W jaki sposób transformator zanurzony w oleju osiąga napięcie przebicia 60 kV poprzez napełnianie próżniowe?

Dane branżowe wskazują, że około 30% przedwczesnych awarii transformatorów można bezpośrednio przypisać nadmiernej wilgoci i zawartości gazów w oleju izolacyjnym. Wzrost wilgotności o zaledwie 15 części na milion (ppm) może zmniejszyć napięcie przebicia oleju transformatorowego z 60 kV do poniżej 30 kV. To dramatyczne zmniejszenie wytrzymałości dielektrycznej podkreśla kluczowe znaczenie procesu napełniania próżniowego w produkcji transformatorów. dlatransformator zanurzony w olejuo napięciu znamionowym 33 kV lub wyższym, osiągnięcie i utrzymanie napięcia przebicia 60 kV nie jest celem jakościowym – jest to podstawowy wymóg niezawodnej pracy przez 30-40 lat żywotności transformatora.

W artykule przedstawiono systematyczną analizę techniczną sposobu, w jaki transformatory zanurzone w oleju osiągają napięcie przebicia 60 kV poprzez napełnianie próżniowe. Omówiono cztery zasadnicze etapy procesu: wstępną obróbkę oleju i weryfikację jakości, suszenie próżniowe izolacji rdzenia i uzwojenia, proces napełniania próżniowego o kontrolowanych parametrach oraz badania po napełnieniu zgodnie z normami IEC i ASTM. Każdy etap jest badany pod kątem konkretnych parametrów procesu, wymagań sprzętowych i punktów kontrolnych kontroli jakości. W artykule omówiono także typowe tryby awarii i przedstawiono praktyczne ramy kontroli jakości dla producentów transformatorów i użytkowników końcowych.

Spis treści

• 1. Wstępna obróbka oleju i standardy jakości
• 2. Suszenie próżniowe rdzenia i uzwojenia transformatora
• 3. Parametry procesu napełniania próżniowego
• 4. Testowanie oleju i weryfikacja napięcia przebicia
• 5. Typowe rodzaje awarii i punkty kontroli jakości
• 6. Często zadawane pytania (FAQ)
• 7. Wniosek

1. Wstępna obróbka oleju i standardy jakości

Droga do osiągnięcia napięcia przebicia 60 kV rozpoczyna się od wstępnej obróbki oleju transformatorowego przed jego wejściem do kadzi transformatora. Nawet nowy, rafinowany olej transformatorowy zazwyczaj zawiera rozpuszczoną wilgoć, gazy i cząstki zanieczyszczeń, które należy usunąć, aby osiągnąć wymaganą wytrzymałość dielektryczną. Proces wstępnej obróbki odbywa się w dedykowanym zakładzie przeróbki oleju, na który składają się systemy grzewcze, instalacje odwadniania próżniowego oraz wielostopniowa aparatura filtracyjna. Zanim olej zostanie uznany za nadający się do napełniania transformatorów, należy sprawdzić następujące parametry:

• Napięcie przebicia (BDV):≥ 60kV (mierzone zgodnie z IEC 60156)
• Zawartość wilgoci:≤ 10 ppm (mierzone metodą miareczkowania Karla Fischera)
• Zawartość rozpuszczonego gazu (DGA):≤ 0,5% objętościowo (mierzone metodą chromatografii gazowej)
• Współczynnik rozproszenia (tan δ):≤ 0,001 przy 90°C (mierzone zgodnie z IEC 60247)
• Liczba cząstek:≤ 500 cząstek na 100 mL (rozmiar ≥ 5μm)
• Oporność:≥ 10¹² Ω·cm przy 90°C

Proces oczyszczania oleju przebiega w trzyetapowej sekwencji. Pierwszym etapem jest ogrzewanie: olej podgrzewa się do temperatury 60-70°C w celu zmniejszenia lepkości i ułatwienia uwolnienia rozpuszczonych gazów i wilgoci. Drugi etap to odwadnianie próżniowe: podgrzany olej wprowadza się do komory próżniowej pracującej pod ciśnieniem 0,1-0,5 mbar. W warunkach tej próżni temperatura wrzenia wody spada, co powoduje odparowanie wilgoci i jej odprowadzenie przez pompę próżniową. Typowy czas suszenia wynosi 4-8 godzin, w zależności od objętości oleju i początkowej zawartości wilgoci. Trzeci etap to filtracja: odwodniony olej przechodzi przez szereg filtrów o średnicy 5 μm i 1 μm w celu usunięcia zanieczyszczeń w postaci cząstek. Przetworzony olej jest następnie recyrkulowany przez instalację aż do osiągnięcia wszystkich wymaganych parametrów.

Poniższa tabela podsumowuje parametry obróbki wstępnej i odpowiadające im kryteria akceptacji.

Na Lugao Power Co., Ltd., posiadamy wyspecjalizowany zakład przerobu oleju wyposażony w zbiornik oleju o pojemności 10 000 litrów, jednostkę odwadniania próżniowego o wydajności 300 l/min oraz system filtracji w pętli zamkniętej z filtrami absolutnymi 1 μm. Każda partia przetworzonego oleju jest pobierana i testowana przed zatwierdzeniem do napełniania transformatora. Wyniki testów są dokumentowane w certyfikacie partii, który towarzyszy transformatorowi przez cały okres jego użytkowania. Ten rygorystyczny protokół obróbki wstępnej gwarantuje, że olej wprowadzany do transformatora spełnia te same standardy jakości, co olej, który będzie testowany po napełnieniu, co stanowi podstawę do osiągnięcia napięcia przebicia 60 kV.

2. Suszenie próżniowe rdzenia i uzwojenia transformatora

Izolacja transformatora składa się głównie z materiałów na bazie celulozy — papieru, preszpanu i drewna — które są z natury higroskopijne. W normalnych warunkach atmosferycznych materiały te mogą wchłonąć do 8% wilgoci w masie. Kiedy transformator jest zasilany, izolacja nagrzewa się, a cała wilgoć odparowuje, zmniejszając wytrzymałość dielektryczną zarówno izolacji stałej, jak i otaczającego oleju. Suszenie próżniowe to proces usuwania tej wilgoci z układu izolacyjnego przed napełnieniem transformatora olejem. Proces suszenia ma kluczowe znaczenie, ponieważ nawet po oczyszczeniu oleju wilgoć uwięziona w izolacji z czasem przedostanie się do oleju, zmniejszając napięcie przebicia.

Proces suszenia próżniowego zazwyczaj obejmuje następujące etapy. Najpierw transformator umieszcza się w suszarce lub podgrzewa poprzez cyrkulację gorącego oleju przez układ chłodzenia. Rdzeń i uzwojenie podgrzewa się do temperatury 85-105°C, aby przyspieszyć uwalnianie wilgoci. Następnie kadź transformatora jest opróżniana za pomocą pompy próżniowej w celu obniżenia ciśnienia do 0,1-0,5 mbar. Pod tą próżnią temperatura wrzenia wody obniża się do około 40-50°C, umożliwiając odparowanie wilgoci zawartej w izolacji. Odparowana wilgoć jest wyciągana ze zbiornika za pomocą pompy próżniowej. Proces suszenia prowadzi się do momentu, gdy wilgotność izolacji spadnie poniżej 0,5% wag.

Punkt końcowy suszenia określa się jedną z dwóch metod:

• Metoda wzrostu ciśnienia:Pompa próżniowa jest odizolowana od kadzi transformatora i mierzona jest szybkość wzrostu ciśnienia w określonym czasie. Jeżeli szybkość wzrostu ciśnienia jest mniejsza niż 0,1 mbar na godzinę w ciągu 4 godzin, suszenie uważa się za zakończone.
• Metoda punktu rosy:Punkt rosy gazu odprowadzanego z transformatora jest monitorowany w sposób ciągły. Gdy punkt rosy spadnie poniżej -40°C, suszenie uważa się za zakończone.

Czas trwania procesu suszenia próżniowego różni się w zależności od wielkości transformatora, rodzaju izolacji i warunków otoczenia. Dla typowego transformatora 10 MVA proces suszenia może zająć 48-72 godziny. W przypadku większych transformatorów mocy proces może trwać kilka dni. Poniższa tabela przedstawia typowe parametry suszenia dla różnych klas transformatorów.

W Lugao stosujemy kombinację termicznego suszenia próżniowego i cyrkulacji gorącego oleju, aby osiągnąć wymagane usuwanie wilgoci. Transformator jest ogrzewany poprzez cyrkulację gorącego oleju w układzie chłodzenia, przy jednoczesnym opróżnianiu zbiornika. Metoda ta zapewnia równomierne ogrzewanie i przyspiesza proces suszenia. Po zakończeniu cyklu suszenia transformator utrzymywany jest w próżni do momentu rozpoczęcia procesu napełniania olejem, co zapobiega ponownemu wchłanianiu wilgoci z atmosfery. Takie podejście zapewnia utrzymanie zawartości wilgoci w izolacji poniżej progu 0,5%, co jest niezbędne do osiągnięcia i utrzymania napięcia przebicia 60 kV.

3. Parametry procesu napełniania próżniowego

Po wysuszeniu rdzenia i uzwojenia transformatora do wymaganej wilgotności rozpoczyna się proces napełniania olejem. Jest to najbardziej krytyczny etap produkcji transformatora, ponieważ każdy błąd na tym etapie może obniżyć wytrzymałość dielektryczną systemu izolacyjnego. Proces napełniania próżniowego prowadzony jest przy utrzymywaniu kadzi transformatora w próżni. Oczyszczony olej wprowadzany jest na dno zbiornika i powoli unosi się, wypierając podciśnienie. Należy dokładnie kontrolować parametry procesu, aby zapobiec tworzeniu się pęcherzyków, zapewnić całkowite wniknięcie izolacji i uniknąć uszkodzenia uzwojeń.

Kluczowe parametry procesu napełniania próżniowego są następujące:

• Poziom próżni przed napełnieniem:0,1-0,5 mbar, utrzymywane przez co najmniej 2 godziny po zakończeniu cyklu suszenia.
• Temperatura oleju podczas napełniania:60-70°C, utrzymywana w celu zapewnienia niskiej lepkości i dobrej charakterystyki płynięcia.
• Szybkość napełniania:≤ 300 L/h (dla małych i średnich transformatorów; większe transformatory mogą stosować proporcjonalnie większe natężenia przepływu, ale nie mogą przekraczać szybkości, z jaką olej może przenikać przez izolację).
• Ciśnienie napełniania:Na dnie zbiornika panuje niewielkie nadciśnienie (0,1–0,2 bara), aby zapewnić wtłaczanie oleju do uzwojeń.
• Próżnia podczas napełniania:Podczas procesu napełniania utrzymuje się próżnię, aby usunąć wszelkie gazy, które mogą uwolnić się z oleju lub izolacji.
• Osiadanie po napełnieniu:Po napełnieniu zbiornika transformator pozostawia się na 12–24 godzin w próżni lub pod dodatnim ciśnieniem suchego azotu, aby umożliwić ucieczkę wszelkich pozostałych pęcherzyków gazu.

Szczególnie krytyczna jest prędkość napełniania. Jeśli olej zostanie wprowadzony zbyt szybko, w wyniku turbulencji mogą powstać pęcherzyki, a olej może nie w pełni przeniknąć przez izolację. Jeśli olej zostanie wprowadzony zbyt wolno, proces stanie się nieefektywny. Szybkość napełniania jest zwykle kontrolowana poprzez regulację natężenia przepływu pompy olejowej lub za pomocą zaworu redukcyjnego. W przypadku dużych transformatorów proces napełniania można prowadzić etapami, z przerwami umożliwiającymi przedostanie się oleju przez izolację przed rozpoczęciem kolejnego etapu. Poniższa tabela przedstawia zalecane prędkości napełniania dla różnych mocy transformatorów.

Po zakończeniu napełniania transformator jest zazwyczaj podgrzewany do temperatury 50–60°C przy użyciu układu chłodzenia w celu zwiększenia zdolności oleju do pochłaniania resztkowego gazu i wilgoci. Transformator jest następnie poddawany końcowej obróbce próżniowej, zwanej „końcowym odgazowaniem”, w celu usunięcia wszelkich gazów, które mogły zostać wchłonięte przez olej. Ten ostatni etap zapewnia utrzymanie napięcia przebicia oleju na docelowym poziomie 60 kV lub wyższym. W Lugao Power Co., Ltd. prowadzimy szczegółowe zapisy wszystkich parametrów procesu dla każdego transformatora, w tym dzienniki poziomów próżni, temperatur i natężenia przepływu ze znacznikami czasu. Zapisy te stanowią część dokumentacji jakości transformatora i są przechowywane przez cały okres użytkowania urządzenia.

4. Testowanie oleju i weryfikacja napięcia przebicia

Po napełnieniu transformatora olejem i pozostawieniu go do osadzenia, należy przetestować system izolacji, aby sprawdzić, czy spełnia on wymagane specyfikacje napięcia przebicia. Podstawowym testem jest test napięcia przebicia oleju, przeprowadzany zgodnie z normą IEC 60156 lub ASTM D1816. Test ten polega na przyłożeniu napięcia do próbki oleju transformatorowego z kontrolowaną szybkością, aż olej się rozpadnie. Badanie przeprowadza się na wielu próbkach, aby zapewnić powtarzalność wyniku. Oprócz testu olejowego cały system izolacji transformatora poddawany jest testom dielektrycznym w celu sprawdzenia jego integralności.

Badanie napięciem przebicia oleju przeprowadza się przy użyciu standardowej celi testowej, która składa się z dwóch elektrod oddzielonych odstępem 2,5 mm. Napięcie testowe przykłada się z szybkością 2 kV/s. Badanie przeprowadza się na sześciu próbkach oleju. Wyniki pierwszego testu odrzuca się i oblicza się średnią z pozostałych pięciu testów. Wartość średnia musi wynosić ≥ 60 kV. Jeśli średnia wartość jest niższa niż 60 kV, uznaje się, że olej nie przeszedł testu. Procedurę testową i kryteria akceptacji podsumowano w poniższej tabeli:

Oprócz testu przebicia oleju transformator poddawany jest następującym testom dielektrycznym w celu sprawdzenia integralności całego układu izolacyjnego:

• Test wytrzymałości na częstotliwość zasilania:Transformator jest poddawany działaniu napięcia 2-3 razy większego od napięcia znamionowego przez 60 sekund. Niedozwolona jest awaria lub częściowe rozładowanie.
• Test przepięcia indukowanego:Transformator poddawany jest działaniu częstotliwości 100-400 Hz przy napięciu 2-krotności napięcia znamionowego przez 60 sekund. Niedopuszczalne jest uszkodzenie lub widoczne odkształcenie izolacji.
• Test częściowego rozładowania:Transformator jest testowany na częściowe rozładowanie przy napięciu 1,1 napięcia znamionowego. Mierzony jest poziom wyładowania niezupełnego, który musi znajdować się poniżej określonego limitu (zwykle 20-50 pC w przypadku transformatorów wypełnionych olejem).
• Test delty opalenizny:Współczynnik rozproszenia systemu izolacyjnego mierzony jest w temperaturze 90°C. Wartość musi mieścić się w granicach określonych w IEC 60076.

W Lugao Power Co., Ltd. przeprowadzamy te testy na każdym transformatorze przed jego wysyłką. Wyniki testów są dokumentowane w kompleksowym raporcie z testów dołączonym do transformatora. Badanie napięciem przebicia oleju przeprowadza się na próbkach oleju pobranych z kadzi transformatora po procesie napełniania i osadzania. Daje to pewność, że olej w transformatorze jest tym samym olejem, który był testowany. Jeżeli olej nie przejdzie testu napięcia przebicia, cały proces jest powtarzany, aż olej spełni wymagania specyfikacji. Ten rygorystyczny system testów gwarantuje, że nasz transformator zanurzony w oleju spełnia najwyższe standardy jakości i niezawodności.

5. Typowe rodzaje awarii i punkty kontroli jakości

Pomimo rygorystycznej kontroli procesu opisanej powyżej, podczas napełniania próżniowego nadal mogą wystąpić awarie. Zrozumienie typowych trybów awarii i ustanowienie solidnych punktów kontrolnych kontroli jakości jest niezbędne do utrzymania stałej jakości produkcji. W tej sekcji opisano najczęstsze tryby awarii i przedstawiono ramy kontroli jakości dla każdego etapu procesu.

Tryb awarii 1: Niekompletne suszenie próżniowe.Jeśli izolacja transformatora nie zostanie wysuszona do wymaganej zawartości wilgoci, napięcie przebicia zostanie obniżone. Najczęstszą przyczyną niepełnego suszenia jest niewystarczający poziom próżni lub nieodpowiedni czas ogrzewania. Aby zapobiec tej awarii, poziom próżni musi być stale monitorowany podczas cyklu suszenia. Aby zweryfikować punkt końcowy, należy zastosować badanie wzrostu ciśnienia lub punktu rosy.

Tryb awarii 2: Ponowne zanieczyszczenie oleju.Olej może zostać ponownie zanieczyszczony podczas obsługi, przechowywania lub napełniania, jeśli sprzęt nie zostanie odpowiednio wyczyszczony. Zanieczyszczenia, takie jak kurz, woda lub inne cząstki, mogą przedostać się do oleju przez połączenia lub podczas przesyłu. Aby temu zapobiec, przed użyciem cały sprzęt należy dokładnie oczyścić i wysuszyć. Zbiorniki do przechowywania oleju powinny być zamknięte i wypełnione suchym azotem.

Tryb awarii 3: Uwięzienie powietrza.Jeśli podczas napełniania transformatora zostanie uwięzione w nim powietrze, może ono tworzyć pęcherzyki, które zmniejszają napięcie przebicia. Prawdopodobieństwo uwięzienia powietrza jest większe, jeśli prędkość napełniania jest zbyt duża lub jeśli podczas napełniania nie jest utrzymywany poziom próżni. Aby temu zapobiec, należy zmniejszyć prędkość napełniania i przez cały czas utrzymywać próżnię.

Na każdym etapie procesu napełniania próżniowego zalecane są następujące punkty kontrolne kontroli jakości:

W Lugao wdrażamy system zarządzania jakością, który uwzględnia te punkty kontrolne w naszych standardowych procedurach operacyjnych. Każdy etap procesu jest dokumentowany, a wszelkie odchylenia badane i korygowane. To systematyczne podejście do kontroli jakości jest niezbędne do utrzymania wysokiego poziomu niezawodności, jakiego oczekują nasi klienci od naszych produktów z transformatorami zanurzonymi w oleju.

6. Często zadawane pytania (FAQ)

Pytanie 1: Czy napięcie przebicia 60kV jest wartością gwarantowaną przez cały okres życia transformatora, czy też maleje z biegiem czasu?

Odpowiedź: 60 kV to gwarantowana wartość minimalna w momencie produkcji i uruchomienia. W okresie eksploatacji transformatora napięcie przebicia będzie stopniowo spadać z powodu degradacji oleju, wnikania wilgoci i gromadzenia się cząstek stałych. Jednakże przy odpowiedniej konserwacji — obejmującej okresowe testowanie oleju, filtrację i suszenie — napięcie przebicia może utrzymać się powyżej akceptowalnego poziomu. Normy branżowe zazwyczaj wymagają wymiany lub regeneracji oleju, gdy napięcie przebicia spadnie poniżej 30 kV.

Pytanie 2: Jaka jest różnica w napięciu przebicia pomiędzy transformatorami wypełnionymi próżniowo i konwencjonalnie?

Odpowiedź: Tradycyjnie napełniony transformator (napełniony pod ciśnieniem atmosferycznym bez suszenia próżniowego) zazwyczaj osiąga napięcie przebicia 30-40 kV. Transformator wypełniony próżniowo, po odpowiednim suszeniu wstępnym i obróbce próżniowej, stale osiąga napięcie 60 kV lub wyższe. Ta różnica 20–30 kV oznacza znaczną poprawę marginesu bezpieczeństwa i niezawodności. Wyższe napięcie przebicia zmniejsza ryzyko uszkodzenia izolacji, zwłaszcza podczas skoków napięcia lub wyładowań atmosferycznych.

Pytanie 3: Czy w przypadku małych transformatorów rozdzielczych (≤ 10 kV) konieczne jest napełnianie próżniowe?

Odpowiedź: W przypadku transformatorów rozdzielczych o napięciu znamionowym 10 kV i niższym napełnianie próżniowe nie zawsze jest obowiązkowe, ale coraz częściej uważane jest za najlepszą praktykę. Chociaż transformatory te mogą pracować przy napięciu przebicia 30–40 kV, napełnianie próżniowe zapewnia większy margines bezpieczeństwa i lepszą długoterminową niezawodność. Wiele przedsiębiorstw użyteczności publicznej określa obecnie napełnianie próżniowe w przypadku wszystkich nowych zakupów transformatorów, niezależnie od napięcia znamionowego, w ramach swoich wymagań dotyczących zapewnienia jakości. W Lugao Power Co., Ltd. stosujemy napełnianie próżniowe do wszystkich naszych produktów transformatorowych zanurzonych w oleju.

Pytanie 4: W jaki sposób olej transformatorowy może utrzymać napięcie przebicia podczas pracy?

Odpowiedź: Utrzymanie napięcia przebicia podczas pracy wymaga kompleksowego programu konserwacji. Należy regularnie pobierać próbki oleju i badać je pod kątem napięcia przebicia, zawartości wilgoci i zawartości rozpuszczonego gazu. Jeżeli napięcie przebicia spadnie poniżej 45 kV, olej należy przefiltrować i odwodnić. Jeżeli wilgotność przekracza 20 ppm, olej należy wysuszyć. Niektóre transformatory są wyposażone w systemy filtracji oleju online, które w sposób ciągły usuwają wilgoć i cząstki, utrzymując jakość oleju na optymalnym poziomie.

Pytanie 5: Jakie są działania naprawcze, jeśli po napełnieniu test napięcia przebicia oleju zakończy się niepowodzeniem?

Odpowiedź: Jeżeli po napełnieniu test napięcia przebicia oleju nie powiedzie się, transformator jest zazwyczaj poddawany ponownej obróbce. Zepsuty olej jest spuszczany, a transformator poddawany jest nowemu cyklowi suszenia próżniowego w celu usunięcia wilgoci z izolacji. Następnie wprowadza się świeży, oczyszczony olej, stosując ten sam proces napełniania próżniowego. Po ponownym napełnieniu olej jest ponownie testowany. Może zaistnieć potrzeba powtarzania tego procesu, aż napięcie przebicia spełni określone wymagania. W rzadkich przypadkach, gdy źródłem problemu jest sam olej, może zaistnieć potrzeba jego wymiany na nową partię.

7. Wniosek

Osiągnięcie napięcia przebicia 60 kV w transformatorze zanurzonym w oleju jest wynikiem skrupulatnie kontrolowanego procesu produkcyjnego, który rozpoczyna się od oczyszczenia oleju i obejmuje suszenie próżniowe, kontrolowane napełnianie i rygorystyczne testy. Każdy etap tego procesu wymaga precyzyjnej kontroli parametrów krytycznych — temperatury, poziomu próżni, szybkości napełniania i warunków testowania — aby mieć pewność, że produkt końcowy spełnia wymagane specyfikacje wytrzymałości dielektrycznej. Normy i praktyki opisane w tym artykule, oparte na normach IEC 60156, ASTM D1816 i IEC 60076, stanowią techniczną podstawę do osiągnięcia tego krytycznego wzorca jakości.

W Lugao Power Co., Ltd. wdrożyliśmy kompleksowy system zarządzania jakością, który uwzględnia kontrolę procesu i standardy testowania w naszej działalności związanej z produkcją transformatorów. Nasze produkty z transformatorami zanurzonymi w oleju są projektowane i produkowane tak, aby zapewniać niezawodne działanie przez cały okres użytkowania. Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje techniczne, dokumentację procesu lub specyfikacje produktu, prosimy o kontakt z naszym zespołem inżynierów.

Skontaktuj się z Lugao Power Co., Ltd.w celu uzyskania specyfikacji technicznych i dokumentacji jakościowej naszych produktów z transformatorami zanurzonymi w oleju.