Комплексная диагностика изоляции маслонаполненного оборудования подстанции 750 кВ "Ленинградская"

При разработке методик расчета и исследований объектов силовой энергетики традиционное внимание уделяется анализу процессов в активных материалах, ферромагнитных и проводящих элементах конструкций. Значительно более редкими являются исследования изоляции. Вместе с тем при эксплуатации объектов силовой электроэнергетики наибольшее число проблем возникает именно в изоляционных элементах конструкций, а не в конструкциях, включающих активные материалы. В изоляции процессы изменения свойств, без учета влияния электромагнитных полей, во времени идут достаточно медленно. И только на завершающем этапе, накануне пробоя, скорость изменения физических свойств изоляции резко возрастает. Задача диагностики изоляции заключается в определении ее технического текущего состояния, а также степени опасности дефектов, времени принятия решений, закономерностей процессов с целью прогнозирования остаточного ресурса эксплуатации оборудования.

Только комплексный подход к диагностике электрооборудования может дать достоверные результаты и повлиять на правильность принятия решения при проведении диагностики маслонаполненного оборудования. Как по- казали исследования автора [1], изменение хотя бы одного параметра качества трансформаторного масла, неизменно приведёт к изменению другого.

Вопросами комплексной диагностики оборудования занимались многие ученые, предложившие свои решения и методики [2, 3, 4], в частности, разработаны нормативные документы и запатентованы методики по выполнению измерений и внедрению в практику диагностики изоляционных материалов следующих физико-химических характеристик:

• -    содержание в масле ионола методом газовой хроматографии;

• -    содержание в масле фурановых производных методом газовой хроматографии;

• -    содержание кислорода и азота в масле.

Целью диагностики является комплексный анализ технического состояния и прогнозирование развития дефектов. В некоторой степени результат может быть улучшен на основе анализа специалиста-эксперта. Тогда на базе имеющегося опыта удается получить приближенное диагностическое заключение о техническом состоянии изоляции оборудования, и объяснить причины возникновения дефектов изоляции.

Учитывая большое число параметров, по которым оценивается техническое состояние изоляции маслонаполненного оборудования подстанции, и необходимости формализации знаний специалистов-экспертов, анализ оценки изоляции является чрезвычайно сложной задачей. В этой связи актуальным становится вопрос о создании математической модели диагностики технического состояния маслонаполненного оборудования и предлагается использовать методы нечеткой логики для формализации этой задачи.

В такой ситуации диагностика состояния изоляции маслонаполненного оборудования подстанции с использованием нечеткой логики является весьма актуальной задачей.

Для эффективной организации работ по созданию и функционированию предлагаемой единой системы диагностики оборудования реализованы следующие основные направления [5,6]:

• •    повышение квалификации персонала лабораторий современным физико-химическим методам анализа изоляционных и охлаждающих сред электрооборудования;

• •    аттестация лабораторий, применяющих физико-химические методы анализа изоляционных материалов и сред электрооборудования; контроль качества измерений;

• •    экспертная оценка и сертификация предлагаемых к внедрению методов и приборов для физико-химических измерений;

• •    проведение выделенными аттестованными лабораториями контрольных физикохимических измерений на электрооборудовании;

• •    метрологические аспекты измерений и оценки состояния электрооборудования на основе результатов физико-химических анализов;

• •    координация деятельности объединенной сети аттестованных лабораторий.

Но как показывает опыт, этого не достаточно. На данном этапе развития системы диагностики, проведение различных видов испытаний носит разрозненный характер. Испытания жидкой изоляции, тепловизионное обследование, высоковольтные испытания проводятся самостоятельно и, зачастую, разными диагностическими лабораториями.

При комплексной диагностики изоляции должна быть выполнена координация разработки критериев, схем, методов и средств диагностики эксплуатационного состояния электрооборудования на основе физикохимических исследований изоляции и материалов.

В данной статье будет рассмотрена комплексная диагностика реактора, находящегося на ПС-750 кВ «Ленинградская». Комплексная диагностика была проведена на основании физико-химического и хроматографического анализа. Автор попытался оценить полученный результат диагностики и проанализировать причины роста газов.

К маслонаполненному электрооборудованию, не удовлетворяющему эксплуатационным нормам, на ОРУ – 750 кВ ПС «Ленинградская – 750 кВ» относятся шунтирующие реакторы Р-1 и Р-2,которые служат для снятия реактивной мощности с линии Л-1, идущей от Калининской АЭС.

Реактор Р-1 750 кВ находится на контроле по хроматографическому анализу растворенных газов (ХАРГ), при этом роста газов в его жидкой изоляции не наблюдается. По результатам физико-химического анализа (ФХА), масло в реакторе по всем трём фазам удовлетворяет нормам.

Реактор Р-2 750 кВ также находится на контроле по ХАРГ, при этом его газосодержа-ние не стабильно, наблюдается рост газов в фазе «В». По результатам ФХА фаза «А» и фаза «С» удовлетворяют нормам, в фазе «В» наблюдается повышенное влагосодержание и низкое пробивное напряжение.

С точки зрения диагностики, наибольший интерес представляет именно фаза «В» реактора Р-2. Диагностические карты по хроматографическому и физико-химическому анализу позволили построить графики, отражающие рост газов (рис. 1) и изменения по основным пунктам ФХА (рис. 2).

^^^^^w СО               СО2

^^^^^■" норма для СО i    норма для СО2

На графике (рис. 1) хорошо прослеживается превышение диоксидом углерода нормы, аксимальные концентрации газов и их умень- шение после дегазации масла.

Необходимо объяснить причину появление влаги и роста газов.

Масло в баке реактора не удовлетворяет нормам. Выполненная диагностика состояния оборудования по данным хроматографического анализа показала, что общее газосодержание удовлетворяет нормам (сумма кислорода и азота <4) и разгерметизация отсутствует.

Диагностика по основному газу выпол- няется определением его в анализах масла в период максимального роста газов. За основной принимается тот газ, отношение концентрации которого к норме максимально.

Рисунок 2 – Скорость нарастания ₂,

4 ,    2   4 ,     2    6 ,     2    2

^^^^^™ Uпр. ^^^^^м Влагосодержание ^^^^^м ТВЗ

Рисунок 3 – Результаты испытаний ФХА

Концентрации газов, полученные в результате анализа 15 мая 2014 года и результаты расчёта представим в виде таблицы (табл. 1).

Полученные данные позволяет сделать вывод, что основным газом является этилен. На этом основании можно сделать заключение о характере дефекта оборудования.

Ниже приведены экспертные заключения о причинах превышения концентрации газов (диагностика по основному газу). Эти заключения формализуем с помощью алгоритмов нечеткой логики.

• -    основной газ водород ( 2 ) – частичные

разряды, искровые и дуговые разряды;

• -    основной газ ацетилен ( 2 2 ) – электрическая дуга, искрение;

• -    основной газ этилен ( 2 4 ) - нагрев масла и бумажно-масляной изоляции выше 600° С ;

• -    основной газ метан (   4 ) - нагрев масла

и бумажно-масляной изоляции в диапазоне температур (400-600)° С ;

• -    основной газ метан (  ₄) с высоким

(выше нормы) содержанием водорода ( 2 )

или/и ацетилен ( 2 2 ) - нагрев масла и бумаж-но-масляной изоляции, сопровождающийся разрядами - основной газ этан ( 2 6 ) - нагрев масла и бумажно-масляной изоляции в диапазоне температур (300-400)° С ;

• -    основной газ диоксид углерода (   2 >1)

• -    нагрев твердой изоляции;

• -    основные газы - старение и увлажнение масла и/или твердой изоляции.

логики. Для формализации методов диагностики с целью разработки технологических инструкций и стандартов, критериев оценки технического состояния и остаточного ресурса необходим достаточный объем статистических данных и проведенных экспертиз специалистов испытательных лабораторий. На основании полученных результатов, их анализа разрабатываются алгоритмы и программное обеспечение для автоматизации контроля технического состояния объектов.

Таблица 1 – Выявление основного газа

Определяемый компонент	Норма по РД 15334.046.302-00	Концен трация газов, % об.	Относительное значение
Водород (   2 ,)	0,01	0,00424	0,424
Метан (СН4)	0,003	0,00106	0,35
Этилен (   2  4 )	0,001	0,00102	1,02
Этан ( 2  6 )	0,002	0,00043	0,215
Ацетилен (   2  2 )	0,001	0,00071	0,71
Оксид углерода (   )	0,05	0,0045	0,09
Диоксид углерода ( 2 )	0,4	0,2435	0,61

В нашем случае основной газ этилен ( 2 4 ) вызывается нагревом масла и бумажно-масляной изоляции выше 600° С . В этом случае, как правило, повреждена твёрдая изоляция.

Диагностика шунтирующего реактора ПС-750 кВ «Ленинградская», выполненная по соотношению пар газов подтверждает, что в реакторе затронута твёрдая изоляция, а так же имеют место частичные разряды.

Описанный подход в анализе результатов диагностики позволил максимально автоматизировать выработку заключений по техническому состоянию объектов энергетики и, в основном, исключить влияние человеческого фактора за счет применения формализации задачи экспертизы с использованием нечеткой