Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

Физико-химические аспекты эффективности применения фильтров непрерывной очистки масел силового трансформаторного оборудования
 

Физико-химические аспекты эффективности применения фильтров непрерывной очистки масел силового трансформаторного оборудования

Львова М.М., Комаров В.Б., Лютько Е.О. и др.

 

 
Согласно ГОСТ Р 52719 - 2007 [1] масляные транс¬форматоры с массой масла свыше 1000 кг долж¬ны быть снабжены фильтрами: термосифонными - при видах охлаждения М и Д, адсорбционными - при остальных видах систем охлаждения и фильтрами очистки масла от механ

Согласно ГОСТ Р 52719 - 2007 [1] масляные транс­форматоры с массой масла свыше 1000 кг долж­ны быть снабжены фильтрами: термосифонными - при видах охлаждения М и Д, адсорбционными - при остальных видах систем охлаждения и фильтрами очистки масла от механических примесей - при видах систем охлаждения ДЦ, НДЦ, Ц, НЦ. Система филь­тров служит для непрерывной очистки масла от кислых и окисленных продуктов старения масла и бумажной изоляции, коллоидных соединений металлов - про­дуктов коррозии конструкционных материалов, воды и других соединений в процессе эксплуатации.

Силовые трансформаторы зарубежного производ­ства в своей массе не оборудованы системой непре­рывно действующих фильтров. Для масел таких трансформаторов применяются технологии периодической очистки масла сорбентами полярных соединений [2, 3]. Известно, что в процессе периодической сорбционной очистки масла длительно эксплуатируемых зарубежных трансформаторов значение кислотного числа может снижаться до 0,009 мг КОН/г. Однако при дальнейшей эксплуатации трансформаторов данный показатель возрастает в 2-3 раза [2]. Этот эффект свя­зан с десорбцией кислых и окисленных продуктов ста­рения масла и бумажной изоляции из обмотки за счет потока диффузии, возникающего вследствие большой разности концентраций продуктов старения в бумаж­но-масляной изоляции и в очищенном эксплуатацион­ном масле. При этом основная масса полярных про­дуктов старения при отсутствии системы постоянно действующих фильтров сорбируется в обмотке и не извлекается из нее при периодической очистке масла [4], что способствует процессам деградации бумаж­ной изоляции и шламообразования.

В последние годы за рубежом, согласно материа­лам СИГРЭ-2008, известны также случаи технологи­ческих нарушений с взрывами и пожарами трансфор­маторного оборудования из-за витковых замыканий в обмотках, происходящих вследствие загрязнений при эксплуатации трансформаторных масел и бу­мажной витковой изоляции обмоток солями метал­лов конструкционных материалов. Анализ данных СИГРЭ-2008 [5-7] показал, что эти загрязнения про­воцируют образование токопроводящих мостиков в изоляции и ее эрозию вследствие развития частичных разрядов. В конечном итоге это приводит к пробою. При этом известно, что примерно 30% случаев тех­нологических нарушений с внутренними короткими замыканиями сопровождаются взрывами и пожарами трансформаторного оборудования [8].

Особо отметим то, что по указанным выше причи­нам имеющиеся в большом количестве на рынке за­рубежные минеральные масла марок NITRO-IOGBA, NITRO-IOGBN и другие, согласно данным СИГРЭ, могут быть опасны в эксплуатации трансформатор­ного оборудования вследствие высокого содержания серы, обусловливающего коррозию конструкционных материалов трансформаторного оборудования. Это в итоге приводит к отложению металлосодержащих продуктов коррозии в изоляции обмоток, сопрово­ждающемуся витковыми замыканиями, приводящими к взрывам и пожарам оборудования [5-7].

Данная работа посвящена физико-химическим аспектам эффективности применения фильтров не­прерывной очистки трансформаторных масел.

Из представленных результатов следует, что содер­жание загрязнений и влаги на силикагелях фильтров непрерывной очистки масел, находящихся в предель­ном состоянии, может достигать 69,9% и составляет в среднем 58,7 % собственной массы силикагеля. Это указывает на то, что при увеличении массы масла в трансформаторе от 2 до 50 т на силикагелях фильтров непрерывной очистки масла по достижении ими пре­дельного состояния может быть адсорбировано от 12 до 230 и более килограммов преимущественно поляр­ных соединений - продуктов старения масла. При этом, полная, судя по внешнему виду загрязненных и регене­рированных силикагелей, очистка их от загрязнений спиртобензольной смесью и визуальное отсутствие в сливах растворителя взвешенных частиц свидетель­ствуют о том, что в адсорбированных на силикагелях продуктах старения масла присутствуют соединения асфальтеновой природы, но отсутствуют продукты глу­бокой конденсации оксикислот и кетонокислот [11].

Следует отметить, что показатели концентраций наиболее опасных в эксплуатации соединений ме­таллов конструкционных материалов в изоляционных материалах трансформаторного оборудования рос­сийского производства и на силикагелях его фильтров непрерывной очистки масла при своевременной за­мене силикагелей в соответствии с[10] относительно невелики и, как правило, не достигают опасных уров­ней порядка единиц массовых процентов [13]. Воз­можно, это связано с тем, что в России в соответствии с ГОСТ 982-80 [14] для получения трансформаторных масел используются, главным образом, малосерни­стые нефти либо с достаточно полным извлечением серы в специализированных цехах нефтеперерабаты­вающих предприятий при выработке нефтепродуктов, в том числе трансформаторных масел. Это, наиболее вероятно, приводит к весьма существенному относи­тельно оборудования зарубежного производства [5-7] снижению интенсивности коррозионных процессов в конструкционных материалах трансформаторного оборудования, эксплуатируемого в России.

Авторами была изучена органическая составля­ющая загрязнений образцов силикагелей фильтров непрерывной очистки масел трансформаторного обо­рудования и образцов бумажной изоляции, наиболее интересных в практическом отношении.

Существенных отличий ИК-спектра слива загряз­нений, адсорбированных на силикагелях, при отмыв­ке их этиловым спиртом по отношению к ИК-спектру собственно спирта обнаружено не было. Возможно, это указывает на то, что по отношению к другим груп­пам загрязнений масла, присутствующих на силикаге­лях, оксикислоты, лактоны и кетонокислоты адсорби­руются на них в весьма небольших количествах.

Изоляция после отмывки системой органических растворителей по [16], а также спиртобензольной смесью [11] и затем горячей водой при 90 °С имела нехарактерный серый цвет, что указывало на невоз­можность полного растворения ее загрязнений в ор­ганических растворителях. При этом после полного растворения «отмытого» образца изоляции в сильно­щелочном водном растворе кадмийэтилендиаминового комплекса был обнаружен нерастворимый оса­док загрязнений черного цвета. Согласно [11], все это указывает на то, что в отличие от загрязнений, адсор­бированных на силикагелях фильтров непрерывной очистки масла, органические загрязнения, абсорби­рованные в бумажной изоляции трансформаторного оборудования, наряду с низкомолекулярными кислы­ми и окисленными продуктами старения масла и веще­ствами асфальтеновой природы, могут иметь в своем составе неизвлекаемые продукты глубокой конденса­ции оксикислот и кетонокислот. Отметим, однако, то, что значение степени полимеризации этого образца изоляции составило 840 единиц ангидроглюкопиранозных мономерных фрагментов целлюлозы, то есть, собственно износ изоляции относительно невелик и согласно [10] она далека от исчерпания ресурса.

Следует особо отметить, что в случаях загрязнения изоляции, подобных описанному выше, и при высокой ее степени полимеризации возможны технологиче­ские нарушения с взрывами и пожарами трансформа­торного оборудования.

Это подтверждается следующими примерами.

-      АТДТЦН-250000/500/110-79, зав. № 108268, срок эксплуатации 25 лет, поврежден при степени полиме­ризации твердой целлюлозной изоляции 700 единиц ангидроглюкопиранозных мономерных фрагментов целлюлозы. По заключению комиссии, созданной согласно РД 153-34.0-20.801-2000 [17], поврежде­ние произошло из-за ослабления импульсной проч­ности изоляции вследствие отложения продуктов старения материалов трансформатора на обмотке;

-      АТДТЦН-125000/220/110, зав. № 90415, срок эксплуатации 25 лет, поврежден при степени по­лимеризации твердой целлюлозной изоляции 600 единиц ангидроглюкопиранозных мономерных фрагментов целлюлозы. По заключению комиссии, созданной согласно РД 153-34.0-20.801-2000 [17], характер аварийной ситуации - дуговой разряд в об­мотке.

Таким образом, совокупность приведенных выше результатов указывает на весьма высокую эффек­тивность применения фильтров непрерывной очист­ки масел в эксплуатации трансформаторного обо­рудования для снижения риска технологических нарушений с его взрывами и пожарами. При этом, для наиболее полного удаления как органической, так и минеральной части загрязнений из изоляцион­ных материалов трансформаторного оборудования в процессе его эксплуатации, по-видимому, требуется физико-химическая модификация поверхности си­ликагелей фильтров непрерывной очистки масел.

Выводы

1.        Установлено, что содержание загрязнений и влаги на силикагелях фильтров непрерывной очист­ки масел, находящихся в предельном состоянии, мо­жет достигать 69,9 % и составляет в среднем 58,7 % собственной массы силикагеля. Это указывает на то, что при увеличении массы масла в трансформаторе от 2 до 50 т на силикагелях фильтров непрерывной очистки масла по достижении ими предельного со­стояния может быть адсорбировано от 12 до 230 кг и более преимущественно полярных соединений - продуктов старения масла.

2. Показано, что для наиболее опасной минераль­ной части загрязнений - соединений металлов кон­струкционных материалов (меди и железа) порядок их массового содержания в материалах трансформатор­ного оборудования, в общем случае, убывает в ряду: бумажная изоляция > силикагель фильтров непрерыв­ной очистки масла > трансформаторное масло.

3. Полная, судя по внешнему виду загрязненных и регенерированных силикагелей, очистка их от органи­ческих загрязнений спиртобензольной смесью и визуальне отсутствие в смывах взвешенных частиц сви­детельствуют, что в адсорбированных на силикагелях продуктах старения масла присутствуют соединения асфальтеновой природы, но отсутствуют продукты глубокой конденсации оксикислот и кетонокислот.

4.       Не обнаружено существенных отличий ИК-спектра смыва загрязнений, адсорбированных на силикагелях, этиловым спиртом по отношению к ИК-спектру собственно спирта. Изучены ИК-спектры смывов органических загрязнений силикагелей в гексане по отношению к спектру чистого гексана и проведено отнесение их полос поглощения.

5.  Показано, что в отличие от загрязнений, адсор­бированных на силикагелях фильтров непрерывной очистки масла, загрязнения, абсорбированные в бу­мажной изоляции трансформаторного оборудования, могут, наряду с низкомолекулярными кислыми и окис­ленными продуктами старения масла, иметь в своем составе неизвлекаемые (нерастворимые в органиче­ских растворителях и сильнощелочных средах) про­дукты глубокой конденсации оксикислот и кетонокис­лот. При таком загрязнении изоляции и при высокой ее степени полимеризации возможны технологические нарушения с взрывами и пожарами оборудования.

6.  Совокупность полученных результатов указы­вает на высокую эффективность применения филь­тров непрерывной очистки масел в эксплуатации трансформаторного оборудования для снижения риска технологических нарушений с его взрывами и пожарами. При этом для наиболее полного удаления как органической, так и минеральной части загрязне­ний из изоляционных материалов трансформаторно­го оборудования в процессе его эксплуатации требу­ется физико-химическая модификация поверхности силикагелей фильтров непрерывной очистки масел.

Список литературы

1.    ГОСТ Р 52719 - 2007. Трансформаторы сило­вые. Общие технические условия. Введ. 2007-09-04. М.: Изд-во «ФГУП Стандартинформ», 2007. 45 с.

2.   О.Berg, K.Herdlevar, М. Dahlund, K.Renstrom, A.Danielsen, U.Thiess Experiences from on - site transformer oil reclaiming. Session SIGRE 2002,12 - 103.

3.   Малый B.M. Продление срока службы транс­форматоров. Опыт восстановления изоляционных систем «масло - целлюлозная изоляция» силовых трансформаторов// «Электрическая изоляция - 2010»: Сб. научн. тр. 5-й Междунар. научн.-технич. конф. / Санкт-Петербургский Политехнический ун-т, 2010. С. 192- 199.

4.    Комаров В.Б., Ланкау Я.В., Львов М.Ю., Львов Ю.Н., Лютько Е.О., Смоленская Н.Ю. Об эффектив­ности работы фильтров непрерывной очистки транс­форматорных масел. Сб. мат. 3-й Конференции ТРАВЭК-2008 «Консолидация усилий электроэнергетики и электротехники в условиях роста инвестиций. Пер­спективные технологии и электрооборудование». Москва, 28 - 29 Мая , 2008. С.114-115.

5.  CIGRE - 2008, А2 - 215 - The effect of passivator additive used in transformers and reactors mineral oil to neutralise the sulfur corrosion, and its influense on low thermal defect. \\ A. Vita, P. R. T. Patrocinio, S. A. Godinho, E.G. Peres, J. Baudalf.

6.   CIGRE - 2008, A2 - 206 - Failure modes of oil immersed transformers due to static electrification and copper sulfide generation, and suppresive effect of BTA.\\ T. Kawamura, T. Kobayashi, T. Amimoto, H Murakami, Y. Shirasaka, Y. Ebisawa.

7.   CIGRE - 2008, A2 - 214 - Understanding and management of sulfur corrosion from insulating oil. \\ F. Scatiggio, C. Marchiori, P. Botelho.

8.   Львов М.Ю. Анализ повреждаемости силовых трансформаторов напряжением 110 кВ и выше // Электричество. 2010. № 2. С. 27-31.

9.  ГОСТ 3956-76. Силикагель технический. Техни­ческие условия. Введ. 1977-01-01. Дата последнего изменения 18.05.2011. М.: Изд-во «ФГУП Стандар­тинформ». 11 с.

10.  РД 34.45-51.300-97. Объем и нормы испыта­ний электрооборудования. Под общ. ред. Алексее­ва Б.А., КоганаФ.Л., МамиконянцаЛ.Г. 6-е изд. с изм. и доп. на 01.03.2001. М.: НЦЭНАС, 2002. 256 с.

11.  Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформа­торное масло. М.: Энергоатомиздат, 1983. 296 с.

12.   Львов С.Ю., Комаров В.Б., Бондарева В.Н., Селиверстов А.Ф., Лютько Е.О., Львов Ю.Н., Ершов Б.Г. Загрязнение трансформаторного масла силовых трансформаторов и шунтирующих реакторов металлосодержащими коллоидными частицами // Элек­трические станции. 2010. N912. С.35 – 41.

13. Львов С.Ю., Бондарева В.Н., Лютько Е.О., Ко­маров В.Б., Львов Ю.Н. О развитии витковых замы­каний при загрязнении обмоток трансформаторов металлосодержащими коллоидными частицами // Электрические станции. 2011. №7. С. 43 - 49.

14.     ГОСТ 982-80. Масла трансформаторные. Технические условия. Введ. 1982-01-01. М.: Изд-во «ФГУП Стандартинформ», 2008. 6 с.

15. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строе­ние органических соединений. М.: Мир, 1965. 216 с.

16.Львов М.Ю., Медведев Ю.И., Львов Ю.Н., Лан­кау Я.В., Комаров В.Б., Ершов Б.Г., Селиверстов А.Ф., Бондарева В.Н. Методические указания по оцен­ке состояния бумажной изоляции обмоток силовых трансформаторов и шунтирующих реакторов по сте­пени полимеризации. ISBN 5-9900148-4-3. М.: ЗАО «Энергетические технологии», 2008. 20 с.

17. РД 153-34.0-20.801-2000. Инструкция по рас­следованию и учету технологических нарушений в работе энергосистем, электростанций, котельных, электрических и тепловых сетей. Введ. 2000-12-29. М.: Минэнерго России - РАО «ЕЭС России», 2000. 21 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
Полное содержание статьи Вы можете найти в первоисточнике
Источник:  ©  Львова М.М., Комаров В.Б., Лютько Е.О. и др. Физико-химические аспекты эффективности применения фильтров непрерывной очистки масел силового трансформаторного оборудования. Электро, №  3,  2012.– С.47-52.
Материал размещен на www.transform.ru: 6.07.2012 г.
 

 

Перейти в форум для обсуждения

  ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????