УСТАНОВКА ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОБ ОПАСНОМ СОСТОЯНИИ ЖИДКОЙ ИЗОЛЯЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО МАСЛОНАПОЛНЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
PLANT TO ALARM DANGEROUS CONDITION OF LIQUID INSULATION IN HIGH-VOLTAGE OIL-FILLED ELECTRIC EQUIPMENT

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для предупреждения об опасном состоянии жидкой изоляции высоковольтного маслонаполненного электрооборудования.
Известно переносное устройство для контроля состояния изоляции силовых трансформаторов по патенту РФ №2245559, G01R 31/14. Устройство содержит усилитель с генератором синусоидальных электромагнитных высокочастотных импульсов, переносной компьютер, блок питания, фильтры от помех, снабженные емкостным делителем с блоком отбора напряжения тестовых импульсов, фильтрами присоединения в комплекте с усилителями и электронными блоками защиты от импульсов переходных процессов в электрической сети, к которым подключено контролируемое электрооборудование. Также устройство содержит: параметрические согласующие блоки, обеспечивающие присоединение цепей контроля ко входу переносного компьютера, высоковольтные изолированные проводники со съемными зажимами для подключения устройства контроля к выводам контролируемого электрооборудования. Устройство позволяет контролировать изоляцию обмоток трансформатора, однако его нельзя применить для контроля состояния жидкой изоляции электрооборудования.
Известно акустическое устройство для регистрации газовых полостей в двухфазном потоке по а.с. СССР №1065766, G01N 29/00, 07.01.84, содержащее последовательно соединенные генератор электрических импульсов, излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи, усилитель, формирователь импульсов, два элемента 2И-НЕ, элемент задержки, суммирующий счетчик и блок селекции. Устройство не позволяет определить пробивное напряжение жидкой изоляции и не может быть использовано для контроля состояния жидкой изоляции электрооборудования.
Задача, на которую направлено настоящее изобретение, - снижение аварийности маслонаполненного высоковольтного оборудования за счет определения пробивного напряжения жидкой изоляции с микровключениями и предупреждения об ее опасном состоянии.
Поставленная задача решается созданием установки для предупреждения об опасном состоянии жидкой изоляции высоковольтного маслонаполненного электрооборудования, включающей ПЭВМ, соединенную с двухканальным генератором импульсов, который в свою очередь сообщен с ультразвуковыми излучателями, позволяющими формировать акустические волны накачки в контролируемой области жидкой изоляции, гидрофон, имеющий возможность преобразовывать акустическую волну разностной частоты в сигнал, тракт приема, детектирования и обработки сигнала и датчики температуры и давления в контролируемой области жидкой изоляции, соединенный с ПЭВМ решающий блок, который позволяет определить напряжение пробоя жидкой изоляции и который в свою очередь сообщен с блоком сравнения, также соединенным с ПЭВМ и позволяющим сделать заключение об опасном состоянии жидкой изоляции, причем блок сравнения соединен с устройством предупреждения об опасном состоянии жидкой изоляции.
Отличительными существенными признаками предлагаемого технического решения являются наличие решающего блока, позволяющего на основании измеренных и заданных величин определить напряжение пробоя жидкой изоляции, наличие блока сравнения, который позволяет на основании информации о пробивном напряжении, рассчитанном в решающем блоке, и на основании данных о предельно допустимых значениях пробивного напряжения сделать заключение об опасном состоянии жидкой изоляции и с помощью специального блока предупредить о состоянии жидкой изоляции высоковольтного маслонаполненного электрооборудования.
Таким образом, совокупность существенных признаков позволяет достичь технического результата, а именно добиться снижения аварийности маслонаполненного высоковольтного оборудования.
Предлагаемая установка может быть использована для контроля состояния жидкой изоляции высоковольтного маслонаполненного электрооборудования, например силовых трансформаторов. Она может быть изготовлена на предприятиях, специализирующихся в данной отрасли, т.е для этого требуются известные материалы и комплектующие, выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью, следовательно, техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость».
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема установки для предупреждения об опасном состояния жидкой изоляции; на фиг.2 - устройство силового масляного трансформатора с установкой для предупреждения об опасном состояния жидкой изоляции; на фиг.3 - зависимость электрической прочности от размера газового включения.
1
2
Установка, предназначенная для предупреждения об опасном состоянии жидкой изоляции высоковольтного маслонаполненного электрооборудования, включает следующие функциональные блоки: 1 - ПЭВМ, используемая для управления установкой. Для формирования гармонических сигналов с заданными постоянными частотами в диапазоне 100…400 кГц используется двухканальный генератор импульсов 2. Частота формируемых гармонических сигналов устанавливается с помощью ПЭВМ, шаг настройки - 1 Гц. Уровень выходного гармонического сигнала в каналах может быть задан ручными регуляторами амплитуды первого и второго каналов. Генератор импульсов 2 имеет возможность запоминания текущих значений частот формируемых гармонических сигналов. Выходы двухканального генератора импульсов 2 соединены с ультразвуковыми излучателями 3, 4, которые формируют акустические волны накачки, выполненными на основе пьезокерамического диска диаметром 11 мм марки МА-4001. Ультразвуковые излучатели 3, 4 предназначены для работы в широком диапазоне температур от 10°C до 95°C, с чувствительностью 74 дБ относительно 1 В/мкПа. Акустические волны накачки с ультразвуковых излучателей 3,4 направляются в жидкую изоляцию 5 (с газовыми микровключениями) высоковольтного маслонаполненного электрооборудования, в которой происходит их частичное рассеивание, взаимодействие и формирование акустической волны разностной частоты, с частотой Ω=ω-ω. Прием акустической волны разностной частоты осуществляется малогабаритным гидрофоном 6 типа 8103 фирмы Брюль и Къер, преобразующим ее в сигнал, обработка которого осуществляется узкополосным трактом приема, детектирования и обработки сигнала. Тракт содержит последовательно включенные: многокаскадный усилитель сигнала 9, узкополосный фильтр 10, амплитудный детектор 11, усилитель 12, аналого-цифровой преобразователь 13 и спектроанализатор 14. Блок 7 представляет собой датчик температуры анализируемой области жидкой изоляции. Блок 8 представляет собой датчик давления в анализируемой области жидкой изоляции. Сигналы с блоков 7, 8, 11, 14, несущие информацию об амплитуде и частоте акустической волны разностной частоты, температуре и давлении в жидкой изоляции, поступают в решающий блок 15, позволяющий на основании указанных выше полученных данных и заложенного алгоритма рассчитать размеры газовых микровключений в жидкой изоляции высоковольтного маслонаполненного электрооборудования и определить напряжение пробоя жидкой изоляции с микровключениями.
Решающий блок 15 последовательно соединен с блоком сравнения 16, осуществляющим сравнение пробивного напряжения жидкой изоляции с допустимыми значениями пробивного напряжения, и в случае превышения допустимого значения направляет сигнал в блок 17, который является элементом предупреждения об опасном состоянии жидкой изоляции высоковольтного маслонаполненного электрооборудования и представляет собой звуковой оповещатель и транспарант: «Опасно»/«Неопасно».
Ультразвуковые излучатели 3, 4 акустических волн накачки и малогабаритный гидрофон 6 типа 8103 фирмы Брюль и Къер установливаются в радиаторной трубе перед термосифонным фильтром.
Устройство силового масляного трансформатора с установкой 22 для определения опасного состояния жидкой изоляции показано на фиг.2, на которой изображены бак трансформатора 18, заполненный жидкой изоляцией (трансформаторным маслом), термосифонный фильтр 19, через который происходит циркуляция жидкой изоляции, со встроенным в него блоком 20, в котором происходит генерация акустических волн накачек и прием акустической волны разностной частоты, содержащим ультразвуковые излучатели 3, 4 и гидрофон 2. Блок 20 соединен с генератором импульсов 2, трактом приема, детектирования и обработки сигнала 21 и ПЭВМ 1.
1
2
1
2
1
2
Устройство работает следующим образом (фиг.1). С помощью ПЭВМ 1 задаются частоты гармонических сигналов ω и ω, формируемые двухканальным генератором импульсов 2. При воздействии сигналов, поступающих с генератора 2 на ультразвуковые излучатели 3, 4, излучатели 3, 4 формируют две акустические волны накачки с частотами ω и ω, направляемые в жидкую изоляцию. При наличии в жидкой изоляции газовых микровключений происходит частичное рассеивание и взаимодействие акустических волн накачки и генерирование газовыми микровключениями (присутствующими в жидкой изоляции) акустической волны разностной частоты с частотой Ω=ω-ω.
Прием акустической волны разностной частоты осуществляется гидрофоном 6, информация с которого в виде сигнала поступает на усилитель 9, а далее на узкополосный фильтр 10 и детектор 11. Для дальнейшей обработки сигнал поступает в усилитель 12 и в последующем в аналого-цифровом преобразователе 13 происходит преобразование аналоговой формы сигнала в цифровую. Преобразованный сигнал поступает в спектроанализатор 14 (типа GDS) для выделения амплитудной огибающей сигнала акустической волны разностной частоты и анализа его амплитуды и частоты, а далее в решающий блок 15. В решающий блок также поступает информация о температуре и давлении в жидкой изоляции с датчиков давления 8 и температуры 7 жидкой изоляции. Решающий блок 15, имея информацию о частоте и амплитуде акустической волны разностной частоты, температуре и давлении, производит определение размеров присутствующих в жидкой изоляции микровключений на основании известных формул [Заболотская Е.А., Солуян С.И. «Излучение гармоник и комбинационных частот воздушными пузырьками». «Акустический журнал», №18, 1972 г.]:
,
Ω
где P - амплитуда огибающей волны разностной частоты;
Ω - разностная частота, Гц;
3
ρ - плотность жидкости, кг/м (задается вручную для конкретного типа трансформаторного масла и температуры);
r - расстояние от слоя жидкости, содержащего исследуемые пузырьки, до точки приема сигнала (гидрофона), м; (задается вручную);
3
ΔV - изменение объема при колебаниях пузырька, м, рассчитывается по формуле:
рез
где ω - резонансная частота пульсирующего пузырька,
,
,
0
где R - равновесное значение радиуса пузырька, м;
1
2
A и A - амплитуды акустических волн накачки, Па;
γ - показатель адиабаты в уравнении состояния газа (равен 1,33, задается вручную);
δ - безразмерный декремент затухания свободных колебаний пузырька; учитывающий акустические потери, потери на преодоление внутреннего трения в системе жидкость - пузырьки газа и т.п (равен 0,1, задается вручную);
ε - нелинейный акустический параметр (задается вручную для конкретного типа масла и температуры);
0
P - равновесное значение давления среды вокруг пузырька, Па.
На основании информации о размерах газовых микровключений в жидкой изоляции по известной зависимости (фиг.3 «Образование и развитие частичных разрядов в бумажно-масляной изоляции высоковольтного оборудования в условиях эксплуатации». В.П.Вдовико. Электре, 2004, №1) определяется электрическая прочность газового включения в жидкой изоляции.
Далее решающий блок 15 по формуле:
пр
0
U=E·R·2,
где
E - электрическая прочность газового промежутка, кВ/м;
0
R - равновесное значение радиуса пузырька, м,
определяет пробивное напряжение газового включения в жидкой изоляции, а следовательно, и самой жидкой изоляции.
Затем информация о пробивном напряжении жидкой изоляции поступает в блок сравнения 16, который проводит сравнение пробивного напряжения с предельно допустимыми значениями пробивного напряжения жидкой изоляции, указанными в таблице 1 (РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования»), и, в случае превышения фактического значения над допустимым, формирует сигнал, поступающий на блок предупреждения о состоянии жидкой изоляции 17, который звуковым оповещателем формирует звуковой сигнал, а также в виде транспаранта «Опасно» предупреждает персонал об опасном состоянии изоляции высоковольтного маслонаполненного электрооборудования.
Предельно допустимые значения пробивного напряжения трансформаторного масла после заливки в электрооборудование
Категория электрооборудования
Предельно допустимое значение пробивного напряжения трансформаторного масла после заливки в электрооборудование, кВ
Электрооборудование:
до 15 кВ включительно
25
до 35 кВ включительно
30
от 60 до 150 кВ включительно
55
от 220 до 500 кВ включительно
60
750 кВ
65
Предлагаемая установка позволяет обнаружить газовые микровключения в жидкой изоляции как предвестников частичных разрядов и предупредить электротехнический персонал об опасном состоянии изоляции высоковольтного маслонаполненного электрооборудования.