Диагностический контроль состояния элегазового оборудования (стр. 4 )

Содержание шестифтористой серы. Обеспечивает электрическую прочность газового промежутка. Снижение значения концентрации ни­же нормированного значения не повлияет на работоспособность аппара­та. Аппарат при этом перейдет в неисправное состояние. Перевод аппа­рата в исправное состояние может быть осуществлен посредством заме­ны элегаза в аппарате элегазом необходимого качества.

Содержание кислорода (для выключателей). Превышение норматива не снижает работоспособности объекта. Это состояние можно характе­ризовать как неисправное. Процедура замены элегаза возвращает аппа­рат в исправное состояние, хотя, возможно, и не устраняет причину (если повышение содержания кислорода, также как и воды, связано с диффузией через уплотнения).

Кислотность элегаза (для выключателей). Если после двух суток после коммутации выключателя в элегазе сохраняется кислотность, это свидетельствует о неспособности фильтра-поглотителя выполнять свои функции, по крайней мере, по одному из своих предназначений. Сохра­няющаяся в объекте кислотность элегаза может привести к отказу, т. е. к нарушению работоспособности. В сочетании с влагой кислотность элегаза резко снижает его изоляционные свойства, воздействует на твердую изоляцию, приводя к ее повышенному износу с образовани­ем дорожек проводимости (триингов), повышению интенсивности раз­рядов и в конечном счете к пробою. Кислотность может быть устранена заменой элегаза, но это не решение проблемы, так как кислотность эле­газа генерируется актами коммутации или частичными разрядами, а нормально, штатно ликвидируется только адсорбентом. В последнем случае может идти речь о ресурсе адсорбента, хотя ресурс адсорбента не определяет ресурса аппарата в целом.

Утечка элегаза, какая бы она ни была, не повлияет на работоспособ­ность, а лишь приведет к повышенному расходу элегаза (неисправное состояние).

То же самое можно сказать и об относительной влажности воздуха в системе привода выключателя. Влажность воздуха может быть выше установленного норматива, но это в определенном диапазоне темпера­туры не отразится на работоспособности аппарата.

Рассматривая проблему надежности элегазового аппарата в части фи­зико-химических параметров, можно выделить еще две физико-химиче­ские характеристики, которые не нашли отражение в числе нормируе­мых, но определенно характеризуют состояние аппарата с позиций ре­сурса: содержание четырехфтористого углерода в выключателе (со фто­ропластовым или графитовым соплом, или с графитовыми дугоприемны­ми контактами) и кислотность элегаза в некоммутационных аппаратах.

Было замечено [5.1, 5.2], что выполнение операций по коммутации тока сопровождается повышением концентрации четырехфтористого углерода в элегазе выключателя. Это явление было связано с горением углеродных материалов во фторирующей плазме элегаза. В ряде конст­рукций элегазовых выключателей формирование потока элегаза, на­правляемого на горящую дугу, осуществляется с помощью сопла. Мате­риал сопла (обычно это – фторопласт или графит) находится в сложных

условиях, и, несмотря на исключительную химическую стойкость этих материалов, в элегазовой плазме дуги они претерпевают изменения, ко­нечным продуктом которых является четырехфтористый углерод (см. далее, пп. 5.2.5). Износ сопла выражается в увеличении диаметра горловины, формирующей поток.

Аналогичные химические явления протекают и при использовании графитовых дугоприемных контактов.

По содержанию четырехфтористого углерода, а точнее по приросту концентрации четырехфтористого углерода, в выключателе со фторо­пластовым или графитовым соплом можно судить об износе сопла, а в выключателе с графитовыми дугоприемными контактами — об износе контактов, т. е. о приближении к отказу. Ресурс сопла и дугоприемных контактов является одновременно и ресурсом выключателя, так как коммутация тока — основная заданная функция выключателя, и одним из элементов ее реализации в данной конструкции являются сопло и ду­гоприемные контакты.

Установление наличия кислотности элегаза в некоммутационном ап­парате однозначно свидетельствует о повышенном уровне частичных разрядов (ЧР), предвестнике пробоя изоляционного промежутка с поте­рей основной заданной функции аппарата. Образовавшиеся в результате разложения элегаза под действием частичных разрядов кислотные при­меси производят химическое воздействие на материал твердой изоля­ции, что в конечном счете может привести к возникновению разрядов на поверхности изолятора и далее к его перекрытию, т. е. к нарушению основной заданной функции аппарата. По данным кислотности в неком­мутационном аппарате можно определить уровень ЧР в элегазовой изо­ляции (подробнее см. пп. 5.2.5), с одной стороны, а с другой — сопос­тавить химическую активность газовой среды с химической устойчиво­стью твердой изоляции.

Таким образом, критерии предельного состояния аппарата должны формироваться на основе следующих показателей:

— влажность элегаза в соответствии с установленным нормативом для всех видов аппаратов,

— увеличение содержания четырехфтористого углерода в выключа­теле со фторопластовым или графитовым соплом в соответствии с данными разработчика,

— увеличение содержания четырехфтористого углерода в выключа­теле с графитовыми дугоприемными контактами в соответствии с данными разработчика,

— кислотность элегаза в аппарате в соответствии с нормативом хи­мической устойчивости изоляционного материала.

Целью диагностических мероприятий является определение «про­гнозируемого остаточного ресурса» (Rост), т. е. оставшихся возможно­стей аппарата. Если для какого-либо параметра, назначенного в качест­ве критерия предельного состояния, установлены допустимые границы (от r0 — начальное значение, до r1 — конечное значение критерия пре­дельного состояния), то для этого параметра может быть установлен Rост как местоположение текущего значения r этого параметра внутри установленных границ. Прогнозируемый остаточный ресурс может быть выражен в процентах Rост = (r1 – r)/(r1 – r0)ж100 или, если извест­на функция изменения этого параметра во времени Dr/Dt, в единицах времени Rост = (r1 – r) /(Dr/Dt). В ряде случаев, особенно когда измене­ние данного параметра не является монотонной функцией работы аппа­рата, приходится ограничиться констатацией факта достижения пре­дельного состояния, что соответствует полному израсходованию ресур­са по данному параметру, фактически отвечая на вопрос «да — нет»: есть ресурс — нет ресурса.

5.2.4. КРИТЕРИИ ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ И РАСЧЕТ РЕСУРСА

5.2.4.1. Оценка по влажности

Очевидно, что критерий предельного состояния по парамет­ру влажности элегаза должен согласовываться с установленным норма­тивом качества элегаза (табл. 4.9, гл. 4), т. е.:

температура конденсации влаги в элегазе:

— для аппаратов наружной установки: не менее, чем на 20 °С ниже среднесуточной температуры,

— для выключателя: ниже – 30 °С при температуре окружающей среды 20 °С,

— для прочих аппаратов: ниже 0 °С для аппаратов внутренней уста­новки при температуре окружающей среды 20 °С.

Нарушение установленных нормативов характеризует неисправное состояние аппарата. Необходимо решить, как можно охарактеризовать предельное состояние.

Для аппаратов внутренней установки относительная влажность эле­газа при нормативных условиях составляет 26 %. Учитывая, что каких-либо существенных температурных колебаний аппараты не испытыва­ют, они могут работать и при большей относительной влажности. Одна­ко обоснованного критерия найти не удается. Поэтому принимаем в ка­честве предельного состояния по параметру влажности: 75 % относи­тельной влажности, что соответствует пятиградусному запасу (темпера­тура конденсации примерно 15 °С при температуре 20 °С).

Для аппаратов наружной установки и выключателей (которые в дан­ном случае в части требований по влагосодержанию приравниваются к аппаратам наружной установки) выполнение двадцатиградусного интер­вала обязательно, поскольку эти аппараты находятся в условиях атмо­сферных колебаний температуры. Поэтому, с помощью специального ма­тематического аппарата (гл. 4, п. 4.8) по полученным в анализе данным влажности элегаза устанавливается соответствие полученного значения требованию норматива в течение оставшегося срока службы. Если требо­вание не выполняется, то определяется срок, в течение которого норматив будет выполняться. После этого срока фиксируется неисправное состоя­ние с частичной неработоспособностью и рассчитывается допустимый нижний предел рабочей температуры. Если текущая температура опуска­ется ниже рассчитанного нижнего предела, то состояние аппарата должно быть признано предельным и эксплуатация приостановлена.

5.2.4.2. Оценка по содержанию четырехфтористого углерода

Критерий предельного состояния по параметру увеличение содержания четырехфтористого углерода в выключателе со фторопла­стовым и графитовым соплом опирается на величину допустимого из­носа сопла, определяемого увеличением диаметра внутренней горлови­ны сопла за счет «выгорания» фторопласта или графита в элегазовой плазме (см. пп. 5.2.5). Увеличение диаметра горловины снижает ско­рость дутья и приводит к невозможности осуществить акт коммутации тока. Условие предотвращения отказа элегазового выключателя заклю­чается в том, чтобы текущий износ сопла Qс не превышал допустимый Qдс, т. е. Qс £ Qдс. Если условие не выполняется, это означает, что ре­сурс сопла исчерпан, а аппарат достиг предельного состояния и должен быть выведен в ремонт. Значение допустимого износа Qдс задается раз­работчиком и должно быть указано в технической документации. Зна­чение текущего износа рассчитывается по данным анализа [см. далее, уравнение (5.10)].

Аналогичный подход используется также при оценке износа графи­товых контактных материалов: текущий износ контактов Qк не должен превышать допустимый Qдк, т. е. Qк £ Qдк, где значение текущего изно­са рассчитывается по данным анализа [уравнение (5.11)].

Прогнозируемый остаточный ресурс этих узлов, в процентах, может быть определен в общем виде как