Введение к работе
Актуальность темы. С ростом напряжения и единичной мощности агрегатов резко возрастает ущерб, наносимый отказом электрооборудования.' Надежности оборудования всегда уделялось большое внимание. На ее повышение направлены такие меры как установка резервного оборудования, обеспечение запасов по особо ответственным параметрам, но в настоящее время наиболее перспективное направление обеспечения надежности электроэнергетического оборудования связывается с развитием автоматических систем непрерывного контроля и диагностики.
Развернувшееся у нас в стране в конце шестидесятых годов создание нового вида электрооборудования на основе высокопрочного газообразного диэлектрика - гексафторида серы, SF6 - получившего в России название "элегаз", инициировало исследования не только электротехнических проблем, но и комплекса вопросов физико-химического и- экологического обеспечения разработки, в том числе и вопросов диагностического контроля.
Для традиционного, маслонаполненного оборудования тенденция к продлению сроков эксплуатации также связывается с использованием методов физико-химической диагностики, установкой приборов контроля и средств диагностики развивающегося дефекта.
Все еще остается актуальной проблема замены трансформаторного масла экологически безопасными, менее горючими и более прочными изоляционными жидкостями. Неудачный опыт применения хлорсо-держащих соединений в качестве подобных заменителей показал, что нельзя оставлять без внимания исследование экологических проблем.
Поэтому, поиск путей обеспечения надежности, продления рабо-
тоспособности электрооборудования средствами диагностического контроля, определения степени его воздействия на природу, прогнозирования этого влияния в будущем - являются важнейшими научно-техническими задачами электротехники и электроэнергетики. Это определило.актуальность исследований, выполненных в данной диссертационной работе, и вызвало к жизни новую отрасль знания -физическую химию электротехнических аппаратов.
Цель работы состояла в повышении надежности и безопасности высоковольтного электрооборудования посредством решения комплекса физико-химических и экологических проблем при создании элегазово-го оборудования и физико-химических проблем диагностики маслона-полненного оборудования.
Идеология, объекты, методы и задачи исследования.
Только комплексное решение задач механики, теплотехники, газодинамики, электротехники, приборостроения, физической химии, санитарии и экологии может привести к созданию современного безаварийного, надежного, экологически чистого электротехнического аппарата и полноценной системы диагностического контроля его состояния в эксплуатации.
Поскольку санитария и экология электротехнических аппаратов связана в основном с химическими явлениями, то эти вопросы целесообразно рассматривать в рамках химических задач. Исследование физико-химического круга вопросов, характерных исключительно для электротехнического аппарата, вне зависимости от основной изоляционной среды составляет определенную последовательность: изучение свойств среды —> разработка методов анализа —* изучение особенностей энергетического воздействия на срезу —> использование полученных закономерностей. Эта последовательность формирует методологию новой отрасли знания, являющейся составной частью электротехнической науки - физической химии электротехнических аппаратов. Ее формирование происходило в ходе создания элегазово-го электротехнического оборудования в результате последовательного решения физико-химических проблем. Структура исследований в области физической химии электротехнических аппаратов представлена на рис. 1.
В данной работе исследования выполнялись применительно к электротехническим аппаратам и комплексам высокого напряжения с элегазовой, масло-барьерной и бумажно-масляной изоляцией. В пер-
вом случае результаты исследования особенностей взаимодействия элегаза с электрическими разрядами и материалами аппарата были использованы в полном объеме (как показано на рис.1 и в табл.2), а во втором - для маслонаполненных аппаратов - исследование энергетического воздействия на изоляционные жидкости направлено, главным образом, на разработку систем контроля и диагностики.
В работе широко использованы современные методы физической химии.
Достижение поставленных в диссертационной работе целей требовало решения следующих задач:
для вновь создаваемого элегазового оборудования - создания базы данных физико-химических параметров элегаза; разработки методов анализа как самого элегаза,так и сред, которые он может загрязнять; исследования химических превращений элегаза под действием разрядов и стойкости материалов к продуктам разложения элегаза; определения влияния примесей в элёгазе на работу электроаппаратов; разработки нормативов качества элегаза в электрооборудовании и способов их обеспечения; разработки элементов системы автоматического контроля элегазового оборудования; исследования возможности физико-химической диагностики; изучения вопросов санитарного и экологического обеспечения элегазовой электроэнергетики,
для маслонаполненного оборудования - создания аналитической и диагностической базы ранней диагностики повреждений трансформаторного оборудования; разработки методов непрерывного контроля
Энергетическое воздействие
Свойства изоляционной среды
Исследование особенностей взаимодействия среды с аппаратом
Методы анализа
і I
і Ї
і і
Конструирование аппарата
Нормирование и обеспечение нормативов
Контроль и диагностика
Санитария и экология
Рис.1. Структура исследований в области физической химии электротехнических аппаратов.
трансформаторного оборудования; исследования возможности замены трансформаторного масла на негорючие, экологически безопасные жидкие диэлектрики; исследования принципиальной возможности диаг-носцирования состояния изоляции конденсаторного оборудования.
Научная новизна работы
Заложены основы новой отрасли знания - физической химии электротехнических аппаратов - являющейся неотъемлемой составной частью широкого комплекса исследований при создании электротехнических устройств.
Методология этой новой отрасли электротехники состоит:
в изучении свойств изоляционной среды,
в выборе методов анализа,
в исследовании особенностей взаимодействия изоляционной среды с другими частями (материалами) аппарата и с энергетическими воздействиями, характерными для данного типа аппарата,
в формировании нормативных параметров изоляционной среды,
в разработке физико-химических методов обеспечения и контроля нормируемых значений,
в разработке технических требований на производство электротехнического устройства,
в разра^тке методов и приборов диагностики,
- в решении санитарных и экологических проблем.
Практическая значимость работы
1. Выполнен полный комплекс физико-химических исследований
для создания нового вида надежного электротехнического оборудова
ния - элегазовых КРУ, отдельно стоящих аппаратов и шинопроводов -
что положило начало производству и широкому внедрению этого
оборудования в электроэнергетику страны.
Создана область физико-химических знаний для проектирования и эксплуатации новых типов элегазовых электротехнических аппаратов и элегазовых энергетических комплексов.
2. Для традиционного, маслонаполненного оборудования выпол
нены исследования в направлении разработки методов анализа, изу
чения особенностей взаимодействия изоляционных жидкостей с элек
трическими, тепловыми и кавитационными воздействиями и разработки
методов физико-химической диагностики, что позволило создать на
дежную систему диагностического контроля трансформаторного обору
дования и конденсаторов.
Основные положения.выносимые на зашиту
-
Формирование новой отрасли знания в рамках электротехнической науки - физической химии электротехнических аппаратов, определяющей в соответствии с методологией последовательное решение научных вопросов физической химии для создания и эксплуатации электротехнического оборудования.
-
Разработка комплекса методов химического и физико-химического анализа элегаза и изоляционных жидкостей, обеспечившего научные исследования при создании элегазовых аппаратов и экологический и диагностический контроль в эксплуатации элегазового и маслонаполненного оборудования.
-
Исследование химизма разложения элегаза в электротехнических аппаратах под действием электрических воздействий и на этой основе - решение материаловедческой задачи конструирования элегазовых аппаратов и разработка физико-химической диагностики элегазового оборудования.
-
Разработка комплексной системы обеспечения качества элегаза в оборудовании - непременное условие высокой надежности элегазового аппарата в условиях эксплуатации - включающей научно обоснованные нормативы качества элегаза, технические требования на все стадии производства, методы контроля нормативных параметров и порядок их применения.
-
Создание лабораторного комплекса физико-химической диагностики трансформаторного оборудования для широкого контроля маслонаполненного оборудования в эксплуатации.
-
Разработка теоретических основ создания прибора непрерывного контроля уровня горючих газов в трансформаторном оборудовании, в основе которого лежит принцип диффузионной экстракции через полимерную проницаемую мембрану, разработка методики расчета я получение исходных данных для расчета основных его узлов.
-
Изучение разложения изоляционных жидкостей под действием <авитации, инициируемой ультразвуковым полем, и разработка на этой основе нового метода определения газостойкости изоляционных шдкостей,в качестве критериев использующего протяженность инкубационного периода и скорость образования газообразных компонентов.
-
Принцип хроматографической диагностики силовых конденсаторов и на его основе - метод отбраковки потенциально ненадежных імпульсних конденсаторов.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты работы были представлены на следующих научных совещаниях, конференциях и симпозиумах: 2 Всесоюзный симпозиум по химии неорганических фторидов, Москва,1970 г.; Всесоюзная научно-техническая конференция "Ленинский план электрификации СССР в действии",Москва, 1981 г.; научно-техническая конференция ВЭИ, Москва, 1984 г.; Всесоюзная конференция "Создание комплексов электротехнического оборудования высоковольтной, преобразовательной и сильноточной техники", Москва,1986 г.; Всесоюзное совещание "Состояние и перспективы развития электрической изоляции",Свердловск,1987 г.; Симпозиум СИГРЭ, Вена,1987 г.; 3 Международная конференция по свойствам и применению диэлектрических материалов, Токио, 1991 г.; 6 Международная конференция по диэлектрическим материалам, измерениям и применению, Манчестер,1992 г.
Публикации. По материалам работы опубликовано около 50 статей и тезизов докладов на научных конференциях и симпозиумах, получено 3 авторских свидетельства на изобретение.
Физико-химические проблемы создания элегазового оборудования изложены автором в книге "Элегазовое высоковольтное оборудование", подготовленной к публикации в ЭНЕРГОАТОМИЗДАТе.
Работа защищается в форме научного доклада.