Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук: 05.14.12 – Техника высоких напряжений. —
Новосибирский государственный технический университет. —
Новосибирск, 2009. — 91 с.
Научный консультант: доктор физико-математических наук, с.н.с. Коробейников С.М. Цель работы – разработка методов повышения надежности, долговечности и безопасной эксплуатации высоковольтного маслонаполненного электрооборудования на основе решения комплекса физико-химических задач, связанных с образованием ГПРИ, и задач оптимизации конструкции оборудования, с одной стороны, и повышения эффективности диагностики — с другой.
Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, и основные положения, выносимые на защиту.
Выявлены особенности газообразования в изоляционных жидкостях и в комбинированной маслопропитанной изоляции при различных видах энергетического воздействия. Установлено, что:
удельное газообразование в трансформаторном масле при начальных ч.р., почти на порядок превышает удельное газообразование при ч.р., развивающихся в газовых пузырьках (критические ч.р.) для одного и того же типа трансформаторного масла;
в трансформаторах тока с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа и кварцевым песком в качестве наполнителя возможно газообразование в результате химического взаимодействия материалов, например, компонентов кварцевого песка или «сопутствующих» материалов, которые могут попасть в высоковольтное оборудование вследствие особенностей технологического процесса их изготовления;
при приемо-сдаточных испытаниях решающим признаком необратимого разрушения изоляции конденсаторов является образование С2Н2, а в эксплуатации – СО и СО2;
качественный состав газов, образующихся при ч.р. и при кавитации в трансформаторном масле идентичен.
Впервые обоснована возможность возникновения кавитации в изоляции конденсаторного типа при эксплуатационных воздействиях.
Впервые проведены экспериментальные исследования, подтверждающие существование зародышей микропузырьков микронных и субмикронных размеров в трансформаторном масле. Показано, что количество микропузырьков в трансформаторном масле в значительной степени зависит от наличия механических загрязнений.
Впервые проведен комплексный анализ процессов установления газового равновесия в высоковольтном МНЭО, на основании которого предложены:
модель перераспределения газов и влаги в высоковольтном МНЭО за счет диффузионных и конвективных потоков, возникающих при эксплуатационных воздействиях;
механизм выхода из строя герметичного высоковольтного МНЭО с сильфонными компенсаторами вследствие катастрофического падения давления в оборудовании при повреждениях сильфонных компенсаторов;
обоснование выбора соотношения объемов «газовой подушки» и изоляционной жидкости, позволяющего предотвращать опасное снижение давления внутри герметичного высоковольтного МНЭО с «газовой подушкой» в условиях резкого уменьшения температуры окружающей среды.
Практическая ценность работы
Решена крупная проблема снижения аварийности трансформаторов тока и силовых конденсаторов на основе анализа физико-химических процессов, протекающих во внутренней изоляции трансформаторов тока:
проведен анализ и даны рекомендации по выбору материалов и оптимизации технологии изготовления трансформаторов тока с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа и кварцевым наполнителем; минимизирована возможность газообразования во внутренней изоляции трансформаторов тока за счет протекания химических реакций;
разработана методика расчета на основе теоретических и экспериментальных исследований натурных образцов трансформаторов тока с «газовой подушкой», позволяющая оценить возможность работы указанного оборудования в условиях резкого уменьшения температуры окружающей среды;
определены граничные концентрации растворенных в трансформаторном масле ГПРИ для трансформаторов тока различной конструкции;
впервые предложено использовать газохроматографический (ГХ-анализ) как эффективный метод определения герметичности сильфонных компенсаторов, используемых для компенсации температурного расширения масла в измерительных трансформаторах;
проведена оценка времени увлажнения масла в конструкциях высоковольтного МНЭО с масляным затвором; даны рекомендации по уменьшению скорости проникновения влаги во внутреннюю изоляцию высоковольтного оборудования;
разработаны и внедрены алгоритмы диагностики трансформаторов тока и высоковольтных конденсаторов на основе ГПРИ как при заводских приемо-сдаточных испытаниях, так и в эксплуатации;
проведено уточнение коэффициентов растворимости «диагностических» газов в трансформаторном масле, позволяющее обеспечить высокую точность хроматографического анализа, а следовательно и диагностического заключения по результатам анализа;
предложена и реализована методика хроматографического анализа растворенных в изоляционной жидкости газов, позволяющая проводить анализ всех «диагностических» газов из одной пробы масла;
предложен и внедрен специализированный пробоотборник изоляционной жидкости, обеспечивающий отбор, длительное хранение, подготовку и ввод пробы изоляционной жидкости в хроматографическую систему.
Научный консультант: доктор физико-математических наук, с.н.с. Коробейников С.М. Цель работы – разработка методов повышения надежности, долговечности и безопасной эксплуатации высоковольтного маслонаполненного электрооборудования на основе решения комплекса физико-химических задач, связанных с образованием ГПРИ, и задач оптимизации конструкции оборудования, с одной стороны, и повышения эффективности диагностики — с другой.
Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, и основные положения, выносимые на защиту.
Выявлены особенности газообразования в изоляционных жидкостях и в комбинированной маслопропитанной изоляции при различных видах энергетического воздействия. Установлено, что:
удельное газообразование в трансформаторном масле при начальных ч.р., почти на порядок превышает удельное газообразование при ч.р., развивающихся в газовых пузырьках (критические ч.р.) для одного и того же типа трансформаторного масла;
в трансформаторах тока с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа и кварцевым песком в качестве наполнителя возможно газообразование в результате химического взаимодействия материалов, например, компонентов кварцевого песка или «сопутствующих» материалов, которые могут попасть в высоковольтное оборудование вследствие особенностей технологического процесса их изготовления;
при приемо-сдаточных испытаниях решающим признаком необратимого разрушения изоляции конденсаторов является образование С2Н2, а в эксплуатации – СО и СО2;
качественный состав газов, образующихся при ч.р. и при кавитации в трансформаторном масле идентичен.
Впервые обоснована возможность возникновения кавитации в изоляции конденсаторного типа при эксплуатационных воздействиях.
Впервые проведены экспериментальные исследования, подтверждающие существование зародышей микропузырьков микронных и субмикронных размеров в трансформаторном масле. Показано, что количество микропузырьков в трансформаторном масле в значительной степени зависит от наличия механических загрязнений.
Впервые проведен комплексный анализ процессов установления газового равновесия в высоковольтном МНЭО, на основании которого предложены:
модель перераспределения газов и влаги в высоковольтном МНЭО за счет диффузионных и конвективных потоков, возникающих при эксплуатационных воздействиях;
механизм выхода из строя герметичного высоковольтного МНЭО с сильфонными компенсаторами вследствие катастрофического падения давления в оборудовании при повреждениях сильфонных компенсаторов;
обоснование выбора соотношения объемов «газовой подушки» и изоляционной жидкости, позволяющего предотвращать опасное снижение давления внутри герметичного высоковольтного МНЭО с «газовой подушкой» в условиях резкого уменьшения температуры окружающей среды.
Практическая ценность работы
Решена крупная проблема снижения аварийности трансформаторов тока и силовых конденсаторов на основе анализа физико-химических процессов, протекающих во внутренней изоляции трансформаторов тока:
проведен анализ и даны рекомендации по выбору материалов и оптимизации технологии изготовления трансформаторов тока с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа и кварцевым наполнителем; минимизирована возможность газообразования во внутренней изоляции трансформаторов тока за счет протекания химических реакций;
разработана методика расчета на основе теоретических и экспериментальных исследований натурных образцов трансформаторов тока с «газовой подушкой», позволяющая оценить возможность работы указанного оборудования в условиях резкого уменьшения температуры окружающей среды;
определены граничные концентрации растворенных в трансформаторном масле ГПРИ для трансформаторов тока различной конструкции;
впервые предложено использовать газохроматографический (ГХ-анализ) как эффективный метод определения герметичности сильфонных компенсаторов, используемых для компенсации температурного расширения масла в измерительных трансформаторах;
проведена оценка времени увлажнения масла в конструкциях высоковольтного МНЭО с масляным затвором; даны рекомендации по уменьшению скорости проникновения влаги во внутреннюю изоляцию высоковольтного оборудования;
разработаны и внедрены алгоритмы диагностики трансформаторов тока и высоковольтных конденсаторов на основе ГПРИ как при заводских приемо-сдаточных испытаниях, так и в эксплуатации;
проведено уточнение коэффициентов растворимости «диагностических» газов в трансформаторном масле, позволяющее обеспечить высокую точность хроматографического анализа, а следовательно и диагностического заключения по результатам анализа;
предложена и реализована методика хроматографического анализа растворенных в изоляционной жидкости газов, позволяющая проводить анализ всех «диагностических» газов из одной пробы масла;
предложен и внедрен специализированный пробоотборник изоляционной жидкости, обеспечивающий отбор, длительное хранение, подготовку и ввод пробы изоляционной жидкости в хроматографическую систему.