Дипломная работа: Современные методы диагностики тяговых трансформаторов железных дорог и построение экспертной системы для обработки результатов тепловизионной диагностики тяговых трансформаторов ВСЖД

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.

Объем экстракта, дозируемый в хроматограф, составляет 1-2 мкл. Температура термостата колонок 170-180°С. Соотношения аргона, водорода и воздуха стандартные, 1: 1: 10. Градуировка хроматографа проводится по образцам масла с известным содержанием фурановых производных.

Предел обнаружения FAL, ACF и MEF в масле не превышает 0,1 мг/кг, в то время как предел обнаружения фурфурилового спирта составляет 0,03 мг/кг при соотношении сигнал/шум более 10:1.

Методика аттестована на государственном предприятии «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева». Относительная погрешность определения фурановых соединений в градуируемом диапазоне концентраций от 0,5 до 10 мг/кг не превышает 15%.

Несомненным преимуществом применяемой в этой методике хроматографической колонки является возможность ее использования не только для определения фурановых соединений, но и для определения антиокислительной присадки ионол.

1.3.1.2 Экспресс-методика визуального определения фурфурола в трансформаторных маслах

Экспресс-методика визуального полуколичественного определения фурфурола также основана на взаимодействии FAL с уксуснокислым анилином. Эта методика не требует никакого аппаратурного обеспечения, но в то же время позволяет определить не только наличие фурфурола в масле, но и интервал значений концентраций, в котором находится содержание этого соединения.

Она хорошо сочетается с любой количественной методикой определения фурановых производных - ВЭЖХ, ГЖХ или фотометрии. Это означает, что количественный анализ этих соединений в большинстве случаев следует проводить, если в масле обнаружен фурфурол, что значительно снижает трудозатраты на проведение этого анализа и способствует более длительной работе хроматографических колонок и приборов.

К настоящему времени в ВС Ленэнерго проанализировано более 450 проб трансформаторного масла на определение фурфурола. Следует отметить, что реальное содержание фурфурола в эксплуатационных маслах на много меньше того уровня, который регламентирован в последнем издании «Объема и Норм испытания электрооборудования». В большинстве случаев высокое содержание FAL (> 1 мг/кг) зарегистрировано в кислых маслах с относительно высоким содержанием С02.

В настоящее время без накопления достаточного опыта еще рано говорить о каких-либо надежных критериях оценки состояния бумажной изоляции по определению фурановых соединений. Тем не менее, если в практику эксплуатации не внедрять методики определения фурановых соединений, то этот метод контроля не сможет развиваться.

Следует отметить, что уже сейчас (до выработки надежных критериев отбраковки) только по факту обнаружения фурановых производных в масле можно установить, в какой очередности следует выводить оборудование в ремонт при прочих равных параметрах его отбраковки.

1.3.2 Определение фракционного состава механических примесей. Контроль класса промышленной чистоты

Электроизоляционные свойства трансформаторных масел в первую очередь определяются их чистотой. Так на пробивное напряжение трансформаторных масел отрицательное воздействие оказывает дисперсная вода и твердые частицы, обладающие электропроводящими свойствами.

Воздействие частиц в зависимости от их количества, размера и природы требует более глубоких исследований, что практически невозможно без применения современных систем и приборов контроля за степенью загрязнения. Определение содержания механических примесей в маслах может осуществляться весовыми методами по ГОСТ 6370-83 или РТМ 34.70.653-83, которые трудоемки, продолжительны по времени и не дают информации о размере и природе частиц. Для определения содержания загрязнений в маслах с учетом их количества и размеров, а также их характера используются автоматические счетчики частиц совместно с лабораторией мембранной фильтрации. При этом контролируется класс промышленной чистоты (КПЧ) по ГОСТ 17216-71 и (или) ISO