Диссертация (Разработка и обоснование применения критерия оценки состояния бумажно-масляной изоляции трансформаторов по содержанию метанола в трансформаторном масле), страница 5

Количество метанола может зависеть от типатрансформатора и марки используемой трансформаторной бумаги, что, по-видимому,обусловлено различным содержанием лигнина и целлюлозы в бумаге, а такжеотличающимися температурными и электрическими режимами работы трансформатора.22Это обстоятельство определяет необходимость установления количественныхсоотношений между метанолом, образующимся при старении изоляционной бумагиразного химического состава, и ее СП.

В таблице 1.3 представлены главныепреимущества и недостатки этих методов оценки состояния изоляционной бумаги СТ[47].Таблица 1.3 - Основные методы определения состояния изоляционной бумаги и ихособенности [47]МетодИзмерение СПизоляционнойбумагиАнализсоотношенияконцентрацийCO2/CO в маслеАнализфурановыхсоединений вмаслеАнализ метанолав маслеПреимуществаПрямой метод. Высокаяточность определениямеханических характеристикизоляционной бумагиЛёгкая реализацияНедостаткиТребует отключения и вскрытиябака СТ.

Высокая стоимостьпроведения анализа.Концентрация фурановыхсоединений коррелирует с СПЗависимость результатов анализаот состава изоляционной бумаги,заниженные концентрации,неприменим для анализанекоторых типов бумаги и масел,а также для диагностикисостояния трансформаторов,снабжённых адсорбционными итермосифонными фильтрамиОбнаруживается на раннихстадиях старения изоляции.Линейная зависимость от СП.Нет ограничения на сортбумагиМалая исследованностьНизкая достоверностьрезультатовТаким образом, метод оценки состояния изоляционной бумаги на основесодержаниявмаслеСТметанолапредставляетсямалоисследованным.23перспективным,но1.4 Анализ методик и конструкций испытательных ячеек, применяемых припроведении экспериментальных исследований разложения БМИ1.4.1 Анализ методик, применяемых при проведении исследованийобразования метанола при старении БМИВ продолжение исследований [68] были выполнены расширенные испытаниястарения стандартной [77] и нагревостойкой [78] бумаг.

Испытания проводились при трёхуровнях влагосодержания (1,92%, 1,11% и 0,47%) и при температурах от 60 до 120°С. Приэтом продолжительность испытаний доходила до 16000 часов. Объектом испытаний былаизоляционная бумага марки Clupak HD75, а отношение массы масла к массе образцаизоляционной бумаги составляло 18:1. Испытаниям подвергались также нагревостойкиесорта изоляционной бумаги Manning 220 Mannitherm D при влагосодержании 1,99%,1,23% и 0,49% с таким же отношением масла и образца изоляционной бумаги итемпературным режимом старения, но продолжительность испытания в данном случаедоходила до 30000 часов.В экспериментальных исследованиях, проведенных в лаборатории электрическогооборудования (Франция) в 2013 году [36, 52] в качестве физической модели былапредложена часть обмоточного провода, изолированная четырьмя слоями изоляционнойбумаги. Масса изоляционной бумаги составила 1,7 г.

Исследованию подвергались двегруппы изоляционной бумаги, отличающиеся исходным влагосодержанием: менее 0,5%и 1%. Образец был размещен в стеклянной ёмкости объёмом 200 мл, в которую былозалито 100 мл свежего трансформаторного масла без ингибитора. При этом отношениемассы масла к массе изоляционной бумаги составило, примерно, 50:1.

Старениеподготовленных таким образом образцов изоляционной бумаги проводилось при трёхтемпературах: 98, 110 и 122°С в течение нескольких месяцев. Следует отметить, чтоисследованиямпри110°Сподвергалисьобразцыизоляционнойбумагисвлагосодержанием менее 0,5%.В 2015 году на коллоквиуме СИГРЕ в Китае были представлены результатыисследований по ускоренному старению изоляционной бумаги (данные по марке бумагине были приведены) при температуре 120°С в трансформаторном масле Gemini X,содержащем ингибитор [33, 34]. Отношение массы масла к массе изоляционной бумагисоставляло 20:1.

Перед началом эксперимента бумажные образцы пропитывались масломпод вакуумом при давлении 500 Па и температуре 85°С в течении 24 часов. После этой24процедуры бутылка с образцами была помещена в сушильный шкаф. Продолжительностьиспытания составила 14 недель.1.4.2 Анализ конструкций испытательных ячеек для проведенияэкспериментальных исследований образования метанола при разложении БМИОдним из важных этапов подготовки и проведения экспериментальныхисследований является выбор конструкции испытательных ячеек, которая должнаобеспечивать автомодельность процессов в испытательных ячейках и СТ.На рис.

1.9 показана конструкция испытательной ячейки, использованнаяяпонскими исследователями [55]. Для предотвращения химической реакции сисследуемыми материалами ячейка была выполнена из нержавеющей стали. Длякомпенсации температурного расширения масла в конструкции ячейки предусмотрена«газовая подушка», заполненная азотом.Рисунок 1.9 Испытательная ячейка для исследования образования метанолав моделях БМИ [55]На рис. 1.10 представлены испытательные ячейки французских исследователей.Ими использовались стеклянные ёмкости, которые герметизировали после заполненияаргоном пространства над маслом с бумажным образцом [52].25Рисунок 1.10 Испытательные ячейки для исследования БМИ [52]В исследовании теплового разложения изоляционной бумаги, проведенном вМалайзии в 2007 году, испытательная ячейка была изготовлена из нержавеющей стали ввиде цилиндра (рис.

1.11) с внутренним и внешним диаметрами соответственно 40 и 45мм, и высотой 280 мм [80]. Пространство между маслом и крышкой было заполненоинертным газом при помощи 2-х верхних краников.а)б)Рисунок 1.11 Эскиз (а) и фотография испытательной ячейки (б) [80]Во всех описанных случаях компенсация объёма в испытательной ячейке из-затемпературного расширения трансформаторного масла обеспечивалась «газовойподушкой» из инертного газа.

Такое решение заметно упростило конструкцию ячейки,однако является причиной диффузии метанола и других продуктов разложения изоляции26из трансформаторного масла в это пространство, что влияет на точность определенияконцентрации метанола в трансформаторном масле.Сравнение методик и испытательных ячеек, используемых для исследованияобразования метанола при старении моделей БМИ, показывает на их существенноеотличие. Это отличие заключается в применении различных исследуемых материалов,условий проведения экспериментов (температуры и продолжительности тепловоговоздействия), соотношения бумаги и трансформаторного масла (таблица 1.4),конструкций испытательных ячеек и моделей изоляционной бумаги.

Указанные отличияявляются принципиальными, так как не в полной мере позволяют корректноинтерпретировать результаты проведенных исследований.Таблица 1.4 - Условия проведения исследованийИсточниклитературы[37][52][60][77]Температура, °С12018098110122От 30До 90От 60до 130ПродолжительностьДо 280сутокДо 3 мес.До 30сутокДо 16000 ч.Влажностьбумажногообразца, %неизвестно<0,51,0<0,5<0,51,02,0неизвестноОтношение массыбумаги/масла1:20неизвестно1:101:18неизвестно[83]105122130Около 400сутокАнализ литературных данных по методикам исследований и конструкциямиспытательных ячеек для исследования образования метанола при старении моделейБМИ позволяет сделать следующее заключение: отсутствуют данные по образованию метанола при старении моделей БМИпод воздействием только одного электрического поля; диапазон температуры, в котором проводились эксперименты по старениюмоделей БМИ, составляет от 30 до 180°С; продолжительность экспериментов по старению БМИ варьировалась от 30до 400 суток; конструкция модели БМИ не в полной мере соответствует конструкцииизоляционной системы СТ: отношение весовых показателей трансформаторного27масла к изоляционной бумаге либо не приводится, либо составляет от 1 до 20.

Приэтом в СТ этот показатель находится в диапазоне от 10 до 30; все рассмотренные конструкции испытательных ячеек выполнены с «газовойподушкой», что упрощает их изготовление, но не в полной мере моделируетреальные конструкции СТ; применялись исходные компоненты БМИ (изоляционная бумага итрансформаторное масло) различных производителей. При этом отсутствуютданные по исследованиям БМИ из российских компонентов.1.5 Выводы к первой главе1. Анализ химического состава изоляционной бумаги различных производителейпоказал, что их химический состав существенно отличается и зависит от исходного сырьяи технологии производства.2. Существующие в настоящее время маркеры старения бумажно-маслянойизоляции СТ можно условно разделить на 3 поколения.

При этом маркеры 1-го и 2-гопоколений имеют ряд существенных недостатков, которые не позволяют применять ихдля оценки степени полимеризации бумажно-масляной изоляции СТ. Установлено, чтонаиболее перспективным является маркер 3-го поколения - метанол.3. Анализ процессов старения изоляционной бумаги показал, что кинетикаобразования продуктов разложения изоляционной бумаги, в том числе и метанола,зависит от ее химического состава.5. Выявлены принципиально отличающиеся друг от друга методики проведенияэкспериментальных исследований, направленных на изучение процесса образованияметанола при разложении БМИ. Их отличие состоит в применении не только различныхисследуемыхматериалов,ноиразличныхсоотношениймассбумагиитрансформаторного масла, условиях проведения исследований (температуры ипродолжительностивоздействиятемпературы),конструкцияхиспользуемыхиспытательных ячеек и моделей БМИ.6.