Очистка трансформаторного масла: основные методы и способы

очистка трансформаторного масла

Очистка трансформаторного масла позволяет увеличить жизненный цикл масла и надежность работы трансформаторов. Период надежной эксплуатации изоляционных материалов внутренних систем силовых трансформаторов во многом определяет срок их бесперебойной и безаварийной работы. И немалую роль среди них играет трансформаторное масло.

Наиболее широка, как известно, используется жидкая изоляция и твердая изоляция (бумага, лес, т.е. целлюлозная продукция). Изоляционное трансформаторное масло обеспечивает около 80% электрической прочности систем. Они становятся хорошей изоляционной средой, когда ими насыщаются изоляционные бумаги, картоны ткани и увеличивают пробивное электрическое напряжение материалов, которыми изолируются обмотки. Коэффициент вязкости характеризует способности масел к охлаждению внутренних деталей.

Предотвращение окисления трансформаторного масла позволяет двигателям работать под влиянием высоких температур и от серьезных поломок предохраняет систему изоляции, поскольку научно доказано, что большинство аварий трансформаторов происходит из-за повреждения системы изоляции.

Целлюлозные материалы являются слабейшими цепями в общей системе изоляции трансформаторов. Загрязнение внутренней среды изоляции различными примесями, такими как вода, растворенные газы, механические частицы и т.п., является причиной усадки изоляции, приводит к разрушению лаков и целлюлозных материалов. Целлюлозная изоляция является проводником разрядов и токов, а так же легко впитывает влагу, что приводит к перегреву.

Причины ухудшения состояния трансформаторного масла

Одним из главных катализаторов, которые приходят к быстрому изнашиванию трансформаторных масле, а вместе с ними системы изоляции и общих рабочих характеристик силовых трансформаторов, является вода. Ее попадание во внутренние системы в различных количествах неизбежно. В результате воздействия влаги вместе с другими загрязнителями, трансформаторное масло стареет, способствует появлению разных продуктов окисления, осадка, шлама, вступает в различные реакции с металлами обшивки.

При появлении в масле воздуха и влаги, старение изоляционного масла происходит даже при небольших рабочих нагрузках. Вода, которая попадает в трансформаторное масло, состоит из чистой воды, воды растворенной в продуктах распада масла, растворенной воды и воды, которая имеет химическую связь. Полностью вывести воду из твердой изоляции невозможно.

Трансформаторное масло способно растворить больше воды под воздействием высоких температур. Если смесь масла с водой охладить, вода уйдет в осадок. Отторженная вода впитается в изоляцию, или снова вступит в реакцию с маслом. Изоляционная бумага поглощает воду с масла и удерживает ее внутри, в местах самого высокого напряжения. Кислоты, сформированные в процессе старения трансформаторного масла, так же негативно воздействуют на целлюлозу и металлы и создают мыльный металл, альдегид, спирт, которые осаждаются как кислотные грязи на изоляции, боковых стенах бака, в дыхательной системе, системе охлаждения, и т.п.

И хотя тепло и вода являются главными врагами твердой изоляции, при правильном обслуживании охладительной и изоляционной систем, срок их эксплуатации можно продлить до 60 лет. Ранее применявшееся оборудование только для осушки трансформаторного масла теперь безнадежно устарели. Полезные качества масла можно полностью восстановить. К тому же таким образом они будут практически идентичны аналогичным характеристиками свежего масла. Срок использования изоляционного масла при хорошем обслуживании можно продлить на неограниченный срок.

Способы очистки трансформаторного масла

Все способы очистки трансформаторного масла от загрязнений можно условно разделить на химические, физические и физико-химические.

Химические способы очистки

Это кислотная и щелочная очистка, восстановление масел гидратами металлов. Они позволяют удалять из масел асфальто-смолистые, кислые, некоторые гетероорганические соединения и воду.

Кислотная очистка представляет собой обработку масел концентрированной серной кислотой. Этот способ базируется на разном взаимодействии серной кислоты с углеводородами и примесями, находящимися в очищаемом продукте. Наиболее интенсивно она вступает в реакцию с непредельными углеводородами. При нормальной температуре протекания процесса очистки серная кислота не взаимодействует с алкановыми и циклановыми углеводородами. При повышенной – наблюдается частичное растворение ароматических углеводородов. Поэтому при очистке нефтепродукты необходимо нагревать до температуры 40-50 ºС. Одновременно достигается уменьшение вязкости масла и улучшение его перемешивания с серной кислотой.

Эффективность такой очистки зависит от количества и концентрации кислоты, времени ее контакта с маслом, температуры и режима процесса.

На практике преимущественно используется 96%-ная серная кислота. Ее расход составляет в среднем 3-5% от массы очищаемого масла, а время перемешивания – 25-30 минут.

При щелочной очистке масло обрабатывают гидроокисью натрия, карбонатом натрия и тринатрийфосфатом. Щелочь может оказывать влияние на органические, нафтеновые, ди- и оксикарбоновые кислоты. В результате протекания химических реакций образуются водорастворимые натриевые соли (мыла), которые удаляют вместе с водным раствором щелочи после отстаивания.

Восстановление гидридами металлов – это обработка масел соединениями кальция, лития, алюминия. Она позволяет удалять не только воду, но и карбоновые кислоты. Недостатком метода является дороговизна реагентов, а также необходимость очистки масла от твердых продуктов и нейтрализации газообразных веществ, выделяющихся во время реакции.

Физико-химические методы

Базируются на использовании специальных веществ – коагулянтов, ионообменных смол или адсорбентов.

Коагуляция – это укрупнение и выпадение в осадок асфальто-смолистых веществ, находящихся в масле в мелкодисперсном состоянии. Коагулянтами могут выступать органические и неорганические электролиты, поверхностно-активные вещества (неэлектролиты), коллоидные растворы поверхностно-активных веществ и гидрофильные высокомолекулярные соединения.

Адсорбция – это способ очистки масел, основанный на свойствах некоторых веществ (адсорбентов) удерживать вредные примеси на наружной поверхности гранул и внутренней поверхности капилляров, пронизывающих эти гранулы. Адсорбентами могут выступать природные (отбеливающие глины) и синтетические (силикагели, окись, алюминия, цеолиты) вещества.

Ионообменная очистка осуществляется за счет того, что ионообменные смолы могут удерживать соединения, в свободном состоянии диссоциирующие на ионы.

Физические способы

Основное отличие физических способов – это неизменность химической основы очищаемого масла. Они позволяют удалить механические примеси, горючее, воду, смолистые асфальтообразные и коксообразные вещества.

Наиболее часто среди всех физических способов на практике используют  фильтрацию и очистку отработанных масел силовым полем.

Наиболее простым подходом считается гравитационная очистка, поскольку в этом случае взвешенные твердые частицы загрязнений и микрокапли воды выпадают в осадок под действием силы тяжести. Скорость осаждения частиц зависит от высоты столба масла, размера примесей, а также отношения плотностей и вязкости осаждаемых веществ и масла. Увеличить скорость осаждения можно за счет повышения температуры масла. Но тут существует определенная граница (90 ºС), выше которой начинается кипение масла, что недопустимо.

Для увеличения эффективности процесса очистки масел от механических частиц используют поле центробежных сил. Но масло избавляется только от тех примесей, плотность которых превышает плотность жидкости.

С целью удаления из трансформаторного масла твердых ферромагнитных частиц проводят очистку в магнитном поле. Последнее может создаваться либо с помощью постоянных, либо электрических магнитов. Кроме частиц с магнитными свойствами магниты могут притягивать также и некоторые другие загрязнения. Этому способствует эффект электризации немагнитных тел.

Вибрационная очистка – это удаление из масла коагулировавших в поле колебаний твердых частиц.

Также для очистки трансформаторных масел могут применять электростатическую очистку. При этом примеси, перемещаясь вместе с жидкостью, трутся о нее и под воздействием сил трения получают заряд определенного знака. При появлении электрического поля загрязнения, получившие заряд, начинают притягиваться к противоположно заряженным электродам.

Фильтрация – это отделение от масла взвешенных твердых частиц при помощи пористых фильтрующих материалов. Данный способ является достаточно распространенным из-за относительной технической простоты и надежности.

Как видно из приведенного обзора, в случае сильно загрязненного трансформаторного масла для восстановления его свойств (регенерации) необходимо применять определенную комбинацию методов. От правильности ее компоновки во многом и зависит конечный результат.

Методы очистки трансформаторного масла без отключения трансформатора

Методы очистки трансформаторного масла бывают самые разные. Но обо всем по порядку. Использование многих электрических аппаратов типа трансформаторов, масляных выключателей, реакторов и т.п. не обходится без жидкого электроизоляционного материала. В научной литературе он может встречаться под различными названиями: минеральное, трансформаторное, электроизоляционное или нефтяное масло. Поясним происхождение каждого из терминов. Во-первых, маслом жидкий электроизоляционный материал стали называть из-за его вязкости и густоты.

Словосочетание «трансформаторное масло» появилось благодаря тому, что такой продукт чаще всего использовался именно в силовых трансформаторах. Электроизоляционное масло – потому что именно электроизоляционная функция является главной. Название минеральное или нефтяное масло пошло от продукта, из которого его получают – нефти. Напомним, что существуют также масла на растительной основе, а некоторые из них могут использоваться в электрооборудовании. Например, диэлектрическая жидкость FR3.

С целью снижения веса и размеров силовых масляных трансформаторов их изготавливают с принудительным масляным охлаждением, т.е. на жидкость кроме электроизоляционной возлагается еще и функция отведения тепла от нагревающихся частей агрегата.

Чистота масла

Является необходимым условием надежной и качественной работы силового трансформатора. Но во время эксплуатации на диэлектрическую жидкость воздействует ряд негативных факторов: кислород воздуха, высокие температуры, влага, механические примеси и т.п. В результате этого масло загрязняется и теряет свои свойства, что делает выполнение эксплуатационных функций в полной мере невозможным. Появляется риск возникновения сбоев в работе трансформатора, а в некоторых случаях и аварийных ситуаций. Для того, чтобы исключить подобные явления, текущее состояние масла строго контролируется и в случае появления предпосылок для ухудшения его состояния сразу же проводится процедура очистки.

На сегодняшний день на рынке доступно много установок очистки трансформаторных масел. Большинство из них требуют выведения трансформатора из-под напряжения и только после этого можно приступать к удалению механических примесей, воды и газов. Это не очень удобно, поскольку отключение трансформатора может оставить без электричества как рядовых потребителей, так большие промышленные предприятия. Проблему можно решить путем введения резерва, но что делать, если он не предусмотрен или по каким-либо причинам это попросту невозможно?

В этом случае необходимо оборудование, способное проводить очистку трансформаторного масла без отключения трансформатора. И такое оборудование есть!

Системы очистки трансформаторного масла в полевых условиях

Трансформаторные масла по своей сути являются жидкими диэлектриками и должны обеспечивать изоляцию токонесущих частей электрооборудования, служить теплоотводящей средой, а также способствовать быстрому гашению электрической дуги в выключателях. Данный вид масел принадлежит к более широкому классу, который получил название «изоляционные масла». Кроме трансформаторных масел сюда также относятся конденсаторные и кабельные масла, а также масла для выключателей. Уже из самого названия понятно, что трансформаторные масла чаще всего используются для заливки силовых и измерительных трансформаторов. Немного реже их применяют в реакторном оборудовании и масляных выключателях. Системы очистки трансформаторного масла нужны в первую очередь для повышения надежности и срока службы трансформаторов.

Силовые трансформаторы условно делятся на масляные, т.е. такие, в которых охлаждение электрических обмоток происходит при помощи трансформаторного масла, и сухие. Масляные трансформаторы обладают более широким спектром эксплуатационных характеристик, что позволяет им занимать львиную долю рынка соответствующего оборудования.

Виды силовых трансформаторов с масляным охлаждением

Среди наиболее распространенных видов масляных трансформаторов с масляным охлаждением стоит выделить общепромышленные, железнодорожные, однофазные, трансформаторы напряжения и трансформаторы для нефтедобычи.

Общепромышленные трансформаторы используются при комплектации проходных и тупиковых подстанций, а также при индивидуальном электроснабжении экскаваторных и карьерных комплексов, буровых установок.

Железнодорожные трансформаторы необходимы для организации полноценного электроснабжения железных дорог, которое характеризуется особенностями в виде использования переменного и постоянного тока, а также наличия коммутационных процессов в системах управления, защиты и контроля.

Однофазные трансформаторы часто причисляют к аппаратам специального назначения. Их основное использование – работа в составе систем защиты электрических сетей. Данные трансформаторы способны выдавать достаточно точные значения параметров электрического тока и могут применяться при электроснабжении однофазных потребителей небольшой мощности.

Трансформаторы напряжения используются для точного учета потребляемой электроэнергии, а также в системах релейной защиты, автоматики и управления электрическими сетями. Могут быть как однофазными, так и трехфазными.

Трансформаторы для нефтедобычи обеспечивают питание погружных насосов, которые эксплуатируются в скважинах на больших глубинах, а также сопутствующего оборудования.

Срок службы трансформаторов

Чем дольше и надежнее работает силовой трансформатор – тем меньшие денежные затраты несет предприятие, на котором он эксплуатируется. Поэтому к вопросу срока службы такого оборудования всегда приковано повышенное внимание. Отметим, что в научной литературе нет единой точки зрения относительно нормированного временного интервала, на протяжении которого трансформатор, при выполнении соответствующих ремонтных и сервисных работ, работает надежно и без сбоев. В общем случае срок службы силовых трансформаторов принимается равным 20 годам. Эта величина определяется старением изоляции, которое резко возрастает с повышением температуры обмотки. А за отвод тепла, как известно, в этом случае отвечает именно трансформаторное масло. Поэтому вполне логично, что существует связь между сроком службы трансформатора и сроком службы его изоляционной жидкости.

Трансформаторные масла должны иметь бессменный срок службы на уровне 20-25 лет, что достигается за счет:

  • изоляции масла от контакта с кислородом воздуха с помощью пленочных диафрагм и азотной защиты;
  • очистки масла от накопленных в процессе предыдущей эксплуатации вредных примесей;
  • разработкой новых сортов масел с повышенной стабильностью против окисления.

Особенности очистки трансформаторного масла в разных условиях

Очистка трансформаторного масла может осуществляться как в стационарных условиях на территории собственных производственных баз, так и в так называемых «полевых» условиях, т.е. по месту непосредственной эксплуатации трансформатора. Первый вариант менее затратный для исполнителя работ и не выдвигает повышенных требований к мобильности маслоочистительного оборудования. Во втором случае очистка трансформаторного масла проводится вдали от мест постоянного размещения маслоочистительных установок и возникают дополнительные затраты на их транспортировку. При этом далеко не все оборудование в силу своих конструктивных особенностей может быть доставлено на территорию постоянной эксплуатации силового трансформатора.

Установки и оборудование для очистки трансформаторного масла

Компания GlobeCore предлагает универсальное маслоочистительное оборудование, принцип действия которого базируется как на классических, так и на инновационных способах очистки трансформаторных масел. Применение аутентичных регенерационных технологий делает установки GlobeCore максимально выгодным решением. GlobeCore – это три в одном: экологически чистое производство, получение прибыли и экономия топливно-энергетических ресурсов!

Современные комплексные установки для очистки трансформаторного масла включают в себя процессы дегазации, осушки, осветления. Фильтрации и регенерации. В результате конечный продукт имеет те же характеристики, что и у свежезакупленного масла. Затраты на поставку свежего масла, его хранение и очистку снижаются. Деньги, потраченные на покупку трансформаторного масла, которое впоследствии участвовало в производственном процессе и подвергалось восстановлению, окупаются.

Стоимость регенерации отработанного трансформаторного масла всегда рассматривается в соотношении с высокими затратами на закупку новых ресурсов и возможными потерями от простоя производственной техники. Стоит ли отдельно отмечать, что в связи с явными преимуществами для экономии и быстрым периодом окупаемости, владельцы систем для полного восстановления рабочих жидкостей всегда в выигрыше.

Речь идет об установках типа СММ-Р торговой марки GlobeCore. Принцип их работы базируется на пропускании загрязненного масла через сорбент, который обладает микропористой структурой. Происходит так называемая «молекулярная фильтрация», в результате которой вредные примеси и продукты старения масла задерживаются в гранулах сорбента. Особенностью установок СММ-Р является возможность работы в режиме реактивации сорбента, которая предусматривает очистку микропор и удаление накопившихся в них веществ в специальный сборник и угольный фильтр. Таким образом, проблема утилизации сорбента решается на период от 1,5 до 2 лет (около 300 возможных реактиваций).

Установки и оборудование для очистки трансформаторного масла

СММ-Р осуществляет комплексную обработку масла за счет наличия трех блоков: дегазации, регенерации и ингибирования.

Перед началом очистки масла сначала необходимо убедиться в том, что трансформатор не является аварийным. Для этого берутся первоначальные пробы масла, на основе анализа которых делается вывод о возможности работы во включенном или выключенном состоянии.

Если трансформатор находится в рабочем состоянии, то можно проводить очистку масла без его вывода из-под напряжения. Производительность работы установок СММ-Р в этом случае равна половине от полной производительности. В случае выключения трансформатора влияние турбулентного движения масла на него минимально, поэтому существует возможность работы с максимальной производительностью.

GlobeCore

Оставить запрос




Оборудование GlobeCore