1.8. 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, значение которых должно быть не ниже следующих:

Электрическая прочность – пробивное напряжение не ниже, кВ	20	25	35	45	50
Класс напряжения трансформатора, ввода, кВ	до 15	свыше 15 до 35	60 - 220	330 - 500	750
Кислотное число	Не более 0,25 мг КОН/г масла
Содержание водорастворимых кислот и щелочей	Не более 0,014 мг КОН/г масла для трансформаторов мощностью 630 кВА и выше и для вводов
Снижение температуры вспышки масла в трансформаторах	Не более чем на 5С первоначальной
Механические примеси и взвешенный уголь	Отсутствие
Тангенс угла диэлектрических потерь масла для трансформаторов и вводов: при 20С при 70С	не более 1% не более 7%

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 металлов (особенно меди и ее сплавов), являющихся катализатором 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. 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 сушка 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 сушки, фильтрации и дегазации масла, а при необходимости и насыщение инертным газом (азотом).

Впоследнее время получил распространение способ осушки масла при помощицеолитов. По составу цеолиты являются водными алюмосиликатами кальция и 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.

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 мг КОН/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 опока», из искусственных – силикагель (крупнопористый марки КСК и мелкопористый КСМ). Значительно реже применяется активная окись алюминия, обладающая 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 сушки. Наряду с этим применяются специальные устройства защиты масла в трансформаторах в процессе эксплуатации.

Воздухоочистительные фильтры применяются для защиты масла от влаги и загрязнений воздуха. Их устанавливают на отпускных (дыхательных) трубках расширителей (рис. 1.25.). 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 разряжение. 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 порядке.

В воздухоочистительных фильтрах применяется силикагель марки КСМ или КСК. Для повышения влагопоглощаемости основная масса силикагеля пропитывается хлористым кобальтом для придания ему голубой окраски.

Влагопоглащаемость белого силикагеля, обработанного хлористым кальцием, больше, чем индикаторного. Поэтому индикаторный силикагель берется в небольшом количестве и размещается против 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 о 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.

Термосифонные фильтры получили распространение для защиты масла в трансформаторах окисления. Их выполняют в виде металлических цилиндров, заполненных сорбентом, непрерывно поглощающим продукты окисления из циркулирующего через них масла.

Масло в термосифонах перемещаются сверху вниз вследствие разности плотностей нагретого и охлажденного масла. Сорбентом служит силикагель КСК или активная окись алюминия. Расчетная емкость термосифона – около 2% объема масла в баке, расширителях и охладителях трансформатора. Термосифоны подключают к трансформаторам со свежим маслом. Очередную замену сорбента производят после того, как кислотное число масла превысит 0,1 – 0,12 мг КОН/г масла.

Азотная защита устраняет контакт масла в расширителе трансформатора с атмосферным воздухом, исключая окисление масла. Среди многих систем азотной защиты наиболее часто встречается система низкого давления с применением эластичной емкости (рис. 1.26.). Основным элементом системы является эластичный резервуар 6, выполняемый из газонепроницаемого химически устойчивого материала (резинотканевая платина), соединенный газопроводом с расширителем трансформатора 1. Система заполняется постоянным количеством азота давления 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.

На подстанциях с двумя и более трансформаторами применяется групповая азотная защита с питанием от одного эластичного резервуара. Все элементы и узлы газовой системы трансформаторов 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 не эффективна.

Обслуживание азотной защиты. При осмотре устройства в первую очередь проверяется наполнение эластичных резервуаров азотом. Если их объем мал и не соответствует уровню масла в расширителе, проверяется внешнее состояние эластичного резервуара и герметичность всей газовой системы.

При необходимости производится подпитка газовой системы азотом из баллонов. Для этого отключается газовая защита трансформатора, закрывается кран3 (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 подпитку азотом производят 2 – 3 раза в месяц. Пробы газа отбирают через 6 мес. Если в газовой смеси будет обнаружено более 2 – 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 либо в виде эластичного компенсатора, способного изменять свой объем при всех температурных колебаниях объема масла в трансформаторе, либо в виде эластичной мембраны. плавающей на поверхности масла и свободно изгибающейся при изменениях объема масла в расширителе. В обоих случаях внутри бака трансформатора сохраняется нормальное атмосферное давление.

К недостаткам пленочной защиты относят сложность размещения и герметизации эластичных пленок внутри расширителя, а также невозможность визуального контроля за их неисправностью.

Антиокислительные присадки. Свежее нормально очищенное масло содержит смолы, являющиеся естественными антиокислителями, защищающими масла от окисления в начальный период; масло, регенерированное адсорбентами, утрачивает их. Повышение стабильности регенерированных масел в эксплуатации достигается применением специальных антиокислительных присадок, тормозящих процесс окисления. Такими присадками являются ионол, амидопирин и другие вещества. Ионол, будучи введенным в масло в количестве 0,2% массы масла, эффективно замедляет образование первичных продуктов окисления и практически полностью предотвращает образование осадка в хорошо очищенных маслах. Амидопирин подобно ионолу задерживает образование кислот и осадка и тем самым увеличивает срок службы масла примерно в 2 – 3 раза.

Доливку масла в трансформаторы, залитые трансформаторным маслом с антиокислителями, производят таким же масло, которое было залито первоначально. не допускается смешение масел из нефтей различных месторождений без проверки влияний на них антиокислителей.