CC BY
59
УДК 621.314.224:621.315.615
НОВЫЕ СПОСОБЫ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ВИДА ДЕФЕКТОВ МАСЛОНАПОЛНЕННЫХ ВВОДОВ С ПОМОЩЬЮ ХРОМАТОГРАФИИ
И.В. ДАВИДЕНКО Уральский государственный технический университет-УПИ
В статье даны описания видов дефектов маслонаполненных вводов и причин их возникновения. Приведены новые способы интерпретации дефекта на основе результатов хроматографического анализа растворенных в масле газов и рекомендации по их применению. Рассмотрена процедура ранжирования вводов по техническому состоянию на основании многоаспектной диагностики.
Ключевые слова: хроматографический анализ, маслонаполненные вводы, частичные разряды.
Известно, что хроматографический анализ газов, растворенных в масле (ХАРГ) силовых трансформаторов, позволяет обнаруживать дефект на ранней стадии его развития. Однако методы интерпретации ХАРГ для трансформаторов не приемлемы для вводов, так как они имеют свои особенности в причинах возникновения дефектов, конструкции, режимах эксплуатации, в т.ч. разные соотношения объемов бумага/масло. Действующий РД [1] не соответствует современному пониманию процессов, происходящих в изоляции маслонаполненных вводов и нередко приводит к ложной отбраковке вводов. В нем нормируются С2Н2 и суммы концентраций углеводородных газов СХНУ. В документе [2] используются Н2, С2Н2, СХНУ, значения которых разделены по классу напряжения и марке масла. В этих документах отсутствуют критерии идентификации вида дефекта, а приведены лишь критерии отбраковки вводов. Для определения вида дефекта необходимо использовать концентрации Н2, С2Н2, СН4, С2Н4, С2Н6, СО, СО2. В работе [4] были рассчитаны значения типичных концентраций газов (ТКГ), описывающих работоспособное состояние маслонаполненных вводов для 7 газов. Отмечено, что на значения ТКГ влияют конструктивные особенности вводов, поэтому их необходимо дифференцировать по видам защиты, маркам маслов, классам напряжения и сроку эксплуатации. Если измеренные концентрации газов во вводе превышают свои ТКГ значения, то предполагается развитие в нем дефекта. Целью данного исследования было найти способ и рассчитать критерии идентификации развивающегося во вводе дефекта.
Чтобы получить критерии распознавания класса технического состояния вводов на основании ХАРГ, были собраны 185 случаев фактов вскрытия вводов. Во всех случаях есть достоверные описания результатов вскрытия и результаты измерений, сделанных перед вскрытием, в том числе ХАРГ. Больше половины рассмотренных случаев собраны разработчиками экспертно-диагностической и информационной системы диагностирования маслонаполненного оборудования ЭДИС "Альбатрос" на предприятиях, где она внедрена, остальные предоставлены заводом-изготовителем. Появление газов в масле высоковольтных вводов может быть вызвано как процессами старения: деградацией целлюлозы, образованием продуктов разложения масла (отложение осадка желтого цвета, шлама, образование воска) и технологическими нарушениями изготовления: образованием заусенцев металлических частей, дефектами остова, образованием контуров из-за смещения
© И. В. Давиденко
Проблемы энергетики, 2009, № 1-2
деталей ввода, негерметичностью сборки ввода; слабым контактом, неоднородностью изоляционных материалов, посторонними включениями, так и эксплуатационными факторами: увлажнением из-за нарушения дыхания ввода, наличием механических примесей, потерей масла, смещением резиновых уплотнений, а также влиянием внешних факторов: перенапряжениями, перегрузом по току. В таблице предлагается описание классов технического состояния маслонаполненных вводов на основе проявления следов дефектов, обнаруженных при их вскрытии, а также приведены причины их возникновения.
Таблица
Виды дефектов маслонаполненных вводов и критерии их распознавания
Назва- Способы идентификации
№ ние класса состояния Причины возникновения Описание вида дефекта по факту вскрытия Характерные газы Характерные отношения
1 Бездефектное Естественное старение Не проявляются - -
2 Слабые ЧР Неровные края металлических деталей, диффузия технологических газов из остова Не проявляются Н2* Н2/СН4>5
3 Сильные ЧР Увлажнение масла (остова), наличие в нем мех. примесей, волокон бумаги, газов. Зазубрины металлических частей Точечные пробои в отдельных слоях бумажной изоляции. Углеродный трекинг на краях обкладок II А А Н2 , СН4* Н2/СН4<4 С0/С02<0,3
4 Слабый разряд Смещение деталей, их плохое закрепление, вследствие чего происходит образование контуров, появление перемежающихся контактов Частицы углерода в месте перемежающегося контакта. Нарушенная изоляция в результате электрического воздействия СН4**и/или С2Н2**, Н2*, С2Н«* Н2/СН4<1 С2Н2/С2Н4<1
5 Сильный разряд Путь блуждающего тока и/или магнитный поток рассеяния. Обрыв или повреждение измерительного вывода Цвета побежалости на металлических частях, их оплавление. Частицы углерода в масле. Разрушение бумаги при нахождении на пути тока дуги или при перегреве С2Н2**, С2Н4*,Н2*, С2Н;* С2Н2/С2Н4>1,5 С2Н4/С2Н«>3
6 Нагрев Плохие контакты в верхней части ввода, ухудшение охлаждения, образование очага разряда в изоляции Изменение цвета бумажной изоляции, окисление металла С2Н4*, НЛ C2H6* С2Н,/С2Н>0,8
7 Образование желтого налета Процессы старения в трансформаторных "теплых" вводах с маслом Т-750 Налет в виде желтого мелкодисперсно го осадка на фарфоровых покрышках и остове Н2**, CO2* H2/CH4>6 C0/C02<0,3
8 Ползущий разряд Увлажнение бумаги или неоднородность электрического поля, или образование осадка и его увлажнение Науглероженные дорожки и " деревья" как на поверхности остова, так и внутри слоев бумаги H2**, CH4*, С2Н6* C2H6/CH4>0,3 H2/CH4>6
9 Образование Х-воска Процессы старения вводов 220 кВ выключателей и ненагруженных трансфор-маторов с маслом ГК Отложения в виде воска между слоями изоляции Н2**, C2H6**, CH4*, C2H2" H2/CH4>5 С2Н4/С2Н«<0,7
10 Увлажнение остова Нарушение герметичности (в герметичных), старение и прямое проникновение влаги в негерметичных Вспучивание остова С2Н2**, C2H4*, CH,*,H2", C2H6" С2Н2/С2Н>1 Н2/СН4<3
11 Тепловой пробой Увлажнение, загрязнение слоев бумаги, обрыв проводников присоединения нулевой обкладки Изменение цвета бумажной изоляции. Ее разрушение: прогар слоев изоляции остова С2Н4**и/или H2**,CH4* C2H2", С2Н6" С2Н4/С2Н«>0,8 С2Н/С2Н4>1 C0/C02>0,2
** - газ с максимальным превышением своего типичного значения; * - газ со значительным превышением своего типичного значения; " - газ с незначительным превышением своего типичного значения.
Слабые частичные разряды (ЧР) во вводе не являются признаком развивающегося дефекта. Интенсивность в начале эксплуатации объясняется следующим: из остова в масло диффундируют газы, возникшие в нем при приемосдаточных испытаниях ввода одноминутным повышенным напряжением (для вводов 110 кВ этот период длится 2-3 месяца, а для вводов 500 кВ год - и более); на острых, неровных краях металлических частей и микровыступах токоведущих частей ввода возникают ЧР незначительной интенсивности. Под воздействием ЧР со временем края металлических частей сглаживаются и ЧР уменьшаются. Для нахождения критериев идентификации дефектов вводов все случаи вскрытия оборудования были классифицированы экспертами согласно таблице. Далее из собранных фактов формировались выборки по дефектам в нескольких вариантах: с учетом перерастания одного вида дефекта в другой и сочетаний разных дефектов. Например, могут быть следующие цепочки развития дефектов:
накопление желтого налета, как продукта старения, - появление условий для развития по нему ползущего разряда - авария ввода из-за перекрытия по осадку; накопление Х-воска, как продукта старения, сопровождающегося усилением ЧР -тепловой пробой остова; возникновение разрядов из-за увлажнения остова (сначала может быть увлажнение масла затем остова) - пробой остова. Затем по каждой выборке рассчитывались показатели математической статистики для меры превышения газами их ТКГ значений и отношений пар газов. Для выявления характерных газов и их отношений использовался также дисперсионный анализ таблицы. Оба разработанных способа интерпретации могут использоваться как независимо, так и в дополнении друг друга.
При использовании таблицы нужно иметь в виду, что в ней приведены характеристики развитых дефектов. На начальных стадиях дефекта могут проявляться не все перечисленные газы. На поздних стадиях развития дефекта он может переходить в другой класс технического состояния. Нужно учитывать, что изменение концентраций газов может быть вызвано как развитием дефекта, так и наложением одного дефекта на другой или влиянием эксплуатационных факторов (доливки, сушка и пр.).
Для диагностики вводов на основании ХАРГ есть ряд ограничений: газ, концентрация которого выше своего ТКГ значения, используется для постановки диагноза, если есть его положительная динамика по отношению к предыдущему замеру. Иначе, это может быть вызвано причинами, не связанными с развитием дефекта. Например, доливкой некачественного масла, недостоверностью самого ХАРГ, повышением газов в период приработки и т.д. Если из ввода с небольшим объемом масла часто отбирают пробы масла для ХАРГ, доливая при этом свежее, то в результате могут понизиться концентрации ХАРГ. Критерий скорости нарастания газов в масле с уровнем тревоги, равным 10% для силовых трансформаторов, не должен автоматически переноситься в диагностику вводов. Для вводов, имеющих объем масла значительно меньший, чем трансформаторы, значение скорости, сигнализирующее об опасном развитии дефекта, будет ниже.
В дополнение к таблице необходимо применять диагностические признаки, позволяющие идентифицировать развивающиеся дефекты на основе других видов измерений. ХАРГ, являясь ранней диагностикой развивающихся дефектов, позволит своевременно поставить ввод на контроль. Заключение же о виде дефекта рекомендуется делать, если на него указывают, по крайней мере, диагностические признаки 2-х видов измерений. Такой многоаспектный подход вызван наличием погрешностей средств, методов измерений, а также влиянием погодного и человеческого факторов на достоверность измерений. Совместный анализ характеристик изоляции и ХАРГ поможет предположить характер дефекта, наметить дополнительные измерения для его уточнения и определения причины возникновения. Применение для анализа нескольких видов измерений позволит уточнить причину развития дефекта, что необходимо для планирования дальнейших действий персонала по эксплуатации или ремонту ввода.
Учитывая цепочки перерастания одного вида дефекта в другой, стадии развития (опасности) дефекта и причины его возникновения, можно ранжировать вводы по их состоянию и своевременно провести операции по их ремонту или замене. При ранжировании вводов необходимо учитывать время развития дефекта, его опасность. Например, образование осадков, связанных со старением, идут медленно (года), развитие ползущего разряда - месяцы-дни, тепловой пробой остова - часы. На первом шаге ранжирования вводы делятся на группы по скорости развития дефекта: высокая, средняя, низкая. Далее вводы с опасными и
быстроразвивающимися дефектами должны быть отнесены в группу оборудования, подлежащему оперативному выводу из работы. Кроме того, при ранжировании должно приниматься во внимание: носят ли изменения изоляции, связанные с предполагаемым дефектом, обратимый или необратимый характер. Во многих случаях можно продлить срок эксплуатации ввода (промывка остова, восстановление свойств масла, сушка остова), восстановление изоляции измерительного вывода, устранение мест образования контуров и т.д. Поэтому далее при ранжировании вводы делятся на группы, подлежащие и неподлежащие ремонту. При этом необходимо учитывать вопросы экономической целесообразности такого ремонта исходя из местных условий.
Выводы
ХАРГ вводов позволяет определить дефект на ранней стадии его развития, своевременно поставить объект на контроль и провести необходимые дополнительные измерения, что предупреждает серьезные необратимые повреждения самого ввода и связанного с ним оборудования. Следует отметить, что ни один другой вид измерения не может дать такую широкую палитру распознавания дефектов, как ХАРГ (табл.). Решение об отбраковке ввода должно быть принято на основании определения вида дефекта и его подтверждении, по крайней мере, еще одним видом измерения. Идентификация дефекта на основании нескольких видов измерений позволяет диагностировать вводы с большей достоверностью и набором распознаваемых дефектов. Рекомендуемый подход многоаспектной оценки состояния ввода может использоваться для их ранжирования по техническому состоянию с целью дальнейшей эксплуатации, замены или ремонта.
Summary
The paper describes types of imperfections of oil-filled bushes and causes of their appearance. New methods of imperfection interpretation are given based on the results of chromatographic analysis of gases dissolved in oil both with recommendations of their application. Procedure of bushes ranging on technical state is considered based on multi-aspect diagnostics.
Литература
1. РД 153-34.0-46.302-00 "Методические указания по диагностике развивающихся дефектов трансформаторного оборудования по результатам хроматографического анализа газов, растворенных в масле".
2. Методические указания по диагностике состояния изоляции высоковольтных вводов110-750 кВ. ОАО «Мосизолятор. М.: 1994.
3. Давиденко И.В. Исследование показателей, описывающих рабочее состояние маслонаполненных вводов, методами математической статистики // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки, 2006. № 15.
Поступила в редакцию 10 ноября 2008 г.
Давиденко Ирина Васильевна - канд. техн. наук, доцент Уральского государственного технического университета (УГТУ)-УПИ. Тел. 8-922-6191988. E-mail: jera@r66.ru
