансформаторов в эксплуатационных условиях поразработанному критерию ..................................................................................................794.4 Выводы к четвертой главе ............................................................................................82ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..........

..............................................................................................................83СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ........................................................................................................85ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ....... ..............................................................................................................96ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ....... ...........................................................................................................

1003ВВЕДЕНИЕАктуальность работыСиловые трансформаторы (СТ) являются одним из основных видов оборудованияэлектрических станций и подстанций [41]. Важной проблемой, требующей научнообоснованного решения как в Российской Федерации, так и во всем мире в условияхсущественного старения парка трансформаторного оборудования, является оценкаостаточного срока службы СТ в эксплуатационных условиях [18, 105]. В настоящеевремя принято, что срок службы СТ главным образом определяется состоянием еговнутренней изоляции, в первую очередь, бумажно-масляной изоляции (БМИ), котороеможно оценить по показателю степени полимеризации (СП) изоляционной бумаги.Изоляционная бумага в СТ в процессе эксплуатации не может быть заменена на новуюбез проведения капитального ремонта трансформатора, в отличие от масла, котороеможно либо заменить, либо регенерировать по мере необходимости [42].Одним из наиболее распространённых методов оценки старения изоляционнойбумаги является определение СП изоляционной бумаги.

В соответствии с действующиминормативнымидокументамиСПизоляционнойбумагиопределяетсявискозиметрическим методом [70, 108]. В основу этого метода, положено уравнениеМарка-Куна-Хаувинка, основанное на определении вязкости раствора целлюлозы(основного компонента изоляционной бумаги) [15].Однако на практике этот метод не нашёл широкого применения для оперативнойоценки старения бумажно-масляной изоляции СТ. Для определения СП изоляционнойбумаги вискозиметрическим методом требуется отбор проб изоляционной бумаги из СТ,что, в свою очередь, приводит к необходимости вывода трансформатора в ремонт и еговскрытию.

Кроме того, для получения достоверных результатов отбор пробыизоляционной бумаги необходимо проводить из наиболее нагретой точки (например,верхней части обмотки низшего напряжения (НН) [45, 46, 89, 94]), с последующимвосстановлением изоляции. Выполнение этой процедуры требует высокой квалификацииперсонала, в противном случае не гарантируется качественное восстановлениеизоляционной бумаги.В эксплуатационных условиях оценку старения БМИ проводят, как правило,косвенными методами, основанными на анализе маркеров старения - продуктов4деградации изоляционной бумаги, растворённых в трансформаторном масле [102].

Внастоящее время различают маркеры старения трёх поколений. К маркерам старенияпервого поколения относят воду, оксид и диоксид углерода [48, 53,87, 113-116],кмаркерам старения второго поколения - фурановые производные [49, 57, 66, 67, 74, 75, 90,94, 96], к маркерам третьего поколения - спирты, а в частности, метиловый спирт(метанол). Известно, что на скорость образования маркеров старения всех трёх поколенийвлияет множество факторов, например, температура масла, конструкция трансформатора,марка бумаги и её влагосодержание, концентрация кислорода в масле [58, 60].Оценка степени старения БМИ возможна по зависимостям, устанавливающимсвязь между СП изоляционной бумаги и количеством образовавшихся и растворившихсяв трансформаторном масле маркеров старения. Такие зависимости получают, какправило, экспериментальным путём. Однако, для маркеров старения первого и второгопоколений установить однозначную связь между их количеством и СП изоляционнойбумаги в СТ, находящихся в эксплуатации, не удаётся [69].

Так, например, увеличениесодержания воды и диоксида углерода в СТ может происходить не только при старенииБМИ, но и за счёт проникновения этих компонентов из окружающего трансформаторатмосферного воздуха [31]. Кроме того, СО и СО2 являются не только продуктамидеструкции БМИ. Они образуются также в процессе старения трансформаторного масла,а в некоторых случаях при химическом взаимодействии материалов, из которыхизготовлен СТ [40, 54]. Обратная картина наблюдается для маркеров старения второгопоколения: в СТ, оснащённых адсорбционными или термосифонными фильтрами,фурановые производные могут разлагаться в присутствии силикагеля, что приводит кснижению их концентрации в трансформаторном масле [61]. Таким образом, маркеры,как первого, так и второго поколения не обеспечивают достоверной оценки степенистарения БМИ силовых трансформаторов.Актуальность темы диссертации обусловлена острой необходимостью висследовании новых маркеров старения для оперативной и достоверной оценкисостояния бумажно-масляной изоляции СТ без вывода оборудования из работы.Степень разработанности темыИсследованияпродуктовразложенияизоляции(ПРИ),растворённыхвтрансформаторном масле, и их взаимосвязи с состоянием изоляционной бумаги ивыявлением дефектов на ранней стадии их развития начались в 70-х годах прошлого5столетия [98].