2.4 Оцінка ступеню старіння ізоляції обмоток силових трансформаторів по вимірюванню ступеня полімерізації.
Шостим виданням РД 34.45-51.300-97 для оцінки стану паперової ізоляції обмоток силових трансформаторів передбачено вимірювання ступеню полімерізації її зразків. При цьому вказано, що ресурс папе-рової ізоляції обмоток вважається вичерпаним при зниженні ступеню полімерізації паперу до 250 одиниць.
Для оцінки зносу паперової ізоляції ступінь полімерізації є досить об’єктивним показником. При цьому зниження ступеню полімерізації паперової ізоляції має монотонну залежність на протязі усього строку експлуатації, що зумовлює високу діагностичну цінність даного показника.
Як відомо, теплове старіння паперу при відсутності інших зов-нішніх впливів практично не змінює її короткочасну електричну стій-кість. Проте в реальних умовах експлуатації водночас з нагрівом ізоляції вона підлягає також впливу механічних зусиль, особливо під час корот-ких замикань. Тому зниження механічної стійкості паперу в результаті теплового старіння завжди призводить до механічного ушкодження ізо-ляції та вже, як наслідок, до електричного пробою.
Умови роботи виткової чи бар’єрної ізоляції, з точки зору три-ваючих у ній фізико-хімічних процесів, істотно розрізняються . Так, для бар’єрної ізоляції, температура якої не перевищує 90° С, найбільш ха-рактерним в процесі старіння є кислотний алкоголіз (гідроліз) під дією карбоксілмісткого сполучення, що утворюється під час окислення масла. Цей процес може бути підсилений зольними елементами, які містяться в паперовій ізоляції. Температура найбільш нагрітої точки виткової ізо-ляції в процесі експлуатації трансформатора може перевищувати 90° С і тоді істотно зростають процеси понадповільних молекулярних коливань полімеру, які підсилюють алкоголіз у аморфних і мезоморфних областях і призводять до деструкції в кристалічній частині целюлози за рахунок дифузії радикальних станів шляхом переносу їх на макромолекули сусід-нього полімерного кола, а також до реалізації дефектів у макро-молекулах, які викликані утворенням карбонильних і карбоксильних груп. За даними довідника “Трансформаторное масло” (під редакцією Шахновича) гранична температура розвитку деструктивного процесу, що визначається по точці перегину Арренісоуської залежності, складає 110° С. Таким чином, залежність вміщеного в трансформатор зразку це-люлозної ізоляції в відношенні досягнутого рівня деструкіції ізоляції не забезпечується в повній мірі, оскільки такі зразки, доступні для аналізу, розташовані в баку трансформатора в умовах, не відповідаючих най-більш нагрітій зоні.
Різниця між бар’єрною та витковою ізодяцією у фізико-хімічних процесах старіння полягає також у істотно більшому впливі фізико-хімічних факторів на виткову ізоляцію внаслідок її більш розвинутої поверхні, меншій кількості компонентів, що інгибирують деструктивні процеси, істотно меншого ступеня полімерізації та механічної стійкості. У тому ж разі, морфологія целюлози в обох видах ізоляції, мабуть, однакова, оскільки в існуючих виробництвах індекс кристаличної древесної целюлози промислових разновидів розрізняється незначно й складає 73±2%.
Для об’єктивного оцінювання стану ізоляції трансформатора необхідно проводити вимірювання ступеню полімерізації зразку виткової ізоляції. Взяття проби зразку може бути виконано на вимкненому трансформаторі як під час капітального ремонту, так і під час підливу масла крізь люки. З зовнішньої сторони обмотки вирізається зразок масою 3 – 5 грам,. Після чого чиниться підмотка ізоляції висушеною лакотканиною або папером. Зразок паперової ізоляції повинен бути взятим із найбільш нагрітого місця в одній із верхніх котушок. Дамо з цього приводу деякі пояснення.
Керівництво по навантажувальній можливості трансформаторів МЕК пропонує наступну теоретичну модель:
- температура масла, що оточує обмотку, лінійно зростає по висоті обмотки від значення Тн навпроти верхньої частини обмотки;
- температура провідників обмотки зростає по її висоті також лінійно, слідуючи за температурою масла з перевищенням на постійну величину t, яка визначається за тепловим потоком від обмотки в масло з урахуванням теплової провідності ізоляції обмотки;
- температура Тндорівнює температурі, з якою масло приходить із охолоджувача;
- для верху обмотки, враховуючи додаткові втрати, наприклад, від віхорових втрат, МЕК визначає дещо підвищене значення температури провідників над маслом у вигляді yt, де коефіцієнт y більший за одиницю;
Така модель є дуже приблизною, але під час її реального застосування дає достатню точність. У «ВНИИЭ» розроблено більш детальну методику для оцінки ступеню старіння (полімерізації) ізоляції. Не приводячи усіх викладок, розглянемо тільки загальні висновки цієї роботи. По-перше, знос виткової ізоляції в процесі роботи трансформатора значно вищий, ніж бар’єрної. По-друге, масло в вертикальних каналах проти верхніх котушок обмоток має більш високу температуру плавлення, ніж верхні шари масла в трансформаторі. По-третє, для оцінки стану паперової ізоляції обмоток трансформатора необхідно проводити вимірювання ступеню полімерізації зразку виткової ізоляції, що береться з верхніх котушок обмотки. І останнє: зразки паперової ізоляції, закладені в верхньому шарі масла трансформатора, не є цінними з точки зору зносу виткової ізоляції обмоток.
2.5 Оцінювання розвитку іонізаційних процесів в ізоляції силових трансформаторів методом вимірювання часткових розрядів(ЧР).
Для відшукання іонізаційних процесів в ізоляції силових транс- форматорів під час їх експлуатації останнім часом роблять спроби ви-користати метод ЧР для оцінки бездефектного стану при виготовленні трансформаторів , бо він має статистичний розподіл при розвитку дефектів у процесі їх експлуатації.
Аналіз результатів вимірювання ЧР у режимі моніторінгу демонструє, що, на відміну від, наприклад, ХАРГ, концентрації яких зростають монотонно під час послідовного розвитку дефекта, який має відповідні ознаки, динаміка зростання величини уявного заряду ЧР такою монотонністю не володіє. Уривчатість у часі процесу часткових розрядів супроводжується значними відмінами значень їх інтенсивності.
Також відомо, що ЧР, які з’являються в різних місцях по довжині обмотки трансформатора, призводять до різноманітних деструктивних значень величини уявного заряду внаслідок згасання сигналу при його проходженні по обмотці. Таким чином, наявність випадкової діагностичної цінності ознак, які отримуються при вимірюванні ЧР, стає на перешкоді нормованих граничних значень, а виміряні ЧР малої інтенсивності не можуть бути використані як ознака, об’єктивно демонструюча стан устаткування.
Одним із перспективних напрямків розвитку застосування даного методу є безперервний контроль характеристик ЧР для індикації передпробивних процесів із метою вдосконалення захисту. Взагалі діагностика методом ЧР є ефективним засобом вияву не тільки ЧР ув ізоляційних конструкціях трансформатора, але й у будь-яких інших деталях, якщо в останніх мають місце процеси іскрування (поява короткозамкнених контурів, порушення в схемі заземлення, погані контакти та ін.). Разом з тим ідентифікація ЧР ув обладнанні супроводжується щонайменше двома проблемами: розрізнюванням із зовнішними перешкодами й виявленням джерел внутрішнього шуму.
Вимір (ЧР) дозволяє одержати одну з найважливіших характеристик ізоляційних систем трансформаторів. При цьому ефект ЧР характеризується трьома показниками: хімічним, що проявляється в появі розчинених газів, електромагнітним і акустичним. Чутливість методу розчинених газів залежить від часу ЧР, що для контрольних вимірів звичайно велика, і чутливість методу при цьому висока. Однак при виникненні ЧР на початку (часи) чутливість мала, якщо ЧР не дуже великі. Для випадків, коли чутливість цього методу недостатня, повинні застосовуватися інші методи. Так, за допомогою вимірів у високочастотному діапазоні визначаються ЧР в зазорах і на поверхні ізоляційних конструкцій, коронний розряд з гострих крайок і кутів, іскровий і дуговий розряди між елементами конструкції трансформатора та ін. При цьому тільки даним методом можна визначити ЧР у внутрішніх замкнутих порожнинах трансформатора.
Перешкоди при вимірюванні ЧР, що викликані наявністю значних внутрішніх та зовнішніх завад одного рівня з корисним сигналом, труднощі з інтерпретацією результатів вимірювань і визначення місця ЧР у значній мірі знижуються при використанні акустичних методів контролю ЧР.
Дефектами, які виявляються акустичними датчиками, звичайно є слідуючі:
- обрив шин заземлення активної частини або електростатичних екранів;
- порушення кріплення екранів ввода трансформатора;
- порушення ізоляції пресуючих обмотку гвинтів, замикання активної частини на бак;
- пошкодження контактів РПН, а також порушення з’єднань між частинами відбирача та інші.
Тому розробка і впровадження акустичних датчиків є і зараз задачею досить актуальною.
2.6 Діагностика дефектів трансформаторного обладнання за допомогою ультразвукових локаторів.
Діагностика за допомогою ультразвуку дозволяє виявити компоненти з порушеною ізоляцією в розподільному обладнанні та взагалі в обладнанні, що знаходиться під напругою, в тому числі трансформаторному. Ультразвукова технологія зручна для тестування устаткування на відкритих підстанціях та повітряних лініях електропередачі. Можлива також перевірка закритих пристроїв. Аналіз спектру ультразвукового сигналу дозволяє проводити відділення потрібного звуку від ультразвуку з загальної полоси шумів, яка містить звуки з інших джерел ув апаратурі.