Рассматривается процесс старения бумажной изоляции силовых маслонаполненных
трансформаторов. С помощью предложенной ранее обобщенной формулы Монтзингера
по данным мониторинга работы трансформаторного оборудования России
проанализировано влияние роста влагосодержания твердой изоляции, кислотного
числа масла и концентрации кислорода, растворенного в масле бака
трансформатора, на износ бумажной изоляции.
Показано, что собственно термический износ изоляции очень невелик, но
увлажнение бумажной изоляции в реальных пределах (до 3%) при повышении
кислотного числа масла (примерно в 2 раза до 0,2 мг/г КОН) и содержания
кислорода в нем приводит к возрастанию скорости старения и износа изоляции в
десятки раз. Суммарный износ от всех факторов оказывается значительным, хотя
сильно меняется для разных сочетаний условий протекания физико-химических
процессов и температурных режимов. Формулируются вытекающие из этого
требования к системам мониторинга силовых трансформаторов.
Ключевые слова: силовой маслонаполненный трансформатор; бумажная
изоляция; износ изоляции; остаточный ресурс; обобщение формулы Монтзингера;
требования к системам мониторинга трансформатора
Актуальность создания полноценной методологической основы для расчетов и
прогнозирования расходования ресурса трансформаторного оборудования (далее
трансформаторов) обусловлена острой проблемой замены значительного числа
трансформаторов, которая назрела в ЕЭС России в силу ее жизненного цикла.
Поэтому объективное обоснование выбора очередности и временной
последовательности такого переоснащения имеет большое практическое значение.
Расчеты исчерпания ресурса изоляции рассмотрены в справочниках, учебниках,
статьях, монографиях, руководящих документах, где даны примеры их применения.
Наиболее полно приводятся данные по расчету ресурса трансформаторного
оборудования в справочной книге «Силовые трансформаторы». Однако
практическое использование указанных разработок вызывает существенные
затруднения.
Изложенные методики связаны с необходимостью определения степени
полимеризации бумажной изоляции, что весьма не просто, а в большинстве
случаев нереально. По предложению СИГРЭ ресурс вычисляется по формуле
ресурс=(1/200-1/СП0)exp[13350/(v+273)]/8760А
, (1)
где
СП0 — степень полимеризации целлюлозной изоляции на начало
рассматриваемого промежутка времени, v —
температура наиболее нагретой точки изоляции; А — показатель скорости
старения, зависящий от влагосодержания твердой изоляции wт,
кислотного числа масла Кк.ч и содержания кислорода, растворенного
в масле СО2.
При
этом, как видно из приведенной формулы, приходится считать постоянными
температуру обмотки, влагосодержание изоляции и уровень окислительных
процессов (в том числе кислотное число масла). В отдельных публикациях
предлагается брать частичные интервалы, на которых эти параметры постоянны,
а затем суммировать результаты в абсолютных единицах. Как быть при этом со
значениями СП на каждом частичном интервале, которые от интервала к
интервалу меняются, рекомендации нет. Не решена также проблема и с
прогнозированием процессов wт(t),
Kк.ч (t),
CО2 (t),
значения которых необходимы для определения показателя А в формуле (1).
В НТЦ «Электроинжиниринг, диагностика и сервис» (НТЦ «ЭДС») разрабатывается
аналитическая методика расчета износа изоляции по данным температурных
показателей, влагосодержания твердой изоляции, кислотного числа масла в баке
трансформатора и концентрации кислорода, растворенного в масле.
Необходимость учета влагосодержания изоляции, окисления масла и наличия
кислорода в масле бака установлена давно. Известно, что в кислом растворе
целлюлоза может быть полностью разложена на глюкозу при достаточно высокой
концентрации кислоты в сроки порядка суток. Наличие кислорода необходимо для
деструкции целлюлозы, без которого она устойчива к деградации до температур
120-150ºС.
Увеличение влагосодержания приводит к повышению скорости деполимеризации
бумажной изоляции в десятки раз. При этом все эти факторы непрерывно
изменяются в процессе эксплуатации, и потому необходим тщательный учет
динамики процесса.
|