Дефекты высоковольтного оборудования

К оборудованию относятся силовые трансформаторы (включая автотрансформаторы и реакторы), коммутационные аппараты (выключатели, разъединители), измерительные трансформаторы тока и напряжения, ограничители перенапряжений. Перечисленные объекты существенно различаются своими функциями, условиями применения, видом эксплуатационных воздействий и характером типовых дефектов. Это определило большое разнообразие применяемых методов и средств диагностики.

Надежность оборудования высокого напряжения в значительной мере определяется работоспособностью изоляции. Основной объем диагностики относится к контролю изоляционных конструкций. Старение диэлектрика - постепенное его изменение, сопровождающееся ухудшением или полной потерей изоляционных свойств - вызывается рядом процессов, связанных с химическими, тепловыми, механическими и электрическими воздействиями. Эти процессы действуют одновременно и взаимозависимы; каждый из них может вызвать появление другого. К химическим процессам ухудшения органических изоляционных материалов относятся окисление и другие химические реакции с агрессивными компонентами окружающей среды, которым благоприятствуют наличие влаги и повышенная температура. Под воздействием нагрева, вызванного внешними причинами и диэлектрическими потерями, возникает износ, сопровождаемый распадом вещества, появлением хрупкости материала, снижением его электрической прочности.

К основным явлениям старения, обусловленного причинами электрического характера, относятся физические и химические изменения органических изоляционных материалов, вызванные ионизационными процессами (частичными разрядами).

Механические воздействия, вызывая нарушения целостности материала (разрывы, расслоения), снижают электрическую прочность изоляционной конструкции.

Изоляционное масло, являясь одним из элементов изоляционной конструкции, выполняет еще роль теплоотводящей и защитной среды. При старении масло окисляется, что приводит к образованию органических кислот, растворимых в масле или создающих осадки (шлам). Увлажнение снижает его электрическую прочность.

Старение масла приводит к снижению надежности всей изоляционной конструкции, так как повышенная кислотность способствует старению твердой изоляции, а осаждение шлама увеличивает диэлектрические потери и ухудшает отвод тепла. Влага из масла, переходя в твердый диэлектрик, усиливает в нем процессы разрушения. Наличие в масле пузырьков газа способствует развитию частичных разрядов.

Конечным результатом воздействия перечисленных факторов на изоляционную конструкцию является изменение структуры диэлектриков, их свойств, появление повреждений (дефектов).

К наиболее часто встречающимся причинам повреждения внутренней изоляции оборудования высокого напряжения относятся увлажнение и частичные разряды.

Характер последующего развития дефекта при увлажнении изоляции может быть разным: снижение электрической прочности с последующим пробоем, возникновение частичных разрядов, разрушающих твердую изоляцию, тепловой пробой из-за увеличения диэлектрических потерь, перекрытие вследствие перераспределения напряжений и т.п.

Возникновение частичных разрядов не обязательно связано с увлажнением; достаточно наличие местного увеличения напряженности электрического поля. В условиях эксплуатации одной из причин, вызывающих частичных разряды, является появление в толще изоляции газовых пузырей из-за плохой вакуумировки масла, наличия местных перегревов, вызывающих его разложение, и т.п.

Другая группа причин ухудшения органической изоляции связана с тепловыми воздействиями. Процесс разрушения существенно ускоряется при наличии увлажнения. Перегревы изоляции приводят к резкому снижению ее механической прочности, что создает условия для развития повреждений.

В настоящее время нет эксплуатационно пригодных прямых методов определения влажности и степени старения твердой изоляции. Как правило, применяются косвенные методы контроля. Для этого используется ряд параметров изоляции, значения которых определяют процессы, происходящие в диэлектриках: поляризация, абсорбция, ионизация, проводимость. Для диагностирования используются также зависимости их от температуры, приложенного напряжения, времени и т.п. Значительное количество дефектов выявляется по изменению физико-химических свойств изоляционного масла и наличию в нем продуктов разложения материалов конструкции.

К другой группе нарушений работоспособности оборудования относятся отказы функционирования, а также недопустимые нагревы токоведущих частей.

Отказы функционирования, вызванные механическими дефектами элементов конструкции, характерны для коммутационных аппаратов (выключателей, отделителей, разъединителей и т.п.), а также для устройств регулирования напряжения силовых трансформаторов.

Основным способом оценки работоспособности и выявления дефектов коммутационных аппаратов является комплексное опробование, при котором производятся проверки и измерения, характеризующие готовность оборудования к нормальной работе.

При опробовании выключателя производятся измерения времени включения и отключения, а также разновременности замыкания и размыкания контактов, проверка работы приводов (напряжение срабатывания электромагнитов, работоспособность при нижнем пределе давления воздуха и т.п.). О правильной регулировке и функционировании узлов судят по осциллограмме выполнения рабочих циклов.

Ненормально высокие нагревы токоведущих частей обычно являются следствием дефектов контактных соединений и обнаруживаются путем контроля их температуры.

Разработано значительное количество методов диагностирования, ориентированных на выявление определенных дефектов. Некоторые методы дополняют или даже дублируют друг друга. Для более полного диагностирования целесообразно использование всех возможных методов. При этом совпадение результатов, полученных разными методами, позволяет более уверенно идентифицировать дефект.

Основные причины дефектов высоковольтного оборудования

Табл.1.

Вид оборудования	Элементы конструкции	Причины повреждений
1.Трансформаторы, автотрансформаторы, шунтирующие реакторы	а) изоляция     б) обмотка и магнитопровод в) устройство регулирования напряжения	а) увлажнение, термическое и электрическое разрушение (включения частичные разряды), изменение физико-химических свойств, насыщение газами, загрязнение масла б) динамическая неустойчивость при токах к.з., перегревы, нарушение изоляции элементов (короткозамкнутые контуры) в) перегревы, сбои функционирования
2.Выключатели и разъединители	а) контактная система и ее привод б) изоляция	а) перегревы, отказы функционирования (разрегулировка) б) увлажнение, пробой элементов, изменение характеристик масла, частичные разряды
3.Вводы и измерительные трансформаторы (тока и напряжения)	а) изоляция   б) искровые промежутки	а) увлажнение, термическое и электрическое разрушение (включения частичные разряды), изменение физико-химических свойств, насыщение газами, загрязнение масла б) изменение характеристик перегрева из-за витковых замыканий
4.Ограничители перенасыщения, разрядники	а) шунти­рующий и рабочий элемент б) искровые промежутки	а) износ, увлажнение   б) изменение разрядных напряжений

Контролируемые явления и диагностические параметры

изоляционных конструкций

Табл.2

Контролируемые явления	Диагностируемый параметр
Измерение диэлектрических характеристик	Ток через изоляцию, комплексная проводимость, диэлектрические потери емкости
Возникновение частичных разрядов	Импульс напряжения на обмотке, ток переходного процесса, импульс давления
Изменение распределения напряжения	Разность потенциалов между элементами, потенциал относительно земли, интенсивность поверхностных разрядов
Изменение физико-химических характеристик масла	Электрическая прочность, диэлектрические потери, прозрачность (цвет), содержание механических примесей, температура вспышки, содержание водорастворимых кислот и щелочей, кислотное число, газо- и влагосодержание
Образование продуктов разложения изоляции	Горючесть газов в газовом реле, состав газов в газовом реле, горючести газов, растворенных в масле

Основные методы диагностирования и выявления дефектов силовых трансформаторов и измерительных трансформаторов

Табл.3

Методы диагностирования	Выявленные дефекты
Измерение сопротивления изоляции	Сильное увлажнение, загрязнение
Измерение проводимости диэлектрических потерь и емкости изоляции	Увлажнение, местное разрушение разрядами, ухудшение характеристик масла
Измерение абсорбционных характеристик изоляции	Увлажнение
Определение физико-химических характеристик масла	Увлажнение, старение, перегревы, термическое разложение материалов
Анализ газов растворенных в масле	Термическое и электрическое разрушение элементов конструкции
Измерение частичных разрядов	Местные дефекты (включение), изменение распределения напряжения по конструкции, электрическое разрушение
Измерение сопротивлений постоянной тока, токоведущих частей	Повреждение соединения токоведущих элементов и переключателей, устройств регулирования напряжения.
Измерение потерь Х.Х.	Нарушение изоляции элементов магнитопровода
Измерение напряжения К.З.	Деформация обмоток
Измерение частотных характеристик обмоток	Деформация обмоток
Измерение сопротивления по постоянной тока	Ослабление контактного давления, повреждение или загрязнение контактов, ослабление болтовой затяжки соединения токоведущих частей, повреждение активных делителей напряжения дугогасящих устройств, повреждение обмоток ЭМ управления

Контрольные вопросы:

1) Какие виды дефектов высоковольтного оборудования вам известны?

2) Какие методы используются для выявления дефектов высоковольтного оборудования?

3) Какие специфические проблемы существуют при диагностике высоковольтного оборудования?

Задание на СРС

Методы анализа газов. Устройства для контроля изоляции масла.

Сви П.М. Методы и средства диагностики оборудования высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1992.

Дата добавления: 2014-01-07