Продление срока службы трансформаторов
О регенерации трансформаторных масел и изоляционных систем: масло - целлюлозная изоляция силовых трансформаторов.
Хорошо известно, что парк трансформаторов, эксплуатирующихся в настоящее время как в сетевых, так и в генерирующих компаниях, сильно состарился. Замена трансформаторов, отслуживших расчетный срок, не производилась длительное время. В то же время стоимость трансформаторов за последние годы значительно выросла, и поэтому нельзя ожидать поступления значительного количества новых трансформаторов для замены старых. В этой ситуации особое значение приобретает продление срока службы трансформаторов.
Длительность работы трансформаторов определяется состоянием магнитопровода и целлюлозной изоляции, необратимые дефекты которых приводят к сокращению сроков жизни трансформаторов. Если срок жизни магнитопроводов практически неограничен, то старение целлюлозной изоляции происходит постоянно и значительно быстрее. Поэтому именно состояние целлюлозной изоляции определяет срок жизни трансформатора.
Естественное старение целлюлозной изоляции - процесс достаточно длительный, но в трансформаторе она подвергается воздействию факторов, ускоряющих этот процесс: нагреву, воздействию влаги, кислорода и наиболее активно - воздействию продуктов старения масла, которые концентрируются в целлюлозной изоляции.
Если:
а) нагревы в трансформаторах невелики, для того чтобы существенно ускорить процесс старения,
б) влагу в масле и целлюлозе можно достаточно эффективно убрать,
в) содержание кислорода без влаги не оказывает существенного ускоряющего воздействия, то наличие в масле продуктов старения кислотного и полярного характера выходит на первое место среди факторов, ускоряющих старение целлюлозной изоляции.
Необходимо отметить, что целлюлоза, являясь, по сути, фильтром для масла, отбирает и концентрирует на своей поверхности и в толще продукты старения масла. Можно говорить о том, что концентрации их в целлюлозе больше, чем в самом масле.
Таким образом, основной задачей продления срока службы трансформатора является задача очистки целлюлозы.
Эта задача состоит из двух подзадач:
- регенерации масла;
- промывки целлюлозной изоляции.
В настоящее время имеющиеся способы очистки целлюлозной изоляции недостаточно эффективны или требуют значительных затрат:
- Применение замены масла не решает задачи, поскольку в процессе непродолжительного времени часть продуктов старения из целлюлозной изоляции переходит в масло. Являясь катализаторами процессов старения масла, они быстро окисляют масло и приводят к последующему возврату продуктов старения в целлюлозу. Таким образом, затраты на покупку нового масла не приводят к полному решению вопроса продления сроков службы трансформатора.
- Попытка улучшить состояние целлюлозной изоляции, проведя слив масла, его регенерацию и последующую его заливку, с точки зрения процесса очистки аналогична простой замене масла, то есть не решает задачи полностью. Затраты на регенерацию масла, правда, меньше, чем на закупку нового.
- Выполнение промывки изоляции во время капитального ремонта. При этой промывке чистым технологическим маслом осуществляется удаление продуктов старения с поверхности целлюлозы в основном за счет механического воздействия потока масла. Длительность обычного капитального ремонта и способ промывки - разбрызгивание - не позволяют обеспечить промывку изоляции в ее толще. Этот процесс оставляет продукты старения в толще изоляции. Однако это позволяет несколько дольше прослужить новому или регенерированному маслу после ремонта как за счет удаления части продуктов старения с поверхности, так и за счет относительно длительного процесса вымывания продуктов старения из толщи изоляции. Увеличения эффективности промывки можно добиться применением специальных моющих масел, обладающих эффектом вытягивания продуктов старения из целлюлозы, однако их стоимость высока, а для достижения полного эффекта очистки целлюлозы требуется в несколько раз увеличить сроки обработки трансформатора. Стоимость ремонтов с очисткой целлюлозы с применением моющих масел как наиболее эффективного метода доходит до 30% от стоимости трансформатора.
В поисках эффективного метода очистки изоляции с целью продления срока службы трансформаторов ЗАО «Энергопром» приобрело и опробовало возможности установки E575R.
Эта установка является высокоэффективным комплексом для обработки масла - вакуумирования, фильтрации, сушки и регенерации (см. рис. 1, 2).
От других установок ее отличает то, что все эти работы она может осуществлять с маслом работающего трансформатора.
Именно эта особенность делает эту установку наиболее эффективным инструментом при решении задачи очистки целлюлозной изоляции как технически, так и экономически.
Вибрации работающего трансформатора усиливают эффективность отмывки изоляции, а использование нагрузочных потерь трансформатора для дополнительного нагрева и доведения температуры масла в баке до 85-90°С (анилиновая точка) позволяет растворять и удалять из трансформатора шлам.
Рассмотрим, каким же образом установкой E575R решается поставленная задача.
Установка подсоединяется к трансформатору. Трансформатор находится в работе. Включается циркуляция масла через установку. Из трансформатора забирается загрязненное масло, оно проходит через регенерационные патроны, фильтры, дегазационную камеру. Очищенное, высушенное, дегазированное масло вбрасывается в трансформатор. Достаточно высокая скорость циркуляции масла (до 4 тонн в час) приводит к механическому смыванию чистым маслом продуктов старения с поверхности изоляции. То, что масло заполняет полный объем трансформатора, приводит к более эффективному растворению маслом продуктов старения и в толще изоляции. Осушенное масло отбирает часть влаги с поверхности изоляции. Далее масло с вымытыми продуктами старения и частью влаги снова попадает в установку, где регенерируется, фильтруется, сушится, вакуумируется и снова попадает в трансформатор. Затем цикл повторяется. Таким образом осуществляется многократная обработка всего объема масла трансформатора.
В процессе работы происходит снижение концентрации продуктов старения в масле трансформатора, то есть в масле, поступающем на вход установки, что является критерием оценки процесса очистки изоляции.
Из всего сказанного выше ясно, что установка объединяет все имеющиеся в настоящее время способы очистки целлюлозной изоляции:
- заливка регенерированного масла;
- механическая промывка изоляции;
- объемное воздействие масла на целлюлозную изоляцию соответствует эффекту вымывания моющих масел;
- подсушка изоляции и масла;
- дегазирование масла;
- тонкая фильтрация масла.
Другими словами, использование этой установки позволяет очистить оба компонента изоляции трансформатора: как целлюлозу, так и масло.
Понятно, что относительно продолжительный процесс вымывания продуктов старения из толщи целлюлозной изоляции может сделать неэффективной длительную однократную обработку трансформатора установкой. Поэтому опыт эксплуатации этой установки в других странах показал целесообразность поэтапной обработки трансформатора - в несколько заходов. Это позволяет выполнить работы на большем числе трансформаторов и регулировать число обработок путем контроля за вымыванием продуктов старения из изоляции между обработками.
Кроме указанных преимуществ, установка E575R имеет ряд технологических, экологических, организационных и экономических преимуществ.
В таблице 1 приведены эти отличия и преимущества использования установки E575R для очистки изоляции трансформатора по сравнению с применяемым в настоящее время методом регенерации масла с использованием силикагеля или различных адсорбентов (полыгарскит, зикеевская земля и так далее).
Таким образом, установка E575R выполняет два вида работ:
Очистка изоляции трансформатора (целлюлозы и масла) путем циклической обработки трансформаторного масла непосредственно в его баке.
При очистке изоляции трансформатора (целлюлозы и масла) установкой выполняется:
- удаление продуктов старения из масла;
- промывка целлюлозной изоляции чистым маслом;
- сушка и дегазация масла;
- удаление поверхностной влаги из целлюлозной изоляции;
- восстановление необходимого содержания антиокислительной присадки;
- установка предусматривает возможность очистки изоляции трансформатора без его отключения.
Регенерация масла.
При регенерации масла установкой E575R выполняется:
- регенерация масла;
- сушка и дегазация масла;
- восстановление необходимого содержания антиокислительной присадки.
Работы выполняются в маслохозяйстве из емкости в емкость.
При достижении параметров масла в трансформаторе, соответствующих характеристикам свежего масла после трех-четырех циклов обработки, можно гарантировать для трансформаторов старше 25 лет продление эксплуатации целлюлозной изоляции как минимум на 10 лет.
Длительность очистки изоляции трансформаторов, а значит, и цена, определяется исходя из производительности установки, которая при очистке изоляции трансформатора составляет 1-2 тонны масла в час, объема масла в трансформаторе и необходимой кратности обработки масла.
Ценовая политика
Регенерация масла в маслохозяйствах производится по ценам, составляющим не более 50% от стоимости свежего масла (табл. 2).
Опыт внедрения установки
Объект обработки - трансформатор типа ТДТН40000/110 № 113511 производства Запорожского трансформаторного завода, изготовлен в 1981 году. Имеет наработку 22 года.
Кислотное число масла из бака трансформатора составило 0,23 мг КОН/г.
Тангенс угла диэлектрических потерь масла из бака трансформатора составил при 90°С - 56,5%.
Влагосодержание масла в баке трансформатора - 58 ppm.
Трансформатор имел низкое сопротивление изоляции и тангенс угла диэлектрических потерь более 1%.
Количество масла в трансформаторе - около 25 т.
Во время очистки изоляции параметры масла в баке трансформатора определялись несколько раз.
1. После обработки приблизительно 17 000 литров масла (около половины объема масла в трансформаторе) отобрана из бака трансформатора контрольная проба и испытана в лаборатории ОАО НИЦ «ЗТЗСервис». Результаты показали, что процесс регенерации проходит эффективно. Показатели улучшились вдвое, несмотря на то, что через установку пропущен не полный объем масла:
- Цвет улучшился на 1 балл (с 4,5 до 3,5).
- tgδ при 90°С с 56,5% снизился до 23,3%.
- Кислотное число снизилось с 0,23 мг КОН/г до 0,104 мг КОН/г.
2. После обработки приблизительно 77 000 литров масла, то есть около трех объемов (циклов), в лаборатории ООО ЭК «Одессаоблэнерго» (Украина) получены следующие результаты испытания пробы масла из бака трансформатора:
- Цвет из коричневого стал желтым, прозрачным.
- tgδ при 90°С снизился до 1,36%.
- Кислотное число снизилось до 0,007 мг КОН/г.
3. После окончания обработки (обработано 83 823 л масла, практически ровно три объема) в лаборатории НИЦ «ЗТЗСервис» (Запорожье, Украина) получены следующие результаты, которые сравниваются в таблице 3 с первоначальными данными.
Полученные результаты соответствуют требованиям к свежему маслу, залитому в трансформатор.
Параметры изоляции трансформатора, измеренные практически в дождь, улучшились вдвое.
Однако необходимо заметить, что при этой относительно краткой обработке в трансформаторе остались продукты старения, накопленные в целлюлозе, которые будут выделяться в масло трансформатора, ухудшая его показатели. Об этом свидетельствует измеренный коэффициент полярности, коэффициент светопропускания. Это ожидаемый результат, который свидетельствует о необходимости подхода к очистке изоляции трансформаторов как к профилактическому мероприятию, которое должно проводится как по показаниям, так и в определенные сроки.
Источник: «Рынок Электротехники», № 1, 2009 г.