ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭНЕРГЕТИКА №8, 2017
ЭКСПЛУАТАЦИЯ,
МОНТАЖ И НАЛАДКА
Применение керамического фильтра для циркуляционной очистки
масла и целлюлозной изоляции силового трансформатора
, доктор техн. наук, , канд. техн. наук
Институт материаловедения АН Республики Узбекистан, Ташкент
, младший научный сотрудник
ООО“Научно-технический центр” АО “Узбекэнерго”, Ташкент
Рассмотрена схема адсорбционной установки с использованием керамических мембран для очистки отработанного масла силового трансформатора. Применение циркуляционного режима адсорбционной очистки масла в сочетании с керамическими мембранами позволяет очищать целлюлозную изоляцию и сам бак силового трансформатора. Анализ регенерированного масла, проведенный в лабораторных условиях, показал полное соответствие его электрофизических характеристик нормативным требованиям.
В изоляционной системе (масло и целлюлозная изоляция) силовых трансформаторов при длительной эксплуатации происходят процессы старения, которые существенно меняют электрофизические свойства, что может привести к аварийной ситуации и значительному финансовому ущербу. Исследования [1—3] показывают, что одной из главных причин повреждения и выхода из строя силовых масляных трансформаторов является неисправность в их изоляционной системе, связанная с загрязнением масла и целлюлозной изоляции трансформатора [4].
Для повышения надежности и продления срока службы силовых масляных трансформаторов проводятся их диагностическое обследование и техническое обслуживание.
Один из элементов технического обслуживания — своевременная регенерация или замена трансформаторного масла. Технология предполагает слив отработанного масла и отправку его на регенерацию (рис. 1). Если масло успешно регенерируется, его заливают обратно в бак силового трансформатора. При невозможности регенерации масло отправляют на утилизацию, а в бак заливают свежее масло. Как правило, вскоре после заливки в трансформатор регенерированного или нового масла его чистота резко ухудшается (на 1 — 2 класса). Например, масло 9-го класса чистоты приобретает 11-й класс чистоты. Это связано с попаданием в масло загрязнений (механических примесей) от целлюлозной изоляции силового трансформатора [5].
Рис. 1. Схема вариантов движения масла при обслуживании силовых трансформаторов
Очистка от механических загрязнений — один из важнейших этапов подготовки масла. Механические примеси, оказывая существенное воздействие на электрофизические свойства трансформаторного масла, определяют его качество. Они могут появиться при эксплуатации трансформаторов в результате растворения красок, лаков и изоляции. Возможны также примеси в виде угля, который образуется при электрической дуге, или в виде осадка (шлама) — продуктов распада масла. Механические примеси могут вызвать перекрытие изолированных элементов, а также уменьшить электрическую прочность масла. Необходимо отметить, что загрязнение и старение трансформаторного масла в процессе эксплуатации ведут к повышению в нем диэлектрических потерь.
Исследованиями [6] выявлено, что механические примеси размерами менее 5 мкм наиболее опасны для функционирования трансформатора, так как составляют примерно 95 % общего числа загрязнителей в масле, являются в основном продуктами его окисления и базой для образования более крупных частиц. Эти загрязнители полярны, имеют свойство притягиваться и налипать на внутренние поверхности трансформатора при достижении маслом определенного уровня загрязненности. В процессе эксплуатации трансформатора наблюдается процесс укрупнения частиц, называемый хлопьеобразованием. При этом содержание частиц размерами более 50 мкм может увеличиться в несколько раз по сравнению с первоначальным содержанием. Опасность загрязнений размерами менее 5 мкм заключается в их высокой способности проникать внутрь твердой изоляции и изменять их электрофизические свойства.
Своевременная очистка трансформаторного масла от механических примесей является актуальной задачей. В настоящей статье рассмотрена схема фильтрующей установки на базе керамических мембран для циркуляционной очистки масла и целлюлозной изоляции силового трансформатора от механических примесей.
В рамках реализации работ по созданию фильтрующей установки была сформирована и подвергнута предварительному обжигу при 900 °С партия полых керамических подложек. На подложки был нанесен селективный мембранный слой. Проведены сушка и окончательный обжиг мембранных элементов при температуре 1195 °С. В результате получена партия керамических микрофильтрационных мембран, пригодных для очистки трансформаторного масла с размерами механических примесей 1 — 3 мкм (рис. 2) [7]. Масло проходило через боковые поверхности фильтроэлементов и собиралось в центральном коллекторе (перфорированной трубе).
При разработке керамического фильтра использована хорошо зарекомендовавшая себя патронная конструкция. Она позволяет выполнять подготовку и формирование фильтра вне аппарата, быстро и оперативно проводить их замену и подбором соответствующего числа керамических элементов понических кислот — 0,018 мг КОН/г масла (при норме — 0,02 мг КОН/г). Как видно, регенерированное масло вполне соответствует требованиям нормативных документов и ГОСТ [8,9].
Рис. 2. Керамические мембраны
Циркуляционный метод применяют при невозможности очистки масла за один проход. При этом масло после адсорбционной очистки возвращается в исходную емкость. Значение пробивного напряжения масла в емкости зависит от кратности прохода всего его объема через установку, возрастая постепенно от исходного значения до предельного на выходе. Для не очень загрязненных масел достаточна 2 — 3-кратная циркуляция, а для сильно загрязненных кратность циркуляции необходимо увеличить до 5 — 7.
В процессе лабораторных исследований проводили мониторинг спектрального коэффициента пропускания трансформаторного масла для оценки его визуальной прозрачности в видимом диапазоне спектра. На рис. 7 показаны спектральные зависимости коэффициентов пропускания трансформаторного масла до очистки и после циркуляционной очистки (силикагель + керамическая мембрана). Как видно, адсорбционная очистка привела к существенному осветлению трансформаторного масла.
Длина волны
Рис. 7. Зависимости спектральных коэффициентов пропускания трансформаторного масла от длины волны до
очистки и после циркуляционной очистки
Результаты лабораторных исследований позволяют сделать вывод о важности и эффективности применения керамических мембран. Эксперименты показали, что простая очистка масла от механических примесей недостаточна для его регенерации. Необходима многостадийная циркуляционная очистка. Вместе с тем, фильтрация масла нужна на всех стадиях регенерации, поскольку происходит загрязнение частицами самого адсорбента.
Выводы
1. Комплексная очистка масла на базе керамических мембран позволяет полностью восстановить его электрофизические характеристики.
2. Новизна полученных результатов заключается в разработке и создании керамических мембран с размером пор порядка
1 — 3 мкм. Возможность регенерации, обеспечивающая практически неограниченный срок эксплуатации масла, является серьезным конкурентным преимуществом керамических мембран по сравнению с фильтр-прессами, бумажными и полимерными фильтрами.
3. Очистка целлюлозной изоляции позволяет продлить срок службы масляных трансформаторов на 3 — 5 лет [10], что существенно повышает экономическую и энергетическую эффективность промышленных объектов.
Список литературы
Львов и совершенствование методов и критериев оценки технического состояния силовых трансформаторов и автотрансформаторов напряжением 110 кВ и выше. — Автореф. на со - иск. ученой степени доктора техн. наук. М., 2009. , Аулова традиционной системы оценки состояния трансформаторных масел в баках трансформаторов и автотрансформаторов напряжением 330 кВ (http://). , Игнатьев надежности работы силовых трансформаторов. — Системы. Методы. Технологии, 2013, № 3 (19). Осотов аспекты оценки фактического срока службы силовых трансформаторов (http://www.sibdiag.ru/2015/presentation/l.2.pdf). , , Юсупов циркуляционной промывки трансформаторов с использованием адсорбентов и керамических мембран. — Научно-технический журнал ФерПИ. 2014, №4.Метод сверхглубокой очистки трансформаторного масла / , , . . — Сайт forca. ru — Электрические сети, оборудование электроустановок (http://forca.ru/ stati/podstancii/metod-sverhglubokoy-ochistki-transfor matornogo-masla. html).
Пористая структура керамических мембран для тонкой очистки технологических жидкостей нефтегазовой отрасли / , ,Э. М. Уразаева и др. — Научно-технический журнал ФерПИ, 2015, № 3.
Инструкция. Эксплуатация трансформаторных масел. Руководящий документ RH 34-301-633:2011. ГОСТ 6370-83. Нефть, нефтепродукты и присадки. Метод определения механических примесей. — М.: Изд-во стандартов, 1983. утевые заметки диагноста. — Сайт ООО “ТРИДЭКС ЦЕНТР” (http://).