диагностика оборудования. Электрических станций
 Скачать 1 Mb.
|
|
Диэлектрические потери в масле определяются в основном его прово- димостью и растут по мере накопления в масле продуктов старения и за- грязнений. Начальные значения tg δ свежего масла зависят от его состава и степени очистки. Зависимость tg δ от температуры — логарифмическая. Старение масла определяется окислительными процессами, воздей- ствием электрического поля и присутствием конструкционных материалов (металлы, лаки, целлюлоза). В результате старения ухудшаются изоляци- онные характеристики масла и выпадает осадок, который затрудняет те- плообмен и ускоряет старение целлюлозной изоляции. Значительную роль в ускорении старения масла играют повышенная рабочая температура и на- личие кислорода (в негерметизированных конструкциях). Необходимость контроля за изменением состава масла в процессе экс- плуатации трансформаторов ставит вопрос о выборе такого аналитического метода, который смог бы обеспечить надежное качественное и количествен- ное определение содержащихся в трансформаторном масле соединений. В наибольшей степени этим требованиям отвечает хроматография, пред- ставляющая собой комплексный метод, объединивший стадию разделения сложных смесей на отдельные компоненты и стадию их количественного определения. По результатам этих анализов проводится оценка состояния маслонаполненного оборудования. Испытания изоляционного масла проводятся в лабораториях, для чего у оборудования отбираются пробы масла. Методы определения их основных характеристик, как правило, регла- ментируются государственными стандартами. Хроматографический анализ газов, растворенных в масле, позволяет выявить дефекты, например, трансформатора на ранней стадии их разви- тия, предполагаемый характер дефекта и степень имеющегося поврежде- ния. Состояние трансформатора оценивается сопоставлением полученных при анализе количественных данных с граничными значениями концен- трации газов и по скорости роста концентрации газов в масле. Этот анализ для трансформаторов напряжением 110 кВ и выше должен осуществляться не реже 1 раза в 6 месяцев. Хроматографический анализ трансформаторных масел включает: 1) определение содержания растворенных в масле газов; 2) определение содержания антиокислительной присадки — ионов и др.; 3) определение влагосодержания; 4) определение содержания азота и кислорода и т. д. По результатам этих анализов проводится оценка состояния маслона- полненного оборудования. Определение электрической прочности масла (ГОСТ 6581–75) прово- дится в специальном сосуде с нормированными размерами электродов при приложении напряжения промышленной частоты. 24 Диагностика электрооборудования электрических станций и подстанций Диэлектрические потери в масле измеряются мостовой схемой при на- пряженности переменного электрического поля, равной 1 кВ/мм (ГОСТ 6581–75). Измерение производится при помещении пробы в специальную трехэлектродную (экранированную) измерительную ячейку (сосуд). Значе- ние tg δ определяется при температурах 20 и 90 ˚С (для некоторых масел при 70 ˚С). Обычно сосуд помещают в термостат, однако это значительно уве- личивает время, затрачиваемое на испытания. Более удобен сосуд со встро- енным нагревателем. Количественная оценка содержания механических примесей произ- водится путем фильтрования пробы с последующим взвешиванием осадка (ГОСТ 6370–83). Применяют два метода определения количества воды, растворенной в масле. Метод, регламентированный ГОСТ 7822–75, основан на взаимо- действии гидрида кальция с растворенной водой. Массовая доля воды опре- деляется по объему выделившегося водорода. Этот метод сложен; резуль- таты не всегда воспроизводимы. Предпочтительней кулонометрический метод (ГОСТ 24614–81), основанный на реакции между водой и реактивом Фишера. Реакция идет при прохождении тока между электродами в специ- альном аппарате. Чувствительность метода — 2·10 –6 (по массе). Кислотное число измеряется количеством гидроокисеткалия (в мил- лиграммах), затраченного для нейтрализации кислых соединений, извле- ченных из масла раствором этилового спирта (ГОСТ 5985–79). Температурой вспышки называется самая низкая температура масла, при которой в условиях испытаний образуется смесь паров и газов с возду- хом, способная вспыхивать от открытого пламени (ГОСТ 6356–75). Нагре- вание масла производится в закрытом тигле с перемешиванием; испытание смеси — через определенные интервалы времени. Малый внутренний объем (вводов) оборудования при значении даже незначительного повреждения способствует быстрому росту концентрации сопровождающих их газов. В этом случае появление газов в масле жестко связано с нарушением целостности изоляции вводов. Общее газосодержание масла определяют путем извлечения газа из пробы масла, помещенной в вакуумированныи сосуд. Более удобный и точный метод — хроматографический (с вакуумным выделением газа). При этом дополнительно могут быть получены данные о содержании кис- лорода, который определяет окислительные процессы в масле. К типичным газам, образующимся из минерального масла и целлюло- зы (бумаги и картона) в трансформаторах, относятся: - водород (Н 2 ); - метан (CH 4 ); - этан (C 2 H 6 ); 25 5. Диагностика маслонаполненного оборудования - этилен (C 2 H 4 ); - ацетилен (С 2 Н 2 ); - угарный газ (CO); - углекислый газ (CO 2 ). Дополнительно всегда присутствуют кислород и азот, а их концентра- ция изменяется в зависимости от герметичности корпуса трансформатора. Кроме того, также могут выделяться такие газы, как пропан, бутан, бутен и другие, но их исследование в диагностических целях не получило широкого распространения. Концентрация различных газов предоставляет информацию о типе зарождающейся неисправности, а также о серьезности повреждения, как представлено в табл. 4. Таблица 4 Характер развивающихся дефектов по отношению концентраций пар газов № п/п Характер прогнозируемого дефекта Отношение концен- траций характерных газов Типичные примеры С 2 Н 2 С 2 Н 4 СН 4 Н 2 С 2 Н 4 С 2 Н 6 1. Нормально <0,1 0,1–1 <1 Нормальное старение 2. Частичные разряды с низкой плотностью энергии <0,1 <0,1 <1 Разряды в заполненных газом полостях, образовав- шихся вследствие непол- ной пропитки или влажности изоляции 3. Частичные разряды с высокой плотностью энергии 0,1–3 <0,1 <1 То же, что и в п. 2, но ведет к оставлению следа или про- бою твердой изоляции 4. Разряды малой мощ- ности >0,1 0,1–1 1–3 Непрерывное искрение в масле между соединения- ми различных потенциалов или плавающего потенциала. Пробой масла между тверды- ми материалами 5. Разряды большой мощ- ности 0,1–3 0,1–1 >3 Дуговые разряды; искре- ние; пробой масла между об- мотками или катушками или между катушками на землю 6. Термический дефект низкой температуры (<150 °C) <0,1 0,1–1 1–3 Перегрев изолированного проводника 26 Диагностика электрооборудования электрических станций и подстанций № п/п Характер прогнозируемого дефекта Отношение концен- траций характерных газов Типичные примеры С 2 Н 2 С 2 Н 4 СН 4 Н 2 С 2 Н 4 С 2 Н 6 7. Термический дефект в диапазоне низких температур (150–300 °C) <0,1 >1 <1 Местный перегрев сердечни- ка из-за концентрации пото- ка. Возрастание температуры «горячей точки» 8. Термический дефект в диапазоне сред- них температур (300– 700 °C) <0,1 >1 1–3 То же, что и в п. 7, но при дальнейшем повышении температуры «горячей точки» 9. Термический дефект высокой температуры (>700 °C) <0,1 >1 >3 Горячая точка в сердечнике; перегрев меди из-за вихре- вых токов, плохих контактов; циркулирующие токи в сер- дечнике или баке Примеры основного оборудования для анализа состава масла: 1. Влагомер — предназначен для измерения массовой доли влаги в трансформаторном масле. Рис. 6. Влагомер 2. Измеритель объемной доли газов — предназначен для измерений объемной доли газов, растворенных в трансформаторном масле. Рис.7. Измеритель объемной доли газов Окончание табл. 4 27 5. Диагностика маслонаполненного оборудования 3. Измеритель диэлектрических параметров трансформаторного мас- ла — предназначен для измерений относительной диэлектрической про- ницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь трансформаторного масла. Рис. 8. Измеритель диэлектрических параметров масла 4. Автоматический тестер трасформаторного масла — используется для измерения электрической прочности электроизоляционных жидкостей на пробой. Напряжение пробоя отражает степень загрязненности жидкости различными примесями. Рис. 9. Тестер трасформаторного масла 5. Система мониторинга параметров трансформатора: мониторинг со- держания газов и влаги в трансформаторном масле — контроль на работаю- щем трансформаторе осуществляется непрерывно, запись данных осущест- вляется с заданной периодичностью во внутреннюю память или отсылается диспетчеру. 28 Диагностика электрооборудования электрических станций и подстанций Рис. 10. Система мониторинга параметров трансформатора 6. Диагностика изоляции трансформаторов: определение старения или содержания влаги в изоляции трансформаторов. Рис. 11. Диагностика изоляции трансформаторов 7. Автоматический измеритель влагосодержания — позволяет опреде- лять содержание воды в микрограммовом диапазоне. Рис. 12. Автоматический измеритель влагосодержания 29 6. Электрические методы неразрушающего контроля В настоящее время в России отмечен всплеск интереса к диагностиче- ским системам, позволяющим проводить диагностику электрооборудова- ния неразрушающими методами контроля. ОАО «ФСК ЕЭС» в «Положении о технической политике ОАО «ФСК ЕЭС» в распределительном электросете- вом комплексе» четко сформулировало общую тенденцию развития в данном вопросе: «В кабельных сетях следует перейти от разрушающих методов ис- пытаний (высоковольтные испытания выпрямленным постоянным напря- жением) на неразрушающие методы диагностики состояния кабеля с про- гнозированием состояния изоляции кабеля» (НРЭ № 11, 2006 г., п.2.6.6.). Электрические методы основаны на создании в контролируемом объ- екте электрического поля либо непосредственным воздействием на него электрическим возмущением (например, полем постоянного или перемен- ного тока), либо косвенно, с помощью воздействия возмущениями неэлек- трической природы (например, тепловым, механическим и др). В качестве первичного информативного параметра используются электрические ха- рактеристики объекта контроля [17]. К условно электрическому методу неразрушающего контроля для диагно- стирования электрооборудования можно отнести метод измерения частичных разрядов (ЧР). Внешними проявлениями процессов развития ЧР являются электрические и акустические явления, выделение газов, свечение, нагрев изоляции. Именно поэтому существует множество методов определения ЧР. На сегодняшний день для обнаружения частичных разрядов в основном ис- пользуются три метода: электрический, электромагнитный и акустический. Согласно ГОСТ 20074–83, ЧР называется локальный электрический разряд, который шунтирует только часть изоляции в электроизоляционной системе. Другими словами, ЧР являются результатом возникновения локальных кон- центраций электрической напряженности поля в изоляции или на ее поверхно- сти, превышающей электрическую прочность изоляции в отдельных местах [18]. Для чего и почему измеряют ЧР в изоляции? Как известно, одним из основных требований, предъявляемых к электротехническому оборудо- ванию, является безопасность его эксплуатации — исключение возможно- сти контакта человека с токоведущими частями или их тщательное изоли- 30 Диагностика электрооборудования электрических станций и подстанций рование. Именно поэтому надежность изоляции является одним из обяза- тельных требований при эксплуатации электрооборудования. В процессе эксплуатации изоляция высоковольтных конструкций подвер- гается длительному воздействию рабочего напряжения и многократному воз- действию внутренних и атмосферных перенапряжений. Наряду с этим изоля- ция подвергается температурным и механическим воздействиям, вибрациям, а в ряде случаев и увлажнению, приводящим к ухудшению ее электрических и механических свойств. Поэтому надежная работа изоляции высоковольтных конструкций может быть обеспечена при соблюдении следующих условий: 1. Изоляция должна выдерживать с достаточной для практики надеж- ностью возможные в эксплуатации перенапряжения; 2. Изоляция должна с достаточной для практики надежностью выдер- живать длительно воздействующее рабочее напряжение с учетом возмож- ных его изменений в допустимых пределах. При выборе допустимых рабочих напряженностей электрического поля в значительном количестве типов изоляционных конструкций опре- деляющими являются характеристики ЧР в изоляции [19]. Сущность метода частичных разрядов — определение значения частич- ного разряда или проверка того, что значение частичного разряда не превы- шает установленное значение при установленных напряжении и чувстви- тельности [20]. Электрический метод требует контакта измерительных приборов с объ- ектом контроля. Но возможность получения комплекса характеристик, позволяющих всесторонне оценить свойства ЧР с определением их коли- чественных значений, сделала этот метод весьма привлекательным и до- ступным. К основному недостатку этого метода можно отнести его сильную чувствительность к разного рода помехам [18]. Электромагнитный (дистанционный) метод позволяет обнаружить объект с ЧР с помощью направленного приемного СВЧ антенно-фидер- ного устройства. Этот метод не требует контактов измерительных прибо- ров с контролируемым оборудованием и позволяет производить обзорное сканирование группы оборудования. Недостаток этого метода заключается в отсутствии количественной оценки какой-либо характеристики ЧР, как то заряд ЧР, ЧР, мощность и др. [18]. Применение диагностики методом измерения частичных разрядов возможно для следующих типов электрооборудования: 1) кабелей и кабельной продукции (муфт и т. д.); 2) комплектных распределительных устройств элегазовых (КРУЭ); 3) измерительных трансформаторов тока и напряжения; 4) силовых трансформаторов и вводов; 5) двигателей и генераторов; 6) разрядников и конденсаторов. 31 6. Электрические методы неразрушающего контроля Основная опасность частичных разрядов связана со следующими факторами: · невозможностью их выявления методом обычных испытаний по- вышенным выпрямленным напряжением; · риском их быстрого перехода до состояния пробоя и, как следствие, создания аварийной ситуации на кабеле. Среди основного оборудования для определения дефектов с помо- щью частичных разрядов можно выделить следующие типы оборудования: 1) PD-Portable Рис. 13. Портативная система регистрации частичных разрядов Портативная система регистрации частичных разрядов, которая состо- ит из генератора СНЧ-напряжения (Frida, Viola), блока связи и блока реги- страции частичных разрядов. Особенностями данной системы являются: 1. Упрощенная схема работы системы: не предполагает предваритель- ной зарядки постоянным током, а выдает результат в режиме online. 2. Малые габариты и вес, позволяющие использовать систему в каче- стве переносной или монтировать практически на любом шасси. 3. Высокая точность измерений. 4. Простота эксплуатации. 5. Испытательное напряжение — Uo, что позволяет проводить диагностику состояния кабельных линий 35 кВ длиной до 13 км, а также кабелей 110 кВ. 2) PHG–система Универсальная система диагностики состояния кабельных линий, включающая следующие подсистемы: · генератор высокого напряжения PHG (СНЧ и выпрямленное по- стоянное напряжение до 80 кВ); 32 Диагностика электрооборудования электрических станций и подстанций · измерение тангенса угла потерь TD; · измерение частичных разрядов с локализацией источника PD. Рис. 14. Универсальная система регистрации частичных разрядов Особенностями данной системы являются: 1. Упрощенная схема работы системы: не предполагает предваритель- ной зарядки постоянным током, а выдает результат в режиме online; 2. Универсальность: четыре прибора в одном (испытательная установ- ка выпрямленным напряжением до 80 кВ с функцией первичного прожига (до 90 мА), генератор СНЧ-напряжения до 80 кВ, система измерения тан- генса угла потерь, система регистрации частичных разрядов); 3. Возможность постепенного формирования системы от генератора высокого напряжения до системы диагностики кабельных линий; 4. Простота эксплуатации; 5. Возможность проведения полной диагностики состояния кабель- ной линии; 6. Возможность трассировки кабеля; 7. Оценка динамики старения изоляции на основе архивов данных по результатам испытаний. При помощи данных системы решаются следующие задачи: · проверка рабочих характеристик испытуемых объектов; · планирование обслуживания и замены муфт и секций кабеля и про- ведения профилактических мероприятий; · значительное сокращение количества вынужденных простоев; · увеличение сроков службы кабельных линий за счет использования щадящего уровня испытательного напряжения. 33 7. Вибродиагностика В каждой машине действуют динамические силы. Эти силы — источник не только шума и вибрации, но и дефектов, которые изменяют свойства сил и, соответственно, характеристики шума и вибрации. Можно сказать, что функциональная диагностика машин без смены режима их работы — это изучение динамических сил, а не собственно вибрации или шума. Послед- ние просто содержат в себе информацию о динамических силах, но в про- цессе преобразования сил в вибрацию или шум часть информации теряется. Еще больше информации теряется при преобразовании сил и совер- шаемой ими работы в тепловую энергию. Именно поэтому из двух видов сигналов (температура и вибрация) в диагностике предпочтение следует от- дать вибрации. Говоря простым языком, |