Липштейн Р.А., Туркот В.А. (ВЭИ, Москва)
Значительная часть парка трансформаторов, работающих в энергосистемах России, эксплуатируется более 15-20 лет и приближается к нормированному сроку службы. В старых трансформаторах, как правило, нет пленочной защиты масла и неизбежно происходит его окислительное и термическое старение. В результате в масле появляются различные кислородсодержащие соединения, образующие истинные и коллоидные растворы, а также нерастворимые продукты, выпадающие в осадок (шлам). Шлам и растворимый в масле потенциальный осадок являются основными продуктами его старения, разрушающими бумажную изоляцию. Наиболее активными из растворимых в масле продуктов окислительного старения являются низкомолекулярные гидроперекиси и кислоты, которые адсорбируются целлюлозной изоляцией и способствуют ее разрушению. Конечными продуктами окисления содержащихся в масле сернистых соединений являются сульфокислоты, обладающие агрессивными свойствами по отношению к металлам (прежде всего меди) и к твердой целлюлозной изоляции. Растворимый осадок и шлам имеют кислотное число на 2-3 порядка больше, чем у эксплуатационных масел (30-100 мгКОН/г). Нерастворимый в масле шлам оседает на поверхностях изоляции, магнитопроводе и крепежных конструкциях, что приводит к ухудшению условий теплоотдачи от токоведущих частей и перегревам, а при увлажнении к снижению разрядных напряжений по поверхности изоляционных конструкций. В конечном итоге перечисленные выше факторы в ряде случаев приводят к авариям.
Вместе с тем в энергосистемах России имеется положительный опыт длительной эксплуатации трансформаторного оборудования (более 35 лет) после своевременного проведения целенаправленных ремонтов, в результате которых были устранены характерные и прогнозируемые дефекты, возникающие в результате длительной эксплуатации. Одним из таких дефектов является загрязнение и увлажнение изоляции.
Большинством ремонтных организаций России промывка оборудования проводится с использованием обычных трансформаторных масел. Такая технология далеко не всегда обеспечивает качественную очистку изоляции от продуктов старения, так как для достижения долговременного положительного эффекта очистка должна включать не только промывку бака и внешних поверхностей изоляции, но и удаление агрессивных растворенных продуктов старения, а также воды из ее толщи.
Поскольку вода, масло и продукты его окисления химически не взаимодействуют с молекулами целлюлозы, а лишь физически адсорбируются ими и фиксируются на внешних поверхностях кристаллитов, эффективные растворители вполне способны удалять продукты окисления масла из бумаги.
За рубежом уже более десяти лет применяются специальные регенерационные масла, например, такие как Regenol или Victosol, разработанные австрийской фирмой "Технол". Благодаря особому составу ароматических структур регенерационные масла обладают высокими растворяющими, диспергирующими и стабилизирующими взвесь свойствами. Они эффективно воздействуют на шлам, способствуя его разрыхлению на поверхности изоляции и металла, диспергированию в моющей жидкости и образованию стабильной взвеси шлама в жидкости. Регенерационные масла растворяют (десорбируют) из объема целлюлозной изоляции адсорбированные продукты старения (потенциальный осадок, агрессивные низкомолекулярные кислотосодержащие соединения и др.) и тем самым восстанавливают свойства твердой изоляции.
В России специальные регенерационные масла не производятся, а закупка по импорту обходится дорого. В связи с этим в 1995 году в ВТИ и ВЭИ были начаты совместные исследования возможности применения для очистки загрязненных трансформаторов "моющих" композиций, основу которых составляют отечественные трансформаторные масла и промышленно выпускаемые электроизоляционные жидкости, обладающие высокими растворяющими и влагопоглощающими свойствами.
Выбор составных частей "моющей" композиции, а также технологии промывки и сушки изоляции, нельзя рассматривать в отрыве от степени ее загрязнения, увлажнения и остаточной механической прочности бумаги. Очистка (промывка и сушка) изоляции должна проводиться таким образом, чтобы не привести к ее перегреву и разрушению в процессе ремонтных работ.
Рассмотрим достоинства и недостатки нескольких возможных вариантов осуществления процедуры промывки изоляции. Первый вариант заключается в сливе старого масла из трансформатора и заполнении его специальным маслом типа Regenol. Эксплуатация трансформатора с этим маслом в течение, примерно, года, а затем промывка и заполнение свежим стандартным маслом. Недостатком этого варианта является необходимость закупки большого количества специального масла и проведения повторных работ на трансформаторе в течение одного года. Второй возможный вариант заключается в использовании залитого в трансформатор старого масла в качестве базового и введение специальной эффективной присадки, повышающей "моющие" свойства эксплуатационного масла. Реализация этого, наиболее экономичного, варианта возможна в тех случаях, когда залитое в трансформатор масло отвечает требованиям, предъявляемым к базовому маслу "моющей" композиции. Это масло должно обладать высокой растворяющей способностью, что определяется в основном количеством ароматических углеводородов и их строением, а также наличием в нем смолистых продуктов. Чем больше в масле ароматических углеводородов и чем больше смолистых продуктов, тем большей растворяющей способностью, в том числе и воды (гигроскопичностью), оно обладает. Кроме того, основные нормируемые показатели старого масла должны позволять эксплуатировать с ним трансформатор еще как минимум в течение нескольких месяцев до намеченного срока ремонта. Третий вариант - это, так называемая, технология "oil spray”.
В настоящее время промывка трансформаторов регенерационными маслами, насколько нам известно, осуществляется, как правило, по интенсивной технологии "oil spray" и включает разбрызгивание в определенные зоны трансформатора, с использованием специальных форсунок, нагретого до температуры 90 - 95°С сухого регенерационного масла и последующее вакуумирование объема бака с вымораживанием влаги, перешедшей из изоляции в пары масла. Процедура проводится повторяющимися циклами. Режимы сушки и вакуумирования, а также необходимое количество циклов, определяются на основе обработки результатов измерений параметров масла и изоляции трансформатора. Процедура промывки и сушки занимает 15-20 дней. При этом решаются две задачи:
- растворение и удаление из трансформатора шлама;
- сушка твердой изоляции и извлечение из наружных слоев бумаги продуктов старения масла.
Применение интенсивной технологии промывки, при которой масло нагревается до температур 90 - 95°С, накладывает определенные требования к термоокислительной стабильности базового масла. В связи с этим при применении интенсивных технологий разбрызгивания нагретого масла необходимо использовать свежие масла с высокой термоокислительной стабильностью.
В результате теоретического анализа и лабораторных исследований было выбрано несколько промышленно выпускаемых химических продуктов полностью растворяющихся в базовых маслах, не ухудшающих их физико-химические свойства и обеспечивающих существенное улучшение моющих и влагопоглощающих свойств технологической композиции.
При разработке "моющих” композиций к ним были сформулированы следующие основные требования:
- композиция должна иметь удовлетворительные диэлектрические свойства, с тем, чтобы после удаления ее из трансформатора остатки жидкости не ухудшали тангенс угла диэлектрических потерь залитого свежего трансформаторного масла;
- сохранять стабильность и моющие свойства при температуре до 100°С и продолжительности использования в таком режиме до 30 суток; обладать высокими "моющими", диспергирующими и стабилизирующими свойствами и не содержать в своем составе металлы;
- обладать высокой влагопоглощающей способностью;
- иметь приемлемую для широкого применения стоимость;
- отвечать требованиям экологической безопасности.
После проведения лабораторных экспериментов одна из электроизоляционных жидкостей, получаемая на основе безгалогенных сложных эфиров жирной кислоты пентаэритрита (торговое название Midel 7131, производитель Beck Elektroisolier-Systeme), была впервые применена в 1997 году в качестве "моющей" добавки в технологическое масло при ремонте двух автотрансформаторов. Основные технические характеристики Midel 7131 приведены в табл. 1.
Таблица 1
Показатель | Значение | Примечания |
Пробивное | >50 кВ | сохраняет высокие электроизоляционные характеристики при влагосодержании до 500 ppm |
Диэлектрическая | 3,3 | Для обеспечения требуемых исходных характеристик жидкость специально готовится и затем хранится под вакуумом в специальных бочках |
Температура | -55°С | |
Температура | 310°С | |
Теплопроводность | 0,156Вт/м К | |
Влагопоглощающая способность | при 20°С - 2700 ppm при 100°С-7200 ppm | |
tg дельта90C | 3.3 | отсутствует влияние влаги до 1000 ppm |
Таблица 2
Автотрансформатор типа FMgP 112000/220 Изготовитель австрийская фирма «Элион-Унион», заводской №920110, установлен на ПС "Спутник" АО «Калугаэнерго». Срок эксплуатации 34 года | ||
Выявленные при обследовании повреждения и дефекты: | ||
Параметр | Технические характеристики | |
Перед ремонтом | После | |
tg δ масла при 90° С, % | масло US3000 25 | масло |
Влагосодерж. образцов твердой изоляции, % | 2.3 | 0,59 |
tg δ изоляции при температуре 45° С, ВН-НН+К, % | 3,46 | 0,76 |
Сопротивление изоляции R60 при температуре 45° С; | 17,4 | 740 |
За время сушки из изоляции отобрано конденсата воды, л | Конструкция с барьерами из бумаги 52 | |
*Промывка и сушка изоляции проводилась по технологии "Oil-spray" в два этапа. До пятого цикла маслом Т-1500, после пятого цикла моющей композицией с Midel7131.
Таблица 3
Автотрансформатор типа АТДЦТГУ120000/220, Изготовитель завод "Уралэлектротяжмаш", заводской № 14337, Установлен на Путкинской ГЭС АО «Карелэнерго». Срок эксплуатации 30 лет | ||
Выявленные при обследовании повреждения и дефекты: замыкания активной части на бак; загрязнение изоляции; повреждения цилиндров вводов 220 кВ; необходимость замены системы охлаждения | ||
Параметр | Технические характеристики | |
Перед ремонтом | После | |
Тангенс угла диэлектрических потерь масла (tg$9o), % | ТСП, ГОСТ10121-62 13 | Т1500 0.4 |
Влагосодерж. образцов твердой изоляции, % | 4.0 | 0,65 |
tg δ изоляции при температуре 65° С, | 4,75 | 0,48 |
Сопротивление изоляции R60 при температуре 65° С; | 13,0 | 720 |
За время сушки из изоляции отобрано конденсата воды, л | 4 | |
Промывка и сушка изоляции проводилась в один этап методом разбрызгивания горячей технологической композиции, состоящей из смеси масла Т-1500 с моющей присадкой Midel 7131, и продувкой паровоздушной среды при неполном вакууме 1 раз в цикл.
Методики промывки АТ с использованием Midel 7131 и базового масла Т-1500 были разработаны и реализованы совместно НИЦ "ЗТЗ- Сервис" и НИФ "Диатранс". Показанием к проведению ремонтов с применением "моющей" композиции послужило значительное загрязнение активной части трансформаторов продуктами разложения масла и весьма низкие значения характеристик изоляции, ухудшающиеся в течение нескольких лет, предшествующих ремонту. Параметры, характеризующие состояние изоляции автотрансформаторов до и после ремонта приведены в табл. 2, 3. Со времени включения автотрансформаторов под нагрузку прошло более двух лет, и они работают без замечаний.
Таким образом, сделаны первые шаги на пути создания в России эффективных технологий промывки трансформаторов и опробирована первая ’’моющая" композиция на базе отечественного масла. В перспективе может быть создан целых набор присадок направленного действия, использование которых будет производиться с учетом конкретного состояния изоляции и вида оборудования.
Вместе с тем мы хотим предостеречь эксплуатацию. Правила смешивания масел, записанные в методических указаниях, не в полной мере ограничивают от ошибок. В ряде случаев негативные последствия могут проявиться не сразу, а через определенное время после смешивания. Неудачное сочетание масел различного углеводородного состава может вызвать образование коллоидов. Известны случаи, когда после промывки трансформаторов залитых маслом, содержащим сернистые соединения, остатки масла Regenol, смешиваясь с основным маслом, оказывали нежелательный эффект - увеличение тангенса угла диэлектрических потерь свежего масла, залитого после ремонта. Нежелательный эффект в ряде случаев возможен при заливке свежего масла в трансформатор, содержащий остатки зикеевской земли.
