Диссертация (Разработка и обоснование применения критерия оценки состояния бумажно-масляной изоляции трансформаторов по содержанию метанола в трансформаторном масле), страница 2

Несмотря на большое количество публикаций в этой области и развитиетехнологий за последние 50 лет, исследования образования ПРИ продолжаются висследовательских центрах (IREQ, EPRI, SIEMENS, ABB, ALSTOM) многих стран мира(Канада, Франция, Великобритания, США, Китай). Исследования образования ПРИпродолжаются в рамках инженерных сообществ, например, таких как IEEE, IEC, CIGRE[63]. Развитие этих исследований ведется в направлениях усовершенствованиясуществующих методик интерпретации результатов измерений маркеров старения, атакже поиска новых маркеров старения БМИ [41, 44, 50, 51, 76, 97].Метанол стали рассматривать как альтернативный и надёжный маркер с 2007-гогода после обширных исследований, начатых в 2001-м году в лаборатории IREQ (Канада)[68]. За десятилетие исследований опубликовано несколько десятков работ в открытыхисточниках [35-37, 83, 85, 99, 100].

Существенный вклад в изучение метанола, какмаркера старения 3-го поколения, внесли зарубежные специалисты: Jocelyn Jalbert, RolandGilbert, Pierre Tetreault, Brigitte Morin, Marie-Claude Lessard, Schaut Annelore, EeckhoudtSteve, Oscar H. Arroyo, Issouf Fofana и другие. Однако, до сих пор не полностью изученыособенности образования метанола в трансформаторном масле при старении БМИ,отсутствуют нормативные документы как в части методики выполнения анализаметанола, растворенного в трансформаторном масле, так и в части интерпретациирезультатов этого анализа. Методы экспериментальных исследований в лабораторныхусловиях не в полной мере соответствуют реальным условиям эксплуатации СТ.

Следуеттакже отметить, что в настоящее время отсутствуют критерии оценки состояниябумажно-масляной изоляции СТ, которые могут быть применены для различных классовнапряжения и конструкций СТ. В российской исследовательской практике отсутствуютработы в области изучения образования метанола, как маркера старения бумажномасляной изоляции СТ.Объект исследования. Бумажно-масляная изоляция силовых трансформаторов.Предмет исследования.трансформаторноммаслеприКоличественные показатели содержания метанола встарениибумажно-маслянойизоляциисиловыхтрансформаторов.Цель работы. Разработка критерия оценки состояния бумажно-масляной изоляциисиловых трансформаторов для их ранжирования по содержанию метанола втрансформаторном масле.6Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи.1.

Анализсостояниявопросапотемеисследования.Обоснованиеиформулирование цели и задач исследования старения БМИ.2. Разработка методики проведения экспериментального исследования старенияБМИ и выявление связи между степенью полимеризации изоляционной бумаги иколичеством образовавшегося метанола.3. Разработка критерия оценки состояния БМИ силовых трансформаторов вэксплуатационных условиях по содержанию метанола в трансформаторном масле.4. Ранжирование силовых трансформаторов, работающих в эксплуатационныхусловиях, по разработанному критерию.Основные положения, выносимые на защиту1. Методика выполнения лабораторных исследований образования метанола вБМИ и требования к конструкции испытательных ячеек и условиям старения моделейбумажно-масляной изоляции.2.

Результаты экспериментальных исследований образования метанола в моделяхбумажно-масляной изоляции под действием электрического поля и тепловоговоздействия.3. Критерий «удельный объём метанола».4. Результаты оценки состояния (ранжирования) БМИ силовых трансформаторовв эксплуатационных условиях по содержанию метанола в масле.Научная новизна1. Впервые с применением разработанной методики на моделях БМИ полученаэмпирическая зависимость, устанавливающая связь между степенью полимеризацииизоляционной бумаги марки К-120 и количеством метанола, образующегося при старенииБМИ под тепловым воздействием.

Впервые выявлено, что под действием на БМИотдельно электрического поля и отдельно теплового воздействия на трансформаторноемасло метанол не образуется.2. Получена эмпирическая зависимость, устанавливающая связь между степеньюполимеризации БМИ из изоляционной бумаги марки К-120 и масла ГК и количествомметанола, образовавшегося при ее старении при тепловом воздействии. Сопоставление саналогичными данными, полученными зарубежными исследователями показывает, чтохарактер полученных зависимостей идентичен. Однако количества образовавшегося7метанола при одной и той же степени полимеризации изоляционной бумаги отличаются,что объясняется отличием в химических составах изоляционных бумаг различныхизготовителей, а также особенностями конструкций испытательных ячеек.3.

Впервые разработан и обоснован критерий «удельный объём метанола»,позволяющий ранжировать силовые трансформаторы по состоянию БМИ.4. Предложены и обоснованы верхние и нижние границы допустимых значенийудельного объёма метанола в трансформаторном масле.Практическая ценность1. Применение разработанного критерия оценки состояния бумажно-маслянойизоляции силовых трансформаторов по содержанию метанола в масле позволяетранжировать их в эксплуатационных условиях.2. Результаты работы использованы в АО «Техническая инспекция ЕЭС» приразработке проекта нормативного документа: «Методические рекомендации поопределениюсостояниябумажнойизоляциисиловыхтрансформатороввэксплуатационных условиях по содержанию метанола в трансформаторном масле».3.

Применение разработанного критерия «удельный объём метанола» для оценкисостояния 94-х силовых трансформаторов классов напряжения 35 и 110 кВ, находящихсяв эксплуатации, позволило выявить трансформатор в предаварийном состоянии.4. Методикаоценкисостояниябумажно-маслянойизоляциисиловыхтрансформаторов по содержанию метанола в масле при дальнейшем развитии работ поэтому направлению может стать важной составляющей диагностики состояниятрансформаторного оборудования.Методология и методы исследованияТеоретическойиметодологическойосновойисследованияявляютсяфундаментальные положения электрофизических основ техники высоких напряжений.Соответствие паспорту специальностиНаучные положения, отраженные в диссертации, полностью соответствуютформуле специальности 05.14.12 «Техника высоких напряжений».

Они входят в пункт 68области исследования: «Разработка методов и средств диагностики состояния изоляцииэлектроустановок высокого напряжения».Апробация результатов работыНаучные и практические результаты диссертационной работы были представленына следующих научно-практических конференциях и заседаниях кафедры «Техника иэлектрофизика высоких напряжений» ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ».1) IV Научно-практическая конференция «Контроль состояния оборудованияобъектов электроэнергетики» (6 декабря 2017, Москва);2)IVМеждународныйколлоквиум«Исследованиетрансформаторовиуправление активами» (10-12 мая 2017, Пула, Хорватия);3) III Научно-практическая конференция «Контроль состояния оборудованияобъектов электроэнергетики» (6 декабря 2016, Москва);4) Научно-практическая конференция «Нефтяные масла в электроэнергетике:актуальные вопросы применения и контроля качества-2016» (25-27 мая 2016, Москва);5) Научно-практическая конференция «Общие проблемы диагностированиясилового электрооборудования» (18-21 апреля 2016, Снежинск);6) Международная научная конференция «АТОМТЕХ-2015.

Электрофизика»(17-19 ноября 2015, Москва).7) Заседания кафедры «Техника и электрофизика высоких напряжений» ФГБОУВО «НИУ «МЭИ» в 2016, 2017 и 2018 годах.Публикации по теме диссертацииОсновные результаты диссертации опубликованы автором в 5 печатных работах[10, 27, 64, 110, 111], в том числе 1 публикация в журнале, включённом в Переченьведущих рецензируемых изданий ВАК Российской Федерации [27], 1 публикация вжурнале, входящем в международную базу цитирования SCOPUS [110].

В публикацияхстатей личный вклад соискателя составляет не менее 50%.9ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.ОБОСНОВАНИЕ И ФОРМУЛИРОВАНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯСТАРЕНИЯ БМИ1.1 Химический состав электроизоляционной бумагиОсновным компонентом изоляционной бумаги является целлюлоза - растительноеволокно, представляющее собой природный полимер. Целлюлоза состоит из длинныхцепных молекул (рис. 1.1), образованных повторяющимися единицами, состоящими издвух β-α-глюкозных остатков, соединенных глюкозидной связью между первым ичетвертым углеродными атомами [19, 28].Рисунок 1.1 Структура молекулы целлюлозы [19, 28]Следуетотметить,чтоколичествоглюкозныхостатков,илистепеньполимеризации достигает в природной целлюлозе 7000-10000, в технической хлопковойцеллюлозе 1000-3000, а в технической древесной целлюлозе 600-2000.

Длинацеллюлозной цепи достигает 3,5-5 мкм в растительном волокне и 0,3-1,5 мкм втехнической древесной целлюлозе. Отдельные цепи целлюлозы связаны между собойсиламимежмолекулярноговзаимодействия-водороднымисвязямимеждугидроксильными группами соседних цепочек [29].Наряду с ориентированными участками целлюлозы (кристаллитами) в клеточнойстенке волокна имеются также участки с менее упорядоченным расположениемцеллюлозных цепей (аморфные области).

Количество кристаллических областей,определенное рентгенографическим методом, в древесной и хлопковой целлюлозесоставляет около 70%, а на долю аморфных областей приходится около 30% [16].По современным представлениям пучки целлюлозных цепей с жесткиммежмолекулярнымвзаимодействиеммеждуцепямипредставляютсобойкристаллические участки целлюлозы, в которых расстояние между цепями минимальное,а энергия связи максимальная [3]. Эти кристаллиты, или (по старой терминологии)10мицеллы (рис.

1.2), согласно Фрей-Висслингу являются основными структурнымиединицами клеточной стенки целлюлозного волокна - элементарными фибриллами [16].Рисунок 1.2 Схема мицеллярного строения целлюлозы по З.А. Роговину [16]Элементарные фибриллы идеально кристаллизованы, удельный вес их равен 1,59,т. е. в точности соответствует удельному весу вещества целлюлозы. Пространство междуэлементарнымифибрилламизаполненоаморфнойцеллюлозойичастичнонецеллюлозным материалом (гемицеллюлозами).

Элементарные фибриллы в клеточнойстенке целлюлозы собраны в более крупные пучки микрофибриллы, а последние в ещеболее крупные фрагменты - макрофибриллы (рис. 1.3) [16].Рисунок 1.3 Макрофибриллы, микрофибриллы и элементарные фибриллырастительного волокна по Фрей-Висслингу [16]Наряду с целлюлозой в изоляционной бумаге содержится некоторое количествонецеллюлозных компонентов: лигнина, гемицеллюлоз, пектиновых веществ, смол ижиров, а также минеральных веществ (зольных элементов) [26]. Количество их зависитот природы волокна и метода его выделения из растительного сырья.