Поиск по сайту
Начало >> Статьи >> Расчет тепловых полей высоковольтных маслонаполненных вводов

Расчет тепловых полей высоковольтных маслонаполненных вводов

вводы высоковольтные

Ушакова М.В. (АО НИИПТ, Санкт-Петербург)

Основной причиной повреждения высоковольтных вводов, залитых маслом Т-750, является пробой по внутренней поверхности нижней фарфоровой покрышки из-за недостаточной электрической прочности нижнего узла вводов при ухудшении состояния масла.
Механизм развития этого повреждения хорошо известен:

  1. ускоренное старение масла, формирование коллоидов, содержащих атомы металла;
  2. осаждение полупроводящего осадка на поверхности фарфора, что приводит к нарушению электрического поля внутри ввода;
  3. появление частичных разрядов в результате снижения прочности масла;
  4. газообразование, поверхностные разряды, пробой.

Казалось, что замена масла Т-750 на масло ГК, устранит повреждения вводов по этой причине. Однако уже встречаются случаи отказов вводов с маслом ГК, из-за пробоя по нижней фарфоровой покрышке.
Причины ускоренного старения масла выяснены недостаточно. Одним из факторов является повышенная температура.
Источниками нагрева ввода являются потери от тока в токоведущем стержне, диэлектрические потери в изоляции и горячее масло трансформатора, температура которого в верхних слоях доходит до 95 °С.
Для более полного представления о тепловых процессах, происходящих внутри маслонаполненного ввода под действием эксплуатационных факторов, было экспериментально определено распределение температур в аксиальном и радиальном направлениях в герметичном вводе типа ГБМТ110/630, чертеж № 2ИЭ.800.026. Условия нагрева были приближенны к эксплуатационным:

  1. нагрев нижней части ввода до температуры, равной температуре верхних слоев масла трансформатора в номинальном режиме;
  2. нагрев потерями в токоведущем стержне от тока нагрузки, от 0,5 до 0,95 1н.

Для разогрева нижней части ввод был установлен в специальную печь с маслом, которое нагревалось до рабочих температур.
Для создания рабочего тока внутрь токоведущей трубы был помещен отвод, подключенный к источнику переменного тока.
Чтобы можно было проследить за изменением температуры в радиальном и аксиальном направлениях термопары были установлены на токоведущей трубе, внутри изоляционного остова и в масляном канале, в верхней и нижней частях ввода.
Тепловые режимы испытания ввода и полученные значения температуры представлены в табл. 1.

Температура во вводе, в различных режимах нагрева

Обозначение термопар, приведенных в табл.1:
Т1 - температура на поверхности токоведущей трубы на высоте около 340 мм от нижней опорной гайки;
Т2 - температура в середине толщины бумажной изоляции на высоте около 340 мм от нижней опорной гайки;
ТЗ - температура в масле ввода у поверхности остова на уровне фланца;
Т4 - температура на поверхности трубы на высоте около 1200 мм от нижней опорной гайки;
Т5 - температура в середине толщины бумажной изоляции на высоте около 1200 мм от нижней опорной гайки;
Тб - температура на поверхности изоляции остова на высоте около 1300 мм от нижней опорной гайки;


1исп/

Т12

Т11

Т1

Т2

ТЗ

Т4

Т5

Тб

Т8

 

42

21

35

34,5

32

30,5

30,5

30,5

30

 

55,5

20

43

42

38

37

37

37

36

 

73

20

55

52

49

47

47

47

45

 

85

21

65

62,5

58

56

56

55

53

 

90,5

21,5

70

67

62

60

60

59,5

57,5

0,53

50

18

47

43

37

45

39,5

37

39

 

82

18

69

63,5

54,5

62,5

56,5

53

53

0,74

54

17

60

51,5

42

60

47

42,5

46,5

 

84,5

18.5

80

70

58,5

76

63

58

59,5

0,84

58,5

17.5

70

58,8

46

70,5

54

47

51,5

 

75

18.5

81

69

55

80

62

55

59

 

85

18.5

88

74,5

60

84,5

67

60

63

0,95

60,5

18

78

64

49

81

59

51

56

0,84

35

18

55,5

47

36

62

45

39

43

Т8 - температура на токоведущей трубе в верхней части ввода на высоте около 1630 мм от нижней опорной гайки.
Экспериментально установлено, что распределение температуры по остову существенно различается при различных режимах нагрева: маслом трансформатора или током нагрузки ввода. Так в режиме нагрева только верхними слоями масла (кривая 1, рис.1), изоляционный остов оказывается более нагретым, чем в случае нагрева только потерями от тока нагрузки (кривая 2, рис.1). С увеличением тока нагрузки увеличивается перепад температур в радиальном направлении от токоведущей трубы через толщу изоляции к маслу ввода (рис. 2).
Распределение температур по изоляции
Рис. 2
Т, °С Распределение температур по изоляции при разных вариантах нагрева

Следующим этапом исследования теплового поля внутри ввода было сравнение экспериментальных данных с данными приближенного расчета, обычно используемого на практике. В расчете
распределение температур во вводе 110кВ
Рис. 3. Экспериментальное распределение температур во вводе 110кВ при температуре верхних слоев масла 85 °С:
а)— по вертикали; б)— по горизонтали.
1— 1Исп“0;                      2— 1исп=0.531н;
3— 1исп-0.741и; 4— 1исп=0.851„
— пренебрегают тепловым потоком в аксиальном направлении, и принимают равным нулю тепловой поток через поверхность нижней фарфоровой покрышки, считая, что все выделяющееся во вводе тепло передается в окружающую среду через верхнюю фарфоровую покрышку.
Таким образом, полностью пренебрегают теплообменом с маслом трансформатора. Проведенные по этой методике расчеты показали превышение расчетных значений температуры изоляционного остова над измеренными экспериментально почти во всех режимах испытаний. Разница между расчетными и экспериментальными значениями температур достигала 9°.
Из анализа представленных экспериментальных распределений температуры (рис. 3) в изоляции ввода видно, что существует поток тепла не только в радиальном, но и в аксиальном направлении. Разница в температурах изоляции по высоте составляет около 7°С для одинаковых режимов нагрева масла в печке.
Новый расчет был проведен с учетом аксиального потока тепла от разогретого масла трансформатора.
Результаты расчета представлены в табл. 2.
Таблица 2
Температура в середине изоляционного остова Тосх
Температура в середине изоляционного остова
Сопоставление экспериментальных распределений температуры во вводе в аксиальном и радиальном направлениях с результатами данного расчета теплового поля внутри ввода показало их практически полное совпадение (кривые 1,2, рис.4).
Проведенные численные исследования показывают, что расчет теплового режима изоляции ввода с учетом нагрева его нижней части маслом трансформатора можно успешно применять для изучения теплового состояния изоляции высоковольтных изоляционных конструкций с бумажномасляной изоляцией конденсаторного типа.
распределение температуры
Рис. 4

  1. - экспериментальные данные
  2. - расчетные данные

Следует отметить, что экспериментальное определение температур и расчет тепловых потоков внутри ввода проводился без учета диэлектрических потерь в изоляции остова. Рассмотренная методика может быть использована и для расчета тепловых режимов в реальной эксплуатации, если учесть выделение тепла в изоляции остова за счет диэлектрических потерь.

Литература:

  1. Изоляция установок высокого напряжения. Учебник для вузов/Под ред. Г.С.Кучинского. М.: Энергоатомиздат,1987.
  2. Дмитревский B.C. Расчет и конструирование электрической изоляции: Учебное пособие для вузов. М.: Энергоиздат, 1984.
  3. Никулин Н.В., Шишорина Г.Д. Высоковольтные воды и их ремонт. М.: Высшая школа, 1980.
  4. Бажанов С.А., Воскресенский В.Ф. Монтаж и эксплуатация маслонаполненных вводов. М.: Энергоиздат, 1981.
  5. Петкевич Г.И., Гречко О.Н. Анализ поведения характеристик изоляции и содержания растворенных в масле газов при ресурсных испытаниях маслонаполненных вводов 110 кВ. В сб. "Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования". Выпуск 5. С-Пб, 1997.
 
« Распределительные устройства сверхвысокого напряжения   Реклоузер вакуумный PBA/TEL-10 »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.