Введение к работе
Актуальность работы. Одной из главных задач обслуживающего персонала энергосистем является поддержание в рабочем состоянии, диагностике, обнаружении повреждений силового маслонаполненного оборудования, в том числе трансформаторов, и предупреждение нештатных и аварийных ситуаций с дорогостоящим оборудованием.
Внешний осмотр, в том числе с помощью специальных устройств (например, тепловизора), является лишь первым этапом оценки состояния силового маслонаполненного оборудования.
Наиболее точно определить уровень физического и морального износа, проконтролировать внутреннее состояние трансформатора, обосновать возможность продолжения эксплуатации, а также выявить внутренние развивающиеся и аварийные дефекты возможно, лишь проводя ресурсную диагностику, которая включает лабораторные анализы и исследования.
Данные анализы и исследования трудоемкие и длительные процессы, автоматизация этих процессов позволит значительно сократить время, что особо актуально для массовых лабораторных исследований.
Трансформаторное масло является наиболее информативным объектом для диагностики силового маслонаполненного оборудования, поскольку любые внутренние повреждения приводят к изменению состава трансформаторного масла и образованию газовых включений. По составу и концентрации этих газов можно однозначно судить о дефекте маслонаполненного оборудования. Доступность трансформаторного масла, как объекта диагностики, очевидна.
Если хроматографический анализ газов, растворенных в трансформаторном масле, является эффективным и достаточным способом определения состава и концентрации всех растворенных газов, то проблема выделения растворенных газов из трансформаторного масла продолжает оставаться весьма актуальной.
Большинство методик анализа растворенных газов, нашедшие распространение в мировой и отечественной практике, основаны на частичном выделении определяемых компонентов. Методики, реализованные на статическом парофазном анализе, просты в реализации, не требуют дополнительной аппаратуры, обеспечивают достаточную чувствительность и воспроизводимость. Однако данные методики сталкиваются с трудностями при определении малых концентраций газов хорошо растворимых в трансформаторном масле. Кроме того, процесс установления термодинамического равновесия – длительный процесс, зависящий от параметров в системе масло-газ. Также необходимо отметить то, что изменение параметров в системе масло-газ приводит к изменению в разной степени концентраций выделившихся газов, что повлияет на результат диагностики. В некоторых методиках для интенсификации процесса выделения используют ультразвук. Данные методики позволяют проводить экспресс-анализы, но приводят к усложнению и существенному удорожанию диагностического комплекса.
Методика выделения растворенных газов из масла на основе температурно-вакуумного метода, а также автоматизация процессов пробоподготовки (ввода пробы масла, выделения растворенных газов и дозирование газовой смеси), хроматорграфического анализа и интерпретации его результатов, позволяет значительно сократить время диагностики, обеспечивая при этом достаточную чувствительность и воспроизводимость.
Цель работы. Основная цель работы состояла в создании автоматизированной хроматографической системы высокочувствительного анализа широкого ряда растворенных в трансформаторном масле газов на основе метода температурно-вакуумного выделения и исследовании режимов работы данной системы контроля.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Провести анализ процесса выделения и установить зависимости состава, количества и скорости выделения газов, характерных для развивающихся внутренних повреждений силовых маслонаполненных трансформаторов;
2) Провести экспериментальные исследования комплекса, определить точность и воспроизводмость результатов, получаемых с помощью данного комплекса, а также, оценить диагностическую ценность получаемых результатов;
3) разработать конструкцию, позволяющую произвести автоматизацию процесса выделения растворенных газов и проведения анализа полученных газов. Разработать соответствующие методики;
4) Определить алгоритм проведения диагностики, произвести автоматизацию данной процедуры.
Научная новизна. Получена математическая модель процесса выделения растворенных газов, имеющих ценность для диагностики развивающихся внутренних повреждений силовых маслонаполненных трансформаторов.
Выявлены зависимости концентраций растворенных газов от времени выделения, а также, температуры и давления в блоке выделения, способствующие разработке программы управления блоком температурно-вакуумного выделения и построению автоматизированного комплекса для диагностики силовых маслонаполненных трансформаторов.
Получен патент на полезную модель блока выделения растворенных газов.
Доказана возможность комплексной автоматизации всех процессов подготовки пробы трансформаторного масла и анализа газовой смеси.
Предложена оптимизация процесса диагностики путем определения запаса достоверной диагностики.
Практическая ценность. Разработана методика температурно-вакуумного выделения с последующим хроматографическим анализом широкого спектра растворенных газов в трансформаторном масле, которая позволила сформулировать принципы построения автоматизированной системы.
Создана конструкция автоматизированного диагностического хроматографического комплекса для определения концентрации растворенных газовых компонентов и диагностики силового маслонаполненного оборудования.
Проведено промышленное испытание диагностического комплекса и получены рекомендации к проведению массовых лабораторных испытаний.
Апробация работы. Основные результаты исследований обсуждались и получили одобрение: на Региональном молодежном научно-техническом форуме “Будущее технической науки Нижегородского региона” (г. Нижний Новгород, НГТУ, 2002 г.); 8-ой Нижегородской сессии молодых ученых (г. Нижний Новгород, 2003 г.); II Региональной молодежной научно-технической конференции “Будущее технической науки Нижегородского региона” (г. Нижний Новгород, НГТУ, 2003 г.); 9-ой Нижегородской сессии молодых ученых (г. Нижний Новгород, 2004 г.), III Региональной молодежной научно-технической конференции “Будущее технической науки Нижегородского региона” (г. Нижний Новгород, 2004 г.), 4-ой Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (г. Москва, 2005 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 2 статьи и 9 тезисов докладов, получен патент на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения пяти глав, заключения, списка литературы включающего 35 источников, 4 приложений. Работа содержит 141 страницу текста, 33 рисунка, 11 таблиц.
