Как масляный трансформатор достигает напряжения пробоя 60 кВ за счет заполнения вакуума?

Отраслевые данные показывают, что примерно 30% преждевременных отказов трансформаторов напрямую связаны с чрезмерным содержанием влаги и газа в изолирующем масле. Увеличение влажности всего на 15 частей на миллион (ppm) может снизить напряжение пробоя трансформаторного масла с 60 кВ до уровня ниже 30 кВ. Такое резкое снижение диэлектрической прочности подчеркивает исключительную важность процесса вакуумного заполнения при производстве трансформаторов. Длямасляный трансформаторПри номинальном напряжении 33 кВ или выше достижение и поддержание напряжения пробоя 60 кВ не является целью качества, а является фундаментальным требованием для надежной работы в течение 30-40-летнего срока службы трансформатора.

В этой статье представлен систематический технический анализ того, как масляные трансформаторы достигают напряжения пробоя 60 кВ за счет вакуумного заполнения. Обсуждение охватывает четыре основных технологических этапа: предварительная обработка масла и проверка качества, вакуумная сушка сердечника и изоляции обмоток, процесс вакуумного заполнения с контролируемыми параметрами и тестирование после заполнения в соответствии со стандартами IEC и ASTM. Каждый этап проверяется с учетом конкретных параметров процесса, требований к оборудованию и контрольных точек контроля качества. В статье также рассматриваются распространенные виды отказов и предлагаются практические основы контроля качества для производителей трансформаторов и конечных пользователей.

Оглавление

• 1. Предварительная обработка масла и стандарты качества
• 2. Вакуумная сушка сердечника и обмотки трансформатора.
• 3. Параметры процесса вакуумного наполнения
• 4. Испытание масла и проверка напряжения пробоя
• 5. Распространенные виды отказов и точки контроля качества
• 6. Часто задаваемые вопросы (FAQ)
• 7. Заключение

1. Предварительная обработка масла и стандарты качества

Путь к достижению пробивного напряжения 60 кВ начинается с предварительной обработки трансформаторного масла перед его попаданием в бак трансформатора. Даже новое очищенное трансформаторное масло обычно содержит растворенную влагу, газы и твердые примеси, которые необходимо удалить для достижения необходимой диэлектрической прочности. Процесс предварительной очистки проводится на специализированном нефтеперерабатывающем заводе, который включает в себя системы подогрева, установки вакуумной осушки и многоступенчатое фильтрующее оборудование. Прежде чем масло будет признано пригодным для заполнения трансформатора, необходимо проверить следующие параметры:

• Напряжение пробоя (БДВ):≥ 60 кВ (измерено в соответствии с IEC 60156)
• Содержание влаги: ≤ 10 ppm (measured by Karl Fischer titration)
• Содержание растворенного газа (DGA):≤ 0,5% по объему (измерено методом газовой хроматографии)
• Коэффициент рассеивания (tan δ):≤ 0,001 при 90°C (измерения согласно IEC 60247)
• Количество частиц:≤ 500 частиц на 100 мл (размер ≥ 5 мкм)
• Сопротивление:≥ 10¹² Ом·см при 90°C

Процесс очистки масла состоит из трех стадий. Первый этап — нагрев: масло нагревают до 60-70°С для снижения вязкости и облегчения выхода растворенных газов и влаги. Второй этап – вакуумная дегидратация: нагретое масло вводят в вакуумную камеру, работающую при давлении 0,1-0,5 мбар. Под этим вакуумом температура кипения воды снижается, в результате чего влага испаряется и удаляется вакуумным насосом. Типичное время обезвоживания составляет 4-8 часов, в зависимости от объема масла и исходной влажности. Третий этап — фильтрация: обезвоженное масло проходит через ряд фильтров с размерами частиц 5 мкм и 1 мкм для удаления твердых частиц. Затем обработанное масло рециркулирует по системе до достижения всех заданных параметров.

В следующей таблице приведены параметры предварительной обработки и соответствующие критерии приемки.

ВЛугао Пауэр Ко., Лтд.У нас есть специальный нефтеперерабатывающий завод, оснащенный масляным резервуаром емкостью 10 000 литров, установкой вакуумной осушки производительностью 300 л/мин и системой фильтрации с замкнутым контуром с абсолютными фильтрами 1 мкм. Каждая партия переработанного масла отбирается и тестируется перед тем, как получить разрешение на заправку трансформатора. Результаты испытаний оформляются сертификатом партии, который сопровождает трансформатор на протяжении всего срока его службы. Этот строгий протокол предварительной обработки гарантирует, что масло, поступающее в трансформатор, соответствует тем же стандартам качества, что и масло, которое будет проверено после заполнения, что создает основу для достижения напряжения пробоя 60 кВ.

2. Вакуумная сушка сердечника и обмотки трансформатора.

Изоляция трансформатора состоит в основном из материалов на основе целлюлозы — бумаги, картона и дерева, — которые по своей природе гигроскопичны. При нормальных атмосферных условиях эти материалы могут поглощать до 8% влаги по весу. Когда на трансформатор подается напряжение, изоляция нагревается, и вся присутствующая влага испаряется, снижая диэлектрическую прочность как твердой изоляции, так и окружающего масла. Вакуумная сушка — это процесс удаления влаги из системы изоляции перед заполнением трансформатора маслом. Процесс сушки имеет решающее значение, поскольку даже после очистки масла влага, попавшая в изоляцию, со временем будет просачиваться в масло, снижая напряжение пробоя.

Процесс вакуумной сушки обычно включает следующие этапы. Сначала трансформатор помещают в сушильную печь или нагревают, циркулируя горячее масло через систему охлаждения. Сердечник и обмотку нагревают до 85-105°С для ускорения выделения влаги. Затем бак трансформатора откачивают с помощью вакуумного насоса, чтобы снизить давление до 0,1-0,5 мбар. Под этим вакуумом температура кипения воды снижается примерно до 40-50°C, что позволяет влаге из изоляции испаряться. Испаренная влага вытягивается из бака вакуумным насосом. Процесс сушки продолжают до тех пор, пока влажность утеплителя не упадет ниже 0,5% по массе.

Конечную точку сушки определяют одним из двух методов:

• Метод повышения давления:Вакуумный насос изолируется от бака трансформатора, и скорость повышения давления измеряется в течение определенного периода времени. Если скорость повышения давления составляет менее 0,1 мбар в час в течение 4-часового периода, сушку считают завершенной.
• Метод точки росы:Точка росы откачиваемого из трансформатора газа постоянно контролируется. Когда точка росы опускается ниже -40°С, высыхание считается завершенным.

Продолжительность процесса вакуумной сушки варьируется в зависимости от размера трансформатора, типа изоляции и условий окружающей среды. Для типичного трансформатора мощностью 10 МВА процесс сушки может занять 48-72 часа. Для более крупных силовых трансформаторов этот процесс может продлиться до нескольких дней. В следующей таблице представлены типичные параметры сушки для трансформаторов разных классов.

В Lugao. мы используем комбинацию термовакуумной сушки и циркуляции горячего масла для достижения необходимого удаления влаги. Трансформатор нагревается за счет циркуляции горячего масла через систему охлаждения при одновременном вакуумировании бака. Этот метод обеспечивает равномерный нагрев и ускоряет процесс сушки. После завершения цикла сушки трансформатор выдерживается под вакуумом до начала процесса заливки масла, предотвращая повторное поглощение влаги из атмосферы. Такой подход гарантирует, что содержание влаги в изоляции поддерживается ниже порога 0,5%, что необходимо для достижения и поддержания напряжения пробоя 60 кВ.

3. Параметры процесса вакуумного наполнения

После высыхания сердечника и обмотки трансформатора до необходимой влажности начинается процесс заливки масла. Это наиболее ответственный этап изготовления трансформатора, поскольку любая ошибка на этом этапе может поставить под угрозу диэлектрическую прочность системы изоляции. Процесс вакуумного наполнения проводится, пока бак трансформатора находится под вакуумом. Очищенное масло вводится на дно резервуара и медленно поднимается, вытесняя вакуум. Параметры процесса необходимо тщательно контролировать, чтобы не допустить образования пузырей, обеспечить полное проваривание изоляции и избежать повреждения обмоток.

Ключевые параметры процесса вакуумного наполнения следующие:

• Уровень вакуума перед заполнением:0,1-0,5 мбар, выдерживают не менее 2 часов после завершения цикла сушки.
• Температура масла при заливке:60-70°C, поддерживаемая для обеспечения низкой вязкости и хороших характеристик текучести.
• Скорость заполнения:≤ 300 л/ч (для трансформаторов малой и средней мощности; в трансформаторах большего размера может использоваться пропорционально более высокая скорость потока, но она не должна превышать скорость, с которой масло может проникнуть через изоляцию).
• Давление наполнения:В нижней части бака создается небольшое положительное давление (0,1-0,2 бар), чтобы обеспечить подачу масла в обмотки.
• Вакуум во время наполнения:Вакуум поддерживается во время процесса наполнения для удаления газов, которые могут выделяться из масла или изоляции.
• Оседание после заполнения:После заполнения бака трансформатору дают постоять 12–24 часа под вакуумом или положительным давлением сухого азота, чтобы позволить выйти оставшимся пузырькам газа.

Скорость наполнения особенно важна. Если масло вводится слишком быстро, из-за турбулентности могут образовываться пузырьки, и масло может не полностью проникнуть в изоляцию. Если масло вводится слишком медленно, процесс становится неэффективным. Скорость наполнения обычно контролируется путем регулировки расхода масляного насоса или с помощью редукционного клапана. Для больших трансформаторов процесс заполнения может проводиться поэтапно с паузами, позволяющими маслу проникнуть в изоляцию до начала следующего этапа. В следующей таблице приведены рекомендуемые скорости заполнения для трансформаторов различной мощности.

После завершения заполнения трансформатор обычно нагревается до 50–60°C с помощью системы охлаждения, чтобы повысить способность масла поглощать остаточный газ и влагу. Затем трансформатор подвергается окончательной вакуумной обработке, известной как «окончательная дегазация», для удаления любых газов, которые могли быть поглощены маслом. Этот последний шаг гарантирует, что напряжение пробоя масла останется на целевом уровне 60 кВ или выше. В Lugao Power Co.,Ltd. мы ведем подробные записи всех параметров процесса для каждого трансформатора, включая журналы с отметками времени об уровнях вакуума, температурах и скоростях потока. Эти записи являются частью документации по качеству трансформатора и сохраняются в течение всего срока службы оборудования.

4. Испытание масла и проверка напряжения пробоя

После того, как трансформатор был заполнен маслом и ему дали отстояться, необходимо проверить систему изоляции, чтобы убедиться, что она соответствует требуемым характеристикам напряжения пробоя. Первичным испытанием является испытание на напряжение пробоя масла, проводимое в соответствии со стандартами IEC 60156 или ASTM D1816. Это испытание включает в себя приложение напряжения к образцу трансформаторного масла с контролируемой скоростью до тех пор, пока масло не разрушится. Испытание проводится на нескольких образцах, чтобы обеспечить повторяемость результата. Помимо испытания маслом, вся система изоляции трансформатора подвергается диэлектрическим испытаниям для проверки ее целостности.

Проверка напряжения пробоя масла проводится с использованием стандартной испытательной ячейки, состоящей из двух электродов, разделенных зазором 2,5 мм. Испытательное напряжение прикладывают со скоростью 2 кВ/с. Испытание проводится на шести образцах масла. Результаты первого теста отбрасываются и вычисляется среднее значение остальных пяти тестов. Среднее значение должно быть ≥ 60 кВ. Если среднее значение ниже 60 кВ, масло считается не выдержавшим испытания. Процедура испытаний и критерии приемки обобщены в следующей таблице:

Помимо испытания на пробой масла, трансформатор подвергается следующим диэлектрическим испытаниям для проверки целостности всей системы изоляции:

• Испытание на выдержку частоты питания:Трансформатор подвергается воздействию напряжения, в 2-3 раза превышающего номинальное, в течение 60 секунд. Никакие поломки или частичная разрядка не допускаются.
• Испытание на наведенное перенапряжение:Трансформатор подвергается воздействию частоты 100-400 Гц при напряжении, в 2 раза превышающем номинальное, в течение 60 секунд. Пробой и видимая деформация изоляции не допускаются.
• Тест на частичный разряд:Трансформатор испытывается на частичный разряд напряжением, в 1,1 раза превышающим номинальное. Уровень частичного разряда измеряется и должен быть ниже указанного предела (обычно 20-50 пКл для маслонаполненных трансформаторов).
• Тест Тан Дельта:Коэффициент рассеяния изоляционной системы измеряется при температуре 90°C. Значение должно находиться в пределах, указанных в IEC 60076.

В компании Lugao Power Co.,Ltd. мы проводим эти испытания каждого трансформатора перед его отправкой. Результаты испытаний документируются в подробном протоколе испытаний, который прилагается к трансформатору. Испытание напряжения пробоя масла проводится на пробах масла, взятых из бака трансформатора после процесса заполнения и отстаивания. Это гарантирует, что масло в трансформаторе является тем же маслом, которое было протестировано. Если масло не проходит испытание на напряжение пробоя, весь процесс повторяется до тех пор, пока масло не будет соответствовать техническим требованиям. Этот строгий режим испытаний гарантирует, что наш масляный трансформатор соответствует самым высоким стандартам качества и надежности.

5. Распространенные виды отказов и точки контроля качества

Несмотря на строгий контроль процесса, описанный выше, во время вакуумного наполнения все же могут возникать сбои. Понимание распространенных видов отказов и создание надежных контрольных точек контроля качества имеют важное значение для поддержания стабильного качества производства. В этом разделе определены наиболее частые виды отказов и представлена ​​система контроля качества для каждого этапа процесса.

Вид неисправности 1: Неполная вакуумная сушка.Если изоляция трансформатора не высушена до необходимой влажности, напряжение пробоя будет снижено. Наиболее распространенной причиной неполной сушки является недостаточный уровень вакуума или недостаточное время нагрева. Чтобы предотвратить этот сбой, уровень вакуума необходимо постоянно контролировать во время цикла сушки. Для проверки конечной точки необходимо использовать тест на повышение давления или точку росы.

Вид отказа 2: повторное загрязнение масла.Масло может повторно загрязниться во время обращения, хранения или заправки, если оборудование не будет очищено должным образом. Загрязнения, такие как пыль, вода или другие частицы, могут попасть в масло через соединения или во время передачи. Чтобы этого не произошло, все оборудование перед использованием необходимо тщательно очистить и высушить. Резервуары для хранения масла следует держать закрытыми и заполнять сухим азотом.

Вид отказа 3: Захват воздуха.Если во время заполнения трансформатора попадает воздух, в нем могут образовываться пузырьки, снижающие напряжение пробоя. Захват воздуха более вероятен, если скорость наполнения слишком высока или если во время наполнения не поддерживается уровень вакуума. Чтобы этого не произошло, следует снизить скорость наполнения и поддерживать вакуум на протяжении всего процесса.

Для каждого этапа процесса вакуумного наполнения рекомендуются следующие контрольные точки контроля качества:

В Лугао мы внедряем систему управления качеством, которая включает эти контрольные точки в наши стандартные рабочие процедуры. Каждый этап процесса документируется, а любые отклонения расследуются и исправляются. Такой систематический подход к контролю качества необходим для поддержания высокого уровня надежности, которого наши клиенты ожидают от наших масляных трансформаторов.

6. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: Является ли напряжение пробоя 60кВ гарантированным значением на весь срок службы трансформатора или оно со временем снижается?

Ответ: 60кВ – это гарантированное минимальное значение на момент изготовления и ввода в эксплуатацию. В течение срока службы трансформатора напряжение пробоя будет постепенно снижаться из-за деградации масла, попадания влаги и накопления твердых частиц. Однако при правильном обслуживании, включая периодическую проверку масла, фильтрацию и сушку, напряжение пробоя может поддерживаться выше допустимого уровня. Отраслевые стандарты обычно требуют замены или восстановления масла, когда напряжение пробоя падает ниже 30 кВ.

Вопрос 2. Какова разница в напряжении пробоя между трансформаторами с вакуумным и традиционным заполнением?

Ответ: Трансформатор с традиционным заполнением (заполненный при атмосферном давлении без вакуумной сушки) обычно достигает напряжения пробоя 30-40 кВ. Трансформатор с вакуумным заполнением при правильной предварительной сушке и вакуумной обработке стабильно достигает напряжения 60 кВ или выше. Эта разница в 20–30 кВ представляет собой значительное улучшение запаса безопасности и надежности. Более высокое напряжение пробоя снижает риск повреждения изоляции, особенно во время скачков напряжения или грозы.

Вопрос 3: Необходимо ли вакуумирование небольших распределительных трансформаторов (≤ 10 кВ)?

Ответ: Для распределительных трансформаторов номиналом 10 кВ и ниже вакуумирование не всегда является обязательным, но все чаще считается передовой практикой. Хотя эти трансформаторы могут работать с напряжением пробоя 30-40 кВ, вакуумное наполнение обеспечивает более высокий запас прочности и повышенную долговременную надежность. Многие коммунальные предприятия теперь указывают вакуумную заправку для всех новых закупок трансформаторов, независимо от номинального напряжения, как часть своих требований по обеспечению качества. Компания Lugao Power Co.,Ltd. применяет вакуумное наполнение ко всем нашим масляным трансформаторам.

Вопрос 4: Как трансформаторному маслу сохранить напряжение пробоя во время работы?

Ответ: Поддержание напряжения пробоя в процессе эксплуатации требует комплексной программы технического обслуживания. Необходимо регулярно отбирать пробы масла и проверять их на напряжение пробоя, содержание влаги и растворенных газов. Если напряжение пробоя падает ниже 45 кВ, масло следует профильтровать и обезвоживать. Если содержание влаги превышает 20 ppm, масло следует высушить. Некоторые трансформаторы оснащены онлайн-системами фильтрации масла, которые непрерывно удаляют влагу и частицы, поддерживая качество масла на оптимальном уровне.

Вопрос 5: Каковы корректирующие действия, если проверка напряжения пробоя масла не удалась после заливки?

Ответ: Если проверка напряжения пробоя масла после заполнения не удалась, трансформатор обычно подвергается повторной обработке. Вышедшее из строя масло сливают, а трансформатор подвергают новому циклу вакуумной сушки для удаления влаги из изоляции. Затем вводят свежее очищенное масло, используя тот же процесс вакуумного наполнения. После повторной заливки масло тестируется повторно. Этот процесс, возможно, придется повторять до тех пор, пока напряжение пробоя не будет соответствовать указанным требованиям. В редких случаях, когда источником проблемы является само масло, может потребоваться замена масла новой партией.

7. Заключение

Достижение пробивного напряжения 60 кВ в масляном трансформаторе является результатом тщательно контролируемого производственного процесса, который начинается с очистки масла и продолжается вакуумной сушкой, контролируемым наполнением и строгими испытаниями. Каждый этап этого процесса требует точного контроля критических параметров — температуры, уровня вакуума, скорости наполнения и условий испытаний — чтобы гарантировать, что конечный продукт соответствует требуемым характеристикам диэлектрической прочности. Стандарты и методы, изложенные в этой статье, основанные на IEC 60156, ASTM D1816 и IEC 60076, обеспечивают техническую основу для достижения этого критического показателя качества.

В Lugao Power Co.,Ltd. мы внедрили комплексную систему управления качеством, которая включает эти стандарты контроля процессов и испытаний в наши операции по производству трансформаторов. Наши масляные трансформаторы спроектированы и изготовлены так, чтобы обеспечивать надежную работу в течение всего срока службы. Для получения более подробной технической информации, технологической документации или спецификаций продукции свяжитесь с нашей командой инженеров.

Свяжитесь с Лугао Пауэр Ко., Лтд.технические характеристики и документацию по качеству наших масляных трансформаторов.