Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время значительная часть силового электрооборудования энергосистемы России имеет ресурс службы, близкий или превышающий первоначально установленный нормативный срок. В ближайшие годы, учитывая существующую экономическую ситуацию, положение не изменится, так как отсутствует возможность полномасштабного планового обновления оборудования.
В 1997 году, по оценкам экспертов, мощность оборудования, отработавшего свой ресурс, возросла и достигла 27,5 млн. кВт, (13,4%), а к 2000 г. мощность этого оборудования достигнет 35,3 млн. кВт (17,2%), к 2005 г. - 55млн. кВт.(26,8%). Кроме того, к 2005 г. выработают ресурс 21 млн. кВт мощностей на гидростанциях и 3,8 млн. кВт на атомных электростанциях. Таким образом, ежегодно по этим причинам должно выводиться из эксплуатации электрооборудование мощностью до 9 млн. кВт, а вводится в среднем по 1,5 млн. кВт в год, или 16% от необходимого объема замещения мощностей. Поэтому, сегодня для энергетики России характерен лавинообразный процесс физического износа и морального старения оборудования.
В этих условиях из всего многообразия задач диагностики на первый план выдвигаются определение фактического износа и оценка остаточного ресурса работоспособности электрооборудования. Это позволяет выработать рациональную стратегию эксплуатации и ремонта для продления срока службы и, лишь в крайних случаях, замены полностью выработавшего свой фактический ресурс оборудования. Зачастую также возникает проблема эксплуатации изношенного, но еще сохраняющего, работоспособность электрооборудования.
Надежность работы высоковольтного энергетического оборудования, увеличение межремонтного периода, трудозатраты на эксплуатацию, включая ремонтные работы, в значительной мере зависят от состояния трансформаторного масла. Поэтому, основная задача эксплуатации энергетических масел - обеспечить сохранение на определенном уровне требуемых показателей качества масла в течение длительного периода времени. Важными эксплуатационными характеристиками масла являются пробивное напряжение, тангенс угла диэлектрических потерь, температура вспышки, влагосодержание, содержание растворенных газов.
Однако, к сожалению, до сих пор для определения вышеуказанных характеристик диэлектрической жидкости (кроме пробивного напряжения), в энергетической отрасли пользуются приборами морально устаревшими и не отвечающими современным требованиям. Эти приборы требуют постоянного надзора и вмешательства человека во время проведения измерений. Автоматизация приборов для исследования диэлектрических жидкостей (ДЖ) позволяет увеличить точность измерений, исключать ошибки при проведении анализов, создает удобства и безопасность проведения экспериментов. Следовательно, внедрение автоматизированных приборов для определения качества ДЖ в нынешних условиях актуально.
Автоматизированные приборы необходимы также при разработке принципиально новых методов диагностики ДЖ, находящихся в поле высокого напряжения, а также при проведении различных физических экспериментов над ними (например, при лазерном пробое), когда необходимо производить многочисленные исследования за малый промежуток времени, требующих от экспериментатора особого внимания.
Существующая, широко применяемая методика хроматографического анализа растворенных в трансформаторном масле газов не отвечает требованиям сегодняшнего дня по нескольким причинам. Одним из главных недостатков этого метода является невозможность определения газов в электрооборудовании в реальном масштабе времени. Это связано с тем, что от момента отбора пробы масла до начала анализа в химической лаборатории, как правило, проходит не менее 10 часов. Следовательно, невозможно достичь непрерывного контроля за процессами развития дефектов, происходящих в работающем электрооборудовании.
Лишенным этих недостатков, является метод нелинейной лазерной спектроскопии когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС). Этот метод позволяет с высокой точностью определить количественный состав газов в масле в реальном масштабе времени. Главным достоинством этого метода вполне может явиться возможность определения растворенных в масле газов непосредственно в работающих трансформаторах.
Цель и задачи исследований
Основной целью настоящей работы является разработка автоматизированных приборов для исследования и контроля диэлектрических жидкостей в энергетике, а также изучения влияния различных факторов на параметры трансформаторного масла. В связи с этим в работе были поставлены следующие основные задачи:
-
Поиск новых возможностей, позволяющих разрабатывать автоматизированные устройства для измерения температуры вспышки и тангенса угла диэлектрических потерь с одной стороны, и практическая реализация их в конкретные технические решения и в приборы, с другой стороны.
-
Исследование влияния частичных разрядов и нарушений контактных соединений в переключателях регулирования под нагрузкой силовых трансформаторов на температуру вспышки.
-
Исследование возможностей лазерного метода когерентного антистоксова рассеяния света для оперативного контроля концентрации газов над диэлектрической жидкостью.
-
Поиск новых способов, позволяющих ускорить процесс дегазации диэлектрических жидкостей для разработки устройств контроля и исследования содержания растворенных газов и влаги в трансформаторном масле.
Объект исследований - нефтяное трансформаторное масло.
Научная новизна работы
-
Экспериментально показано, что температура вспышки трансформаторного масла не изменяется и в результате частичных разрядов, и при нарушениях в контактных системах переключателей регулирования под нагрузкой силовых трансформаторов, приводящих к разложению диэлектрических жидкостей с образованием газов.
-
Предложен и разработан датчик, позволяющий с высокой надежностью фиксировать температуру вспышки горючих жидкостей.
-
Разработан новый метод измерения тангенса угла диэлектрических потерь, позволяющий автоматизировать процесс измерений.
-
Методом лазерной спектроскопии изучена эффективность генерации водорода при электрическом пробое трансформаторного масла. Показано, что объем образующегося водорода
пропорционален корню квадратному из энергии импульсного электрического разряда.
-
Найден коэффициент диффузии водорода в трансформаторном масле с применением метода лазерной спектроскопии.
-
Предложен новый метод определения содержания водорода и влаги в диэлектрических жидкостях, основанный на ультразвуковом перемешивании исследуемой пробы и измерении концентрации молекулярного водорода в газовой смеси над жидкостью селективным методом лазерной спектроскопии.
Практическая значимость работы
-
Разработаны автоматизированные приборы для измерения температуры вспышки и тангенса угла диэлектрических потерь трансформаторного масла.
-
Показано, что скорость дегазации диэлектрической жидкости может быть существенно увеличена при ее перемешивании ультразвуком. Установлено, что фокусированный ультразвук малой мощности (4 мВт, 220 мВт/см2) не приводит к разложению трансформаторного масла с образованием газов.
-
Предложен корректный способ отбора проб трансформаторного масла с высоковольтных вводов 110-750 кВ для хроматографического анализа растворенных газов без отключения трансформаторов.
Защищаемые положения
-
Датчик для фиксации температуры вспышки горючих жидкостей, позволяющий надежно фиксировать температуру вспышки.
-
Новый метод определения тангенса угла диэлектрических потерь, позволяющий автоматизировать процесс измерений, и основанный на измерении разности фаз двух контролируемых напряжений, одно из которых снимается с отпайки высоковольтного трансформатора, а другое - с общей точки соединения испытуемого объекта с активным сопротивлением.
-
Автоматизированные приборы для определения температуры вспышки трансформаторного масла и измерения тангенса угла диэлектрических потерь.
-
Ультразвук малой мощности может быть использован для эффективной дегазации диэлектрической жидкости.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены во второй Российской университетско -академической научно-практической конференции (Ижевск, 25-28 апреля 1995); на Всероссийской межвузовской научно-технической конференции "Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике-96" (Чебоксары, 18-20 июня 1996); на 4-м Международном Российско-китайском симпозиуме "Advansed materials of procesess" (Пекин, 12-15 октября 1997); в 28 - ой научно-производственной конференции Ижевской Государственной Сельскохозяйственной Академии (Ижевск, 18-20 февраля 1998).
Структура и объем работы
Диссертация содержит введение, 5 глав, заключение, три приложения и список литературы. Работа изложена на 177 с, содержит 50 рисунков, 5 таблиц, 16 страниц занимают приложения, библиографический список состоит из 106 наименований.
Публикации
По результатам данной работы опубликовано 20 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
