Hogyan éri el az olajba merülő transzformátor a 60 kV letörési feszültséget vákuumtöltéssel?

Az iparági adatok azt mutatják, hogy a transzformátorok idő előtti meghibásodásának körülbelül 30%-a közvetlenül a szigetelőolaj túlzott nedvesség- és gáztartalmának tulajdonítható. A mindössze 15 ppm-es nedvességnövekedés 60 kV-ról 30 kV alá csökkentheti a transzformátorolaj áttörési feszültségét. A dielektromos szilárdság drámai csökkenése rávilágít a vákuumtöltési folyamat kritikus fontosságára a transzformátorgyártásban. Egyolajba merülő transzformátor33 kV-os vagy nagyobb névleges feszültség esetén a 60 kV-os áttörési feszültség elérése és fenntartása nem minőségi cél – ez alapvető követelmény a transzformátor 30-40 éves élettartama alatti megbízható működéshez.

Ez a cikk szisztematikus technikai elemzést ad arról, hogy az olajba merülő transzformátorok hogyan érnek el 60 kV-os letörési feszültséget vákuumtöltéssel. A megbeszélés négy lényeges folyamatszakaszra terjed ki: az olajos előkezelésre és a minőségellenőrzésre, a mag és a tekercsszigetelés vákuumszárítására, a vákuumtöltési folyamatra ellenőrzött paraméterekkel, valamint az IEC és ASTM szabványoknak megfelelő utótöltési vizsgálatra. Minden egyes szakaszt az adott folyamatparaméterek, berendezések követelményei és minőség-ellenőrzési pontjai alapján vizsgálnak meg. A cikk a gyakori hibamódokkal is foglalkozik, és gyakorlati minőségellenőrzési keretrendszert biztosít a transzformátorgyártók és a végfelhasználók számára.

Tartalomjegyzék

• 1. Olaj-előkezelés és minőségi előírások
• 2. A transzformátor magjának és tekercsének vákuumszárítása
• 3. Vákuumos töltési folyamat paraméterei
• 4. Olajvizsgálat és meghibásodási feszültség ellenőrzése
• 5. Általános hibamódok és minőségellenőrzési pontok
• 6. Gyakran Ismételt Kérdések (GYIK)
• 7. Következtetés

1. Olaj-előkezelés és minőségi előírások

A 60 kV-os megszakítási feszültség eléréséhez vezető út a transzformátorolaj előkezelésével kezdődik, mielőtt az a transzformátortartályba kerül. Még az új, finomított transzformátorolaj is jellemzően oldott nedvességet, gázokat és szemcsés szennyeződéseket tartalmaz, amelyeket el kell távolítani a szükséges dielektromos szilárdság eléréséhez. Az előkezelési folyamatot egy erre a célra szolgáló olajfeldolgozó üzemben végzik, amely fűtőrendszereket, vákuum-dehidratáló egységeket és többlépcsős szűrőberendezést foglal magában. A következő paramétereket kell ellenőrizni, mielőtt az olajat transzformátor töltésére alkalmasnak ítélnénk:

• Leállási feszültség (BDV):≥ 60 kV (az IEC 60156 szerint mérve)
• Nedvességtartalom:≤ 10 ppm (Karl Fischer-titrálással mérve)
• Oldott gáztartalom (DGA):≤ 0,5 térfogat% (gázkromatográfiával mérve)
• Disszipációs tényező (barn δ):≤ 0,001 90°C-on (az IEC 60247 szerint mérve)
• Részecskeszám:≤ 500 részecske 100 ml-enként (≥ 5 μm méret)
• Ellenállás:≥ 10¹² Ω·cm 90°C-on

Az olajtisztítási folyamat három szakaszból áll. Az első szakasz a melegítés: az olajat 60-70°C-ra hevítik fel, hogy csökkentsék a viszkozitást és megkönnyítsék az oldott gázok és nedvesség felszabadulását. A második szakasz a vákuum dehidratálás: a felmelegített olajat egy 0,1-0,5 mbar nyomáson működő vákuumkamrába vezetjük. Ebben a vákuumban a víz forráspontja csökken, aminek következtében a nedvesség elpárolog, és a vákuumszivattyú elszívja. A tipikus kiszáradási idő 4-8 óra, az olajmennyiségtől és a kezdeti nedvességtartalomtól függően. A harmadik szakasz a szűrés: a dehidratált olaj egy sor 5 μm és 1 μm átmérőjű szűrőn halad át a szemcsés szennyeződések eltávolítására. A feldolgozott olajat ezután visszavezetik a rendszeren keresztül, amíg az összes meghatározott paramétert el nem érik.

Az alábbi táblázat összefoglalja az előkezelési paramétereket és a megfelelő elfogadási kritériumokat.

atLugao Power Co., Ltd., fenntartunk egy dedikált olajfeldolgozó létesítményt, amely 10 000 literes olajtartállyal, 300 l/perces vákuum-dehidratáló egységgel és zárt hurkú szűrőrendszerrel rendelkezik 1 μm-es abszolút szűrőkkel. A feldolgozott olaj minden tételéről mintát vesznek és tesztelnek, mielőtt jóváhagyják a transzformátor töltésére. A vizsgálati eredményeket egy tételtanúsítvány dokumentálja, amely a transzformátort annak teljes élettartama alatt kíséri. Ez a szigorú előkezelési protokoll biztosítja, hogy a transzformátorba kerülő olaj ugyanolyan minőségi előírásoknak feleljen meg, mint a feltöltés után vizsgálandó olaj, ami megalapozza a 60 kV-os áttörési feszültség elérését.

2. A transzformátor magjának és tekercsének vákuumszárítása

A transzformátor szigetelése elsősorban cellulóz alapú anyagokból – papírból, préskartonból és fából – áll, amelyek eredendően higroszkóposak. Normál légköri körülmények között ezek az anyagok akár 8 tömegszázalék nedvességet is képesek felszívni. Amikor egy transzformátor feszültség alá kerül, a szigetelés felmelegszik, és a benne lévő nedvesség elpárolog, csökkentve a szilárd szigetelés és a környező olaj dielektromos szilárdságát. A vákuumszárítás az a folyamat, amelynek során ezt a nedvességet eltávolítják a szigetelőrendszerből, mielőtt a transzformátort olajjal feltöltik. A szárítási folyamat kritikus fontosságú, mert még az olaj tisztítása után is a szigetelésben rekedt nedvesség idővel beszivárog az olajba, csökkentve a letörési feszültséget.

A vákuumszárítási folyamat jellemzően a következő szakaszokból áll. Először a transzformátort szárítókemencébe helyezik, vagy meleg olajjal felmelegítik a hűtőrendszeren keresztül. A magot és a tekercset 85-105 °C-ra melegítik, hogy felgyorsítsák a nedvesség felszabadulását. A transzformátor tartályát ezután vákuumszivattyúval evakuálják, hogy a nyomást 0,1-0,5 mbar-ra csökkentsék. Ebben a vákuumban a víz forráspontja körülbelül 40-50 °C-ra csökken, így a szigetelésben lévő nedvesség elpárolog. Az elpárolgott nedvességet a vákuumszivattyú szívja ki a tartályból. A szárítási folyamatot addig folytatjuk, amíg a szigetelés nedvességtartalma 0,5 tömeg% alá csökken.

A szárítás végpontját két módszer egyikével lehet meghatározni:

• Nyomásnövelési módszer:A vákuumszivattyú le van választva a transzformátor tartályáról, és a nyomásemelkedés mértékét egy meghatározott időtartam alatt mérik. Ha a nyomásemelkedés sebessége kevesebb, mint 0,1 mbar óránként 4 órán keresztül, a szárítást befejezettnek tekintik.
• Harmatpont módszer:A transzformátorból kiürített gáz harmatpontját folyamatosan ellenőrzik. Ha a harmatpont -40°C alá esik, a száradás befejezettnek tekintendő.

A vákuumszárítási folyamat időtartama a transzformátor méretétől, a szigetelés típusától és a környezeti feltételektől függően változik. Egy tipikus 10 MVA transzformátor esetében a szárítási folyamat 48-72 órát vehet igénybe. Nagyobb transzformátorok esetén a folyamat több napig is elhúzódhat. Az alábbi táblázat a különböző transzformátorosztályokhoz tartozó jellemző szárítási paramétereket tartalmazza.

A Lugao.-nál a termikus vákuumszárítás és a forró olajkeringtetés kombinációját alkalmazzuk a szükséges nedvességeltávolítás eléréséhez. A transzformátort forró olaj keringetésével melegítik a hűtőrendszeren keresztül, miközben a tartályt egyidejűleg kiürítik. Ez a módszer egyenletes melegítést biztosít és felgyorsítja a szárítási folyamatot. A szárítási ciklus befejezése után a transzformátort vákuum alatt tartják, amíg az olajtöltési folyamat meg nem kezdődik, megakadályozva a nedvesség visszaszívását a légkörből. Ez a megközelítés biztosítja, hogy a szigetelés nedvességtartalma a 0,5%-os küszöb alatt maradjon, ami elengedhetetlen a 60kV-os áttörési feszültség eléréséhez és fenntartásához.

3. Vákuumos töltési folyamat paraméterei

Miután a transzformátor magja és a tekercs a kívánt nedvességtartalomra megszáradt, megkezdődik az olajfeltöltés. Ez a transzformátorgyártás legkritikusabb szakasza, mivel ebben a szakaszban bármilyen hiba veszélyeztetheti a szigetelőrendszer dielektromos szilárdságát. A vákuumtöltési folyamat úgy történik, hogy a transzformátor tartályát vákuum alatt tartják. A tisztított olajat a tartály aljára vezetik, és lassan felemelkedik, kiszorítva a vákuumot. A folyamat paramétereit gondosan ellenőrizni kell, hogy megakadályozzák a buborékok képződését, biztosítsák a szigetelés teljes behatolását és elkerüljék a tekercsek károsodását.

A vákuumtöltés legfontosabb folyamatparaméterei a következők:

• Előtöltési vákuumszint:0,1-0,5 mbar, a szárítási ciklus befejezése után legalább 2 órán keresztül fenn kell tartani.
• Olaj hőmérséklete feltöltéskor:60-70°C, fenntartva az alacsony viszkozitás és a jó folyási jellemzők biztosítása érdekében.
• Töltési sebesség:≤ 300 L/h (kis és közepes transzformátorok esetén; a nagyobb transzformátorok arányosan nagyobb áramlási sebességet használhatnak, de nem haladhatják meg azt a sebességet, amellyel az olaj áthatolhat a szigetelésen).
• Töltési nyomás:A tartály alján enyhe pozitív nyomást (0,1-0,2 bar) alkalmaznak, hogy biztosítsák az olaj bejutását a tekercsekbe.
• Vákuum feltöltés közben:A töltési folyamat során a vákuumot fenntartják, hogy eltávolítsák az olajból vagy a szigetelésből esetlegesen felszabaduló gázokat.
• Kitöltés utáni elszámolás:Miután a tartály megtelt, a transzformátort 12-24 órán át állni hagyjuk vákuum alatt vagy száraz nitrogén pozitív nyomása alatt, hogy a maradék gázbuborékok távozhassanak.

A töltési sebesség különösen kritikus. Ha az olajat túl gyorsan vezetik be, a turbulencia buborékokat képezhet, és előfordulhat, hogy az olaj nem hatol át teljesen a szigetelésen. Ha az olajat túl lassan vezetik be, a folyamat hatástalanná válik. A töltési sebességet jellemzően az olajszivattyú áramlási sebességének beállításával vagy nyomáscsökkentő szelep használatával szabályozzák. Nagy transzformátorok esetében a töltési folyamat szakaszokban is végrehajtható, szünetekkel, hogy az olaj áthatoljon a szigetelésen, mielőtt a következő szakasz elkezdődik. A következő táblázat a különböző transzformátorkapacitásokhoz ajánlott feltöltési sebességeket tartalmazza.

A feltöltés befejezése után a transzformátort általában 50-60 °C-ra melegítik fel a hűtőrendszer segítségével, hogy javítsák az olaj azon képességét, hogy felszívja a maradék gázt és nedvességet. A transzformátort ezután végső vákuumkezelésnek vetik alá, amelyet "végső gáztalanításnak" neveznek, hogy eltávolítsák az esetlegesen az olaj által elnyelt gázokat. Ez az utolsó lépés biztosítja, hogy az olaj áttörési feszültsége a 60 kV-os vagy magasabb célszinten maradjon. A Lugao Power Co., Ltd.-nél részletes nyilvántartást vezetünk minden egyes transzformátor folyamatparaméteréről, beleértve a vákuumszintek, hőmérsékletek és áramlási sebességek időbélyegzett naplóit. Ezek a feljegyzések a transzformátor minőségi dokumentációjának részét képezik, és a berendezés élettartama alatt megőrződnek.

4. Olajvizsgálat és meghibásodási feszültség ellenőrzése

A transzformátor olajjal való feltöltése és leülepedése után a szigetelési rendszert meg kell vizsgálni, hogy megbizonyosodjon arról, hogy megfelel-e a szükséges áttörési feszültségre vonatkozó előírásoknak. Az elsődleges vizsgálat az IEC 60156 vagy ASTM D1816 szabvány szerint végrehajtott olajletörési feszültség teszt. Ez a teszt abból áll, hogy a transzformátorolaj mintájára szabályozott sebességgel feszültséget kapcsolunk, amíg az olaj le nem bomlik. A vizsgálatot több mintán végzik el, hogy az eredmény megismételhető legyen. Az olajteszten kívül a transzformátor teljes szigetelési rendszerét dielektromos vizsgálatnak vetik alá, hogy ellenőrizzék annak integritását.

Az olajletörési feszültség vizsgálatát egy szabványos tesztcellával végezzük, amely két elektródából áll, amelyeket 2,5 mm-es rés választ el egymástól. A tesztfeszültséget 2 kV/s sebességgel alkalmazzuk. A vizsgálatot hat olajmintán végzik el. Az első teszt eredményeit eldobjuk, és a maradék öt teszt átlagát számítjuk ki. Az átlagos értéknek ≥ 60 kV-nak kell lennie. Ha az átlagos érték 60 kV alatt van, az olajat úgy kell tekinteni, hogy nem felelt meg a teszten. A vizsgálati eljárást és az elfogadási kritériumokat a következő táblázat foglalja össze:

Az olajletörési teszten kívül a transzformátort a következő dielektromos vizsgálatoknak vetik alá a teljes szigetelési rendszer integritásának ellenőrzésére:

• Teljesítmény-frekvencia-állósági teszt:A transzformátort a névleges feszültségének 2-3-szorosának megfelelő feszültségnek vetik alá 60 másodpercig. Meghibásodás vagy részleges kisülés nem megengedett.
• Indukált túlfeszültség teszt:A transzformátort 100-400 Hz frekvenciának vetik alá a névleges feszültség kétszeresének megfelelő feszültséggel 60 másodpercig. A szigetelés törése vagy látható deformációja nem megengedett.
• Részleges kisülési teszt:A transzformátor részleges kisülését a névleges feszültség 1,1-szeresének megfelelő feszültségen tesztelték. A részleges kisülés mértékét mérik, és a megadott határérték alatt kell lennie (általában 20-50 pC olajtöltésű transzformátoroknál).
• Tan Delta teszt:A szigetelőrendszer disszipációs tényezőjét 90°C-on mérik. Az értéknek az IEC 60076 szabványban meghatározott határokon belül kell lennie.

A Lugao Power Co., Ltd.-nél ezeket a teszteket minden transzformátoron a szállítás előtt elvégezzük. A vizsgálati eredményeket a transzformátorhoz mellékelt átfogó vizsgálati jelentés dokumentálja. Az olajletörési feszültségpróbát a transzformátor tartályából vett olajmintákon végezzük a töltési és ülepítési folyamat után. Ez biztosítja, hogy a transzformátorban lévő olaj ugyanaz, mint a tesztelt olaj. Ha az olaj nem felel meg az áttörési feszültség tesztjén, a teljes folyamatot meg kell ismételni, amíg az olaj el nem éri a specifikációt. Ez a szigorú tesztelési rendszer biztosítja, hogy olajbemerített transzformátorunk megfeleljen a legmagasabb minőségi és megbízhatósági szabványoknak.

5. Általános hibamódok és minőségellenőrzési pontok

A fent leírt szigorú folyamatszabályozás ellenére a vákuumtöltés során még mindig előfordulhatnak hibák. A gyakori meghibásodási módok megértése és a robusztus minőség-ellenőrzési pontok létrehozása elengedhetetlen az állandó gyártási minőség fenntartásához. Ez a szakasz azonosítja a leggyakoribb hibamódokat, és minőség-ellenőrzési keretrendszert biztosít a folyamat minden szakaszához.

1. hibamód: Hiányos vákuumszárítás.Ha a transzformátor szigetelését nem szárítják ki a szükséges nedvességtartalomra, akkor az áttörési feszültség csökken. A hiányos szárítás leggyakoribb oka az elégtelen vákuumszint vagy a nem megfelelő fűtési idő. A hiba elkerülése érdekében a vákuumszintet a szárítási ciklus alatt folyamatosan ellenőrizni kell. A végpont ellenőrzésére a nyomásemelkedés vagy harmatpont tesztet kell használni.

2. hibamód: Olaj újraszennyeződése.Az olaj újra szennyeződhet a kezelés, tárolás vagy feltöltés során, ha a berendezést nem tisztítják megfelelően. A szennyeződések, például por, víz vagy egyéb részecskék bejuthatnak az olajba a csatlakozásokon vagy az átvitel során. Ennek elkerülése érdekében használat előtt minden berendezést alaposan meg kell tisztítani és meg kell szárítani. Az olajtároló tartályokat zárva kell tartani, és száraz nitrogénnel kell feltölteni.

3. hibamód: levegő beszorulása.Ha a töltés során levegő rekedt a transzformátorban, az buborékokat képezhet, amelyek csökkentik az áttörési feszültséget. A levegő beszorulása valószínűbb, ha a töltési sebesség túl gyors, vagy ha a töltés során nem tartják fenn a vákuumszintet. Ennek megelőzése érdekében csökkenteni kell a töltési sebességet, és a vákuumot az egész folyamat során fenn kell tartani.

A következő minőség-ellenőrzési pontok ajánlottak a vákuumtöltési folyamat minden egyes szakaszához:

A Lugaóban olyan minőségirányítási rendszert vezetünk be, amely ezeket az ellenőrző pontokat beépíti szabványos működési eljárásainkba. A folyamat minden szakaszát dokumentálják, az esetleges eltéréseket kivizsgálják és kijavítják. A minőség-ellenőrzésnek ez a szisztematikus megközelítése elengedhetetlen ahhoz, hogy megőrizzük azt a magas szintű megbízhatóságot, amelyet ügyfeleink olajba merülő transzformátor termékeinktől elvárnak.

6. Gyakran Ismételt Kérdések (GYIK)

1. kérdés: A 60kV-os áttörési feszültség garantált érték a transzformátor teljes élettartamára, vagy idővel csökken?

Válasz: A 60kV garantált minimális érték a gyártás és az üzembe helyezés időpontjában. A transzformátor élettartama során az áttörési feszültség fokozatosan csökken az olaj lebomlása, a nedvesség behatolása és a részecskék felhalmozódása miatt. Megfelelő karbantartással – ideértve az időszakos olajtesztet, szűrést és szárítást – azonban az áttörési feszültség az elfogadható szint felett tartható. Az ipari szabványok általában megkövetelik az olaj cseréjét vagy helyreállítását, ha a leállási feszültség 30 kV alá esik.

2. kérdés: Mi a különbség a letörési feszültségben a vákuumtöltésű és a hagyományos töltésű transzformátorok között?

Válasz: Egy hagyományosan feltöltött transzformátor (atmoszférikus nyomás alatt töltve vákuumszárítás nélkül) jellemzően 30-40kV áttörési feszültséget ér el. A vákuummal töltött transzformátor megfelelő előszárítással és vákuumfeldolgozással folyamatosan 60 kV vagy magasabb feszültséget ér el. Ez a 20-30 kV különbség jelentős biztonsági ráhagyást és megbízhatóságot jelent. A nagyobb áttörési feszültség csökkenti a szigetelés meghibásodásának kockázatát, különösen feszültségingadozás vagy villámcsapás esetén.

3. kérdés: Szükséges-e vákuumtöltés kis elosztó transzformátorokhoz (≤ 10kV)?

Válasz: A 10 kV-os és az alatti elosztótranszformátorok esetében a vákuumtöltés nem mindig kötelező, de egyre inkább bevált gyakorlatnak tekintik. Míg ezek a transzformátorok 30-40 kV áttörési feszültséggel is működhetnek, a vákuumtöltés nagyobb biztonsági ráhagyást és jobb hosszú távú megbízhatóságot biztosít. Sok közszolgáltató most már minden új transzformátor vásárlásakor, a névleges feszültségtől függetlenül, vákuumtöltést ír elő minőségbiztosítási követelményei részeként. A Lugao Power Co., Ltd.-nél vákuumtöltést alkalmazunk minden olajba merülő transzformátor termékünkön.

4. kérdés: Hogyan tudja a transzformátorolaj megőrizni a letörési feszültségét működés közben?

Válasz: A meghibásodási feszültség üzem közbeni fenntartása átfogó karbantartási programot igényel. Rendszeres olajmintákat kell venni, és ellenőrizni kell az áttörési feszültséget, a nedvességtartalmat és az oldott gáztartalmat. Ha a meghibásodási feszültség 45 kV alá esik, az olajat szűrni kell és vízteleníteni kell. Ha a nedvességtartalom meghaladja a 20 ppm-et, az olajat meg kell szárítani. Egyes transzformátorok online olajszűrő rendszerekkel vannak felszerelve, amelyek folyamatosan eltávolítják a nedvességet és a részecskéket, így az olaj minőségét optimális szinten tartják.

5. kérdés: Mi a korrekciós intézkedés, ha a feltöltés után az olajletörési feszültség teszt sikertelen?

Válasz: Ha a feltöltés után az olajletörési feszültség teszt sikertelen, a transzformátort általában újra feldolgozzák. A meghibásodott olajat leeresztik, és a transzformátort új vákuumszárítási ciklusnak vetik alá, hogy eltávolítsák a nedvességet a szigetelésből. Ezután friss, tisztított olajat vezetnek be ugyanazzal a vákuumtöltési eljárással. Az újratöltés után az olajat újra teszteljük. Ezt a folyamatot meg kell ismételni mindaddig, amíg az áttörési feszültség el nem éri a megadott követelményt. Ritka esetekben, amikor maga az olaj a probléma forrása, előfordulhat, hogy az olajat új tételre kell cserélni.

7. Következtetés

A 60 kV-os áttörési feszültség elérése egy olajbemerült transzformátorban egy aprólékosan ellenőrzött gyártási folyamat eredménye, amely az olajtisztítással kezdődik, és vákuumszárításon, ellenőrzött töltésen és szigorú tesztelésen keresztül tart. Ennek a folyamatnak minden egyes szakasza megköveteli a kritikus paraméterek – hőmérséklet, vákuumszint, töltési sebesség és vizsgálati feltételek – pontos szabályozását annak biztosítása érdekében, hogy a végtermék megfeleljen a szükséges dielektromos szilárdsági előírásoknak. Az ebben a cikkben felvázolt szabványok és gyakorlatok, amelyek az IEC 60156, ASTM D1816 és IEC 60076 szabványokon alapulnak, biztosítják a műszaki alapot e kritikus minőségi referenciaérték eléréséhez.

A Lugao Power Co., Ltd.-nél átfogó minőségirányítási rendszert vezettünk be, amely beépíti ezeket a folyamatszabályozásokat és tesztelési szabványokat a transzformátorgyártási műveleteinkbe. Olajbe merített transzformátor termékeinket úgy tervezték és gyártották, hogy élettartamuk során megbízható teljesítményt nyújtsanak. Részletesebb műszaki információkért, folyamatdokumentációért vagy termékspecifikációkért forduljon mérnöki csapatunkhoz.

Lépjen kapcsolatba a Lugao Power Co., Ltd.-vel.olajbemerült transzformátor termékeink műszaki specifikációihoz és minőségi dokumentációjához.