Применение модели старения твёрдой изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов для их диагностики в режиме эксплуатации

В статье рассмотрено влияние различных эксплуатационных факторов на скорость старения бумажной изоляции силовых трансформаторов. Предложено уточнение формулы Монтзингера для расчёта в системах непрерывного контроля относительного износа изоляции с учётом влияния влагосодержания твёрдой изоляции, сте...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2010
1. Verfasser:	Конограй, С.П.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2010
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Техніка сильних електричних та магнітних полів
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143303
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Применение модели старения твёрдой изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов для их диагностики в режиме эксплуатации / С.П. Конограй // Електротехніка і електромеханіка. — 2010. — № 1. — С. 43-45. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-143303
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1433032018-10-29T01:23:04Z Применение модели старения твёрдой изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов для их диагностики в режиме эксплуатации Конограй, С.П. Техніка сильних електричних та магнітних полів В статье рассмотрено влияние различных эксплуатационных факторов на скорость старения бумажной изоляции силовых трансформаторов. Предложено уточнение формулы Монтзингера для расчёта в системах непрерывного контроля относительного износа изоляции с учётом влияния влагосодержания твёрдой изоляции, степени окисленности масла и содержания кислорода в масле. У статті розглянутий вплив різних експлуатаційних факторів на швидкість старіння паперової ізоляції силових трансформаторів. Запропоновано уточнення формули Монтзингера для розрахунку в системах безперервного контролю відносного старіння ізоляції з урахуванням впливу вологовмісту твердої ізоляції, ступеня окислювання масла і вмісту кисню в маслі. The article analyzes influence of various operational factors on speed of power transformer paper insulation ageing. Accurate definition of Montsinger equation for calculation of relative insulation aging in monitoring systems adjusted for influence of the solid insulation moisture load, degree of the oil oxidability, and oxygen contentin the oil is carried out. 2010 Article Применение модели старения твёрдой изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов для их диагностики в режиме эксплуатации / С.П. Конограй // Електротехніка і електромеханіка. — 2010. — № 1. — С. 43-45. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143303 621.3.048.1 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів
spellingShingle	Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів Конограй, С.П. Применение модели старения твёрдой изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов для их диагностики в режиме эксплуатации Електротехніка і електромеханіка
description	В статье рассмотрено влияние различных эксплуатационных факторов на скорость старения бумажной изоляции силовых трансформаторов. Предложено уточнение формулы Монтзингера для расчёта в системах непрерывного контроля относительного износа изоляции с учётом влияния влагосодержания твёрдой изоляции, степени окисленности масла и содержания кислорода в масле.
format	Article
author	Конограй, С.П.
author_facet	Конограй, С.П.
author_sort	Конограй, С.П.
title	Применение модели старения твёрдой изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов для их диагностики в режиме эксплуатации
title_short	Применение модели старения твёрдой изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов для их диагностики в режиме эксплуатации
title_full	Применение модели старения твёрдой изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов для их диагностики в режиме эксплуатации
title_fullStr	Применение модели старения твёрдой изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов для их диагностики в режиме эксплуатации
title_full_unstemmed	Применение модели старения твёрдой изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов для их диагностики в режиме эксплуатации
title_sort	применение модели старения твёрдой изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов для их диагностики в режиме эксплуатации
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Техніка сильних електричних та магнітних полів
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143303
citation_txt	Применение модели старения твёрдой изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов для их диагностики в режиме эксплуатации / С.П. Конограй // Електротехніка і електромеханіка. — 2010. — № 1. — С. 43-45. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT konograjsp primeneniemodelistareniâtvërdojizolâciisilovyhmaslonapolnennyhtransformatorovdlâihdiagnostikivrežimeékspluatacii
first_indexed	2025-07-10T16:52:05Z
last_indexed	2025-07-10T16:52:05Z
_version_	1837279559016251392
fulltext	ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. №1 43 УДК.621.3.048.1 С.П. Конограй ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИ СТАРЕНИЯ ТВЁРДОЙ ИЗОЛЯЦИИ СИЛОВЫХ МАСЛОНАПОЛНЕННЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ДЛЯ ИХ ДИАГНОСТИКИ В РЕЖИМЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ У статті розглянутий вплив різних експлуатаційних факторів на швидкість старіння паперової ізоляції силових трансформаторів. Запропоновано уточнення формули Монтзингера для розрахунку в системах безперервного конт- ролю відносного старіння ізоляції з урахуванням впливу вологовмісту твердої ізоляції, ступеня окислювання масла і вмісту кисню в маслі. В статье рассмотрено влияние различных эксплуатационных факторов на скорость старения бумажной изоляции силовых трансформаторов. Предложено уточнение формулы Монтзингера для расчёта в системах непрерывного контроля относительного износа изоляции с учётом влияния влагосодержания твёрдой изоляции, степени окислен- ности масла и содержания кислорода в масле. ВВЕДЕНИЕ Надежная работа электрооборудования подстан- ций является одним из основных факторов, опреде- ляющих стабильное электроснабжение потребителей. В настоящее время, как в Украине, так и во всем ми- ре, сложилась тенденция "старения" парка электро- оборудования, в первую очередь – наиболее ответст- венного трансформаторного оборудования. Так, по данным [1], на объектах ОАО "ФСК ЕЭС" (Россия) относительное количество силовых автотрансформаторов и шунтирующих реакторов, нормированный срок службы которых исчерпан, со- ставляет от 18% до 45% в зависимости от класса на- пряжения, причем тенденция к "старению" оборудо- вания продолжается. Подобная ситуация наблюдается и на объектах НЭК "Укрэнерго". На фоне старения парка трансформаторного обо- рудования возникают следующие задачи: 1. Оценка возможности продолжения эксплуата- ции оборудования по истечении нормированного сро- ка его службы. 2. Объективное обоснование выбора очередности и временной последовательности переоснащения. 3. В условиях рыночных отношений меняется идеология системы обслуживания оборудования. Энергопредприятия отказываются от плановой заме- ны и ремонта электротехнического оборудования, и переходят на систему обслуживания "по состоянию". Для решения этих задач необходимо знание за- кономерностей старения электрической изоляции. Критерием оценки её состояния служит, прежде все- го, износ целлюлозной изоляции. Старение изоляции в процессе эксплуатации обо- рудования обусловлено влиянием большого количе- ства разных факторов. Исследования СИГРЭ [2, 3] показывают, что старение представляет собой ком- плексный процесс (см. рис. 1), включающий: - деструкцию целлюлозы в результате пиролиза (термического разложения); - деструкцию целлюлозы в результате гидролиза (разложения вследствие обменной реакции с водой); - деструкцию целлюлозы в результате окисления (под воздействием кислот, кислорода и др.). Гидролиз и пиролиз целлюлозы приводят к ее деполимеризации. Оба механизма образуют фурано- вые производные, которые растворяются в масле и используются для оценки возможного снижения сте- пени полимеризации. Оба механизма (особенно гид- ролиз) образуют воду. Пиролиз целлюлозы вызывает также выделение кислот и характерных газов СО и СО2. Последние используются для выявления пере- грева изоляции. Основными факторами ускоренного старения изоляции являются: повышенная температура, повы- шенная влажность витковой изоляции, кислород и продукты старения масла. Существенным фактором окисления масла даже при небольшом содержании кислорода является по- вышенное содержание в масле металлов, особенно меди. Рассмотрим влияние некоторых из перечислен- ных факторов на старение изоляции. ДЕСТРУКЦИЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ПИРОЛИЗА Исследователи давно занимаются оценкой сте- пени старения изоляции трансформаторов. Еще в конце 20-х годов ХХ века были проведены фундамен- тальные исследования ухудшения свойств изоляции в результате теплового старения. Тогда же была пред- ложена применяемая и поныне аналитическая связь интенсивности старения с температурой изоляции. Тепловое старение – срок службы до критиче- ской деструкции целлюлозной изоляции и деградации механических свойств бумаги. Процессы старения имеют необратимый характер [3]. В качестве показателя старения твердой изоля- ции трансформатора принята ее остаточная механиче- ская прочность, так как ее электрическая прочность снижается медленнее и основной причиной повреж- дений состаренной изоляции в трансформаторе прак- тически всегда является ее разрушение [2]. Определение степени деградации твердой изоля- ции обмоток трансформатора достаточно уверенно производится по степени полимеризации (СП). Одна- ко её определение требует отбора проб изоляции из наиболее нагревающихся частей обмотки и сопряже- но со вскрытием бака, что, как правило, нежелатель- но, а в рабочем состоянии – вообще нереально. В такой ситуации важную роль должны играть косвенные методы, позволяющие накопить достаточ- ные данные для оценки состояния изоляции. 44 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. №1 Рис. 1. Модель старения изоляции трансформатора Законы термического старения бумажной изоля- ции изучены достаточно хорошо, и на их основе раз- работаны методики оценки относительного износа изоляции трансформаторов, по температуре наиболее нагретой точки (ТННТ) обмотки. Эти методики осно- ваны на законе термохимического износа Аррениуса и на соотношении Монтзингера [4]. Расчетные методы определения ТННТ изложены в ГОСТ 14209-97 [4]. Применяемый в стандарте алго- ритм расчета ТННТ обмотки трансформаторов осно- вывается на упрощенных тепловых моделях, что сни- жает точность расчёта. На сегодняшний день сущест- вует более современный международный стандарт МЭК 60076-7 "Руководство по нагрузке силовых мас- ляных трансформаторов" [5]. В [6] представлена разработанная тепловая мо- дель силового автотрансформатора, основанная на электрической схеме замещения тепловых процессов и учитывающая данные протоколов тепловых испы- таний автотрансформатора. Применение модели по- зволяет получить более точный результат расчёта температуры ННТ обмотки в режиме эксплуатации, и больше подходит для применения в системах непре- рывного контроля. Применяемые в настоящее время стандарты не учитывают при расчёте износа изоляции такие экс- плуатационные параметры, как влагосодержание твёрдой изоляции, содержание растворимых кислот, кислорода и продуктов старения в масле. Исследования СИГРЭ [2, 3] показывают, что вла- га и продукты старения масла, особенно активные кислоты, могут ускорить процесс декомпозиции изо- ляции в два и более раза. Во многих случаях внутрен- ние слои изоляции, прилегающей к проводнику, ока- зываются менее состаренными, чем внешние слои изоляции, обращенные к маслу. Поэтому разработка методики, позволяющей учитывать эти важные параметры, является актуаль- ной задачей. ДЕСТРУКЦИЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ГИДРОЛИЗА В свою очередь, темпы старения бумажной изо- ляции в значительной степени зависят от ее увлаж- ненности. Влага, находящаяся в масле (растворенная или связанная) является одним из важнейших факто- ров, влияющим на изоляционные свойства бумажно- масляной изоляции. Непосредственной причиной сни- жения электрической прочности масла является нали- чие в нём растворенной влаги, однако связанная влага легко переходит в растворенную и считается целесо- образным определение общей влаги в масле. Опыт энергокомпании Ontario Hydro показал, что оценку увлажнения масла, непосредственно влияю- щего на состояние трансформатора, удобнее произво- дить на основании результатов измерений относи- тельной влажности масла в процентах насыщенного значения, а не абсолютного влагосодержания. Относительная влажность связана с пробивной прочностью масла, с процессом влагообмена "масло- бумага". Измерения относительной влажности масла в системах непрерывного контроля производят тонкоп- леночным емкостным датчиком [2, 8]. Если при влагосодержании твёрдой изоляции 0,3 % (базовое значение) бумажная изоляция считает- ся хорошо высушенной и имеет полный срок службы, то при влагосодержании твёрдой изоляции равном 1% скорость её старения увеличивается в 6 раз. Нормати- вы, используемые в странах СНГ допускают увлаж- нение бумажной изоляции до 4%. При прочих равных воздействиях на изоляцию со стороны других экс- ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. №1 45 плуатационных факторов, получим, что износ при таком увлажнении бумаги, по сравнению с базовым значением влагосодержания, возрастает в 48 раз [9]. ДЕСТРУКЦИЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОКИСЛЕНИЯ Необходимость контроля окисления масла и на- личия кислорода в масле бака установлена давно. Из- вестно, что при достаточно высокой концентрации кислоты целлюлоза может быть полностью разложена на глюкозу за 1 сутки. Как уже отмечалось выше, из- мерения относительной влажности масла производят тонкопленочным емкостным датчиком, позволяющим проводить непрерывные измерения в режиме экс- плуатации. Проведение измерений содержания ки- слорода в масле в режиме эксплуатации несколько более затруднительно, ввиду дороговизны приборов, осуществляющих непрерывный контроль газов, рас- творенных в масле (таких как Kelman Transfix, Serveron TrueGas и др.). Старение бумажно-масляной изоляции в зависи- мости от окисления масла и содержания в нем кисло- рода рассмотрено в литературе, посвящённой перера- ботке целлюлозы. 1. В окисленном масле, по данным [3], скорость старения целлюлозной изоляции, в зависимости от температуры, возратает в 1,5-1,6 раза. 2. Увеличение содержания кислорода приводит к возрастанию скорости старения целлюлозы, в зависи- мости от температуры масла, в 3,5-3,7 раза [3]. РАСЧЁТ ИЗНОСА ИЗОЛЯЦИИ С УЧЁТОМ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ Модификация формулы Монтзингера [4] для рас- чёта относительного износа изоляции с учётом выше- рассмотренных эксплуатационных факторов для ин- тервала времени (t0, t0+T) примет вид: ( ) ( )200 ,,, 1 , 0 0 Oawh Tt t KKKV T TttL θ⋅=+ ∫ + , (1) где V – скорость относительного износа изоляции, о.е.; θh – температура наиболее нагретой точки обмот- ки, °С; Kw, Ka, KO2 –коэффициенты влияния влаги, растворимых кислот и кислорода соответственно, о.е. При этом скорость относительного износа изо- ляции с учётом влияния рассмотренных эксплуатаци- онных факторов будет иметь следующий вид 6 98 .2 2 .. 2 −θγβα ⋅⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⋅⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = h bO O ba a bw w C C C C C C V , (2) где Сw, Ca, CO2 – текущее влагосодержание твёрдой изоляции, содержание кислот, кислорода в масле со- ответственно, г/т; Сw.b, Ca.b, CO2.b – базовые значения влагосодержания твёрдой изоляции, содержания ки- слот, кислорода в масле соответственно, г/т; α, β, γ – показатели степени, определённые в [3, 9]; θh – темпе- ратура ННТ обмотки, °С. ВЫВОДЫ 1. Основными задачами диагностики старения изоляции в режиме эксплуатации являются: - выявление состояния трансформатора, при ко- тором возможно существенное сокращение срока службы при заданной температуре ННТ (оценка сте- пени увлажнения, степени старения масла и накопле- ния активных кислот в изоляции); - оценка остаточного ресурса и выявление степе- ни старения изоляции, приближающейся к предельно допустимой; - выявление аномального нагрева изоляции. 2. Проведенный анализ показывает, что сущест- венное значение при оценке старения твердой изоля- ции имеет контроль ее влагосодержания, наличия рас- творимых кислот в масле и концентрация кислорода в нем. Эти параметры следует контролировать в созда- ваемых системах непрерывного контроля. 3. Предложенное в статье обобщение формулы теплового износа изоляции с учётом вышеуказанных эксплуатационных факторов даёт возможность в ре- жиме эксплуатации оценить более точно старение изоляции. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Дарьян Л.А. Тенденции развития диагностики состояния оборудования в электроэнергетике России / Л.А. Дарьян, А.Г. Мордкович, В.В. Смекалов, В.А. Туркот // Доклад № Д4 на 8- ом Симпозиуме "Электротехника 2010". – М. 2005. 2. Алексеев Б.А. Контроль состояния (диагностика) круп- ных силовых трансформаторов. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. – 216 с. 3. Силовые трансформаторы. Справочная книга / Под ред. С.Д. Лизунова, А.К. Лоханина. М.: Энергоиздат, 2004. – 616 с. 4. ГОСТ 14209-97. Руководство по нагрузке силовых мас- ляных трансформаторов. Введ. 30.12.98. 5. IEC 60076-7 Ed. 1:Power transformers – Part 7: Loading guide for oil-immersed power transformers, vol. 14/512/FDIS, Sept. 2005. 6. Рассальский А.Н., Лучко А.Р., Гук А.А., Конограй С.П. Применение тепловой модели силового автотрансформато- ра для расчёта нагрева его элементов в режиме эксплуата- ции // Вісник НТУ "ХПІ". Проблеми удосконалення елек- тричних машин і апаратів. – Харків: НТУ "ХПІ". – 2009. – № 7. – С. 133-138. 7. Методические указания по определению содержания воды и воздуха в трансформаторном масле / РД 34.43.107- 95. М.:АО "ВНИИЭ", 1996. 8. Оценка увлажнения электрической изоляции по увлаж- нению масла // Electrical World. 1996. №2. Р. 29. 9. Васин В.П., Долин А.П. Оценки выработанного ресурса изоляции маслонаполненных трансформаторов. – ЭЛЕК- ТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехниче- ская промышленность, 2009, № 2. Поступила 30.08.2009 Конограй Сергей Петрович, Запорожский национальный технический университет кафедра "Электрические аппараты" Украина, 69063, Запорожье, ул. Жуковского, 64 тел. (061) 289-61-39, e-mail: konogray@gmail.com S.P. Konogray A solid insulation ageing model application to oil-filled power transformer for operation diagnostics The article analyzes influence of various operational factors on speed of power transformer paper insulation ageing. Accurate definition of Montsinger equation for calculation of relative insu- lation aging in monitoring systems adjusted for influence of the solid insulation moisture load, degree of the oil oxidability, and oxygen contentin the oil is carried out. Key words – power transformer, insulation ageing, pyrolysis, hydrolysis, oil oxidation

Применение модели старения твёрдой изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов для их диагностики в режиме эксплуатации

Institution

Ähnliche Einträge