Причины повреждения вводов напряжением 110—750 кВ на силовых трансформаторах и шунтирующих реакторах
В 80-х годах и начале 90-х отмечалось значительное количество повреждений конденсаторных маслонаполненых вводов напряжением 110—750 кВ. Анализ имевших место повреждений вводов позволил выявить ряд особенностей:
♦ Все повредившиеся вводы были заполнены маслом марки Т-750, имеющим относительно высокое содержание ароматических углеводородов (С^ = 17,4%). Повреждений вводов, заполненных маслом марки ГК (С^ = 1,6—3 %), не было, хотя срок эксплуатации таких вводов достигал уже около и более 9 лет (максимум повреждений вводов с маслом Т-750 наблюдается примерно через 9 лет эксплуатации).
♦ В течение первых трех лет эксплуатации таких повреждений не наблюдалось.
♦ Несмотря на практически одинаковые запасы электрической прочности в масляных промежутках вводов одного и того же номинального напряжения, установленных в различных типах трансформаторов, имело место достаточно неодинаковое распределение повреждений в разных типах трансформаторов.
♦ Температура масла в трансформаторах и реакторах, на которых повреждались вводы, была выше, чем в тех, где повреждений не было.
♦ Все повреждения представляли собой перекрытие изоляционного промежутка по внутренней поверхности нижней фарфоровой покрышки.
Все вышесказанное давало основание предполагать, что причиной повреждений являлось снижение электрической прочности масла, вызванное процессами в нем вследствие повышенной температуры.
Особенности старения масла Т-750 в герметичных вводах связаны с влиянием высокой температуры при малом содержании кислорода и с относительно высоким содержанием ароматических углеводородов и смолистых соединений.
Масло Т-750 содержит 17% ароматических углеводородов, главным образом с бензольными и нафтеновыми атомами, конденсированными с нефтеновыми кольцами и короткими парафиновыми цепями. Кроме углеводородов небольшое количество смол (десятые доли процента) и около 0,2% серы имеются в составе масла Т-750. Благодаря такому химическому составу масло Т-750 имеет следующие свойства:
♦ Высокую напряженность возникновения частичных разрядов в относительно равномерном электрическом поле и быстрое их затухание.
♦ Химический состав масла таков, что реакции происходящие в масле, природа которых не вполне ясна, приводят к потемнению масла и повышению tgδ и образованию осадка. Скорость такого старения возрастает с повышением температуры и увеличением напряженности электрического поля свыше 4 к В/мм.
♦ Некоторые материалы ввода, такие как уплотняющая резина и другие материалы, могут растворяться и образовывать коллоидные растворы в масле, что ведет к возрастанию lg5, потемнению масла и повышению гигроскопичности. Этот процесс усиливается с повышением температуры.
♦ Масло Т-750 обладает высокой гигроскопичностью и содержит большое количество химически связанной воды, намного больше чем растворенной. При длительной эксплуатации часть связанной воды переходит в растворенное состояние. Количество растворенной воды увеличивается с повышением температуры.
Электрическая прочность масла больше зависит от растворенной воды, нежели от связанной. Поэтому процесс перехода связанной воды в растворенную может приводить к значительному снижению электрической прочности. По-видимому, этот процесс имеет место в герметичных вводах. Масло ГК имеет низкое содержание ароматических углеводородов и практически не содержит связанной воды и поэтому не подвержено такому виду старения.
Это предположение было подтверждено экспериментально на образцах масла ГК и ТКп, имеющих в своем составе такое же количество ароматических углеводородов, как и масло марки Т-750. При старении в герметичных сосудах при температуре 60, 80 и 100 °С в течении 300 часов получена большая разница результатов старения этих образцов масла.
Перед испытанием оба типа масла имели влагосодержание 6—10 г/т и пробивное напряжение в стандартном разряднике 70 кВ.
Масло ТКп, имевшее содержание ароматических углеводородов равное СА = 17—18 %, после старения при температуре 100°С в течение 300 часов имело влагосодержание в 7 раз больше первоначального, а пробивное напряжение в 4 раза ниже исходного.
Совсем другая картина была при старении масла марки ГК, имевшего значительно меньшее содержание ароматических углеводородов (С^ = 1,6%) и меньшее количество молекулярно связанной воды, влагосодержание увеличилось всею на 30 %. Пробивное напряжение при этом снизилось в 1,8 раза. Но очевидно не связано с высвобождением связанной воды, а с иными процессами.
При старении при 80 °С в течение 300 часов не было отмечено ни увеличения влагосодержания, ни снижения пробивного напряжения масла марки ГК и существенное их изменение в масле ТКп (увеличение влагосодержания в 2 раза и снижение пробивного напряжения в 1,44 раза).
Таким образом, экспериментально было подтверждено, что повреждение в эксплуатации вводов трансформаторов и шунтирующих реакторов напряжением 110—750 кВ, вследствие электрического разряда вдоль внутренней поверхности нижней фарфоровой покрышки явилось следствием старения масла и снижения его электрической прочности вследствие образования растворенной воды и других продуктов старения. Для заливки в герметичные высоковольтные вводы следует использовать масло, содержащее ароматические углеводороды в малых количествах (менее 10%), чтобы обеспечить требуемые характеристики термического старения, и, в то же время, достаточное для получения хорошей газостойкости.
