Дефекты изоляции.
Рассматриваются методы диагностирования бумажно-масляной изоляции конденсаторного типа, широко применяемой в конструкциях вводов и трансформаторов тока. К основным процессам, вызывающим повреждение такой изоляции, относятся увлажнение, нарушение теплового равновесия (тепловой пробой) и частичные разряды. В отдельную группу следует выделить случаи разрядов по поверхности твердой изоляции (остова и покрышки), приводящие к перекрытию на заземленные элементы конструкции.
Причины возникновения и характер развития дефектов в основном зависят от конструкции аппаратов. Увлажнение и связанные с ним тепловой пробой или перекрытие по поверхности наблюдаются у негерметизированных конструкций. В герметичных аппаратах преобладают повреждения, определяемые процессами частичных разрядов или ухудшением состояния масла.
Частичные разряды в бумажно-масляной изоляции, вызывающие ее разрушение, начинаются в тонких масляных прослойках между слоями бумаги. При этом происходит разложение масла с выделением газов. Одновременно идет процесс поглощения этих газов путем растворения их в масле и связывания химическим путем [17].
Дальнейшее развитие повреждения определяется свойствами масла (его газостойкостью). Если весь выделившийся газ поглощается и, следовательно, условия для образования пузырьков отсутствуют, происходит старение изоляции, которое проявляется в росте ее диэлектрических потерь. Дальнейшее развитие такого дефекта может привести к тепловому пробою изоляционной конструкции. При образовании пузырьков газа, что происходит при превышении газовыделения над газопоглощением, резко увеличивается интенсивность ЧР. В этом случае дефект быстро развивается и происходит разрушение твердой изоляции. На ранних стадиях развития дефекта появляется зависимость tgδ изоляции от напряжения и наблюдается накопление в масле продуктов разложения изоляции, в дальнейшем наступает пробой или перекрытие по поверхности.
Лучшей газостойкостью обладает масло с повышенным содержанием ароматических углеводородов; с уменьшением их увеличивается газовыделение при воздействии ЧР. Однако масло с пониженным содержанием ароматики более стабильно при окислении.
Приведенные данные обычно учитываются при конструировании изоляции. Однако в энергосистемах наблюдалось повышенное газовыделение в вводах, залитых маслом ГК [47]. Это может привести к описанному процессу развития ЧР.
Развитие дефектов определяется рядом взаимно зависимых процессов ухудшения изоляции. На разных стадиях развития повреждения определяющими могут быть разные процессы. Это необходимо учитывать при выборе методов испытаний и построении алгоритма диагностирования.
Рассмотрим способы выявления основных дефектов изоляции и процессов их развития.
Рис. 7.14. Зависимости напряженности начальных Ен и критических Ек. частичных разрядов и пробивной напряженности Епр от влагосодержания изоляции [17]:
— - 90 С; ------------- 30 С
Рис. 7.15. Зависимость tg δ от влагосодержания бумажно-масляной изоляции [48]. Масло при 70 °С имеет tg δ м =10-2
Обнаружение увлажнения.
При увеличении влажности бумажно-масляной изоляции ухудшаются ее основные электрические характеристики (рис. 7.14). Хорошо высушенная изоляция имеет остаточное влагосодержание менее 1%. Резкое снижение пробивного напряжения наступает, если влагосодержание превысит 2,5-· 3%; при этом снижается почти в 2 раза и напряжение начала частичных разрядов критической интенсивности.
В негерметизированных конструкциях за счет естественного влагообмена влагосодержание изоляционного остова через несколько лет эксплуатации может достигнуть 4-5%. В герметизированных конструкциях допускаемое значение влагосодержания твердой изоляций (остова) -2-3%. Указанные значения увлажненности остова следует считать предельно допустимыми.
Одним из параметров, изменяющихся при увлажнении, является tgδ изоляции (рис. 7.15). Однако при температурах 20-30 при влагосодержании до 2% зависимость tgδ от влажности изоляции так слабо выражена, что использовать ее для целей ранней диагностики нельзя. Следует также учитывать, что измеренное значение tgδ в значительной мере может определяться не увлажнением, а качеством масла.
Рис. 7.16. Зависимость tgδ от температуры для бумажно-масляной изоляции
Рис. 7.17. Зависимость tg δ изоляции трансформатора тока ТФКН-330 от длительности приложения напряжения [49]: трансформатор 1 — при 210 кВ; трансформатор 2 — при 230 кВ
Так, при температуре 20-30°С изменение tgδ пропитывающего масла от 5 · 103 до 1,5 · 102 дает увеличение tgδ объекта более чем в 2 раза, а изменение влагосодержания твердой изоляции от 0,6 до 2% приводит к увеличению измеренного значения tgδ всего в 1,3 раза.
Достаточно надежно можно выявить лишь предельные значения влагосодержания твердой изоляции, особенно если контроль производится при повышенной температуре (рис. 7.16).
Проникновение влаги в изоляционную конструкцию можно выявить путем испытаний масла. Один из признаков наличия воды в масле - снижение его пробивного напряжения (см. рис. 5.1). Количественные данные о. влагосодержании масла дают химические анализы или хроматография. Влагосодержание твердой изоляции может быть оценено по кривым равновесного состояния (см. рис. 5.2).
Выявление тепловой неустойчивости.
Нарушение теплоотвода или местное увеличение тепловыделения приводят к тепловому пробою. Причины могут быть разные: сильное уплотнение остова, частичные разряды, недопустимый нагрев обмоток и других элементов конструкции.
Существует еще одна причина увеличения тепловыделения в изоляционной конструкции - старение масла. Если продукты старения (шлам) проникнут между слоями бумаги, то tgδ объекта необратимо увеличится. Известны случаи резкого увеличения tgδ недостаточно стабильных масел, быстро стареющих в электрическом поле. Развитие дефекта обычно приводит к тепловому пробою изоляции.
Следует заметить, что увеличенное значение tgδ масла не всегда свидетельствует об опасности такого процесса. Если tgδ увеличился, например, из-за растворения в нем некоторых компонентов изоляционных лаков и далее не растет, то нет оснований ожидать быстрого ухудшения tg6 основной изоляции до опасных пределов.
О процессах, предшествующих тепловому пробою, может свидетельствовать высокое значение tgδ изоляционного остова конструкции, а также зависимость tgδ от значения и продолжительности воздействия напряжения [49, 50] (рис. 7.17).
В качестве диагностического следует также использовать обобщенный параметр - комплексную проводимость изоляции. Изменение этого параметра определяется изменением tgδ и емкости изоляции и, следовательно, несет информацию о вызывающих эти изменения дефектах.
Повышенное тепловыделение в изоляции вызывает дополнительный нагрев конструктивных элементов аппарата. Связанное с этим повышение температуры поверхности объекта может быть выявлено радиометрическими методами контроля [50].
