Как потопен в масло трансформатор постига 60kV пробивно напрежение чрез вакуумно пълнене?

Индустриалните данни показват, че приблизително 30% от преждевременните повреди на трансформаторите се дължат директно на прекомерното съдържание на влага и газ в изолационното масло. Увеличаването на влажността от само 15 части на милион (ppm) може да намали пробивното напрежение на трансформаторното масло от 60kV до под 30kV. Това драматично намаляване на диелектричната якост подчертава критичното значение на процеса на вакуумно пълнене при производството на трансформатори. За единмаслен трансформатороценено на 33 kV или повече, постигането и поддържането на напрежение на пробив от 60 kV не е цел за качество - това е основно изискване за надеждна работа през 30-40-годишния експлоатационен живот на трансформатора.

Тази статия предоставя систематичен технически анализ на това как маслените трансформатори постигат 60 kV пробивно напрежение чрез вакуумно пълнене. Дискусията обхваща четири основни етапа на процеса: предварителна обработка на маслото и проверка на качеството, вакуумно изсушаване на сърцевината и изолацията на намотката, процес на вакуумно пълнене с контролирани параметри и тестване след пълнене в съответствие със стандартите IEC и ASTM. Всеки етап се изследва по отношение на специфични параметри на процеса, изисквания към оборудването и контролни точки за контрол на качеството. Статията също така разглежда често срещаните режими на повреда и предоставя практическа рамка за контрол на качеството за производителите на трансформатори и крайните потребители.

Съдържание

• 1. Предварителна обработка на маслото и стандарти за качество
• 2. Вакуумно изсушаване на ядрото и намотката на трансформатора
• 3. Параметри на процеса на вакуумно пълнене
• 4. Тестване на маслото и проверка на пробивното напрежение
• 5. Общи режими на повреда и точки за контрол на качеството
• 6. Често задавани въпроси (FAQ)
• 7. Заключение

1. Предварителна обработка на маслото и стандарти за качество

Пътуването към постигане на напрежение на пробив от 60 kV започва с предварителната обработка на трансформаторното масло, преди да влезе в резервоара на трансформатора. Дори новото, рафинирано трансформаторно масло обикновено съдържа разтворена влага, газове и замърсители от частици, които трябва да бъдат отстранени, за да се постигне необходимата диелектрична якост. Процесът на предварителна обработка се провежда в специализиран завод за преработка на масло, който включва отоплителни системи, агрегати за вакуумна дехидратация и многостепенно оборудване за филтриране. Следните параметри трябва да бъдат проверени, преди маслото да се счита за подходящо за пълнене на трансформатор:

• Пробивно напрежение (BDV):≥ 60kV (измерено в съответствие с IEC 60156)
• Съдържание на влага:≤ 10 ppm (измерено чрез титруване по Карл Фишер)
• Съдържание на разтворен газ (DGA):≤ 0,5% от обема (измерено чрез газова хроматография)
• Коефициент на разсейване (tan δ):≤ 0,001 при 90°C (измерено в съответствие с IEC 60247)
• Брой частици:≤ 500 частици на 100 ml (≥ 5 μm размер)
• Съпротивление:≥ 10¹² Ω·cm при 90°C

Процесът на пречистване на маслото следва последователност от три етапа. Първият етап е нагряване: маслото се нагрява до 60-70°C, за да се намали вискозитета и да се улесни отделянето на разтворени газове и влага. Вторият етап е вакуумна дехидратация: загрятото масло се въвежда във вакуумна камера, работеща при 0,1-0,5 mbar. Под този вакуум точката на кипене на водата се намалява, което води до изпаряване на влагата и изтегляне от вакуумната помпа. Типичното време за дехидратация е 4-8 часа, в зависимост от обема на маслото и първоначалното съдържание на влага. Третият етап е филтриране: дехидратираното масло преминава през серия от филтри с размери от 5 μm и 1 μm за отстраняване на замърсители от частици. След това обработеното масло се рециркулира през системата, докато се постигнат всички определени параметри.

Следната таблица обобщава параметрите за предварителна обработка и съответните критерии за приемане.

ПриLugao Power Co., Ltd., ние поддържаме специално съоръжение за обработка на масло, оборудвано с 10 000-литров резервоар за масло, 300 L/min устройство за вакуумна дехидратация и система за филтриране със затворен цикъл с 1μm абсолютни филтри. Всяка партида обработено масло се взема проба и се тества, преди да бъде одобрена за пълнене на трансформатор. Резултатите от теста са документирани в сертификат за партида, който придружава трансформатора през целия му експлоатационен живот. Този строг протокол за предварителна обработка гарантира, че маслото, влизащо в трансформатора, отговаря на същите стандарти за качество като маслото, което ще бъде тествано след пълнене, създавайки основата за постигане на пробивно напрежение от 60 kV.

2. Вакуумно изсушаване на ядрото и намотката на трансформатора

Изолацията на трансформатора се състои предимно от материали на основата на целулоза - хартия, пресован картон и дърво - които по своята същност са хигроскопични. При нормални атмосферни условия тези материали могат да абсорбират до 8% влага от теглото. Когато трансформаторът е под напрежение, изолацията се нагрява и всяка налична влага се изпарява, намалявайки диелектричната якост както на твърдата изолация, така и на околното масло. Вакуумното сушене е процес на отстраняване на тази влага от изолационната система, преди трансформаторът да се напълни с масло. Процесът на сушене е критичен, защото дори след като маслото е пречистено, влагата, уловена в изолацията, ще проникне в маслото с течение на времето, намалявайки пробивното напрежение.

Процесът на вакуумно сушене обикновено включва следните етапи. Първо, трансформаторът се поставя в сушилня или се нагрява чрез циркулиране на горещо масло през охладителната система. Сърцевината и намотката се нагряват до 85-105°C, за да се ускори отделянето на влага. След това резервоарът на трансформатора се вакуумира с помощта на вакуумна помпа, за да се намали налягането до 0,1-0,5 mbar. Под този вакуум точката на кипене на водата се намалява до приблизително 40-50°C, което позволява на влагата в изолацията да се изпари. Изпарената влага се изтегля от резервоара чрез вакуумната помпа. Процесът на сушене продължава, докато съдържанието на влага в изолацията падне под 0,5% от теглото.

Крайната точка на сушене се определя по един от двата метода:

• Метод за повишаване на налягането:Вакуумната помпа е изолирана от резервоара на трансформатора и скоростта на нарастване на налягането се измерва за определен период. Ако скоростта на повишаване на налягането е по-малка от 0,1 mbar на час за период от 4 часа, сушенето се счита за завършено.
• Метод на точката на оросяване:Точката на оросяване на газа, който се евакуира от трансформатора, се наблюдава непрекъснато. Когато точката на оросяване падне под -40°C, сушенето се счита за завършено.

Продължителността на процеса на вакуумно сушене варира в зависимост от размера на трансформатора, вида на изолацията и условията на околната среда. За типичен трансформатор 10 MVA процесът на сушене може да отнеме 48-72 часа. За по-големи силови трансформатори процесът може да продължи до няколко дни. Следващата таблица предоставя типични параметри на сушене за различни класове трансформатори.

В Lugao. използваме комбинация от термично вакуумно сушене и циркулация на горещо масло, за да постигнем необходимото отстраняване на влагата. Трансформаторът се загрява чрез циркулация на горещо масло през охладителната система, докато резервоарът се изпразва едновременно. Този метод осигурява равномерно нагряване и ускорява процеса на сушене. След като цикълът на сушене приключи, трансформаторът се държи под вакуум, докато започне процесът на пълнене с масло, предотвратявайки повторното абсорбиране на влага от атмосферата. Този подход гарантира, че съдържанието на влага в изолацията се поддържа под прага от 0,5%, което е от съществено значение за постигане и поддържане на пробивно напрежение от 60 kV.

3. Параметри на процеса на вакуумно пълнене

След като сърцевината на трансформатора и намотката са изсушени до необходимото съдържание на влага, процесът на пълнене с масло започва. Това е най-критичният етап от производството на трансформатор, тъй като всяка грешка по време на този етап може да компрометира диелектричната якост на изолационната система. Процесът на вакуумно пълнене се извършва, докато резервоарът на трансформатора се поддържа под вакуум. Пречистеното масло се вкарва на дъното на резервоара и бавно се издига, измествайки вакуума. Параметрите на процеса трябва да бъдат внимателно контролирани, за да се предотврати образуването на мехурчета, да се осигури пълно проникване на изолацията и да се избегне повреда на намотките.

Ключовите параметри на процеса за вакуумно пълнене са както следва:

• Ниво на вакуум преди пълнене:0,1-0,5 mbar, поддържано най-малко 2 часа след приключване на цикъла на сушене.
• Температура на маслото при пълнене:60-70°C, поддържана за осигуряване на нисък вискозитет и добра течливост.
• Скорост на пълнене:≤ 300 L/h (за малки до средни трансформатори; по-големите трансформатори могат да използват пропорционално по-високи дебити, но не трябва да надвишават скоростта, при която маслото може да проникне през изолацията).
• Налягане при пълнене:На дъното на резервоара се прилага леко положително налягане (0,1-0,2 бара), за да се гарантира, че маслото е принудено да влезе в намотките.
• Вакуум по време на пълнене:Вакуумът се поддържа по време на процеса на пълнене, за да се отстранят всички газове, които могат да се отделят от маслото или изолацията.
• Утаяване след пълнене:След като резервоарът се напълни, трансформаторът се оставя да престои 12-24 часа под вакуум или под положително налягане на сух азот, за да може всички останали газови мехурчета да излязат.

Скоростта на пълнене е особено критична. Ако маслото се въведе твърде бързо, турбуленцията може да създаде мехурчета и маслото може да не проникне напълно в изолацията. Ако маслото се въвежда твърде бавно, процесът става неефективен. Скоростта на пълнене обикновено се контролира чрез регулиране на дебита на маслената помпа или чрез използване на клапан за намаляване на налягането. За големи трансформатори процесът на пълнене може да се извърши на етапи, с паузи, за да се позволи на маслото да проникне през изолацията, преди да започне следващият етап. Следващата таблица предоставя препоръчителни скорости на пълнене за различни мощности на трансформатора.

След завършване на пълненето трансформаторът обикновено се нагрява до 50-60°C с помощта на охладителната система, за да се подобри способността на маслото да абсорбира остатъчен газ и влага. След това трансформаторът се подлага на окончателна вакуумна обработка, известна като "окончателно обезгазяване", за да се отстранят всички газове, които може да са били абсорбирани от маслото. Тази последна стъпка гарантира, че пробивното напрежение на маслото остава на целевото ниво от 60 kV или по-високо. В Lugao Power Co., Ltd., ние поддържаме подробни записи на всички параметри на процеса за всеки трансформатор, включително регистрационни файлове с щамповано време за нива на вакуум, температури и дебит. Тези записи са част от документацията за качеството на трансформатора и се съхраняват за целия живот на оборудването.

4. Тестване на маслото и проверка на пробивното напрежение

След като трансформаторът се напълни с масло и се остави да се утаи, изолационната система трябва да бъде тествана, за да се провери дали отговаря на изискваните спецификации за пробивно напрежение. Първичният тест е тест за пробивно напрежение на маслото, проведен в съответствие с IEC 60156 или ASTM D1816. Този тест включва прилагане на напрежение към проба от трансформаторното масло с контролирана скорост, докато маслото се разпадне. Тестът се провежда върху множество проби, за да се гарантира, че резултатът е повторим. В допълнение към теста за масло, цялата изолационна система на трансформатора се подлага на диелектрични тестове, за да се провери нейната цялост.

Тестът за пробивно напрежение на маслото се извършва с помощта на стандартна тестова клетка, която се състои от два електрода, разделени с разстояние от 2,5 mm. Изпитвателното напрежение се прилага със скорост 2 kV/s. Тестът се провежда върху шест проби масло. Резултатите от първия тест се отхвърлят и се изчислява средната стойност на останалите пет теста. Средната стойност трябва да бъде ≥ 60kV. Ако средната стойност е под 60 kV, се счита, че маслото не е преминало теста. Процедурата на изпитване и критериите за приемане са обобщени в следната таблица:

В допълнение към теста за пробив на маслото, трансформаторът се подлага на следните диелектрични тестове, за да се провери целостта на цялата изолационна система:

• Тест за устойчивост на мощностна честота:Трансформаторът се подлага на напрежение 2-3 пъти по-голямо от номиналното му напрежение за 60 секунди. Не се допуска повреда или частично разреждане.
• Тест за предизвикано пренапрежение:Трансформаторът се подлага на честота от 100-400 Hz при напрежение 2 пъти по-голямо от номиналното напрежение за 60 секунди. Не се допуска пробив или видима деформация на изолацията.
• Тест за частично разреждане:Трансформаторът е тестван за частичен разряд при напрежение 1,1 пъти номиналното напрежение. Нивото на частичен разряд се измерва и трябва да бъде под определената граница (обикновено 20-50 pC за маслени трансформатори).
• Тан делта тест:Коефициентът на разсейване на изолационната система се измерва при 90°C. Стойността трябва да бъде в границите, посочени в IEC 60076.

В Lugao Power Co., Ltd. провеждаме тези тестове на всеки трансформатор преди да бъде изпратен. Резултатите от теста са документирани в изчерпателен протокол от теста, който придружава трансформатора. Тестът за пробивно напрежение на маслото се провежда върху проби от масло, взети от резервоара на трансформатора след процеса на пълнене и утаяване. Това гарантира, че маслото в трансформатора е същото масло, което е тествано. Ако маслото не премине теста за пробивно напрежение, целият процес се повтаря, докато маслото отговаря на спецификацията. Този строг режим на тестване гарантира, че нашият маслен трансформатор отговаря на най-високите стандарти за качество и надеждност.

5. Общи режими на повреда и точки за контрол на качеството

Въпреки строгия контрол на процеса, описан по-горе, все още могат да възникнат повреди по време на вакуумно пълнене. Разбирането на често срещаните режими на отказ и установяването на стабилни контролни точки за контрол на качеството е от съществено значение за поддържане на постоянно качество на производството. Този раздел идентифицира най-честите режими на отказ и предоставя рамка за контрол на качеството за всеки етап от процеса.

Режим на повреда 1: Непълно вакуумно сушене.Ако изолацията на трансформатора не е изсушена до необходимото съдържание на влага, пробивното напрежение ще бъде намалено. Най-честата причина за непълно изсъхване е недостатъчното ниво на вакуум или неподходящото време за нагряване. За да се предотврати тази повреда, нивото на вакуум трябва да се следи непрекъснато по време на цикъла на сушене. Трябва да се използва тестът за повишаване на налягането или точката на оросяване, за да се провери крайната точка.

Режим на повреда 2: Повторно замърсяване с масло.Маслото може да бъде повторно замърсено по време на работа, съхранение или пълнене, ако оборудването не е правилно почистено. Замърсители като прах, вода или други частици могат да навлязат в маслото през връзки или по време на прехвърляне. За да предотвратите това, цялото оборудване трябва да бъде старателно почистено и изсушено преди употреба. Резервоарите за съхранение на масло трябва да се държат затворени и пълни със сух азот.

Failure Mode 3: Air Entrapment.Ако по време на пълнене в трансформатора се задържи въздух, той може да образува мехурчета, които намаляват напрежението на пробив. Улавянето на въздух е по-вероятно, ако скоростта на пълнене е твърде висока или ако нивото на вакуум не се поддържа по време на пълнене. За да се предотврати това, скоростта на пълнене трябва да се намали и вакуумът трябва да се поддържа през целия процес.

Препоръчват се следните контролни точки за контрол на качеството за всеки етап от процеса на вакуумно пълнене:

В Lugao прилагаме система за управление на качеството, която включва тези контролни точки в нашите стандартни оперативни процедури. Всеки етап от процеса се документира, а евентуалните отклонения се изследват и коригират. Този систематичен подход към контрола на качеството е от съществено значение за поддържане на високите нива на надеждност, които нашите клиенти очакват от нашите маслени трансформаторни продукти.

6. Често задавани въпроси (FAQ)

Въпрос 1: Пробивното напрежение от 60 kV гарантирана стойност ли е за целия живот на трансформатора или намалява с времето?

Отговор: 60kV е гарантирана минимална стойност в момента на производство и въвеждане в експлоатация. По време на експлоатационния живот на трансформатора напрежението на пробив постепенно ще намалява поради разграждане на маслото, проникване на влага и натрупване на прахови частици. Въпреки това, с подходяща поддръжка - включително периодично тестване на маслото, филтриране и изсушаване - пробивното напрежение може да се поддържа над приемливите нива. Индустриалните стандарти обикновено изискват маслото да бъде заменено или ремонтирано, когато пробивното напрежение падне под 30 kV.

Въпрос 2: Каква е разликата в напрежението на пробив между запълнени с вакуум и трансформатори с конвенционално запълване?

Отговор: Трансформатор с конвенционално пълнене (напълнен при атмосферно налягане без вакуумно изсушаване) обикновено постига напрежение на пробив от 30-40kV. Трансформатор с вакуумно пълнене, с подходящо предварително изсушаване и вакуумна обработка, постоянно постига 60kV или по-високо. Тази разлика от 20-30 kV представлява значително подобрение в запаса на безопасност и надеждността. По-високото напрежение на пробив намалява риска от повреда на изолацията, особено по време на пренапрежения на напрежението или светкавици.

Въпрос 3: Необходимо ли е вакуумно пълнене за малки разпределителни трансформатори (≤ 10kV)?

Отговор: За разпределителни трансформатори с номинално напрежение 10 kV и по-ниско, вакуумното пълнене не винаги е задължително, но все повече се счита за най-добра практика. Въпреки че тези трансформатори могат да работят с пробивно напрежение от 30-40 kV, вакуумното пълнене осигурява по-висок марж на безопасност и подобрена дългосрочна надеждност. Много комунални услуги вече определят вакуумно пълнене за всички закупени нови трансформатори, независимо от номиналното напрежение, като част от техните изисквания за осигуряване на качество. В Lugao Power Co., Ltd. ние прилагаме вакуумно пълнене на всички наши маслени трансформаторни продукти.

Въпрос 4: Как трансформаторното масло може да поддържа своето пробивно напрежение по време на работа?

Отговор: Поддържането на пробивно напрежение по време на работа изисква цялостна програма за поддръжка. Редовно трябва да се вземат проби от масло и да се тестват за пробивно напрежение, съдържание на влага и съдържание на разтворен газ. Ако пробивното напрежение падне под 45 kV, маслото трябва да се филтрира и дехидратира. Ако съдържанието на влага надвишава 20 ppm, маслото трябва да се изсуши. Някои трансформатори са оборудвани с онлайн системи за филтриране на масло, които непрекъснато отстраняват влагата и частиците, поддържайки качеството на маслото на оптимално ниво.

Въпрос 5: Какво е коригиращото действие, ако тестът за пробивно напрежение на маслото се провали след пълнене?

Отговор: Ако тестът за пробивно напрежение на маслото се провали след пълнене, трансформаторът обикновено се обработва повторно. Повреденото масло се източва и трансформаторът се подлага на нов цикъл на вакуумно сушене, за да се отстрани влагата от изолацията. След това се въвежда прясно, пречистено масло, като се използва същия процес на вакуумно пълнене. След повторното пълнене маслото се тества повторно. Може да се наложи този процес да се повтори, докато пробивното напрежение отговаря на определеното изискване. В редки случаи, когато самото масло е източникът на проблема, може да се наложи маслото да бъде заменено с нова партида.

7. Заключение

Постигането на напрежение на пробив от 60 kV в маслен трансформатор е резултат от щателно контролиран производствен процес, който започва с пречистване на маслото и преминава през вакуумно изсушаване, контролирано пълнене и стриктно тестване. Всеки етап от този процес изисква прецизен контрол на критичните параметри – температура, ниво на вакуум, скорост на пълнене и условия на тестване – за да се гарантира, че крайният продукт отговаря на изискваните спецификации за диелектрична якост. Стандартите и практиките, описани в тази статия, базирани на IEC 60156, ASTM D1816 и IEC 60076, осигуряват техническата основа за постигане на този критичен показател за качество.

В Lugao Power Co., Ltd. внедрихме цялостна система за управление на качеството, която включва тези контроли на процеса и стандарти за изпитване в нашите производствени операции на трансформатори. Нашите маслени трансформаторни продукти са проектирани и произведени, за да осигурят надеждна работа през целия им експлоатационен живот. За по-подробна техническа информация, документация за процеса или продуктови спецификации, моля, свържете се с нашия инженерен екип.

Свържете се с Lugao Power Co., Ltd.за технически спецификации и документация за качеството на нашите маслени трансформаторни продукти.