автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Контроль состояния трансформаторного масла методами спектроскопии в видимой и инфракрасной областях

На правах рукописи

Муратаева Галия Амировна

К01ГГР0ЛБ СОСТОЯНИЯ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА МЕТОДАМИ СПЕКТРОСКОПИИ В ВИДИМОЙ И ИНФРАКРАСНОЙ ОБЛАСТЯХ

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005005062

- 8 ДЕК 2011

Казань-2011

005005062

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Козлов Владимир Константинович

Официальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук, профессор Кубарев Юрий Григорьевич (Казанский государственный энергетический университет)

кандидат технических наук Нагулин Юрий Семенович (ОАО ЦКБ «Фотон»)

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Казанский национальный

исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ», г. Казань

Защита состоится 27 декабря 2011 года в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.082.01 при ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» по адресу: 420066, Казань, Красносельская 51, тел., факс (843)562-43-30.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51, КГЭУ, Ученому секретарю диссертационного совета Д 212.082.01.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Казанского государственного энергетического университета, с авторефератом - на сайте http://www.kgeu.ru

Автореферат разослан «// » ноября 2011 г. ,

Ученый секретарь О

диссертационного совета, д.ф.-м.н. Р.И.Калимуллин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Особенностью развития электроэнергетики на настоящем этапе является применение последних достижений науки, современных технологий и материалов.

Новые технологии в производстве, преобразовании и передаче электроэнергии на основе широкого внедрения устройств на цифровой базе существенно повысили надежность энергосистем.

Однако, как и ранее, базовым элементом электроэнергетики являются силовые трансформаторы, объёмной составной частью которых является трансформаторное масло. Трансформаторное масло - специфический углеводородный продукт, на который возложены основные функции по изоляции и теплосъему активных потерь в трансформаторе. Столь противоречивые требования к трансформаторному маслу требуют особого внимания и подхода к условиям его эксплуатации.

В процессе эксплуатации жидкий диэлектрик подвергается воздействию высокой налряжешюсти электрического и температурного полей, а также находится в непрерывном контакте с конструктивными элементами трансформатора. Это ускоряет старение жидкого диэлектрика, вызывает изменение его физико-химического состава, в результате чего продукты старения в свою очередь способствуют ухудшению его электроизоляционных свойств.

Проводимые в настоящее время в соответствии с РД 34.45-51.300-97 «Объемы и нормы испытаний электрооборудования» физико-химические анализы, как правило, констатируют уже свершившийся факт ухудшения того или иного параметра, не выявляя при этом причин, приведших к ним.

Неминуемое старение трансформаторного масла определяет надежность всей электроэнергетики в целом, поэтому без модернизации методов контроля состояния трансформаторного масла обеспечить безаварийную работу электроэнергетики невозможно.

В связи с этим актуальным является разработка методов контроля трансформаторного масла для оценки его эксплуатационных свойств, определения структурно-группового состава в условиях эксплуатации и контроля процессов регенерации при ремонте трансформатора.

Наиболее простыми, с точки зрения проведения измерений, а также более информативными являются методы спектроскопии. Анализ методом спектроскопии в видимой и ближней инфракрасной области более быстрый, простой и точный. Измеренные спектры могут дать информацию, как о физических свойствах масла, так и о структурно-групповом составе трансформаторного масла. Поэтому актуальной является цель работы.

Цель работы - разработка методов контроля состояния трансформаторного масла для оценки его эксплуатационных свойств, определения струкгурно-группового состава и мониторинга процессов регенерации при ремонте трансформатора посредствам спектрального анализа масла в диапазоне оптического излучения в видимой и ближней инфракрасной областях.

Для реализации сформулированной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Разработать методику оценки спектров пропускания трансформаторных масел в видимой и ближней инфракрасной областях.

2. Исследовать взаимосвязь между тангенсом угла диэлектрических потерь и параметрами спектральной характеристики трансформаторного масла.

3. Разработать метод преобразования спектральных характеристик для исключения влияния фонового поглощения в начальной части спектра.

4. Исследовать спектральные свойства индивидуальных углеводородов для определения структурно-группового состава трансформаторного масла.

5. Разработать экспресс-метод определения процентного содержания ионола по спектру пропускания концентрированного раствора трансформаторного масла, используемого для ввода антиокислителыюй присадки в бак силового трансформатора.

Объект исследования. Объектом исследования в представленной работе является диэлектрическая жидкость - трансформаторное масло, используемое в силовых маслонаполненных трансформаторах в качестве изолирующей и охлаждающей среды.

Методы исследования. В работе использованы оптические методы исследования веществ, современная теория поглощения света, теория математического планирования эксперимента. Исследования проводились с применением численных методов и программ для ЭВМ, натурных экспериментов на образцах трансформаторных масел, находившихся в эксплуатации или ремонте. Эксплуатационные характеристики проб масел определялись стандартными методами по существующим ГОСТам.

Научная новизна полученных результатов:

1. Впервые разработан способ эксплуатационного контроля состояния трансформаторных масел методами оптической спектроскопии путем определения спекгральпой характеристики пробы на границе диапазона зоны пропускания, с последующим вычислением крутизны характеристики и длины волны отсечки пропускания, которые используются для количественной оценки степени старения трансформаторного масла.

2. Впервые установлена корреляционная связь между тангенсом угла диэлектрических потерь и длиной волны отсечки спектральной характеристики для эксплуатационных трансформаторных масел.

3. Предложена усовершенствованная методика аппроксимации и преобразования спектральных характеристик для исключения влияния фонового поглощения дисперсных частиц на полосы поглощения углеводородных составляющих трансформаторного масла.

4. Разработан новый метод определения составляющих структурно-группового состава на основании данных об оптической плотности метиленовых (нафтеновых), метальных (парафиновых) и ароматических групп по пробам масла, разбаштепных бензолом.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Получен градуировочный график для определения процентного содержания ионола по спектру оптического пропускания концентрированного раствора ионола в масле, удобный для применения в практике эксплуатации.

2. Предложена методика контроля глубины регенерации трансформаторного масла по показателю длины волны отсечки спектральной характеристики.

3. Предложена методика контроля характеристик трансформаторного масла

в процессе ремонта трансформатора на основе разностных спектрограмм, полученных на каждой стадии процесса регенерации.

4. Экспериментально определено, что при дуговом разложении трансформаторного масла происходит уменьшение коэффициента пропускания в диапазоне длин волн более 550 нм спектральной характеристики, что может быть использовано для диагностики наличия дуговых разрядов в маслонаполненном оборудовании.

5. Предложена методика эксплуатационного контроля содержания окисленных форм, пригодная к использованию в течение всего периода срока эксплуатации маслонаполненного оборудования.

На защиту выносятся:

1. Способ количественной оценки степени старения трансформаторного масла по крутизне и длине волны отсечки спектральной характеристики начального участка зоны пропускания.

2. Способ аппроксимации спектра поглощения трансформаторного масла степенной функцией, аргументом которой является отношение длины волны к длине волны отсечки (ко) спектральной характеристики, позволяющий достичь максимального приближения к исходному спектру.

3. Способ определения составляющих структурно-группового состава трансформаторного масла на основании данных об оптической плотности метиленовых (нафтеновых), метальных (парафиновых) и ароматических групп по разбавленным бензолом пробам масла.

4. Способ математической обработки спектров пропускания трансформаторных масел для определения массового содержания ионола в концентрированных растворах трансформаторных масел.

Обоснованность и достоверность результатов и выводов подтверждается использованием спектрофотометра, полностью соответствующего условиям Европейских стандартов, апробированных спектрофотометрических методов анализа, корректностью исходных предположений и допущений, успешной реализацией ряда основных положений работы в практических исследованиях проб трансформаторного масла с реально действующего оборудования.

Личный вклад автора. Личный вклад соискателя заключается в анализе справочной, монографической и периодической литературы, вошедшей в литературный обзор, разработке теоретических моделей и методик, проведении лабораторных исследований спектров проб, обработке и анализе полученных данных.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

Третьей молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2008); Тринадцатой, Пятнадцатой и Семнадцатой Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2007, 2009, 2011); Пятой международной научно-технической конференции «Электрическая изоляция-2010»(Санкт-Петербург, 2010); Международной научно-практической конференции «Трансформаторы: эксплуатация, диагностирование, ремонт и продление срока службы» (Екатеринбург,2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том

числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК (2 в издании, рекомендованном ВАК по специальности диссертации), 1 патенте на изобретение.

Соответствие диссертации научной специальности. Диссертация соответствует специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий и затрагивает следующие области исследования:

способ эксплуатационного контроля состояния трансформаторных масел путем определения крутизны характеристики и длины волны отсечки пропускания; способ аппроксимации спектра поглощения трансформаторного масла степенной функцией, аргументом которой является отношение длины волны к длине волны отсечки ().0) спектральной характеристики, позволяющий достичь максимального приближения к исходному спектру; метод определения структурно-группового состава на основании данных об оптической плотности метиленовых (нафтеновых), метальных (парафиновых) и ароматических групп, по пробам масла разбавленных бензолом соответствуют п. 1 «Научное обоснование новых и усовершенствование существующих методов аналитического и неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» Паспорта специальности;

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, библиографии. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и 11 таблиц; библиографический список включает 102 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, отмечены научная новизна и практическая ценность, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены основные свойства трансформаторного масла и его углеводородный состав.

Старение трансформаторного масла в результате изменения углеводородного состава, вызванного процессами окисления, приводит к ухудшению электроизоляционных показателей трансформаторного масла, таких как удельная проводимость, минимальное пробивное напряжение {/„р. и тангенс угла диэлектрических потерь tgS.

Для определения структурно-группового состава трансформаторных масел используется метод п-с1-у, основанный на определении процентного содержания углеводородов в ароматической, нафтеновой и парафиновой структурах по физико-химическим параметрам масел с использованием номограмм. Метод п-с/-у используется только для свежих масел и не применяется для масел, находящихся в эксплуатации.

Во второй главе предложена методика оценки спектров трансформаторного масла в видимой и ближней инфракрасной областях по двум параметрам: тангенс угла наклона касательной и длина волны отсечки спектральной характеристики. Исследована взаимосвязь между тангенсом угла диэлектрических потерь, удельной поляризацией и параметрами, характеризующими смещение и наклон начальной части спектральной характеристики трансформаторного масла.

Все марки трансформаторных масел относятся к разряду «прозрачных жидкостей» и не требуют применения органических растворителей, что позволяет использовать абсорбционную спектроскопию в видимом диапазоне для анализа

массл.

Спектральная характеристика трансформаторных масел имеет четко выраженную границу, отделяющая зону полного поглощения от зоны пропускания. Местоположение этой границы зависит от типа масла и степени его старения. По мере старения трансформаторного масла граница смещается в длинноволновую область. Граница области пропускания становится более размытой вследствие многокомпонентное™ спектральных полос пропускания, а ее крутизна уменьшается.

Для оценки спектральной характеристики трансформаторных масел предлагается начальную часть спектра описывать уравнением касательной к спектральной характеристике в зоне пропускания:

Т=А-Х-В (1)

где Т-коэффициент пропускания, %;Х- длина волны, нм; коэффициент А - тангенс угла наклона касательной к оси X (крутизна характеристики); В - постоянный коэффициент.

Таким образом, масло может характеризоваться двумя параметрами: тангенсом угла наклона касательной к оси X, а=А и длиной волны отсечки Ха=В!А. Оценка трансформаторных масел но двум параметрам позволяет оперативно выявить малейшие изменения, происходящие в масле, тем самым применить меры по замедлению процесса старения на ранних стадиях. На рисунке 1 показаны результаты обработки спектров трансформаторных массл с различной степенью старения.

£

400 500 600 700 800 900 1000 X, нм

Рис. 1. Пример обработки спектров трансформаторного масла: 1 - спектральная характеристика масла марки 'ГКп со значением тангенса угла диэлектрических потерь tg 5 = 4,02%; 2 - спектральная характеристика масла марки ТКп со значением тангенса угла диэлектрических потерь 1§8 = 5,98%; 3, 4 - касательные к спектральным характеристикам в зоне пропускания.

ю 8

" 4

■ лннейвая _

аппроксимация

»85{>-о)=<>-104Х0-48.02^

11=0.98

460 480 500 520 540 560 Длина волвы отсечки Х0, им

Рис. 2. Корреляционная связь между тангенсом угла диэлектрических потерь и длиной волны отсечки спектральных характеристик для набора

эксплуатационных масел, для длин волн отсечки более 465 нм.

Окисление углеводородов сопровождается быстрым накоплением полярных соединений с ограниченной растворимостью в окисляемой среде. Основной причиной, определяющей рост тангенса угла диэлектрических потерь и смещение

границы, отделяющей зону полного поглощения от зоны пропускания, является формирование мицеллярных нанофаз, которые характеризуются как высокой полярностью, так и молионной проводимостью из-за значительной концентрации кислородсодержащих продуктов. Это находит подтверждение в наличии корреляции между длиной волны отсечки спектральной характеристики и тангенсом угла диэлектрических потерь.

Для набора эксплуатационных масел на рисунке 2 представлена корреляционная связь между тангенсом угла диэлектрических потерь и длиной волны отсечки Я0 спектральной характеристики. С помощью спектральной характеристики, не прибегая к высоковольтным измерениям, на основе пробы масла с минимальным объемом можно оперативно оценить величину тангенса угла диэлектрических потерь.

Появление в процессе старения полярных компонент в трансформаторном масле позволяет рассматривать трансформаторное масло как слабо полярный раствор с эквивалентной диэлектрической проницаемостью е. Из известного уравнения Клаузиуса - Мосотги для смеси неполярной жидкости и полярной примеси следует, что удельная поляризация Рт = (8 - 1)/(б + 2) зависит от поляризуемости и числа компонент полярной примеси. Вместе с тем увеличение числа компонент полярных примесей отражается на наклоне (а) спектральной характеристики жидкого диэлектрика.

Это наблюдается на связи между удельной поляризацией и тангенсом угла наклона спектральной характеристики а, из которой видно, что при уменьшении а увеличивается степень поляризации.

Оценка степени старения трансформаторного масла по параметрам угла наклона й длины волны отсечки спектральной характеристики обладает определенной универсальностью и имеет преимущества, связанные с простотой проведения лабораторных измерений, и требует малых объемов проб трансформаторного масла.

Экспериментальное исследование влияния электрического разряда в масле показала, что при дуговом разложении масла происходит существенное изменение его спектра пропускания, с характерным уменьшением коэффициента пропускания в диапазоне длин волн более 550 нм. Данная специфическая особенность изменения спектральных характеристик может быть использована для диагностики дуговых электрических разрядов в маслонаполненном оборудовании.

В третьей главе рассмотрен метод аппроксимации и преобразования спектральных характеристик для исключения влияния фоповош поглощения дисперсных частиц начальной части спектра поглощения. Исследованы спектральные свойства индивидуальных углеводородов. Рассмотрен алгоритм определения структурно-группового состава трансформаторного масла.

При определении количественных характеристик углеводородного состава трансформаторного масла уровень фонового поглощения является неблагоприятным фактором, так как не позволяет сравнивать значения оптических плотностей на характерных длинах волн свежих и эксплуатируемых трансформаторных масел. Можно исключить из спектра составляющую, обусловленную светорассеянием и молекулярным поглощением на дисперсных частицах, представляющую собой тренд. Вычитая из каждой точки исходной спектральной характеристики значение аппроксимирующей функции, получим исправленный на тренд спектр.

В спектрах конкретных образцов масел наряду с монотонной составляющей спектра содержится информация о полосах поглощения углеводородных компонентов.

Так как аппроксимируется только монотонная составляющая спектральной характеристики, то из массива данных спектра для формирования аппроксимирующей функции необходимо исключить значения, соответствующие полосам поглощения ароматических, парафиновых и нафтеновых компонент трансформаторного масла.

В качестве аппроксимирующей функции £>а(Х,) по аналогии с функцией Геллера можно принять степенную функцию вида:

где 0А(Х) - аппроксимирующая функция начальной части спектральной характеристики; Х0 - длина волны отсечки спектральной характеристики; Сэ -эквивалентный коэффициент, пропорциональный концентрации поглощающих и рассевакяцих компонент масла; и - коэффициент, отражающий средний радиус рассеивающих частиц.

По значениям аппроксимирующих коэффициентов Сэ и я выражения (2) можно ориентировочно оценить количество и размер дисперсной составляющей масла. Коэффициент Сэ отражает количественный состав дисперсных частиц. Коэффициент п косвенно отражает размер дисперсных частиц, причем, чем больше значение п, тем меньше средний радиус дисперсных частиц.

Исследование углеводородных компонент трансформаторного масла удобно осуществлять с помощью простейших углеводородов - бензола, диклогексана и гексана, в которых ароматическую составляющую представляет бензол, парафиновую - гексан, а нафтеновую - циклогексан.

Для определения массовой концентрации ароматических групп необходимо знать коэффициенты поглощения ароматических углеводородов. Учитывая размытый характер спектра, выделить его составляющие сложно и будет целесообразно допустить, что коэффициенты поглощения ароматических замещенных бензолов идентичны поглощению бензола.

Для определения концентрации парафиновых и нафтеновых углеводородов были измерены спектральные характеристики гексана и циклогексана. Концентрации парафиновых и нафтеновых углеводородов трансформаторного масла определяются по уравнениям, составленным для двух длин волн поглощения.

Расчеты, проведенные для нескольких марок трансформаторного масла, могут давать результаты с отрицательными значениями концентрации одной из компонент масла.

Поэтому это требует разработки методики определения углеводородного состава трансформаторного масла по спектрам пропускания в ближней инфракрасной области с использованием приемов математического моделирования.

Структурно-групповой состав трансформаторных масел можно определить по интенсивности областей индивидуального поглощения полос в ближней инфракрасной области. При этом неизвестными являются концентрации и коэффициенты поглощения каждой из составляющей групп состава эксплутационных масел. Для решения этой задачи применимы методы теории

(2)

планирования эксперимента.

Независимые переменные СА, Сп, Си - концентрации ароматических, парафиновых и нафтеновых компонент трансформаторного масла - можно выбрать в качестве факторов, тогда «функциями отклика» будут £)А, Ап, £>ц - оптические плотности поглощающих компонент масла.

Функции отклика в трехмерном пространстве могут изображаться поверхностью отклика. Система уравнений, связывающая функцию отклика с факторами, является математическим описанием процесса.

Можно сформировать план факторов, изменяя Сд, С'л, Сн - концентрации ароматических, парафиновых и нафтеновых компонент трансформаторного масла -по определенному алгоритму. Наиболее удобным способом изменения оптической плотности поглощающих компонент является разбавление исходной пробы тестирующим разбавителем.

Если в качестве разбавителя применить бензол, то он, являясь представителем ароматического ряда, с одной стороны увеличит составляющую поглощения ароматических компонент Оа, а с другой стороны, вследствие разбавления, уменьшит составляющие поглощения парафиновых и нафтеновых компонент Ип, Он.

Определение трех компонент структурно-группового состава потребует минимальной матрицы планирования эксперимента, состоящей из трех опытов.

В соответствии с законом Ламберта-Бера для областей индивидуального поглощения, с кюветами одинаковой длины оптического пути, можно записать систему уравнений:

[£>,д • X + Дп • Г + Дн • I = 100%;

• И2А ■ X + /)2П • Г + В2И ■ г = 100%; (3)

£>за • X + Язп • У + £>зн • I = 100%; где Да, Ать Ан - оптическая плотность поглощающих компонент для /-ой пробы опыта, на длине волны максимального поглощения ароматической, парафиновой и нафтеновой компонент; X = 1/£А; У = 2 = 1/АТн; КА, Кп, Кц - коэффициенты поглощения ароматических, парафиновых и нафтеновых компонент трансформаторного масла.

Решение системы уравнений (3) позволяет определить неизвестные переменные X, У, '/, тогда искомые элементы структурно-группового состава первой пробы будут равны: С,л% = й1А • Х-,С^% = £>ш ' Г; С,а% = •

Система уравнений (3) чувствительна, к точности измеренных параметров оптических плотностей. Поэтому ее решение необходимо проводить методами приближенного решения систем линейных уравнений с минимизацией среднеквадратичной ошибки.

По данной методике были подготовлены пробы для различных марок эксплуатационного масла. Измерены спектральные характеристики трансформаторных масел различной марки с добавкой 2 и 4 мг бензола в исходную пробу масла 20 мг и проведены расчеты коэффициентов структурно-группового состава.

Пример поверхности отклика спектра поглощения исходной пробы трансформаторного масла при разбавлении бензолом в указанных выше пропорциях представлен на рисунке 3.

Рис. 3. Поверхность отклика спектра поглощения пробы трансформаторного масла, при разбавлении бензолом: опыт 1 - исходная проба; опыт 2 - разбавление в пропорциях 2/22; опыт 3 - разбавление в пропорциях 4/24.

Сравнительный анализ полученных результатов (Гк: Сд=2,1%; Сп=40,8%; Сн=57,6%) с данными «Сборника распорядительных материалов по эксплуатации энергосистем. Электротехническая часть. СПО ОРГРЭС, 1992» (Гк: СА=1,6%; Сп=58,2%; Сн=40,2%) показывает, что общая тенденция процентного содержания компонент структурно-группового состава прослеживается также для других марок масел, и. следовательно, методика может быть применена в качестве экспресс-метода определения структурно-группового состава трансформаторного масла, не требующего сложных химических реактивов и предварительной подготовки проб.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований по определению содержания ионола в концентрированных растворах и контролю качества трансформаторного масла в процессе регененерации, методами спектроскопии в видимой и ближней инфракрасной областях.

Одним из основных способов сохранения эксплуатационных свойств масла является поддержание необходимой концентрации антиокислительной присадки. Как правило, введение антиокислительной присадки производят при плановом ремонте трансформатора подачей концентрированного раствора ионола в эксплуатационное масло непосредственно в бак трансформатора.

Определение содержания ионола в концентрированном растворе может быть выполнено спектральным методом. Для построения градуировочного графика по содержанию антиокислительной присадки был подготовлен набор образцов на основе базового свежего трансформаторного масла марки Гк (ТУ 38.101.1025-85) с различными концентрациями антиокислительной присадки ионол (от 3,5 до 16,4 %).

На рисунке 4 показаны разностные спектры пропускания (ЛТ= Т„ - Т,) трансформаторных масел с различной концентрацией присадки ионол (7}) и базового трансформаторного масла {То).

20

15

* ,0

н

"О

5 О

-5

900 920 940 960 980 1000

X, нм

Рис. 4. Разностные спектры пропускания (с17) трансформаторных масел с различной концентрацией присадки ионол ('/',) и базового трансформаторного масла (Т0).

Концентрация ионола по спектрам пропускания может быть определена по формуле:

0,6838 <1Г, (4)

где &Т - разностные спектры пропускания трансформаторных масел с различной концентрацией присадки ионол (Г,) и базового трансформаторного масла (Т„) на длине волны 959 нм.

Полученная зависимость позволяет определять концентрации ионола и решает задачу оперативного определения концентрации ионола без применения методов химического анализа на основе общедоступной аппаратуры.

Для определения содержания ароматических углеводородов, оказывающих существенное влияние на свойства трансформаторных масел, в частности их гигроскопичность, на основе измеренных спектров поглощения в видимом диапазоне получен градуировочный график концентраций для определения ароматических углеводородов методом добавок.

Актуальным является определение содержания окисленных форм в эксплуатируемом маслонаполненном оборудовании. Для решения этой задачи предложена методика на основе решения системы уравнений, аналогичной уравнениям (3), в которых используется суммарный показатель содержания нафтеновых и парафиновых компонент.

Специфические особенности технологии регенерации трансформаторного масла требуют расширения объемов контроля состояния еще на промежуточных этапах, чтобы иметь возможность корректировать ход ремонта по данным промежуточных анализов. Данные спектральных исследований могуг послужить базовой информацией для формирования программы технологических режимов ремонтных работ, таких как регенерация масла, обмыв, вакуумирование, сушка изоляции.

На основе предложенных способов выполнен контроль качества трансформаторного масла в процессе ремонта силового трансформатора марки

ТМТ-6300/110/35/10 кВ. Первый этап регенерации включал в себя прогрев активной части силового трансформатора, регенерация, сушка и дегазация трансформаторного масла в промежуточной емкости через цеолитовый патрон, введение антиокислительной присадки, обратная заливка в бак трансформатора.

_ 508 _

™ 506 , Я ...................................................

^ 504 ...„ Ж .............Щ.......... ........

а Щ (3 £ 502 , !§; i ......................

I 500 , - ...............jj...................„.__

Í 498 ... ...........¡¿. :

| 496 . .. .

= 494 1 11 --■

g 12 3

Номер пробы

а) б)

Рис. 5. Длина волны отсечки спектральной характеристики масла А.0 (а) и тангенс угла наклона спектральной характеристики масла tg a (б) на различных этапах ремонта трансформатора.

Второй этап состоял из сушки и регенерации масла в баке трансформатора через цеолитовый патрон.

После каждого этапа отбирались пробы масла и снимались спектрограммы, проба №1 - до ремонта, проба №2 - по окончании первого этапа, проба №3 - по окончании второго этапа ремонта и регенерации трансформаторного масла.

Для коротковолновой части спектра проведена обработка спектрограмм по параметрам длины волны отсечки и тангенса угла наклона спектральной характеристики. Результаты представлены на рисунке 5.

Уменьшение длины волны отсечки является положительным эффектом, достигнутым в результате регенерации, однако величина уменьшения длины волны отсечки мала и составляет 7,1 им, что свидетельствует о применении недостаточно качественных адсорбентов и неглубокой степени очистки трансформаторного масла.

Уменьшение тангенса угла наклона спектральной характеристики масла tg о указывает на изменение степени неоднородности коллоидных составляющих продуктов старения, увеличение многокомпонентное™ дисперсных частиц, в данном случае продуктов разложения лаков и целлюлозных материалов.

Указанное явление характерно для трансформаторов с естественной циркуляцией масяа, когда в течение длительного времени происходит гравитационная очистка масла с оседанием дисперсных частиц на конструктивные элементы и дно бака трансформатора.

При перекачке масла частицы переходят во взвешенное состояние и не в полной мере улавливаются абсорбентами. Продукты физического разрушения абсорбентов при взаимном трении также могут попадать в трансформаторное масло вследствие несовершенства системы удерживания и фильтрации абсорбентов.

B¡ «

5 S

a t

0.71 0.705 0.7 0.695 0.69 0.685 0.68 0.675 0.67 0.665 0.66

Номер пробы

После математической обработки длинноволновой части спектра с исключением фоновой составляющей, спекггры всех проб практически идентичны. Поэтому анализ малых изменений в спектральной картине выполнен по разностным спектрограммам, полученным посредством вычитания из спектра пробы окончания этапа соответствующего спектра пробы начала этапа.

Разностные спектрограммы содержат ценную информацию о малых изменениях спектров поглощения и позволяют контролировать ход процесса и технологии регенерации трансформаторного масла.

На рисунке 6 представлена разностная спектрограмма проб до и после первого этапа регенерации. Па спектрограмме отражены результаты воздействий трех факторов:

- введения антиокислительной присадки ионол.

- взаимодействие присадки ионол с составляющими нафтеновых и парафиновых групп трансформаторного масла;

- селективная абсорбция продуктов старения (влага, органические кислоты, перекиси, асфальто-смолистые вещества) трансформаторного масла цеолитовым абсорбентом.

В результате наложения этих факторов получилась сложная спектральная

X, ни

Рис. 6. Разностная спектрограмма проб до и после первого этапа ремонта трансформатора марки ТМТ-6300/1Ю/35Л0 кВ (длина оптического пути 3 см)

а) полоса поглощения длина волны X = 959нм свидетельствует о введении ионола в трансформаторное масло и соответствует процентному содержанию ионола 0,131%.

б) область поглощения нафтеновых групп СН2 в диапазоне длин волн X = 930 -950нм характеризуется уменьшением оптической плотности, так как увеличение концентрации ионола в трансформаторном масле приводит к уменьшению относительного количества СН2 групп.

в) в области поглощения парафиновых групп СЯ3 в диапазоне длин волн а. = 900 -915нм отмечается увеличение оптической плотности, так как увеличение концентрации ионола в трансформаторном масле приводит к увеличению

относительного количества СН3 групп, которые составляют почти половину всей массы молекулы ионола, что и объясняет изменение количественного соотношения СНъ и СН2 групп.

г) во всей области углеводородных компонент наблюдается избирательное уменьшение поглощения отдельных элементарных составляющих химического состава вследствие уникальной способности цеолитов поглощать молекулы одних веществ и не адсорбировать другие в зависимости от их геометрических размеров.

Так, например, наблюдается увеличение полос оптического поглощения замещенными бензолами на длинах волн 878 нм, 890 нм, что свидетельствует об абсорбции цеолитами определенного набора ароматической группы углеводородов.

Абсорбция элементарных низших алканов наблюдается на длинах волн 898 нм, 904 нм, 911 нм, 923 нм и наложена на общий фон повышения общего содержания парафиновых групп. На общем фоне полосы поглощения нафтеновой группы наблюдается абсорбция цеолитами элементарных простейших нафтеновых на длинах волн 935 нм, 940 нм, 946 нм, 953 нм. На основании разностных спектрограмм можно сделать вывод о том, что имеет место поглощение цеолитом простейших нафтеновых, парафиновых и ароматических групп в малых количествах, которые невозможно выявить с помощью физико-химических анализов.

Использование методик обработки спектрограмм позволяет оперативно осуществлять контроль технологического режима регенерации трансформаторного масла в процессе ремонта трансформатора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты диссертации состоят в следующем:

• Разработан способ эксплуатационного контроля состояния трансформаторных масел методами оптической спектроскопии путем определения спектральной характеристики пробы в зоне пропускания, с последующим вычислением крутизны характеристики и длины волны отсечки пропускания, которые используются в качестве количественной оценки степени старения трансформаторного масла. Предложен способ оценки глубины регенерации трансформаторного масла по показателю длины волны отсечки спектральной характеристики.

• Исследована корреляционная связь между тангенсом угла диэлектрических потерь и длиной волны отсечки спектральной характеристики эксплуатационных трансформаторных масел, указывающая на рост тангенса угла диэлектрических потерь при увеличении длины волны отсечки.

• Предложена методика аппроксимации и преобразования спектральных характеристик для исключения влияния фонового поглощения дисперсных частиц на полосы поглощения углеводородных составляющих трансформаторного масла.

• Предложено определение составляющих структурно-группового состава на основании данных об оптической плотности парафиновых, нафтеновых и ароматических групп трансформаторного масла на основе методов планирования эксперимента.

• Получен градуировочный график для определения процентного содержания

ионола по спектру пропускания концентрированного раствора ионола в масле, удобный для применения в практике введения антиокислительной присадки.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Муратаева ГЛ. Определение структурно-группового состава по спектрам пропускания трансформаторного масла / Козлов В.К., Колушев Д.Н., Широков A.B., Муратаева Г.А. // Казань: Известия Высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2010. - № 7-8. - с. 73-75.

2. Муратаева Г.А. Применение методов спектроскопии для оценки состояния изоляционных масел / Козлов В.К., Муратаева Г.А. // Казань: Известия Высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2011. - № 7-8. - с. 148-

3. Муратаева Г.А. Патент на изобретение № 2402754: Способ эксплуатационного контроля состояния трансформаторных масел / В.К. Козлов, И.А. Муратаев, Г.А. Муратаева. Заявка №2009128280/28,2009, бюл. № 30 от 27.10.2010.

4. Муратаева Г.А. Определение структурно-группового состава трансформаторного масла по его спектрам пропускания/ Козлов В.К., Муратаева Г.А. // Энергетика Татарстана. - 2010. - №1(17). - С.39-43.

5. Муратаева Г.А. Определение антиокислительной присадки ионол в трансформаторном масле спектральным методом / Валиуллина Д.М., Козлов В.К., Муратаева Г.А. // Энергетика Татарстана. - 2010. - №2(18). - С. 55-58.

6. Муратаева Г.А. Влияние ароматических углеводородов на электроизоляционные свойства трансформаторных масел / Гиниатуллин P.A., Козлов В.К., Муратаева Г.А.// II молодежная межд. науч. конф. «Тинчуринские чтения»: Материалы докладов. Казань: КГЭУ, 2007. С. 8-9.

7. Муратаева Г.А. Практическое применение спектральных методов для определения антиокислительной присадки ионол в трансформаторном масле / Козлов В.К., Муратаева Г.А. // V межд. науч.-техн. конф. «Электрическая изоляция-2010»: Материалы докладов. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. С. 204-205.

8. Муратаева Г.А. Интерпретация спектров трансформаторного масла в УФ и видимой области / Козлов В.К., Муратаева Г.А. // Материалы Междуиар. науч.-практ. конф. «Трансформаторы - эксплуатация, диагностирование, ремонт и продление срока службы». - Екатеринбург: Изд. дом «Автограф», 2010. С. 178-

150.

183.

Подписано к печати 18.11.2011 Гарнитура "Times" Физ. печ. л. 1.0. Тираж 100 экз.

Вид печать РОМ Усл. печ. л. 0.94

Формат 60 х 84 /16 Бумага офсетная Уч. - изд. л. 1.0

Заказ

Типография КГЭУ 420066, Казань, Красносельская, 51

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Инфракрасная спектроскопия при решении вопросов контроля качества трансформаторного масла

1.1 Трансформаторное масло как углеводородная жидкость 9

1.2 Особенности эксплуатации трансформаторного масла в маслонаполненном электрооборудовании

1.3 Старение трансформаторного масла и методы ее оценки 14

1.4 Структурно-групповой состав и методы его определения 18

1.5 Применение спектроскопии для оценки состояния

23 трансформаторных масел

1.6 Техническое обеспечение для проведения измерений 29

ГЛАВА 2. Методика оценки спектров трансформаторного масла в видимой и ближней инфракрасной областях

2.1 Способ эксплуатационного контроля состояния трансформаторных масел по границе области пропускания 34 спектральной характеристики

2.2 Связь между электрофизическими и спектральными характеристиками эксплуатационных трансформаторных масел

2.2.1 Тангенс угла диэлектрических потерь и спектральные характеристики трансформаторного масла

2.2.2 Удельная поляризация и спектральные характеристики трансформаторного масла

2.3 Влияние электрических разрядов в трансформаторном масле на спектральные характеристики

ГЛАВА 3. Исследование спектральных свойств индивидуальных углеводородов и определение структурно-группового состава 65 трансформаторного масла

34

43

43

55

58

86

157

3.1 Исследование начального участка спектральной характеристики трансформаторного масла

3.2 Количественный анализ полос поглощения спектра ароматических компонент трансформаторного масла в длинноволновой части

3.3 Определение структурно-группового состава по спектрам пропускания трансформаторного масла

ГЛАВА 4. Результаты практических исследований 98

4.1 Определение содержания антиокислительной присадки ионол в трансформаторном масле при подготовке концентрированного раствора

4.2 Определение содержания ароматических углеводородов трансформаторного масла методом добавок

4.3 Определение изменения содержания окисленных форм при старении трансформаторного масла

4.4 Контроль параметров трансформаторного масла в процессе ремонта силового трансформатора

4.5 Поэтапный спектроскопический контроль состояния трансформаторного масла в процессе его регенерации

4.6 Анализ разностных спектрограмм при регенерации трансформаторного масла ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 146

107

112

118

126

136

Актуальность работы. Особенностью развития электроэнергетики на настоящем этапе является применение последних достижений науки, современных технологий и материалов.

Новые технологии в производстве, преобразовании и передаче электроэнергии на основе широкого внедрения устройств на цифровой базе существенно повысили надежность энергосистем.

Однако, как и ранее, базовым элементом электроэнергетики являются силовые трансформаторы, объёмной составной частью которых является трансформаторное масло. Трансформаторное масло - специфический углеводородный продукт, на который возложены основные функции по изоляции и теплосъему активных потерь в трансформаторе. Столь противоречивые требования к трансформаторному маслу требуют особого внимания и подхода к условиям его эксплуатации.

В процессе эксплуатации жидкий диэлектрик подвергается воздействию высокой напряженности электрического и температурного полей, а также находится в непрерывном контакте с конструктивными элементами трансформатора. Это ускоряет старение жидкого диэлектрика, вызывает изменение его физико-химического состава, в результате чего продукты старения в свою очередь способствуют ухудшению его электроизоляционных свойств.

Проводимые в настоящее время в соответствии с РД 34.45-51.300-97 «Объемы и нормы испытаний электрооборудования» физико-химические анализы, как правило, констатируют уже свершившийся факт ухудшения того или иного параметра, не выявляя при этом причин, приведших к ним.

Неминуемое старение трансформаторного масла определяет надежность всей электроэнергетики в целом, поэтому без модернизации методов контроля состояния трансформаторного масла обеспечить безаварийную работу электроэнергетики невозможно.

В связи с этим актуальным является разработка методов контроля трансформаторного масла для оценки его эксплуатационных свойств, определения структурно-группового состава в условиях эксплуатации и контроля процессов регенерации при ремонте трансформатора.

Наиболее простыми, с точки зрения проведения измерений, а также более информативными являются методы спектроскопии. Анализ методом спектроскопии в видимой и ближней инфракрасной области более быстрый, простой и точный. Измеренные спектры могут дать информацию, как о физических свойствах масла, так и о структурно-групповом составе трансформаторного масла. Поэтому актуальной является цель работы.

Цель работы - разработка методов контроля состояния трансформаторного масла для оценки его эксплуатационных свойств, определения структурно-группового состава и мониторинга процессов регенерации при ремонте трансформатора посредствам спектрального анализа масла в диапазоне оптического излучения в видимой и ближней инфракрасной областях.

Для реализации сформулированной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Разработать методику оценки спектров пропускания трансформаторных масел в видимой и ближней инфракрасной областях.

2. Исследовать взаимосвязь между тангенсом угла диэлектрических потерь и параметрами спектральной характеристики трансформаторного масла.

3. Разработать метод преобразования спектральных характеристик для исключения влияния фонового поглощения в начальной части спектра.

4. Исследовать спектральные свойства индивидуальных углеводородов для определения структурно-группового состава трансформаторного масла.

5. Разработать экспресс-метод определения процентного содержания ионола по спектру пропускания концентрированного раствора трансформаторного масла, используемого для ввода антиокислительной присадки в бак силового трансформатора.

Объект исследования. Объектом исследования в представленной работе является диэлектрическая жидкость — трансформаторное масло, используемое в силовых маслонаполненных трансформаторах в качестве изолирующей и охлаждающей среды.

Методы исследования. В работе использованы оптические методы исследования веществ, современная теория поглощения света, теория математического планирования эксперимента. Исследования проводились с применением численных методов и программ для ЭВМ, натурных экспериментов на образцах трансформаторных масел, находившихся в эксплуатации или ремонте. Эксплуатационные характеристики проб масел определялись стандартными методами по существующим ГОСТам.

Научная новизна полученных результатов:

1. Впервые разработан способ эксплуатационного контроля состояния трансформаторных масел методами оптической спектроскопии путем определения спектральной характеристики пробы на границе диапазона зоны пропускания, с последующим вычислением крутизны характеристики и длины волны отсечки пропускания, которые используются для количественной оценки степени старения трансформаторного масла.

2. Впервые установлена корреляционная связь между тангенсом угла диэлектрических потерь и длиной волны отсечки спектральной характеристики для эксплуатационных трансформаторных масел.

3. Предложена усовершенствованная методика аппроксимации и преобразования спектральных характеристик для исключения влияния фонового поглощения дисперсных частиц на полосы поглощения углеводородных составляющих трансформаторного масла.

4. Разработан новый метод определения составляющих структурно-группового состава на основании данных об оптической плотности метиленовых (нафтеновых), метальных (парафиновых) и ароматических групп по пробам масла, разбавленных бензолом.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Получен градуировочный график для определения процентного содержания ионола по спектру оптического пропускания концентрированного раствора ионола в масле, удобный для применения в практике эксплуатации.

2. Предложена методика контроля глубины регенерации трансформаторного масла по показателю длины волны отсечки спектральной характеристики.

3. Предложена методика контроля характеристик трансформаторного масла в процессе ремонта трансформатора на основе разностных спектрограмм, полученных на каждой стадии процесса регенерации.

4. Экспериментально определено, что при дуговом разложении трансформаторного масла происходит уменьшение коэффициента пропускания в диапазоне длин волн более 550 нм спектральной характеристики, что может быть использовано для диагностики наличия дуговых разрядов в маслонаполненном оборудовании.

5. Предложена методика эксплуатационного контроля содержания окисленных форм, пригодная к использованию в течение всего периода срока эксплуатации маслонаполненного оборудования.

На защиту выносятся:

1. Способ количественной оценки степени старения трансформаторного масла по крутизне и длине волны отсечки спектральной характеристики начального участка зоны пропускания.

2. Способ аппроксимации спектра поглощения трансформаторного масла степенной функцией, аргументом которой является отношение длины волны к длине волны отсечки (Х,0) спектральной характеристики, позволяющий достичь максимального приближения к исходному спектру.

3. Способ определения составляющих структурно-группового состава трансформаторного масла на основании данных об оптической плотности метиленовых (нафтеновых), метальных (парафиновых) и ароматических групп по разбавленным бензолом пробам масла.

4. Способ математической обработки спектров пропускания трансформаторных масел для определения массового содержания ионола в концентрированных растворах трансформаторных масел.

Обоснованность и достоверность результатов и выводов подтверждается использованием спектрофотометра, полностью соответствующего условиям Европейских стандартов, апробированных спектрофотометрических методов анализа, корректностью исходных предположений и допущений, успешной реализацией ряда основных положений работы в практических исследованиях проб трансформаторного масла с реально действующего оборудования.

Личный вклад автора. Личный вклад соискателя заключается в анализе справочной, монографической и периодической литературы, вошедшей в литературный обзор, разработке теоретических моделей и методик, проведении лабораторных исследований спектров проб, обработке и анализе полученных данных.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

Третьей молодежной международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2008); Тринадцатой, Пятнадцатой и Семнадцатой Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2007, 2009, 2011); Пятой международной научно-технической конференции «Электрическая изоляция-2010»(Санкт-Петербург, 2010); Международной научно-практической конференции «Трансформаторы: эксплуатация, диагностирование, ремонт и продление срока службы» (Екатеринбург,2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК (2 в издании, рекомендованном ВАК по специальности диссертации), 1 патенте на изобретение.

Соответствие диссертации научной специальности. Диссертация соответствует специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий и затрагивает следующие области исследования: способ эксплуатационного контроля состояния трансформаторных масел путем определения крутизны характеристики и длины волны отсечки пропускания; способ аппроксимации спектра поглощения трансформаторного масла степенной функцией, аргументом которой является отношение длины волны к длине волны отсечки (А,0) спектральной характеристики, позволяющий достичь максимального приближения к исходному спектру; метод определения структурно-группового состава на основании данных об оптической плотности метиленовых (нафтеновых), метальных (парафиновых) и ароматических групп, по пробам масла разбавленных бензолом соответствуют п. 1 «Научное обоснование новых и усовершенствование существующих методов аналитического и неразрушающего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» Паспорта специальности;

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, библиографии. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 36 рисунков и 11 таблиц; библиографический список включает 102 наименования.

Выводы

1. Предложен экспресс-метод определения процентного содержания ионола по спектру пропускания концентрированного раствора трансформаторного масла, используемого для ввода антиокислительной присадки в бак трансформатора.

2. Получено уравнение, выражающее зависимость концентрации ионола в трансформаторном масле от значения разности спектра пропускания *ионола,%=0,6838-(1Г. Получено градуировочное уравнение для определения концентрации ионола по результатам измерений разницы оптических плотностей сШ959 , ^иопола,%=1 57,27' (Ш959.

3. Предложена методика определения ароматических углеводородов в трансформаторном масле методом добавок, как наиболее перспективная методика экспресс контроля эксплуатационных параметров масла.

4. Предложена методика эксплуатационного контроля содержания окисленных форм, пригодная к использованию в течение всего периода срока эксплуатации маслонаполненнош оборудования.

5. Предложена методика контроля глубины регенерации трансформаторного масла по показателю длины волны отсечки спектральной характеристики, пригодная для оперативного контроля качества очистки масла в процессе его регенерации.

6. Предложена методика контроля характеристик трансформаторного масла в процессе ремонта трансформатора на основе разностных спектрограмм, полученных на каждой стадии процесса регенерации, позволяющая выявить малые изменения структурного состава трансформаторного масла при регенерации и могущая служить документальным подтверждением качества проведенных работ

7. Использование спектральных методов контроля качества трансформаторного масла позволило выявить отклонения в технологии введения ионола в трансформаторное масло, что привело к потере части стабилизирующей способности присадки.

143

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты диссертации состоят в следующем:

1. Оценка спектров трансформаторных масел может быть по выполнена с помощью касательной, к спектральной характеристике в зоне пропускания, представляемой уравнением Т=А Х-В. При этом, масло характеризуется двумя параметрами: тангенсом угла наклона касательной к оси X, tg а=А и длиной волны отсечки Хо=В/А, что позволяет оперативно выявлять малейшие изменения, происходящие в масле.

2. Основной причиной, определяющей рост тангенса угла диэлектрических потерь и смещение границы, отделяющей зону полного поглощения от зоны пропускания в длинноволновую область, является формирование мицеллярных нанофаз. По результатам практических измерений выявлена корреляционная связь между тангенсом угла диэлектрических потерь и длиной волны отсечки, спектральных характеристик эксплуатационных масел вида

8 (?1о)=0,104-^ - 48,02, коэффициент корреляции 7?=0,98.

3. Уменьшение коэффициента пропускания трансформаторного масла в диапазоне длин волн более 550 нм свидетельствует о наличии дуговых разрядов в маслонаполненном оборудовании.

4. Предложена в качестве аппроксимирующей, степенная функция вида Е>а(Х)=Сэ (У КТ, аргументом которой является отношение длины волны к длине волны отсечки (Хо) спектральной характеристики, позволяющий достичь максимального приближения к исходному спектру.

Разработана методика преобразования спектров, позволяющая исключить влияние фонового поглощения дисперсных частиц, тренда нулевой линии при вычислении количественных характеристик ароматических, парафиновых и нафтеновых компонент трансформаторного масла.

5. Предложено упрощенное аппроксимирующее уравнение полосы поглощения «левого» плеча полосы поглощения группы СНъ, для выделения амплитуды полосы поглощения ароматических углеводородов.

6. Разработана методика для определения составляющих структурно-группового состава на основании данных об оптической плотности метиленовых групп (СН2) по полосе поглощения 929 нм, метальных групп (СЩ) по полосе поглощения 916 нм, и ароматических групп (СН) по полосе поглощения 874 нм, полученных для трех проб масла, связывающих функцию отклика с факторами позволяющими сформировать систему линейных уравнений для определения составляющих структурно-группового состава. Полученная на основе метода планирования экспериментов математическое описание процесса является открытой формой для расширения количества входящих в нее элементов структурно-группового состава.

7. Предложен экспресс-метод определения процентного содержания ионола по спектру пропускания концентрированного раствора трансформаторного масла, используемого для ввода антиокислительной присадки в бак трансформатора.

8. Определена зависимость концентрации ионола в трансформаторном масле от значения разности спектра пропускания в виде АГионола5о/о=0,683 8 -&Т. Получено градуировочное уравнение для определения концентрации ионола по результатам измерений разницы оптических плотностей сШ959 ионола,%=157,27- (Ш959.

9. Предложена методика определения ароматических углеводородов в трансформаторном масле методом добавок, как наиболее перспективная методика экспресс контроля эксплуатационных параметров масла.

10. Предложена методика эксплуатационного контроля содержания окисленных форм пригодная к использованию в течение всего периода срока эксплуатации маслонаполненнош оборудования.

11. Предложена методика контроля глубины регенерации трансформаторного масла по показателю длины волны отсечки спектральной характеристики, пригодная для оперативного контроля качества очистки масла в процессе его регенерации.

12. Предложена методика контроля характеристик трансформаторного масла в процессе ремонта трансформатора на основе разностных спектрограмм, полученных на каждой стадии процесса регенерации, позволяющая выявить малые изменения структурного состава трансформаторного масла при регенерации и могущая служить документальным подтверждением качества проведенных работ

Результаты теоретических и практических исследований, полученные в настоящей работе, показывают перспективность организации системы мониторинга качества трансформаторного масла, в виде спектральных характеристик, как своеобразного отпечатка образа характеризующего индивидуальные особенности трансформаторного масла.

Спектральная характеристика создает документальное подтверждение, удостоверяя состояние трансформаторного масла на каждом этапе эксплуатации, ремонта трансформатора, с полным, на сколько это возможно, исключением влияния человеческого и технологического факторов.

Проведение дальнейших исследований с целью создания базы спектрограмм трансформаторных масел позволит создать эффективную методику оценки их эксплуатационного состояния.

В заключении, я хочу поблагодарить моего научного руководителя Козлова Владимира Константиновича за оказанное терпение, руководство и постоянное внимание к работе.

1. Джуварлы Ч.М. Электроизоляционные масла / Ч.М. Джуварлы, К.И Иванов,, М.П. Курлин, Р.А. Липштейн, Л.А. Мухарская. М: Гостоптехиздат, 1963. — 273 с.

2. Ионова И.В. Физико-химический анализ многокомпонентных углеводородных систем : дис. . канд. хим. наук / И.В. Ионова.-Казань, 2006.- 157 с.

3. Черножуков Н.И., Крейн С.Э., Лосиков Б.В. Химия минеральных масел. -М.: Гостоптехиздат, 1950. 416 с.

4. Маневич, Л.О. Обработка трансформаторного масла. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 104 с.

5. Prosr P., Brandt М., Mentlikl V. , Michalik J. Condition Assessment of Oil Transformer Insulating System// International conference on renewable energies and power quality, 2010.ICREPQ 2010. Annual Report Conference on Issue, 23-25 March.2010.

6. Пентин Ю. А., Вилков Л. В. Физические методы исследования в химии.-М.: Мир, 2003. -683 с.

7. Петров А.Д. Химия моторных топлив. АН СССР. Институт органической химии. Москва: АН СССР, 1953. - 511 с.

8. Методические указания по эксплуатации трансформаторных масел. РД 34.43.105-89. М.: Союзтехэнерго, 1989.

9. Области применения и порядки смешения трансформаторных масел.// Эксплуатационный циркуляр ЭЦ № Э-4/78.

10. Объём и нормы испытаний электрооборудования.-6-е изд. перераб. и доп.: РД 34.45-51.300-97.-М.: Изд-во ЭНАС, 2001

11. Валиуллина Д.М., Гарифуллин М.Ш., Козлов В.К. Аналитический обзор. Методы и средства диагностики изоляционных масел.- Казань: ООО «ИЦ Энергопрогресс»,2003 г.-144 с.

12. Черножуков Н.И., Крейн С.Э. Окисляемость минеральных масел.- М.: Гостоптехиздат,1959.- 370 с.

13. Эммануэль Н.М., Денисов Е.Т., Майзус З.К. Цепные реакции окисления углеводородов в жидкой фазе. М.:Наука, 1965. 375 с.

14. Эмануэль Н.М., Заиков Г.Е., Майзус З.К. Роль среды в радикально-цепных реакциях окисления органических соединений.- М. Наука, 1973, 279 с.

15. Ван-Нес К., Ван-Вестен X. Состав масляных фракций нефти и их анализ. Пер. с англ. М.: Изд-во иностр. лит., 1954,- 463 с.

16. Кунцман Ж. Численные методы.- М.: Наука, 1979.

17. Козлов В.К., Колушев Д.Н., Широков A.B., Муратаева Г.А. Определение структурно-группового состава по спектрам пропускания трансформаторного масла.// Изв. ВУЗов. Проблемы энергетики.-2010.- № 7-8.-с. 73-75.

18. Вилков Л.В., Пентин Ю.А.Физические методы исследования в химии -Структурные методы и оптическая спектроскопия. -М.: Высшая школа, 1987.

19. Пешкова В.М., Громова М.И. Методы абсорбционной спектроскопии в аналитической химии. Под ред. И.П. Алимарина. Учеб. пособие для ун-тов. М., "Высш. школа", 1976.- 262 с.

20. Пешкова В.М., Громова М.И. Практическое руководство по спектрофотометрии и колориметрии/ Изд. 2-е, перераб. и доп.- М., 1985.131 с.

21. Васильев А. В., Гриненко Е. В., Щукин А. О., Федулина Т. Г. Инфракрасная спектроскопия органических и природных соединений: Учебное пособие. СПб.: СПбГЛТА, 2007, 54 с.

22. Крищенко В. П. Ближняя инфракрасная спектроскопия. Науч.-метод. центр по инфракрас. спектроскопии, АО "Интерагротех", 638 с. ил. 22 см, М. Изд. дом "КРОН-пресс" 1997.

23. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии.- М.: Химия, 1989.

24. Герцберг Г. Электронные спектры и строение многоатомных молекул. Пер. с англ.; Под ред. В.М. Татевского.- М., 1969.-772 с.

25. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК-, ЯМР- и масс-спектроскопии в органической химии. Учеб. пособие для вузов. М.: Высш.шк., 1971.-264 с. с илл.

26. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. / Пер. с англ. М.: Иностранная литература, 1963. -590 с.

27. Пат. 2402754 Российская Федерация. Способ эксплуатационного контроля состояния трансформаторных масел/ В.К. Козлов, И.А. Муратаев, Г.А. Муратаева.-заявл. 21.07.2009; опубл. 10.06.2010.-Бюл. № 30.

28. Иванова Л.В. ИК-спектрометрия в анализе нефти и нефтепродуктов. Вестник Башкирского университета. 2008, Т. 13, №14.

29. ГОСТ 28640-90. Масла минеральные электроизоляционные. Метод определения ароматических углеводородов.

30. Валиуллина Д.М., Гарифуллин М.Ш., Козлов В.К. Зависимость спектров пропускания изоляционных масел от их кислотного числа// Изв. ВУЗов. Проблемы энергетики. 2003. - № 3-4. - С. 175-178.

31. Гарифуллин М.Ш., Козлов В.К., Широков A.B. Исследование показателей качества трансформаторного масла// Изв. ВУЗов. Проблемы энергетики. -1993.-№5-6.-С. 51-57.

32. Гарифуллин М.Ш., Козлов В.К.Прибор для спектральных исследований масел в диапазоне 600-1100 нм// Изв. ВУЗов. Проблемы энергетики.- 2001. -№9-10.-С. 114-116.

33. Arshad М.,Islam Syed. Power Transformer Condition Assessment Using Oil UV -Spectrophotometry//Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, 2007.CEIDP 2007. Annual Report Conference on Issue, 14-17 0ct.2007.p.611-614

34. Козлов B.K., Муратаев И.А., Муратаева Г.А. Исследование возможностей искусственного термического старения бумажной изоляции для целей диагностики// Радиоэлектроника, электротехника и энергетика:

35. Четырнадцатая Международная науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл.: В 3-х т. М.: Издательский дом МЭИ, 2008. Т.З.- с. 293-294.

36. Козлов В.К., Муратаев И.А., Муратаева Г.А. Оценка состояния твердой изоляции спектральным методом // Материалы докладов III-й молодежной Международной науч. конф. «Тинчуринские чтения» в 4т.; Т.1- Казань, Казан, гос. энерг. ун-т, 2008. с. 30-31.

37. Пат. 2371683 Российская Федерация. Способ определения степени деградации твердой изоляции маслонаполненных аппаратов/ В.К. Козлов, И.А. Муратаев, Г.А. Муратаева.- заявл. 10.04.2008; опубл. 27.10.2009.-Бюл. №30.

38. Руководство по эксплуатации спектрофотометров СФ-56 Ю-30.67.073 и СФ-56А Ю-30.67.073-01: техническая документация.- СПб.: ОАО ЛОМО, 2008.-43 с.

39. Богородицкий Н. П. Электротехнические материалы/ Н.П.Богородицкий, В.В. Пасынков, Б.М. Тареев Л.: Энергоатомиздат, 1985. -304 с.

40. Бенуэлл К. Основы молекулярной спектроскопии.- М., 1985.-384 с.

41. Грибов Л.А. Введение в молекулярную спектроскопию.- М., 1976.- 399 с.

42. Свердлова О.В. Электронные спектры в органической химии. Л.: Химия, 1985.- 248 с.

43. Бахшиев Н.Г. Введение в молекулярную спектроскопию. Учебное пособие. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1974. - 183 с.

44. Owen H. Wheeler. Near infrared spectra of organic Compounds// Chem. Rev.-V59, 1959. №4.-C.629-666.

45. Алесковский В.Б., Бардин B.B., Бойчинкова E.C. И др. Физико-химические методы анализа. Практическое руководство. Л.: Химия, 1988.

46. Аналитическая химия. Физические и физико-химические методы анализа/ Под ред. О.М. Петрухина.- М.: Химия,2001.

47. Ehrenfreund P., d'Hendecourt L., Joblin С., and Léger A., Visible absorption bands of coal pitch. Implications for the Diffuse interstellar bands, Astron. & Astrophys. 266 (1992), 429.

48. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике (для инженеров и учащихся втузов). Издательство "Наука", Москва, 1981

49. Сви П.М. Методы и средства диагностики оборудования высокого напряжения / П.М. Сви М.: Энергоатомиздат, 1992. - 240 с.

50. Корицкий Ю.В. Справочник по электротехническим материалам: Справ./ Под ред.Ю.В.Корицкого и др. М.: Энергоатомиздат, 1987. - Т.1-3.

51. Сканави Г.И. Физика диэлектриков.М.: Гостехиздат, 1949.-450 с.

52. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов. М.: Энергия,1982. -320 с

53. Денисов Е.Т.: Кинетика гомогенных химических реакций. М.: Высш. шк., 1978, с.17.

54. Козлов В.К., Туранов А.Н., Муратаева Г.А. О влиянии дисперсионно-коллоидных процессов на спектры видимого диапазона трансформаторного масла// Изв. ВУЗов. Проблемы энергетики. 2010. - № 9-10. - с.66-71.

55. Митрофанов Г.А., Гарифуллин М.Ш., Козлов В.К. Применение спектроскопии в видимой и ближней ИК-области спектра для анализа изоляционных масел// Известия Вузов. Проблемы энергетики. 2001. - № 9-10.-С. 133-135.

56. Липштейн P.A., Шахнович М.И. Трансформаторное масло.-М.:Энергоатомиздат, 1983.-296 с.

57. Коробейников С.М. Диэлектрические материалы. Новосибирск.: НГТУ, 2007, 67 с.

58. ГОСТ 6581-75. Материалы электроизоляционные жидкие. Методы электрических испытаний Введ. 1977-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 2002.-17 с.

59. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. Учебник для вузов.-2-e изд., перераб. и доп. -М.:Химия, 1988.-464 с.:ил.

60. Львов М.Ю. Коллоидно-дисперсные процессы в высоковольтных герметичных вводах трансформаторов// Электрические станции. 2000. -№ 4 - С. 49-52.

61. Свердлова О.В., Сайдов Г.В. Основы молекулярной спектроскопии. СПб: НПО "Профессионал", 2006. 299 с.

62. Методические указания по определению оптической мутности трансформаторного масла герметичных вводов 110 кВ и выше силовых трансформаторов и шунтирующих реакторов. М.: ЗАО "Энергетические технологии", 2007.-8с.

63. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Учеб.для вузов.-2-e изд.,перераб. и доп.-Л.:Химия, 1984.-368 е.,ил.

64. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. Учеб.для вузов.-2-e изд.,перераб. и доп.-Л.:Химия,1975.-512 е.,ил.

65. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ: Справочник.-М.: Наука.Гл.ред.физ.-мат.лит.,1989.-240 с.

66. S. Campbell Modeling and Simulation in Scilab/Scicos. — New York: Springer, 2006.

67. Тропин И.С., Михайлова О.И., Михайлов A.B. Численные и технические расчеты в среде Scilab (ПО для решения задач численных и технических вычислений): Учебное пособие. — Москва: 2008. 65 с.

68. Алексеев Е.Р. Scilab: Решение инжинерных и математических задач/ Е.Р. Алексеев, О.В. Чеснокова, Е.А. Рудченко.- М.: ALT Linux; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008.-260 с.

69. Perkampus Н.Н. Encyclopedia of spectroscopy: Weinheim; VCH, 1995.

70. Jr. Workman, Jr. Lois Weyer. Practical guide to interpretive near-infrared spectroscopy// Spectrochim, p.332,2007.

71. Пилипенко A.T., Пятницкая И.В. Аналитическая химия.- М.: Химия, 1990. Т. 1,2.

72. Берштейн И.Я., Каминский Ю.Л. Спектрофотометрический анализ в органической химии.-Л.: Химия, 1986.- 199 с.

73. Roeges, Noel P.G. A guide to the complete interpretation of infrared specter of organic structures. John Wiley & sons. Chichestes; New-York; Bristane; Toronto; Singapore, 1995. 340 p.

74. Чарыков A.K. Математическая обработка результатов химического анализа.- Л.: Химия, 1984.

75. Исакова О.П., Тарасевич Ю.Ю. , Юзюк Ю.И. Обработка и визуализация данных физических экспериментов с помощью пакета Origin. — М: Книжный дом «ЛИБКОМ», 2009. — 136 с.

76. Козлов В.К., Муратаева Г.А. Определение структурно-группового состава трансформаторного масла по его спектрам пропускания. Энергетика Татарстана,2010.-№ 1 (17). -с.З9-43.

77. Грачев Ю.П., Плаксин Ю.М. Математические методы планирования эксперимента.-М., 2005.- 296 с.

78. Федоров В.В. Теория оптимального эксперимента. М.: Наука, 1971.- 312с.

79. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 кн.: Кн.2: Физико-химические методы анализа: Учебн.для студ. Вузов.-З-е изд.,стереотип.-М.:Дрофа,2003.-384с.: ил.

80. Сборник распорядительных материалов по эксплуатации энергосистем. Электротехническая часть. Изд. 5-ое, перераб. и доп. Ч. 2, М.: СПО ОРГРЭС, 1992.

81. Благовидов И.Ф. Нефтяные масла и присадки к ним.- М.: Химия, 1970.422 с.

82. Кулиев A.M. Химия и технология присадок к маслам и топливам. Л.: Химия, 1985,312 с.

83. Быстрицкий Г.Ф., Кондратьев А.В.Методы регенерирования трансформаторного масла // Главный энергетик. 2008. - №5. - С. 15-23.

84. ГОСТ 10894-64. Нефтепродукты и продукты переработки твердых топлив.-М.:Госкомстандарт СССР : Изд-во стандартов, 1967. 644 с.

85. Применение микроколоночной ВЭЖХ для контроля ионола в трансформаторном масле. Рудаков О.Б., Фан Винь Тхинь/ Сорбционные и хроматографические процессы.2008. Т.8.Вым.1, стр.141.

86. Рудаков О.Б., Востров И.А., Федоров C.B., Филлипов A.A., Селеменев В.Ф., Приданцев A.A. Спутник хроматографиста. Методы жидкостной хроматографии. Воронеж: Водолей.2004.- 528 с.

87. Львов Ю.Н., Писарева H.A., Ланкау Я.В., Старостина А.К. Количественная оценка содержания фурановых веществ и присадки ионол в изоляционных маслах // Электрические станции. 1998. - № 1. - С. 59 - 60

88. Митрофанов Г.А., Мартынов А.Н., Михеев А.В, Тихонов C.B. Экспресс метод контроля состояния жидкой изоляции силовых электроаппаратов. Известия Вузов. Проблемы энергетики.- №11-12.- 2000.-С.32-35.

89. Козлов В.К., Гарифуллин М.Ш. Спектральный экспресс-анализ изоляционных масел. Казань: Казан, гос. энерг. ун-т, 2002, 111 с.

90. ОАО Стерлитамакский нефтехимический завод. Паспорт № 433/11. Присадка антиокислительная 4-метил-2,6-дитретичный бутилфенол (агидол-1) технический.ТУ 38.5901237-90 с изм.1-5.

91. Козлов В.К., Валиуллина Д.М., Муратаева Г.А. Определение антиокислительной присадки ионол в трансформаторном масле спектральным методом. Энергетика Татарстана, 2010.-№2(18). с.55-58.

92. Булатов М.И., Калинкин И.И. Практическое руководство по фотометрическим и спектрофотометрическим методам анализа, изд. 2-е, пер. и доп., 384 с.

93. Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4 35 кВ и 110-1150 кВ: учеб.-произв. изд.: в 6 т./ Е.Ф. Макаров. Т. 6. - М.: Энергия, 2006.- 614 с.

94. Брек Д. Цеолитовые молекулярные сита.- М.: Мир, 1976.

95. Маневич Л.О. Осушка масел цеолитами и дегазация.- М.: Энергия, 1980.169 с.