Концепция и результаты диагностики

Введение

На сегодняшний день экономическое состояние энергетики России вынуждает принимать меры по увеличению сроков эксплуатации различного электротехнического оборудования.

В России в настоящее время общая протяженность электрических сетей напряжением 0,4 - 110 кВ превышает 3 млн. км, а трансформаторная мощность подстанций (ПС) и трансформаторных пунктов (ТП) - 520 млн. кВА. Стоимость основных фондов сетей составляет около 200 млрд. руб., а степень их износа - около 40 %. За 90-е годы резко сократились объемы строительства, технического перевооружения и реконструкции ПС [1] и только последние несколько лет вновь наметилась некоторая активность в этих направлениях.

Решение задачи по оценке технического состояния электротехнического оборудования электрических сетей в значительной мере связано с внедрением эффективных методов инструментального контроля и технической диагностики.

Основные понятия и положения технической диагностики

Экономическая ситуация, сложившаяся в последние годы в энергетике, заставляет принимать меры, направленные на увеличение сроков эксплуатации различного оборудования.

Решение задачи по оценке технического состояния электротехнического оборудования электрических сетей в значительной мере связано с внедрением эффективных методов инструментального контроля и технической диагностики.

Техническое диагностирование - это такое диагностирование, которое позволяет изучать и устанавливать признаки неисправности (работоспособности) оборудования, устанавливать методы и средства, при помощи которых дается заключение (ставится диагноз) о наличии (отсутствии) неисправности (дефектов).

Техническая диагностика направлена в основном на поиск и анализ внутренних причин неисправности оборудования. Наружные причины определяются визуально.

Цели технической диагностики:

1) Контроль параметров функционирования, т.е. хода технологического процесса.

2) Контроль изменяющихся в процессе эксплуатации параметров технического состояния оборудования, сравнение их фактических значений с предельными значениями и определение необходимости проведения технического осмотра и ремонта.

3) Прогнозирование ресурса (срока службы) оборудования, агрегатов и узлов с целью их замены или вывода в ремонт

Применение диагностической аппаратуры того или иного типа определяются:

1. Назначением контролируемого объекта;

2. Сложностью контролируемого объекта;

3. Экономической целесообразностью (применения именно этого вида диагностической аппаратуры);

4. Степенью опасности развития аварийной ситуации и последствий отказа контролируемого объекта.

При выборе диагностических параметров приоритет отдается тем, которые удовлетворяют требованиям определения истинного технического состояния данного оборудования в реальных условиях эксплуатации. На практике обычно используют не один, а несколько параметров одновременно. Диагностическими параметрами могут быть параметры рабочих процессов (мощность, тормозной путь, расход топлива и др), сопутствующих процессов (вибрация, шум и т.п.) и геометрические величины (зазор, люфт, свободный ход, биение и др).

Количество измеряемых диагностических параметров зависит от вида оборудования и степени развитости методов диагностирования. Так, например, число измеряемых диагностических параметров силовых трансформаторов и шунтирующих реакторов может достигать 38, масляных выключателей – 29, элегазовых выключателей – 25, ограничителей перенапряжения и разрядников – 10, разъединителей (с приводом) – 14, маслонаполненных измерительных трансформаторов и конденсаторов связи – 9.

Для обеспечения надлежащей достоверности и экономичности диагностирования диагностические параметры должны обладать:

1. чувствительностью;

2. однозначностью;

3. стабильностью;

4. информативностью;

5. периодичностью регистрации.

Под чувствительностью П2 диагностического параметра П понимают отношение приращения ∆П параметра к соответствующему изменению ∆u структурного параметра:

П2 = ∆П / ∆u

Чем больше значение этой величины, тем чувствительнее диагностический параметр к изменению структурного параметра.

Однозначность диагностического параметра определяется монотонно возвращающей или убывающей зависимостью его от структурного параметра в диапазоне от начального до предельного изменения структурного параметра.

Стабильность диагностического параметра определяется дисперсией его значения при многократных измерениях в неизменных условиях на объектах, имеющих одно и то же значение структурного параметра. Нестабильность диагностического параметра снижает достоверность оценки технического состояния механизма.

Важным моментом в определении диагностических параметров является периодичность их регистрации. Периодичность регистрации должна зависеть от скорости возможного образования и развития дефекта в любом контролируемом узле или детали объекта. При нормальном режиме работы оборудования процессы старения чрезвычайно медленны. Устанавливаемый срок службы оборудования рассчитан, исходя именно из действия этого процесса. Этот срок устанавливается, исходя из старения наиболее критических узлов оборудования. Если принять установленный срок службы 40 лет, то для выявления степени старения достаточно было бы иметь периодичность около 3 месяцев. При появлении дефектов процесс старения может быть значительно ускорен. Из числа выявленных в практике видов наиболее быстро развивающихся дефектов являются электрические разряды (частичные разряды). Результаты исследования этих процессов в изоляции маслонаполненных вводов 220 кВ и измерительных трансформаторов тока 500 кВ показывают, что минимальная периодичность регистрации диагностических параметров, характеризующих состояние электрической изоляции, может составлять 2 часа.

Диагностические параметры подразделяются на три типа.

1. параметры информационного вида, представляющие объектную характеристику;

2. параметры, представляющие текущую техническую характеристику элементов (узлов) объекта;

3. параметры, представляющие собой производные нескольких параметров.

К параметрам информационного вида, относятся:

1. тип объекта;

2. время ввода в эксплуатацию и период эксплуатации;

3. ремонтные работы, проводимые на объекте;

4. технические характеристики объекта, полученные при испытании на заводе - изготовителе и/или при вводе в эксплуатацию.

К диагностическим параметрам, представляющим собой производные нескольких параметров, относятся, прежде всего, такие как:

1. максимальная температура наиболее нагретой точки трансформатора при любой нагрузке;

2. динамические характеристики или их производные.

Рисунок 1 – структурная схема алгоритма диагностирования электрооборудования

Техническое состояние любого объекта можно установить при разовом и многократном диагностировании. При разовом диагностировании высоковольтного оборудования, состоящего из множества элементов, вероятность объективной оценки технического состояния мала. Следовательно, только случайно можно обнаружить дефект при одноразовом диагностировании. Вероятность надежной и объективной оценки технического состояния повышается по мере увеличения числа контроля. Это обстоятельство является основанием для введения многократного диагностирования с определенной периодичностью, т. е. мониторинга диагностических параметров.

Исходя из основных задач технического диагностирования, первичным актом должно быть определение вида технического состояния. При установлении факта неисправности дефекта, последующий шаг направлен на поиск места, вида и опасности дефекта и определение причин неисправности.

При диагностировании оборудования знание взаимодействия событий при образовании дефекта является важнейшим условием определения логической цепи событий при создании моделей технического состояния систем и объекта в целом.

Следовательно, построение схем событий является составной частью методики диагностирования при анализе результатов измерения параметров контролируемого оборудования.

Подсистема 1-го уровня, обеспечивает:

1. хранение информативных параметров;

2. измерение диагностических параметров;

3. обработку измеряемых диагностических параметров, представляя их в нормализованном виде, и передачу результатов измерения в обработанном виде в базу данных;

4. определение соответствия значений измеренных параметров нормированным значениям и формирование заключения о соответствии технического состояния объекта требованиям НТД;

5. формирование сигнала опасности эксплуатации объекта при превышении значений измеряемых параметров нормированных значений;

6. прием командных сигналов на изменение чувствительности датчиков, длительности и периодичности измерения и синхронизации;

Подсистема 2-го уровня, обеспечивает:

1. определение вида и места развивающихся дефектов;

2. расчет производных и динамических диагностических параметров;

3. определение ретроспективы диагностических параметров;

4. определение степени опасности развивающихся дефектов;

5. изменение алгоритма работы подсистемы по команде верхнего уровня;

6. передачу результатов расчета и анализа в базу данных;

7. формирование сигнала об изменении режима работы системы охлаждения объекта.

Подсистема 3-го уровня, обеспечивает оценку остаточного ресурса объекта.

Структурная схема алгоритма диагностирования электрооборудования представлена на рисунке 1, где:

х_кр - нормированное значение диагностических параметров (при сопоставлении их значений с измеренными диагностическими параметрами)

х_изм - измеряемое значение диагностических параметров

f(х_кр,х_изм) - блок модели анализа и преобразования параметров.

f(х_кр) -блок модели технического состояния:

1) узел, система объекта или объект в целом в исправном состоянии,

2) деталь, узел, система объекта имеет дефект, не представляющий в данный момент опасности для эксплуатации, но приводит к ограничению функционирования объекта,

3) узел, система объекта или объект в целом имеет дефект, представляющий в данный момент опасность для эксплуатации объекта и требующий принятия мер к исключению аварийной ситуации, т. е. объект находится в неисправном состоянии.

f(х) - блок модели динамических характеристик и развивающихся дефектов.

τ(х) - блок модели остаточного ресурса.

τ₀ - остаточный ресурс.

k_d – уровень опасности дефектов.

БД1, БД2, БД3 - базы данных диагностических параметров.

 

В объекте могут образовываться и развиваться явные и неявные виды дефектов, а диагностироваться могут только явные дефекты. К категории неявного дефекта относится дефект, который не может быть обнаружен из-за отсутствия метода и средств его обнаружения.

Определение технического состояния деталей и элементов оборудования и всех видов нарушений в их функционировании происходит с использованием диагностических параметров.

Для более объективной оценки технического состояния целесообразно использовать комплекс диагностических параметров. Однако, использование этого комплекса в полном объеме может зависеть в основном от класса напряжения контролируемого объекта и мощности силового оборудования, в частности, (авто) трансформаторов и реакторов. Если для оборудования 500 - 750 кВ указанный комплекс параметров вполне приемлем, то для оборудования 110 кВ он может быть избыточен по признаку технико-экономической неэффективности.

Как видно из приведенных видов диагностических параметров число и вид параметров зависит, естественно, от вида контролируемого объекта. Лишь ограниченное число параметров является общей частью любого вида объекта.

Структурная схема алгоритма диагностирования может быть представлена на рисунке 1.

Основу системы диагностирования составляют аналитические модели.

Модель состоит из ряда частей (блоков), имеющих функциональную связь между собой. Как правило, такие части не рассматриваются изолированно. Их суммарный вклад в функционирование модели в целом обусловлен взаимодействием частей между собой. При диагностировании оборудования важно знать последовательность событий, которые могут приводить к отказу деталей и узлов. При этом учитываются те физические процессы, которые определяют деградацию материалов и конструкций. Целесообразно построение и анализа своеобразного «дерева отказов» или «дерева событий» - представляющего последовательность возникновения условий, приводящих в целом объект или его систему к отказу. Следовательно, в модели математически описываются происходящие в объекте физические процессы.

 

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. Последние просто содержат в себе информацию о динамических силах, но в процессе преобразования сил в вибрацию или шум часть информации теряется.

Еще больше информации теряется при преобразовании сил и совершаемой ими работы в тепловую энергию. Именно поэтому из двух видов сигналов (температура и вибрация) в диагностике предпочтение следует отдать вибрации. Говоря простым языком, вибрация - это механические колебания тела около положения равновесия.

За последние несколько десятилетий вибрационная диагностика стала основой контроля и прогноза состояния вращающегося оборудования. Физической причиной ее быстрого развития является огромный объем диагностической информации, содержащейся в колебательных силах и вибрации машин, работающих как в номинальных, так и в специальных режимах. Техническим обеспечением вибрационной диагностики являются высокоточные средства измерения вибрации и цифровой обработки сигналов, возможности которых непрерывно растут, а стоимость снижается.

Рисунок 16 – нарушения контактных соединений

В настоящее время диагностическая информация о состоянии вращающегося оборудования извлекается из параметров не только вибрации, но и других процессов, в том числе рабочих и вторичных, протекающих в машинах. Естественно, что развитие диагностических систем идет по пути расширения получаемой информации не только за счет усложнения методов анализа сигналов, но и за счет расширения количества контролируемых процессов.

Вибрационная диагностика, как и любая другая диагностика, включает в себя три основных направления:

- параметрическую диагностику;

- диагностику неисправностей;

- превентивную диагностику.

Как было сказано выше, параметрическая диагностика используется для аварийной защиты и управления оборудованием, а диагностическая информация содержится в совокупности отклонений величин этих параметров от номинальных значений. Системы параметрической диагностики обычно включают в себя несколько каналов контроля различных процессов, в том числе вибрации и температуры отдельных узлов оборудования. Объем используемой вибрационной информации в таких системах ограничен, т.е. каждый вибрационный канал контролирует два параметра, а именно величину нормируемой низкочастотной вибрации и скорость ее нарастания. Обычно вибрация нормируется в стандартной полосе частот от 2(10)Гц до 1000(2000)Гц. Величина контролируемой низкочастотной вибрации не всегда определяет реальное состояние оборудования, но в предаварийной ситуации, когда появляются цепочки быстро развивающихся дефектов, их связь существенно вырастает. Это позволяет эффективно использовать средства аварийной защиты оборудования по величине низкочастотной вибрации. Наибольшее применение находят упрощенные вибрационные системы аварийной сигнализации. Такие системы чаще всего используются для своевременного обнаружения ошибок персонала, управляющего оборудованием.

Диагностика неисправностей, в данном случае - это вибрационное обслуживание вращающегося оборудования, называемое виброналадкой, которое выполняется по результатам контроля его вибрации прежде всего для обеспечения безопасных уровней вибрации высокооборотных ответственных машин со скоростью вращения ~ 3000 об/мин. и выше. Именно в высокооборотных машинах повышенная вибрация на частоте вращения и кратных частотах существенным образом снижает ресурс машины, с одной стороны, а, с другой стороны, чаще всего является следствием появления в машине или фундаменте отдельных дефектов. Выявление опасного роста вибрации машины в установившихся или переходных (пусковых) режимах работы с последующим определением и устранением причин этого роста является основной задачей виброналадки.

В рамках виброналадки после обнаружения причин роста вибрации выполняется ряд сервисных работ, таких как центровка, балансировка, изменение колебательных свойств (отстройка от резонансов) машины, а также замена смазки и устранение тех дефектов в узлах машины или фундаментных конструкциях, которые повлекли за собой опасный рост вибрации.

Превентивная диагностика машин и оборудования - это обнаружение всех потенциально опасных дефектов на ранней стадии развития, наблюдение за их развитием и на этой основе долгосрочный прогноз состояния оборудования. Вибрационная превентивная диагностика машин, как самостоятельное направление в диагностике начала формироваться лишь в конце 80-х годов прошлого века.

Основными задачами превентивной диагностики является не только обнаружение, но и идентификация зарождающихся дефектов. Знание вида каждого из обнаруженных дефектов позволяет резко повысить достоверность прогноза, так как каждый вид дефекта имеет свою скорость развития.

Системы превентивной диагностики состоят из средств измерения наиболее информативных процессов, протекающих в машине, средств или программного обеспечения для анализа измеряемых сигналов и программного обеспечения для распознавания и долгосрочного прогноза состояния машины. К наиболее информативным процессам обычно относят вибрацию машины и ее тепловое излучение, а также ток, потребляемый электродвигателем, используемым в качестве электропривода, и состав смазки. К настоящему времени не определены лишь наиболее информативные процессы, позволяющие с высокой достоверностью определять и прогнозировать состояние электрической изоляции в электрических машинах.

Превентивная диагностика, основанная на анализе одного из сигналов, например, вибрации, имеет право на существование лишь в тех случаях, когда позволяет обнаружить абсолютное (более 90%) число потенциально опасных видов дефектов на ранней стадии развития и дать прогноз безаварийной работы машины на срок, достаточный для подготовки к текущему ремонту. Такая возможность в настоящее время может быть реализована не для всех типов машин и не для всех отраслей промышленности.

Наибольшие успехи превентивной вибрационной диагностики связаны с прогнозом состояния низкооборотного нагруженного оборудования, используемого, например, в металлургии, бумажной и полиграфической промышленностях. В таком оборудовании вибрация не оказывает решающего влияния на его надежность, т.е. специальные меры по снижению вибрации применяются крайне редко. В этой ситуации параметры вибрации наиболее полно отражают состояние узлов оборудования и, с учетом доступности этих узлов для периодического измерения вибрации, превентивная диагностика дает максимальный эффект при минимальных затратах.

Сложнее всего вопросы превентивной вибрационной диагностики решаются для машин возвратнопоступательного действия и высокооборотных газотурбинных двигателей. В первом случае полезный сигнал вибрации во много раз перекрыт вибрацией от ударных импульсов, возникающих при смене направления движения инерционных элементов, а во втором - шумом потока, который создает сильную вибрационную помеху в тех точках контроля, которые доступны для периодического измерения вибрации.

Успехи превентивной вибрационной диагностики среднеоборотных машин со скоростью вращения от ~300 до ~3000 об/мин также зависят от типа диагностируемых машин и от особенностей их работы в разных отраслях промышленности. Наиболее просто решаются задачи контроля и прогноза состояния широко распространенного насосного и вентиляционного оборудования, особенно если в нем используются подшипники качения и асинхронный электропривод. Такое оборудование применяется практически во всех отраслях промышленности и в городском хозяйстве, и его перевод на обслуживание и ремонт по фактическому состоянию не требует больших финансовых и временных затрат.

Свою специфику имеет превентивная диагностика на транспорте, которая выполняется не в движении, а на специальных стендах. Во-первых, интервалы между диагностическими измерениями в этом случае не определяются реальным состоянием оборудования, а планируются по данным о пробеге. Во-вторых, отсутствует контроль режимов работы оборудования в этих интервалах, а всякое нарушение условий эксплуатации может резко ускорить развитие дефектов. В-третьих, диагностика осуществляется не в номинальных режимах работы оборудования, в которых происходит развитие дефектов, а в специальных стендовых, в которых дефект может не изменять контролируемые параметры вибрации, либо изменять их не так, как в номинальных режимах работы. Все сказанное требует специальных доработок традиционных систем превентивной диагностики применительно к разным видам транспорта, проведения их опытной эксплуатации и обобщения полученных результатов. К сожалению, подобная работа часто даже не планируется, хотя, например, количество комплексов превентивной диагностики, используемых на железных дорогах, составляет несколько сотен, а количество мелких фирм, поставляющих эту продукцию на предприятия отрасли, превышает десяток.

Работающий агрегат источник большого количества колебаний различной природы. Основные динамические силы, действующие в машинах роторного типа (а

Рисунок 17 – нарушения контактных соединений

именно турбины, турбокомпрессоры, электродвигатели, генераторы, насосы, вентиляторы, и т.д.), возбуждая их вибрацию или шум, представлены ниже. Из сил механической природы следует выделить:

1. Центробежные силы, определяемые неуравновешанностью вращающихся узлов;

2. Кинематические силы, определяемые неровностью взаимодействующих поверхностей, и прежде всего поверхностей трения в подшипниках;

3. Параметрические силы, определяемые прежде всего переменной составляющей жесткости вращающихся узлов или опор вращения;

4. Силы трения, которые далеко не всегда можно считать механическими, но почти всегда они являются результатом суммарного действия множества микроударов с деформацией (упругой) контактирующих микронеровностей на поверхностях трения;

5. Силы ударного вида, возникающие при взаимодействии отдельных элементов трения, сопровождающемся их упругой деформацией.

Из сил электромагнитного происхождения в электрических машинах следует выделить:

6. Магнитные силы, определяемые изменениями магнитной энергии в определенном ограниченном пространстве, как правило, в ограниченном по протяженности участке воздушного зазора;

7. Электродинамические силы, определяемые взаимодействием магнитного поля с электрическим током;

8. Магнитострикционные силы, определяемые эффектом магнитострикции, т.е. изменением линейных размеров магнитного материала под действием магнитного поля.

Из cил аэродинамического происхождения следует выделить:

9. Подъемные силы, т.е. силы давления на тело, например, лопасть рабочего колеса, движущееся в потоке, либо обтекаемое потоком;

10. Силы трения на границе потока и неподвижных частей машины (внутренней стенки трубопровода и т.п.);

11. Пульсации давления в потоке, определяемые его турбулентностью, срывом вихрей и т.п.

Ниже представлены примеры дефектов выявляемых вибродиагностикой:

1. небаланс масс ротора;

2. расцентровка;

3. механическое ослабление (дефект изготовления или естественный износ);

4. задевания (затирания) и т.д.

Небаланс вращающихся масс ротора:

a) дефект изготовления вращающегося ротора или его элементов на заводе, на ремонтном предприятии, недостаточный выходной контроль предприятия - изготовителя оборудования, удары при перевозке, плохие условия хранения;

b) неправильная сборка оборудования при первичном монтаже или после выполненного ремонта;

c) наличие на вращающемся роторе изношенных, сломанных, дефектных, недостающих, недостаточно прочно закрепленных и т. д. деталей и узлов;

d) результат воздействия параметров технологических процессов и особенностей эксплуатации данного оборудования, приводящих к неравномерному нагреву и искривлению роторов.

Расцентровка:

Взаимное положение центров валов двух соседних роторов в практике принято характеризовать термином " центровка ".

Если же осевые линии валов не совпадают, то говорят о плохом качество центровки и используется термин " расцентровка двух валов ".

Качество центровки нескольких механизмов определяется правильностью монтажа линии вала агрегата, контролируемой по центрам опорных подшипников вала.

Причин появления расцентровок в работающем оборудовании достаточно много. Это и процессы износа, влияние технологических параметров, изменение свойств фундамента, искривление подводящих трубопроводов под воздействием изменения температуры на улице, изменение режима работы и т. д.

Механическое ослабление:

Достаточно часто под термином “ механическое ослабление ” понимается сумма нескольких различных дефектов, имеющихся в конструкции или являющихся следствием особенностей эксплуатации: чаще всего вибрации при механических ослаблениях вызываются соударениями вращающихся деталей между собой или соударениями подвижных элементов ротора с неподвижными элементами конструкции, например, с обоймами подшипников.

Все эти различные причины сведены воедино и имеют здесь общее название “механические ослабления” по той причине, что в спектрах вибросигналов они дают качественно примерно одинаковые картины.

Механические ослабления, являющиеся дефектом изготовления, сборки и эксплуатации: всевозможные чрезмерно свободные посадки деталей вращающихся роторов, сопряженные с наличием нелинейностей типа “люфт”, имеющих место также и в подшипниках, муфтах, самой конструкции.

Механические ослабления, являющиеся результатом естественного износа конструкции, особенностей эксплуатации, следствием разрушения элементов конструкции. В эту же группу следует относить все возможные трещины и дефекты в конструкции и фундаменте, увеличения зазоров, возникшие в процессе эксплуатации оборудования.

Термоэлектрические приборы

Приборы неразрушающего контроля, основанные на термоэлектрическом методе, находят применение при сортировке деталей по маркам сталей, для экспресс-анализа стали и чугуна непосредственно в ходе плавки и в слитках, определения толщин гальванических покрытий, измерения глубины закаленного слоя исследования процессов усталости металла. Источником информации о физическом состоянии материала при термоэлектрическом методе неразрушающего контроля является термо-ЭДС, возникающая в цепи, состоящей из пары электродов (горячего и холодного) и контролируемого металла.

Импульсный метод

Этот метод применяется для определения зоны повреждения кабеля в любых случаях, кроме заплывающего пробоя, при переходном сопротивлении до 150 Ом.

Метод основан на измерении интервала времени между моментами подачи зондирующего импульса переменного тока и приема отраженного импульса от места повреждения. Скорость распространения импульсов в кабельных линиях высокого и низкого напряжения величина постоянная и равна 160 м/мкс. Поэтому по времени пробега импульса до места повреждения и обратно определяют расстояние до точки повреждения кабеля.

Измерения производятся прибором, например, рефлектометром РЕЙС-105Р. На экране прибора имеется линия масштабных отметок и линия импульсов. По форме отраженного импульса можно судить о характере повреждения. Отрицательное значение отраженный импульс имеет при коротких замыканиях и положительное при обрыве жил.

Трибодиагностика

Трибодиагностика – оценка технического состояния по составу и концентрации продуктов износа в рабочем масле для маслонаполненного оборудования.

Маслонаполненное оборудование - это такое оборудование, в котором в качестве дугогосительной, изолирующей и охлаждающей среды используется масло. На сегодняшний день на электрических станциях и подстанциях применяют и эксплуатируют следующее маслонаполненное оборудование:

1. Силовые трансформаторы

2. Измерительные трансформаторы

3. Шунтирующие реакторы

4. Выключатели

5. Высоковольтные вводы

Основные возможные дефекты маслонаполненного оборудования:

1. локальные перегревы

2. разряды в масле

3. искрения

4. загрязнение изоляции

5. увлажнение изоляции

6. попадания воздуха

7. старение самого масла

В рассматриваемом оборудовании масло является одним из важных элементов изоляционной конструкции. Основными параметрами, определяющими свойства масла как диэлектрика, являются:

1. электрическая прочность,

2. проводимость;

3. диэлектрические потери.

4. газо- и влагосодержания, наличия загрязнений (твердых частиц), содержания кислот и щелочей;

5. фракционный состав масла определяет температуру его вспышки.

В масле содержится около 70% информации о состоянии оборудования.

Минеральное масло – сложная многокомпонентная смесь углеводородов ароматического, нафтенового и парафинового рядов, а также относительно количества кислородных, сернистых и азотосодержащих производных этих углеродов.

1. Ароматические ряды – отвечают за стабильность против окисления, термическую устойчивость, вязкостно-температурные и электроизоляционные свойства.

2. Нафтеновые ряды – отвечают за температуру кипения, вязкость и плотность масла.

Парафиновые ряды

Химический состав масел обусловлен свойствами исходного нефтяного сырья и технологией производства.

В среднем, для маслонаполненного оборудования периодичность обследования и объем испытаний оборудования составляет 1 раз в два (в четыре) года.

Электрическая прочность, характеризуемая пробивным напряжением в стандартом разряднике или соответствующей напряженностью электрического поля, меняется при увлажнении и загрязнении масла и поэтому может служить диагностическим признаком. При снижении температуры избыток воды выделяется в виде эмульсии, которая вызывает снижение пробивного напряжения, особенно при наличии загрязнений.

Информацию о наличии увлажнения масла может также дать его tg δ, однако лишь при больших количествах влаги. Это можно объяснить малым влиянием на tg δ масла растворенной в нем воды; резкий рост tg δ масла происходит при возникновении эмульсии.

В изоляционных конструкциях основной объем влаги находится в твердой изоляции. Между ней и маслом, а в негерметизированных конструкциях еще и между маслом и воздухом постоянно происходит влагообмен. При стабильном температурном режиме наступает равновесное состояние, и тогда по влагосодержанию масла можно оценить влагосодержание твердой изоляции.

Под влиянием электрического поля, температуры и окислителей масло начинает окисляться с образованием кислот и сложных эфиров, на более поздней стадии старения – с образованием шлама.

Последующее отложение шлама на бумажной изоляции не только ухудшает охлаждение, но и может привести к пробою изоляции, поскольку шлам никогда не отлагается равномерно.

Диэлектрические потери в масле определяются в основном его проводимостью и растут по мере накопления в масле продуктов старения и загрязнений. Начальные значения tg δ свежего масла зависят от его состава и степени очистки. Зависимость tg δ от температуры - логарифмическая.

Старение масла определяется окислительными процессами, воздействием электрического поля и присутствием конструкционных материалов (металлы, лаки, целлюлоза). В результате старения ухудшаются изоляционные характеристики масла и выпадает осадок, который затрудняет теплообмен и ускоряет старение целлюлозной изоляции. Значительную роль в ускорении старения масла играют повышенная рабочая температура и наличие кислорода (в негерметизированных конструкциях).

Необходимость контроля за изменением состава масла в процессе эксплуатации трансформаторов ставит вопрос о выборе такого аналитического метода, который смог бы обеспечить надежное качественное и количественное определение содержащихся в трансформаторном масле соединений. В наибольшей степени этим требованиям отвечает хроматография, представляющая 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, регламентируются государственными стандартами.

Хроматографический анализ газов, растворенных в масле, позволяет выявить дефекты, например, трансформатора на ранней стадии их развития, предполагаемый характер дефекта и степень имеющегося повреждения. Состояние трансформатора оценивается сопоставлением полученных при анализе количественных данных с граничными значениями концентрации 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 маслонаполненного оборудования.

Определение электрической прочности масла (ГОСТ 6581-75*) проводится в специальном сосуде с нормированными размерами электродов при приложении напряжения промышленной частоты.