Современные методы диагностики тяговых трансформаторов железных дорог и построение экспертной системы для обработки результатов тепловизионной диагностики тяговых трансформаторов ВСЖД (стр. 3 из 25)
Старение масла снижает надежность изоляционной конструкции, так как повышенная кислотность способствует старению твердой изоляции, а осаждение шлама увеличивает диэлектрические потери и ухудшает отвод тепла. Влага в масле, переходя в твердый диэлектрик, усиливает в нем процессы разрушения. Наличие в масле пузырьков газа способствует развитию ЧР.
В результате воздействия всех перечисленных факторов происходит изменение структуры диэлектриков, их свойств, появляются внутренние дефекты и продукты разложения.
Прямые методы определения интенсивности названных процессов, пригодные для эксплуатационных условий, отсутствуют. Применяются косвенные методы контроля, и для этого используются параметры изоляции, значении которых определяются процессами, происходящими и диэлектриках (поляризация, адсорбция, проводимость,). К таким параметрам относятся комплексная проводимость изоляции, диэлектрические потери, емкость, интенсивность ЧР. Для диагностирования используются также зависимости этих параметров от температуры, приложенного напряжения и времени.
В таблице 1 приведены воздействующие факторы и реакция изоляции на них. Для более полного диагностирования целесообразно использовать все возможные методы. Следует указать, что совпадение результатов, полученных разными методами, позволяет более уверенно идентифицировать дефект.
Браковочным критерием служит совокупность значений диагностических параметров и других признаков, достаточных для оценки состояния контролируемого объекта и классификации его дефектов. Конечной целью такой классификации является прогнозирование работоспособности оборудования.
За браковочный критерий принимается отклонение значений контролируемых параметров за установленные критерии. При этом необходимо учитывать, что одни и те же изменения параметра могут быть вызваны различными дефектами, при развитии которых опасность отказа объекта неодинакова.
Таблица 1 - Изменение характеристик изоляции в зависимости от воздействующих факторов
| Воздействующие факторы | Изменяемые характеристики, процессы в изоляции |
| Увлажнение | Уменьшение сопротивления |
| Увеличение емкости t | |
Увеличение  | |
| Повышение температуры | |
| Повышение давления (вводы) | |
Снижение  масла | |
| Изменение химического состава | |
| Частичные разряды | |
| Загрязнение | Уменьшение сопротивления |
| Увеличение | |
| Повышение температуры | |
| Снижение масла | |
| Изменение химического состава | |
| Частичные разряды | |
| Перенапряжения | Пробой изоляции |
| Межкатушечное и витковое замыкание | |
| Частичные разряды | |
| Перегрев | Уменьшение сопротивления |
| Увеличение | |
| Повышение давления (вводы) | |
| Изменение химического состава | |
| Частичные разряды | |
| Продолжение таблицы 1 | |
| Длительное воздействие электрического поля и температуры | Пробой изоляции |
| Межкатушечное и витковое замыкание | |
| Изменение химического состава | |
| Увеличение | |
| Частичные разряды | |
| Снижение масла | |
| Короткое замыкание | Межкатушечное и витковое замыкание |
| Смещение обмотки | |
| Частичные разряды | |
1.3 Трансформаторное масло - инструмент оценки состояния трансформатора
Трансформаторное масло представляет собой смесь достаточно сложных органических соединений различных классов. В процессе эксплуатации под воздействием таких факторов, как электрические и магнитные поля, влажность и температура как внутри, так и вне высоковольтного маслонаполненного электрооборудования, происходит разложение исходно содержащихся в трансформаторном масле органических соединений. Помимо того, в масло переходят продукты деструкции твердой изоляции и других конструкционных материалов.
Образующиеся продукты разложения в свою очередь могут вступать
в новые взаимодействия друг с другом, следствием чего является появление более сложных соединений с относительно большей молекулярной массой. Кроме того, появляющиеся вторичные компоненты порой представляют значительную опасность, так как, вступая во взаимодействие с элементами конструкции оборудования, существенно ускоряют процесс его износа и даже являются причиной аварий. Этот процесс может происходить достаточно быстро и при отсутствии своевременного выявления приводит к выходу оборудования из строя.
Следовательно, своевременное обнаружение в трансформаторном масле тех или иных образующихся в процессе эксплуатации компонентов, несомненно, является важной задачей для надежной оценки состояния высоковольтного маслонаполненного оборудования.
Важным является также тот факт, что образующиеся соединения представляют собой все многообразие агрегатных состояний: газообразное, жидкое и твердое. Причем, в зависимости от условий эксплуатации они могут находиться в масле в виде раствора (газ в газе, газ в жидкости, жидкость в жидкости, твердое тело в жидкости), суспензии (твердое вещество в жидкости) или эмульсии (жидкость в жидкости), а также образовывать различные ассоциаты.
Таким образом, в процессе эксплуатации исходный состав трансформаторного масла еще более усложняется как с качественной (состав) и количественной (концентрации) точки зрения, так и по агрегатному состоянию.
Необходимость контроля за изменением состава масла в процессе эксплуатации поставила вопрос о выборе такого аналитического метода, который смог бы обеспечить надежное качественное (состав) и количественное (концентрации) определение содержащихся и образующихся в масле соединений. В наибольшей степени этим требованиям отвечает хроматография, которая в современном варианте представляет собой комплексный метод, объединивший стадию разделения сложных смесей на отдельные компоненты и стадию их количественно-качественного определения (детектирование).
На сегодня хроматография широко используется для анализа растворенных в трансформаторных маслах газов, воздуха, воды, фурановых соединений и ионола. Результаты таких анализов являются одним из важнейших параметров, по которым проводится оценка состояния маслонаполненного высоковольтного электрооборудования.
В настоящее время в эксплуатацию помимо традиционных испытаний все более широкое применение находят такие современные методы, как высокоэффективная жидкостная и газовая хроматография, определение фракционного состава механических примесей и характера загрязнений при помощи автоматических счетчиков частиц и устройств мембранной фильтрации, инфракрасная спектроскопия, определение электрической проводимости трансформаторных масел.
1.3.1 Методы определения фурановых производных в трансформаторном масле
Первичная оценка состояния трансформаторов основывается на анализах трансформаторного масла. Однако этот вид анализа не дает исчерпывающей информации о состоянии бумажной изоляции. Поэтому специалистами в течение длительного времени проводился поиск в трансформаторном масле соединений-индикаторов, характеризующих старение целлюлозной изоляции.
В результате этих исследований было установлено, что такими соединениями являются фурановые производные, образующиеся при старении бумажной изоляции, причем, как оказалось, концентрация фурфурола в масле хорошо коррелируется со степенью полимеризации бумаги.
Метод контроля состояния бумажной изоляции маслонаполненного оборудования по содержанию фурановых производных получил распространение за рубежом с середины 80-х годов и стал применяться дополнительно к анализу растворенных в масле газов. Как правило, для этой цели используются всевозможные хроматографические методы и метод фотометрии.
Наибольшее распространение за рубежом получил метод высоко эффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), отличительной особенностью которого является применение капиллярной микроколонки, обладающей большой разделительной способностью. В качестве подвижной фазы используются водные растворы метанола или ацетонитрила, а для обнаружения фурановых производных - ультрафиолетовый детектор.
Жидкостные хроматографы достаточно дорогие приборы и требуют значительно большей квалификации обслуживающего персонала по сравнению с газовыми хроматографами.
Разработаны несколько методик определения фурановых производных, позволяющих использовать уже имеющиеся в лабораториях энергосистем газовые хроматографы или фотоколориметры.
1.3.1.1 Метод определения четырех фурановых производных методом газожидкостной хроматографии
Методика определения фурановых производных методом газожидкостной хроматографии основана на предварительной экстракции фурановых соединений из масла, разделении их на хроматографической колонке с по следующим обнаружением пламенно-ионизационным детектором таких компонентов, как фурфурол (FAL), 2-ацетилфуран (ACF), 5-метилфурфурол (MEF) и фурфуриловый спирт (FOL).
Экстракция проводится в стеклянных медицинских шприцах на 20 мл при соотношении объемов масла и экстрагента 20:1, причем в этой методике, равно как и в других методиках определения фурановых производных, экстракция проводится как с целью отделения определяемых соединений от компонентов масла, так и с целью повышения чувствительности анализа.