Деструкция бумажной изоляции силовых трансформаторов в эксплуатации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат технических наук Бондарева, Вера Николаевна

• Бондарева, Вера Николаевна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бондарева, Вера Николаевна

Название. Стр.

Введение.

Глава 1. Литературный обзор. Старение изоляции силового энергетического оборудования и его повреждаемость.

1.1. Повреждаемость силовых трансформаторов, характер аварийных ситуаций, их основные причины.

1.2. Современные методы оценки ресурса бумажной изоляции силовых трансформаторов электростанций и подстанций.

1.3. Отбор пробы как следствие условий эксплуатации бумажной изоляции силовых трансформаторов.

1.4. Деградация бумажной изоляции, как совокупность физико-химических процессов в условиях эксплуатации.

1.5. Методы определения молекулярно-массовых характеристик целлюлозы.

1.6. Вязкостные характеристики бумажной изоляции силовых трансформаторов.

1.7. Определение характеристической вязкости и степени полимеризации бумажной изоляции силовых трансформаторов.

1.8. Ресурсные характеристики изоляции.

1.9. Оценка ресурса изоляции по изменению степени полимеризации.

1.10. Постановка задачи.

Глава 2. Экспериментальная часть.

2.1. Определение степени полимеризации бумажной изоляции силовых трансформаторов.

2.1.1. Методика получения и регенерации растворов кадмийэтилендиаминового комплекса, применяемых для определения степени полимеризации бумажной изоляции силовых трансформаторов.

2.1.2. Методика определения степени полимеризации бумажной изоляции силовых трансформаторов.

2.2. Фракционирование электроизоляционных бумаг.

2.3. Стандартные аналитические методы для оценки состояния бумажной изоляции силовых трансформаторов.

2.4. Эксперименты с применением ионизирующего излучения.

2.4.1. Источники излучения и дозиметрия.

2.4.2. Радиационно-тепловая обработка бумажно-масляной изоляции.

Глава 3. Методические особенности определения степени полимеризации.

3.1. Особенности подготовки пробы целлюлозной изоляции к анализу.

3.2. Выбор стандартного растворителя целлюлозы и методические особенности его синтеза.

3.3. Методические особенности определения степени полимеризации бумажной изоляции силовых трансформаторов.

3.4. Моделирование процессов деструкции бумажной изоляции методами химии высоких энергий.

3.5. Особенности изменения степени полимеризации по глубине намотки изоляции отводов и обмоток.

3.6. Отбор образца бумажной изоляции из силового трансформатора.

Глава 4. Кинетика процессов деструкции витковой изоляции

Силовых трансформаторов.

4.1. Кинетическое уравнение деструкции изоляции обмоток силовых трансформаторов.

4.2. Прогнозирование остаточного ресурса изоляции обмоток силовых трансформаторов по ее состоянию.

4.3. Сравнительная оценка кинетических моделей изменения степени полимеризации изоляции.

4.4. Зона риска и аналитические признаки состояния бумажной изоляции ниже предельно-допустимого.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Деструкция бумажной изоляции силовых трансформаторов в эксплуатации»

В настоящее время значительная доля парка силовых трансформаторов, эксплуатируемых на энергопредприятиях России, отработала установленный ГОСТ 11677-85 минимальный срок службы 25 лет [1]. На тепловых и гидравлических электростанциях доля такого оборудования напряжением 110500 кВ мощностью 63 МВ*А и выше составляет примерно 50 %, а для аналогичного парка силовых трансформаторов и автотрансформаторов, эксплуатируемых на предприятиях электрических сетей, - 32 % [2].

Режимы работы блочных и сетевых трансформаторов существенно различаются по: нагрузке; токам короткого замыкания; участию в регулировании частоты и активной мощности [3].

Выход из строя отдельного крупного сетевого трансформатора, как правило, не сопровождается недоотпуском электроэнергии потребителям ввиду наличия резерва трансформаторной мощности, резервных узлов и линий питания в энергосистеме.

Последствия повреждения блочных трансформаторов значительно тяжелее, чем при повреждении сетевых трансформаторов, так как приводят к недовыработке электрической энергии электростанцией, простою оборудования энергоблока на время ремонта или замены трансформатора.

Кроме того, повреждение блочного трансформатора на ТЭЦ может сопровождаться недоотпуском тепловой энергии, а на гидростанции, например, приводит к снижению возможностей по регулированию частоты и активной мощности, покрытию пиковой части графика нагрузки энергосистем. Таким образом, повреждение блочного трансформатора означает упущенные возможности использования электростанции (упущенную выгоду).

При оценке состояния и остаточного ресурса блочных силовых трансформаторов могут быть использованы следующие допущения, справедливые для оценки потенциальной опасности технологических объектов

4,5]:

- возникновение всех видов опасностей одновременно не происходит;

- потенциальная опасность прогнозируется для наихудшего сценария развития событий, то есть в данном случае для условий прогнозирования максимальных последствий воздействия опасностей на экономические ресурсы и окружающую среду.

Здесь следует отметить, что в 2005 году постановлением правительства РФ силовые трансформаторы отнесены к первой группе опасности.

Самым потенциально опасным элементом силового трансформатора, наиболее подверженным развитию процессов старения и фактически определяющим его ресурс, является целлюлозная изоляция обмоток [6].

Деградация целлюлозной изоляции обмоток приводит к снижению механической прочности бумаги и развитию дегидратации, приводящей к местному увеличению концентрации влаги в твердой изоляции и снижению пробивного напряжения трансформаторного масла. Развитие процессов деградации целлюлозной изоляции в сочетании с возможным ослаблением механического закрепления обмотки ведет к возрастанию риска витковых замыканий и повреждению трансформатора при рабочем напряжении, а также при воздействии токов короткого замыкания, грозовых и коммутационных перенапряжений.

Анализ повреждаемости за последние пять лет блочных трансформаторов мощностью 63 МВ*А и более, напряжением 110-500 кВ со сроком эксплуатации более 25 лет показывает, что около 45 % общего числа их повреждений, сопровождающихся внутренними короткими замыканиями, связано с возникновением витковых замыканий при значительном износе изоляции.

При этом из имевших место случаев с внутренними КЗ 28 % сопровождались взрывами и пожарами трансформаторов [3], что приводило к негативным воздействиям на окружающую среду. При этом, последствия повреждения блочных трансформаторов значительно тяжелее, чем сетевых, так как приводят к недовыработке электрической энергии электростанцией, простою оборудования энергоблока на время ремонта или замены трансформатора, то есть к ущербу, включающему упущенные возможности использования электростанций (упущенную выгоду).

Тем не менее, повреждаемость при «возрасте» трансформаторов от 5 до 3540 лет остается стабильной и относительно невысокой - 0,66 % в год для блочных трансформаторов и 0,46 % в год для автотрансформаторов. Такое положение в большой степени определятся выполнением предписаний нормативно-технической документации РАО «ЕЭС России» по системе диагностического и ремонтного обслуживания силового трансформаторного оборудования, одним из важных элементом которой является оценка состояния изоляции обмоток силовых трансформаторов по степени полимеризации [7].

В связи с вышеизложенным, настоящая работа посвящена исследованию деструкции бумажной изоляции длительно эксплуатируемых силовых трансформаторов.

Заключение диссертации по теме «Экология», Бондарева, Вера Николаевна

выводы.

1. Отработаны методические приемы определения степени полимеризации бумажной изоляции силовых трансформаторов и предложены правила отбора проб.

2. Проведено моделирование процессов деструкции изоляции методами химии высоких энергий. Установлена взаимозависимость числа двойных перегибов и степени полимеризации бумажной изоляции, совпадающая с известным из опыта эксплуатации взаимным изменением прочности и степени полимеризации изоляции трансформаторов. В модельных экспериментах определены защитные характеристики масла по отношению к бумаге при действии частичных разрядов.

3. На основе данных эксплуатации предложено кинетическое уравнение деструкции бумажной изоляции обмоток силовых трансформаторов, а также определены константы скорости деструкции.

4. По данным эксплуатации для наиболее опасных случаев предельного износа внутренних слоев изоляции установлено соотношение, связывающее степень полимеризации внутренних и наружных слоев целлюлозной изоляции обмоток. При этом граница зоны риска повреждения обмоток вследствие деградации изоляции определена при Pv = 400 у внешних слоев изоляции.

5. На основе допущений, принятых для оценки опасностей технологических объектов и данных эксплуатации, разработаны методологические аспекты прогнозирования остаточного ресурса изоляции блочных силовых трансформаторов. Приведены уравнения для расчета времени достижения изоляцией трансформатора в эксплуатации зоны риска и для расчета остаточного ресурса.

6. На основе проведенных испытаний изоляции обмоток длительно эксплуатируемых силовых трансформаторов показано, что достижение изоляцией обмоток степени полимеризации ниже 250, может сопровождаться резким ростом соотношения объемных концентраций СО2 и СО, растворенных в масле и «лавинной» дегидратацией, не прекращающимися после дегазации и осушки масла.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бондарева, Вера Николаевна, 2006 год

1. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия.

2. Ванин Б.В., Львов Ю.Н., Львов М.Ю. и др. Вопросы повышения надежности работы блочных трансформаторов. Электрические станции, 2003, № 7.

3. Алымов В.Т., Крапчатов В.П., Тарасова Н.П. Анализ техногенного риска. Москва: издательский дом «Круглый год», 2000.

4. Мешков А.В., Тарасова Н.П., Анохина Н.П. Методические аспекты анализа опасности химико-технологических объектов. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. Москва: ВИНИТИ, 1996, выпуск 9.

5. Мамиконянц Л.Г. О нормировании показателей для оценки износа изоляции обмоток силовых трансформаторов. Энергетик, 2003, № 7.

6. Лоханин А.К., Соколов В.В. Обеспечение работоспособности маслонаполненного высоковольтного оборудования после расчетного срока службы. Электро, 2002, № 1.

7. Львов М.Ю., Чичинский М.И., Львов Ю.Н., Ершов Б.Г., Комаров В.Б. Нормирование показателей для оценки износа изоляции обмоток силовых трансформаторов. Электрические станции, 2002, № 7.

8. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло. Москва: Энергоатомиздат, 1983.

9. Осотов В.Н., Рушинский В.Н., Смыслов В.П., Ульянов A.M. Оценка механического состояния обмоток крупных силовых трансформаторов без их разборки. Электрические станции, 2003, № 6.

10. Байклз Н., Сегал Л. Целлюлоза и ее производные. Москва: Мир, 1974, тома 1, 2.

11. Комаров В.Б., Ершов Б.Г., Самуйлова С.Д. Радиационно-термическая деструкция целлюлозы. Cellulose chemistry and technology, 1987, v. 21.

12. Веверис A.H., Иоелович И.Е. Рентгенографическое определение индекса кристалличности целлюлозы. Химия древесины, 1983, № 2.

13. РД 34.45-51.300-97. Объем и нормы испытаний электрооборудования. Москва: Энас, 1998.

14. Алексеев Б.А. Обследование состояния силовых трансформаторов. СИГРЭ2002. Электрические станции, 2003, № 6.

15. Алексеев Б.А. Продление срока службы силовых трансформаторов. Новые виды трансформаторного оборудования. СИГРЭ-2002. Электрические станции,2003, № 7.

16. Ванин Б.В., Львов Ю.Н., Львов М.Ю., Комаров В.Б., Ершов Б.Г. Методологическое обеспечение оценки технического состояния силовых трансформаторов. Вестник ВНИИЭ, 2004.

17. Лизунов С.Д., Лоханин А.К. (под редакцией). Силовые трансформаторы. Справочная книга. Москва: Энергоатомиздат, 2004.

18. Experimental Determination of Power Transformers Hot-Spot Faktor. CIGRE WG 12.09. Electra, 1995, №161.

19. Ванин Б.В., Львов Ю.Н., Львов М.Ю., Шифрин Л.Н. Эксплуатация силовых трансформаторов при достижении предельно-допустимых показателей износа изоляции обмоток. Электрические станции, 2004, № 2.

20. РД 16.431-88. Трансформаторы силовые. Расчет электродинамической стойкости обмоток при коротком замыкании.

21. Слюсарев Н.М., Иоелович М.Я., Веверис Г.П. Влияние электрического поля на некоторые структурные характеристики целлюлозы. Химия древесины, 1980, №4.

22. Абранпальский И.Н., Шишко А.Н., Волкович О.М. и др. Влияние переменного магнитного поля на кислотный гидролиз целлюлозы. Тезисы докладов VI Всесоюзной конференции по физике и химии целлюлозы. Минск,1990.

23. Плотников О.В., Михайлов А.И., Раявее Э.Л. Исследование сверхмедленных молекулярных движений в целлюлозе методом ЭПР. Пластифицирующее действие воды. Высокомолекулярные соединения, 1977, том 19А, №11.

24. Ермоленко И.Н., Люблинер И.П., Гулько Н.В. Элементосодержащие угольные волокнистые материалы. Минск: Наука и техника, 1982.

25. Колено В.А., Зутикова З.Ф., Насырова З.С. Кинетические закономерности окисления целлюлозы азотной кислотой в среде хлорированных углеводородов. Тезисы докладов VI Всесоюзной конференции по физике и химии целлюлозы. Минск, 1990.

26. Yao Z.T., Saha Т.К. Separation of Ageing and moisture on transformer insulation degradation by polarization measurements, CIGRE-2002, 15-304.

27. Еремеева Т.Э., Быкова Т.О., Громов B.C. Элюционное поведение нитратов целлюлозы в ТГФ на силанизированном силикагеле в ТГФ при ЭЖХ. Химия древесины, 1988, № 5.

28. Комаров В.Б., Самуйлова С.Д., Кирсанова Л.С. и др. Получение нитроэфиров из облученной целлюлозы. Журнал прикладной химии, 1993, том 66, выпуск 2.

29. Соболев С.Е., Никитин В.М. Гельпроникающая хроматография нитратов целлюлозы на макропористых стеклах. Химия древесины, 1977, № 3.

30. Шатенштейн А.И., Вырский Ю.П., Правикова Н.А., Алиханов П.П., Жданова К.И., Изюмников A.JI. Практическое руководство по определению молекулярных весов и молекулярно-весового распределения полимеров. Москва Ленинград: Химия, 1964.

31. Чарлзби А. Ядерные излучения и полимеры. Москва, 1962.

32. МС ИСО 53512-81. Метод определения характеристической вязкости целлюлозы.

33. Стандарт МЭК 60-450. Метод определения степени полимеризации старых и новых электроизоляционных бумаг.

34. ГОСТ 25438-82. Целлюлоза для химической переработки. Методы определения характеристической вязкости.

35. Стандарт Scan-C1662, Paperi ja Puu, 44, № 11, 582 (1962).

36. Стандарт Scan-C1562, Paperi ja Puu, 44, № 11, 582 (1962).

37. Белашева Т.П., Буткова H.T. и др. Под редакцией Дибровы А.К., Матвеева B.C. Аналитический контроль производства искусственных волокон. Москва: Химия, 1986.

38. Ирклей В.М., Гайхман А.Ш. Фазовые переходы при мерсеризации и распределении щелочи в щелочной целлюлозе. Химические волокна, 1988, № 1.

39. Никитин В.М., Оболенская А.В., Щеголев В.П., Аким Г.Л., Аким Э.Л., Коссович Н.Л., Емельянова И.З. (под редакцией). Практические работы по химии древесины и целлюлозы. Москва: Лесная промышленность, 1965.

40. Долин А.П., Крайнов В.К., Смекалов В.В., Шамко В.Н. Повреждаемость, оценка состояния и ремонт силовых трансформаторов. Электро, 2001, № 7.

41. Smekalov V.V, Dolin А.Р, Pershina N.F. Condition assessment and life time extension of power transformers. Session SIGRE-2002, 12-102.

42. Голова О.П., Крылова Р.Г., Николаева И.И. О механизме термического распада целлюлозы в вакууме. II. Торможение процесса термического распада целлюлозы. Высокомолекулярные соединения, 1959, том 1, № 9.

43. Дмитриева О.А., Потапова Н.П., Шарков В.И. Сравнительное исследование надмолекулярной структуры хлопковой целлюлозы методами термического и гидролитического воздействия. Журнал прикладной химии, 1964, том 37, № 7.

44. Ершов Б.Г., Комаров В.Б. Деструкция целлюлозы при последовательной тепловой и радиационной обработке. Высокомолекулярные соединения, 1985, том 27Б, № 2.

45. Ершов Б.Г., Комаров В.Б., Самуйлова С.Д. Радиационная и термическая деструкция целлюлозы. Высокомолекулярные соединения, 1985, том 27Б, № 6.

46. Kawamura Т., Fushimi Y., Shimato Т., Amano N., Ebisawa Y., Hosokawa N. Improvement in maintenance and inspection and pursuit of economical effectiveness of transformers in Japan. CIGRE-2002, 12-107.

47. Львов М.Ю., Львов Ю.Н., Бондарева B.H., Селиверстов А.Ф., Ершов Б.Г., Рубцов А.В. Старение целлюлозной изоляции обмоток силовых трансформаторов в процессе эксплуатации. Электрические станции, 2004, № 10.

48. Болотникова Л.С., Данилов С.Н., Самсонова Т.И. Метод определения вязкости и степени полимеризации целлюлозы. Журнал прикладной химии, 1966, том 39, № 1.

49. Костикова Е.Б., Могилевский Е.М., Гинзбург М.А. Исследование полидисперсности целлюлозы методом дробного осаждения в кадмийэтилендиаминовом комплексе. Химические волокна, 1968, № 6.

50. СО 34.46-303-98 (РД 34.46.303-98). Методические указания по подготовке и проведению хроматографического анализа газов, растворенных в масле силовых трансформаторов.

51. РД 34.43.107-95. Методические указания по определению содержания воды и воздуха в трансформаторном масле.

52. ГОСТ 645645-89. Бумага кабельная для изоляции кабелей на напряжение от 110 до 500 кВ. Технические условия.

53. Шашина Т.П. (под редакцией). Сборник стандартов «Целлюлоза и другие полуфабрикаты бумажного производства». Москва, 1969.

54. Seifert К. Uber ein noues Verfahren zur Schnellbestimmung der Rein-Cellulose. Das Papier, Ig. 10, H. 13/14,1956.

55. ГОСТ 16932-93. Целлюлоза. Определение содержания сухого вещества.

56. Котельникова Н.Е., Петропавловский Г.А. Механизм растворения лигноуглеводных комплексов древесины в кадоксене. Всесоюзная конференция «Химия и реакционная способность целлюлозы и ее производных. Кинетика и механизм». Чолпон-Ата, 1991.

57. Комаров В.Б., Львов М.Ю., Львов Ю.Н., Ершов Б.Г., Бондарева В.Н., Рубцов А.В., Селиверстов А.Ф. О регенерации целлюлозной изоляции обмоток силовых трансформаторов с длительным сроком эксплуатации. Электрические станции, 2004, № 6.

58. Мельников Г.Г. и др. Концентрационная зависимость вязкости растворов полиуглеводов. VI Всесоюзная конференция по физике и химии целлюлозы. Минск, 1990.

59. Львов М.Ю., Комаров В.Б. Деградация изоляции обмоток силовых трансформаторов при длительной эксплуатации. Новое в Российской электроэнергетике, 2002, № 3.

60. Кучинский Г.С. Частичные разряды в высоковольтных конструкциях. Ленинград: Энергия, 1979.

61. Ершов Б.Г., Комаров В.Б., Самуйлова С.Д. Радиационная химия целлюлозы. 2. Радиационно-термическая деструкция целлюлозы. Cellulose chemistry and technology, 1987, v. 31.

62. Комаров В.Б., Ершов Б.Г. и др. Использование энергии ионизирующих излучений в производстве съедобных дереворазрушающих грибов. Экологические системы и приборы, 2000, № 9.

63. F-06 (Швейцария). Оценка степени полимеризации бумаги в старых трансформаторах. XIV Международный симпозиум по технике высоких напряжений. Пекин, 2005.

64. Грасси Н. Химия процессов деструкции полимеров. Москва: Иностранная литература, 1959.

65. Киреев В.А. Курс физической химии. Москва: Химия, 1975.

66. Комаров В.Б., Гордеев А.В, Самуйлова С.Д. и др. Радиационно-термическая деструкция целлюлозы при облучении ускоренными электронами. Химия высоких энергий, 1999, том 33, № 3.

67. L'vov M.Yu., Chichinsky M.I., L'vov Yu.N., Ershov B.G., Komarov V.B. Rated indices for evaluating the winding insulation wear of power transformers. Power technology and engineering, 2002, v. 36, № 5.

68. Molmann A., Pahlavanpour B. New guidelines for interpretation of dissolved gas analisys in oil-filled transformers. Electra, 1999, № 186.

69. Комаров В.Б., Львов М.Ю., Львов Ю.Н., Ершов Б.Г., Бондарева В.Н., Рубцов А.В., Селиверстов А.Ф. О регенерации целлюлозной изоляции обмоток силовых трансформаторов с длительными сроками эксплуатации. Электрические станции, 2004, № 6.

70. Предельно-допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования ГН 2.15.689-98. Гигиенические нормативы. Издание официальное, Минздрав России. Москва, 1998.

71. Тарасова Н.П., Малков А.В., Гусев Т.В. Охрана окружающей среды от промышленных загрязнений. Учебное пособие. Москва, 1997.