Диагностический контроль состояния элегазового оборудования (стр. 5 )

Rост = 100(Qд – Q) /Qд, (5.3)

где Q — текущий износ сопла или графитового контакта; Qд — допус­тимое значение его износа.

5.2.4.3. Оценка по кислотности

Выбор критерия предельного состояния по кислотности эле­газа опирается на норму химической устойчивости изоляционного мате­риала КФ-4, выраженную (см. гл. 3, пп. 3.2) как произведение концен­трации действующего начала (SF4) на время действия (34 чжг/л или, в пересчете на кислотность, выраженную, как положено, через массо­вую долю HF — 700 ppm-масс. жгод*).

Для некоммутационного аппарата при допущении, что кислот­ность элегаза растет монотонно и равномерно от нуля до текущего зна­чения, в момент выработки ресурса (выражаемого в единицах времени, в годах) максимальное текущее значение (максимально допустимое зна­чение) составит удвоенное среднее значение [HF]макс = 2ж700/R. Таким образом, твердая изоляция еще имеет ресурс, если

[HF]М < 1400,

т. е. произведение текущей концентрации, ppm, на время от начала экс­плуатации M, год, меньше 1400 ppmжгод.

Прогнозируемый ресурс по этому показателю может быть рассчитан (см. рис. 5.1) как

[HF] /M = 1400 /R2,

откуда

R = (1400М /[HF])1/2,

где замеренное текущее значение [HF] зафиксировано в момент време­ни M (в годах от начала эксплуатации).

Если рассчитанное R больше М, аппарат неисправен (поскольку в нем есть кислотность), но работоспособен, и остаточный ресурс Rост, год, составляет

Rост = (1400М /[HF])1/2 – М. (5.4)

Для коммутационного аппарата можно предположить два вариан­та (и в том, и в другом случае ресурс адсорбента исчерпан, раз речь идет о наличии кислотности):

1) кислотность обусловлена частичными разрядами (признаком этого является положительная динамика кислотности) в отсутствие коммутации,

2) кислотность обусловлена актами коммутации.

В первом случае (рис. 5.2) расчет прогнозируемого остаточного ре­сурса осуществляется с учетом динамики роста ([HF]2 – [HF]1) /t, где t — интервал времени между анализами, год,

1400 /R2 = ([HF]2 – [HF]1) /t

откуда

Rост = (1400t /([HF]2 – [HF]1))1/2 – М ¢,

где М ¢ — интервал времени от начала действия ЧР до момента второго измерения кислотности, равный

М ¢ = [HF]2t /([HF]2 – [HF]1).

Окончательное выражение для остаточного ресурса

Rост = (1400t /([HF]2 – [HF]1))1/2 – [HF]2t /([HF]2 – [HF]1). (5.5)

Во втором случае можно принять, что кислотность элегаза постоян­но и неизменно существует в выключателе после последней коммута­ции. Тогда условие работоспособного состояния

[HF]1М1 < 700,

где [HF]1 — измеренная кислотность, ppm-масс. HF; М1 — срок от по­следней коммутации до текущего момента, год, а прогнозируемый оста­точный ресурс, год, при условии, что актов коммутации до конца срока службы больше не будет,

Rост = 700 /[HF]1 – М1, (5.6)

где М1 — срок от последней коммутации до текущего момента, год. Ес­ли акт коммутации повторился (рис. 5.3), то условие работоспособного состояния

[HF]1М1 + [HF]2М2 < 700

и прогнозируемый остаточный ресурс, год, при условии, что актов ком­мутации до конца срока службы больше не будет,

Rост = (700 – [HF]1М1) /[HF]2 – М2

или в общем виде

Rост = (700 – S([HF]n – 1Мn – 1)) /[HF]n – Мn. (5.7)

Итак, критерии предельного состояния сформулированы (мы их представим общими требованиями в табл. 5.2) и показана возможность и пути расчета ресурса [уравнения (5.4)—(5.7)].

5.2.5. ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ

Выполнение диагностических мероприятий по данным ана­лиза влажности, кислотности элегаза и содержанию в нем четырехфто­ристого углерода дает возможность не только формально определить состояние аппарата и рассчитать некоторые его ресурсные характери­стики, но и более полно охарактеризовать состояние аппарата и отдель­ных его узлов.

ДИАГНОСТИКА ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ

С увеличением рабочего напряжения измерение уровня частичных разрядов (ЧР) электрическими методами становится затруднительным из-за роста интенсивности электромагнитных помех. Наличие ЧР в эле­газовой изоляции высоковольтного оборудования приводит к разложе­нию шестифтористой серы с образованием низших фторидов серы и продуктов их дальнейшего химического превращения. Все получаю­щиеся при этом продукты обладают кислотностью и могут быть опре­делены кислотно-щелочным титрованием. В связи с этим количество разложенной шестифтористой серы может быть оценено по кислотно­сти элегаза, образовавшейся под действием ЧР. Корреляционная зависи­мость между интенсивностью ЧР и количеством разложенной шести­фтористой серы (и соответственно кислотностью элегаза) может слу­жить ключом к определению уровня ЧР по результатам кислотно-ще­лочного титрования. Кислотность элегаза может быть определена с по­мощью сухого индикаторного реактива [5.3] или жидким способом в ви­де массовых частей фтористоводородной кислоты на миллион [5.4] (см. гл. 2). Выполненные исследования [5.5] позволили установить взаи­мосвязь между ростом кислотности газа и уровнем ЧР в виде уравнения

([HF]2 – [HF]1)Vr /t = 0,024q, (5.8)

где [HF]2 и [HF]1 — кислотность газа, ppm-масс., измеренная через ин­тервал времени t, ч; V — объем аппарата, м3; r — плотность элегаза, г/л; q — интенсивность ЧР, пКл. Разработанный химический метод определе­ния уровня ЧР, независящий от уровня напряжения и не подверженный электрическим помехам, позволяет обнаружить ЧР интенсивностью 10 пКл в аппарате объемом 1 м3 при давлении элегаза 0,3 МПа при чув­ствительности метода определения кислотности на уровне 1 ppm-масс. за интервал времени в трое суток.

Пример 5.1. Определить уровень ЧР в аппарате с 28 кг SF6, если за 172 ч (за неделю) уровень кислотности изменился от 10 до 15 ppm-масс.

Рассчитываем по уравнению (5.8).

Произведение V, м3, на r г/л, кг/м3, равно массе элегаза в аппарате (28 кг).

Тогда

q = (15 – 10)ж28 /(172ж0,024) = 34 пКл.

ДИАГНОСТИКА ФТОРОПЛАСТОВОГО СОПЛА

В ряде конструкций элегазовых выключателей формирование потока элегаза, направляемого на горящую дугу, осуществляется с помощью сопла. Материал сопла находится в сложных условиях: непосредствен­ная близость дуги, а следовательно, воздействие высокой температуры и светового излучения, мощные потоки газа и химическая агрессив­ность среды, возникающей при горении дуги в элегазе. Фактически, только фторопласт находит применение для изготовления изоляционно­го сопла. Износ сопла, выражающийся в увеличении диаметра горлови­ны, формирующей поток элегаза, за счет «выгорания» фторопласта мо­жет привести к отказу.

Под термином «выгорание» при этом понимается широкий круг яв­лений: возгонка фторопласта, микровзрывы под поверхностью, приво­дящие к отрыву частиц фторопласта, оплавление. Было замечено, что акты коммутации в выключателе с фторопластовым соплом приводят к увеличению концентрации четырехфтористого углерода, что дало ос­нование связать это явление с «выгоранием». Фторопласт является очень инертным материалом, представляющим собой в химическом от­ношении длинноцепной перфторуглеводород. Но во фторирующей сре­де элегаза возможно дальнейшее сжигание перфторуглеводорода до элементарного перфторированного звена

(— CF2 —)m + SF6 = (— CF2 —)m – 1 + CF4 + SF4.

Четырехфтористый углерод является конечным продуктом этого про­цесса. Являясь весьма устойчивым химическим соединением, четырех­фтористый углерод открывает возможность определять степень износа фторопластового сопла по результатам анализа в выключателе [5.1, 5.2]. Физико-химическая сущность явления выражается уравнением

D = 88kQс /(50V1000), (5.9)

где D — прирост концентрации четырехфтористого углерода, %‑масс.; 88kQс /50 — масса образовавшегося четырехфтористого угле­рода; Qс — износ сопла, г; k — коэффициент пропорциональности, учи­тывающий побочные реакции и явления (механический отрыв фторо­пласта, образование четырехфтористого углерода за счет других источ­ников, образование других членов гомологического ряда CnF2n + 2 и прочее) и равный примерно 0,8; 88/50 — стехиометрическое соотно­

шение по уравнению реакции фторирования; 100Vж1000 / — общий вес газов в аппарате, г; V — объем аппарата, м3; — плот­ность элегаза в аппарате, кг/м3; — концентрация элегаза, %-масс.

Поскольку концентрация элегаза является, также как и концентрация четырехфтористого углерода, результатом газового анализа, то уравне­ние (5.9) удобно представить в виде