CC BY
20
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 9(40) ■ Часть 2 ■ Октябрь
Журавлева Н.М.1, Кизеветтер Д.В.2, Смирнова Е.Г.3,Резник А.С.4, Панин Н.С.5
'Кандидат технических наук, 2доктор технических наук, 4инженер 5магистр Санкт-Петербургский Политехнический Университет Петра Великого,
3доктор технических наук Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени Кирова ПОВЫШЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ БУМАЖНО-ПРОПИТАННОЙ ИЗОЛЯЦИИ
Аннотация
В статье рассмотрены возможности повышения срока службы бумажно-пропитанной изоляции в силовых трансформаторах с помощью модификации целлюлозного компонента, а также с помощью внедрения непрерывного мониторинга состояния масла.
Ключевые слова: целлюлоза сосны, биополимеры, бумажно-пропитанная изоляция, мониторинг, силовой трансформатор.
Zhuravleva N.M.1, Kiesevetter D.V.2, Smirnova E.G.3, Reznik A.S.4, Panin N.S.5
'PhD in Engineering, 'PhD in Engineering, 2PhD in Engineering, 4engineer, 5master,
Saint-Petersburg Polytechnical University of the Great Peter 'PhD in Engineering, Saint Petersburg State Forest Technical University THE INCREASEENG LIFETIME OF PAPER-IMPREGNATED INSULATION
Abstract
In the article are considered the possibilities of increasing the lifetime of paper-impregnated insulation of power transformers by modifying insulating paper with biopolymer and by monitoring of its state during the exploitation.
Keywords: pine cellulose, biopolymers, paper-impregnated insulation, monitoring, biopolymer, power transformer.
Современная электроэнергетика квалифицируется, как фундаментальная отрасль развития человечества [1]. От бесперебойного электроснабжения потребителей различного уровня ответственности (которое, вполне очевидно, связано со стабильной работой силовых трансформаторов - СТ), без преувеличения, зависит жизнедеятельность человека. Поэтому проблема повышения надежности и работоспособности СТ является несомненно актуальной и имеет важнейшее значение для практики. Основной причиной отказов указанного энергетического оборудования (которые зачастую сопровождаются авариями и пожарами) признано старение электрической изоляции на основе пропитанной целлюлозной бумаги (ЦБ), в настоящее время не имеющей для данной отрасли высоковольтной техники конкурентоспособных аналогов. Ресурс СТ определяется состоянием целлюлозного компонента, так как пропитывающий жидкий диэлектрик (менее устойчивый к воздействию эксплуатационных факторов) можно и нужно своевременно заменять. Однако принятый мониторинг параметров масла требует остановки СТ и проводится редко (раз в 5 лет, если трансформатор снабжен фильтрами), а контролируемые показатели не в полной мере отражают реальную ситуацию. Действительно, коагуляция продуктов старения компонентов бумажно-пропитанной изоляции (БПИ) и механических примесей приводит к образованию и осаждению шлама (в том числе - на обмотках трансформатора [2], что чревато ростом электропроводности твердой изоляции), в то время как значение диэлектрических потерей масла оказывается заниженным. В этих условиях достоверный прогноз срок службы СТ весьма затруднен, тем более, что их ресурс, как известно [1], определяется не столько временем, сколько режимом эксплуатации, который в большей степени непредсказуем. Следовательно, для повышения срока штатного функционирования одного из основных (и дорогостоящих) элементов энергосистем -силовых трансформаторов необходим непрерывный мониторинг пропитывающей среды и совершенствование электрофизических свойств трансформаторной бумаги.
Решению первой задачи может способствовать применение непрерывного оптического контроля, в том числе - на базе предлагаемого нами метода с использованием волоконно-оптического осветителя [3]. Что касается целлюлозного компонента, то его уникальной отличительной особенностью является тот, хорошо известный, факт, что основные электрические характеристики электроизоляционной бумаги (ЭИБ) в процессе эксплуатации практически не изменяются. Однако целлюлоза имеет низкую нагревостойкость: термоокислительная деструкция ЭИБ приводит к снижению средней степени полимеризации макромолекул целлюлозы и механической прочности материала (вплоть до его физического разрушения). Следовательно, необходим поиск путей повышения устойчивости бумаги к длительному воздействию повышенных температур, одним из которых может являться модификация целлюлозной основы структурообразующими компонентами.
Достаточно давно известен способ структурирования целлюлозной основы ЭИБ биополимером хитозан (СИ) -полным структурным аналогом целлюлозы, получаемым в основном из хитина панцирей ракообразных [4]. Однако эффективность композита, как диэлектрика, существенно зависит от технологии введения СИ. Результаты исследований, представленные в настоящей публикации, посвящены новому виду модификации. Предлагается технология получения электроизоляционной бумаги [5], при которой полотно ЭИБ формируется двумя видами целлюлозы: традиционной растительной - РЦ (а именно, хвойной электроизоляционной целлюлозой сульфатной варки) и бактериальной (БЦ), синтезируемой в виде нано-гель-пленки особыми бактериями (в нашем случае -Acetobacter Xylinum) на субстратах, содержащих источники углерода, азота, витаминов и воду. Таким образом, целлюлозная основа ЭИБ состоит из волокон, характеризующихся не просто сродством, а являющихся химически идентичными компонентами различного природного происхождения. В настоящее время БЦ эффективно используется, в частности, в медицине и отличается от : высокой упорядоченностью структуры (вследствие прямолинейного движения бактерий в питательной среде); предельной малой толщиной волокна (0,01 - 0,1 мкм); тончайшей пористостью; повышенной химической чистотой, степенью кристалличности и механической прочностью. Вследствие перечисленных особенностей биополимера можно было ожидать и более высокую термостабильность модифицированной электроизоляционной бумаги по сравнению с прототипом традиционного исполнения.
22
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 9(40) ■ Часть 2 ■ Октябрь
При проведении сравнительных испытаний на устойчивость бумажно-пропитанной композиции к длительному воздействию повышенной температуры в качестве прототипа (образец №1) была выбрана ЭИБ промышленного изготовления из электроизоляционной целлюлозы сосны сульфатной варки (РЦ). Одновременно испытывались опытные виды бумаги, изготовленные в ЛТА:
№2 - из 100% БЦ; №3 - из 90 % РЦ + 10 % БЦ.
Для указанных видов бумаги оценивалась кратковременная электрическая прочность - Епр в системе электродов шар (диаметром 6 мм) - плоскость (диаметром 20 мм) - рисунок 1. Одновременно проводилось термостарение при температуре 140°С в воздушной среде (в ходе которого оценивался предел механической прочности на разрыв - ср) и в среде трансформаторного масла марки ГК в условиях каталитического влияния меди(рис.2). На рисунке 3 представлены микрофотографии фрагментов рассматриваемых видов ЭИБ после 220 часов старения.
Приведенные результаты наглядно иллюстрируют перспективность предлагаемого вида модификации, так как обеспечивают повышение как электрической, так и механической прочности ЭИБ
1 и 11- 3 /' 2
1 j L j 7 /
\ / i
} J J
к 7 /
{ Л
/
/ V
Г г ;/
_| 1 L -гг-
Епр ,кВ/мм
Рис. 1 - Функции нормального распределения Епр
Рис. 2 - Зависимости предела механической прочности на разрыв образцов ЭИБ от времени термостарения
23
Международный научно-исследовательский журнал ■ № 9(40) ■ Часть 2 ■ Октябрь
Рис. 3 - Микрофотографии (х 400) фрагментов ЭИБ состава: 1 - 100% ЭИЦ; 2 - 100 % БЦ; 3 - 90 % ЭИЦ + 10 % БЦ
Литература
1. А. Лоханин. Обзор докладов, представленных на 43 сессии международной конференции СИГРЭ по тематике исследовательского комитета А2 "Трансформаторы" // Электроэнергия. Передача и распределение. - 2010. - №3.
2. Васин, В.П. Ресурс изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов / В.П. Васин, А.П. Долин // Электро. - 2008. - № 3. - С. 12 -17
3. К вопросу о диагностике состояния трансформаторного масла в процессе эксплуатации / А.Ю. Савина, Д.В. Кизеветтер, Н.М. Журавлева, А.В. Воробьев // НТВ СпбГПУ: Издво Политехн. ун-та.- 2013.-Т.3 (178).- С.118 - 125.
4. Способ изготовления электроизоляционной бумаги и картона /М.Н. Морозова, Н.М. Журавлева, Н.П. Осипова, Г.В. Михайлова, Д.М. Фляте, В.И. Ратников// АС № 1067114 от 15.01.84. Бюл. №2.
5. Способ получения электроизоляционной бумаги: пат. 2415221 Российская Федерация: МПК D 21 Н 27/12/ Н.М. Журавлева, Б.И. Сажин, Е.Г. Смирнова, А.К. Хрипунов, Т.В. Ткаченко. - заявл. 30.04.2010.; опубл. 27.03.2011.
References
1. A. Lohanin. Obzor dokladov, predstavlennyh na 43 sessii mezhdunarodnoj konferencii SIGRJe po tematike issledovatel'skogo komiteta A2 "Transformatory" // Jelektrojenergija. Peredacha i raspredelenie. - 2010. - №3.
2. Vasin, V.P. Resurs izoljacii silovyh maslonapolnennyh transformatorov / V.P. Vasin, A.P. Dolin // Jelektro. - 2008. -№ 3. - S. 12 -17
3. K voprosu o diagnostike sostojanija transformatornogo masla v processe jekspluatacii / A.Ju. Savina, D.V. Kizevetter, N.M. Zhuravleva, A.V. Vorob'ev // NTV SPbGPU: Izdvo Politehn. un-ta. - 2013. - T.3 (178). - S.118 - 125.
4. Sposob izgotovlenija jelektroizoljacionnoj bumagi i kartona /M.N. Morozova, N.M. Zhuravleva, N.P. Osipova, G.V. Mihajlova, D.M. Fljate, V.I. Ratnikov// AS № 1067114 ot 15.01.84. Bjul. №2.
5. Sposob poluchenija jelektroizoljacionnoj bumagi: pat. 2415221 Rossijskaja Federacija: MPK D 21 N 27/12/ N.M. Zhuravleva, B.I. Sazhin, E.G. Smirnova, A.K. Hripunov, T.V. Tkachenko. - zajavl. 30.04.2010.; opubl. 27.03.2011.
Захарченко Н.В.* 1, Бектурсунов Д.Н.2, Горохов Ю.С.3, Талакевич Д.В.4 1 Доктор технических наук, 2аспирант, 3аспирант, 4аспирант,
Одесская национальная академия связи;
ДИСТАНЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУРБО-КОДОВ В КАНАЛАХ С ТАЙМЕРНЫМИ СИГНАЛАМИ
Аннотация
На базе турбо-кодов проведен анализ основных параметров непрерывных наиболее полно отражающих свойства сверточных кодов.
Ключевые слова: турбо-коды, сверточные коды, компонентные коды.
Zakharchenko N.V.1, Bektursunov D.N.2, Gorohov Y.S.3, Talakaevich D.V. 4
1PhD in Engineering, 2postgraduate, 3postgraduate, 4postgraduate,
Odessa National Academy of Telecommunications;
REMOTE DATA TURBO-CODES IN CHANNELS WITH TIMING SIGNALS
Abstract
On the basis of the turbo-code analyzes the basic parameters of continuous fully reflects the properties of convolution codes.
Keywords: turbo codes, convolutional codes, component codes.
Оценим эффективность непрерывных методов кодирования на примере турбо-кодов. Так как в качестве компонентных кодов в турбо-кодах используются свёрточные коды [1], то остановимся на определении их характеристик помехоустойчивости для каналов с таймерными сигналами. Одной из таких характеристик является понятие свободного расстояния свёрточного кода dfree, определяемое как минимальное кодовое расстояние между нулевым кодовым словом и всеми остальными кодовыми словами. Свободное расстояние используется для предварительного выбора сверточного кода и для оценки помехоустойчивости системы в целом [2].
Наиболее полное представление о дистанционных свойствах свёрточных кодов даёт порождающая функция свёрточного кода. В общем виде порождающая функция T(D,N,L) описывает полное множество путей, которые начинаются и заканчиваются в нулевом состоянии кода [3]
24
