CC BY
15
УДК 62].314.212
В.В.Леонов, Т.А.Чичкарева
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА
Условия современного производства предъявляют высокие требования к надежности электрических систем и, в частности, высоковольтного оборудования. Состояние изоляции во многом определяет работоспособность самой установки высокого напряжения.
На сегодняшний день качество оценки надежности изоляции высоковольтного оборудования находится еще на достаточно низком уровне. Правилами технической эксплуатации электроустановок предусматриваются сроки и нормы проведения испытаний изоляции электрооборудования, находящегося в эксплуатации. Однако, опыт показал, что проведение периодических нормативных испытаний и ремонтов не исключает возникновения аварийных ситуаций по причине резкого ухудшения свойств изоляции.
Известен обоснованный переход на систему ремонтов, сроки проведения и объекты которых определяются состоянием оборудования, для чего необходимо создать эффективную систему технической диагностики оборудования и его изоляции [1].
Однако, используемые сегодня для испытаний измерительные средства не могут удовлетворить этим условиям, так как требуют значительных затрат времени и труда. Так, для определения пробивного напряжения трансформаторного масла в лабораторных условиях в настоящее время используется установка, предусмотренная ГОСТ 6581-75.
Наиболее известна из установок для измерения ^„^ выпускаемых
серийно, АИИ-70 (аппарат для испытания изоляции). Наибольшее напряжение при испытаниях на переменном токе составляет 50 кВ, на постоянном токе -70 кВ, мощность высоковольтного трансформатора 2 кВА.
Для испытаний изоляционных масел на электрическую прочность предназначена также установка типа АИМ-80. Эта установка позволяет получить в условиях лаборатории действующее напряжение переменного тока промышленной частоты до 80 кВ. Мощность установки 0,5 кВА.
Использование описанных высоковольтных установок требует строгого соблюдения мер предосторожности, что является одним из их существенных недостатков.
В настоящее время отсутствуют переносные приборы, позволяющие оперативно определять содержание воды и механических примесей в трансформаторном масле непосредственно при эксплуатации трансформаторов высокого напряжения.
Наиболее широкое применение получили стационарные установки, работающие в лабораторных условиях. Существенным их недостатком является длительность и трудоемкость анализа, повышенные требования к безопасности проведения испытаний.
Таким образом, возникла необходимость создания новых, более эффективных и совершенных средств контроля.
Применение экспресс-анализа позволяет контролировать процессы, происходящие в изоляции, и, получив информацию об изменениях ее состояния, сделать своевременные выводы и провести необходимые мероприятия, тем самым предотвратив аварийную ситуацию.
Достаточно часто причиной аварий высоковольтных трансформаторов становится ухудшение электроизоляционных свойств трансформаторного
масла. Важными факторами, приводящими к снижению электрической прочности масла, являются увлажнение и присутствие механических примесей.
Анализ существующих методов определения содержания воды в маслах показал, что наиболее приемлемым и целесообразным является метод определения пробивного напряжения масла [2].
С целью усовершенствования системы диагностики и повышения качества профилактических испытаний трансформаторного масла создан переносной индикатор экспресс-анализа электрической прочности ИВМ. Принцип действия индикатора основан на зависимости электрической прочности масел от величины содержания воды и механических примесей.
Вода в трансформаторном масле может находиться в виде молекулярного раствора и в виде эмульсии. При большом количестве воды часть ее осаждается на дно резервуара и не влияет на электрическую прочность выше расположенных слоев масла.
Вода в виде молекулярного раствора не оказывает заметного влияния на пробивное напряжение масла [3].
При содержании воды в масле в виде эмульсии пробивное напряжение заметно понижается. Капли воды, диффундируя и втягиваясь в электрическом поле в область высокой напряженности, сливаются в единую проводящую нить между электродами, представляя путь для тока короткого замыкания.
Если в масле присутствуют неметаллические механические включения, то они могут увлажняться и втягиваться в область высокой напряженности электрического поля, располагаясь вдоль силовых линий и замыкая электроды.
Лабораторные испытания индикатора показали, что напряжение пробоя (электрическая прочность) трансформаторного масла в большой степени зависит от содержания воды. Так, при расстоянии между электродами 1 мм и изменении содержания воды от 0 до 2 % напряжение пробоя изменилось почти в 8 раз. Испытания также показали, что загрязнения жидкого диэлектрика механическими примесями с большой проводимостью приводят к резкому снижению электрической прочности.
С помощью предлагаемой установки возможно проведение экспресс-анализа состояния трансформаторного масла при очистке его от пузырьков газа и механических частиц или без очистки. В первом случае испытание покажет влияние воды на величину пробивного напряжения, во втором -результирующее влияние воды и механических примесей, если они существуют.
По результатам измерений с очисткой и без очистки могут быть сделаны следующие выводы:
- если показания индикатора без очистки совпадут с показаниями с очисткой, то механические примеси практически отсутствуют;
- если показания индикатора без очистки ниже, чем с очисткой, механические примеси присутствуют, и чем больше показания, тем больше количество механических примесей.
Для очистки пробы трансформаторного масла от пузырьков газа и механических примесей конструкция прибора содержит сменную пористую прокладку, устанавливаемую между электродами с помощью валиков. Наличие прокладки позволяет вести измерения содержания воды в масле при наличии механических примесей до 2 % с основной относительной погрешностью на более 25 %. Перед использованием прокладка просушивается, а затем при проведении экспресс-анализа первым способом выполняются следующие операции:
- прокладку опускают в контролируемую пробу на 1 мин для пропита и фильтрации масла без включения электрического поля,
- удаляются пузырьки воздуха из прокладки прокатыванием валиков;
- прокладка устанавливается по центру электродов, электроды сводятся до расстояния толщины прокладки;
- подается напряжение на электроды со скоростью не менее 8±1 кВ/с и регистрируется величина напряжения пробоя с помощью прибора, проградуи-рованного в процентах содержания воды.
Непосредственно измеряемой индикатором ИВМ величиной является ток, величина которого связана с напряжением пробоя формулой:
где И ■ суммарное сопротивление микроамперметра и добавочного переменного сопротивления, подключенного последовательно с микроамперметром: V;! - выпрямленное напряжение на конденсатореС9.
Устройство прибора состоит из блока питания; задающего генератора с самовозбуждением; усилителя мощности, нагрузкой которого является высоковольтный трансформатор, на входе которого включается умножитель напряжения и измерительная схема, сигнал на которую подается с конденсатора С9. На выход умножителя подключены электроды (рис.1).
РЬкЛ. Принципиальная электрическая схема индикатора ИВМ.
Питание установки может осуществляться как от автономного источника, так и от сети. Сетевая схема состоит из трансформатора Т1, предохранителя П, выключателя Б1, выпрямительного моста КЦ 405И. Переключение блока питания с сетевого режима на автономный производится переключателем 83. Блок питания обеспечивает на выходе напряжение 188±10% при токе нагрузки до 200 мА.
Сигнал на измерительную схему поступает с отдельной обмотки, расположенной на высоковольтном трансформаторе Т1 после выпрямления диодным мостом Б1-Б4. Выпрямленное мостом напряжение прямо пропорционально напряжению пробоя исследуемого масла, Блокинг-генератор представляет собой однокаскадный генератор релаксационных колебаний с сильной положительной обратной связью, осуществляемой с помощью импульсного трансформатора Т2. Высокое напряжение 4 кВ снимается с обмотки 3 трансформатора Т1 и подается на умножитель напряжения. Шестикратный умножитель собран по схеме, в которой высоковольтная обмотка подключена так, что максимальный отрицательный или положительный потенциал не превышает более, чем в три раза одноименный потенциал на зажимах высоковольтной обмотки. Такое подключение умножителя позволяет повысить мощность, отбираемую с него.
= и 1Х / я,
а п
Не реже одного раза в год необходимо производить поверку устройства.
Поверка включает в себя внешний осмотр, опробование, контроль метрологических характеристик.
Опробование допускается сразу после включения индикатора. В емкость с маслом опускается на i мин датчик с бумажной прокладкой. После прокатки прокладки 3-4 раза для удаления воздушных пузырьков нажатием кнопки "пуск" осуществляется опробование индикатора.
Основная погрешность определяется следующим образом. Для получения пробы с заданным содержанием воды вливают в мерную емкость 1 л сухого масла и определенное количество воды.
Полученную пробу масла перемешивают с помощью электромеханической мешалки в течении 5 мин с последующим отстаиванием воздушных пузырей, после чего производят замеры содержания водь; и рассчитывают значение относительной погрешности прибора. Предел допускаемого значения основной относительной погрешности в диапазоне измерений от 0,05 до 0,1 % содержания воды не более 25 %, а в диапазоне от 0.1 до 2 % не более 15 %.
Срок службы индикатора составляет не менее 5 лет. Безопасность работы обслуживающего персонала обеспечивается незначительной мощностью устройства (0,3 Вт на электродах).
Прибор может работать на открытом воздухе, в неотапливаемых и отапливаемых помещениях при отсутствии прямого воздействия атмосферного воздуха при следующих условиях:
- температура окружающего воздуха от -10 до +35 °С;
- относительная влажность воздуха при 30 °С не более 95 %;
- атмосферное давление от 720 до 780 мм.рт.ст.
Предлагаемое устройство экспресс-контроля позволяет оперативно (в течение 3 мин) осуществлять контроль содержания воды и механических примесей в масле, и тем самым существенно сократить время и трудоемкость выполнения анализа трансформаторного масла. Техническое обслуживание прибора не требует высокой квалификации персонала. Прибор прост и удобен в эксплуатации.
Пиблиографичсский список
/. Сви П.М. Контроль изоляции оборудования высокою напряжения.- Ы.;
Энерюатомиздат, 1988,- 128 с. 2. Пейсов Б.Л.Ю Воронов В.Г. Контроль влажности турбинных и трансформ аторньи
масел. - К.г УкрНЫИНТИ, 1968 - 48 с. .?. Ворабъев A.A. Нарушение .электрической прочности диэлектриков и и.х пробой.• Томск; Полиграфиздат, 1962. - IOS с.
