Диагностический контроль состояния элегазового оборудования (стр. 7 )

ДИАГНОСТИКА УПЛОТНЕНИЙ

Определение интегральной утечки элегаза по анали­зу вентиляционного выхлопа. Если в рабочем зале нет каких-либо дополнительных источников элегаза, как, например, баллоны, ус­тановки обслуживания, операции по ремонту и прочее, то в установив­шемся режиме вентилирования концентрация шестифтористой серы в вентиляционном выхлопе будет соответствовать интегральной утечке элегаза из всего комплекса оборудования, установленного в данном зале. Исходя из определения утечки — доля элегаза от общего количества в оборудовании, %, теряемая за год — скорость потери элегаза, г/с, выразится соотношением

= u1000m /(100ж3,1557ж107), (5.16)

где u — утечка, %/год; m — масса элегаза в комплексе, кг. Скорость вы­броса элегаза с воздухом через вентиляцию пропорциональна его кон­центрации и производительности вентиляции

= FC.

Концентрация элегаза в воздухе в данном анализе обычно выражает­ся в объемных долях на миллиард (ppb-об.), а производительность вен­тиляции — чаще всего в м3/ч. С учетом этого, а также плотности шести­

фтористой серы, равной 6100 г/м3 , скорость выброса элегаза, г/с, с вентиляцией составит

= 6100ж10–9FC /3600. (5.17)

Объединяя уравнения (5.16) и (5.17), получаем

u = 5,35ж10–3FC /m, (5.18)

где F — суммарная производительность вентиляции, м3/ч; C — концен­трация SF6 в воздухе вентвыхлопа, ppb-об; m — масса элегаза в ком­плексе подстанции, кг.

Пример 5.4. Рассчитать среднюю утечку элегаза из комплекса с общей массой элегаза 12,4 т, если при производительности вентиляции 20 016 м3/ч в установившемся режиме в воздухе вентвыхлопа концентрация элегаза составляет 113 ppb-об.

Решение.

По уравнению (5.18)

u = 5,35×10–3ж20016ж113/12400 = 0,98 %/год.

Утечка не менее 0,98 %/год.

Определение утечки на двойном или специальном уплотнении. На начальных этапах создания элегазового оборудова­ния для обеспечения гарантии на утечку в пределах 1 %/год в течение всего срока эксплуатации узел уплотнения проектировался в виде двух колец на фланце. Полость между ними имела закрываемые выходы в ат­мосферу, и при необходимости могла быть использована для контроля основного внутреннего кольца на утечку. В дальнейшем оказалось, что проблемы утечки решаются не удвоением колец, а только качеством из­готовления резинового кольца из маслостойкого и светостойкого резино­вого сырья и высоким качеством изготовления правильно спроектирован­ной канавки. Для обеспечения норматива по утечке достаточно и одного кольца, что одновременно снижает и габариты, и массу аппарата. Тем не менее, контроль уплотнения подобным образом может быть организо­ван и на одном уплотнении посредством дополнительных кольцевых прорезей (рис. 5.4).

Продувая полость, образованную кольцевой прорезью, через соеди­ненные с ней отверстия газом-носителем и анализируя его с помощью хроматографической аппаратуры на содержание шестифтористой серы, можно определить качество уплотнения. Однако в этом случае критери­ем качества будет не норматив утечки, потому что это не единственное уплотнение на данном объеме элегаза: оценочной величиной может быть интегральная нормативная потеря элегаза на единицу длины уп­лотнения вне зависимости от размеров самого уплотнительного кольца

по той причине, что утечка реализуется на границе раздела «кольцо — канавка».

По аналогии с уравнениями (5.16) и (5.17) скорость поступления эле­газа за пределы уплотнительного кольца, приведенная к единице длины уплотнения,

= u1000m /(100ж3,1557ж107Sl),

а та же величина — по данным анализа

= FC /l,

где F — поток газа-носителя через полость, мл/мин; l — длина иссле­дуемого уплотнения, м; Sl — длина всех уплотнений, м, в элегазовом комплексе или аппарате с массой элегаза в аппарате m, кг.

После объединения этих выражений с учетом размерности получаем

u1000m /(100ж3,1557ж107Sl) = 6,1ж10–3ж10–9FC /(60l).

Откуда выводим нормативное неравенство (для нормативной утечки 1 %/год) для полного (с двух сторон) контроля уплотнения,

FC /l < 3,12ж106m /Sl (5.19)

и для определения, осуществляемого на одной стороне уплотнения,

FC /l < 1,56ж106m /Sl, (5.20)

где F — скорость потока гелия для обдува уплотнения, мл/мин; C — концентрация SF6 по анализу, ppb-об.; m — масса элегаза в аппарате, кг; Sl — суммарная длина уплотнений в данном аппарате, м; l — длина ис­следуемого уплотнения, м. Если условия по уравнениям (5.19) и (5.20) выполняются, то утечка на исследуемом уплотнении меньше норматив­ной (1 %/год).

Пример 5.5. При хроматографическом контроле внутреннего кольца двойного уплотни­тельного узла была зафиксирована концентрация шестифтористой серы в гелии 400 ppm-об. (400 000 ppb-об.) при скорости гелия 21 мл/мин. Средняя длина кольца 1,4 м. Определить, соответствуют ли потери элегаза на этом уплотнении нормативной утечке, если в данном ап­

паратном комплексе общая масса элегаза 500 кг и общая длина внутренних уплотнений (лю­бого сечения и диаметра, в том числе и одинарных на отдельных узлах) составляет 150 м.

Решение.

При продувке полости между двумя уплотнениями контролируется полная утечка на данном уплотнении. По уравнению (5.19)

21ж400ж103/1,4 < 3,12ж106ж500 /150,

6ж106 < 10,4ж106.

Условие выполняется: реальная потеря элегаза на уплотнении меньше нор­мативной.

5.2.6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

Относительно элегазового электротехнического оборудова­ния можно уверенно сказать, ссылаясь на опыт эксплуатации, что оно обладает высокой степенью надежности с того момента как были вы­полнены глубокие исследования в области электрической прочности и дугогасительной способности и решены вопросы обеспечения качест­ва элегаза в эксплуатации. Оборудование надежно работает предписан­ные сроки. Так что для него характерен главным образом вопрос: что делать за пределами назначенного срока службы?

Практические действия по осуществлению физико-химической диаг­ностики сводятся к выполнению следующих аналитических мероприятий:

1. Выполнить хроматографиче­ский анализ:
а) из всех герметичных объемов	— анализ элегаза на содержание шестифтористой серы, кислоро­да и четырехфтористой серы,
	— анализ элегаза на содержание воды,
	— анализ элегаза на кислотность;
б) из вентвыхлопа	— анализ воздуха на содержание шестифтористой серы;
в) из мест (если они есть) на флан­цах герметизирующих разъемов	— анализ гелия на содержание шес­тифтористой серы.
2. При выполнении анализов эле­газа зафиксировать	— давление SF6, текущую темпера­туру аппарата (герметичного объема), среднесуточную темпе­ратуру.
3. Необходимые данные техниче­ской документации на оборудо­вание	— количество адсорбента в патроне предотвращения конденсации, в адсорбционном поглотителе вы­ключателя, объем аппарата или сборки, номинальная плотность элегаза, количество и сорт изоля­ционных материалов по типам, материал и допустимая потеря массы сопла, материал и допусти­мая потеря массы дугоприемных контактов, регламентированное число и величина тока отключе­ния КЗ, размеры канавок, количе­ство уплотнений по размерам и материал уплотнений, данные анализа элегаза при пуске в экс­плуатацию (SF6, O2, CF4, Н2О).
4. Данные по проектной докумен­тации на сооружение	— кратность вентиляции, или про­изводительность вентиляции и объем помещения.
5. Необходимые данные по опера­тивному журналу	— количество и характеристика произведенных отключений: время горения дуги и ток.
6. Оценить наличие или отсутст­вие ресурса аппаратов по изме­ренной влажности	— в соответствии с табл. 5.2.
7. Оценить качество элегаза в оборудовании (в соответствии с нормативами, табл. 4.9, гл. 4):	— по содержанию SF6 (для всех ви­дов аппаратов),
	— по O2 (для коммутационных ап­паратов),
	— по кислотности (главным образом для коммутационных аппаратов).
8. Рассчитать соответствие влажности нормативу, рассчитать интервал времени разрешенной эксплуатации в соответствии с нормативом влажности, рассчитать допустимый интервал рабочей температуры.
9. Рассчитать потерю массы сопла (по приросту концентрации CF4).
10. Рассчитать потерю массы графитовых контактов (по приросту кон­центрации CF4).
11.  Рассчитать ресурс:
выключателя	— по состоянию сопла (по приросту концентрации CF4),
	— по кислотности элегаза,
	— по состоянию графитовых кон­тактов (по приросту концентра­ции CF4),
прочих аппаратов	— по кислотности элегаза.
12. Рассчитать ЧР по кислотности элегаза.
13. Рассчитать интегральную утечку элегаза из всего комплекса оборудо­вания.
14. Рассчитать нормативную утечку на специально обследованных уп­лотнениях.
15. Составить заключение:
выводы	— о состоянии аппарата или его уз­лов,
предложения	— о мерах поддержания качества элегаза,
рекомендации	— по ремонту и перспективе дальней­шего диагностического контроля.

5.2.7. ПРИБОРЫ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Поскольку основу определения физико-химических диагно­стических параметров составляют хроматографические методы [5.6], то основным методом при решении задачи диагностического обследования является хроматография. За пределами хроматографического определения остается только кислотность элегаза. С введением в практику индикатор­ной трубочки с упрощенным устройством для измерения объема пропу­щенного газа (в виде резиновой камеры и шаблона) определение кислот­ности перестало быть проблематичным и может выполняться повсеместно.

Итак, четыре метода анализа:

элегаза — на состав,

элегаза — на влажность,

гелия — на шестифтористую серу,

воздуха — на шестифтористую серу

— вот задача хроматографического комплекса для оперативной диагно­стики элегазового оборудования.

Методическое описание хроматографических анализов и анализа ки­слотности дано в гл. 2. Все четыре хроматографические задачи могут быть выполнены на одной хроматографической базе, в одном хромато­графе, имеющем два детектора: детектор по теплопроводности и элек­тронозахватный детектор. Хроматографические комплексы для реше­ния задач электротехники мы называем ЭЛХРОМами — электротехни­ческими хроматографами [5.7].

В самом простом случае каждый из четырех анализов выполняется отдельно. Хроматографическая схема газовых коммуникаций прибора для решения задач этого типа показана на рис. 5.5. Прибор оснащается тремя шестиходовыми кранами-дозаторами и последовательно включа­ется на один из необходимых режимов анализа.

Для сокращения затрат времени на выполнение аналитического об­следования элегазового комплекса два анализа элегаза — на состав и на воду — объединяются и выполняются из одной пробы газа. Объедине­ние методов для достижения быстродействия, надежности и удобств требует создания специальной схемы: два шестиходовых крана-дозато­ра заменяются одним десятиходовым, выполняющим одновременно и функции дозатора пробы, и функции переключателя колонок (рис. 5.6). Такая схема составляет основу хроматографического комплекса для оперативной физико-химической диагностики элегазового оборудова­ния ЭЛХРОМ-SF6. Согласование температурного режима и длин коло­нок позволяет получить необходимую информацию об элегазе в одной хроматограмме (рис. 5.7). В этом же канале осуществляется анализ ге­

лия на содержание шестифтористой серы. Второй канал прибора ЭЛХРОМ-SF6 предназначен для определения утечки элегаза.

Хроматографические комплексы ЭЛХРОМ-SF6 укомплектовываются индикаторными трубочками для измерения кислотности элегаза и инст­рукциями по их использованию и приготовлению.

Хроматографические комплексы ЭЛХРОМ-SF6 кроме полной методиче­ской базы оснащаются программой диагностики, выполняющей все необхо­димые вычисления и предлагающей на рассмотрение эксперта заключение о состоянии элегазового оборудования по физико-химическим показателям.

5.2.8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Все изложенные методы физико-химического контроля для диагностики высоковольтного элегазового оборудования выполняются без прерывания выполнения основной функции аппарата и не приводят к расходованию ресурса. Это отличительная черта физико-химических методов, характерная как для элегазового, так и для маслонаполненного оборудования. Эти неразрушающие методы контроля не имеют помех со стороны основного функционального процесса — передачи электро­энергии — и характеризуют лишь физико-химические изменения в ре­зультате «старения» изоляции в процессе выполнения своей основной функции. В этом их привлекательность, в этом причина их широкого использования как методов первичного обследования при определении состояния изоляции. А широкое использование известных физико-хи­мических закономерностей позволяет делать глубокие и достоверные выводы не только о текущем состоянии аппарата, но и оценивать это со­стояние на перспективу.