Како трансформаторот потопен со масло постигнува пробивен напон од 60 kV преку вакуумско полнење?

Податоците од индустријата покажуваат дека приближно 30% од предвремените дефекти на трансформаторот директно се припишуваат на прекумерната содржина на влага и гас во изолационото масло. Зголемувањето на влагата од само 15 делови на милион (ppm) може да го намали пробивниот напон на маслото од трансформаторот од 60 kV на под 30 kV. Ова драматично намалување на јачината на диелектрикот ја нагласува критичната важност на процесот на полнење со вакуум во производството на трансформатори. За еденТрансформатор потопен со маслооценет на 33 kV или повеќе, постигнувањето и одржувањето на пробивен напон од 60 kV не е цел за квалитет - тоа е основен услов за сигурна работа во текот на работниот век на трансформаторот од 30-40 години.

Оваа статија дава систематска техничка анализа за тоа како трансформаторите потопени во масло постигнуваат пробивен напон од 60 kV преку вакуумско полнење. Дискусијата опфаќа четири основни процесни фази: предтретман со масло и верификација на квалитетот, вакуумско сушење на јадрото и изолацијата на намотувањето, процес на вакуумско полнење со контролирани параметри и тестирање по полнењето во согласност со стандардите IEC и ASTM. Секоја фаза се испитува во врска со специфичните параметри на процесот, барањата за опрема и контролните пунктови за контрола на квалитетот. Написот, исто така, се осврнува на вообичаените начини на дефект и обезбедува практична рамка за контрола на квалитетот за производителите на трансформатори и крајните корисници.

Содржина

• 1. Стандарди за предтретман и квалитет на маслото
• 2. Вакуумско сушење на јадрото и намотувањето на трансформаторот
• 3. Параметри на процесот на полнење со вакуум
• 4. Тестирање на маслото и верификација на дефектен напон
• 5. Вообичаени режими на неуспех и точки за контрола на квалитетот
• 6. Често поставувани прашања (ЧПП)
• 7. Заклучок

1. Стандарди за предтретман и квалитет на маслото

Патувањето до постигнување на пробивен напон од 60 kV започнува со претходна обработка на маслото на трансформаторот пред да влезе во резервоарот на трансформаторот. Дури и новото, рафинирано трансформаторско масло обично содржи растворена влага, гасови и честички загадувачи кои мора да се отстранат за да се постигне потребната диелектрична јачина. Процесот на предтретман се спроведува во наменска постројка за преработка на нафта, која вклучува системи за греење, вакуумски единици за дехидрација и повеќестепена опрема за филтрирање. Следниве параметри мора да се проверат пред маслото да се смета за погодно за полнење на трансформаторот:

• Пробиен напон (BDV):≥ 60 kV (мерено во согласност со IEC 60156)
• Содржина на влага:≤ 10 ppm (мерено со титрација на Карл Фишер)
• Содржина на растворен гас (DGA):≤ 0,5% по волумен (мерено со гасна хроматографија)
• Фактор на дисипација (tan δ):≤ 0,001 на 90°C (мерено во согласност со IEC 60247)
• Број на честички:≤ 500 честички на 100 мл (големина ≥ 5 μm)
• Отпорност:≥ 10¹² Ω·cm на 90°C

Процесот на прочистување на маслото следи низа од три фази. Првата фаза е загревање: маслото се загрева на 60-70°C за да се намали вискозноста и да се олесни ослободувањето на растворените гасови и влага. Втората фаза е вакуумска дехидрација: загреаното масло се внесува во вакуумска комора која работи на 0,1-0,5 mbar. Под овој вакуум, точката на вриење на водата се намалува, предизвикувајќи испарување на влагата и извлекување од вакуумската пумпа. Вообичаеното време на дехидрација е 4-8 часа, во зависност од волуменот на маслото и почетната содржина на влага. Третата фаза е филтрација: дехидрираното масло поминува низ серија филтри со оценки од 5μm и 1μm за да се отстранат честичките загадувачи. Преработеното масло потоа се рециркулира низ системот додека не се постигнат сите наведени параметри.

Следната табела ги сумира параметрите за пред-третман и соодветните критериуми за прифаќање.

НаLugao Power Co., Ltd., одржуваме посветен капацитет за преработка на масло опремен со резервоар за масло од 10.000 литри, единица за вакуумска дехидрација од 300 L/min и систем за филтрирање со затворена јамка со апсолутни филтри од 1μm. Секоја серија на преработено масло се зема мостри и се тестира пред да биде одобрена за полнење на трансформаторот. Резултатите од тестот се документирани во сериски сертификат што го придружува трансформаторот во текот на неговиот работен век. Овој ригорозен протокол за предтретман гарантира дека маслото што влегува во трансформаторот ги исполнува истите стандарди за квалитет како и маслото што ќе се тестира по полнењето, поставувајќи ја основата за постигнување на пробивен напон од 60 kV.

2. Вакуумско сушење на јадрото и намотувањето на трансформаторот

Трансформаторската изолација е составена првенствено од материјали на база на целулоза - хартија, преса и дрво - кои се инхерентно хигроскопни. Во нормални атмосферски услови, овие материјали можат да апсорбираат до 8% влага по тежина. Кога трансформаторот се напојува, изолацијата се загрева, а секоја присутна влага испарува, намалувајќи ја диелектричната јачина и на цврстата изолација и на околното масло. Вакуумското сушење е процес на отстранување на оваа влага од системот за изолација пред трансформаторот да се наполни со масло. Процесот на сушење е критичен затоа што дури и откако маслото ќе се прочисти, влагата заробена во изолацијата со текот на времето ќе се исцеди во маслото, намалувајќи го пробивниот напон.

Процесот на вакуумско сушење обично ги вклучува следните фази. Прво, трансформаторот се става во рерна за сушење или се загрева со циркулирање на врело масло низ системот за ладење. Јадрото и ликвидацијата се загреваат на 85-105°C за да се забрза ослободувањето на влагата. Резервоарот на трансформаторот потоа се евакуира со помош на вакуумска пумпа за да се намали притисокот на 0,1-0,5 mbar. Под овој вакуум, точката на вриење на водата се намалува на приближно 40-50°C, овозможувајќи испарување на влагата во изолацијата. Испарената влага се извлекува од резервоарот со вакуумската пумпа. Процесот на сушење се продолжува додека содржината на влага во изолацијата не падне под 0,5% по маса.

Крајната точка на сушење се одредува со еден од двата методи:

• Метод за зголемување на притисокот:Вакуумската пумпа е изолирана од резервоарот на трансформаторот, а стапката на пораст на притисокот се мери во одреден период. Ако стапката на пораст на притисокот е помала од 0,1 mbar на час во период од 4 часа, сушењето се смета за завршено.
• Метод на точка на росење:Точката на росење на гасот што се евакуира од трансформаторот постојано се следи. Кога точката на росење паѓа под -40°C, сушењето се смета за завршено.

Времетраењето на процесот на вакуумско сушење варира во зависност од големината на трансформаторот, видот на изолацијата и условите на околината. За типичен трансформатор од 10 MVA, процесот на сушење може да трае 48-72 часа. За поголеми енергетски трансформатори, процесот може да се продолжи до неколку дена. Следната табела дава типични параметри за сушење за различни класи на трансформатори.

Во Лугао., користиме комбинација на термичко вакуумско сушење и циркулација на врело масло за да го постигнеме потребното отстранување на влагата. Трансформаторот се загрева со циркулирање на врело масло низ системот за ладење, додека резервоарот истовремено се евакуира. Овој метод обезбедува еднообразно загревање и го забрзува процесот на сушење. По завршувањето на циклусот на сушење, трансформаторот се држи под вакуум додека не започне процесот на полнење масло, спречувајќи ја повторното апсорпција на влагата од атмосферата. Овој пристап осигурува дека содржината на влага во изолацијата се одржува под прагот од 0,5%, што е од суштинско значење за постигнување и одржување на пробивен напон од 60 kV.

3. Параметри на процесот на полнење со вакуум

Откако јадрото и намотката на трансформаторот ќе се исушат до потребната содржина на влага, започнува процесот на полнење масло. Ова е најкритичната фаза од производството на трансформаторот, бидејќи секоја грешка во оваа фаза може да ја загрози диелектричната јачина на системот за изолација. Процесот на полнење со вакуум се спроведува додека резервоарот на трансформаторот се одржува под вакуум. Прочистеното масло се внесува на дното на резервоарот и полека се крева, поместувајќи го вакуумот. Параметрите на процесот мора внимателно да се контролираат за да се спречи формирање на меури, да се обезбеди целосна пенетрација на изолацијата и да се избегне оштетување на намотките.

Клучните параметри на процесот за вакуумско полнење се следните:

• Ниво на вакуум пред пополнување:0,1-0,5 mbar, се одржува најмалку 2 часа по завршувањето на циклусот на сушење.
• Температура на маслото при полнење:60-70°C, одржувани за да се обезбеди низок вискозитет и добри карактеристики на проток.
• Брзина на полнење:≤ 300 L/h (за мали до средни трансформатори; поголемите трансформатори може да користат пропорционално повисоки стапки на проток, но не смеат да ја надминат брзината со која маслото може да навлезе во изолацијата).
• Притисок на полнење:На дното на резервоарот, се применува благ позитивен притисок (0,1-0,2 бари) за да се осигура дека маслото е принудено да влезе во намотките.
• Вакуум за време на полнењето:Вакуумот се одржува за време на процесот на полнење за да се отстранат сите гасови што може да се ослободат од маслото или изолацијата.
• Порамнување по пополнување:Откако ќе се наполни резервоарот, на трансформаторот му се остава да отстои 12-24 часа под вакуум или под позитивен притисок на сув азот за да се дозволи сите преостанати меурчиња од гас да избегаат.

Брзината на полнење е особено критична. Ако маслото се внесе премногу брзо, турбуленцијата може да создаде меурчиња, а маслото може да не навлезе целосно во изолацијата. Ако маслото се внесува премногу бавно, процесот станува неефикасен. Брзината на полнење обично се контролира со прилагодување на брзината на проток на пумпата за масло или со користење на вентил за намалување на притисокот. За големи трансформатори, процесот на полнење може да се изведува во фази, со паузи за да се дозволи маслото да навлезе во изолацијата пред да започне следната фаза. Следната табела дава препорачани брзини на полнење за различни капацитети на трансформаторот.

По завршувањето на полнењето, трансформаторот обично се загрева на 50-60°C со помош на системот за ладење за да се подобри способноста на маслото да апсорбира преостанати гасови и влага. Трансформаторот потоа е подложен на финален вакуумски третман, познат како „конечно дегасирање“, за да се отстранат сите гасови што можеби биле апсорбирани од маслото. Овој последен чекор осигурува дека дефектниот напон на маслото останува на целното ниво од 60 kV или повисоко. Во Lugao Power Co., Ltd., одржуваме детална евиденција за сите параметри на процесот за секој трансформатор, вклучувајќи временски печатени дневници за нивоа на вакуум, температури и стапки на проток. Овие записи се дел од документацијата за квалитет на трансформаторот и се чуваат за целиот век на опремата.

4. Тестирање на маслото и верификација на дефектен напон

Откако трансформаторот ќе се наполни со масло и ќе се остави да се смири, системот за изолација мора да се тестира за да се потврди дека ги исполнува бараните спецификации за пробивен напон. Примарниот тест е тестот за пробиен напон на маслото, спроведен во согласност со IEC 60156 или ASTM D1816. Овој тест вклучува примена на напон на примерок од трансформаторското масло со контролирана брзина додека маслото не се распадне. Тестот се спроведува на повеќе примероци за да се осигура дека резултатот е повторлив. Покрај тестот за масло, комплетниот систем за изолација на трансформаторот е подложен на диелектрични тестови за да се потврди неговиот интегритет.

Тестот на пробивниот напон на маслото се изведува со помош на стандардна тест ќелија, која се состои од две електроди разделени со празнина од 2,5 mm. Тестниот напон се применува со брзина од 2 kV/s. Тестот се спроведува на шест примероци масло. Резултатите од првиот тест се отфрлаат, а се пресметува просекот на преостанатите пет тестови. Просечната вредност мора да биде ≥ 60 kV. Ако просечната вредност е под 60 kV, се смета дека маслото не успеало на тестот. Постапката за тестирање и критериумите за прифаќање се сумирани во следната табела:

Покрај тестот за распаѓање на маслото, трансформаторот е подложен на следните диелектрични тестови за да се потврди интегритетот на целиот систем за изолација:

• Тест за издржување на фреквенција на енергија:Трансформаторот е подложен на напон 2-3 пати поголем од номиналниот напон за 60 секунди. Не е дозволено дефект или делумно празнење.
• Тест за индуциран пренапон:Трансформаторот е подложен на фреквенција од 100-400 Hz на напон од 2 пати од номиналниот напон за 60 секунди. Не е дозволено распаѓање или видлива деформација на изолацијата.
• Тест за делумно празнење:Трансформаторот се тестира за делумно празнење на напон од 1,1 пати од номиналниот напон. Нивото на делумно празнење се мери и мора да биде под одредената граница (обично 20-50 pC за трансформатори наполнети со масло).
• Тест за тен делта:Факторот на дисипација на системот за изолација се мери на 90°C. Вредноста мора да биде во границите наведени во IEC 60076.

Во Lugao Power Co., Ltd., ги спроведуваме овие тестови на секој трансформатор пред да биде испорачан. Резултатите од тестот се документирани во сеопфатен извештај од тестот што го придружува трансформаторот. Тестот за пробиен напон на маслото се спроведува на примероци од масло земени од резервоарот на трансформаторот по процесот на полнење и таложење. Ова осигурува дека маслото во трансформаторот е истото масло што беше тестирано. Ако маслото не го помине тестот за дефект на напонот, целиот процес се повторува додека маслото не ја исполни спецификацијата. Овој ригорозен режим на тестирање гарантира дека нашиот трансформатор потопен во масло ги исполнува највисоките стандарди за квалитет и доверливост.

5. Вообичаени режими на неуспех и точки за контрола на квалитетот

И покрај ригорозните контроли на процесот опишани погоре, сè уште може да се појават неуспеси при полнење со вакуум. Разбирањето на вообичаените начини на неуспех и воспоставувањето робусни контролни точки за контрола на квалитетот е од суштинско значење за одржување на постојан квалитет на производството. Овој дел ги идентификува најчестите начини на неуспех и обезбедува рамка за контрола на квалитетот за секоја фаза од процесот.

Неуспешен режим 1: Нецелосно сушење во вакуум.Ако изолацијата на трансформаторот не се исуши до потребната содржина на влага, пробивниот напон ќе се намали. Најчеста причина за нецелосно сушење е недоволното ниво на вакуум или несоодветното време на загревање. За да се спречи овој дефект, нивото на вакуум мора постојано да се следи за време на циклусот на сушење. Тестот за зголемување на притисокот или точката на росење мора да се користи за да се потврди крајната точка.

Неуспешен режим 2: Повторна контаминација на маслото.Маслото може повторно да се контаминира при ракување, складирање или полнење ако опремата не е правилно исчистена. Загадувачите како прашина, вода или други честички можат да навлезат во маслото преку приклучоците или за време на преносот. За да се спречи ова, целата опрема мора темелно да се исчисти и исуши пред употреба. Резервоарите за складирање масло треба да се чуваат затворени и да се полнат со сув азот.

Режим на неуспех 3: Затварање воздух.Ако воздухот е заробен во трансформаторот за време на полнењето, може да формира меурчиња кои го намалуваат пробивниот напон. Заробувањето на воздухот е поверојатно ако брзината на полнење е пребрза или ако нивото на вакуум не се одржува за време на полнењето. За да се спречи ова, брзината на полнење треба да се намали, а вакумот треба да се одржува во текот на целиот процес.

Следниве контролни точки за контрола на квалитетот се препорачуваат за секоја фаза од процесот на полнење со вакуум:

Во Лугао, имплементираме систем за управување со квалитет кој ги вклучува овие контролни точки во нашите стандардни оперативни процедури. Секоја фаза од процесот е документирана, а сите отстапувања се испитуваат и коригираат. Овој систематски пристап кон контролата на квалитетот е од суштинско значење за одржување на високите нивоа на доверливост што ги очекуваат нашите клиенти од нашите производи за трансформатори потопени во масло.

6. Често поставувани прашања (ЧПП)

Прашање 1: Дали пробивниот напон од 60 kV е загарантирана вредност за целиот век на траење на трансформаторот или се намалува со текот на времето?

Одговор: 60 kV е загарантирана минимална вредност во моментот на производство и пуштање во работа. Во текот на работниот век на трансформаторот, дефектниот напон постепено ќе се намалува поради деградација на маслото, навлегување на влага и акумулација на честички. Меѓутоа, со соодветно одржување - вклучувајќи периодично тестирање на маслото, филтрација и сушење - дефектниот напон може да се одржува над прифатливите нивоа. Индустриските стандарди обично бараат маслото да се замени или реконструира кога дефектниот напон паѓа под 30 kV.

Прашање 2: Која е разликата во пробивниот напон помеѓу трансформаторите наполнети со вакуум и конвенционално наполнетите трансформатори?

Одговор: Конвенционално наполнет трансформатор (наполнет под атмосферски притисок без вакуумско сушење) обично постигнува пробивен напон од 30-40 kV. Трансформатор исполнет со вакуум, со соодветно предсушење и вакуумска обработка, постојано постигнува 60 kV или повисоки. Оваа разлика од 20-30 kV претставува значително подобрување во безбедносната маржа и доверливоста. Повисокиот дефектен напон го намалува ризикот од дефект на изолацијата, особено за време на напонски бранови или громови.

Прашање 3: Дали е потребно вакуумско полнење за мали дистрибутивни трансформатори (≤ 10kV)?

Одговор: За дистрибутивни трансформатори означени на 10 kV и пониски, полнењето со вакуум не е секогаш задолжително, но се повеќе се смета за најдобра практика. Додека овие трансформатори можат да работат со пробивен напон од 30-40 kV, вакуумското полнење обезбедува поголема безбедносна маржа и подобрена долгорочна доверливост. Многу комунални претпријатија сега специфицираат вакуумско полнење за сите нови набавки на трансформатори, без оглед на рејтингот на напонот, како дел од нивните барања за обезбедување квалитет. Во Lugao Power Co., Ltd., применуваме вакуумско полнење на сите наши трансформаторски производи потопени во масло.

Прашање 4: Како може трансформаторското масло да го одржи својот дефектен напон за време на работата?

Одговор: Одржувањето на дефектен напон за време на работата бара сеопфатна програма за одржување. Треба да се земат редовни примероци од масло и да се тестираат за пробивен напон, содржина на влага и содржина на растворен гас. Ако дефектниот напон падне под 45 kV, маслото треба да се филтрира и дехидрира. Ако содржината на влага надминува 20 ppm, маслото треба да се исуши. Некои трансформатори се опремени со онлајн системи за филтрирање на масло кои континуирано ја отстрануваат влагата и честичките, одржувајќи го квалитетот на маслото на оптимално ниво.

Прашање 5: Кое е корективното дејство ако тестот за дефект на напонот на маслото не успее по полнењето?

Одговор: Ако тестот за дефект на напонот на маслото не успее по полнењето, трансформаторот обично повторно се обработува. Неуспешното масло се исцеди, а трансформаторот е подложен на нов вакуумски циклус на сушење за да се отстрани влагата од изолацијата. Свежото, прочистено масло потоа се внесува со истиот процес на вакуумско полнење. По повторното полнење, маслото повторно се тестира. Овој процес можеби ќе треба да се повтори додека дефектниот напон не го исполни наведеното барање. Во ретки случаи кога самото масло е изворот на проблемот, можеби ќе треба да се замени маслото со нова серија.

7. Заклучок

Постигнувањето на пробивен напон од 60 kV во трансформатор потопен со масло е резултат на прецизно контролиран производствен процес кој започнува со прочистување на маслото и се протега преку вакуумско сушење, контролирано полнење и ригорозни тестирања. Секоја фаза од овој процес бара прецизна контрола на критичните параметри - температура, ниво на вакуум, брзина на полнење и услови за тестирање - за да се осигура дека финалниот производ ги исполнува бараните спецификации за диелектрична јачина. Стандардите и практиките наведени во овој напис, засновани на IEC 60156, ASTM D1816 и IEC 60076, обезбедуваат техничка основа за постигнување на оваа критична репер за квалитет.

Во Lugao Power Co., Ltd., имплементиравме сеопфатен систем за управување со квалитет кој ги вклучува овие контроли на процесот и стандардите за тестирање во нашите производни операции на трансформатори. Нашите трансформаторски производи потопени во масло се дизајнирани и произведени за да обезбедат сигурни перформанси во текот на нивниот работен век. За подетални технички информации, документација за процесот или спецификации на производот, ве молиме контактирајте го нашиот инженерски тим.

Контактирајте со Lugao Power Co., Ltd.за технички спецификации и документација за квалитет за нашите производи за трансформатори потопени во масло.