Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

transform.ru :: Денисов В.И., Дзюба А.А. Основы рыночных отношений в электроэнергетике / Электрические станции
 

 

Газовыделение при повреждениях силовых

трансформаторов и его ультразвуковая диагностика

 

 

A. С.Чернышёв, Н.В. Хорошидов, B. И. Бирюлин.

 

Юго-Западный государственный университет, г. Курск

 

 

 

Рассмотрена проблема газовыделения при повреждениях силовых трансформаторов и его ультразвуковая диагностика.

Ключевые слова: силовой трансформатор, диагностика, повреждение, масло.

Газовая защита силовых трансформаторов основана на регистрации газов, появляющихся в масле вследствие разложения электрической изоляции при возникновении повреждений.

Оценим эффективность газовой защиты при возникновении различного типа дефектов. Оценку произведем для таких часто встречающихся повреждений, как перегревы находящихся в масле металлических частей трансформатора. К ним относятся перегревы частей магнитопровода и областей бака вследствие образования короткозамкнутых контуров, перегревы в месте подсоединения токоведущих шин к трансформаторному вводу, перегревы случайно попавших на магнитопровод металлических деталей.

Газовое реле срабатывает при попадании в него газа в виде пузырей. При наличии газа в растворенном состоянии газовое реле не сработает. Следовательно, требуется выяснить закономерность формирования газовых пузырей в масле при возникновении в трансформаторе перегревов.

При возникновении перегревов металлических частей, находящихся в трансформаторном масле, вследствие циркуляции масла соприкосновение его с нагретой деталью будет кратковременным. При таком режиме нагрева масла, как показали опыты, его разложение с образованием газообразных углеводородов будет про исходить при 80—400 "С. При этой же темпе ратуре происходит кипение масла. Используй это для исследования процесса газовыделени при разложении трансформаторного масла при перегревах. Кипение масла в месте перегрев происходит в локальной зоне. Поскольку масло в трансформаторе перемещается и охлаждается в охладителях, то температура его в месте перегрева будет намного выше температуры основного объема масла. Кипение масла в этом случае называется кипением с недогревом при вынужденном движении жидкости [1]. Согласно теории [1, 2], кипение в большом объеме с недогревом начинается с образования на нагреваемой поверхности мелких пузырьков. Этот вид кипения называется пузырчатым. При пузырчатом кипении от поверхности нагрева отрывается большое количество мелких пузырей. Размер этих пузырей определяется свойствами кипящей жидкости, давлением в ней, ее скоростью перемещения и величиной подогрева. При дальнейшем увеличении теплового потока, подводимого к телу, размеры пузырей практически не меняются, а увеличивается их количество. При определенном значении теплового потока наступает так называемое пленочное кипение. Оно характеризуется образованием сплошной паровой пленки, отделяющей нагретое тело от жидкости. Теплоотдача от тела уменьшается и температура его резко возрастает. Такое явление называется кризисом кипения или пережогом, поскольку обычно происходит разрушение нагреваемой поверхности от действия высокой температуры. При наступлении кризиса кипения от поверхности нагреваемого тела отделяются паровые пузыри большего по сравнению с пузырчатым кипением размера.

Изучение актов осмотра трансформаторов, вышедших из работы после срабатывания газового реле, показывает, что в случае перегрева имеют место выгорание части магнитопровода, оплавления в месте подсоединения отвода обмотки к вводу или же оплавление металлической детали, случайно попавшей внутрь трансформатора. Такие явления характерны для пленочного кипения, что подтверждает наши предположения о закономерности формирования газовых пузырей при возникновении перегревов внутри трансформатора.

Газовое реле трансформатора регистрирует только те перегревы, которые вызывают пленочное кипение масла и сопровождаются оплавлением или выгоранием металла. В то же время применение газовой защиты на основе механических газовых реле не допускается в сейсмоопасных районах, так как возможно ее ложное срабатывание [Правила устройства электроустановок] и при межвитковых замыканиях не будет происходить отключение масляного трансформатора, что снижает надежность его работы. Таким образом, обнаружение очага повреждений с помощью ультразвуковой локации может стать более эффективным способом, так как позволяет фиксировать пузырьки газов и, соответственно, перегревы на более ранней стадии их возникновения.

Технической задачей предлагаемого способа ультразвуковой газовой защиты масляного трансформатора [9] является существенное уменьшение времени срабатывания защиты и повышение надежности защиты масляных трансформаторов.

Сущность способа заключается в применении ультразвукового контроля наличия газовых пузырьков в масле, который основан на том, что ультразвуковая волна, излучаемая ультразвуковыми преобразователями, отражается от границы раздела масла и газового пузырька, отраженная волна ими принимается, сигнал от преобразователей передается в блок ультразвукового контроля, который обрабатывает его и передает в блок оцифровки сигнала, который подает сигнал устройствам релейной защиты на отключение трансформатора.

Применение ультразвуковых преобразователей повышает надежность срабатывания ультразвуковой газовой защиты масляного трансформатора.

Сигнал с ультразвуковых преобразователей подается в блок ультразвукового контроля (БУЗК). В нормальном режиме работы трансформатора на экране блока ультразвукового контроля наблюдается постоянный сигнал, свидетельствующий об отсутствии повреждений внутри бака трансформатора.

В случае начала газообразования пузырьки газа, проходя через зону распространения ультразвукового сигналя, препятствуют прохождению сигнала, он искажается, при этом на экране блока ультразвукового контроля нет постоянного сигнала, и с помощью блока оцифровки сигнала (БОС) формируется команда релейной защите на отключение трансформатора.

Время обнаружения пузырьков газа с помощью ультразвуковой газовой защиты в самом неблагоприятном случае составляет 0,5 с, что существенно повышает быстродействие защиты.

Чтобы ультразвуковое излучение само не стало причиной возникновения пузырьков газа в масле (явление кавитации), интенсивность излучения не должна превышать некоторых значений. В работе [10] приводятся численные показатели интенсивности излучения ультразвука, при которой в жидкой среде наступает «развитый» кавитационный процесс для различных жидкостей. Так, для трансформаторного масла вязкостью 30*10^(-3) Па*с оптимальная интенсивность излучения ультразвука 4—6 Вт/см^2.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.   Тонг Л. Теплоотдача при кипении и двухфазное течение. М., «Мир», 1960. 280 с.

2.   Скрипов В. Метастабильная жидкость. M., «Наука», 1972. 280 с.

3.   Стерман Л.С. Обобщение экспериментальных данных по барботажу пара через жидкость. «ЖТФ», 1956, т. XXVI, вып. 7, С. 1519-1524.

4.  Левич Б. Физико-химическая гидравлика. М., «Наука», 1952.600 с.

5.   Пинталь Ю.С. Растворение газовых включений в минеральном изоляционном масле. «Известия вузов. Сер. Энергетика». 1964. № 7. С. 95-98.

6.   Липштейн Р., Шахнович М. Трансформаторное масло М., «Энергия», 1968. 350 с.

7.  Чернев К.К. Мощные трансформаторы. М., "Энергия" 1972. 120 с.

8.   Чечеткин А. Высокотемпературные теплоносители Госэнергоиздат, 1962. 421 с.

9.   Патент № 2399909 РФ МПК G01N23/20. Способ ультразвуковой газовой защиты масляного трансформатора Бирюлин В.И., Хорошилов H.B., Ларин O.M. Опубл. 20.09.2010 г №26.

10. Ю.Хмелев В., Голях Р., Хмелев С., Барсуков Р. Метод расчета оптимальных интенсивностей ультразвукового кавитационного воздействия на вязкие и высокодисперсные жидкие среды. Сборник докладов XII Международной конференции-семинара молодых специалистов по микро- и нанотехнологиям и электронным устройствам EDM, БТИ АлтГТУ, 2011. С. 61-69.

11. Лоханин А.К., Соколов В.В. Обеспечение работоспособности маслонаполненного высоковольтного оборудования расчетного срока службы. Электра. 2002. № 1.

12.Guide for Life Management Techniques for Power Transformers. Брошюра СИГРЭРГ A2, 2003.

13.РД 34.45.51300—97. Объем и нормы испытаний электрооборудования.

14. IEEE Std 62—1995. IEEE Guide for Diagnostic Field Tes Electric Power Apparatus.

15.Sokolov V.V. Consideration on Power Transformer Con based Maintenance. EPRI Substation Equipment Diag Conference VIII, 2000, February 20-23, New Orleans, LA.

16.Дробышевский   A.A., Левицкая Е.И. Диагностика механических деформаций обмоток трансформаторов в эксплуатации. Сборник докладов семинара «Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования», Екатеринбург — С.-Г бург, 2000, выпуск И, С. 61-68.

17.Сенкевич    Е.Д., Штерн Е.Н. Диагностика частичны: рядов в моделях трансформаторной изоляции/Электротехника 1974.

18.РД 153-34.0-46.302—00. Методические указания по диагностике развивающихся дефектов трансформаторного оборудования по результатам хроматографического анализа газов, растворенных в масле. Москва, 2001.


 

 


 

 

 

 

 

Полное содержание материала Вы можете найти в первоисточнике
Источник:  Чернышев А.С., Хорошилов Н.В., Бирюлин В.И.  Газовыделение при повреждении силовых трансформаторов и его ультразвуковая диагностика.
Электрика. - 2014, № 5. - С. 30-35.
20.06.2014
Материал размещен на www.transform.ru: 03.07.2014 г.

 

 

Перейти в форум для обсуждения

  ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????