Исследование образования метанола при проведении ускоренных испытаний бумажной изоляции в трансформаторном масле

Page 1
background image

Page 2
background image

126

СЕТИ

РОССИИ

Исследование образования 
метанола при проведении 
ускоренных испытаний 
бумажной изоляции 
в трансформаторном масле

Представлены результаты исследований образования метанола 
при ускоренном старении бумажной изоляции в трансформа-
торном масле под действием температуры. Все исследованные 
материалы (кабельная бумага, трансформаторное масло) —
отечественного производства. Приведены результаты аналогич-
ных исследований, проведенных за рубежом. Сопоставлены за-
висимости концентрации метанола в трансформаторном масле 
от степени полимеризации бумаж ной изоляции, полученные ав-
торами и зарубежными иссле дователями.

Леонид ДАРЬЯН, д.т.н., директор по научно-техническому 

сопровождению АО «Техническая инспекция ЕЭС»

Алексей МАКСИМЧЕНКО, ведущий эксперт отдела подготовки 

и сопровождения НИОКР АО «Техническая инспекция ЕЭС»

ЛЕ Хак Лам, аспирант кафедры «Техники и Электрофизики 

Высоких Напряжений», НИУ МЭИ

Силовые

 

трансформаторы

  (

СТ

являются

 

основным

 

оборудованием

 

электрических

 

станций

 

и

 

подстанций

Выходы

 

СТ

 

из

 

строя

 

могут

 

привести

 

к

 

прекращению

 

подачи

 

электриче

-

ской

 

энергии

 

и

 

финансовым

 

потерям

а

 

также

 

к

 

представляющим

 

экологи

-

ческую

 

опасность

 

последствиям

та

-

ким

 

как

 

пожары

разливы

 

масла

вы

-

бросы

 

вредных

 

веществ

 

и

 

пр

В

 

связи

 

с

 

этим

одной

 

из

 

важных

 

задач

 

обе

-

спечения

 

надежного

 

функционирова

-

ния

 

СТ

 

является

 

разработка

 

методов

 

диагностирования

 

их

 

состояния

обе

-

спечивающих

 

возможность

 

обнару

-

жения

 

дефектов

 

на

 

ранней

 

стадии

 

их

 

развития

Представляет

 

значитель

-

ный

 

интерес

 

поиск

 

новых

 

информа

-

тивных

 

показателей

позволяющих

 

повысить

 

достоверность

 

диагности

-

ческих

 

заключений

в

 

том

 

числе

 

оце

-

нить

 

остаточный

 

ресурс

 

изоляции

 

и

 

срок

 

службы

 

СТ

.

Срок

 

службы

 

СТ

 

определяется

 

главным

 

образом

 

состоянием

 

его

 

изоляционной

 

системы

включающей

 

бумажную

 

изоляцию

 

обмоток

 

транс

-

форматора

изоляционные

 

барье

-

ры

 

из

 

электротехнического

 

картона

 

и

 

трансформаторное

 

масло

Пока

-

затели

 

качества

 

трансформаторного

 

масла

ухудшающиеся

 

в

 

процессе

 

эксплуатации

как

 

результат

 

старе

-

ния

могут

 

быть

 

восстановлены

 

спе

-

циальными

 

мероприятиями

  (

сушка

дегазация

регенерация

 

и

 

т

.

д

.). 

Со

-

старенное

 

масло

 

также

 

может

 

быть

 

заменено

 

на

 

новое

Бумажная

 

изо

-

ляция

 

не

 

может

 

быть

 

восстановлена

а

 

ее

 

замена

 

требует

 

проведения

 

до

-

рогостоящего

 

капитального

 

ремонта

Таким

 

образом

 

принято

что

 

ресурс

 

д

и

а

г

н

о

с

т

и

к

а

диагностика

ВВЕДЕНИЕ


Page 3
background image

127

изоляционной

 

системы

 

СТ

 

определяется

 

ресурсом

 

бумажной

 

изоляции

.

Количественным

 

показателем

 

степени

 

старения

 

бумажной

 

изоляции

 

является

 

степень

 

полимериза

-

ции

  (

СП

) [1]. 

СП

 

бумажной

 

изоляции

согласно

 [2], 

измеряют

 

через

 

определение

 

вязкостных

 

характери

-

стик

 

растворов

 

бумажной

 

изоляции

Однако

 

этот

 

ме

-

тод

 

определения

 

СП

 

не

 

нашел

 

широкого

 

применения

 

при

 

оценке

 

состояния

 

силовых

 

трансформаторов

находящихся

 

в

 

эксплуатации

Основным

 

недостат

-

ком

 

метода

 

является

 

то

 

обстоятельство

что

 

для

 

его

 

реализации

 

требуется

 

отобрать

 

пробу

 

бумажной

 

изо

-

ляции

 

из

 

СТ

что

 

приводит

 

к

 

необходимости

 

вывода

 

СТ

 

в

 

ремонт

 

и

 

его

 

вскрытия

Кроме

 

того

для

 

получе

-

ния

 

достоверных

 

результатов

 

отбор

 

пробы

 

бумажной

 

изоляции

 

рекомендуется

 

проводить

 

из

 

наиболее

 

на

-

гретой

 

точки

 (

например

верхней

 

части

 

обмотки

 

НН

). 

Однако

 

после

 

отбора

 

образца

 

бумажной

 

изоляции

 

требуется

 

ее

 

восстановление

что

 

является

 

сложной

 

задачей

 

и

 

требует

 

высокой

 

квалификации

 

ремонтно

-

го

 

персонала

.

Косвенные

 

способы

 

оценки

 

состояния

 

бумажной

 

изоляции

 

по

 

содержанию

 

в

 

трансформаторном

 

масле

 

индикаторов

 

или

 

маркеров

 

старения

 

первого

 

и

 

второ

-

го

 

поколения

 

также

 

не

 

нашли

 

широкого

 

применения

 

[3]. 

Под

 

термином

  «

маркер

 

старения

» 

понимаются

 

твердые

жидкие

 

или

 

газообразные

 

продукты

 

раз

-

ложения

 

бумажной

 

изоляции

 

в

 

трансформаторном

 

масле

по

 

содержанию

 

которых

 

можно

 

оценить

 

СП

 

бумажной

 

изоляции

За

 

последнее

 

десятилетие

 

в

 

тех

-

нической

 

литературе

 

появилось

 

несколько

 

десятков

 

сообщений

 

о

 

новом

 

маркере

 

старения

 

бумажной

 

изо

-

ляции

который

 

относят

 

к

 

маркерам

 

третьего

 

поколе

-

ния

 — 

метаноле

Анализ

 

результатов

 

исследований

проведенных

 

авторами

 

публикаций

показал

что

 

ме

-

танол

 

отвечает

 

основным

 

требованиям

предъявляе

-

мым

 

к

 

маркерам

 

старения

 

бумажной

 

изоляции

 [3]:

 

хорошая

 

растворимость

 

в

 

трансформаторном

 

масле

;

 

хорошие

 

адсорбционные

 

свойства

позволяющие

 

измерять

 

содержание

 

его

 

остаточного

 

количества

 

после

 

замены

 

или

 

регенерации

 

масла

;

 

достаточная

 

для

 

практических

 

целей

 

химическая

 

стабильность

.

ЗАРУБЕЖНЫЙ

 

ОПЫТ

 

ИССЛЕДОВАНИЙ

 

ОБРАЗОВАНИЯ

 

МЕТАНОЛА

ПРИ

 

ТЕРМИЧЕСКОМ

 

СТАРЕНИИ

 

БУМАЖНОЙ

 

ИЗОЛЯЦИИ

Исследования

 

образования

 

метанола

 

при

 

ускорен

-

ном

 

старении

 

бумажной

 

изоляции

 

в

 

трансформатор

-

ном

 

масле

 

под

 

действием

 

температуры

 

проводятся

 

за

 

рубежом

 

с

 2008 

года

Интересно

 

отметить

что

 

приме

-

няемые

 

в

 

исследованиях

 

физические

 

модели

 

образ

-

цов

 

бумажной

 

изоляции

 

в

 

трансформаторном

 

масле

 

существенно

 

отличаются

 

друг

 

от

 

друга

Это

 

обстоя

-

тельство

 

может

 

сказаться

 

на

 

конечных

 

результатах

а

 

именно

 

на

 

зависимости

 

количества

 

метанола

 

от

 

СП

 

бумажной

 

изоляции

Так

в

 

работе

 

группы

 

француз

-

ских

 

исследователей

 [4] 

в

 

качестве

 

физической

 

моде

-

ли

 

была

 

предложена

 

часть

 

обмоточного

 

провода

изо

-

лированная

 

четырьмя

 

слоями

 

бумажной

 

изоляции

Масса

 

бумажной

 

изоляции

 

составляла

 1,7 

г

Исследо

-

ванию

 

подвергались

 

две

 

группы

 

бумажной

 

изоляции

отличающиеся

 

исходным

 

влагосодержанием

менее

 

0,5% 

и

 1%. 

Образец

 

помещался

 

в

 

стеклянную

 

ем

-

кость

 

объемом

 200 

мл

в

 

которую

 

заливалось

 100 

мл

 

свежего

 

трансформаторного

 

масла

 

без

 

ингибитора

При

 

этом

 

отношение

 

массы

 

масла

 

к

 

массе

 

бумажной

 

изоляции

 

составляло

примерно

, 50/1. 

В

 

свободное

 

пространство

 

стеклянной

 

емкости

 

над

 

трансформа

-

торным

 

маслом

 

закачивался

 

аргон

и

 

емкость

 

герме

-

тично

 

запаивалась

 (

рисунок

 1). 

Старение

 

подготовленных

 

таким

 

образом

 

образ

-

цов

 

бумажной

 

изоляции

 

проводилось

 

при

 

трех

 

тем

-

пературах

: 98°

С

, 110°

С

 

и

 122°

С

 

в

 

течение

 

несколь

-

ких

 

месяцев

Следует

 

отметить

что

 

исследованиям

 

при

 110°

С

 

подвергались

 

образцы

 

бумажной

 

изоля

-

ции

 

с

 

влагосодержанием

 

менее

 0,5%. 

К

 

сожалению

в

 

этой

 

публикации

 

отсутствуют

 

сведения

 

по

 

разбросу

 

значений

 

температуры

 

по

 

испытательным

 

емкостям

 

относительно

 

выбранной

 

для

 

проведения

 

экспери

-

мента

Не

 

указано

 

также

 

количество

 

образцов

за

-

действованных

 

в

 

каждом

 

эксперименте

Отмечено

что

 

через

 

определенное

 

время

 

стеклянные

 

емкости

 

извлекали

 

из

 

печей

 

и

 

определяли

 

СП

 

бумажной

 

изо

-

ляции

 

вискозиметрическим

 

методом

 

в

 

соответствии

 

с

 

МЭК

 60450. 

Трансформаторное

 

масло

 

анализи

-

ровалось

 

на

 

содержание

 

фурфурола

 

и

 

метанола

Измерение

 

концентра

-

ции

 

метанола

 

прово

-

дили

 

на

 

газовом

 

хрома

-

тографе

оснащенном

 

масс

-

спектрометром

Из

-

мерение

 

концентрации

 

фурфурола

 

проводили

 

методом

 

высокоэффек

-

тивной

 

жидкостной

 

хро

-

матографии

 

в

 

соответ

-

ствии

 

с

 

МЭК

 61198.

По

 

результатам

 

экс

-

периментов

 

получена

 

за

-

висимость

 

концентрации

 

метанола

 

и

 

фурфурола

 

в

 

трансформаторном

 

мас

-

ле

 

от

 

СП

 

бумажной

 

изоля

-

ции

 (

рисунок

 2). 

Рис

. 2. 

Зависимости

 

концентрации

 

метанола

 

и

 

фурфурола

 

в

 

трансформаторном

 

масле

 

от

 

СП

 

бумажной

 

изоляции

 [4]

Метанол

Фурфурол

1200

1000

800

600

400

200

0

Степень

 

полимеризации

Концентрация

 

м

аркера

, ppm

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

0,0

Рис

. 1. 

Запаивание

 

стек

 

лянной

 

емкос

-

ти

 [4]

 6 (39) 2016


Page 4
background image

128

СЕТИ РОССИИ

Следует

 

отметить

что

 

в

 

описанной

 

конструкции

 

испытательной

 

ячейки

 — 

стеклянной

 

запаянной

 

емкости

 — 

есть

 

существенный

 

недостаток

заклю

-

чающийся

 

в

 

наличии

 

газового

 

пространства

 

над

 

трансформаторным

 

маслом

Образующийся

 

при

 

де

-

полимеризации

 

бумажной

 

изоляции

 

метанол

 

будет

 

частично

 

переходить

 

в

 

газовую

 

фазу

 

в

 

соответствии

 

с

 

коэффициентом

 

его

 

распределения

 

между

 

маслом

 

и

 

газовой

 

фазой

При

 

вскрытии

 

такой

 

стеклянной

 

ем

-

кости

 

часть

 

метанола

 

в

 

газовой

 

фазе

 

может

 

быть

 

по

-

теряна

что

 

скажется

 

при

 

интерпретации

 

результатов

 

экспериментов

.

В

 2015 

году

 

на

 

коллоквиуме

 

СИГРЕ

 

в

 

Китае

 

были

 

представлены

 

результаты

 

исследований

 

по

 

ускоренному

 

старению

 

бумажной

 

изоляции

 

в

 

транс

-

форматорном

 

масле

 

при

 

температуре

 120°

С

 [5]. 

В

 

указанной

 

публикации

 

марка

 

бумажной

 

изоля

-

ции

 

не

 

указана

а

 

трансформаторное

 

масло

 

марки

 

Gemini X 

содержало

 

ингибитор

Отношение

 

массы

 

масла

 

к

 

массе

 

бумажной

 

изоляции

 

составляло

 20/1. 

К

 

сожалению

отсутствует

 

также

 

информация

 

о

 

ме

-

тодиках

 

и

 

приборах

 

для

 

определения

 

содержания

 

метанола

 

в

 

трансформаторном

 

масле

 

и

 

СП

 

бумаж

-

ной

 

изоляции

не

 

описана

 

конструкция

 

испытатель

-

ной

 

ячейки

в

 

которой

 

проводилось

 

ускоренное

 

ста

-

рение

 

образцов

 

бумажной

 

изоляции

Связь

 

между

 

количеством

 

образовавшегося

 

метанола

 

и

 

СП

 

бу

-

мажной

 

изоляции

 

приведена

 

на

 

рисунке

 3.

Таким

 

образом

в

 

зарубежных

 

литературных

 

источниках

 

по

 

ис

-

следованию

 

образования

 

мета

-

нола

 

при

 

разложении

 

бумажной

 

изоляции

 

отсутствует

 

информа

-

ция

позволяющая

 

однозначно

 

интерпретировать

 

полученные

 

результаты

 

зависимости

 

количе

-

ства

 

образовавшегося

 

метанола

 

от

 

степени

 

полимеризации

 

бумаж

-

ной

 

изоляции

Следует

 

отметить

что

 

для

 

выявления

 

связи

 

между

 

образованием

 

метанола

 

и

 

СП

 

бу

-

мажной

 

изоляции

 

необходимо

 

проводить

 

эксперименты

 

с

 

соблю

-

дением

 

ряда

 

обязательных

 

условий

обеспечиваю

-

щих

 

снижение

 

погрешностей

 

получаемых

 

результа

-

тов

К

 

указанным

 

условиям

 

относятся

:

 

требования

 

к

 

методике

 

и

 

средствам

 

измерения

 

метанола

 

в

 

трансформаторном

 

масле

 

материалы

  (

марки

 

бумажной

 

изоляции

 

и

 

транс

-

форматорного

 

масла

и

 

их

 

соотношение

;

 

требования

 

к

 

испытательным

 

ячейкам

 

для

 

уско

-

ренного

 

старения

 

бумажной

 

изоляции

 

в

 

транс

-

форматорном

 

масле

;

 

условия

 

проведения

 

эксперимента

.

Описание

 

требований

 

к

 

приборно

-

аналитическо

-

му

 

обеспечению

 

измерения

 

содержания

 

метанола

 

в

 

трансформаторном

 

масле

 

выходят

 

за

 

рамки

 

дан

-

ной

 

работы

Отметим

 

только

что

 

по

 

своим

 

техниче

-

ским

 

и

 

метрологическим

 

характеристикам

 

предло

-

женный

 

авторами

 

прибор

разработанный

 

совместно

 

со

 

специалистами

 

отечественного

 

завода

-

изготови

-

теля

 

хроматографических

 

комплексов

не

 

уступает

 

зарубежным

 

аналогам

.

ИССЛЕДОВАНИЕ

 

ОБРАЗОВАНИЯ

 

МЕТАНОЛА

 

ПРИ

 

УСКОРЕННОМ

 

СТАРЕНИИ

 

БУМАЖНОЙ

 

ИЗОЛЯЦИИ

 

В

 

ТРАНСФОРМАТОРНОМ

 

МАСЛЕ

Материалы

.

 

Исследованию

 

подвергались

 

бу

-

мажная

 

изоляция

 

и

 

трансформаторное

 

масло

 

оте

-

чественного

 

производства

Это

 

связано

 

с

 

тем

что

 

в

 

большинстве

 

трансформаторов

находящихся

 

в

 

эксплуатации

 

в

 

РФ

 

и

 

странах

 

СНГ

применены

 

пре

-

имущественно

 

отечественные

 

материалы

По

 

этой

 

причине

 

в

 

наших

 

экспериментах

 

применялась

 

ка

-

бельная

 

бумага

 

марки

 

К

-120 (

ГОСТ

 23436-83) 

и

 

транс

-

форматорное

 

масло

 

марки

 

ГК

 (

ТУ

 38.1011025-85). 

Еще

 

одним

 

важным

 

условием

 

получения

 

досто

-

верных

 

результатов

 

исследований

 

является

 

выбор

 

коэффициента

определяемого

 

отношением

 

массы

 

кабельной

 

бумаги

  (

электрокартона

к

 

массе

 

транс

-

форматорного

 

масла

: K

б

(

к

)

 = 

m

б

(

к

)

/

m

м

Анализ

 

конструк

-

ций

 

СТ

эксплуатируемых

 

на

 

электроэнергетических

 

объектах

 

РФ

показал

что

 

показатель

 K

б

 

для

 

кабель

-

ной

 

бумаги

 

лежит

 

в

 

интервале

 

значений

 

от

 0,0333 

до

 

0,0424 , 

а

 

для

 

электрокартона

 K

к

 

в

 

интервале

 

значе

-

ний

 

от

 0,0805 

до

 0,1.

В

 

наших

 

экспериментах

 

выбрано

 

усредненное

 

значение

 

К

 

для

 

электротехнического

 

картона

 

и

 

ка

-

бельной

 

бумаги

равное

 0,055.

Рис

. 3. 

Зависимости

 

концентраций

 

метанола

 

и

 

фур

-

фурола

 

в

 

трансформаторном

 

масле

 

от

 

СП

 

бумажной

 

изоляции

 [5]

Табл

. 1. 

Отношение

 

массы

 

бумажной

 

изоляции

к

 

массе

 

трансформаторного

 

масла

 

для

 

СТ

 

различных

 

типов

Тип

трансформа

-

тора

Масса

 

масла

 

m

М

т

Общая

 

масса

изоляции

т

Масса

 

электро

-

картона

 

m

к

т

К

к

Масса

кабельной

бумаги

m

б

т

К

б

ТРДН

-40000/110

23,6

2,9

1,9

0,0805

1,0

0,0424

АТДЦТН

-

125000/220

48,0

6,4

4,8

0,1000

1,6

0,0333

АОДЦТН

-

167000/500/220

39,3

5,3

3,7

0,0941

1,6

0,0407


Page 5
background image

129

Размеры

 

образцов

 

кабельной

 

бумаги

 

К

-120 

со

-

ставляли

 200×6,25×0,012 

см

а

 

среднее

 

значение

 

массы

 

единичного

 

образца

измеренное

 

аналитиче

-

скими

 

весами

составляло

 12,6±0,4 

г

 

при

 

погрешно

-

сти

 

измерения

 0,02 

г

Полосы

 

скручивались

 

в

 

рулоны

 

диаметром

 

около

 2 

см

 

и

 

сушились

 

под

 

вакуумом

 

при

 

температуре

 100°

С

 

в

 

течение

 36 

часов

 

до

 

достиже

-

ния

 

влажности

 

менее

 0,5%. 

После

 

сушки

 

часть

 

об

-

разцов

 

кабельной

 

бумаги

 

была

 

увлажнена

 

до

 

дости

-

жения

 

средней

 

влажности

 

бумаги

 1% 

и

 2%. 

Таким

 

образом

старению

 

подвергались

 

образцы

 

с

 

исход

-

ной

 

влажностью

 

менее

 0,5%, 1% 

и

  2%.

Подготовленные

 

образцы

 

кабельной

 

бумаги

 

помещались

 

в

 

испытательную

 

ячейку

которая

 

за

-

полнялась

 

трансформаторным

 

маслом

 

марки

 

ГК

 

с

 

влагосодержанием

 12 

г

/

т

 

и

 

содержанием

 

кисло

-

рода

 3–4%. 

Испытательные

 

ячейки

.

 

Старение

 

образцов

 

проводилось

 

в

 

специально

 

разработанных

 

испыта

-

тельных

 

ячейках

 (

рисунок

 4). 

Внутренний

 

объем

 

каж

-

дой

 

ячейки

 

составлял

 270 

см

3

При

 

разработке

 

ис

-

пытательной

 

ячейки

 

учтены

 

следующие

 

требования

:

 

герметичность

 

(

минимальная

 

газопроницае

-

мость

испытательной

 

ячейки

;

 

обеспечение

 

температурной

 

компенсации

 

объ

-

ема

 

масла

 

при

 

нагреве

 

без

 

доступа

 

газов

 

из

 

окружающей

 

среды

;

 

отсутствие

 

химических

 

реакций

 

между

 

матери

-

алами

 

испытательной

 

ячейки

 

и

 

исследуемыми

 

материалами

;

 

отсутствие

 

газового

 

пространства

 

в

 

испытатель

-

ной

 

ячейке

 

после

 

ее

 

заполнения

 

трансформа

-

торным

 

маслом

.

Для

 

получения

 

надежных

 

статистических

 

дан

-

ных

 

в

 

экспериментах

 

по

 

ускоренному

 

старению

 

было

 

задействовано

 

от

 20 

до

 35 

испытательных

 

ячеек

Все

 

испытательные

 

ячейки

 

заполнялись

 

трансформаторным

 

маслом

 

на

 100% 

внутреннего

 

объема

что

 

исключало

 

наличие

 

пузырьков

 

возду

-

ха

 

после

 

их

 

герметизации

.

Условия

 

проведения

 

эксперимента

.

 

Выбор

 

температуры

 

для

 

ускоренного

 

старения

 

испыту

-

емых

 

материалов

 

проводился

 

на

 

основании

 

дан

-

ных

 [4], 

согласно

 

которым

 

при

 

температуре

 122°

С

 

и

 

влажности

 

бумажной

 

изоляции

 1% 

удалось

 

до

-

биться

 

снижения

 

значения

 

СП

 

бумажной

 

изоляции

 

до

 

критической

 (250 

ед

.). 

Продолжительность

 

ста

-

рения

 

при

 

этом

 

составила

 

около

 170 

суток

Следует

 

иметь

 

в

 

виду

что

 

одним

 

из

 

основных

 

условий

 

проведе

-

ния

 

ускоренного

 

старения

 

является

 

автомодельность

 

процесса

то

 

есть

 

механизм

 

старения

 

бумажной

 

изоля

-

ции

 

в

 

СТ

 

в

 

процессе

 

эксплу

-

атации

 

должен

 

быть

 

иден

-

тичен

 

механизму

 

старения

 

в

 

условиях

 

ускоренных

 

испытаний

По

 

имеющим

-

ся

 

сведениям

 [1] 

при

 

тем

-

пературе

 

вплоть

 

до

 140°

С

 

доминирующим

 

механизмом

 

старения

 

является

 

гидролиз

Исходя

 

из

 

этих

 

условий

для

 

сокращения

 

времени

 

эксперимента

 

в

 

настоящей

 

работе

 

темпе

-

ратура

 

старения

 

образцов

 

была

 

принята

 130°

С

С

 

учетом

 

того

 

обстоятельства

что

 

в

 

эксперимен

-

те

 

задействовано

как

 

было

 

указано

 

выше

от

 20 

до

 

35 

испытательных

 

ячеек

то

 

одним

 

из

 

основных

 

требований

 

при

 

проведении

 

ускоренного

 

старения

 

экспериментальных

 

образцов

 

является

 

обеспече

-

ние

 

поддержания

 

одинаковой

 

температуры

 

во

 

всех

 

испытательных

 

ячейках

 

в

 

процессе

 

эксперимента

Объясняется

 

это

 

тем

что

 

скорость

 

старения

 

бумаж

-

ной

 

изоляции

 

увеличивается

 

примерно

 

в

 2 

раза

 

при

 

повышении

 

температуры

 

на

 

каждые

 6°

С

 [1, 6]. 

При

 

колебаниях

 

температуры

 

от

 

ячейки

 

к

 

ячейке

 

даже

 

в

 

пределах

 1–2 

градусов

 

погрешность

 

получаемых

 

данных

 

может

 

увеличиться

В

 

связи

 

с

 

этим

 

для

 

обе

-

спечения

 

требуемых

 

условий

 

старения

 

испытатель

-

ные

 

ячейки

 

размещались

 

в

 

специально

 

разработан

-

ный

 

и

 

изготовленный

 

циркуляционный

 

термостат

 

(

рисунок

 5). 

Циркуляционный

 

термостат

 

позволяет

 

поддер

-

живать

 

градиент

 

температуры

 

теплоносителя

 

по

 

объему

 

ванны

 

не

 

более

 0,1°C, 

что

 

обеспечивает

 

одинаковые

 

условия

 

старения

 

испытуемых

 

образ

-

цов

 

бумажной

 

изоляции

 

во

 

всех

 

ячейках

В

 

каче

-

стве

 

теплоносителя

 

применялось

 

вакуумное

 

мас

-

ло

 

марки

 

ВМ

-5. 

Через

 

заданные

 

интервалы

 

времени

 (3, 7, 11… 

44 

суток

с

 

начала

 

эксперимента

 

из

 

циркуляци

-

онного

 

термостата

 

извлекалось

 

по

 

одной

 

ячейке

 

с

 

образцами

 

кабельной

 

бумаги

 

разной

 

влажности

Испытательные

 

ячейки

 

выдерживались

 

при

 

ком

-

натной

 

температуре

 

в

 

течение

 10 

суток

после

 

чего

 

отбирали

 

пробы

 

кабельной

 

бумаги

 

и

 

трансформа

-

торного

 

масла

СП

 

кабельной

 

бумаги

 

определяли

 

вискозиметрическим

 

методом

 

в

 

соответствии

 

с

 

ме

-

тодикой

изложенной

 

в

 [2]. 

Анализ

 

трансформатор

-

ного

 

масла

 

на

 

содержание

 

метанола

 

выполняли

 

на

 

приборно

-

аналитическим

 

комплексе

  (

ПАК

на

 

базе

 

отечественного

 

хроматографа

 

Кристаллюкс

-4000

М

оснащенного

 

двумя

 

капиллярными

 

колонками

 

и

 

двумя

 

пламенно

-

ионизационными

 

детекторами

Для

 

выделения

 

метанола

 

из

 

трансформаторного

 

масла

 

использовалась

 

специально

 

разработанная

 

система

 

пробоподготовки

обеспечивающая

 

извле

-

чение

 

и

 

криоконцентрирование

 

метанола

Рис

. 4. 

Испытатель

-

ная

 

ячейка

 

для

 

уско

-

ренного

 

старения

 

бумажной

 

изоляции

Рис

. 5. 

Циркуляционный

 

термостат

 

с

 

испытательными

 

ячейками

 6 (39) 2016


Page 6
background image

130

СЕТИ РОССИИ

РЕЗУЛЬТАТЫ

 

ИССЛЕДОВАНИЙ

В

 

результате

 

проведенных

 

экспериментов

 

по

 

ускоренному

 

старению

 

кабельной

 

бумаги

 

получе

-

ны

 

значения

 

концентрации

 

метанола

 

в

 

трансфор

-

маторном

 

масле

 

и

 

соответствующие

 

им

 

значения

 

СП

 

кабельной

 

бумаги

На

 

рисунке

 6 

представлены

 

графики

 

изменения

 

СП

 

кабельной

 

бумаги

 

и

 

концен

-

трации

 

метанола

 

в

 

трансформаторном

 

масле

 

от

 

времени

 

старения

 

образцов

 

кабельной

 

бумаги

Из

 

графиков

 

видно

что

 

уже

 

на

 

третий

 

день

 

после

 

на

-

чала

 

эксперимента

 

метанол

 

был

 

зафиксирован

 

во

 

всех

 

испытательных

 

ячейках

При

 

этом

 

минималь

-

ная

 

концентрация

 

метанола

 

была

 

зафиксирована

 

для

 

образца

 

кабельной

 

бумаги

 

с

 

влагосодержанием

 

0,5% 

и

 

составила

 89 ppb. 

Следует

 

отметить

что

 

при

 

указанной

 

концентрации

 

метанола

 

значение

 

СП

 

ис

-

пытуемой

 

кабельной

 

бумаги

 

снизилось

 

с

 1270 

ед

до

 1050 

ед

., 

что

 

позволяет

 

сделать

 

заключение

 

о

 

том

что

 

на

 

начальном

 

этапе

 

старения

 

бумажной

 

изоляции

 

при

 

небольшом

 

снижении

 

СП

 

образуется

 

надежно

 

фиксируемое

 

ПАК

 

количество

 

метанола

Этот

 

вывод

 

позволит

 

по

 

фиксации

 

уже

 

следовых

 

количеств

 

метанола

 

в

 

трансформа

-

торном

 

масле

 

определить

 

начало

 

старения

 

бумажной

 

изоляции

 

Как

 

следует

 

из

 

представленных

 

зависимостей

исходная

 

влажность

 

кабельной

 

бумаги

 

существенно

 

вли

-

яет

 

на

 

скорость

 

старения

что

 

со

-

гласуется

 

с

 

данными

опубликован

-

ными

 

в

 [1, 6]. 

Следует

 

отметить

что

 

в

 

условиях

 

фактической

 

продолжи

-

тельности

 

проведения

 

ускоренных

 

испытаний

 (44 

суток

снижение

 

СП

 

кабельной

 

бумаги

 

до

 

предельно

 

до

-

пустимого

 

значения

 (250 

ед

.) [7] 

наблюдалось

 

только

 

на

 

образцах

 

бумажной

 

изоляции

 

с

 

влагосодер

-

жанием

 2%, 

тогда

 

как

 

для

 

бумажной

 

изоляции

 

с

 

влагосодержанием

 0,5% 

в

 

идентичных

 

условиях

 

эксперимен

-

та

 

СП

 

снизилась

 

только

 

до

 780 

ед

., 

то

 

есть

 

менее

чем

 

на

 50% 

от

 

исходного

 

значения

.

Интересно

 

отметить

что

 

в

 

начале

 

эксперимента

 

процесс

 

старения

  (

де

-

полимеризация

кабельной

 

бумаги

 

проходит

 

относительно

 

интенсивно

Например

при

 

влажности

 

кабельной

 

бумаги

 2% 

за

 

первые

 9 

дней

 

ускорен

-

ных

 

испытаний

 

СП

 

снизилась

при

-

мерно

в

 2,7 

раза

 (

с

 1272 

до

 474 

ед

.), 

тогда

 

как

 

за

 

последующие

 25 

дней

 — 

только

 

в

 1,9 

раза

  (

с

 474 

до

 244 

ед

). 

Аналогичная

 

ситуация

 

наблюдается

 

и

 

при

 

других

 

влажностях

 

кабельной

 

бумаги

.

Сопоставление

 

результатов

полученных

 

отечественными

 

и

 

за

-

рубежными

 

исследователями

.

 

На

 

рисунке

 7 

представлены

 

зависимо

-

сти

 

концентрации

 

метанола

 

в

 

транс

-

форматорном

 

масле

 

от

 

СП

 

бумажной

 

изоляции

полученные

 

авторами

 

на

-

стоящей

 

работы

 

и

 

опубликованные

 

в

  

зарубежных

 

источниках

 [4, 5]. 

Как

 

следует

 

из

 

приведенных

 

графи

-

ков

зависимости

 

носят

 

линейный

 

ха

-

рактер

Таким

 

образом

марки

 

масел

 

и

 

бумажной

 

изоляции

 

не

 

влияют

 

на

 

характер

 

зависимости

 

концентрации

 

метанола

 

от

 

СП

Разница

 

в

 

абсолют

-

ных

 

значениях

 

полученных

 

концен

-

Рис

. 6. 

Зависимости

 

СП

 

кабельной

 

бумаги

 

и

 

концентрации

 

метанола

 

в

 

трансформаторном

 

масле

 

от

 

времени

 

при

 

сходной

 

влажности

 

кабель

-

ной

 

бумаги

 

менее

 0,5% (

а

), 1% (

б

и

 2% (

в

)

а

)

б

)

в

)


Page 7
background image

131

траций

 

метанола

растворенного

 

в

 

трансформатор

-

ном

 

масле

при

 

одинаковых

 

СП

 

бумажной

 

изоляции

 

может

 

быть

 

объяснена

 

следующими

 

факторами

:

 

эксперименты

 

по

 

ускоренному

 

старению

 

образцов

 

бумажной

 

изоляции

 

проведены

 

в

 

испытательных

 

ячейках

 

разных

 

конструкций

;

 

исследованию

 

подвергались

 

разные

 

марки

 

как

 

бумажной

 

изоляции

так

 

и

 

трансформаторного

 

масла

;

 

выбранное

 

для

 

экспериментов

 

соотношение

 

мас

-

сы

 

бумажной

 

изоляции

 

к

 

массе

 

трансформатор

-

ного

 

масла

 

различно

.

ВЫВОДЫ

1. 

Впервые

 

в

 

отечественной

 

практике

 

исследовано

 

образование

 

метанола

 

при

 

ускоренном

 

старении

 

бумажной

 

изоляции

 

в

 

трансформаторном

 

масле

.

2. 

Получена

 

зависимость

 

концентрации

 

метанола

 

в

 

трансформаторном

 

масле

 

от

 

степени

 

полиме

-

ризации

 

бумажной

 

изоляции

Зависимость

 

носит

 

линейный

 

характер

.

3. 

Показано

что

 

метанол

 

образуется

 

даже

 

при

 

не

-

большом

 

снижении

 

степени

 

полимеризации

 

бу

-

мажной

 

изоляции

что

 

позволит

 

зафиксировать

 

начальные

 

стадии

 

процесса

 

деградации

 

бумаж

-

ной

 

изоляции

.

4. 

Полученная

 

зависимость

 

может

 

быть

 

принята

 

за

 

основу

 

при

 

оценке

 

состояния

 

бумажной

 

изоляции

 

силовых

 

трансформаторов

изготовленных

 

с

 

при

-

менением

 

исследованных

 

материалов

.  

ЛИТЕРАТУРА

1. CIGRE 

Т

ask Force D1.01.10: “Ageing of cellulose in 

mineral-oil insulated transformers”, Brochure 

 323, 

2007.

2. 

Методические

 

указания

 

по

 

оценке

 

состояния

 

бу

-

мажной

 

изоляции

 

обмоток

 

силовых

 

трансформа

-

торов

 

и

 

шунтирующих

 

реакторов

 

по

 

степени

 

поли

-

меризации

 (

утверждены

 

ОАО

 

РАО

 «

ЕЭС

 

России

» 

13.12.2007 

г

.).

3. 

Дарьян

 

Л

.

А

., 

Сазонов

 

В

.

Н

и

 

др

Маркеры

 

состоя

-

ния

 

бумажно

-

масляной

 

изоляции

 // 

Электро

, 2016, 

 4. 

С

. 45–51.

4.  Laurichesse D., Bertrand Y., Tran-Duy C., Murin V. 

Ageing Diagnosis of MV/LV Distribution Transformers 
via Chemical Indicators in Oil // 2013 Electrical 
Insulation Conference, Ottawa, Ontario, Canada, 
2 to 5 June 2013. P. 464–468.

5.  Wang Z.D., Liu Q., Tee S.J., Matharage S.Y., Jar-

man P., Wilson G., Hooton R., Dyer P., Walker D., Kra -
use Ch., Smith P.W.R., Mavrommatis P. and Gyore A. 
Ageing Assessment of Transformers through Oil 
Test Database Analyses and Alternative Diagnostic 
Techniques // CIGRE SC A2 COLLOQUIUM, Chin

а

Sept. 20–25, 2015. 

6.  IEC 60076-7. Power transformers — Part 7:Loading 

guide for mineral oil-immersed power transformers. 
IEC Standard, 2005.

7. 

РД

 34.45-51.300-97 (6-

е

 

издание

 

с

 

изм

и

 

доп

2006 

г

.). 

Объем

 

и

 

нормы

 

испытаний

 

электрообо

-

рудования

.

Рис

. 7. 

Зависимости

 

концентрации

 

метанола

 

в

 

трансформаторном

 

масле

 

от

 

СП

 

бумажной

 

изоляции

 

по