Способ контроля технического состояния высоковольтного маслонаполненного электроэнергетического оборудования

Изобретение относится к дистанционному контролю технического состояния высоковольтного маслонаполненного электроэнергетического оборудования (МЭО), в частности силовых маслонаполненных трансформаторов, находящегося под напряжением, и предназначено для создания диагностических информационно-измерительных комплексов контроля технического состояния такого оборудования. Для выявления дефектов разрядно-дугового характера определяют коэффициент пропускания Т₈₇₅ на длине волны 875 нм и уменьшение коэффициента пропускания Т₈₇₅ во времени, а для выявления дефектов термического характера определяют относительный коэффициент пропускания по формуле , где Т₆₀₀ - коэффициент пропускания на длине волны 600 нм; T₈₅₀ - коэффициент пропускания на длине волны 850 нм, и уменьшение относительного коэффициента пропускания во времени. Изобретение позволяет оперативно выявлять дефекты в МЭО с минимальными трудозатратами. 2 ил.

 

Изобретение относится к способам дистанционного контроля технического состояния элементов высоковольтного маслонаполненного электроэнергетического оборудования (например, силовых трансформаторов), находящихся под рабочим напряжением, и предназначено для создания диагностических информационно-измерительных комплексов контроля технического состояния такого оборудования.

Известен способ контроля технического состояния высоковольтного маслонаполненного электроэнергетического оборудования согласно РД 153-34.0-46.302-00 «Методические указания по диагностике развивающихся дефектов трансформаторного оборудования по результатам хроматографического анализа газов, растворенных в масле», Москва, АО ВНИИЭ, 2001, взятый за прототип, в соответствии с которым осуществляют хроматографический анализ растворенных в изоляционном масле газов с определением следующих характерных газов: водорода (Н2), метана (СН4), ацетилена (С2Н2), этилена (С2Н4), этана (С2Н6), оксида углерода (СО) и диоксида углерода (СО2).

Для диагностики развивающихся дефектов в силовых трансформаторах используют следующие основные критерии:

критерий граничных концентраций;

критерий скорости нарастания газов;

критерий отношения пар характерных газов.

Получаемые по отношению концентраций газов признаки имеют достаточно условную диагностическую ценность, так как они ориентированы на определение характера развивающегося дефекта после превышения установленных граничных концентраций хотя бы у одного углеводородного газа или водорода.

Основными недостатками данного способа являются большая трудоемкость и высокая стоимость проведения исследования. Кроме того, очень сложно организовать непрерывный мониторинг растворенных газов на работающем электрооборудовании.

Из уровня техники известен способ контроля состояния технического состояния маслонаполненного электроэнергетического оборудования, заключающийся в определении спектральных характеристик образца масла, а именно коэффициентов пропускания на длинах волн в диапазоне 400-1000 нм, по которым судят о степени старения масла (патент РФ на изобретение №2402754, МПК G01N 21/27, 27.10.2010).

Основным недостатком данного изобретения является невозможность идентификации типа развивающегося дефекта в маслонаполненном оборудовании: разрядно-дугового или термического характера.

Кроме того, в известном способе построение касательной к кривой спектра пропускания проводится субъективным способом на основе визуального анализа спектра. В связи с этим для одной и той же спектральной характеристики возможно построение семейства касательных с различными углами наклона и с различными длинами волн отсечки. Для некоторых типов масел на наклонной части спектра пропускания имеется область перегиба, которую необходимо избегать при построении касательных. В связи с этим имеется неопределенность в алгоритме определения угла тангенса наклона касательной и длины волны отсечки, что снижает точность контроля технического состояния высоковольтного маслонаполненного электроэнергетического оборудования.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей способа за счет обеспечения возможности выявления дефектов разрядно-дугового и термического характера и повышение точности контроля технического состояния высоковольтного маслонаполненного электроэнергетического оборудования.

Технический результат достигается тем, что в способе контроля технического состояния высоковольтного маслонаполненного электроэнергетического оборудования, находящегося под рабочим напряжением, заключающемся в анализе образца изоляционного масла из оборудования, при этом анализ осуществляют методом оптической спектроскопии путем измерения коэффициентов пропускания изоляционного масла на длинах волн в диапазоне 400-1000 нм и определения уменьшения этих коэффициентов пропускания во времени, согласно заявляемому изобретению для выявления дефектов разрядно-дугового характера определяют коэффициент пропускания T₈₇₅ на длине волны 875 нм и уменьшение коэффициента пропускания T₈₇₅ во времени, а для выявления дефектов термического характера определяют относительный коэффициент пропускания по формуле

где

T₆₀₀ - коэффициент пропускания на длине волны 600 нм;

T₈₅₀ - коэффициент пропускания на длине волны 850 нм,

и уменьшение относительного коэффициента пропускания во времени.

Предлагаемый способ контроля технического состояния высоковольтного маслонаполненного электрооборудования заключается в измерении коэффициентов пропускания изоляционного масла на длинах волн в диапазоне 400-1000 нм с помощью спектрофотометра, работающего в данном спектральном диапазоне, и определении уменьшения этих коэффициентов пропускания во времени.

Дефекты высоковольтного маслонаполненного электроэнергетического оборудования первого рода - разрядно-дугового характера (электрические разряды и дуговые процессы) - приводят к накоплению в изоляционном масле продуктов «горения» масла, имеющих относительно крупные размеры. В результате этого происходит уменьшение коэффициентов пропускания Т изоляционного масла во всем диапазоне длин волн. Для оценки интенсивности разрядных процессов наиболее удобно использовать диапазон 800-900 нм, поскольку в этом спектральном диапазоне поглощение обусловлено только продуктами горения масла. Для описания изобретения далее будем использовать длину волны 875 нм, находящуюся внутри указанного спектрального диапазона. Оценка производится по величине коэффициента пропускания T₈₇₅. Для изоляционного масла из электрооборудования без дефектов разрядно-дугового характера значение коэффициента пропускания T₈₇₅>0,9 (при длине кюветы с маслом - длине оптического пути, равном 25 мм).

Дефекты высоковольтного маслонаполненного электрооборудования второго рода - термического характера - приводят к накоплению в изоляционном масле продуктов окисления, приводящих к смещению границы пропускания оптического излучения в длинноволновую область. Для определения уровня дефектов термического характера наиболее удобно использовать относительные коэффициенты пропускания изоляционного масла в диапазоне 550-650 нм. Для описания изобретения будем использовать длину волны 600 нм, находящуюся ровно посередине указанного диапазона. При этом спектр пропускания должен быть пронормирован на максимум коэффициента пропускания, находящийся в области 850 нм.

Суть изобретения представлена на нижеприведенных фигурах 1 и 2.

На фигуре 1 представлены спектры коэффициентов пропускания Т в спектральном диапазоне 400-1000 нм различных образцов изоляционного масла (1 - без пробоев; 2-500 пробоев; 3-900 пробоев; 4-1250 пробоев; 5-2000 пробоев). Для измерения используется кювета длиной 25 мм. Образцы изоляционных масел были подвержены процессу деградации электрическими разрядами в течение различного времени. Степень воздействия разрядных процессов на спектр пропускания оценивается по коэффициенту пропускания на длине волны 875 нм - T₈₇₅. Видно, что для изоляционного масла, не подверженного разрядному воздействию, коэффициент пропускания T₈₇₅ равен 1 (100%). По мере увеличения длительности и интенсивности разрядно-дуговых процессов в высоковольтном маслонаполненном электроэнергетическом оборудовании значение коэффициента пропускания T₈₇₅ уменьшается. Из приведенного на фиг.1 примера видно, что при количестве пробоев 1250 значение коэффициента пропускания Т₈₇₅ равно 0,9. При увеличении интенсивности разрядных процессов коэффициент пропускания становится еще ниже. При количестве пробоев 2000 значение коэффициента пропускания T₈₇₅ равно 0,8.

Таким образом, чем ниже значение коэффициента пропускания Т₈₇₅ образца изоляционного масла, тем выше интенсивность идущих в высоковольтном маслонаполненном электрооборудовании разрядно-дуговых процессов. Граничным значением следует считать коэффициент пропускания T₈₇₅, равный 0,7. При снижении коэффициента пропускания T₈₇₅ ниже этой величины необходимо проводить тщательное обследование электрооборудования с целью обнаружения дефекта дугового или разрядного характера, вызывающего интенсивное накопление продуктов горения в изоляционном масле.

Указанное граничное значение коэффициента пропускания T₈₇₅ приведено для длины оптического пути 25 мм, которая является наиболее оптимальной с точки зрения обработки результатов измерений. При использовании кюветы с длиной, отличной от 25 мм, необходима корректировка значений коэффициента пропускания T₈₇₅ в соответствии с законом Ламберта-Бера.

Для определения степени деградации изоляционных масел под действием теплового воздействия производится предварительное нормирование спектра пропускания Т на значение коэффициента пропускания T₈₅₀. В результате нормирования получают спектры относительного коэффициента пропускания Т^', которые имеют на длине волны λ, равной 850 нм, относительный коэффициент пропускания, равный 1 (100%). Степень термического воздействия на изоляционное масло определяется по относительному коэффициенту пропускания на длине волны 600 нм - .

На фигуре 2 представлены спектры относительного коэффициента пропускания Т^' изоляционных масел из высоковольтного маслонаполненного электрооборудования с различной интенсивностью термических дефектов. Из приведенной фигуры 2 видно, что образец 1 изоляционного масла, не подвергнутый процессу термической деструкции, имеет значение относительного коэффициента пропускания , близкое к 1 (100%). Образец 2 изоляционного масла, имеющий кислотное число 0,02 мг КОН/г, имеет значение относительного коэффициента пропускания , равное 0,7. Образец 3 изоляционного масла (кислотное число 0.06 мг КОН/г) имеет значение относительного коэффициента пропускания , равное 0,4, поскольку подвергался еще более интенсивному термическому воздействию, по сравнению с образцом 2 изоляционного масла.

Таким образом, более низкому значению относительного коэффициента пропускания соответствует более высокий уровень термических процессов - перегревы токоведущих соединений и элементов конструкции.

Особенностью предложенного способа контроля технического состояния высоковольтного маслонаполненного электрооборудования, согласно которому анализ осуществляют методом оптической спектроскопии, является возможность определения относительного коэффициента пропускания путем измерения абсолютных значений коэффициента пропускания только на двух длинах волн - 850 и 600 нм. Искомое значение относительного коэффициента пропускания нормированного спектра определяется по формуле:

где Т₆₀₀ - коэффициент пропускания на длине волны 600 нм;

T₈₅₀ - коэффициент пропускания на длине волны 850 нм.

То есть для оценки уровня дефектов термического характера достаточно определения абсолютных значений коэффициентов пропускания на двух длинах волн - 600 и 850 нм - без получения всего спектра пропускания.

Граничным значением следует считать значение относительного коэффициента пропускания , равное 0,5. При снижении относительного коэффициента пропускания ниже этой величины необходимо проводить тщательное обследование высоковольтного маслонаполненного электрооборудования (силового трансформатора) с целью обнаружения дефекта термического характера, вызвавшего накопление в изоляционном масле продуктов термического окисления.

Критерий граничных значений коэффициента пропускания T₈₇₅ и относительного коэффициента пропускания позволяет выделить электрооборудование с возможными развивающимися дефектами.

Для оценки степени опасности развития дефектов разрядно-дугового и термического характера необходимо контролировать значения коэффициента пропускания Т₈₇₅ и относительного коэффициента пропускания в динамике. Если уменьшение контролируемых параметров коэффициента пропускания T₈₇₅ и относительного коэффициента пропускания превышает 10% в месяц, то соответствующие дефекты считаются быстроразвивающимися. На основании этого принимается решение о проведении дальнейших мероприятий с данным высоковольтным маслонаполненным электроэнергетическим оборудованием (оставить электроэнергетическое оборудование в работе с учащенным контролем, провести комплексное диагностическое обследование, вывести электрооборудование в ремонт и др.).

Использование изобретения позволит организовать дешевый, простой в реализации способ контроля технического состояния высоковольтного маслонаполненного электроэнергетического оборудования, в частности силовых трансформаторов, с расширенными функциональными возможностями и высокой точностью контроля.

Способ контроля технического состояния маслонаполненного высоковольтного электроэнергетического оборудования, находящегося под рабочим напряжением, заключающийся в анализе образца изоляционного масла из электроэнергетического оборудования, при этом анализ осуществляют методом оптической спектроскопии путем измерения коэффициентов пропускания изоляционного масла на длинах волн в диапазоне 400-1000 нм и определения уменьшения этих коэффициентов пропускания во времени, отличающийся тем, что для выявления дефектов разрядно-дугового характера определяют коэффициент пропускания T₈₇₅ на длине волны 875 нм и уменьшение коэффициента пропускания T₈₇₅ во времени, а для выявления дефектов термического характера определяют относительный коэффициент пропускания по формуле
,
где Т₆₀₀ - коэффициент пропускания на длине волны 600 нм;
T₈₅₀ - коэффициент пропускания на длине волны 850 нм, и уменьшение относительного коэффициента пропускания во времени.