9. Эксплуатация трансформаторных масел

Трансформаторным (изоляционным) маслом заполня­ются баки силовых трансформаторов и реакторов, масля­ных выключателей, измерительные трансформаторы и вводы.

Масло в трансформаторах и реакторах используется в качестве охлаждающей среды и изоляции. В масляных выключателях оно выполняет роль дугогасящей среды и изо­ляции токоведущих частей.

На станциях и подстанциях находят применение масла различных марок, выпускаемые по стандартам и техничес­ким условиям. Масла различных марок существенно отли­чаются по своим диэлектрическим свойствам, поэтому каждое из них предназначается для заливки в оборудова­ние определенных классов напряжения.

Масла разделяют на две группы: содержащие антиокис­лительные присадки (ингибированные) и не содержащие их( неингибированные). Ингибированнос масло более ста­бильно. Оно не оказывает вредного влияния на твердую изоляцию трансформаторов.

В эксплуатации принято делить масло на свежее, реге­нерированное, чистое сухое, эксплуатационное и отрабо­танное. Запасы этих масел содержатся раздельно в специ­альных баках.

Отбор проб и испытания масла. В процессе эксплуата­ции масло загрязняется механическими примесями, увлаж­няется, в нем накапливаются продукты окисления. При этом масло теряет свои электроизоляционные свойства, в результате чего снижается сопротивление изоляции обору­дования. Масло окисляется под влиянием кислорода воздуха. Активность кислорода усиливается в присутствии влаги, попадающей в масло извне. Окислению способствует высо­кая температура, солнечный свет, присутствие металлов (особенно меди и ее сплавов), являющихся катализаторами окисления. Чем больше продуктов старения в масле, тем хуже его свойства. Поэтому большое значение приобретает систематическое наблюдение за состоянием масла в транс­форматорах и аппаратах. Наблюдение ведется путем отбо­ра проб и проведения лабораторных испытаний. При обна­ружении изменения показателей по сравнению с установ­ленными нормами принимаются меры по восстановлению утерянных маслом свойств. Это достигается очисткой, осуш­кой и регенерацией масла. Отбор проб производится в су­хую погоду в промытые и хорошо просушенные стеклянные банки вместимостью 0,5 и 1 л.

Различают три вида испытаний изоляционных масел: испытание на электрическую прочность, сокращенный ана­лиз, полный анализ.

Полному анализу подвергаются масла на нефтеперегон­ных заводах, а также масла после регенерации.

Для эксплуатационного масла, находящегося в работе (залитого в оборудование), проводятся сокращенный ана­лиз и испытание его электрической прочности. Масло долж­но удовлетворять следующим показателям качества: кис­лотное число — не более 0,25 мг КОН/г; содержание водо­растворимых кислот и щелочей — не более 0,014 мг КОН/г для трансформаторов мощностью более 630 кВА и для герметичных маслонаполненных вводов, для негерметичных вводов напряжением до 500 кВ — 0,03 мг КОН/г; отсутст­вие механических примесей; падение температуры вспышки по сравнению с предыдущим анализом не более 5°С; взве­шенный уголь в масле выключателей — не более одного балла; электрическая прочность масла (пробивное напря­жение) для трансформаторов, аппаратов и вводов;

Кроме того, свежее трансформаторное масло, поступаю­щее с завода и предназначенное для заливки в оборудова­ние, дополнительно проверяется на стабильность, тангенс угла диэлектрических потерь и натровую пробу.

Масло из трансформаторов с пленочной защитой при эксплуатации проверяется также на влагосодержание и га­зосодержание, а из трансформаторов с азотной защитой — только на влагосодержание.

Масло из баковых выключателей 110 кВ и выше в про­цессе эксплуатации испытывается на пробивное напряже­ние, содержание механических примесей и взвешенного уг­ля после выполнения ими предельно допустимого числа ком­мутаций тока КЗ.

Сокращенный анализ масла проводится в следующие сроки:

масло из силовых трансформаторов мощностью более 6300 кВА и напряжением 6 кВ и выше, из измерительных трансформаторов напряжением выше 35 кВ и негерметич­ных маслонаполненных вводов — не реже 1 раза в 3 года;

из герметичных вводов — при повышенных значениях угла диэлектрических потерь вводов;

из силовых трансформаторов — при срабатывании газо­вого реле на сигнал.

Проверка масла из масляных выключателей произво­дится при капитальном, текущем и внеплановом ремонтах.

Очистка и сушка масла. Масло, не удовлетворяющее нормам на электрическую прочность в связи с его увлаж­нением или загрязнением механическими примесями, под­вергается центрифугированию.

Центрифугированием масло очищается не от всех за­грязнений. Легкие волокна, частицы взвешенного угля, смолистые вещества остаются в масле вследствие неболь­шой разницы плотностей масла и примесей. Более глубокая очистка достигается при применении фильтр-пресса. При фильтровании масло под давлением 0,4—0,6 МПа продав­ливается насосом через пористую среду (бумагу) с боль­шим количеством капилляров, задерживающих в себе час­тички воды и примесей размером более 10—15 мкм.

Экономичным и совершенным способом является сушка масла распылением в вакууме. Сущность метода заключа­ется в том, что в специальной вакуумной камере произво­дится тонкое распыление увлажненного масла. Образую­щиеся при этом пары воды отсасываются вакуумным насо­сом, а осушенное масло выпадает в виде капель на дно камеры.

Получил распространение способ сушки масла при по­мощи синтетического цеолита. По составу цеолиты являют­ся водными алюмосиликатами кальция или натрия. Цеоли­ты содержат огромное количество пор, имеющих размеры молекул. При пропускании сырого масла через слой высу­шенного цеолита молекулы воды поглощаются его порами и удерживаются в них. Устройство цеолитовой установки показано на рис. 7.31. Для осушки эксплуатационного мас­ла требуется примерно 0,1—0,2 % цеолита от массы масла.

Регенерация — это восстановление окисленного масла, т. е. удаление из него продуктов старения. На практике обычно сталкиваются с регенерацией эксплуатационных масел с кислотным числом, не превышающим 0,3—0,4 мг КОН/г. Для восстановления таких масел применяют мето­ды, основанные на использовании различного рода адсор­бентов. Восстанавливающие свойства адсорбентов в их способности поглощать продукты старения, содержащиеся в масле. Применяются искусственные и естественные ад­сорбенты. Из искусственных употребляются крупнопорис­тый силикагель сорта КСК (крупный силикагель крупнопо­ристый) и окись алюминия. Из числа естественных чаще других используется отбеливающая земля — «зикеевская опока». Естественные адсорбенты дешевле искусственных, но и менее эффективны по своей активности.

Восстановление масел происходит в процессе фильтра­ции его через слой зерен адсорбента. Для этого адсорбент помещается в специальный аппарат — адсорбер (рис. 7.32), через который насосом прокачивается масло. Пропуск мас­ла контролируется расходомером и составляет 250— 360 л/ч.

Передвижные адсорберы используются для очистки масла, сливаемого из оборудования во время ремонта, а

Рис. 7.31. Схема цеолитовой установки для сушки масла:

1 — маслонасос; 2—маслоподогреватель; 3 — фильтр механической очистки; 4 — цеолитовый фильтр-адсорбер; 5 —манометр; б —расходомер

также в работающем оборудовании, находящемся под на­пряжением (рис. 7.33). В последнем случае регенерация ведется под постоянным наблюдением персонала, так как возможны колебания уровня масла в действующем обору­довании, а их нельзя допускать.

Зернистые адсорбенты, потерявшие активность, восста­навливаются в особых камерах продувкой воздухом, нагре­тым до 200 °С.

Предохранение масла от увлажнения и окисления. Вы­ше были рассмотрены способы поддержания электрической прочности и химических показателей эксплуатационных масел в пределах установленных норм путем периодической очистки и сушки. Чтобы снизить эксплуатационные расхо­ды по уходу за маслом, целесообразно защитить масло, за-

Рис. 7.32. Передвижной адсорбер для регенерации масла:

1 — корпус адсорбера; 2 — вход масла; 3 — перфорированное дно с сеткой; 4 — зерни­стый адсорбент; 5 — фильтрующее устрой­ство; 6 — выход масла: 7 — кран для вы­пуска воздуха; 8 — цапфы для поворота корпуса

литое в оборудование и храня­щееся в резерве, от увлажне­ния и накопления в нем про­дуктов окисления. Для предо­хранения масла от влаги и за­грязнений воздуха применяют­ся воздухоосушительные филь­тры, устройство и установка которых на трансформаторе показана на рис. 7.34.

В нижней части фильтра помещен масляный затвор 5, работающий по принципу двух сообщающихся сосудов. Он очищает проходящий через не­го воздух от механических при­месей. В верхней части фильтр снабжен патроном с голубым

индикаторным силикагелем.

Действие фильтра состоит

в следующем. С понижением температуры трансформа­тора объем масла в нем уменьшается. При этом порция атмосферного воздуха засасывается в трансформатор через масляный затвор. Проходя через слой силикагеля, атмо­сферный воздух осушается и попадает в расширитель транс­форматора. При нагревании трансформатора, когда масло начинает оказывать давление на воздушную подушку, про­цесс проходит в обратном порядке. Об увлажнении силика­геля свидетельствует изменение цвета индикаторного сили­кагеля из голубого в розовый.

Одним из способов защиты масла в силовых трансфор­маторах от окисления является применение термосифонных фильтров, которые представляют собой металлические ци­линдры, заполненные адсорбентом, непрерывно поглощаю­щими продукты окисления масла. Термосифоны присоеди­няют к трансформаторам так же, как радиаторы охлажде­ния. У трансформаторов с охлаждением ДЦ и Ц их крепят у выносных охладителей. Масло в термосифоне перемеща­ется сверху вниз. В качестве адсорбента применяется сили-кагель марки КСК или активная окись алюминия с зерна­ми 2,7—7 мм. Расчетная емкость термосифона составляет 2 % объема масла в баке, расширителе и охладителях трансформатора. Подключение термосифона производят к трансформаторам со свежим маслом —это дает наилучшие

Рис. 7.33. Схема установки для ре­генерации масла в трансформаторе, находящемся в работе:

1 — трансформатор; 2 — подогреватель; 3 — адсорбер; 4 — фильтр-пресс

результаты. Адсорбент заменяют, когда кислотное число масла станет равным 0,1—0,15 мг КОН/г.

Лучшим способом защиты масла в трансформаторах от окисления является устранение прямого контакта масла с атмосферным воздухом и влагой, что может быть достигну­то герметизацией трансформаторов и заменой воздуха над поверхностью масла инертным газом, например азотом. Две принципиальные схемы конструктивного выполнения азотной защиты приведены на рис. 7.35. При схеме на рис. 7,35, а объем азотной подушки выбирается равным при­мерно 15 % объема залитого масла.

Для обеспечения выхлопа газа из бака при поврежде­нии внутри трансформатора все герметизированные транс­форматоры снабжаются механическими реле давления, сра­батывающими при повышении давления в баке до 75 кПа.

В схеме, представленной на рис. 7.35, б, пространство над маслом в расширителе соединено трубкой с эластич­ным резервуаром из химически стойкого и газонепроницае­мого материала. Система заполнена постоянным количест­вом азота, давление которого сохраняется равным атмосферному давлению при любом режиме работы транс-

Рис. 7.35. Схемы конструктивного выполнения азотной защиты масла в трансформаторах:

а — система с переменным Давлением азо­та над поверхностью масла; б — система с нормальным атмосферным давлением азо­та с применением эластичного резервуара; 1 — бак трансформатора; 2 — эластичный резервуар; 3 — козлы для подвешивания резервуара

Рис. 7.34. Воздухоосушитель:

1 — труба для присоединения воздухоосушителя; 2 — стенка бака; 3 — соединитель­ная гайка; 4 — смотровое окно патрона с индикаторным силикагелем; 5 — масляный затвор; 6 — указатель уровня масла в затворе

форматора. При нагреве трансформатора уровень масла в расширителе поднимается и азот, заполняющий его, пере­ходит в эластичный резервуар, объем которого увеличива­ется. При охлаждении трансформатора уровень масла в нем понижается, азот выходит из эластичного резервуара и занимает пространство в расширителе, освободившееся при сжатии масла. При этом стенки эластичного резервуа­ра опадают.

На подстанциях с двумя и более трансформаторами применяются схемы групповой азотной защиты с подпиткой их от одного эластичного резервуара.

При монтаже азотной защиты на трансформаторе про­изводится тщательное уплотнение отдельных его узлов и соединений в пространстве над маслом. Герметичность сое­динений проверяется опрессовкой системы азотом при дав­лении 50 кПа. Масло в трансформаторе дегазируется (уда­ляется кислород) и азотируется (насыщается азотом). Де­газация производится распылением масла под вакуумом

Рис. 7.36 Головка

маслонаполненного

ввода:

1 — масло во вводе; 2 — трубка маслинного за­твора; 3 — масло в зат­воре; 4 — поддон; 5 — трубка воздухоосушите-ля; 6 — масляный затвор воздухоосушителя; 7 — стеклянная трубка; 8 — зерна силикагеля; 9 — сетка

или путем замещения кислорода азотом при помощи про­дувок.

Эксплуатация силовых трансформаторов с азотной за­щитой мало чем отличается от эксплуатации обычных трансформаторов. По внешнему состоянию эластичного ре­зервуара ведется контроль за состоянием газоплотности системы. Два раза в год из эластичных резервуаров отби­раются пробы газа на содержание кислорода. Подпитку азотом производят по мере его расхода (утечки). Доливка масла в трансформатор производится через нижний кран с помощью специального приспособления, исключающего по­падание воздуха в трансформатор.

В настоящее время устройствами азотной защиты масла оборудуются и маслонаполненные вводы, особенно на на­пряжении 330 и 500 кВ.

Пленочная защита. Она основана на герметизации мас­ла подвижной эластичной пленкой, помещаемой в расшири­тель трансформатора и изолирующей масло в расширителе от прямого контакта с атмосферным воздухом. При темпе­ратурных колебаниях объема масла в трансформаторе эластичная пленка всегда остается прижатой к поверхно­сти масла в расширителе, поднимаясь при увеличении объ­ема масла и опускаясь при его уменьшении.

Антиокислительные присадки. Свежее, нормально очи­щенное масло содержит смолы, являющиеся естественными антиокислителями; масло, регенерированное адсорбентами, утрачивает их. В эксплуатации повышение стабильности регенерированных масел достигается совместным примене­нием термосифонных фильтров и специальных антиокисли­тельных присадок.

В Советском Союзе в качестве антиокислителей широко используются ионол, амидопирин и другие вещества. Ионол, будучи введенным в масло в количестве, равном 0,2 % мас­сы масла, эффективно задерживает окисление. Вместе с тем он не извлекается из масла адсорбентами. Ионол практиче­ски полностью предотвращает образование осадка в хорошо очищенных маслах. Амидопирин подобно ионолу задержи­вает образование кислот и осадка увеличивает срок служ­бы примерно в 2—3 раза. Однако при введении в масло амидопирина термосифонные фильтры загружают только окисью алюминия, так как силикагель обладает способно­стью адсорбировать амидопирин.

Защита масла во вводах. Для защиты от увлажнения масла во вводах применяются масляные затворы. Конст­руктивно их выполняют в виде цилиндра, разделенного на две части цилиндрической перегородкой, имеющей снизу отверстия для перетока масла из одной части в другую. Маслом заполняют менее половины цилиндра. Оно не име­ет прямого контакта с маслом во вводе. Сверху воздушное пространство одной части затвора сообщается с воздушной подушкой в расширителе ввода, другой части — с атмосфе­рой. Все температурные колебания объема масла и давле­ния во вводе компенсируются изменением уровней запираю­щей жидкости в цилиндре затвора. Масляные затворы не устраняют, а лишь ограничивают влагообмен между маслом затвора, воздухом расширителя и маслом ввода. Более эффективной мерой предохранения масла является оснащение вводов с масляными затворами еще и воздухоосушителями. На рис. 7.36 показана головка маслонаполненного ввода с масляным затвором и воздухоосушителем. Средством, ис­ключающим контакт масла с атмосферным воздухом и тем самым длительно обеспечивающим сохранение им высоких электроизоляционных свойств, является полная герметиза­ция вводов (см. § 7.1).

Вопросы для повторения

1. Какие функции выполняет магнитопровод трансформатора?

2. Для чего и как заземляют магнитопровод трансформатора?

3. Какие требования предъявляют к обмоткам трансформаторов?

4. В какой последовательности вводится в работу оборудование масловодяного охлаждения?

5. В чем состоит обслуживание систем охлаждения масляных транс­ форматоров?

6. Чем отличается устройство РПН с реактором от РПН с резисто­ рами?

7. В чем заключается обслуживание устройств ПБВ и РПН?

8. Возможно ли включение в работу трансформаторов с охлажде­ нием ДП и Ц в зимнее время при температуре наружного воздуха ни­ же —25 °С?

9. Допускается ли перегрузка трансформаторов и автотрансформа­ торов?

10. В каких пределах допускается превышение напряжения на об­ мотках трансформаторов?

11. На что обращается внимание при осмотре трансформаторов?

12. Как проверить группу соединения обмоток трансформатора?

13. Какими методами выполняется фазировка трансформаторов?

14. Как осуществляется защита от перенапряжения разземленных нейтралей трансформаторов?

15. Каким показателям качества должно удовлетворять эксплуата­ ционное трансформаторное масло?

16. Какими свойствами обладают цеолит и силикагель?

17. Назовите способы защиты трансформаторных масел от окисле­ ния и увлажнения.