автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Исследование газообразования при частичных разрядах и совершенствование пробоотбора для газового анализа высоковольтного маслонаполненного электрооборудования

На правах рукописи

7

Бычков Александр Леонидович

ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДАХ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОБООТБОРА ДЛЯ ГАЗОВОГО АНАЛИЗА ВЫСОКОВОЛЬТНОГО МАСЛОНАПОЛНЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.14.12 - техника высоких напряжений

1 9 ФЬВ 2015

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2014 П* 592.5*

005559239

Официальные оппоненты:

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор

Коробейников Сергей Миронович

Ушаков Василий Яковлевич, доктор технических наук, профессор Федеральное государственное

бюджетное учреждение высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический университет», профессор кафедры электрических сетей и электротехники

Вдовико Василий Павлович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Инжиниринговая компания ООО "Энергетика, Микроэлектроника,

Автоматика", ведущий эксперт

Федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный

энергетический университет», г. Казань

Защита состоится: 12 марта 2015г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.01 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, Новосибирск, пр. Карла Маркса,

Ведущая организация:

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан «СУ? » О Я- 201 5 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, доцент

А.Г. Русина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

Известно, что аварии и нештатные режимы на крупных объектах энергетики влекут за собой серьезные социально-экономические и технические последствия. Из годовых отчетов ФСК ЕЭС за 2005-2012 гг. видно, что количество нарушений на оборудовании подстанций (ПС) постоянно растет. Это объясняется как износом оборудования ПС (29%), так и дефектами изготовления (19%). Замена всех устаревших единиц электрооборудования зачастую невозможна, ввиду экономических и технических сложностей, к тому же не всегда рациональна. Выявление предпосылок к возникновению аварий является важной и актуальной задачей. Диагностирование оборудования и режимов его работы позволит не только сократить средства на ремонт, но и избежать катастроф. Очевидно, что затраты на диагностирование намного меньше затрат на ремонт оборудования, особенно в случае возникновения аварий.

В настоящее время наиболее информативными и часто применяемыми методами диагностирования развивающихся повреждений на ранней стадии являются регистрация частичных разрядов (ЧР) в бумажно-масляной изоляции и физико-химический анализ изоляционных жидкостей и газов. Проведенный литературный обзор показал, что исследования в области совершенствования диагностических методов позволят повысить объективность оценки технического состояния силового маслонаполненного электрооборудования.

Целью работы является изучение механизмов развития частичных разрядов в трансформаторном масле в резконеоднородном поле и совершенствование иробоотбора для газового анализа состояния высоковольтного маслонаполненного электрооборудования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследование ЧР в системе электродов «острие-плоскость» с оптической и электрической регистрацией протекающих процессов.

2. Регистрация течений для оценки скоростей распространения растворенных веществ.

3. Исследование и разработка пробоотборных устройств с гибкой оболочкой.

Объект исследования. Высоковольтное маслонаполненное электрооборудование.

Предмет исследования. Совершенствование методов диагностирования высоковольтного маслонаполненного электрооборудования.

Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось на основе теоретического и экспериментального методов исследования. В

теоретическом плане выполнено моделирование энерговыделения и кажущегося заряда при частичном разряде; рассмотрены возникновение термоконвективных течений и диффузия газов в элементах пробоотборных устройств.

В экспериментальном плане проведены экспериментальные исследования частичных разрядов с электрической и фотоэлектронной регистрацией процессов; проведена регистрация термоконвективных течений на модели с использованием полимерных частиц-индикаторов; проведены экспериментальные исследования сохранности проб трансформаторного масла в пробоотборных устройствах с гибкой оболочкой.

Достоверность и обоснованность результатов обеспечена сочетанием теоретических исследований с проведением экспериментов, использованием адекватного исследуемым процессам математического аппарата, воспроизводимостью экспериментальных данных, а также непротиворечивостью экспериментальных результатов и сделанных на их основе выводов известным теоретическим положениям.

Научная новизна работы заключается в следующем.

- экспериментально обнаружено три различных типа частичных разрядов, два из них при отрицательной полярности острийного электрода;

- разработана методика и определён коэффициент газообразования в трансформаторном масле при частичном разряде в объеме жидкости;

зарегистрированы термоконвективные течения в модели высоковольтного маслонаполненного электрооборудования;

- экспериментально показана сохранность проб трансформаторного масла в пробоотборных устройствах с гибкой оболочкой.

Реализация и внедрение:

Разработана методика определения коэффициентов газообразования при возникновении частичных разрядов в объеме изоляционной жидкости.

Предложен способ визуализации течений в трансформаторном масле путем использования полимерных частиц-индикаторов.

Экспериментально и теоретически обоснована возможность применения нового типа пробоотборных устройств с гибкой оболочкой.

В ОАО "Электросетьсервис ЕНЭС" переданы данные, полученные при выполнении работы, именно: признаки электрических сигналов частичных разрядов различного типа; коэффициент газообразования при частичных разрядах в трансформаторном масле.

Результаты работы использованы в:

ООО «Инжиниринговый Центр ЭЛХРОМ» при изготовлении опытной партии пробоотборных устройств с гибкой оболочкой.

Личный вклад. Научные результаты, представленные в диссертации, получены автором. Постановка цели работы и задач исследования выполнены совместно с научным руководителем С.М. Коробейниковым. Все экспериментальные исследования выполнены автором единолично. Обработка и анализ экспериментальных данных по частичным разрядам выполнены совместно с С.М. Коробейниковым и Д.В. Вагиным. Разработка математической модели частичного разряда в жидкости выполнена совместно с Д.В. Вагиным. Разработка математической модели течений в высоковольтном маслонаполненном электрооборудовании, а так же диффузии газов в узлах пробоотборного устройства выполнены с С.М. Коробейниковым.

Основные положения, выносимые на защиту:

¡.Наличие трех различных типов частичных разрядов, два из них при отрицательной полярности острийного электрода;

2. Определение коэффициента газообразования в трансформаторном масле при частичном разряде в объеме жидкости;

3. Результаты регистрации термоконвективных течений в модели высоковольтного маслонаполненного электрооборудования;

4. Пробоотборные устройства с гибкой оболочкой могут обеспечивать сохранность проб для применения в диагностике оборудования с бумажно-масляной изоляцией

Апробация работы. Диссертационная работа и её основные положения докладывались и обсуждались на:

- Международной научно-практической конференции «XXXIX Неделя науки СПбГПУ», Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2010 г.;

- Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию Виктора Соколова «Трансформаторы: эксплуатация, диагностирование, ремонт и продление срока службы» Екатеринбург, Уральский федеральный университет имени первого президента России Б.Н. Ельцина, 2011 г.;

- Всероссийской научно-технической конференция «Наука. Промышленность. Оборона.» Новосибирск, НГТУ, 2012, 2013, 2014 г.г.;

- Международной научной конференции «Физика импульсных разрядов в конденсированных средах» Украина, г. Николаев, 2011, 2013 г.г.;

- Международной научной конференции «Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей» г. Санкт-Петербург, СПбГУ, 2012 г.;

- Международном форуме по стратегическим технологиям (ПЮБТ 2013 г.), Монголия, Улан-Батор.

- VI Международном научном конгрессе (МНК) «СИББЕЗОПАСНОСТЬ -2014 г.».

- На I Международной научной конференции молодых ученых «Электротехника. Энергетика. Машиностроение», г. Новосибирск, НГТУ, 2014 г.

Публикации. По результатам работы опубликовано 27 печатных работ, в том числе 6 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для представления результатов диссертационной работы.

Работа выполнялась в рамках:

1. ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы". Тема: "Разработка систем диагностики состояния теплоэнергетического и электроэнергетического оборудования" ГК №16.516.11.6092, 2011-2012 г.г., (Руководитель Коробейников С.М.).

2. РФФИ «Мой первый грант» 2014-2015 г.г. по договору № НК 14-08-31311\14. «Оптические исследования частичных разрядов в газовых включениях трансформаторного масла», 2014-2015 г.г., (Руководитель Бычков А.Л.).

Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных работ из 115 наименований. Работа изложена на 156 страницах основного текста, иллюстрируется 58 рисунками и 17 таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и основные задачи исследования, отражены научная новизна работы, ее практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Обзор литературных данных по газообразованию газораспределению и пробоотбору трансформаторного масла» рассмотрены методики определения коэффициента газообразования, механизмы распределения газообразных продуктов разложения по объему электрооборудования, а также проведен анализ устройств для отбора' проб трансформаторного масла из бака трансформатора и газов из реле Бухгольца.

В настоящее время существуют два метода, направленных на определение газостойкости изоляционных жидкостей при воздействии частичных разрядов. Основное отличие методов заключается в условиях, при которых создаются электрические разряды, приводящие к разрушению испытуемых жидкостей. Первая методика, описанная в стандарте международной электротехнической комиссии, основана на регистрации разрядов в ячейке с искусственно созданным парогазовым промежутком. Вторая - заключается в моделировании дефекта маслонаполненного

конденсатора, при этом разряд протекает вдоль поверхности твердого диэлектрика. По-нашему мнению, в обеих методиках есть неточности, связанные с определением вложенной энергии, поскольку в первой методике разряд протекал в парогазовой полости и не имел непосредственного контакта с испытуемой жидкостью, во второй методике не учтено влияние осевшего заряда, который, без сомнения, будет возникать при разряде вдоль поверхности диэлектрика. Поэтому нами предложена методика экспериментального определения коэффициента газообразования при ЧР в резконеоднородном электрическом поле (ЭП).

Наряду с газообразованием, важным моментом для получения достоверных диагностических данных является газораспределение. Выявлено, что диффузионным путем нельзя объяснить равномерное распределение газообразных продуктов в баке трансформатора, размеры которого порой достигают ~10 м. Например для самого «быстрого» газа - водорода, перемещение диффузионным путем за 1 месяц составляет:

AxM=y/2-D-t =10_1м (1)

где D- коэффициент диффузии изучаемого газа в масле; t- время.

В маслонаполненном электрооборудовании с принудительным охлаждением циркуляцию обеспечивают масляные насосы. Таким образом, оценка времени равномерного распределения газов в баке трансформатора АТДЦТН- 500000/500/220-У 1, мощностью 500 МВА, производства ОАО «Электрозавод» дало значение около 3 часов, что вполне удовлетворительно. В электрооборудовании с естественным охлаждением циркуляция происходит за счет термоконвективных течений, скорости которых в настоящее время неизвестны.

Последним этапом диагностического контроля газообразных продуктов в высоковольтном маслонаполненном электрооборудовании является отбор, транспортировка и проведение газового анализа пробы, отобранной из электрооборудования. На данном этапе важнейшим условием является поддержание представительности проб, а именно тождественности объемной концентрации газов в баке электрооборудования, концентрации, находящейся в пробоотборном устройстве к моменту проведения анализа. Представительность пробы не в последнюю очередь зависит от качества пробоотборника. Анализ пробоотборных устройств изоляционных жидкостей и газов показал, что наилучшими характеристиками в настоящее время обладает специализированный пробоотборник Elchrom. Также нашли широкое применение в электроэнергетике многоразовые стеклянные шприцы производства ОАО «Медстекло» г. Клин. Стоит отметить, что с применением пробоотборников Elchrom в холодный период года есть некоторые проблемы, связанные с узлом герметизации, а шприцы Клинского производства сняты с

производства, поэтому необходимость исследований в этой области становится более актуальной.

Во второй главе «Определение коэффициента газообразования и анализ характеристик частичных разрядов» проведены экспериментальные и теоретические исследования газообразования в трансформаторном масле при частичных разрядах в резконеоднородном ЭП. Разработана экспериментальная ячейка с системой электродов «острие-плоскость», а также изготовлены острийные электроды с радиусом скругления острия около 3 мкм. Экспериментально определены пороговые напряжения появления частичных разрядов вблизи острия - катод и анод на переменном напряжении промышленной частоты, которые составили 18 кВ и 19 кВ соответственно. Зарегистрированы характерные типы импульсов частичных разрядов вблизи острия - катод и анод, зависящие как от степени дегазации масла, так и от полярности острия (рисунок 1, 2)

Рисунок 1 - Частичный разряд вблизи острия-катод а- в дегазированном трансформаторном масле ГК (1 - электрический сигнал с емкости связи; 2 - сигнал с фотоэлектронного умножителя); б- в не дегазированном трансформаторном масле ГК

а) .......................б)

Рисунок 2 - Частичный разряд вблизи острия-анод а- развертка 50 нс/дел, электрический сигнал; б- развертка 0,5 мкс/дел. 1 -электрический сигнал с емкости связи; 2 - сигнал с ФЭУ

Наряду с электрическим методом регистрации был применен фотоэлектронный, при помощи ФЭУ. Стоит отметить, что на фильтрованном трансформаторном масле ГК, при комнатной температуре на положительной и отрицательной полярности острия, импульсы свечения, зарегистрированные при помощи ФЭУ, практически повторяли форму импульсов тока. При этом, ЧР, возникающие вблизи острийного катода и анода, отличаются между собой по длительности, как переднего, так и заднего фронтов. На катоде зарегистрировано два типа импульсов: «короткие» - со временем переднего фронта порядка 2-ьЗ не, заднего фронта 300-^350 не, «длинные» - со временем переднего фронта порядка 2004-250 не, заднего фронта 2-=-2,5 мкс. На аноде зарегистрированы импульсы с передним фронтом порядка 45-г55 не, задним около 350 не. Характерные значения кажущегося заряда длинных катодных импульсов 15-г40 пКл, коротких катодных 1,5-^5 пКл, анодных 1,5-г5 пКл.

Применительно к анализу ЧР, происходящих в трансформаторном масле (ТМ), можно сказать следующее. Короткие импульсы ЧР, возникающих вблизи острия катод, как правило, появляются в виде серий. На наш взгляд, короткие ЧР являются следствием возникновения и развития стримеров в жидкости, в развивающихся парогазовых полостях. Что касается длинных импульсов, то их поведение можно объяснить следующим образом. Первый предимпульс, скорее всего, является близким по своей природе к коротким импульсам, а последующая фаза, очевидно, должна иметь особенности, связанные с наличием растворенных газов. После возникновения предимпульса, парогазовое образование имеет малую плотность, ввиду высокой точки кипения трансформаторного масла. Поэтому разряды в образовании, если взять произведение р-й, должны принадлежать к левой ветви кривой Пашена. В дегазированном масле, рост стримера приведет к прекращению разряда. В слабодегазированном масле должна происходить диффузия растворенного в жидкости газа в вакуумную полость стримерного разряда, что приводит к повышению давления в ней. При этом, невзирая на увеличение размеров стримерной зоны при его росте, может не произойти прекращения разряда в силу того, что разряд при повышенном давлении (в соответствии с левой частью кривой Пашена) происходит при пониженном падении напряжения на разряде. Тем самым, разряд в квазинепрерывном режиме может существовать длительное время, достигающее нескольких микросекунд.

При развитии положительного дозвукового стримера происходит перенос положительного заряда к кончику развивающегося стримера. Поскольку подвижность положительных зарядов намного (примерно на порядок) ниже подвижности электрона в газовой фазе, то электропроводность стримера должна иметь меньшие значения, что в конечном счете приводит к более медленному развитию разряда. На наш взгляд увеличение фронта

положительного ЧР по сравнению с фронтом отрицательного ЧР может быть объяснено именно этими обстоятельствами.

При проведении серий экспериментов, с регистрацией характеристик (действующее напряжение, мгновенное напряжение при возникновении ЧР, амплитуда напряжения ЧР) от 500 до 2000 импульсов ЧР, определен коэффициент газообразования в трансформаторном масле ГК при частичном разряде в объеме жидкости, который составил 7400 мкл/Дж, что почти на порядок больше данных, полученных ранее. Такое увеличение, по-нашему мнению, связано с тем обстоятельством, что в нашем случае большая часть энергии уходит на разрыв внутримолекулярных связей молекул трансформаторного масла.

Подчеркнем, что экспериментальные данные по ЧР позволили определить порог ударной ионизации в трансформаторном масле ГК, который составляет 15-г20 МВ/см.

Кроме того, была составлена математическая модель возникновения ЧР. Считалось, что разряд возникает в сферической области диаметром Д который менялся в пределах от 2 до 400 мкм, после разряда эта область считалась проводящей. Кажущийся заряд определялся в результате расчета методом конечных элементов емкостей до разряда и после разряда, по выражению:

в = Л С-и (2)

Результаты расчетов представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Значения кажущихся зарядов в пКл для рассмотренных случаев разрядов

Размер области, мкм 2 4 8 10 40 100 400

С „-Су 0,2 1 3,5 5,1 30,4 80,5 318

Сяч — С2 1,2 6,5 25,3 38,4 269 705 2410

С, -С2 1,4 7,6 28,8 43,6 299 786 2730

где Сяч- емкость ячейки; Сг емкость системы с газовым пузырьком; С2-емкость системы в которой произошли ионизационные процессы в локальной сферической области.

Сопоставление расчетных данных с результатами экспериментов показывают, что они хорошо соответствуют друг другу. При этом короткие ЧР соответствуют протеканию ЧР в областях размером 4н-8 мкм, длинные ЧР -10-ь40 мкм.

В третьей главе «Теоретические и экспериментальные исследования механизмов и времени газораспределения в трансформаторном масле» проводились экспериментальные исследования скоростей газораспределения на модели высоковольтного маслонаполненного трансформатора, а также проводилось сопоставление расчетных и экспериментальных данных.

Экспериментальная установка (рисунок 3) представляет собой прозрачный герметичный куб, объемом 1,5 литра, выполненный из органического стекла и заполненный трансформаторным маслом марки ГК.

а) б) в)

Рисунок 3 - Экспериментальная ячейка (а- фрагмент, б- схема, в- регистрационная

картина)

1- обмотка; 2- скоба; 3- стеклянный «барьер»; 4- частицы-индикаторы - белые пятна; 5 - сердечник

Активная часть модели трансформатора состояла из магнитопровода высотой 50 мм и катушки, изготовленной в лабораторных условиях путем намотки на картонный каркас медного провода марки ПЭВ-2, диаметром 0,2 мм. Напряжение подавалось от сети переменного тока 220 В. При этом сопротивление катушки составляло 72 Ом, ток - 0.3 А, что соответствовало активной мощности 6,5 Вт.

Между стенкой корпуса и магнитопроводом на расстоянии 6 мм размещался стеклянный «барьер», моделирующий маслобарьерную изоляцию. Для визуализации течения внутрь объема экспериментальной установки засыпался полипропиленовый порошок в количестве 10-15 г. Размер частичек полипропилена составлял - 100-200 мкм. С учетом того, что удельная плотность полипропилена - 905 кг/м3, трансформаторного масла 895 кг/м3, можно предположить, что скорость оседания частиц полипропилена не превышала 0.1 мм/с. Количество полипропиленового порошка выбиралось из расчета обеспечения не менее 3-4 частиц в области регистрации при равномерном перемешивании.

Питание экспериментального образца осуществлялось от бытовой сети через регулятор напряжения. Контроль температуры осуществлялся двумя ртутными термометрами. Регистрация скорости течения ТМ осуществлялась при помощи микроскопа МБС-9 со встроенной в окуляр видеокамерой СЫЯ-\VCAM820. Интервал времени между кадрами составлял 0.2 с. Пространственный масштаб определялся путем оптической регистрации элементов известных размеров.

Перед началом экспериментов масло с полипропиленовым порошком перемешивалась с помощью магнитной мешалки для равномерного распределения частичек полипропилена по всему объему испытываемого образца. После этого включалось питание от сети и контролировалась температура верхних и нижних слоев масла до установления стационарного температурного режима. Далее, при помощи микроскопа и видеокамеры производилась регистрация частиц полипропилена, определялись их скорости. Перепад температуры между верхними и нижними слоями масла составлял 7°. Анализ видеосъемок показал, что движение частиц имело циклический характер, обусловленный процессом конвекции. Вблизи катушки и магнитопровода частицы поднимались вверх, затем переходили в горизонтальное движение, удаляясь от источника тепла, опускались, потом снова приходили в горизонтальное движение по направлению к катушке и магнитопроводу. После этого цикл повторялся. Например, одну и ту же частицу характерной удлиненной формы наблюдали в течение примерно 5 циклов подъема-спуска. Один цикл подъёма-спуска длился примерно 120 с. После обработки результатов, выявлена скорость вертикального движения частиц, которая составила 1,1-1,3 мм/с.

Оценим скорость конвективного течения жидкости у вблизи нагретой

1/2

поверхности. Толщина слоя прогретой жидкости составляет Ахс ~(а тв) , где а - коэффициент температуропроводности, тв - время вертикального движения жидкости вдоль поверхности высотой 1В (тв~1в/у). Скорость конвективного течения жидкости можно оценить через баланс выталкивающей силы Архимеда

Ар - g и силы вязкого сопротивления ?]--у • Для Ар - АТр, где р -

¿х

температурный коэффициент объемного расширения получаем: ^Ахс2-А Т-р.р.8 127/

Перепад температур Д7 определим из соображений, что весь поток тепла, излучаемый поверхностью, переносится конвективным потоком. Т.е. уДхс • /попер ■ р ■ АТ С ~ д-5, где /шпер - поперечный размер струи, С -

теплоемкость, q - удельная излучаемая мощность. Отсюда:

АТ =-^--(4)

^<ЧЛопер Р с

Подставим это выражение в (3), и учитывая, что Ахс = (агв )1/2 = (а ■

1В / у) " после преобразований получаем:

Р ё Сик-Р.2/5

127'/попер С ^

где Р = с/-5 - мощность, выделяющаяся в модели трансформатора. В наших экспериментах мощность составляла 6,5 Вт, причем доля мощности, рассеиваемой на изучаемой части, составляла примерно одну четвертую часть. Подставляя данные: а = 8-10"8м2/с, р = 1 ■ 1СГ41/ К, г/ = 20мПас, С = 0,46кДж/(кг• К), /верт=35мм, /попер=150мм получим теоретическую

оценку скорости конвективного потока 0,9-1,1 мм/с. Экспериментальные данные, как указано выше, дали значения 1,1-1,3 мм/с.

На наш взгляд, с учетом приближенности оценок, такое совпадение теоретических расчетов с полученными экспериментальными результатами следует признать достаточно точным! Отметим, что при прочих равных условиях с увеличением мощности Р скорость у~Р2/5, толщина слоя Ахс ~ (1 / у)1/2 ~ (1 / Р)1/э, а АТ ~ Р4/5, то есть повышение температуры является преобладающим фактором в теплопереносе.

В четвертой главе «Разработка и исследование одноразового пробоотборного устройства» разработано одноразовое пробоотборное устройство (рисунок 4) с гибкой оболочкой, которое представляет собой емкость, состоящую из трехслойного материала (полиэтилен+алюминиевая фольга+полипропилен) с широкими сварными швами. В верхней части пробоотборного устройства приварена горловина с наконечником луер-лок. Наконечник луер-лок соединяется с медицинской иглой, что дает возможность отбора проб ТМ, практически не изменяя методики.

В

др

щшшшшш^шж ' I

Рисунок 4 - Одноразовое пробоотборное устройство

Конструкция многослойных одноразовых емкостей предполагает наличие, как минимум, двух полимерных пленок с металлической пленкой между ними. При этом тонкий слой металла (алюминия) обеспечивает газонепроницаемость, т.к. растворимостью и скоростью диффузии газов сквозь него можно пренебречь. По-существу, пути утечки газов могут возникнуть только из-за дефектов тонкого алюминиевого слоя, а также в местах спаивания пластин между собой.

Теоретические оценки сохранности пробы трансформаторного масла в пробоотборнике с гибкой оболочкой и дефектом в металлическом слое дали времена около 200 лет. Отсюда можно сделать вывод о том, что диффузионным потоком через дефекты в алюминиевом слое можно пренебречь. Оценки сохранности пробы с учетом диффузии через сварной шов дали значение одну неделю, поэтому было решено провести экспериментальные исследования газоплотности одноразовых пробоотборных устройств.

Методика проведения испытаний заключалась в следующем. Трансформаторное масло ГК подвергалось дегазации с последующим насыщением тремя диагностическими газами (водород, метан, этан). После подготовки масла пробоотборные устройства заполнялись и отбирались первые (исходные) пробы для газового анализа. Спустя интервалы времени (1, 2, 4, 6 недель) отбирались последующие пробы масла из пробоотборника с гибкой оболочкой. Результаты газового анализа за 6 недель представлены на рисунке 5.

16

= I4

« 12 к

Э 10

о.

х 8

3 б

О

* 4 2 0

■ Исходная □ 1 неделя ■ 2 недели □ 4 недели

1 иь недель

1

1 1 г 1

1 I и |] П-п

СО СН4 С02 С2Н4 С2Н6 С2Н2 Н2 Газ

Рисунок 5 - Изменение концентрации газов в ПУ с гибкой оболочкой за 1, 2,4, 6

недель

Анализируя изменения концентраций газов, можно сказать, что пробоотборное устройство с гибкой оболочкой обладает достаточной газоплотностью, для применения его при диагностике электрооборудования с бумажно-масляной изоляцией.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В ходе диссертационной работы по исследованию газообразования при частичных разрядах и совершенствованию пробоотбора для газового анализа высоковольтного маслонаполненного электрооборудования получены следующие основные результаты:

1. Экспериментально обнаружено три различных типа частичных разрядов, два из них при отрицательной полярности острийного электрода. Импульсы 4P при отрицательной полярности электрода имели особенности, связанные с разной степенью дегазации трансформаторного масла. В дегазированном масле были зарегистрированы группы импульсов, длительностью около 200 не, которые являлись следствием возникновения стримеров в развивающихся парогазовых полостях. В насыщенном воздухом трансформаторном масле возникали единичные импульсы частичных разрядов длительностью около 1,5 мкс. Столь длительное протекание разряда связано с диффузией воздуха в образовавшуюся полость. Импульсы вблизи острия-анод отличались от «коротких» импульсов частичных разрядов на катоде более длинным передним фронтом. Увеличение времени протекания процесса связано с подвижностью положительных зарядов в газах, которая практически на порядок меньше чем у электронов.

2. Разработана методика и определён коэффициент газообразования в трансформаторном масле при частичном разряде в объеме жидкости, который составил 7400 мкл/Дж. Большее значение коэффициента газообразования, по сравнению с полученными ранее, связано с тем, что основная часть энергии при 4P в резконеоднородном поле затрачивается на ионизацию молекул масла.

3. Зарегистрированы термоконвективные течения в модели высоковольтного маслонаполненного электрооборудования, полученные значения скорости которых не противоречат теоретическим оценкам.

4. Экспериментально показана сохранность проб трансформаторного масла в пробоотборных устройствах с гибкой оболочкой в течение 6 недель. Это дает основание утверждать, что одноразовые пробоотборные устройства с гибкой оболочкой на металл-полимерной основе пригодны для использования в диагностике электрооборудования с бумажно-масляной изоляцией.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Научные статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Бычков А. Л., Коробейников С. М., Рыжкина А. Ю. Определение коэффициента диффузии водорода в трансформаторном масле // Журнал технической физики . - 2011. - № 3. - С. 106-107.

2. Коробейников С. М., Соловейчик Ю. Г., Бычков А. Л. и др. Растворение пузырьков диагностических газов в трансформаторном масле // Теплофизика высоких температур. - 2011. - № 5. - С. 771-776.

3. Sviridenko M. V., Melekhov А. V., Korobenkova A. Yu„ Bychkov A. L., Korobeynikov S.M. Microbubbling in transformer oil due to vibration // IEEE Transaction on Dielectrics and Electrical Insulation. - 2013. - Vol. 20, No. 2. - C. 675-677.

4. Коробейников С. M., Свириденко M. В., Мелехов А. В., Бычков А. Л., Дарьян Л. А. Диффузия и течения в трансформаторном масле. Регистрация термоконвективных течений // Энергетик. - 2013. - № 2. - С. 47-48.

5. Коробейников С. М., Свириденко М. В., Бычков А. Л., Дарьян JI.A. Диффузия и течения в трансформаторном масле: работа масляного затвора // Энергетик. - 2013. - № 3. - С. 36-39.

6. Bychkov A. L., Korobeynikov S. М., Ovsyannikov A. G. Partial discharges registration in transformer oil at the 'point-plane' electrode system // Applied Mechanics and Materials. - 2015. - Vol. 698. - C. 615-620.

Научные публикации в других изданиях:

7. Коробенкова А. Ю., Мелехов А. В., Зоткин А. А., Бычков A. JL, Лысикова М. С. Исследование растворения основных диагностических газов в трансформаторном масле, с целью оптимизации работы высоковольтного маслонаполненного оборудования // Сборник трудов международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Создание новых материалов для эксплуатации в экстремальных условиях». - Якутск: Паблиш Групп, 2009. - С. 126-128.

8. Зоткин А. А., Коробейников С. М., Бычков А. Л., Коробенкова А. Ю. Выявление причин повышенного газообразования в высоковольтном маслонаполненном электрооборудовании // Труды Международной научно-практической конференции XXXIX «Неделя науки СПбГПУ». - СПб.: СПбГПУ, 2010. - С. 43-44.

9. Бычков А. Л. Выяснение причин повышенного газообразования в модели реактора // Материалы Всероссийской научной студенческой конференции молодых ученых Наука. Технологии. Инновации. - Новосибирск: НГТУ, 2010.-С. 41-43.

10. Бычков А. Л., Коробенкова А. Ю. Изучение растворения газовых пузырьков в трансформаторном масле // Труды XI Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». Новосибирск: НГТУ, 2010. - С. 92-94.

11. Коробенкова А. Ю., Бычков А. Л., Коробейников С. М. Оценки коэффициентов диффузии диагностических газов в трансформаторном масле // Международная научно-практическая конференция, посвященная 70-летию Виктора Соколова «Трансформаторы: эксплуатация, диагностирование, ремонт и продление срока службы». - Екатеринбург: Автограф, 2010. - С. 173-177.

12. Бычков А. Л., Зоткин А. А., Коробенкова А. Ю. Изучение процессов газообразования в высоковольтном маслонаполненном электрооборудовании на модели реактора // Труды 12 Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». - Новосибирск: НГТУ, 2011. - С. 98-101.

13. Мелехов A.B., Бычков А. Л., Рыжкина А. Ю., Коробейников С. М., Зоткин A.A. Образование и поведение пузырьков в трансформаторном масле при вибрации // Материалы 15 Международной научной конференции «Физика импульсных разрядов в конденсированных средах». - Николаев: КП «МиколаТвська обласна друкарня», 2011. - С. 20-23.

14. Свириденко М. В., Аникеева М. А., Коробейников С. М., Бычков А. Л. Измерения частичных разрядов в трансформаторном масле // Труды XIII

Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». - Новосибирск: НГТУ, 2012. - С. 564-567.

15. Свириденко М. В., Коробейников С. М., Бычков А. Л., Аникеева М. А. Измерения частичных разрядов в трансформаторном масле // Материалы X Международной научной конференции «Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей». - СПб: СОЛО Санкт-Петербург, 2012. - С. 129-131.

16. Бычков А. Л., Коробейников С. М., Аникеева М. А. Исследование термоконвективных течений в трансформаторном масле // Материалы X Международной научной конференции «Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей». - СПб: СОЛО Санкт-Петербург, 2012. - С. 185-187.

17. Бычков А. Л., Коробейников С. М., Аникеева М. А. Исследование течений и оценка скорости газораспределения в высоковольтном маслонаполненном электрооборудовании // Труды ХШ Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». Новосибирск: НГТУ, 2012. - С. 104-108.

18. Коробейников С. М., Лавров Ю. А., Илюшов Н. Я., Бычков А. Л. Грозозащита подстанций в условиях Крайнего Севера // Международный научный конгресс «Совершенствование системы управления, предотвращения и демпфирования последствий чрезвычайных ситуаций регионов и проблемы безопасности жизнедеятельности населения». - Новосибирск: СГГА, 2013. - С. 116-120.

19. Бычков А. Л., Коробейников С. М., Свириденко М. В., Исследование частичных разрядов в трансформаторном масле в системе электродов «Острие-плоскость» // Материалы 16 Международной научной конференции «Физика импульсных разрядов в конденсированных средах». - Николаев: КП «Миколшвська обласна друкарня», 2013. - С. 22-25.

20. Коробенкова А. Ю., Коробейников С. М., Бычков А. Л. Механизм газообразования в трансформаторном масле при низкочастотной вибрации // Материалы 16 Международной научной конференции «Физика импульсных разрядов в конденсированных средах». - Николаев: КП «Миколшвська обласна друкарня», 2013. - С. 212-215.

21. Бычков А. Л., Коробейников С. М., Овсянников А. Г. Разработка экспериментальной установки для оптико-электронной регистрации частичных разрядов // Труды 14 Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». - Новосибирск: НГТУ, 2013. - С. 62-65.

22. Свириденко М. В., Коробейников С. М„ Бычков А. Л. Экспериментальное изучение влияния ультразвука на трансформаторное масло // Материалы 16 Международной научной конференции «Физика импульсных разрядов в конденсированных средах». - Николаев: КП «Микола'шська обласна друкарня», 2013. - С. 26-29.

23. Бычков А. Л., Коробейников С. М., Овсянников А. Г. Исследование частичных разрядов в трансформаторном масле в системе электродов «Острие

- плоскость» // Труды 15 Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». - Новосибирск: НГТУ, 2014. - С. 120-124.

24. Бычков А. Л., Коробейников С. М„ Овсянников А. Г. Исследование частичных разрядов в трансформаторном масле в системе электродов «острие -плоскость» // Материалы 9 научно-практического семинара общественного совета специалистов Сибири и Востока по проблемам диагностирования и испытания комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией «Диагностика электрических установок». - Красноярск, Дивногорск: ОСС ДЭУ, 2014. - С. 70-74.

25. Бычков А. Л., Коробейников С. М., Овсянников А. Г. Исследование частичных разрядов в трансформаторном масле на переменном напряжении в системе электродов «острие-плоскость» // Труды 1 Международной научной конференции молодых ученых «Электротехника. Энергетика. Машиностроение». - Новосибирск: НГТУ, 2014. - С. 129-131.

26. Бычков А. Л., Коробейников С. М., Овсянников А. Г. Предупреждение аварий высоковольтного маслонаполненного электрооборудования путем оптимизации диагностического метода регистрации частичных разрядов // Материалы научного конгресса «Совершенствование системы управления, предотвращения и демпфирования последствий чрезвычайных ситуаций регионов и проблемы безопасности жизнедеятельности населения». -Новосибирск: СГГА, 2014. - С. 11-17.

27. Korobeynikov S. M., Bychkov A. L., Korobenkova A. Yu., Sviridenko M. V. Mechanism of gassing in oil-filled equipment due to vibration // The 8 international forum on strategic technologies IFOST. - Ulaanbaatar: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2013. - C. 610-613.

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20 тел./факс. (383) 346-08-57 формат 60 X 84/16, объём 1.5 пл., тираж 100 экз.

заказ № 157 подписано в печать 29.12.2014 г.