Содержание к диссертации
Название. Стр.
Введение. 4
Глава 1. Литературный обзор. Старение изоляции силового
энергетического оборудования и его повреждаемость. 6
-
Повреждаемость силовых трансформаторов, характер аварийных ситуаций, их основные причины. 6
-
Современные методы оценки ресурса бумажной изоляции силовых трансформаторов электростанций и подстанций. 11
-
Отбор пробы как следствие условий эксплуатации бумажной изоляции силовых трансформаторов. 15
-
Деградация бумажной изоляции, как совокупность физико-химических процессов в условиях эксплуатации. 18
-
Методы определения молекулярно-массовых характеристик целлюлозы. 22
-
Вязкостные характеристики бумажной изоляции силовых трансформаторов. 25
-
Определение характеристической вязкости и степени полимеризации бумажной изоляции силовых трансформаторов. 26
-
Ресурсные характеристики изоляции. 29
-
Оценка ресурса изоляции по изменению степени полимеризации. 29
1.10. Постановка задачи. 32
Глава 2. Экспериментальная часть. 33
2.1. Определение степени полимеризации бумажной изоляции
силовых трансформаторов. 33
-
Методика получения и регенерации растворов кадмийэтилендиаминового комплекса, применяемых для определения степени полимеризации бумажной изоляции силовых трансформаторов. 34
-
Методика определения степени полимеризации
бумажной изоляции силовых трансформаторов. 40
-
Фракционирование электроизоляционных бумаг. 48
-
Стандартные аналитические методы для оценки состояния бумажной изоляции силовых трансформаторов. 49
-
Эксперименты с применением ионизирующего излучения. 49
-
Источники излучения и дозиметрия. 49
-
Радиационно-тепловая обработка бумажно-масляной изоляции. 51
Глава 3. Методические особенности определения степени
полимеризации. 52
-
Особенности подготовки пробы целлюлозной изоляции к анализу. 53
-
Выбор стандартного растворителя целлюлозы и методические особенности его синтеза. 55
-
Методические особенности определения степени полимеризации бумажной изоляции силовых трансформаторов. 62
-
Моделирование процессов деструкции бумажной изоляции методами химии высоких энергий. 65
-
Особенности изменения степени полимеризации по
глубине намотки изоляции отводов и обмоток. 72
3.6. Отбор образца бумажной изоляции из силового
трансформатора. 77
Глава 4. Кинетика процессов деструкции витковой изоляции
Силовых трансформаторов. 79
-
Кинетическое уравнение деструкции изоляции обмоток силовых трансформаторов. 79
-
Прогнозирование остаточного ресурса изоляции обмоток силовых трансформаторов по ее состоянию. 86
-
Сравнительная оценка кинетических моделей изменения степени полимеризации изоляции. 91
-
Зона риска и аналитические признаки состояния
бумажной изоляции ниже предельно-допустимого. 94
Выводы. 98
Приложение. 99
Список литературы. 102
Введение к работе
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 110-500 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 35-40 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.
