Регенерация трансформаторных масел - Стендовые испытания регенерированных масел

Степень пригодности трансформаторных масел (как свежих, так и регенерированных) для длительной и надежной эксплуатации в трансформаторах определяется совокупностью следующих методов: лабораторное определение физико-химических констант и показателей, характеризующих эксплуатационные свойства масел, стендовые и эксплуатационные испытания. Эксплуатационные испытания трансформаторных масел в реальных трансформаторах организовать чрезвычайно сложно, так как для надежной оценки качества масел требуется длительное время (5—10 лет). Кроме того, практически невозможно подобрать для эксплуатации трансформаторы, которые работали бы в строго идентичных условиях. Полученные при этом результаты могут зависеть от режимов, нагрузки, материалов, из которых изготовлены трансформаторы, и т. д.
В технические требования на качество трансформаторных масел включен лишь один показатель, непосредственно оценивающий поведение масла в эксплуатации, — стабильность против окисления, определяемый по методам ВТИ — ВНИИ НП и ОРГРЭС. Такие важные эксплуатационные характеристики, как влияние масла на твердую изоляцию и металлы и др., в технических нормах на масла отсутствуют. Принятые лабораторные методы оценки стабильности трансформаторных масел не воспроизводят в достаточной степени условия их старения при эксплуатации и поэтому могут дать результаты, отличные от полученных на практике, особенно для масел с присадками. Поэтому заключительной стадией оценки качества трансформаторного масла, дающей возможность рекомендовать его для эксплуатации, считают стендовые испытания в небольших специально оборудованных трансформаторах.
В настоящее время для оценки качества регенерированных трансформаторных масел, позволяющей обосновать методы и технологию регенерации масел различного происхождения (из малосернистых и сернистых нефтей), подобрать и установить оптимальную концентрацию стабилизирующих добавок, применяют следующий комплекс типовых испытаний. Первым этапом являются лабораторные исследования. Они включают определение основных физикохимических и электрофизических свойств масла, а также стабильности по принятым методам (ВТИ — ВНИИ НП и ОРГРЭС). В случае получения нестабильного регенерированного масла проводят подбор стабилизирующих добавок и восстановление стабильности до норм ГОСТ. Отобранные в результате таких испытаний регенерированные (или стабилизированные) масла подвергают испытаниям в специальных трансформаторах для окончательной оценки.
Метод испытания масел на специальных высоковольтных трансформаторах получил название стендовых испытаний. Этот метод, дающий возможность исследовать старение масел в присутствии твердых электроизоляционных материалов, при наличии электрического поля и форсированных режимах окисления (повышение температуры до 85° С), служит связующим звеном между оценкой качества масел лабораторным путем и многолетней проверкой поведения их в эксплуатации.
Для проведения стендовых испытаний используются специально сконструированные силовые трансформаторы (типа ОМ 1,2/10), вмещающие около 30 л масла [53]. С целью воспроизведения реальных условии работы масла трансформаторы эксплуатируются в нагрузочном режиме. Масло нагревают путем включения опытного трансформатора па параллельную работу с трансформатором такого же типа, но с иным коэффициентом трансформации, работающим как нагрузочный. При этом вторичные обмотки каждой пары трансформаторов замыкают накоротко. Каждая пара трансформаторов нагревается, таким образом, уравнительными токами, возникающими в обмотках при включении по методу «взаимной нагрузки». Дополнительный нагрев каждого из трансформаторов (для доведения температуры масла в верхних слоях до 85СС) осуществляется включением индукционного нагрева бака. В случае изменения температуры Масла автоматическая система подключает и отключает каждую пару трансформаторов. Заданная температура масла (85° С) поддерживается с точностью ± 0,5° С. Трансформаторы установлены в камере в два ряда на стеллажах. Дверь камеры снабжена блокирующим устройством, которое при открывании двери отключает напряжение, питающее стенд.
Для оценки степени старения изоляции и проверки на коррозию металлов внутри бака трансформаторов на уровне обмотки со стороны выводов низкого напряжения помещают деревянный штатив, на который натягивают десять полосок кабельной бумаги размером 15 X 150 X 0,2 мм, десять полосок хлопчатобумажной изоляции (киперной ленты) 20 X 150 мм, а также но три полоски из меди  железа 30 X 150 X 0,3 мм. По уменьшению механической прочности бумажных и хлопчатобумажных материал он судят о степени воздействия масла на них в процессе эксплуатации, а по изменению массы металлических пластинок — о коррозионной агрессивности масла.

В высоковольтных стендах имеется возможность наблюдать процесс окисления (старения) масел. Периодически, через 240, 480, 720 и 1000 ч из трансформаторов отбирают пробы масел и определяют основные физико-химические показатели: кислотное число, содержание водорастворимых кислот, оптическую плотность, осадок и тангенс угла диэлектрических потерь. По окончании испытания проводят полную разборку и ревизию трансформаторов, а также определяют относительное удлинение при разрыве для образцов твердой изоляции, находившихся в масле, и коррозию медных пластин за время испытания. Сходимость результатов при стендовых испытаниях вполне удовлетворительная, расхождения между данными испытаний в параллельных трансформаторах не превышают по кислотному числу 5%, по тангенсу угла диэлектрических потерь масла 11%, по оптической плотности (цвету) 8% и по данным, оценивающим старение бумаги, 5%.

Стендовые испытания регенерированных масел из малосернистых нефтей

Всесоюзная контора «Реготмас» совместно с ДВЛ Мосэнерго, Всесоюзным электротехническим институтом им. В. И. Лепина и электрозаводом им. В. В. Куйбышева в 1967 —1968 гг. провела на высоковольтных трансформаторах (ЦВЛ Мосэнерго) стендовые испытания регенерированных и стабилизированных масел в сравнении со свежими маслами.
Для стендовых испытаний были подготовлены образцы трансформаторных масел, регенерированных адсорбционным методом. Проведенные в лабораторных условиях систематические исследования влияния различных технологических факторов на качество регенерированного масла позволили получить данные, обусловившие выбор подходящего адсорбента, его оптимальную концентрацию, а также температуру и продолжительность процесса. С учетом этих данных и опыта адсорбционной очистки масел на практике была проведена регенерация отработанных трансформаторных масел на серийных маслорегенерационных установках типа РТМ-200 и РИМ-62.
Отработанное трансформаторное масло из малосернистых нефтей с кислотным числом 0,17 мг КОН /г было регенерировано с применением силикагеля, неактивированного (5%) и активированного газообразным аммиаком (2,5%), и отбеливающей глины (7%). Полученные при этом масла, а также масла, содержащие стабилизирующие добавки, послужили основными объектами исследования (табл. 51). Для проведения стендовых испытаний были выбраны такие присадки, производство которых уже налажено или намечено на ближайшие годы, — ионол, НГ-2246, антраниловая кислота и дисалицилиденэтилендиамин (ДСЭА). Для повышения стабильности регенерированного масла применяли также добавку свежего масла в количестве 30%.

Таблица 51 Качество регенерированных малосернистых трансформаторных масел, взятых для стендовых испытаний *

* Кислотное число отработанного масла 0,17 КОЦ/г,

Длительные стендовые испытания регенерированных и стабилизированных трансформаторных масел в специальных высоковольтных трансформаторах показали (табл. 52), что при использовании для регенерации масел из малосернистых нефтей силикагеля, активированного газообразным аммиаком (расход его вдвое меньше, чем неактивированного), основные физико-химические показатели масла и состояние твердой изоляции оказались не хуже, чем в случае масла, восстановленного неактивированным силикагелем (5% на масло). Однако тангенс угла диэлектрических потерь масла в первом случае был несколько выше.
Дополнительные эксперименты показали, что при увеличении расхода активированного адсорбента до 3,5% или при доочистке масла неактивированным адсорбентом (например, отбеливающей глиной) в количестве   1 % тангенс угла диэлектрических потерь регенерированного масла может быть существенно снижен (с 2,5—3,5 до 1% при 70° С). Тангенс угла диэлектрических потерь регенерированного масла снижается вследствие более полного удаления растворенных в масле мыл. Таким образом, при использовании активированного аммиаком силикагеля имеется возможность снизить расход адсорбента при регенерации без ухудшения таких показателей, как тангенс угла диэлектрических потерь и стабильность масла. По химической стабильности и диэлектрическим показателям регенерированное малосернистое масло не уступает свежему трансформаторному маслу без присадки (типа ТК). Стабильность смеси регенерированного малосернистого масла и свежего трансформаторного масла типа ТК (соотношение компонентов 7 : 3) даже выше, чем свежего трансформаторного масла.
Положительные результаты получены также при испытании на высоковольтных трансформаторах регенерированных масел, стабилизированных ионолом и антраниловой кислотой.
Проведенные дополнительные стендовые испытания регенерированного масла (исходное отработанное масло с кислотным числом 0,6 мг КОН/г) с 0,4% ионола позволили заключить, что его физикохимические показатели изменились примерно в той же степени, как и в случае свежего малосернистого масла или регенерированного, полученного из отработанного масла с кислотным числом 0,2 мг КОН/г. Изменение кислотного числа водорастворимых кислот и оптической плотности при окислении масла в высоковольтных трансформаторах приведено в таблице на стр. 138.
Стендовые испытания показали возможность восстановления глубоко окисленных масел адсорбционным методом с применением газообразного аммиака для активации адсорбента, а также возможность применения присадки ионол (0,4%) для их стабилизации. При стендовых испытаниях в сравнимых условиях установлено, что срок службы регенерированных масел из малосернистых нефтей, полученных на серийных маслорегенерационных установках с применением адсорбционного метода, в том числе и с присадками, не меньше, чем свежего трансформаторного масла ТК без присадки (по ГОСТ 982—68). При смешении регенерированного малосернистого трансформаторного масла со свежим маслом ТК в соотношении 7 : 3 стабильность смеси выше стабильности ее компонентов.

Таблица 62. Результаты стендовых испытаний малосернистых трансформаторных масел *

* Натровая проба 4 балла.
** Кислотное число отработанного масла 0,17 мг КОН/г,

Стендовые испытания регенерированных масел из сернистых нефтей

В/К «Реготмас» совместно с ВНИИ НП в 1969—1970 гг. провели стендовые испытания регенерированных трансформаторных масел из сернистых нефтей. Исходным маслом для регенерации было трансформаторное масло из сернистых нефтей фенольной очистки, работавшее с 1962 г. на трансформаторах электрической подстанции. Данные, характеризующие качество регенерированных и стабилизированных трансформаторных масел, приведены в табл. 53.
Испытания проводились на специальных стендах конструкции ВНИИ НП, состоящих из силовых трансформаторов типа ОМ 0,66/6 емкостью 12 л каждый, снабженных системой регулирования температуры и подачи кислорода. Для уменьшения срока испытаний процесс старения интенсифицировали путем подогрева масла до 95° С, насыщения его кислородом и циркуляции масла в электрическом поле. Окисление масла проводилось в две стадии: первые 100 ч кислород подавали в трансформаторы круглосуточно, в течение последующих 650 ч — по 7 ч в сутки. Общая продолжительность испытаний 750 ч. Для оценки влияния масла и продуктов его старения на изоляционные материалы и медь в испытуемое масло помещали штатив с прикрепленными к нему полосками киперной ленты и кабельной бумаги, а также пластинку из электролитической меди.
Результаты испытаний оценивали по внешнему виду ленты и бумаги и относительному  удлинению при разрыве, а также по физико-химическим показателям окисленного масла. Коррозионную агрессивность окисленного масла определяли по потере массы медной пластинки (в е/м2) и ее внешнему виду. Результаты стендовых испытаний регенерированных сернистых масел с присадкой ионол (0,2%) приведены в табл. 54. Для сопоставления приведены также данные стендовых испытаний «эталонного» масла — товарного трансформаторного из сернистых нефтей по ГОСТ 10121—62.

Таблица 53. Качество регенерированных сернистых трансформаторных масел, взятых для стендовых испытаний

Таблица 54* Результаты испытаний и а высоковольтных трансформаторах регенерированных сернистых
трансформаторных масел фенольной очистки

Как видно из результатов длительных испытаний, все регенерированные масла (стабилизированные 0,2% ионола; ведут себя примерно одинаково и практически не уступают «эталонному» образцу свежего масла из сернистых нефтей. Наилучшими свойствами обладают масла, регенерированные адсорбционным методом (силикагелем), причем образец, регенерированный силикагелем, активированным газообразным аммиаком, окисляется в процессе испытаний значительно медленнее. Кислая реакция водной вытяжки у него наблюдается почти в 2 раза позднее, чем у образца, очищенного неактивированным силикагелем. Вместе с тем это масло характеризуется несколько повышенным осадкообразованием (0,006% после 750 ч окисления).
Несколько худшими эксплуатационными свойствами обладают масла, регенерированные щелочно-контактным и кислотно-контактным методами: у них сравнительно быстро появляется кислая реакция водной вытяжки, наблюдается склонность к осадкообразованию и повышенный выход водорастворимых кислот за 100 ч окисления. Необходимо отметить незначительный рост tg δ в процессе окисления масла, регенерированного кислотно-контактным методом, и его небольшую величину в конце испытания (0,2% через 750 ч).
Учитывая, что стендовые испытания регенерированных и стабилизированных масел имеют большое практическое значение в народном хозяйстве, следует продолжать работы по испытанию восстановленных трансформаторных масел (как малосернистых, так и сернистых) с целью создания единых технически обоснованных методов регенерации и стабилизации масел, а также технических норм на регенерированные масла.