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

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования. Силовые трансформаторы (СТ) являются однимиз основных видов оборудования электрических станций и подстанций. Важной проблемой,требующей научно обоснованного решения как в Российской Федерации, так и во всем мире,особенно в условиях существенного старения парка трансформаторного оборудования,является оценка остаточного срока службы СТ в эксплуатационных условиях. В настоящеевремя принято, что срок службы СТ главным образом определяется состоянием еговнутренней изоляции, в первую очередь, бумажно-масляной изоляции (БМИ), которое можнооценить по показателю степени полимеризации (СП) изоляционной бумаги – компонентаБМИ. Изоляционная бумага в СТ в процессе эксплуатации не может быть заменена на новуюбез проведения капитального ремонта трансформатора, в отличие от масла, которое можнолибо заменить, либо регенерировать по мере необходимости.Одним из наиболее распространенных методов оценки старения изоляционной бумагиявляется определение СП изоляционной бумаги.

В соответствии с действующиминормативными документами СП изоляционной бумаги определяется вискозиметрическимметодом. В основу этого метода, положено уравнение Марка-Куна-Хаувинка, основанное наопределении вязкости раствора целлюлозы (основного компонента изоляционной бумаги).Однако на практике этот метод не нашел широкого применения для оперативнойоценки состояния БМИ силовых трансформаторов на электрических станциях и подстанциях.Для определения СП изоляционной бумаги вискозиметрическим методом требуется отборпроб изоляционной бумаги из СТ, что, в свою очередь, приводит к необходимости выводатрансформатора в ремонт и его вскрытию.

Кроме того, для получения достоверныхрезультатов отбор пробы изоляционной бумаги необходимо проводить из наиболее нагретойточки (например, верхней части обмотки НН), с последующим восстановлением изоляции.Выполнение этой процедуры требует высокой квалификации персонала, в противном случаене гарантируется качественное восстановление изоляции.В эксплуатационных условиях оценку состояния БМИ проводят, как правило,косвенными методами, основанными на анализе маркеров старения – продуктов деградацииБМИ, растворенных в трансформаторном масле. В настоящее время условно различаютмаркеры старения трех поколений: к маркерам старения первого поколения относят воду,оксид и диоксид углерода, а к маркерам старения второго поколения – фурановыепроизводные.

К маркерам третьего поколения относят спирты, а в частности, метиловый спирт(метанол). Известно, что на скорость образования маркеров старения всех трех поколенийвлияет множество факторов, например, температура масла, конструкция трансформатора, типбумаги и ее влагосодержание, концентрация кислорода в масле.Оценка состояния БМИ возможна по зависимостям, устанавливающим связь между СПизоляционной бумаги и количеством образовавшихся и растворившихся в трансформаторноммасле маркеров старения.

Такие зависимости получают, как правило, экспериментальнымпутем. Однако, для маркеров старения первого и второго поколений установить однозначнуюсвязь между их количеством и СП изоляционной бумаги в СТ в эксплуатационных условияхне удается. Так, например, увеличение содержания воды и диоксида углерода в СТ можетпроисходить не только при старении БМИ, но и за счет проникновения этих компонентов из3окружающего силовой трансформатор атмосферного воздуха. Кроме того, СО и СО2 являютсяне только продуктами деструкции БМИ, но образуются еще и в процессе старениятрансформаторного масла, а в некоторых случаях также при химическом взаимодействииматериалов, из которых изготовлен СТ. Обратная картина наблюдается для маркеров старениявторого поколения: в силовых трансформаторах, оснащенных адсорбционными илитермосифонными фильтрами, фурановые производные могут разлагаться в присутствиисиликагеля, что приводит к снижению их концентрации в трансформаторном масле.

Такимобразом, маркеры, как первого, так и второго поколения не обеспечивают достоверной оценкисостояния БМИ силовых трансформаторов.Актуальность темы диссертации обусловлена острой необходимостью в исследованииновых маркеров старения для оперативной и достоверной оценки состояния бумажномасляной изоляции СТ без вывода оборудования из работы.Степень разработанности темы исследования. Исследования продуктов разложенияизоляции (ПРИ), растворенных в трансформаторном масле, и их взаимосвязи с состояниемБМИ и выявлением дефектов на ранней стадии их развития начались в 70-х годах прошлогостолетия.

Несмотря на большое число публикаций в этой области и развитие технологий запоследние 50 лет, исследования образования ПРИ продолжаются в исследовательских центрах(IREQ, EPRI, SIEMENS, ABB, ALSTOM) многих стран мира (Канада, Франция,Великобритания, США, Китай), а также в рамках инженерных сообществ, таких как IEEE, IEC,CIGRE. Развитие этих исследований ведется в направлениях усовершенствованиясуществующих методик интерпретации результатов измерений маркеров старения, а такжепоиска новых маркеров старения БМИ.Метанол стали рассматривать как альтернативный и надежный маркер с 2007-го годапосле обширных исследований, начатых в 2001-м году в лаборатории IREQ (Канада). Задесятилетие исследований опубликовано несколько десятков работ в открытых источниках.Существенный вклад в изучение метанола, как маркера старения 3-го поколения, внеслизарубежные специалисты: Jocelyn Jalbert, Roland Gilbert, Pierre Tetreault, Brigitte Morin, MarieClaude Lessard, Schaut Annelore, Eeckhoudt Steve, Oscar H.

Arroyo, Issouf Fofana и другие.Однако, до сих пор не полностью изучены особенности образования метанола втрансформаторном масле при старении БМИ, отсутствуют нормативные документы как вчасти методики выполнения анализа метанола, растворенного в трансформаторном масле, таки в части интерпретации результатов этого анализа. Методы экспериментальныхисследований в лабораторных условиях, на наш взгляд, не полностью соответствуютреальным условиям эксплуатации силовых трансформаторов. Следует отметить также, что внастоящее время отсутствуют критерии оценки состояния бумажно-масляная изоляция СТ,которые могут быть применены для различных классов напряжения и конструкций силовыхтрансформаторов.

В российской исследовательской практике отсутствуют работы в областиизучения образования метанола, как маркера старения БМИ силовых трансформаторов,изготовленной из изоляционной бумаги К-120 и трансформаторного масла ГК.Целью работы является разработка критерия оценки состояния бумажно-маслянойизоляции силовых трансформаторов для их ранжирования по содержанию метанола втрансформаторном масле.4Объектом исследования является бумажно-масляная изоляция силовыхтрансформаторов.Предметом исследования являются количественные показатели содержания метанолав трансформаторном масле при старении бумажно-масляной изоляции силовыхтрансформаторов.Задачи исследования.

Для достижения поставленной цели в работе решеныследующие задачи:1. Анализ состояния вопроса по теме исследования. Обоснование и формулированиецели и задач исследования старения БМИ.2. Разработка методики проведения экспериментального исследования старения БМИи выявление связи между степенью полимеризации изоляционной бумаги и количествомобразовавшегося 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.Соответствие паспорту специальностиНаучные положения, отраженные в диссертации, полностью соответствуют формулеспециальности 05.14.12 «Техника высоких напряжений». Они входят в пункт 6 областиисследования: «Разработка методов и средств диагностики состояния изоляцииэлектроустановок высокого напряжения».Научная новизна результатов. На основании сформулированных и реализованныхцели и задач исследования получены новые научные результаты:1. 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 БМИ отдельноэлектрического поля и отдельно теплового воздействия на трансформаторное масло метанолне 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 образовавшегося метанолапри одной и той же степени полимеризации изоляционной бумаги отличаются, чтообъясняется отличием в химических составах изоляционных бумаг различных изготовителей,а также особенностями конструкций испытательных ячеек.3. Впервые разработан и обоснован критерий «удельный объём метанола»,позволяющий ранжировать силовые трансформаторы по состоянию БМИ.54.