Kako oljni transformator doseže 60kV prebojno napetost z vakuumskim polnjenjem?

Podatki iz industrije kažejo, da je približno 30 % prezgodnjih okvar transformatorjev neposredno mogoče pripisati prekomerni vsebnosti vlage in plina v izolacijskem olju. Povečanje vlage za samo 15 delcev na milijon (ppm) lahko zmanjša razgradno napetost transformatorskega olja s 60 kV na manj kot 30 kV. To dramatično zmanjšanje dielektrične trdnosti poudarja kritični pomen postopka vakuumskega polnjenja pri proizvodnji transformatorjev. Za anoljni transformatorocenjeno na 33 kV ali več, doseganje in vzdrževanje prebojne napetosti 60 kV ni cilj kakovosti – je temeljna zahteva za zanesljivo delovanje v 30-40-letni življenjski dobi transformatorja.

Ta članek zagotavlja sistematično tehnično analizo, kako oljni transformatorji dosežejo 60 kV prebojne napetosti z vakuumskim polnjenjem. Razprava zajema štiri bistvene faze postopka: predobdelavo olja in preverjanje kakovosti, vakuumsko sušenje jedra in izolacije navitja, postopek vakuumskega polnjenja z nadzorovanimi parametri in testiranje po polnjenju v skladu s standardoma IEC in ASTM. Vsaka stopnja je preučena glede na posebne procesne parametre, zahteve glede opreme in kontrolne točke za nadzor kakovosti. Članek obravnava tudi pogoste načine odpovedi in nudi praktičen okvir za nadzor kakovosti za proizvajalce transformatorjev in končne uporabnike.

Kazalo

• 1. Predobdelava olja in standardi kakovosti
• 2. Vakuumsko sušenje jedra in navitja transformatorja
• 3. Parametri procesa vakuumskega polnjenja
• 4. Testiranje olja in preverjanje prebojne napetosti
• 5. Pogosti načini napak in točke nadzora kakovosti
• 6. Pogosto zastavljena vprašanja (FAQ)
• 7. Zaključek

1. Predobdelava olja in standardi kakovosti

Pot do doseganja prebojne napetosti 60 kV se začne s predobdelavo transformatorskega olja, preden vstopi v rezervoar transformatorja. Tudi novo, rafinirano transformatorsko olje običajno vsebuje raztopljeno vlago, pline in onesnaževalce, ki jih je treba odstraniti, da se doseže zahtevana dielektrična trdnost. Postopek predobdelave se izvaja v namenskem obratu za predelavo olja, ki vključuje ogrevalne sisteme, enote za vakuumsko dehidracijo in večstopenjsko filtrirno opremo. Preden je olje primerno za polnjenje transformatorja, je treba preveriti naslednje parametre:

• Prebojna napetost (BDV):≥ 60kV (merjeno v skladu z IEC 60156)
• Vsebnost vlage:≤ 10 ppm (merjeno s titracijo po Karlu Fischerju)
• Vsebnost raztopljenega plina (DGA):≤ 0,5 vol. % (merjeno s plinsko kromatografijo)
• Faktor disipacije (tan δ):≤ 0,001 pri 90 °C (merjeno v skladu z IEC 60247)
• Število delcev:≤ 500 delcev na 100 ml (velikost ≥ 5 μm)
• Upornost:≥ 10¹² Ω·cm pri 90 °C

Postopek čiščenja olja poteka v treh stopnjah. Prva faza je segrevanje: olje se segreje na 60-70°C, da se zmanjša viskoznost in olajša izpust raztopljenih plinov in vlage. Druga stopnja je vakuumska dehidracija: segreto olje se vnese v vakuumsko komoro, ki deluje pri 0,1-0,5 mbar. Pod tem vakuumom se vrelišče vode zniža, kar povzroči, da vlaga izhlapi in jo vakuumska črpalka odvzame. Običajni čas dehidracije je 4-8 ur, odvisno od količine olja in začetne vsebnosti vlage. Tretja stopnja je filtracija: dehidrirano olje prehaja skozi vrsto filtrov z ocenami 5 μm in 1 μm, da se odstranijo delci onesnaževalcev. Predelano olje nato kroži skozi sistem, dokler niso doseženi vsi določeni parametri.

Naslednja tabela povzema parametre predhodne obdelave in ustrezna merila sprejemljivosti.

priLugao Power Co., Ltd., vzdržujemo namenski obrat za predelavo olja, opremljen z 10.000-litrskim rezervoarjem za olje, enoto za vakuumsko dehidracijo s 300 L/min in filtrirnim sistemom z zaprto zanko z 1 μm absolutnimi filtri. Vsaka serija predelanega olja se vzorči in testira, preden se odobri za polnjenje transformatorja. Rezultati testiranja so dokumentirani v certifikatu serije, ki spremlja transformator skozi njegovo življenjsko dobo. Ta strogi protokol predhodne obdelave zagotavlja, da olje, ki vstopa v transformator, izpolnjuje enake standarde kakovosti kot olje, ki bo preizkušeno po polnjenju, kar je temelj za doseganje prebojne napetosti 60 kV.

2. Vakuumsko sušenje jedra in navitja transformatorja

Izolacija transformatorja je sestavljena predvsem iz materialov na osnovi celuloze - papirja, stiskalnice in lesa - ki so sami po sebi higroskopski. V normalnih atmosferskih razmerah lahko ti materiali absorbirajo do 8 % vlage glede na težo. Ko je transformator pod napetostjo, se izolacija segreje in vsa prisotna vlaga izhlapi, kar zmanjša dielektrično trdnost trdne izolacije in okoliškega olja. Vakuumsko sušenje je postopek odstranjevanja te vlage iz izolacijskega sistema, preden se transformator napolni z oljem. Postopek sušenja je ključnega pomena, saj bo tudi po tem, ko je olje prečiščeno, vlaga, ujeta v izolaciji, sčasoma prodrla v olje in zmanjšala prebojno napetost.

Postopek vakuumskega sušenja običajno vključuje naslednje stopnje. Najprej se transformator postavi v sušilnik ali segreje s kroženjem vročega olja skozi hladilni sistem. Jedro in navitje se segrejeta na 85-105°C, da se pospeši odvajanje vlage. Rezervoar transformatorja se nato izprazni z vakuumsko črpalko, da se tlak zniža na 0,1-0,5 mbar. Pod tem vakuumom se vrelišče vode zniža na približno 40-50 °C, kar omogoča, da vlaga v izolaciji izhlapi. Izhlapelo vlago iz rezervoarja črpa vakuumska črpalka. Postopek sušenja se nadaljuje, dokler vsebnost vlage v izolaciji ne pade pod 0,5% teže.

Končna točka sušenja se določi z eno od dveh metod:

• Metoda dviga tlaka:Vakuumska črpalka je izolirana od rezervoarja transformatorja, stopnja dviga tlaka pa se meri v določenem obdobju. Če je hitrost dviga tlaka manjša od 0,1 mbar na uro v 4-urnem obdobju, se šteje, da je sušenje končano.
• Metoda rosišča:Točka rosišča plina, ki se odvaja iz transformatorja, se stalno spremlja. Ko rosišče pade pod -40°C, se šteje, da je sušenje končano.

Trajanje postopka vakuumskega sušenja je odvisno od velikosti transformatorja, vrste izolacije in okoljskih pogojev. Za tipičen transformator 10 MVA lahko postopek sušenja traja 48-72 ur. Pri večjih energetskih transformatorjih lahko postopek traja več dni. Naslednja tabela prikazuje tipične parametre sušenja za različne razrede transformatorjev.

V podjetju Lugao. uporabljamo kombinacijo termičnega vakuumskega sušenja in kroženja vročega olja, da dosežemo zahtevano odstranitev vlage. Transformator se segreva s kroženjem vročega olja skozi hladilni sistem, hkrati pa se rezervoar prazni. Ta metoda zagotavlja enakomerno segrevanje in pospeši proces sušenja. Po končanem ciklu sušenja se transformator drži pod vakuumom, dokler se ne začne postopek polnjenja z oljem, s čimer se prepreči ponovna absorpcija vlage iz atmosfere. Ta pristop zagotavlja, da se vsebnost vlage v izolaciji vzdržuje pod pragom 0,5 %, kar je bistveno za doseganje in vzdrževanje prebojne napetosti 60 kV.

3. Parametri procesa vakuumskega polnjenja

Ko sta transformatorsko jedro in navitje posušena na zahtevano vsebnost vlage, se začne postopek polnjenja z oljem. To je najbolj kritična faza izdelave transformatorja, saj lahko vsaka napaka v tej fazi ogrozi dielektrično trdnost izolacijskega sistema. Postopek vakuumskega polnjenja se izvaja, medtem ko je rezervoar transformatorja pod vakuumom. Prečiščeno olje se vnese na dno rezervoarja in se počasi dviga ter izpodriva vakuum. Parametre postopka je treba natančno nadzorovati, da se prepreči nastajanje mehurčkov, zagotovi popolna penetracija izolacije in preprečijo poškodbe navitij.

Ključni procesni parametri za vakuumsko polnjenje so naslednji:

• Raven vakuuma pred polnjenjem:0,1-0,5 mbar, vzdrževan vsaj 2 uri po končanem ciklu sušenja.
• Temperatura olja pri polnjenju:60-70°C, vzdržujemo, da zagotovimo nizko viskoznost in dobro pretočnost.
• Hitrost polnjenja:≤ 300 L/h (za majhne do srednje velike transformatorje; večji transformatorji lahko uporabljajo sorazmerno višje pretoke, vendar ne smejo preseči hitrosti, pri kateri lahko olje prodre skozi izolacijo).
• Polnilni tlak:Na dnu rezervoarja je uporabljen rahel nadtlak (0,1-0,2 bara), da se olje potisne v navitja.
• Vakuum med polnjenjem:Med postopkom polnjenja se vzdržuje vakuum, da se odstranijo morebitni plini, ki se lahko sproščajo iz olja ali izolacije.
• Posedanje po polnjenju:Ko je rezervoar poln, pustimo transformator stati 12-24 ur pod vakuumom ali pod pozitivnim tlakom suhega dušika, da lahko morebitni preostali plinski mehurčki uidejo.

Hitrost polnjenja je še posebej kritična. Če olje vnesete prehitro, lahko turbulenca ustvari mehurčke in olje morda ne bo popolnoma prodrlo skozi izolacijo. Če se olje vnaša prepočasi, postane postopek neučinkovit. Hitrost polnjenja se običajno nadzira s prilagajanjem pretoka oljne črpalke ali z uporabo ventila za zmanjšanje tlaka. Pri velikih transformatorjih lahko postopek polnjenja poteka v stopnjah s premori, da olje prodre skozi izolacijo, preden se začne naslednja stopnja. Naslednja tabela prikazuje priporočene hitrosti polnjenja za različne zmogljivosti transformatorjev.

Po končanem polnjenju se transformator običajno segreje na 50-60 °C s pomočjo hladilnega sistema, da se poveča sposobnost olja, da absorbira ostanke plina in vlage. Transformator je nato podvržen končni vakuumski obdelavi, znani kot "končno razplinjevanje", da se odstranijo morebitni plini, ki jih je absorbiralo olje. Ta zadnji korak zagotavlja, da prebojna napetost olja ostane na ciljni ravni 60 kV ali več. Pri Lugao Power Co., Ltd. vzdržujemo podrobno evidenco vseh procesnih parametrov za vsak transformator, vključno s časovno žigosanimi dnevniki nivojev vakuuma, temperatur in stopenj pretoka. Ti zapisi so del dokumentacije o kakovosti transformatorja in se hranijo do življenjske dobe opreme.

4. Testiranje olja in preverjanje prebojne napetosti

Ko se transformator napolni z oljem in pusti, da se usede, je treba preskusiti izolacijski sistem, da se preveri, ali izpolnjuje zahtevane specifikacije prebojne napetosti. Primarni preskus je preskus prebojne napetosti olja, izveden v skladu z IEC 60156 ali ASTM D1816. Ta preskus vključuje uporabo napetosti na vzorec transformatorskega olja z nadzorovano hitrostjo, dokler olje ne pokvari. Test se izvede na več vzorcih, da se zagotovi ponovljivost rezultata. Poleg preskusa olja je celoten izolacijski sistem transformatorja podvržen dielektričnim preskusom, da se preveri njegova celovitost.

Preskus prebojne napetosti olja se izvaja s standardno preskusno celico, ki je sestavljena iz dveh elektrod, ločenih z razmikom 2,5 mm. Preskusna napetost se uporablja s hitrostjo 2 kV/s. Test se izvede na šestih vzorcih olja. Rezultati prvega testa se zavržejo in izračuna se povprečje preostalih petih testov. Povprečna vrednost mora biti ≥ 60 kV. Če je povprečna vrednost pod 60 kV, se šteje, da olje ni opravilo preskusa. Preskusni postopek in merila sprejemljivosti so povzeti v naslednji tabeli:

Poleg preizkusa razgradnje olja je transformator podvržen naslednjim dielektričnim preskusom, da se preveri celovitost celotnega izolacijskega sistema:

• Preskus odpornosti na močnostno frekvenco:Transformator je za 60 sekund izpostavljen napetosti, ki je 2-3-krat večja od nazivne napetosti. Okvara ali delna izpraznitev ni dovoljena.
• Test inducirane prenapetosti:Transformator je za 60 sekund izpostavljen frekvenci 100-400 Hz pri napetosti, ki je dvakrat večja od nazivne napetosti. Preboj ali vidna deformacija izolacije ni dovoljena.
• Preskus delne razelektritve:Transformator je testiran na delno praznjenje pri napetosti 1,1-kratne nazivne napetosti. Raven delne izpraznitve se meri in mora biti pod določeno mejo (običajno 20-50 pC za transformatorje, polnjene z oljem).
• Tan Delta Test:Faktor disipacije izolacijskega sistema je izmerjen pri 90°C. Vrednost mora biti v mejah, določenih v IEC 60076.

Pri Lugao Power Co., Ltd. izvajamo te teste na vsakem transformatorju, preden ga pošljemo. Rezultati preskusa so dokumentirani v izčrpnem poročilu o preskusu, ki je priloženo transformatorju. Preskus prebojne napetosti olja se izvede na vzorcih olja, vzetih iz rezervoarja transformatorja po postopku polnjenja in usedanja. To zagotavlja, da je olje v transformatorju isto olje, kot je bilo testirano. Če olje ne opravi preizkusa prebojne napetosti, se celoten postopek ponavlja, dokler olje ne ustreza specifikaciji. Ta strog režim testiranja zagotavlja, da naš oljni transformator izpolnjuje najvišje standarde kakovosti in zanesljivosti.

5. Pogosti načini napak in točke nadzora kakovosti

Kljub zgoraj opisanemu strogemu nadzoru postopka lahko med vakuumskim polnjenjem še vedno pride do napak. Razumevanje običajnih načinov okvar in vzpostavitev robustnih kontrolnih točk za nadzor kakovosti je bistvenega pomena za ohranjanje dosledne kakovosti proizvodnje. V tem razdelku so opredeljeni najpogostejši načini okvar in na voljo je okvir za nadzor kakovosti za vsako stopnjo procesa.

Način napake 1: Nepopolno vakuumsko sušenje.Če izolacija transformatorja ni posušena do zahtevane vsebnosti vlage, se prebojna napetost zmanjša. Najpogostejši vzrok za nepopolno sušenje je nezadostna raven vakuuma ali neustrezen čas segrevanja. Da bi preprečili to napako, je treba med ciklom sušenja stalno spremljati raven vakuuma. Za preverjanje končne točke je treba uporabiti preskus dviga tlaka ali rosišča.

Način okvare 2: Ponovna kontaminacija olja.Če oprema ni pravilno očiščena, se olje lahko med ravnanjem, skladiščenjem ali polnjenjem ponovno onesnaži. Onesnaževalci, kot so prah, voda ali drugi delci, lahko vstopijo v olje skozi povezave ali med prenosom. Da bi to preprečili, je treba vso opremo pred uporabo temeljito očistiti in posušiti. Rezervoarji za shranjevanje olja morajo biti zaprti in napolnjeni s suhim dušikom.

Način okvare 3: Zajetje zraka.Če se med polnjenjem v transformatorju ujame zrak, lahko nastanejo mehurčki, ki zmanjšajo prebojno napetost. Zajem zraka je verjetnejši, če je hitrost polnjenja prehitra ali če se med polnjenjem ne vzdržuje raven vakuuma. Da bi to preprečili, je treba zmanjšati hitrost polnjenja in ves čas vzdrževati vakuum.

Za vsako fazo postopka vakuumskega polnjenja so priporočene naslednje kontrolne točke za nadzor kakovosti:

V podjetju Lugao izvajamo sistem vodenja kakovosti, ki te kontrolne točke vključuje v naše standardne operativne postopke. Vsaka faza procesa je dokumentirana, vsa odstopanja pa raziskana in popravljena. Ta sistematični pristop k nadzoru kakovosti je bistvenega pomena za ohranjanje visoke ravni zanesljivosti, ki jo naše stranke pričakujejo od naših izdelkov z oljnimi transformatorji.

6. Pogosto zastavljena vprašanja (FAQ)

Vprašanje 1: Ali je prebojna napetost 60 kV zajamčena vrednost za celotno življenjsko dobo transformatorja ali se sčasoma zmanjšuje?

Odgovor: 60 kV je zajamčena minimalna vrednost v času izdelave in zagona. V življenjski dobi transformatorja se bo prebojna napetost postopoma zmanjševala zaradi razgradnje olja, vdora vlage in kopičenja trdnih delcev. Vendar pa je s pravilnim vzdrževanjem - vključno z rednim testiranjem olja, filtracijo in sušenjem - mogoče vzdrževati razgradno napetost nad sprejemljivimi ravnmi. Industrijski standardi običajno zahtevajo zamenjavo ali obnovo olja, ko prelomna napetost pade pod 30 kV.

Vprašanje 2: Kakšna je razlika v prebojni napetosti med transformatorji z vakuumskim in konvencionalnim polnjenjem?

Odgovor: Konvencionalno polnjen transformator (polnjen pod atmosferskim tlakom brez vakuumskega sušenja) običajno doseže prebojno napetost 30-40 kV. Transformator, napolnjen z vakuumom, s pravilnim predhodnim sušenjem in vakuumsko obdelavo dosledno dosega 60 kV ali več. Ta razlika med 20 in 30 kV predstavlja znatno izboljšanje varnostne rezerve in zanesljivosti. Višja prebojna napetost zmanjša tveganje okvare izolacije, zlasti med napetostnimi sunki ali udari strele.

Vprašanje 3: Ali je potrebno vakuumsko polnjenje za male razdelilne transformatorje (≤ 10kV)?

Odgovor: Za razdelilne transformatorje z nazivno napetostjo 10 kV in manj vakuumsko polnjenje ni vedno obvezno, vendar se vedno bolj šteje za najboljšo prakso. Medtem ko lahko ti transformatorji delujejo s prebojno napetostjo 30-40 kV, vakuumsko polnjenje zagotavlja višjo varnostno rezervo in izboljšano dolgoročno zanesljivost. Številna javna podjetja zdaj določajo vakuumsko polnjenje za vse nove nakupe transformatorjev, ne glede na nazivno napetost, kot del svojih zahtev za zagotavljanje kakovosti. Pri Lugao Power Co., Ltd. uporabljamo vakuumsko polnjenje za vse naše izdelke oljnih transformatorjev.

Vprašanje 4: Kako lahko transformatorsko olje ohrani prebojno napetost med delovanjem?

Odgovor: Vzdrževanje prebojne napetosti med obratovanjem zahteva celovit program vzdrževanja. Redno je treba jemati vzorce olja in jih testirati na prebojno napetost, vsebnost vlage in vsebnost raztopljenih plinov. Če prebojna napetost pade pod 45 kV, je treba olje filtrirati in dehidrirati. Če vsebnost vlage presega 20 ppm, je treba olje posušiti. Nekateri transformatorji so opremljeni s spletnimi sistemi za filtriranje olja, ki nenehno odstranjujejo vlago in delce ter ohranjajo kakovost olja na optimalni ravni.

Vprašanje 5: Kakšen je korektivni ukrep, če preizkus prebojne napetosti olja po polnjenju ne uspe?

Odgovor: Če preizkus napetosti preboja olja po polnjenju ne uspe, se transformator običajno ponovno obdela. Okvarjeno olje se izprazni, transformator pa se podvrže novemu ciklu vakuumskega sušenja, da se odstrani vlaga iz izolacije. Nato se z istim postopkom vakuumskega polnjenja uvede sveže, prečiščeno olje. Po ponovnem polnjenju se olje ponovno testira. Ta postopek bo morda treba ponavljati, dokler prebojna napetost ne izpolni določene zahteve. V redkih primerih, ko je olje samo vir težave, bo morda treba olje zamenjati z novo serijo.

7. Zaključek

Doseganje prebojne napetosti 60 kV v oljnem transformatorju je rezultat natančno nadzorovanega proizvodnega procesa, ki se začne s čiščenjem olja in se razširi preko vakuumskega sušenja, nadzorovanega polnjenja in strogega testiranja. Vsaka stopnja tega procesa zahteva natančno kontrolo kritičnih parametrov – temperature, nivoja vakuuma, hitrosti polnjenja in pogojev testiranja – za zagotovitev, da končni izdelek ustreza zahtevanim specifikacijam za dielektrično trdnost. Standardi in prakse, opisani v tem članku, ki temeljijo na standardih IEC 60156, ASTM D1816 in IEC 60076, zagotavljajo tehnično podlago za doseganje tega kritičnega merila kakovosti.

V podjetju Lugao Power Co., Ltd. smo uvedli celovit sistem vodenja kakovosti, ki vključuje te procesne kontrole in standarde testiranja v naše proizvodne postopke transformatorjev. Naši izdelki z oljnimi transformatorji so zasnovani in izdelani tako, da zagotavljajo zanesljivo delovanje v celotni življenjski dobi. Za podrobnejše tehnične informacije, procesno dokumentacijo ali specifikacije izdelka se obrnite na našo inženirsko ekipo.

Obrnite se na Lugao Power Co., Ltd.za tehnične specifikacije in dokumentacijo o kakovosti za naše izdelke oljnih transformatorjev.