CC BY
43
УСТАНОВКА ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА
Р.Р. ВИЛДАНОВ, А.В. СИДОРЕНКО, В.П. ТУТУБАЛИНА Казанский государственный энергетический университет
Приведены результаты изучения газопоглотительной и газовыделительной способности различных марок трансформаторных масел на экспериментальной установке, моделирующей процессы, протекающие в высоковольтном оборудовании электростанций. Рассмотрен вопрос о влиянии структурногруппового состава и способа очистки трансформаторного масла на его газостойкость.
К отличительным особенностям эксплуатации трансформаторного масла, по сравнению с другими видами масел, относится совместное воздействие на них электрического поля и молекулярного кислорода при одновременном контакте с конструкционными материалами маслонаполненных электрических аппаратов [1-4]. Это ускоряет старение трансформаторных масел, снижает их электроизоляционные свойства, характеризующие работоспособность масел в аппаратуре высокого напряжения.
Для эффективного решения задач контроля эксплуатационных свойств трансформаторного масла в электрическом оборудовании необходимо разработать диагностическую аппаратуру, создающую условия, максимально приближённые к реальным.
Для изучения характера изменения эксплуатационных свойств нефтяного трансформаторного масла разработана установка, представленная на рисунке.
Q"Q’ О
К 4 ¿із 15^ ГХІ——I---1 ІУ] »—
11 14
Рис. Технологическая схема установки:
1 - термостат; 2 - прибор для определения термической стабильности трансформаторного масла в электрическом поле; 3 - термостат; 4,11,13,14,15,16,17- краны; 5 - манометр; 6 - вакуумный насос; 7 -измерительная бюретка; 8 - уравновешивающая стеклянка; 9 - магнит; 10 - стальной лист; 12 - баллон для газов; 13- измерительная бюретка; 18 - сброс газов в атмосферу
© Р.Р. Вилданов, А.В. Сидоренко, В.П. Тутубалина Проблемы энергетики, 2006, № 9-10
Установка работает следующим образом: открываются краны 11, 14, и 16, включается вакуумный насос 6 для удаления из системы воздуха, открывается кран 13 для измерения давления манометром 5. Краны 11, 14, и 16 закрывают, прибор заполняют трансформаторным маслом, открывают краны 11 и 4 для заполнения пространства над маслом заданным газом из баллона 12. Для измерения скорости растворения, выделения или поглощения газов маслом открывают краны 11, 14 и 16. Определение растворенного, выделившегося или поглощенного газа производят при помощи измерительной бюретки 7. Уравновешивающая склянка 8 заполнена водой. Количество выделившихся из масла газов определяется по степени заполнения бюретки водой. В случае чрезмерного газовыделения открывается кран 17 и избыток газов сбрасывается в атмосферу. Температура в термостате 1 измеряется ртутным термометром 3.
Прибор 2 имитирует процессы конвективного массопереноса в маслонаполненных электрических аппаратах на энергообъектах. В прибор 2 помещены пластины из меди, железа и целлюлозы, которые залиты трансформаторным маслом. Заданная температура масла в приборе поддерживается термостатом.
Электрическое поле в приборе 2 создается парой медных электродов, которые не соприкасаются с маслом, края электродов закруглены, что позволяет избежать возникновения местных перенапряжений. Максимальная напряженность электрического поля в слое масла у стенки прибора, смежной с высоковольтным электродом, может быть оценена по формуле электрического конденсатора
* = ,
г2
где и - рабочее напряжение, кВ; г - диэлектрическая проницаемость трансформаторного масла; г - радиус от оси до внутренней поверхности прибора, мм; Г1 - радиус внутреннего электрода, мм; Г2 - внешний радиус прибора, мм.
В первом приближении прибор представляет собой модель высоковольтной обмотки трансформатора, которая окружена трансформаторным маслом.
С помощью прибора можно оценить стабильность масла в электрическом поле в присутствии конструкционных материалов электрических аппаратов, количество образовавшегося твердого осадка и индукционный период. Погрешность метода ± 5% [2].
При изучении растворимости некоторых газов в трансформаторном масле и его газостойкости [4] были использованы масла, отличающиеся технологической схемой очистки и углеводородным составом. С этой целью были использованы следующие марки трансформаторных масел: селективной очистки (ТС),
адсорбционной очистки (ТА), кислотной очистки (ТК) и масло гидрокрекинга (ГК). Физико-химические показатели масел приведены в табл. 1.
Растворимость газов в трансформаторном масле определяли при атмосферном давлении и температуре 40^ в течение 3-х минут в электрическом поле напряженностью 30 кВ/см в присутствии медных, железных и целлюлозных пластинок, используемых в качестве гетерогенных катализаторов, ускоряющих старение масла. Растворимость газов в трансформаторных маслах ТС, ТА, ТК и ГК приведена в табл. 2.
Физико-химические характеристики трансформаторных масел
Марка ТМ Вязкость, м2/с 106 Плот- ность, кг/м3 Молеку- лярная масса Групповой состав, %
20°С 50°С Аромати- ческие углево- дороды Нафте- новые углево- дороды Парафи- новые углево- дороды
ТС 25,3 9,2 861,0 263 15,50 36,89 47,61
ТА 24,5 8,3 854,0 254 11,20 35,80 53,00
ТК 18,4 7,4 910,0 249 8,35 54,90 36,76
ГК 24,8 8,7 889,0 272 4,96 34,20 60,84
Таблица 2
Растворимость газов в трансформаторных маслах
Газы Растворимость газов в трансформаторном масле, мг/100 г
ТС ТА ТК ГК
Воздух 10,6 5,7 13,4 7,9
Азот 9,7 5,2 12,3 3,4
Кислород 18,0 9,8 22,9 6,5
Оксид углерода 9,0 4.8 11,4 3,2
Диоксид углерода 13,5 73,5 171 48,7
Метан 33,8 18,4 43,1 12,2
Этан 315 471,5 400,8 113,8
Работоспособность трансформаторных масел в высоковольтных электрических аппаратах определяется их газостойкостью [4] в электрическом поле. Повышение газостойкости масел сопровождается снижением опасности газового пробоя [4], увеличением надежности, долговечности и работоспособности электрооборудования.
Газостойкость трансформаторных масел определяли в электрическом поле напряженностью 30 кВ/см при температуре 100°С в присутствии гетерогенных катализаторов в течении 8 часов. Полученные экспериментальные данные приведены в табл. 3.
Таблица 3
Г азостойкость трансформаторных масел
Трансформаторное масло Г азостойкость
Выделилось газов, мл Поглотилось газов, мл
Селективной очистки - 1,38
Адсорбционной очистки - 1,47
Кислотной очистки 1,54 -
Гидроочистки 0,92 -
Таким образом, трансформаторные масла с более высоким содержанием ароматических углеводородов склонны к поглощению газов, что снижает опасность газового пробоя в электрическом поле табл. 3. Из табл. 3 также следует, что на газостойкость трансформаторных масел в электрическом поле большое влияние оказывает способ его очистки. Так масла, прошедшие селективную и адсорбционную очистки, обладают более высокой газостойкостью по сравнению с маслами кислотной очистки и гидроочистки, поскольку последние в процессе
старения выделяют газы, что увеличивает опасность возникновения газового пробоя в электрических аппаратах.
Summary
Here in after are adduced the tests’ results on various brands of transformer fluid (oil) gas-absorbent and gas-evolving features examination using pilot installation creating prototype processes which proceed inside the high-voltage electrical equipment of power stations. Here was examined the effect of fluid’s structural-group composition and refining method taken on it’s gas-resistance
Литература
1. Современные проблемы оценки состояния и обслуживания маслонаполненного оборудования // Труды Петербургского ЭИПК. - 1995. - Вып. 4. - С.14-25.
2. Биргер И.А. Техническая диагностика - М.: Машиностроение, 1978.
3. ГОСТ 7522 - 75. Масла нефтяные.
4. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло. - М.: Энергоиздат, 1983.
Поступила 27.04.2006
