Як масляний трансформатор досягає напруги пробою 60 кВ через вакуумне заповнення?

Промислові дані показують, що приблизно 30% передчасних відмов трансформаторів безпосередньо пов’язані з надмірним вмістом вологи та газу в ізоляційній олії. Збільшення вологості лише на 15 частин на мільйон (ppm) може знизити напругу пробою трансформаторного масла з 60 кВ до рівня нижче 30 кВ. Це різке зниження діелектричної міцності підкреслює критичну важливість процесу вакуумного заповнення у виробництві трансформаторів. Для анмасляний трансформаторпри номінальній напрузі 33 кВ або вище, досягнення та підтримка напруги пробою 60 кВ не є цільовою якістю — це фундаментальна вимога для надійної роботи протягом 30-40-річного терміну служби трансформатора.

У цій статті представлено систематичний технічний аналіз того, як масляні трансформатори досягають напруги пробою 60 кВ через вакуумне заповнення. Обговорення охоплює чотири основні етапи процесу: попередня обробка масла та перевірка якості, вакуумне сушіння сердечника та ізоляції обмотки, процес вакуумного заповнення з контрольованими параметрами та випробування після заповнення відповідно до стандартів IEC та ASTM. Кожен етап перевіряється з посиланням на конкретні параметри процесу, вимоги до обладнання та контрольні точки контролю якості. Стаття також розглядає типові режими відмови та забезпечує практичну структуру контролю якості для виробників трансформаторів та кінцевих користувачів.

Зміст

• 1. Попередня обробка нафти та стандарти якості
• 2. Вакуумна сушка сердечника та обмотки трансформатора
• 3. Параметри процесу вакуумного наповнення
• 4. Тестування масла та перевірка напруги пробою
• 5. Загальні режими відмови та точки контролю якості
• 6. Часті запитання (FAQ)
• 7. Висновок

1. Попередня обробка нафти та стандарти якості

Шлях до досягнення напруги пробою 60 кВ починається з попередньої обробки трансформаторного масла перед тим, як воно потрапить у бак трансформатора. Навіть нове очищене трансформаторне масло зазвичай містить розчинену вологу, гази та тверді забруднювачі, які необхідно видалити для досягнення необхідної діелектричної міцності. Процес попередньої обробки здійснюється на спеціальному заводі з переробки нафтопродуктів, який включає системи підігріву, установки вакуумного зневоднення та багатоступеневе фільтраційне обладнання. Необхідно перевірити наступні параметри, перш ніж вважатиметься придатним для заливки трансформатора:

• Напруга пробою (BDV):≥ 60 кВ (виміряно відповідно до IEC 60156)
• Вміст вологи:≤ 10 ppm (виміряно методом титрування за Карлом Фішером)
• Вміст розчиненого газу (DGA):≤ 0,5% за об'ємом (виміряно газовою хроматографією)
• Коефіцієнт дисипації (tan δ):≤ 0,001 при 90°C (виміряно згідно з IEC 60247)
• Кількість часток:≤ 500 частинок на 100 мл (розмір ≥ 5 мкм)
• Питомий опір:≥ 10¹² Ω·см при 90°C

Процес очищення масла складається з трьох етапів. Перший етап - нагрівання: масло нагрівається до 60-70°C для зниження в'язкості і полегшення виділення розчинених газів і вологи. Другий етап - вакуумна дегідратація: нагріте масло подається у вакуумну камеру, що працює при тиску 0,1-0,5 мбар. Під цим вакуумом температура кипіння води знижується, внаслідок чого волога випаровується та відбирається вакуумним насосом. Типовий час зневоднення становить 4-8 годин, залежно від об’єму олії та початкового вмісту вологи. Третій етап — фільтрація: зневоднена олія проходить через серію фільтрів з розміром 5 мкм і 1 мкм для видалення твердих забруднювачів. Потім оброблене масло рециркулює через систему, поки не будуть досягнуті всі задані параметри.

У наступній таблиці підсумовано параметри попередньої обробки та відповідні критерії прийнятності.

наLugao Power Co., Ltd., ми підтримуємо спеціальну установку для переробки нафти, оснащену масляним резервуаром об’ємом 10 000 літрів, установкою вакуумної дегідратації 300 л/хв і системою фільтрації із замкнутим циклом із абсолютними фільтрами 1 мкм. Кожна партія обробленого масла відбирається та перевіряється перед тим, як отримати дозвіл на заповнення трансформатора. Результати випробувань задокументовані в сертифікаті партії, який супроводжує трансформатор протягом усього терміну служби. Цей суворий протокол попередньої обробки гарантує, що масло, що надходить у трансформатор, відповідає тим самим стандартам якості, що й масло, яке буде перевірено після заповнення, створюючи основу для досягнення напруги пробою 60 кВ.

2. Вакуумна сушка сердечника та обмотки трансформатора

Ізоляція трансформатора складається в основному з матеріалів на основі целюлози — паперу, пресованого картону та деревини — які за своєю суттю є гігроскопічними. За нормальних атмосферних умов ці матеріали можуть поглинати до 8% вологи за вагою. Коли трансформатор подається під напругу, ізоляція нагрівається, і будь-яка присутня волога випаровується, знижуючи діелектричну міцність як твердої ізоляції, так і навколишнього масла. Вакуумне сушіння - це процес видалення цієї вологи із системи ізоляції перед заповненням трансформатора маслом. Процес сушіння має вирішальне значення, оскільки навіть після очищення масла волога, що потрапила в ізоляцію, з часом буде вимиватися в масло, знижуючи напругу пробою.

Процес вакуумного сушіння зазвичай включає наступні етапи. Спочатку трансформатор поміщають у сушильну шафу або нагрівають шляхом циркуляції гарячого масла через систему охолодження. Сердечник і обмотка нагріваються до 85-105°С для прискорення виділення вологи. Потім бак трансформатора відкачується за допомогою вакуумного насоса для зниження тиску до 0,1-0,5 мбар. Під цим вакуумом температура кипіння води знижується приблизно до 40-50°C, дозволяючи волозі в ізоляції випаровуватися. Випарована волога витягується з бака вакуумним насосом. Процес сушіння триває до тих пір, поки вологість утеплювача не впаде нижче 0,5% по масі.

Кінцева точка сушіння визначається одним із двох методів:

• Метод підвищення тиску:Вакуумний насос відокремлюється від бака трансформатора, і протягом визначеного періоду вимірюється швидкість підвищення тиску. Якщо швидкість підвищення тиску становить менше 0,1 мбар на годину протягом 4 годин, висихання вважається завершеним.
• Метод точки роси:Точка роси газу, який відводиться з трансформатора, постійно контролюється. Коли точка роси опускається нижче -40°C, висихання вважається завершеним.

Тривалість процесу вакуумного сушіння залежить від розміру трансформатора, типу ізоляції та умов навколишнього середовища. Для типового трансформатора 10 МВА процес сушіння може тривати 48-72 години. Для більших силових трансформаторів процес може тривати до кількох днів. У наступній таблиці наведені типові параметри сушіння для різних класів трансформаторів.

У Lugao. ми використовуємо комбінацію термічної вакуумної сушки та циркуляції гарячої олії для досягнення необхідного видалення вологи. Трансформатор нагрівається за рахунок циркуляції гарячого масла через систему охолодження, при цьому бак одночасно вакуумується. Такий спосіб забезпечує рівномірний нагрів і прискорює процес висихання. Після завершення циклу сушіння трансформатор утримується під вакуумом, поки не почнеться процес заповнення маслом, запобігаючи повторному поглинанню вологи з атмосфери. Цей підхід гарантує, що вміст вологи в ізоляції підтримується нижче порогового значення 0,5%, що є важливим для досягнення та підтримки напруги пробою 60 кВ.

3. Параметри процесу вакуумного наповнення

Коли сердечник і обмотка трансформатора висушені до необхідного вмісту вологи, починається процес заливання масла. Це найбільш критичний етап виробництва трансформатора, оскільки будь-яка помилка на цьому етапі може поставити під загрозу діелектричну міцність ізоляції. Процес вакуумного заповнення проводиться, поки бак трансформатора підтримується під вакуумом. Очищене масло вводиться на дно резервуара і повільно піднімається, витісняючи вакуум. Необхідно ретельно контролювати параметри процесу, щоб запобігти утворенню бульбашок, забезпечити повне проникнення ізоляції та уникнути пошкодження обмоток.

Основні параметри процесу вакуумного наповнення:

• Рівень вакууму перед заповненням:0,1-0,5 мбар, підтримувати щонайменше 2 години після завершення циклу сушіння.
• Температура масла при заливці:60-70°C, підтримується для забезпечення низької в'язкості та хороших характеристик текучості.
• Швидкість заповнення:≤ 300 л/год (для малих і середніх трансформаторів; більші трансформатори можуть використовувати пропорційно вищі витрати, але не повинні перевищувати швидкість, з якою масло може проникнути через ізоляцію).
• Тиск наповнення:У нижній частині резервуара створюється невеликий надлишковий тиск (0,1-0,2 бар), щоб забезпечити надходження масла в обмотки.
• Вакуум під час наповнення:Вакуум підтримується під час процесу наповнення, щоб видалити будь-які гази, які можуть виділитися з масла або ізоляції.
• Осадження після заповнення:Після того, як резервуар заповнений, трансформатору дають постояти протягом 12-24 годин під вакуумом або під надлишковим тиском сухого азоту, щоб дозволити будь-яким бульбашкам газу, що залишилися, вийти.

Швидкість заповнення особливо важлива. Якщо масло вводиться надто швидко, турбулентність може створити бульбашки, і масло може не повністю проникнути через ізоляцію. Якщо масло вводиться занадто повільно, процес стає неефективним. Швидкість наповнення зазвичай контролюється регулюванням витрати масляного насоса або за допомогою редукційного клапана. Для великих трансформаторів процес заповнення можна проводити поетапно з паузами, щоб дати можливість маслу проникнути в ізоляцію перед початком наступного етапу. У наступній таблиці наведено рекомендовані швидкості заповнення для різних потужностей трансформатора.

Після завершення заповнення трансформатор зазвичай нагрівається до 50-60°C за допомогою системи охолодження, щоб підвищити здатність масла поглинати залишковий газ і вологу. Потім трансформатор піддається остаточній вакуумній обробці, відомій як «остаточна дегазація», щоб видалити будь-які гази, які могли бути поглинені маслом. Цей останній крок гарантує, що напруга пробою масла залишається на цільовому рівні 60 кВ або вище. У Lugao Power Co., Ltd. ми ведемо детальні записи всіх параметрів процесу для кожного трансформатора, включаючи журнали з мітками часу рівнів вакууму, температур і швидкості потоку. Ці записи є частиною документації з якості трансформатора та зберігаються протягом усього терміну експлуатації обладнання.

4. Тестування масла та перевірка напруги пробою

Після того, як трансформатор заповнено маслом і дано йому відстоятися, необхідно перевірити систему ізоляції, щоб переконатися, що вона відповідає необхідним специфікаціям напруги пробою. Основним випробуванням є випробування напруги пробою масла, яке проводиться відповідно до IEC 60156 або ASTM D1816. Цей тест передбачає подачу напруги на зразок трансформаторного масла з контрольованою швидкістю, доки масло не зруйнується. Тест проводиться на кількох зразках, щоб гарантувати повторюваність результату. На додаток до випробування масла, вся система ізоляції трансформатора піддається діелектричним випробуванням для перевірки її цілісності.

Випробування напруги пробою масла виконується за допомогою стандартної випробувальної камери, яка складається з двох електродів, розділених проміжком 2,5 мм. Випробувальна напруга прикладається зі швидкістю 2 кВ/с. Випробування проводять на шести зразках масла. Результати першого тесту відкидаються, а середнє значення решти п’яти тестів обчислюється. Середнє значення має бути ≥ 60 кВ. Якщо середнє значення нижче 60 кВ, масло вважається таким, що не пройшло випробування. Процедура тестування та критерії прийнятності підсумовані в наступній таблиці:

На додаток до тесту на пробій масла, трансформатор піддається наступним діелектричним тестам для перевірки цілісності всієї системи ізоляції:

• Тест на стійкість до промислової частоти:Трансформатор піддається напрузі, що в 2-3 рази перевищує номінальну напругу протягом 60 секунд. Поломка або частковий розряд не допускаються.
• Тест індукованої перенапруги:Трансформатор піддається впливу частоти 100-400 Гц при напрузі, що вдвічі перевищує номінальну напругу протягом 60 секунд. Не допускається поломка або видима деформація ізоляції.
• Тест на частковий розряд:Трансформатор випробовують на частковий розряд при напрузі, що в 1,1 рази перевищує номінальну напругу. Рівень часткового розряду вимірюється і повинен бути нижчим за вказану межу (зазвичай 20-50 пКл для маслонаповнених трансформаторів).
• Тан Дельта Тест:Коефіцієнт дисипації системи ізоляції вимірюється при 90°C. Значення має бути в межах, визначених IEC 60076.

У Lugao Power Co., Ltd. ми проводимо ці випробування кожного трансформатора перед його відправкою. Результати випробувань задокументовані у вичерпному звіті про випробування, який супроводжує трансформатор. Випробування напруги пробою масла проводиться на пробах масла, взятих з баку трансформатора після процесу заповнення та відстоювання. Це гарантує, що масло в трансформаторі є тим самим маслом, яке було перевірено. Якщо масло не проходить тест на пробивну напругу, весь процес повторюється, доки масло не буде відповідати специфікаціям. Цей суворий режим випробувань гарантує, що наш масляний трансформатор відповідає найвищим стандартам якості та надійності.

5. Загальні режими відмови та точки контролю якості

Незважаючи на суворий контроль процесу, описаний вище, під час вакуумного заповнення все ще можуть виникати збої. Розуміння загальних режимів відмови та встановлення надійних контрольних точок контролю якості має важливе значення для підтримки стабільної якості виробництва. У цьому розділі визначено найпоширеніші режими відмови та надано структуру контролю якості для кожного етапу процесу.

Тип помилки 1: Неповне вакуумне сушіння.Якщо ізоляція трансформатора не висушена до необхідного вмісту вологи, напруга пробою буде знижена. Найпоширенішою причиною неповного висихання є недостатній рівень вакууму або недостатній час нагрівання. Щоб запобігти цій несправності, необхідно постійно контролювати рівень вакууму протягом циклу сушіння. Для перевірки кінцевої точки необхідно використовувати вимірювання підвищення тиску або точки роси.

Тип несправності 2: повторне забруднення масла.Масло може бути повторно забруднене під час транспортування, зберігання або наповнення, якщо обладнання не очищається належним чином. Забруднюючі речовини, такі як пил, вода чи інші частинки, можуть потрапити в масло через з’єднання або під час передачі. Щоб запобігти цьому, все обладнання перед використанням необхідно ретельно очистити та висушити. Резервуари для зберігання нафти повинні бути закритими та наповненими сухим азотом.

Тип відмови 3: Повітряне захоплення.Якщо повітря потрапляє в трансформатор під час заповнення, воно може утворювати бульбашки, які знижують напругу пробою. Захоплення повітря більш імовірне, якщо швидкість наповнення надто велика або якщо рівень вакууму не підтримується під час наповнення. Щоб запобігти цьому, слід зменшити швидкість наповнення та підтримувати вакуум протягом усього процесу.

Для кожного етапу процесу вакуумного наповнення рекомендуються наступні контрольні точки контролю якості:

У Lugao ми впроваджуємо систему управління якістю, яка включає ці контрольні точки в наші стандартні операційні процедури. Кожен етап процесу документується, а будь-які відхилення досліджуються та виправляються. Такий систематичний підхід до контролю якості має важливе значення для підтримки високого рівня надійності, якого наші клієнти очікують від наших масляних трансформаторів.

6. Часті запитання (FAQ)

Питання 1: Чи є напруга пробою 60 кВ гарантованим значенням протягом усього терміну служби трансформатора, чи вона зменшується з часом?

Відповідь: 60 кВ є гарантованим мінімальним значенням на момент виготовлення та введення в експлуатацію. Протягом терміну служби трансформатора пробивна напруга буде поступово знижуватися через деградацію масла, потрапляння вологи та накопичення твердих частинок. Однак за умови належного технічного обслуговування, включаючи періодичне тестування масла, фільтрацію та осушення, напруга пробою може підтримуватися вище прийнятного рівня. Галузеві стандарти зазвичай вимагають заміни або відновлення масла, коли напруга пробою падає нижче 30 кВ.

Питання 2: Яка різниця в напрузі пробою між трансформаторами з вакуумним і традиційним наповненням?

Відповідь: трансформатор із звичайним заповненням (заповнений під атмосферним тиском без вакуумної сушки) зазвичай досягає напруги пробою 30-40 кВ. Трансформатор із вакуумним наповненням за належної попередньої сушіння та вакуумної обробки постійно досягає 60 кВ або вище. Ця різниця в 20-30 кВ означає значне підвищення запасу безпеки та надійності. Вища напруга пробою знижує ризик пошкодження ізоляції, особливо під час стрибків напруги або блискавки.

Питання 3: Чи необхідне вакуумне заповнення для малих розподільних трансформаторів (≤ 10 кВ)?

Відповідь: Для розподільних трансформаторів з номінальною напругою 10 кВ і нижче вакуумне заповнення не завжди є обов’язковим, але воно все частіше вважається найкращою практикою. Хоча ці трансформатори можуть працювати з напругою пробою 30-40 кВ, вакуумне заповнення забезпечує вищий запас міцності та покращену довгострокову надійність. Зараз багато комунальних підприємств вказують вакуумне заповнення для всіх нових придбаних трансформаторів, незалежно від номінальної напруги, як частину своїх вимог щодо забезпечення якості. У Lugao Power Co., Ltd. ми застосовуємо вакуумне заповнення всіх наших масляних трансформаторів.

Питання 4: Як трансформаторне масло може підтримувати напругу пробою під час роботи?

Відповідь: Підтримка пробивної напруги під час роботи вимагає комплексної програми обслуговування. Необхідно регулярно відбирати проби масла та перевіряти напругу пробою, вміст вологи та вміст розчинених газів. Якщо напруга пробою падає нижче 45 кВ, масло слід відфільтрувати та зневоднити. Якщо вміст вологи перевищує 20 ppm, масло слід висушити. Деякі трансформатори оснащені онлайн-системами фільтрації масла, які постійно видаляють вологу та частки, підтримуючи якість масла на оптимальному рівні.

Запитання 5: Яка коригувальна дія, якщо випробування напруги пробою масла не вдається після заповнення?

Відповідь: Якщо після заправки тест напруги пробою масла не вдається, трансформатор зазвичай обробляють повторно. Вийшло з ладу масло зливається, а трансформатор піддається новому циклу вакуумної сушіння для видалення вологи з ізоляції. Потім свіже очищене масло вводиться за допомогою того самого процесу вакуумного наповнення. After the re-filling, the oil is re-tested. Цей процес може знадобитися повторити, доки напруга пробою не відповідатиме зазначеним вимогам. У рідкісних випадках, коли саме масло є джерелом проблеми, можливо, доведеться замінити масло новою партією.

7. Висновок

Досягнення напруги пробою 60 кВ у масляному трансформаторі є результатом ретельно контрольованого виробничого процесу, який починається з очищення олії та продовжується через вакуумне сушіння, контрольоване заповнення та суворі випробування. Кожна стадія цього процесу вимагає точного контролю критичних параметрів — температури, рівня вакууму, швидкості заповнення та умов випробування — щоб переконатися, що кінцевий продукт відповідає необхідним специфікаціям електричної міцності. Стандарти та практики, викладені в цій статті, засновані на IEC 60156, ASTM D1816 і IEC 60076, забезпечують технічну основу для досягнення цього важливого рівня якості.

У Lugao Power Co., Ltd. ми запровадили комплексну систему управління якістю, яка включає ці засоби контролю процесу та стандарти тестування в наші операції з виробництва трансформаторів. Наші масляні трансформатори розроблені та виготовлені для забезпечення надійної роботи протягом усього терміну служби. Щоб отримати детальнішу технічну інформацію, документацію щодо процесу чи специфікації продукту, зверніться до нашої команди інженерів.

Зв'яжіться з Lugao Power Co., Ltd.технічні специфікації та документацію з якості для наших масляних трансформаторів.