Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

Испытания высоковольтного маслонаполненного электрооборудования на взрывобезопасность бездуговым методом
 

Испытания высоковольтного маслонаполненного электрооборудования на взрывобезопасность бездуговым методом

Дарьян Л.А., Полищук В.П., Шурупов А.В.

 

 
Введение

Введение

В мире ежегодно происходит десятки, если не сотни аварий на объектах электроэнерге­тики, вызванные взрывами высоковольтного маслонаполненного электрооборудования (ВМЭО). С вероятностью 10-20% после взры­ва происходит самовоспламенение парога­зовой смеси, состоящей из продуктов раз­ложения трансформаторного масла (ТМ) и воздуха. В этом случае совокупный ущерб от взрыва и последующего пожара может исчис­ляться десятками миллионов долларов США. Поэтому обеспечение взрывобезопасности ВМЭО является серьезной проблемой, стоя­щей перед электроэнергетикой. Если не бу­дут выработаны и реализованы надлежащие организационные и технические решения, то со временем эта проблема будет только обостряться. Во-первых, имеется общая тен­денция увеличения установленной мощности единицы оборудования, во-вторых, далеко не всегда удается обеспечить надлежащий темп его обновления.

ВМЭО взрывается вследствие резкого по­вышения давления внутри его корпуса после возникновения дугового разряда (ДР), ко­торому предшествует внутреннее короткое замыкание (КЗ). В процессе эксплуатации ВМЭО происходит постепенная деградация изоляции под действием частичных разрядов, нагрева, кавитации и других неблагоприятных факторов, что и вызывает возникновение КЗ [1]. Начальная мощность разряда после КЗ может быть сравнительно невелика, однако, при этом резко снижается удельное сопротивление ТМ. В конце концов это приводит к пробою на корпус ВМЭО и возникает ДР, мощ­ность которого может составлять десятки и даже сотни мегаватт. В дуговом разряде про­исходит интенсивное газообразование вслед­ствие разложения ТМ. Поскольку ТМ практи­чески несжимаемо, то образование газа даже в небольшом объеме вызывает значительное увеличение давления внутри ВМЭО, и, как следствие, его взрывное разрушение. Степень повреждения ВМЭО при взрыве опреде­ляется, главным образом, величиной энергии Qa, выделившейся в дуговом разряде.

Необходимость повышения взрывобе­зопасности и взрывозащищённости ВМЭО отражена в проекте «Основные положения (Концепция) технической политики в электроэнергетике России на период до 2030 года» и в «Положении о технической политике ОАО «ФСК ЕЭС». По условиям эксплуатации ВМЭО нельзя, по-видимому, полностью исключить возможность возникновения ДР, но за счет совершенствования конструкции ВМЭО и си­стем защиты можно добиться существенного снижения вероятности аварии и уменьшения масштаба ущерба.

Снижение ущерба от взрыва ВМЭО может осуществляться несколькими путями, в том числе:

- совершенствованием методов диагно­стики степени деградации изоляционных свойств ТМ по результатам анализа раство­ренных в нем газов и нарастания интенсивно­сти частичных разрядов;

- уменьшением времени срабатывания за­щитных устройств;

- использованием более взрывобезопасных изоляционных жидкостей вместо мине­рального трансформаторного масла;

- созданием более взрывобезопасных кон­струкций ВМЭО.

Для решения последней задачи необхо­дим эффективный метод испытания обору­дования на воздействие импульса высокого давления. Такой же метод необходим и для тестирования существующих и разрабаты­ваемых систем защиты ВМЭО от взрыва. В основу стандартной методики испытаний ВМЭО на взрывобезопасность заложен ме­тод инициирования электрической дуги во внутреннем объеме ВМЭО. Требования к это­му методу были описаны в проекте стандарта МЭК 61869, «Измерительные трансформато­ры» (редакция 2007 г.).

Однако, как отмечалось в работе [2], за последние годы в России и в других странах бывшего СССР отраслевые испытательные стенды и лаборатории по разным причинам фактически утратили возможность проведе­ния испытаний ВМЭО на взрывобезопасность и взрывозащищённость по рекомендуемой стандартной методике. Восстановление и модернизация этих стендов, требующая замены значительной части оборудования, связана с существенными финансовыми затратами.

В работе [2] обсуждалась возможность разработки альтернативного метода испыта­ний ВМЭО на взрывобезопасность, в котором импульс высокого давления внутри оборудования создается за счет химической энергии взрывчатых материалов (ВМ). В этом случае можно отказаться от дорогостоящих испы­тательных установок и проводить испытания непосредственно на месте изготовления или установки ВМЭО. Как показывают оценки, ис­пытания по альтернативной методике обой­дутся значительно дешевле испытаний по стандартной методике, причем, чем больше установленная мощность ВМЭО, тем более выгодным окажется применение альтерна­тивного метода.

В Шатурском филиале Объединенного ин­ститута высоких температур РАН по заданию ОАО «ФСК ЕЭС» был создан бездуговой ис­точник импульсного давления (БИИД), предназначенный для проведения испытаний на взрывобезопасность ВМЭО. В этом источ­нике требуемый импульс давления создает­ся расширяющейся струей пороховых газов (СПГ). Реализованные к настоящему време­ни конструкции БИДЦ позволяют проводить испытания на взрывобезопасность ВМЭО с энергией воздействия до 5 МДж.

В данной работе приведены результаты исследований дугового разряда в трансфор­маторном масле, на основании которых был разработан БИИД. Описан накопившийся опыт использования этого источника для про­ведения испытаний на взрывобезопасность серийных образцов измерительных транс­форматоров класса напряжений 110 и 330 кВ. Представлены результаты испытаний с помо­щью БИИД макетов известных систем защи­ты ВМЭО от взрыва.

Дуговой разряд в трансформаторном масле

Опыт эксплуатации ВМЭО показывает, что при внутреннем КЗ время нарастания тока составляет 3-10 мс; продолжительность го­рения ДР определяется, главным образом, эффективностью срабатывания защитных устройств. Типичное время горения ДР - 50-100 мс. За это время ток разряда успевает два-три раза поменять полярность. Использовавшаяся в наших опытах электрическая схе­ма позволяла моделировать две полуволны тока разной полярности, но, в основном, экс­перименты проводились с одной полуволной. В ВМЭО средняя мощность ДР максимальна в течение первого полупериода, в дальнейшем из-за снижения удельного сопротивления ТМ напряжение на разряде и его мощность уменьшаются.

Импульс давления, создаваемый при испы­таниях на взрывобезопасность, должен быть подобен тому, что возникает при дуговом раз­ряде, вызывающем взрыв ВМЭО. Нами были выполнены экспериментальные исследова­ния ДР в трансформаторном масле и других изоляционных жидкостях. Основные резуль­таты этих экспериментов представлены в ра­ботах [3-5].

Эксперименты проводились в условиях, весьма близких к тем, что возникают в разря­де после короткого замыкания в ВМЭО. Мак­симальный ток дуги достигал 10-30 кА за вре­мя 1 -3 мс. Общая продолжительность горения ДР была 3-20 мс. Максимальное тепловыде­ление в дуге Qa достигало 0,1 МДж. Источни­ком энергии служил емкостной накопитель (ЕНЭ) с максимальным напряжением 5 кВ. В наших экспериментах ДР зажигался между двумя параллельными электродами диаме­тром около 20 мм, расстояние между которы­ми изменялось от 17 до 30 мм. Электроды рас­полагались в камере с внутренним диаметром 310 мм и объемом 61 л. Объем испытуемой жидкости составлял 35 л. Оставшийся объем (26 л) заполнялся азотом при атмосферном давлении. Электроды находились вблизи оси камеры. Расстояние от места возникновения разряда до границы раздела «жидкость-газ» составляло 100 мм.

Выводы

1. Приведены результаты исследования течения трансформаторного масла и воды под действием дугового разряда и струи по­роховых газов. Показано, что характеристики ДР в воде и в ТМ качественно и количествен­но близки. Установлено, что при одинаковой энергии СПГ имеет место такое же подобие реакция воды и ТМ на внешнее воздействие. Показано, что течения исследованных жидко­стей под действием дугового разряда и струи пороховых газов являются подобными при одинаковых значениях длительности и энергии воздействия.

2. Разработан бездуговой источник им­пульсного давления, позволяющий проводить испытания ВМЭО на взрывобезопасность и взрывозащищенность при энергии воздей­ствия до 5 МДж.

3. Разработана методика испытания ВМЭО с использованием бездугового источника им­пульсного давления. При этом значительно снижается стоимость этих испытаний. Предложенный метод рекомендуется для прове­дения типовых испытаний, а также для оценки работоспособности систем предотвращения взрыва и пожара всех типов ВМЭО, как альтер­натива существующему методу, основанному на инициировании ДР внутри оборудования.

4. Описан опыт испытаний на взрывобезо­пасность серийных измерительных трансфор­маторов класса напряжений 110 и 330 кВ.

5. Экспериментально показано, что метод защиты ВМЭО, заключающийся в покрытии внутренней стенки пористым материалом, ко­торый может сжиматься под действием высо­кого давления расширяющегося парогазового пузыря, - неэффективен.

6. Испытания макетов защиты ВМЭО в виде «разрушаемой мембраны» показали, что они не предохраняют его корпус от разрушения.

Представленные в данной статье результа­ты получены, в основном, в рамках договоров между Объединенным институтом высоких температур РАН и ОАО «ФСК ЕЭС». Авторы вы­ражают искреннюю признательность академи­ку В.Е. Фортову за интерес к работе и постоян­ную поддержку.

Литература

1. Дарьян Л.А, В.Г. Аракелян. Стойкость изо­ляционных жидкостей к газообразованию // Электротехника.-1997,- № 2,- С. 45-49.

2. Дарьян Л.А., Дементьев Ю.А., Ефремов В.П., Полищук В.П., Шурупов А.В. Альтерна­тивный метод оценки взрывобезопасности и взрывозащищенности высоковольтного маслонаполненного электрооборудования// ЭЛЕКТРО. 2009. № 5. с.43-46.

3. Daryan L.A., Kozlov A.V., Luzganov S.N., Povareshkin M.N., Polistchook V.P., Shurupov A.V., Shurupova N.P Experimental study of a flow of liquid under action of an arc discharge and jet of powder gases// Physics of Extreme States of Matter- 2010. Chernogolovka. 2010. P. 112.

4. L.A. Daryan, A.V. Kozlov, A.V. Kotov, M.N. Povareshkin, V.R Polistchook, A.V. Shurupov, N.P. Shurupova, Pulse arc discharge in mineral and organic oils// Proceedings of Int. Conf. on Physics of Extreme States of Matter-2012. 1-6 March, Russia, Elbrus. Institute of Problems of Chemical Physics. Chernogolovka. 2012. P. 168.

5. Дарьян Л.А., Козлов А.В., Лузганов C.H., Поварешкин М.Н., Полищук В.П., Шурупов А.В., Шурупова Н.П. Импульсный дуговой разряд в минеральном и органическом мас­ле // Труды конференции Физика низкотем­пературной плазмы - 2011. Петрозаводск. 2011. Издательство ПГУ. Том 1. с. 106 -111.

6. Физические величины. Справочник по ред. И.С. Григорьева и Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат. 1991. 1260 с.

7. Дарьян Л.А., Козлов А.В., Поварешкин М.Н., Полищук В.П., Сон Э.Е., Фортов В.Е., Шурупов А.В. Бездуговой метод испытания высоковольтного маслонаполненного оборудования на взрывобезопасность // Известия РАН. Энергетика. 2011. №5. с. 74.

8. Дарьян Л.А., Козлов А.В., Поварешкин М.Н., Полищук В.П., Шурупов А.В. Бездуго­вые испытания высоковольтного маслона­полненного электрооборудования на взрывобезопасность //ЭЛЕКТРО. 2011. №5. с. 23.

 
 
Полное содержание статьи Вы можете найти в первоисточнике
Источник:  ©  Дарьян Л.А., Полищук В.П., Шурупов А.В.Испытания высоковольтного маслонаполненного электрооборудования на взрывобезопасность бездуговым методом. ЭнергоInfo, №  9,  2012.– С.54-60.
Материал размещен на www.transform.ru: 20.11.2012 г.
 

 

Перейти в форум для обсуждения

  ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????