Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса и основные задачи исследования 8
1.1.1 Анализ аварийности силовых трансформаторов в холдинге ЕНЭС за 1997-2000г 8
1.1.2 Анализ повреждаемости силовых трансформаторов в филиале ОАО «ФСК ЕЭС» - МЭС Урала за период 2006 - 2009 гг 13
1.1.3 Анализ повреждаемости силовых трансформаторов в филиале ОАО «МРСК - Урала» Челябэнерго за период 2002-2007 г.г 17
1.2 Анализ методов диагностирования маслонаполненного высоковольтного электрооборудования 25
1.2.1 Тепловизионный метод контроля изоляции 26
1.2.2 Оптический метод контроля изоляции 28
1.2.3 Электромагнитный метод контроля изоляции 30
1.2.4 Акустический метод контроля изоляции 31
1.2.5 Хроматогорафический метод контроля изоляции 32
1.3 Причины возникновения газовых микровключений в жидкой изоляции .37
1.3.1 Кавитация 38
1.3.2 Возникновение микропузырьков под влиянием электродинамических сил 46
1.3.3 Образование микропузырьков из микроскопических частиц, содержащие адсорбированные газы 48
1.3.4 Тепловой механизм возникновения микропузырьков 50
Выводы по главе 54
2. Теоретическое и экспериментальное обоснование способа исследования физико - механического свойства трансформаторного масла с микропузырьками 55
2.1 Нелинейный акустический параметр трансформаторного масла с микропузырьками 55
2.2 Уравнение скорости распространение звука в трансформаторном масле при различных температурах натурных условий среды 61
2.3 Техническая реализация модельной установки 66
Выводы по главе 70
3. Экспериментальные исследования акустических характеристик трансформаторного масла с микропузырьками 71
3.1. Исследование нелинейного акустического параметра трансформаторного масла без пузырьков 71
3.2 Исследование нелинейного акустического параметра трансформаторного масла с пузырьками 74
3.3 Математическая модель эффективного нелинейного акустического параметра трансформаторного масла с микровключениями 82
3.4 Обработка экспериментальных зависимостей 85
Выводы по главе 87
4. Способ исследования физико - механического свойства трансформаторного масла с микропузырьками 88
4.1 Методика измерения нелинейного акустического параметра трансформаторного масла с микропузырьками 88
4.2 Спектральный анализ огибающей сигнала волны разностной частоты 90
4.3 Рекомендации и алгоритм обработки спектра огибающей сигнала волны разностной частоты 93
Выводы по главе 96
Заключение 97
Литература 99
- Анализ повреждаемости силовых трансформаторов в филиале ОАО «МРСК - Урала» Челябэнерго за период 2002-2007 г.г
- Уравнение скорости распространение звука в трансформаторном масле при различных температурах натурных условий среды
- Исследование нелинейного акустического параметра трансформаторного масла с пузырьками
- Рекомендации и алгоритм обработки спектра огибающей сигнала волны разностной частоты
Введение к работе
Актуальность работы. Значительная часть электрооборудования энергосистемы была введена в эксплуатацию в 60-70-х годах прошлого века с расчетом на 25-30 лет службы. Прогнозировалось, что после выработки ресурса данного электрооборудования произойдет его замена. Прогнозы не оправдались. Темпы демонтажа и списания производственных основных фондов в 3,5-4 раза отстают от нормативных темпов списания электрооборудования из-за износа. Финансирование воспроизводства и обновления электрооборудования отстает от темпов его старения. Как следствие - повышаются риски аварийных ситуаций для обслуживающего персонала.
Надежность работы силовых электротехнических комплексов во многом определяется работой элементов, составляющих их, и в первую очередь, силовых трансформаторов, обеспечивающих согласование комплекса с системой и преобразование ряда параметров электроэнергии в требуемые величины для дальнейшего ее использования, причем до 70% парка высоковольтных трансформаторов являются маслонаполненными. Высокая степень износа маслона-полненного высоковольтного электрооборудования (МВВЭО) имеет потенциальную опасность для обслуживающего персонала. Негативными факторами производственной среды при работе неисправных МВВЭО, воздействующими на работников, являются: шум, вибрация, электромагнитное поле, электрический ток, в случае аварийных ситуаций - огонь, механические части разрушенного оборудования.
Вследствие частичных разрядов, внутренних коротких замыканий в МВВЭО проявляются и другие неблагоприятные факторы для обслуживающего персонала. Под действием электрической дуги нагреваются и разлагаются жидкие диэлектрики, выделяются газообразные токсичные вещества.
Существующие на сегодня способы контроля безопасного состояния внутренней изоляции МВВЭО в основном обнаруживают развивающиеся или существующие дефекты изоляции, а не их причину.
Решением этой непростой задачи: повышения надёжности работы МВВЭО, улучшения условий труда и безопасности обслуживающего персонала - является разработка и внедрение новых методов диагностирования и дистанционного мониторинга.
Цель работы: Повышение уровня безопасности при эксплуатации масло-наполненного электрооборудования путем анализа результатов измерений акустических характеристик жидкой изоляции.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
Выполнен анализ повреждаемости МВВЭО и причин опасного состояния жидкой изоляции.
Теоретически обоснована взаимосвязь между скоростью распространения ультразвука в трансформаторном масле и его температуры в различных условиях эксплуатации.
Разработана и создана модельная установка для исследования акустических свойств жидкой изоляции (трансформаторного масла).
Разработана математическая модель эффективного нелинейного акустического параметра трансформаторного масла с микровключениями.
Разработана экспериментальная методика определения нелинейных акустических свойств жидкой изоляции для безопасной её эксплуатации.
Идея работы состоит в использовании нелинейного параметрического взаимодействия акустических колебаний.
Научные положения и результаты, выносимые на защиту:
Безопасное состояние жидкой изоляции (трансформаторного масла) может быть определено на основании изучения её акустических свойств.
Распространение скорости звука в жидкой изоляции (трансформаторном масле) зависит от степени её старения.
Нелинейный акустический параметр трансформаторного масла зависит от температуры и дефектной области с микровключениями.
Методика определения нелинейных акустических свойств жидкой изоляции для её безопасной эксплуатации.
Научное значение работы:
впервые выявлено изменение акустической нелинейности и скорости звука в трансформаторном масле, выражающееся в усилении указанных характеристик с увеличением температуры масла;
установлена температурная зависимость нелинейного акустического параметра, скорости звука от концентрации газовых микропузырьков (неоднород-ностей) в трансформаторном масле и на этой основе разработана экспериментальная методика;
определена нелинейная связь параметра нелинейности и скорости звука в трансформаторном масле от концентрации газовых включений и температуры в трансформаторном масле как признака его безопасной эксплуатации.
Практическое значение работы заключается в следующем:
получены экспериментальные результаты, расширяющие научное знание об акустических свойствах трансформаторного масла при наличии в нём газовых микровключений при различных температурах;
разработана экспериментально-расчётная методика и средства для исследования нелинейного акустического параметра трансформаторного масла с газовыми микровключениями в зависимости от температуры;
-разработана и апробирована модельная акустическая установка для исследования газовых микровключений трансформаторного масла в натурных условиях.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается аргументированностью исходных посылок, вытекающих из основ акустики, удовлетворительным совпадением результатов исследований акустических свойств трансформаторного масла с результатами математического моделированного процесса.
Реализация выводов и рекомендаций работы.
Научные положения, выводы и рекомендации переданы в филиал ОАО «ФСК ЕЭС» - МЭС Урала, а также используются Южно-Уральским государственным университетом в лекционном курсе по специальности 140610 «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений» и при обучении студентов электротехнических специальностей в курсе «Безопасность жизнедеятельности».
Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты диссертационной работы доложены, рассмотрены и одобрены:
на II и III Всероссийских научно-практических конференциях «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии» (Челябинск, 2003-2006);
на XXIX сессии Всероссийского семинара Академии наук РФ «Электроснабжение промышленных предприятий» (Новочеркасск, 2007);
на Всероссийской научно-технической конференции «Наука - производство - технологии - экология» (Киров, 2008);
на Международной научно-практической конференции в области экологии и безопасности жизнедеятельности «Дальневосточная весна» (Комсомольск-на-Амуре, 2008);
на VI Всероссийской научно-практической конференции «Энергетика в современном мире» (Чита, 2009);
на IV Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности в третьем тысячелетии» (Челябинск, 2009).
Публикации. По материалам диссертации имеется 20 публикаций, из них 4 в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 107 с. машинописного текста, иллюстрируется 34 рисунками и 13 таблицами. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемой литературы (130 наименований).
Анализ повреждаемости силовых трансформаторов в филиале ОАО «МРСК - Урала» Челябэнерго за период 2002-2007 г.г
Особую ценность представляет анализ повреждаемости силовых трансформаторов в филиале ОАО «МРСК - Урала» - Челябэнерго. Для этого был проведен анализ всех актов повреждений [53] электрооборудования Челябэнерго за 6 лет. В качестве источника данных по авариям высоковольтного масло-наполненного электрооборудования использовалась электронная информационно-поисковая система «ARTH-2000». При этом анализировались следующие группы повреждений силовых трансформаторов: а) старение изоляции, ухудшение свойств; б) межвитковое и межфазное замыкание; в) перекрытие изоляции в результате атмосферного перенапряжения; г) заводские дефекты, некачественный ремонт; д) внешние КЗ, перенапряжения в результате однофазных замыканий на землю; е) неправильная эксплуатация, ошибки персонала; ж) снижение уровня масла, неисправность газовой защиты. Каждая группа связана с состоянием обмоток силовых трансформаторов, а значит и с состоянием жидкой изоляции. Особое внимание заслуживают повреждения: а) старение изоляции, ухудшение свойств; б) межвитковое замыкание и межфазное замыкание. Так как появление этих повреждений напрямую зависит от технического состояния жидкой изоляции, кроме того, эти группы повреждений возникают чаще остальных. Характерные примеры случаев аварий по причине старения изоляции и ухудшения свойств по актам технологических нарушений: а) 29.04.02 в 13-50 в ЗЭС Челябэнерго поступило сообщение от потребителей ТП-15 об отсутствии напряжения. При осмотре выявлено: повреждение силового трансформатора с выбросом масла, перегорели плавкие вставки 10 кВ. Была установлена причина повреждения - старение изоляции в результате длительной эксплуатации. Также было принято решение о замене других трансформаторов с длительным сроком эксплуатации; б) 21.11.03 в 14 ч 10 мин на 1 СШ ПС Северная появилась «земля». ОВБ КРЭС обнаружила повреждение КПТС-6 кВ Т-1 в ТП-4097. Причиной повреж дения явилось изменение свойств изоляционных материалов со временем в процессе эксплуатации; в) 23.06.07 в 15ч 15 мин в Центральных ЭС Челябэнерго отключение от ДЗ ВЛ ПО кВ «Еманжелинка-Красногорка» Еманжелинского РЭС. АПВ успешное. На ПС 110/10 кВ «Ключи» Еманжелиского РЭС. Еманжелинского РЭС срабо тали пироприводы фаз «А» и «В». Силовой трансформатор Т-1 отключен. Причина повреждения - старение изоляции ТВЛМ 10 ячейки ввода Т-1 в ре зультате длительной эксплуатации. Произведена замена ТВЛМ 10 ячейки ввода Т-1. Для предупреждения подобных случаев на ПС 110/10 кВ «Ключи» Еман желинского РЭС проведена проверка устройств РЗА силового трансформатора Т-1 иБДКЗТ-1. На рисунке 1.2 изображена гистограмма, показывающая количество случаев аварий силовых трансформаторов в Челябэнерго за последние 6 лет по причине старения изоляции и ухудшение ее свойств. Примеры случаев аварий по причине межвиткового и межфазного замыкания из актов технологических нарушений: а) 27.02.03 в 2 ч 20 мин в Центральных ЭС Челябэнерго на ПС «Смолино Т» отключилась ВЛ 10 кВ №3 Сосновского РЭС. Произошло витковое замыка ние в обмотке трансформатора ТМ 250 кВА ТП №1030 Сосновского РЭС из-за недопустимой перегрузки потребителем. Для профилактики такого вида аварий был произведен внеочередной рейд контролеров с целью выявления и отклю чения сверхдоговорной нагрузки потребителей. б) 27.07.03 в 19 ч 00 м в Центральных ЭС Челябэнерго в ТП №350 от ВЛ №1 «Совхоз» отключился ТМ 250 кВА Еткульского РЭС. Произошло витковое замыкание в обмотке трансформатора ТМ 250 кВА. в) 22.03.07 в 19 ч 52 м в Центральных ЭС Челябэнерго при «земле» в сети 10 кВ отключена ТП №1790 по В Л 10 кВ №13 «Больница» от ПС 110/10 кВ «Миасская» Красноармейского РЭС. Произошло витковое замыкание обмотки ВН ТМ 100 кВ. Трансформатор был заменен. На рисунке 1.3 изображена гистограмма, показывающая количество случаев аварий силовых трансформаторов в Челябэнерго за последние 6 лет по причине межвиткового и межфазного замыкания. Данные по основным группам повреждений масленых трансформаторов представлены в таблице 1.6. Результаты анализа повреждаемости силовых трансформаторов за 2002-2007 годы показывают, что одной из причин снижения надежности работы масленых трансформаторов является ухудшение свойств жидкой изоляции.
Проблема износа маслонаполненного электрооборудования в высоковольтных распределительных сетях выходит на первый план. Причем одна их характерных причин повреждения электрооборудования - старение и как следствие повреждение масляной изоляции, что приводит к рискам возникновения опасных и вредных производственных факторов производственной среды в электроустановках.
Анализ литературных данных [8] по расследованию обстоятельств и причин несчастных случаев на энергоустановках с 1 января 2001 по 1 мая 2005 года позволил выявить следующие закономерности.
Уравнение скорости распространение звука в трансформаторном масле при различных температурах натурных условий среды
Диагностирование - определение технического состояния объекта. Задачи технического диагностирования: контроль технического состояния; поиск места и определение причин отказа (неисправности); прогнозирование технического состояния.
По действиям, которые производятся с объектом, техническую диагностику можно разделить на функциональную (рабочую) и тестовую.
Функциональная диагностика осуществляется без нарушения режимов работы объекта, т.е. при выполнении им своих функций [59].
По способу получения диагностической информации функциональная диагностика подразделяется на тепловую, электрическую и т.п.
Тестовая диагностика - это определение состояния объекта по результатам его реакции на внешнее воздействие. Отличительной особенностью этого вида диагностики является использование источника внешнего воздействия [59].
К тестовым воздействиям с диагностической точки зрения [59] можно отнести все виды неразрушающих испытаний объектов, например, испытания повышенным напряжением электрических аппаратов и сетей на предмет обнаружения нарушений изоляции, испытания оборудования на предельных нагрузках или давлениях, тепловые испытания и т.д.
На сегодняшний день [9, 57, 76, 77], диагностирование технических объектов получило стимул для интенсивного развития, оно связано с реальным переводом технических объектов, и особенно электрооборудования, с обслуживания и ремонта по регламенту на ремонт и обслуживание по фактическому состоянию. Для реализации такого перевода потребовались новые методы и средства технического диагностирования [22, 24, 26. 34, 43, 75, 76], которые смогли бы обеспечить глубокую профилактическую диагностику объектов с долгосрочным прогнозом состояния. Наиболее распространенным дефектом изоляции электроустановок, в том числе и жидкой изоляции высоковольтного маслонаполненного электрооборудования, является ее пробой. Первопричиной таких опасных производственных факторов, как напряжение и электрическая дуга являются частичные разряды (ЧР).
Под частичными разрядами понимают пробой сколь угодно малой части изоляционного промежутка, не приводящей одновременно к пробою всего межэлектродного промежутка. При возникновении ЧР в месте его образования выделяется энергия, которая приводит к разрушению диэлектрика. Разрушение изоляции зависит от физико-химических свойств, входящих в состав изоляционной системы материалов, от стойкости изоляции к воздействию ЧР и от количества выделяемой энергии ЧР. Возникновение ЧР сопровождается следующими явлениями: - образованием электромагнитного излучения; - образованием акустических волн; - протеканием разрядного тока по цепям, связанным с источником ЧР; - локальным нагревом. Для предотвращения старения изоляции под действием ЧР в практике технической эксплуатации МВВЭО для обнаружения ЧР используют различные сопровождающие их физические эффекты - оптические и акустические сигналы, импульсные токи во внешней цепи, импульсные электромагнитные ПОЛЯ, физико - химических особенности строения диэлектриков. В тепловых методах неразрушающего контроля используется тепловая энергия, распространяющаяся в объекте контроля. Температурное поле поверхности объекта является источником информации об особенностях процесса теплопередачи, которые, в свою очередь, зависят от наличия внутренних или наружных дефектов [25]. Радиационной или энергетической температурой Тр, серого излучателя с истинной температурой Т называется такая температура абсолютно черного тела, при которой его яркость равна яркости данного излучателя Применение тепловизионной диагностики основано на том, что некоторые виды дефектов высоковольтного оборудования вызывают изменение температуры дефектных элементов и, как следствие, изменение интенсивности инфракрасного (ИК) излучения, которое может быть зарегистрировано тепловизион-ными приборами. Важно, чтобы измерялось собственное излучение обследуемого объекта, которое связано с наличием и степенью развития дефекта [93, 101, 115, 128]. Инфракрасное излучение — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны А,=0,74 мкм) и микроволновым излучением (А, 1—2 мм). Наличие в поле зрения регистрируемого теплового контраста позволяет визуализировать на мониторе полутоновые черно-белые, или адекватные им «псевдоцветные», тепловизионные изображения. Тепловизионная техника обладает рядом достоинств и присущих только ей возможностей: обнаружение удаленных только теплоизлучающих объектов (или целей) независимо от уровня естественной освещенности, а также до определенной степени - тепловых и других помех (дождя, тумана, снегопада, пыли, дыма и др.). При проведении ИК-диагностики силовых трансформаторов можно выявить следующие неисправности: - возникновение магнитных полей рассеивания в трансформаторе за счет нарушения изоляции отдельных элементов магнитопровода (консоли, шпильки и т.п.); - нарушение в работе охлаждающих систем (маслонасов, фильтров, вентиляторов и т.п.); - изменение внутренней циркуляции масла в баке трансформатора (образование застойных зон) в результате шламообразования, конструктивных просчетов, разбухания у трансформаторов и смещение изоляции обмоток (особенно у трансформаторов с большим сроком службы); - нагревы внутренних контактных соединений обмоток НН с выводами трансформатора; - витковое замыкание в обмотках; - ухудшение контактной системы некоторых исполнений РПН и т.п. Достоинства метода: - достоверность, объективность и точность получаемых сведений; - безопасность персонала при проведении обследования оборудования; - не требуется отключение оборудования; - не требуется подготовки рабочего места; - большой объём выполняемых работ за единицу времени; - возможность определение дефектов на ранней стадии развития; - малые трудозатраты на производство измерений; Однако для реализации этого метода необходим тепловой контраст, хорошие погодные условия и пылезащищенность объекта обследования. Метод обнаруживает уже развившейся дефект.
Исследование нелинейного акустического параметра трансформаторного масла с пузырьками
Как известно, при эксплуатации силовых трансформаторов трансформаторное масло выполняет функции диэлектрика и охлаждающей среды. Но у трансформаторного масла есть еще одна важная функция: оно является диагностической средой. Значительная доля развивающихся дефектов, приводящих в дальнейшем к повреждению оборудования, может быть определена своевременным контролем состояния трансформаторного масла. Развитие таких дефектов, как локальные перегревы токоведущих соединений и элементов конструкции остова, разряды в масле, искрение в контактных соединениях, загрязнение и увлажнение изоляции, попадание воздуха, окисление и старение самого масла и твердой изоляции в различной мере сказываются на изменении свойств трансформаторного масла. Поэтому на протяжении многолетней практики эксплуатации силовых трансформаторов применяются различные показатели состояния трансформаторного масла, расширяется их перечень, совершенствуются методы измерений.
В настоящее время в практике оценки состояния силовых трансформаторов в эксплуатации применяется значительное количество физико-химических показателей состояния трансформаторного масла [58, 94, 96, 98]. При этом наряду с показателями, имеющими многолетний опыт применения и практически повсеместно используемыми, в последнее время получили развитие новые физико-химические показатели, позволяющие в различной мере оценивать состояние изоляции трансформаторов в процессе эксплуатации. В соответствии с требованиями [100] в процессе эксплуатации силовых трансформаторов предусмотрено измерение следующих показателей масла: - кислотное число; - содержание водорастворимых кислот и щелочей; - влагосодержание; - газосодержание масла; - хроматографический анализ газов, растворенных в масле; - содержание фурановых производных. Кислотное число — это количество едкого калия (КОН), выраженного в миллиграммах, которое необходимо для нейтрализации свободных кислот в 1 г масла. Данный показатель свидетельствует о содержании в трансформаторном масле любых кислых веществ. Увеличение значения кислотного числа свидетельствует об окислении масла, которое может вызывать коррозию конструкционных элементов, образование мыл с ионами металлов и развитие коллоидно-дисперсных процессов, ведущих к снижению электрической прочности масла. Кислоты из-за своей полярности могут также способствовать увеличению поглощения воды бумажной изоляцией. Содержание водорастворимых кислот и щелочей свидетельствует о качестве масла. Они могут образовываться в процессе изготовления масла или образовываться в результате его окисления в процессе эксплуатации. Такие кислоты могут быть достаточно агрессивны и способствуют развитию коррозии и старению бумажной изоляции. Влагосодержание как показатель состояния масла и твердой изоляции контролируется в эксплуатации. Увлажнение изоляции возможно в эксплуатации при попадании атмосферной влаги в масло из-за неисправности или отсутствия осушителей у трансформаторов со свободным дыханием, засасывания влажного воздуха или дождевой воды в масло у трансформаторов с принудительной системой охлаждения при ее негерметичности или засасывание через другие неплотности. Снижение электрической прочности масла и маслобарьерной изоляции в целом у трансформаторов может быть вызвано увлажнением масла и твердой изоляции как вследствие попадании атмосферной влаги в масло, так и в следствии образования воды в результате процессов старения самой изоляции, газовыделениием из изоляции. Хроматографический анализ газов (ХАРГ), растворенных в масле, обладает высокой чувствительностью к развивающимся дефектам в трансформаторе, связанных с такими факторами, как электрические разряды в изоляции и локальные перегревы. Применение анализа растворенных в масле газов основано на том, что при появлении местных нагревов или электрических разрядов масло и соприкасающаяся бумажная изоляция разлагаются, а образующиеся газообразные продукты растворяются в масле. Содержание фурановых производных является показателем, который косвенно может свидетельствовать о деструкции бумажной изоляции. Термолиз, окисление и гидролиз изоляции, вызывая частичное разрушение макромолекул целлюлозы, приводят к образованию компонентов фуранового ряда, которые выделяются в трансформаторное масло. Следует отметить, что такие физико-химические показатели, как кислотное число, содержание водорастворимых кислот и щелочей, влагосодержание и газосодержание масла являются традиционными в практике эксплуатации силовых трансформаторов на протяжении многих лет, а различные аспекты их применения достаточно подробно описаны в многочисленной литературе [106, 116, 118, 124, 125]. Поэтому ниже более подробно рассмотрено применение хроматографического анализа газов, растворенных в масле. В России и за рубежом накоплен достаточно большой опыт применения хроматографического анализа газов, растворенных в масле силовых трансформаторов напряжением 110-750 кВ, для выявления дефектов в эксплуатации. Накопленный опыт позволил сформулировать совокупность признаков, имеющих достаточно высокую диагностическую ценность, и определить вид и характер выявляемых ими дефектов для принятия решений по дальнейшей эксплуатации. С помощью ХАРГ в силовых трансформаторах можно обнаружить две группы дефектов [98]: - перегревы токоведущих соединений и элементов конструкции остова - электрические разряды в масле. При этом определяются концентрации семи газов: водорода (Н2), метана (СН4), ацетилена (С2Н2), этилена (СгЩ), этана (СгНб), оксида углерода (СО) и диоксида углерода (С02). При определении дефектов в силовых трансформаторах используется подразделение газов на основные (ключевые) и характерные (сопутствующие). При перегревах токоведущих соединений и элементов конструкции остова трансформатора основным газом является С2Н4 - в случае нагрева масла и бумажно-масляной изоляции свыше 500С и G2H2 - при дуговом разряде. Характерными газами в обоих случаях являются Нг, СКЦ, и СгНб. При частичных разрядах в масле основным газом является Н2, характерными газами с малым содержанием - СН и С2Н2. При искровых и дуговых разрядах основными газами являются Н2 или С2Н2, характерными газами с любым содержанием - 0 и С2Н4 .
Рекомендации и алгоритм обработки спектра огибающей сигнала волны разностной частоты
Этот поток пара и газа поступает в трансформаторное масло. Из теории барботирования известно, что в этом случае на некотором расстоянии от нагреваемой поверхности имеется так называемый участок стабилизации потока паpa, на котором происходит процесс формирования пузырей различных диаметров. При попадании в холодное масло масляный пар будет конденсироваться и пузыри будут содержать только газообразные продукты разложения масла.
В [27] установлено, что начало газовыделения совпадает с началом вскипания масла. При этом образуются газовые пузыри диаметром до 0,002 мм. С увеличением теплового потока в месте дефекта размеры пузырей практически не меняются, увеличивается их количество. Газовые пузыри таких размеров медленно (время жизни около 250 сек.) растворяются в масле и не оказывают влияния на работу газового реле. При наступлении кризиса кипения механизм газовыделения изменяется и от нагреваемого участка поверхности отделяется поток пара и газа, который формируется в пузыре различного размера с макси-мальным объемом около 60 см (радиусом около 5,88 см). Пузыри таких размеров уже регистрируются газовым реле.
С помощью нагрева были получены микропузырьки в [41], где были проведены исследования поведения искусственно-создаваемых долгоживущих микропузырьков размером 50-100 мкм в воде, рисунок 1.13. Газовые пузырьки создавались с помощью импульсно-нагреваемого проволочного электрода.
Конфигурация пузырьков на поверхности электрода Перегревы твердой изоляции также приводят к преждевременному выходу трансформаторов из строя, т.к. твердая изоляция (бумага или электротехнический картон) быстро стареет и утрачивает свои механические и диэлектрические свойства, происходит её разрушение, что приводит к аварийному отключению трансформатора из-за возникновения дугового разряда. Выводы по главе. Таким образом, физический износ и старение высоковольтного электрооборудования в холдинге Единой национальной энергосистемы страны постоянно увеличивается. Рост повреждаемости при работе за пределами нормированного срока службы увеличивает риск возникновения опасных и вредных производственных факторов для обслуживающего электротехнического персонала. Повреждаемость конструктивных элементов трансформатора, напрямую связанных с .состоянием жидкой изоляции (трансформаторным маслом) достигает 60 процентов.
Основные методы функциональной диагностики ЧР и жидкой изоляции выявляют признаки развивающихся дефектов, а не их причины. Одной из главных причин старения жидкой изоляции является кавитацион-ный механизм.
Для повышения надежности изоляции МВВЭО и как следствия, улучшения условий труда электротехнического персонала электроустановок необходимо выявлять и исследовать новые диагностические признаки дефектной области изоляции. Задачи исследования: — теоретически обосновать возможность исследования физико-механических свойств трансформаторного масла с микровключениями на основе нелинейного взаимодействия акустических колебаний; — исследовать зависимость распространения скорости звука в жидкой изоляции от изменения ее температуры; — разработать модельную установку для исследования жидкой изоляции с использованием параметрической излучающей антенны; — исследовать нелинейный акустический параметр трансформаторного масла и составить математическую модель его зависимости от температуры; — разработать методику исследования, алгоритм и рекомендации по обработке спектра сигнала волны разностной частоты. Свойства реальных жидкостей существенно отличаются от свойств идеальной жидкости из-за присутствия в них различных микронеоднородностей. Под микронеоднородностями подразумевается малые объекты, размеры которых зачастую меньше длины акустической волны, падающей на объект, отличающийся от жидкости своими физическими свойствами (плотностью, сжимаемостью). От количества и свойств микровключений в значительной мере за-висият кавитационная прочность, сжимаемость, а для диэлектрических жидкостей и электрическая прочность материала. Особенно важно знать влияние микронеоднородностей на свойства изолирующих жидкостей вблизи точек фазовых переходов (высокая температура, кипение), поскольку происходящие при этом явления могут существенно влиять на работу высоковольтного маслона-полненного элктрооборудования. Среди различных микронеоднородностей особый интерес представляют газовые пузырьки так, как заряженные микропузырьки, в определенных условиях, являются центрами, на которых начинается электрический пробой изолирующих жидкостей. Обладая выраженными резонансными свойствами, они отличаются от других микронеоднородностей значительно более существенным влиянием на свойства жидкости. Их присутствие резко увеличивает нелинейные свойства жидкости. Эта особенность имеет положительную сторону и может быть использована для исследования акустических свойств жидких диэлектриков и совершенствования методов диагностирования МВВЭО. Пусть волна имеет синусоидальную форму вблизи излучателя [111]. Если интенсивность волны достаточно велика, то по мере распространения ее форма изменяется вследствие разницы в скоростях перемещения различных участков профиля. (Под профилем волны понимается распределение различных величин — давления, скорости, плотности — вдоль направления распространения.) Точки профиля, соответствующие большему сжатию, движутся быстрее, чем точки, соответствующие меньшей плотности. В результате крутизна волновых фронтов увеличивается, что может привести к возникновению разрыва на каждом периоде волны и образованию волны пилообразной формы. Тесное переплетение понятий разрыв и коэффициент нелинейности требуют их совместного рассмотрения в комплексе [111].
