Научные основы физико-химической диагностики высоковольтного масло-наполненного электрооборудования с изоляцией конденсаторного типа (02.03.2009)

Автор: Дарьян Леонид Альбертович

1 - в трансформаторном масле из смеси «масло + песок»,

2 - в «чистом» масле,

3 - в «чистом» масле, насыщенном пузырьками воздуха путем барботажа в течение 60 минут.

На рис. 7 показаны осциллограммы давления в окрестности исследуемой области и фотографии кавитационных пузырьков, полученных при исследовании трансформаторного масла (образец 1).

Количество пузырьков в единице объема, рассчитанное по фотографиям с учетом размеров регистрируемой области, составляло 1214 см-3 (рис.7б) и 728 см-3 (рис.7в). При проведении экспериментов для образцов масла 2 и 3 на отснятых фотографиях отчетливые кавитационные пузырьки не были зафиксированы в исследуемой области. Однако на некоторых фотографиях просматриваются расфокусированные размытые изображения объектов. На основании этого можно заключить, что микропузырьки существуют и в чистом масле, однако их концентрация недостаточна для надежной регистрации и не превышает 100 см-3.

б в

Рис. 7. Определение микропузырьков в трансформаторном масле:

а - осциллограммы давления в окрестности исследуемой области,

б, в - фотографии кавитационных пузырьков в масле.

Поскольку зарегистрированные в экспериментах пузырьки выросли из зародышей существенно меньших размеров, была предпринята попытка реконструкции, т.е. расчета начальных размеров зародышей пузырьков из решения следующего дифференциального уравнения:

где Rn – текущий радиус пузырька, ( - плотность жидкости, ( - вязкость, ( - поверхностное натяжение, Pin – внутреннее давление в пузырьке, Pout – внешнее давление. Реальный профиль волны давления был идеализирован по сравнению с экспериментальным, приведенным на рис.7а. Было принято, что внешнее давление составляло -1,1 МПа в течение 2 мкс, затем за следующие 2 мкс давление восстанавливалось до нулевого значения, и было постоянным ещё в течение 2,4 мкс вплоть до момента регистрации. Результаты расчета динамики пузырька в соответствии с (2) показывают, что зарегистрированные пузырьки появились из зародышей микронных и субмикронных размеров, которые существовали до момента воздействия волны давления.

В рамках исследования статики газожидкостного равновесия экспериментально определялись значения коэффициентов распределения диагностических газов (водорода, кислорода, азота, оксида и диоксида углерода, метана, ацетилена, этилена и этана) для различных импортных и отечественных, свежих и эксплуатационных масел в зависимости от температуры. Необходимость решения этой задачи связана с отсутствием данных по коэффициентам растворимости для конкретных марок трансформаторных масел, применяемых в РФ. Литературные данные по коэффициентам растворимости газов для импортных трансформаторных масел колеблются в широких пределах - от 15% (для этилена) до 30,7% (для кислорода) относительно коэффициентов растворимости, приведенных в стандарте МЭК 567-92.

????????O???

???????

.ок трансформаторных масел проводилось с использованием статического метода анализа равновесной газовой фазы над поверхностью трансформаторного масла (табл. 4).

Таблица 4

Экспериментальные данные по коэффициентам растворимости газов (см3/см3) при 220С для разных марок трансформаторных масел

Газ ГК1 ГК2 ГК2+

бетол ТКп 18лет ТСп Имп.

(ГОСТ 10121-76) Т-1500 Nytro 10 GBN Nytro 11 GX Nytro 10 XT

Н2 0,049 0,05 0,048 0,051 0,051 0,054 0,051 0,047 0,046 0,051

О2 0,151 0,152 0,142 0,140 0,154 0,153 0,152 0,144 0,151 0,148

N2 0,087 0,080 0,082 0,086 0,089 0,088 0,082 0,081 0,088 0,079

СО 0,124 0,121 0,132 0,105 0,149 0,124 0,113 0,107 0,113 0,144

СО2 1,09 1,19 1,39 1,123 1,157 1,116 1,106 1,097 1,108 0,964

СН4 0,409 0,404 0,403 0,407 0,424 0,409 0,399 0,383 0,397 0,413

С2Н2 1,142 1,261 1,303 1,296 1,243 1,224 1,272 1,201 1,189 1,093

С2Н4 1,807 1,831 1,836 1,839 1,893 1,850 1,760 1,730 1,794 1,540

С2Н6 2,925 2,890 3,049 2,972 3,084 2,958 2,705 2,747 2,848 2,529

Проведенная работа по уточнению коэффициентов растворимости исследованных газов для различных марок трансформаторных масел показала, что имеются расхождения между значениями коэффициентов растворимости диагностических газов, полученными экспериментально, и приведенными в РД 34.46.303-98.

Уточненные значения коэффициентов растворимости диагностических газов в трансформаторных маслах следует учитывать при создании новой редакции стандарта предприятия (уточнение на базе РД 34.46.303-98).

Проведенные исследования позволяют повысить достоверность результатов хроматографического анализа трансформаторных масел на содержание диагностических газов с применением равновесной методики выделения газов из масла.

Исследование растворимости газов в маслах растительного происхождения, в частности, в касторовом масле, показало, что растворимость газов в касторовом масле, примерно, в два раза ниже, чем в трансформаторном масле. Эти результаты необходимо учитывать при разработке схем диагностики оборудования, в которых используется растительное масло.

Экспериментальное исследование динамики растворения газовых включений в трансформаторном и касторовом маслах позволило установить эмпирическую связь между временем растворения газового включения в этих маслах и его диаметром в следующем виде:

(s к.м = 0,0208dп2

(s т.м = 0,0013dп2 , (3)

где (s.к.м. и (s.т.м. - времена растворения газового пузырька (водород) диаметром dп, соответственно, в касторовом и трансформаторном маслах.

Из приведенных формул видно, что скорость растворения газового включения в касторовом масле при прочих одинаковых условиях, примерно, в 16 раз ниже, чем в трансформаторном.

Рассмотрены возможные механизмы распределения продуктов разложения изоляции, растворенных в масле, по объему высоковольтного МНЭО. Оценка времени распределения газов по объему силового конденсатора за счет диффузии показывает, что распределение водорода по объему конденсатора произойдет в течение 1-го месяца, а углеводородных газов – в течение нескольких месяцев. В то же время эксперименты показали, что в рабочих режимах импульсных конденсаторов образующиеся в результате старения ГПРИ практически без задержки во времени (через несколько импульсов) распределяются по объему конденсатора. Этот факт можно объяснить возникновением течений в жидкости под действием электродинамических усилий, возникающих в обкладках конденсаторов при переменном напряжении.

Выполненные исследования позволяют сделать заключение о возможности оперативной диагностики высоковольтных конденсаторов посредством анализа газообразных продуктов разложения изоляции как при заводских испытаниях, когда количество испытательных воздействий сильно ограничено, так и в эксплуатации.


загрузка...