Уход за трансформаторным маслом

Масло в трансформаторах используется в качестве охлаждающей среды и изоляции. В роли охлаждающей среды оно отводит тепло от проводов обмоток. При этом важное значение имеет вязкость масла, изменяющаяся в зависимости от температуры. При положительной температуре масло менее вязко, при отрицательной вязкость возрастает, причем весьма неравномерно для масел различных марок. Высокая вязкость ухудшает прокачиваемость масла, затрудняет работу механизмов систем охлаждения. В связи с этим в эксплуатации вязкость масла нормируется. Она проверяется у свежих сухих трансформаторных масел перед заливкой в оборудование.

Изоляционные свойства трансформаторных масел, находящихся в эксплуатации, характеризуются рядом показателей, значения которых должны быть не ниже следующих:

Класс напряжения трансформатора, ввода, кВ	До 15	15-35	60-220	330-500	750
Электрическая прочность – пробивное напряжение, кВ	20	25	35	45	55
Содержание кислот	Не более 0,25 мг КОН/г масла
Содержание водорастворимых кислот и щелочей	Не более 0,014 мг КОН/г масла для трансформаторов 630 кВּА и выше и для герметичных маслонаполненных вводов
Содержание механических примесей	Отсутствие
Снижение температуры вспышки масла в трансформаторах	Не более 5°С по сравнению с предыдущим анализом
Тангенс угла диэлектрических потерь масла для трансформаторов и вводопри 70°С	Не более 7% для масла в оборудовании напряжением до 220 кВ включительно

Рис. 1.22. Однофазный (а) и двухфазный (б) включения линии с ответвительными подстанциями, на одной из которых нейтраль трансформатора заземлена

В процессе эксплуатации масло загрязняется, увлажняется, в нем накапливаются продукты окисления, при этом масло теряет свои химические и электрофизические свойства, про­исходит необратимый процесс его старения. Продукты старения в виде шлама накапливаются на активных частях трансформатора, что затрудняет отвод тепла. Масло стареет за счет совместного воздействия на него кислорода воздуха и электрического поля. Активность кислорода усиливается в при­сутствии влаги, попадающей извне. Окислению способствуют вы­сокие рабочие температуры, солнечный свет, присутствие растворимых в масле солей металлов (особенно меди и железа), являющихся катализаторами окисления. При наличии электрического поля в масле накапливается больше влаги, чем в тех же условиях, но при отсутствии электрического поля. Капли воды и частицы загрязнений располагаются в электрическом поле вдоль его силовых линий, что приводит к резкому снижению электрической прочности масла.

В связи с указанным за состоянием трансформаторных масел ведется систематический контроль.

Отбор проб масла. Качество масла проверяется путем периодического отбора проб и их лабораторного анализа. В за­ви­си­мости от объема испытаний анализы масла делят на полный и со­кращенный. Кроме того, масло испытывают на электрическую прочность; в состав испытания входят определение пробивного напряжения, влагосодержания и визуальное определение механических примесей. Если при лабораторном анализе будут обнаружены более низкие показатели качества масла по сравнению с установленными нормами, принимаются меры по восстановлению утерянных маслом свойств очисткой, осушкой и регенерацией.

Очистка и осушка масла. Масло очищается от механических примесей и влаги центрифугированием и фильтрованием че­рез бумажные фильтры. Высокой степени очистки добиваются использованием центрифуги в комбинации с фильтр-прессом. Этот способ получил широкое применение при очистке масел в работающих трансформаторах напряжением до 110 кВ. В транс­форматорах 220 кВ и выше, где к маслу предъявляются повышенные требования в отношении содержания газов (присутствие их играет существенную роль в процессе развития разряда), очистка производится во время ремонта, при этом одновременно ведутся процессы осушки, фильтрации и дегазации масла, а при необходимости и насыщение инертным газом (азотом).

В последнее время получил распространение способ осуш­ки масла при помощи цеолитов. По составу цеолиты являются водными алюмосиликатами кальция или натрия. Они содержат огромное количество пор, имеющих размеры молекул. При фильтровании масла через слой высушенного цеолита находящаяся в масле влага проникает в поры и удерживается в них. Устройство цеолитовой установки показано на рис. 1.23. Отработанные цеолиты восстанавливаются в стационарных установках продувкой горячим воздухом.

Рис. 1.23. Схема цеолитовой установки для осушки масла: 1 - маслонасос; 2 - маслоподогреватель; 3 - фильтр механической очистки; 4 - цеолито-вый фильтр-адсорбер; 5 - манометр; 6 - расходомер

Регенерация - это восстановление окисленного масла или, точнее, удаление из него продуктов старения. На практике обычно сталкиваются с регенерацией эксплуатационных масел с кислотным числом, не превышающим 0,3-0,4 мгКОН/г масла. В условиях эксплуатации для регенерации применяются различного рода адсорбенты. Восстанавливающие свойства адсорбентов основаны на способности осаждать на их поверхности продукты старения, при этом никакой химической реакции не происходит. Между молекулами адсорбента и адсорбируемого вещества действуют силы межмолекулярного притяжения.

Применяются адсорбенты естественного и искусственного происхождения. Из числа естественных чаще других используется отбеливающая земля "зикеевская опора", из искусственных - силикагель (крупнопористый марки КСК и мелкопористый КСМ). Значительно реже применяется активный оксид алюминия, обладающий высокой адсорбционной способностью по отношению к кислым продуктам старения масла.

При регенерации масло прокачивается через наполненный адсорбентом бак-адсорбер. Передвижные адсорберы применяются для регенерации масла как во время ремонта, так и в работающих трансформаторах (рис. 1.24).

Предохранение масла от увлажнения и окисления. Выше были рассмотрены способы поддержания электрической прочности и основных химических показателей масла в пределах установленных норм путем периодической очистки и осушки. Наряду с этим применяются специальные устройства защиты масла в трансформаторах в процессе эксплуатации.

Расширитель трансформатора помимо основной функции - компенсировать изменение объема масла в масляной системе трансформатора вследствие колебаний температуры - позволяет также уменьшить площадь открытой поверхности масла, соприкасающейся с воздухом, что в конечном счете снижает степень окисления, увлажнения и загрязнения масла. Влага и механические примеси, попадая в расширитель из воздуха, осаждаются в его нижней части, откуда легко удаляются при ремонтах.

Воздухоочистительные фильтры (рис. 1.25) устанавливают на опускных (дыхательных) трубах расширителей. В нижней части фильтра размещается масляный затвор 6, работающий по принципу сообщающихся сосудов. Он очи­щает проходящий через него воздух от механических примесей и, кроме того, устраняет прямой контакт масла в расширителе с окружающей атмосферой. Корпус фильтра заполняется силикагелем 5, осаждающим на своей поверхности частицы воды, содержащиеся в воздухе. Воздух проходит через фильтр при следующих обстоятельствах. С понижением температуры трансформатора объем масла в нем уменьшается. В расширителе создается разрежение. Соотношение уровней масла в затворе изменяется. Когда уровень масла во внешней полости затвора упадет настолько, что обнажится край затворного цилиндра, порция атмосферного воздуха прорвется через за­твор, пройдет через поглотитель влаги и попадет в расширитель. При нагревании трансформатора, когда масло начнет оказывать давление на воздушную подушку, в расширителе процесс произойдет в обратном направлении. Затворы рекомендуется заполнять маслом АМГ-10, а в северных районах страны морозостойким маслом МВП.

Рис. 1.24. Схема установки для регенерации масла в трансформаторе, находящемся в работе:

1 - трансформатор; 2 - маслоподогреватель; 3 - адсорбер; 4 - фильтр-пресс

В воздухоочистительных фильтрах применяют силикагель марки КСМ или КСК. Перед зарядкой воздухоочистительного фильтра силикагель просушивают при температуре 140-150°С в течение 8 ч. Для повышения влагопоглощаемости основная масса силикагеля пропитывается хлористым кальцием, а индикаторный силикагель - еще и хлористым кобальтом для придания ему голубой окраски. Влагопоглощаемость белого силикагеля, обработанного хлористым кальцием, больше, чем индикаторного. Поэтому индикаторный силикагель берется в небольшом количестве и размещается напротив смотрового окна 4. Воздухоосушающая способность фильтра определяется визуально по изменению цвета индикаторного силикагеля из голубого в розовый. Розовый цвет даже нескольких зерен индикаторного силикагеля свидетельствует об его увлажнении и необходимости замены всего силикагеля. Средний срок службы силикагеля в воздухоочистительных фильтрах зависит от объема масла в трансформаторе и колеблется в диапазоне 1-2 лет. Замена масла в масляных затворах производится через 2-3 года.

Адсорбционные и термосифонные фильтры получили распространение для непрерывной регенерации масла в трансформаторах в процессе эксплуатации. Их выполняют в виде металлических цилиндров, заполненных сорбентом, поглощающим продукты окисления и влагу из циркулирую­щего через них масла. Адсорбционные фильтры применяют в системах охлаждения ДЦ и Ц, где обеспечивается принудительная прокачка масла через фильтры, термосифонные фильтры - на трансформаторах с системами охлаждения М и Д. Масло в термосифонных фильтрах перемещается сверху вниз вследствие разности плотностей нагретого и охлажденного масла.

Сорбентом в фильтрах служит силикагель КСК или активный оксид алюминия, которые предварительно должны быть хорошо просушены. Фильтры подключают к трансформаторам со свежим маслом. Очередную замену сорбента производят после того, как кислотное число превысит 0,1-0,12 мгКОН/г масла.

Азотная защита устраняет контакт масла в расширителе трансформатора с атмосферным воздухом, предотвращая тем самым загрязнение и окисление масла. Среди многих известных систем азотной защиты чаще встречается система низкого давления (давление азота не более 3 кПа) с применением эластичной емкости (рис. 1.26). Основным элементом системы является эластичный резервуар б, выполняемый из газонепроницаемого химически стойкого материала (резинотканевая пластина) и соединяемый газопроводом с расширителем трансформатора 1. Система заполняется постоянным количеством азота, давление которого незначительно превышает нормальное атмосферное давление при всех температурных изменениях уровня масла в расширителе. Так, при нагреве трансформатора, когда уровень масла в расширителе поднимается, азот, заполняющий его, переходит в эластичный резервуар, объем которого увеличивается. При понижении уровня масла в расширителе азот переходит в него из резервуара, при этом стенки эластичного резервуара опадают. Для поглощения влаги, которая может по тем или иным причинам поступить в газовую систему из масла или изоляции, а также из газового баллона 8 во время подпитки системы азотом, служит газоосушитель 4.

Рис. 1.25. Воздухоочистительный фильтр трансформатора: 1 - дыхательная трубка трансформатора; 2 - стенка бака; 3 - соединительная гайка; 4 - смотровое окно патрона с индикаторным силикагелем; 5 - зерна силикагеля; 6 -масляный затвор; 7 - указатель уровня масла в затворе

На подстанциях с двумя и более трансформаторами применяется групповая азотная защита с питанием от одного эластичного резервуара. Все элементы и узлы газовой системы трансформаторов тщательно уплотняются, проходят опрессовку азотом при давлении 50 кПа. Масло в трансформаторе должно быть нейтральным, сухим, дегазированным и азотированным. Дегазация масла производится под вакуумом на специальных установках, насыщение азотом - продувками. При трех-четырех продувках кислород в масле практически полностью замещается азотом. Содержание кислорода в газовом пространстве расширителя должно быть не более 1%. При большем содержании кислорода азотная защита масла неэффективна.

Обслуживание азотной защиты. При осмотре устройства проверяют уровень масла в расширителе трансформатора, наполнение эластичных резервуаров азотом, цвет силикагеля в осушителе. Если объем эластичных резервуаров мал и не соответствует уровню масла в расширителе, проверяют внешнее состояние эластичных резервуаров и герметичность соединений всей газовой системы.

При необходимости производится подпитка газовой системы азотом из баллонов. Для этого отключается газовая защита трансформатора, закрывается кран 3 (рис. 1. 26), и система через редуктор и кран 7 заполняется азотом из баллонов до тех пор, пока объем эластичного резервуара не станет соответствовать уровню масла в расширителе. Подключение эластичного резервуара к трансформатору производится в обратном порядке. Последней выполняется операция включения в работу газовой защиты трансформатора.

В нормальном состоянии необходимость в подпитке азотом возникает, как правило, не чаще 1 раза в месяц. Однако передовой опыт свидетельствует о том, что при надежной герметичности соединений всех узлов в надмасляном пространстве подпитку резервуаров азотом производят в среднем 1 раз в год.

Пробы газа отбирают через 6 мес. Если в газовой смеси обнаруживается более 3% кислорода, производится 10-минутная продувка надмасляного пространства в расширителе технически чистым и сухим азотом (с содержанием кислорода не более 0,5%). Продувка азотом производится при открытом вентиле 2. Газовая защита трансформатора выводится из работы на все время продувки. Доливка масла в трансформатор, имеющий азотную защиту, производится через нижний сливной кран 10, при этом проверяется надежность подсоединения маслопровода к крану.

Пленочная защита основана на герметизации масла трансформатора подвижной пленкой, помещаемой в расширителе трансформатора и изолирующей масло в расширителе от соприкосновения с атмосферным воздухом. Конструктивно пленочная защита выполняется в виде эластичного компенсатора, способного изменять свой объем при всех температурных колебаниях объема масла в трансформаторе, или в виде эластичной мембраны, плавающей на поверхности масла и свободно изгибающейся при изменениях объема масла в расширителе. В обоих случаях в надмасляном пространстве трансформатора сохраняется нормальное атмосферное давление.

Уровень масла в расширителе определяется по стрелочному указателю (специальной конструкции), рычаг которого опирается на поверхность пленки. Трансформатор с пленочной защитой заполняется дегазированным маслом. Необходим периодический контроль газосодержания масла.

К недостаткам пленочной защиты относят сложность размещения и герметизации эластичных пленок внутри расширителя, а также невозможность повседневного визуального контроля за их исправностью. Герметичность пленки проверяется при ремонте трансформатора. Внеочередная проверка ее состояния должна проводиться в случае срабатывания газовой защиты трансформатора.

Присадки, увеличивающие срок службы трансформаторного масла. Свежее нормально очищенное масло содержит смолы, являющиеся естественными антиокислителями, защищающими масло от окисления в начальный период. Повышение стабильности регенерированных масел в эксплуатации достигается применением специальных присадок, тормозящих процесс окисления.

Рис. 1.26. Схема азотной защиты масла в трансформаторе с применением эластичной емкости: 1 - расширитель трансформатора;

2 - вентиль продувки азотом надмасляного пространства; 3 - кран питания системы азотом; 4 - осушитель силикагелевый (или цеолитовый); 5 -вентиль эластичного резервуара; 6 - эластичный резервуар; 7 - кран подключения баллона с редуктором и манометрами давления; 8 - газовый баллон; 9 - защитный металлический кожух; 10 - сливной кран; 11 - газовое реле; 12 - редуктор

В зависимости от механизма действия присадки относят к следующим группам:

1) ингибиторы - антиокислители;

2) деактиваторы - вещества, уменьшающие каталитическое действие растворимых в масле соединений, содержащих металлы;

3) пассиваторы - вещества, образующие на металле пленку, предохраняющую масло от каталитического действия металлов.

Широкое применение нашли такие присадки, как ионол, антраниловая кислота и др. Ионол - типичный ингибитор. Будучи введенным в масло в количестве 0,2% массы масла, он эффективно замедляет образование осадка в хорошо очищенных маслах, тормозит рост tg.

Антраниловая кислота - присадка, обладающая много­функциональным действием. Это сильный деактиватор и пассиватор, но слабый ингибитор. При введении в масло антраниловой кислоты (0,02-0,05%) коррозия меди и железа практически прекращается.

Эффективно одновременное применение ионола и антраниловой кислоты.

Доливку масла в трансформаторы, залитые маслом с присадками, производят таким же маслом, которое было залито первоначально.

Не допускается смешение масел из нефти различных месторождений без проверки влияния на них присадок.

1.9