Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Влияние концентрации воздуха на эффективность эксплуатации трансформаторного масла в электрическом оборудовании . 10
1.1. Оптимизация и эксплуатация электроэнергетических систем. 10
1.2. Электрическая изоляция оборудования. 11
1.3. Анализ состояния трансформаторного масла в электрооборудовании. 14
1.4. Диагностика трансформаторного масла 15
1.5. Технические требования на трансформаторное масло . 22
ГЛАВА 2. Контроль воздуха, растворённого в трансформаторном масле 28
2.1 .Условия эксплуатации трансформаторного масла в силовых трансформаторах 28
2.2. Разработка экспериментальной установки для определения концентрации воздуха и старения трансформаторного масла 33
2.3. Калибровка бюретки опытной установки 40
2.4. Газохроматографический метод анализа содержания кислорода и воздуха в трансформаторном масле 45
2.4.1. Подготовка к проведению анализа 46
2.4.2. Режим работы хроматографа 47
2.4.3. Построение градуировочного графика 47
2.4.4. Проведение анализа 48
2.4.5. Обработка результатов- 48
2.5. Объекты исследования 51
2.6 Методы анализа трансформаторного масла 53
2.7 Использование многофункциональной экспериментальной установки для определения количества поглощенного воздуха трансформаторным маслом, с последующим сравнением с газохроматографическим анализом 54
2.8 Использование экспериментальной установки при исследовании старения масла 63
2.9. Старение трансформаторных масел в отсутствии электрического поля 64
2.10. Старение трансформаторных масел в присутствии электрического поля 69
ГЛАВА 3. Разработка экспресс-метода и использование его на энергообъектах 75
3.1. Экспресс-метод определения воздуха в трансформаторном масле 75
3.2. Гистограммы поглощения воздуха трансформаторным маслом на электрических станциях 80
3.3 Влияние концентрации воздуха в трансформаторном масле на его эксплуатационные свойства 83
ГЛАВА 4. Разработка метода контроля трансформаторного масла 95
4.1. Непрерывный контроль концентрации воздуха в трансформаторном масле 95
4.2. Контролируемые параметры трансформаторного масла и лабораторный метод анализа масла 96
4.3. Лабораторный анализ масла, эксплуатируемого в трансформаторах 97
4.4 Непрерывный контроль трансформаторного масла 99
4.5 Структура непрерывного контроля воздуха в трансформаторном масле 101
4.6 Технологическая схема контроля очистки трансформаторного масла в работающем трансформаторе 103
4.6. Автоматизированный комплекс контроля концентрации воздуха в масле трансформаторов 108
4.7. Экономическая эффективность 113
Выводы 115
Литература 116
- Технические требования на трансформаторное масло
- Использование многофункциональной экспериментальной установки для определения количества поглощенного воздуха трансформаторным маслом, с последующим сравнением с газохроматографическим анализом
- Влияние концентрации воздуха в трансформаторном масле на его эксплуатационные свойства
- Технологическая схема контроля очистки трансформаторного масла в работающем трансформаторе
Введение к работе
Актуальность проблемы. Нефтяное трансформаторное масло, используемое в качестве теплоотводящей и изолирующей среды в электрических аппаратах, подвержено старению при повышенных температурах за счёт совместного воздействия на него молекулярного кислорода воздуха, электрического поля и различных конструкционных материалов, ускоряющих его старение. В результате теплового старения в трансформаторном масле образуются газообразные, жидкие и твёрдые продукты. По мере накопления указанных продуктов в масле происходит возрастание диэлектрических потерь и снижение пробивного напряжения, что ухудшает его эксплуатационные свойства как диэлектрика.
Контроль концентрации воздуха в трансформаторном масле позволяет прогнозировать его работоспособность в действующем электрооборудовании. В этой связи большое внимание уделяется разработке систем контроля концентрации воздуха, инициирующего старение трансформаторного масла. Контроль концентрации воздуха в масле проводится с целью увеличения срока его эксплуатации и повышения надёжности работы дорогостоящего маслонапол-ненного электрооборудования.
Контроль концентрации воздуха в масле на электрических станциях осуществляется с использованием манометрического и газохроматографиче-ского методов, которые имеют целый ряд существенных недостатков. Так, манометрические установки (абсоциометры) имеют большую погрешность и занижают концентрацию воздуха в масле в несколько раз по сравнению с действительным его содержанием. Газовые хроматографы сложны в аппаратурном оформлении, дорогостоящи, и требуют для обслуживания высококвалифицированного персонала. Поэтому разработка системы контроля концентрации воздуха в масле, эксплуатируемом в электрической аппаратуре, представляет собой сложную и актуальную задачу.
7 Цель работы - разработка нового метода контроля воздуха в масле действующих трансформаторов при непрерывном мониторинге его состояния. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи: разработать многофункциональную экспериментальную установку (МЭУ), моделирующую эксплуатацию масла в реальных условиях, и систему контроля количества поглощенного воздуха трансформаторным маслом; разработать экспресс-метод контроля концентрации воздуха в масле; модернизировать технологическую схему автоматизированного непрерывного контроля (АНК) эксплуатационных свойств масла и метод его очистки; разработать структурную схему автоматизированного комплекса контроля (ССАКК) концентрации воздуха в масле трансформаторов.
Научная новизна работы заключается в решении научно-технической проблемы — непрерывного контроля концентрации воздуха, содержащегося в трансформаторном масле, с использованием новых методов его анализа, отличающихся надёжностью и простотой измерения по сравнению с газохромато-графическим и другими методами.
Разработан метод контроля концентрации воздуха и газов в трансформаторном масле, при различных напряженностях электрического поля в широком диапазоне температур с учётом влияния различных режимов эксплуатации трансформаторов и углеводородного состава масла на его эксплуатационные свойства;
Разработан экспресс-метод контроля концентрации воздуха в масле работающих трансформаторов, отличающийся простотой и надёжностью в эксплуатации по сравнению с газохроматографическим методом;
3. Модернизирована технологическая схема контроля эксплуатационных свойств и очистки масла в работающих трансформаторах, повышающая надёж ность и долговечность их в эксплуатации.
4. Разработана ССАКК концентрации воздуха в масле трансформаторов с ис пользованием метода ускоренного выделения растворенного воздуха из масла и термокондуктометрического метода.
Практическая ценность работы заключается в решении технической проблемы увеличение срока службы трансформаторов и улучшения качества масла. Разработана МЭУ, позволяющая осуществлять контроль концентрации воздуха в масле, прогнозировать скорость его старения для предупреждения возможных отказов. Разработанный экспресс-метод контроля концентрации воздуха в масле даёт возможность заменить сложный газохроматографический анализ. Получен акт о производственном испытании модернизированной технологической схемы АНК очистки масла в научно-техническом центре «АРГО» г. Иваново. Предложенная ССАКК концентрации воздуха в маслах трансформаторов, позволяет быстро и точно определить концентрацию воздуха в эксплуатируемом масле с использованием термокондуктометрического метода.
На защиту выносятся:
МЭУ, позволяющая контролировать состояние трансформаторного масла, с учётом напряжённостей электрического поля в широком диапазоне температур, по концентрации воздуха, растворённого в масле;
Экспресс-метод контроля концентрации воздуха, растворенного в трансформаторном масле, основанный на принципе ускоренного выделения воздуха из масла при охлаждении; - Модернизированная технологическая схема АНК эксплуатационных свойств и автоматизированной очистки трансформаторного масла, вос станавливающая его эксплуатационные свойства в работающих транс форматорах; - ССАКК концентрации воздуха в масле трансформаторов с использованием метода ускоренного выделения растворенного воздуха из масла при его охлаждении и термокондуктометрического метода.
Достоверность полученных результатов обеспечивается комплексным подходом к решению поставленной задачи, применением современных методов анализа и непротиворечивостью полученных экспериментальных и теоретических результатов.
9 Апробация работы. Результаты научных работ докладывались на международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, МЭИ (ТУ), 2006 г), Ш-й и IV-й молодёжной международной научной конференции «Тинчуринские чтения».(Казань, КГЭУ, 2008-09гг), аспирантско-магистерских научных семинарах КГЭУ (Казань,2004-05,2007-08гг), Международной научно-технической конференции «Энергетика-2008:инновации, решения, перспективы»(Казань, КГЭУ, 2008г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 2 статьи в журнале, входящем в перечень ВАК.
Личное участие. Результаты работы получены лично автором под руководством д.т.н. проф. Тутубалиной В.П.
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 126 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 129 наименований. Иллюстрационный материал содержит 31 рисунок и 14 таблиц.
Технические требования на трансформаторное масло
Процессы старения трансформаторного масла при наличии воздуха связано с возникновением и развитием дефектов связаны при изменении отдельных компонентов или конструкции изоляции в целом.
Контролируемыми характеристиками трансформаторного масла является - растворимость воздуха; - растворение газов, образовавшихся при длительной эксплуатации масла в электрооборудовании; - пробивное напряжение, характеризующее работоспособность масла и являю-щеесяглавной электроизоляционной характеристикой; - тангенс угла диэлектрических потерь; - кислотное число, характеризующее термостабильность масла и его коррозионную устойчивость по отношению к металлическим деталям и степень старения твердой изоляции; - образование осадка, который накапливается на активных частях трансформатора в обмотках и магнитопроводе. - температура вспышки масла в закрытом тигле, указывающая на наличие летучих продуктов глубокого старения масла; - цвет масла, характеризующий процессы окислительной конденсации и полимеризации с образованием высокомолекулярных продуктов окисления масла; - оптическая плотность, характеризующая степень старения масла; - коэффициент поверхностного натяжения, указывающий на наличие в масле поверхностно активных полярных веществ, связывающих воду и снижающих пробивное напряжение. Из предложенного комплекса контролируемых характеристик масла наиболее важными и информативными для целей диагностики масла являются растворимость воздуха и газов в масле, пробивное напряжение, тангенс угла диэлектрических потерь, концентрация воды в масле и кислотное число. В электрических аппаратах трансформаторное масло работает в условиях высокой напряжённости электрического поля и повышенных температур, поэтому углеводородный состав масла является основным фактором, влияющим на старение трансформаторного масла [23,25]. К основным компонентам, составляющим нефтяное трансформаторное масло, относятся парафино-нафтеновые и ароматические углеводороды [23,25,43]. При эксплуатации трансформаторного масла в электрических аппаратах под рабочим напряжением и повышенных температурах в углеводородных соединениях масла могут протекать процессы термохимической деструкции молекул углеводородов с образованием активных радикалов [44-53]. Таким образом, в электрическом поле высокой напряжённости и под действием повышенных температур масло подвержено термохимическому и электрохимическому старению, которое сопровождается снижением его эксплута-ционных характеристик, вследствие изменения углеводородного состава. Образующиеся продукты окисления углеводородов масла стимулируют процесс его старения. Так, низкомолекулярные кислоты являются промоторами окисления углеводородов масла, увеличивают скорость старения компонентов изоляции электрических аппаратов и интенсифицируют коррозию металлических частей электрооборудования [23,25, 51]. Выделившиеся продукты окисления конденсации стимулируют образование нерастворимых в масле соединений, которые выпадают в виде шлама. Образование шлама и смолистых веществ ухудшает эксплутационные свойства трансформаторных масел. Смолистые вещества и шлам осаждаются на элементах конструкции электрических аппаратов и их изоляции, что снижает интенсивность отвода теплоты, увеличивает диэлектрические потери и, таким образом, способствует интенсификации скорости старения электрического оборудования при снижении его надёжности, долговечности и ресурса работы в электрических аппаратах. Выделяющиеся в процессе старения масла продукты окислительного превращения углеводородов относятся к вредным, поскольку нарушают нормальное функционирование электрических аппаратов в рабочем комплексе электрических станций и подстанций [23,25, 52]. В5 соответствии с литературными данными [23], скорость процессов старения в масле - величина переменная. В начале процесса эксплуатации трансформаторного масла в электрических аппаратах скорость окисления углеводородов мала. Однако, по мере накопления продуктов окисления скорость старения масла возрастает. При длительной эксплуатации трансформаторного масла в электрических аппаратах под рабочим напряжением и нормальных рабочих температурах происходит образование газообразных продуктов. Газообразные продукты обычно появляются при локальных перегревах элементов конструкций или в результате воздействия электрических разрядов в изоляции [23,25, 50-53]. К газообразным продуктам окисления масла относятся: — водород; — углеводородные газы: метан, этан, этилен, ацетилен и др.; — оксиды углерода. Выделившиеся в процессе старения трансформаторного масла газообразные продукты сначала растворяются в масле и поэтому в незначительной степени влияют на его эксплутационные характеристики. Однако, по мере накопления газообразных продуктов масло насыщается газами и происходит выделение последних из масла в виде отдельных пузырьков. Подобная ситуация может возникнуть, при интенсивном образовании газа в локальных объёмах. В этом случае скорость газообразования может значительно превысить скорость растворения газообразных продуктов в трансформаторном масле и газ начнёт выделяться из масла в виде пузырьков [23,25, 53].
С выделением газообразных продуктов из масла связано резкое снижение электрической прочности трансформаторного масла и возможно появление мощных частичных разрядов с возникновением возможного пробоя изоляции электрического аппарата [23,25, 53].
Перечисленные продукты, выделяемые при старении трансформаторного масла, характерны для всех нефтяных масел независимо из какой нефти последние произведены, её месторождения, химического состава и способа очистки масла. Однако, следует отметить, что скорость старения масла зависит от его углеводородного состава, концентрации в нём сернистых соединений, нафтеновых кислот, асфальто-смолистых веществ, концентрации воздуха и влаги. Поэтому все трансформаторные масла подразделяются на марки, определяемые исходными физико-химическими показателями нефти и способом очистки финишной стадии его обработки. Отечественные марки трансформаторных масел стандартизованы и имеют соответствующие области применения в энергетическом маслонаполненном оборудовании.
Производимые в России товарные нефтяные трансформаторные масла поі основным характеристикам, определяющим их эксплутационные свойства, должны удовлетворять нормативным требованиям. Требования, предъявляемые к маслам, определены соответствующими действующими стандартными документами (ГОСТ и ТУ).
Использование многофункциональной экспериментальной установки для определения количества поглощенного воздуха трансформаторным маслом, с последующим сравнением с газохроматографическим анализом
В результате эксплуатации масляной изоляции в трансформаторах происходит термическое и электрическое старение, которое снижает эксплуатационные характеристики масла с изменением его молекулярного состава [23].
Старение масляной изоляции сопровождается ухудшением электроизоляционных свойств, характеризующих работоспособность масла в высоковольтной маслонаполненной аппаратуре. В процессе старения трансформаторного масла происходит образование твёрдых, жидких и газообразных продуктов. Твёрдые продукты старения трансформаторного масла выпадают в виде осадка на активных частях электрического аппарата, главным образом, на обмотках и магнито-проводе трансформатора. Накапливание твёрдого осадка на активных частях аппаратуры высокого напряжения способствует снижению интенсивности отвода теплоты от последних, ускорению старения изоляции и значительному ухудшению диэлектрических показателей масла.
При накоплении в процессе теплового старения в масле газообразных, жидких и твёрдых продуктов реакции, загрязняющих жидкую изоляцию, происходит снижение пробивного напряжения, возрастание тангенса угла диэлектрических потерь и электропроводности, что связано с изменением свойств и структуры масла, которые приводят к ухудшению характеристик изоляции в целом [81, 82].
В трансформаторном оборудовании старение масла происходит в результате совместного воздействия на последнее повышенных температур, молекулярного кислорода воздуха и напряжённости электрического поля при наличии различных конструкционных материалов трансформатора, выполняющих функции активного гетерогенного катализатора, интенсифицирующего старение масла. Следует отметить, что между показателями старения твёрдой изоляции и физико-химическими характеристиками трансформаторного масла существует взаимосвязь. При старении масла с изменением его углеводородного состава и физико-химических свойств претерпевает изменения тангенса угла диэлектрических потерь, относительная диэлектрическая проницаемость, удельная электропроводность и пробивное напряжения трансформаторного масла [23].
Основным фактором старения трансформаторного масла в высоковольтном электрическом оборудовании являются окислительные превращения углеводородов, смолистых и сернистых соединений, входящих в состав масла. Под действием повышенных температур и рабочей напряжённости электрического поля при наличии различных материалов, из которых изготовлен трансформатор, за счёт воздействия на масло молекулярного кислорода воздуха во внутренней изоляции трансформаторов резко ускоряются окислительные химические реакции с образованием газообразных, жидких и твёрдых продуктов, ухудшающих эксплуатационные свойства трансформаторного масла. Скорость окислительного превращения углеводородов масла зависит от его химического состава, концентрации воды, содержащейся в изоляции, температуры, доступа кислорода в масло из атмосферного воздуха и количества химически активных металлов (медь, железо). Металлы: медь, железо и алюминий относятся к эффективным катализаторам, ускоряющим термоокислительные процессы, протекающие в нефтяном трансформаторном масле, в присутствии кислорода воздуха.
Темпы теплового старения трансформаторного масла в высоковольтном электрическом оборудовании определяются скоростями химических реакций, протекающими в масле, которые зависят от концентрации кислорода воздуха в масле и температуры. При этом следует отметить, что окислительные превращения углеводородов масла осуществляются в широком температурном интервале (-50С) - (+100С), т.е. окисление масла происходит даже при минусовых температурах, а с повышением температуры эти процессы заметно ускоряются [31-33].
В соответствии с данными эксплуатации стоимость капитального ремонта, силового трансформатора распределительных сетей с полной заменой трансформаторного масла составляет 20 - 60% стоимости трансформатора, установка термосифонного фильтра 1,5 — 4,0% стоимости трансформатора, а замена силикагеля 1 - 2% стоимости трансформатора [122].
При эксплуатации масляных трансформаторов в результате химических реакций происходит образование воды, что способствует ускорению термического старения масла [23, 27].
Загрязнение трансформаторного масла продуктами окисления при одновременном его увлажнении сопровождается снижением электрической прочности.
Трансформаторное масло легко поглощает воздух. Концентрация поглощённого воздуха в значительной степени зависит от химического состава трансформаторного масла и наличия полярных примесей в масле. При длительном отключении трансформатора или его недогрузке воздух быстро поглощается маслом. В этой связи исследование факторов, ускоряющих поглощение воздуха трансформаторным маслом, относится к одной из главных задач электроэнергетики, поскольку в присутствии воздуха происходит глубокое старение масла с изменением его эксплуатационных характеристик, влияющих на надёжную работу электротехнического оборудования электростанции и приводящих к аварийным ситуациям. Поэтому к основным показателям, характеризующим эксплуатационные свойства трансформаторного масла, следует отнести концентрацию воздуха, инициирующую старение масла и ухудшающую его электроизоляционные свойства и оказывающую существенное влияние на срок службы и надёжность эксплуатации маслонаполненного силового оборудования на энергообъектах.
В соответствии с технической документацией при заливке масла на заводе-изготовителе концентрация воздуха не должна превышать 0, 1 об%, а при нормативном контроле во время эксплуатации 2 об% [1,63].
Воздух в трансформаторное масло попадает при его транспортировке, переливке из цистерн в ёмкости на энергообъектах, перекачке по трубопроводам на электростанциях и хранение масла в масляных резервуарах энергообъектов;
Жесткие условия эксплуатации трансформаторного масла в маслонаполнен-ных электрических аппаратах и машинах предъявляют повышенные требования к количественному содержанию в последнем воздуха, являющегося главным инициатором старения масла и ухудшения его изоляционных свойств, что требует тщательного контроля концентрации воздуха в эксплуатируемом масле.
В энергетической программе развития электроэнергетики РФ до 20 Юг отмечается, что к концу срока будет достигнут предел по наработке 58 % мощностей электростанций, что в свою очередь требует разработки новых эффективных методов и технических средств непрерывного контроля концентрации воздуха в масле, относящегося к главным катализаторам его старения в электрическом оборудовании. В этой связи необходимо осуществлять непрерывный контроль состояния масла в силовых трансформаторах, что позволит снизить число дефектов, способных привести к авариям и даже останову эксплуатируемого оборудования
Влияние концентрации воздуха в трансформаторном масле на его эксплуатационные свойства
Построенная калибровочная кривая позволяет определить количество поглощённого воздуха трансформаторным маслом во временном промежутке от О до 80 мин при температуре 25 С и давлении 760 мм.рт.ст. без проведения экспериментальных исследований.
Разработанная экспериментальная установка даёт возможность определить: - количество поглощенного воздуха трансформаторным маслом при заданной температуре во времени; - термическую стабильность трансформаторного масла к окислению в электрическом поле при различных температурах. Условия определения эксплуатационных свойств трансформаторного масла на разработанной установке максимально приближены к условиям работы масла в электрических машинах и аппаратах в реальных условиях их эксплуатации: - исследования термостабильности масла проводят в электрическом поле под рабочим напряжением, характерным для электрического оборудования на энергообъектах; - поглощение воздуха изучают в условиях свободной конвекции, что характерно для силовых трансформаторов марки ТММ; - учитывается влияние конструкционных металлов энергооборудования и температуры на изменение эксплуатационных свойств трансформаторного масла в маслонаполненных электрических машинах и аппаратах. С использованием разработанной многофункциональной экспериментальной установки можно оценить основные эксплуатационные свойства трансформаторных масел, а также масел, произведенных с использованием новых технологических способов их очистки. Кроме того, установка позволяет выявить поведение трансформаторных масел в реальных условиях их эксплуатации в трансформаторах. Разработанная установка в сравнительно короткий срок может составить представление об эксплуатационных свойствах трансформаторных масел, определить их поведение в маслонаполненном электрооборудовании и оценить влияние углеводородного состава и концентрации воздуха на эксплуатационные свойства масел в реальных условиях работы трансформаторного оборудования. Разработанная установка представляется особенно интересной в связи с развивающейся тенденцией ограничения размеров трансформаторов, сопровождающейся сужением масляных каналов и повышением напряженности электрического поля. Данное обстоятельство указывает, что при определении эксплуатационных свойств трансформаторного масла необходимо учитывать воздействие электрического поля, являющегося основным фактором старения масла в работающих электрических машинах и аппаратах на энергообъектах. Кроме того, с использованием предложенной установки можно установить кинетику поглощения воздуха трансформаторными маслами различного углеводородного состава, что дает возможность оценить степень их старения и эксплуатационные свойства в трансформаторах на энергетических объектах Многофункциональная экспериментальная установка учитывает практически все факторы, оказывающие влияние на интенсивность старения трансформаторного масла в реальных условиях (температура, электрическое поле, углеводородный состав масла и концентрация воздуха). Цель исследования — это изучение кинетических закономерностей поглощения воздуха трансформаторными маслами, отличающихся структурно-групповым углеводородным составом с оценкой технологических параметров поглощения воздуха трансформаторным маслом с определением оптимальных концентраций изучаемого воздуха, вызывающего минимальное старение масла в электрическом поле при заданной температуре. При проведении исследования с целью избежание ошибочных результатов использованы два газа чистый кислород и воздух. Кроме того, для получения надежных экспериментальных данных определения количества поглощенного газа проводили с использованием двух методов. Концентрацию газов в масле определяли на установке (рис.2.1) и методом газовой хроматографии [1, 2]. При-последующем сравнении полученных экспериментальных данных поглощения кислорода или воздуха трансформаторными маслами различного углеводородного состава при рабочих температурах, в отсутствии электрического поля и при различ-ном времени контактирования масла с воздухом в условиях свободной конвекции подачи газа в масло. Для определения концентрации воздуха в масле используются устройства, основанные на манометрических методах, например, абсорбциометры [21]. В ОАО «Ангарское ОКБА» разработан измеритель объёмной доли воздуха в трансформаторном масле «Иркут» [123]. Однако, указанные методы не позволяют изучить кинетические закономерности поглощения воздуха маслом и установить влияние концентрации воздуха в масле на его электроизоляционные свойства, что возможно при использовании выше представленной установки (рис.2.1) Предлагаемая методика анализа заключается во введении пробы, исследуемого масла в замкнутую емкость, в которой она выдерживается в статических условиях при постоянной температуре до установления равновесного распределения определяемого компонента между жидкой и газовой фазами. По достижению термодинамического равновесия газохроматографически определяли концентрацию кислорода и воздуха в газовой фазе с использованием исследуемых образцов масел. Для газохроматографического анализа газов применяли хроматограф марки Кристаллюкс-4000М. с детектором по теплопроводности, с чувствительностью 1500МВ-см3/мг. Газохроматографическая колонка выполнена в виде спирали из нержавеющей стали с внутренним диаметром 3 мм длиной 2,5 м. В качестве сорбента были использованы молекулярные сита NaX с размером частиц 0,2 - 0,4 мм, а в качестве осушителя применяли силикагель марки КСМ №5, размер частиц которого составлял 0,4 - 0,8 мм (ГОСТ 3956-76). При проведении газохроматографического анализа использовали микро з шприц МШ 10, медицинский шприц вместимостью 2 см , лупу ЛИ-3-10 или микроскоп (ГОСТ 25706-83), набор сит «Физприбор» (ГОСТ 6613-86), водоструйный насос (ГОСТ 25336-82), муфельную электропечь марки ПМ-8. В качестве газа-носителя применяли гелий (ТУ 51-689-75), кислород медицинский или технический (ГОСТ 5583-78). Редуктор для подачи кислорода ДКП-1-65 (ТУ 26-05-463-76).
Технологическая схема контроля очистки трансформаторного масла в работающем трансформаторе
Необходимость проведения данного исследования обусловлена тем, что в современном маслонаполненном электрическом оборудовании воздух в масле растворяется за счет свободной конвенции при полном отсутствии барботирова-ния масла воздухом и интенсивного его перемешивания в аппаратах. Количество поглощенного воздуха трансформаторным маслом определяет термическую стабильность масла и является показателем, характеризующим эксплуатационные свойства масла, поскольку остальные показатели зависят от стабильности масла к окислению в электрическом поле [23]. Так, например, в процессе эксплуатации трансформаторного масла в маслонаполненных электрических аппаратах в результате старения масла происходит образование воды, кислотосодержащих соединений, коллоидных веществ и эмульсий, повышающих электропотери [23 -32]. Возникновение электрических корон в масле непосредственно связано с разложением углеводородов и образованием воскообразных веществ при старении масла [23, 27, 38]. Старение масла сопровождается возникновением различного типа продуктов окисления углеводородов - жидких и твердых веществ, влияющих на его электрическую прочность [23, 93 - 98].
Всё вышесказанное указывает, что, располагая только данными диэлектрических показателей трансформаторного масла, не представляется возможным оценить его работоспособность в реальных электрических машинах и аппаратах. Кроме того, невозможно определить, в какой степени электрическая прочность масла влияет на электрическую прочность изоляции электрооборудования [23]. С этой точки зрения для выявления эксплуатационных свойств трансформаторного масла в электрооборудовании необходимо располагать надежными данными о термической стабильности масла в электрическом поле напряженностью, характерной для работающих маслонаполненньгх электрических аппаратов.
Учитывая, что в реальных условиях при окислении углеводородов трансформаторного масла, преобладающее значение имеют реакции, протекающие в объеме масла за счет растворенного в нем воздуха, представляется целесообразным изучить кинетические закономерности поглощения воздуха маслом и факторы, влияющие на процесс поглощения воздуха маслом.
При проведении эксперимента с использованием многофункциональной экспериментальной установки было изучено влияние углеводородного состава масла на количество поглощённого воздуха.
В качестве объектов исследования были использованы трансформаторные масла ТМ1, ТМ2 и ВГ, отличающиеся содержанием ароматических углеводородов. В масле ТМ1 концентрация ароматических углеводородов составляла 10,4 %, в масле ТМ2 - 8,5% и в масле ВГ - 6,2%. При проведении эксперимента наряду с растворением воздуха в трансформаторных маслах ТМ1, ТМ2 и ВГ было изучено растворение кислорода этими маслами, поскольку кислород, являясь чистым газом, позволяет получить более достоверную картину его растворения в масле и сравнить полученные экспериментальные данные с растворением воздуха в указанных выше маслах.
Растворимость кислорода и воздуха в трансформаторных маслах изучали с использованием установки (рис.2.1) и газохроматографического метода анализа. Использование двух различных методов позволяет получить наиболее надежные и достоверные результаты экспериментального исследования растворимости указанных газов в маслах.
Растворимость кислорода и воздуха в трансформаторных маслах ТМ1, ТМ2 и ВГ проводили при температуре 20 С, поскольку при такой температуре хранятся трансформаторные масла на складах и вероятность протекания химических реакций при данной температуре мала. Исследование проводили в отсутствии электрического поля при свободной конвекции воздуха или кислорода в масло. С целью удаления из трансформаторных масел ТМ1, ТМ2 и ВГ остаточного содержания воздуха последние были подвергнуты вакуумной обработке. Время насыщения масел воздухом и кислородом составляла 5 мин и во всех опытах оставалась постоянным. При проведении эксперимента для газохроматографического анализа использовали трансформаторные масла ТМ1, ТМ2 и ВГ, взятые из прибора, представленном на рис. 2.2, что позволяет проводить газохроматографический анализ в условиях идентичных условиям в экспериментальной установке (рис.2.1).
Влияние концентрации ароматических углеводородов в трансформаторном масле на количество растворенного кислорода или воздуха в масле изучали с использованием трансформаторных масел ТМ1, ТМ2 и ВГ, содержащих соответственно 10,4%, 8,5% и 6,2% ароматических углеводородов. Опыты проводили при температуре 20 С в отсутствии электрического поля. Продолжительность контакта масел с кислородом или воздухом составляла 5 мин и во всех опытах оставалась постоянной. Количество воздуха, поглощенного маслами ТМ1, ТМ2 и ВГ, определяли двумя различными методами: газохроматографическим анализом и при помощи разработанной установки, показанной на рис.2.1. Для получения достоверных результатов в каждой точке экспериментальной кривой было проведено по три параллельных опыта.
Экспериментальные данные, приведенные на рис. 2.8, показывают, что с повышением концентрации ароматических углеводородов в трансформаторных маслах TMl, ТМ2 и ВГ количество растворенного кислорода и воздуха в маслах возрастает пропорционально концентрации ароматических углеводородов в маслах, причем в идентичных условиях проведения опыта кислорода поглощается маслом в 1,71 раза больше, чем воздуха, что указывает на более высокую растворимость кислорода в масле по сравнению с воздухом. Полученные экспериментальные результаты соответствуют данным по растворимости воздуха в трансформаторном масле, представленным в литературе [23,27,31].
Экспериментальные данные, приведённые в табл.2.6, показывают, что кислород обладает значительно большей растворимостью в исследуемых маслах по сравнению с воздухом.
Поглощение кислорода и воздуха в зависимости от концентрации ароматических углеводородов в исследуемых трансформаторных маслах протекает по одним и тем же закономерностям, о чем свидетельствует одинаковый ход кривых, изображенных на рис.3.1. Причём характер экспериментальных кривых, полученных на установке (рис. 2.1) и газохроматографическим методом идентичен, что указывает на возможность замены газовой хроматографии разработанной многофункциональной экспериментальной установкой Наибольшее количество кислорода и воздуха растворяет трансформаторное масло ТМ1, имеющее в своем составе максимальное количество ароматических углеводородов, содержание которых в 1,22 раза и в 1,68 раза больше по сравнению с маслами ТМ2 и ВГ.
