Cum transformatorul cu scufundare în ulei atinge o tensiune de defalcare de 60 kV prin umplerea cu vid?

Datele din industrie indică faptul că aproximativ 30% din defecțiunile premature ale transformatorului sunt direct atribuite umidității excesive și conținutului de gaz din uleiul izolator. O creștere a umidității cu doar 15 părți per milion (ppm) poate reduce tensiunea de defalcare a uleiului de transformator de la 60 kV la sub 30 kV. Această reducere dramatică a rigidității dielectrice subliniază importanța critică a procesului de umplere cu vid în fabricarea transformatoarelor. Pentru untransformator immers în uleievaluat la 33 kV sau mai mult, atingerea și menținerea unei tensiuni de întrerupere de 60 kV nu este o țintă de calitate - este o cerință fundamentală pentru funcționarea fiabilă pe durata de viață a transformatorului de 30-40 de ani.

Acest articol oferă o analiză tehnică sistematică a modului în care transformatoarele cu scufundare în ulei ating o tensiune de întrerupere de 60 kV prin umplere cu vid. Discuția acoperă patru etape esențiale ale procesului: pretratarea uleiului și verificarea calității, uscarea în vid a miezului și a izolației înfășurării, procesul de umplere în vid cu parametri controlați și testarea post-umplere în conformitate cu standardele IEC și ASTM. Fiecare etapă este examinată cu referire la parametrii specifici de proces, cerințele echipamentelor și punctele de control al calității. Articolul abordează, de asemenea, modurile de defecțiune comune și oferă un cadru practic de control al calității pentru producătorii de transformatoare și utilizatorii finali.

Cuprins

• 1. Pre-tratarea uleiului și standarde de calitate
• 2. Uscarea în vid a miezului și înfășurării transformatorului
• 3. Parametrii procesului de umplere cu vid
• 4. Testarea uleiului și verificarea tensiunii de avarie
• 5. Moduri comune de defecțiune și puncte de control al calității
• 6. Întrebări frecvente (FAQ)
• 7. Concluzie

1. Pre-tratarea uleiului și standarde de calitate

Călătoria către atingerea unei tensiuni de defecțiune de 60 kV începe cu pretratarea uleiului de transformator înainte ca acesta să intre în rezervorul transformatorului. Chiar și uleiul de transformator nou, rafinat, conține de obicei umiditate dizolvată, gaze și particule de contaminare care trebuie îndepărtate pentru a obține rezistența dielectrică necesară. Procesul de pretratare se desfășoară într-o fabrică dedicată de prelucrare a uleiului, care include sisteme de încălzire, unități de deshidratare în vid și echipamente de filtrare în mai multe etape. Următorii parametri trebuie verificați înainte ca uleiul să fie considerat adecvat pentru umplerea transformatorului:

• Tensiune de avarie (BDV):≥ 60kV (măsurată în conformitate cu IEC 60156)
• Conținut de umiditate:≤ 10 ppm (măsurată prin titrare Karl Fischer)
• Conținut de gaz dizolvat (DGA):≤ 0,5% din volum (măsurat prin cromatografie gazoasă)
• Factorul de disipare (tan δ):≤ 0,001 la 90°C (măsurată în conformitate cu IEC 60247)
• Număr de particule:≤ 500 de particule per 100 ml (dimensiune ≥ 5μm)
• Rezistivitate:≥ 10¹² Ω·cm la 90°C

Procesul de purificare a uleiului urmează o secvență în trei etape. Prima etapă este încălzirea: uleiul este încălzit la 60-70°C pentru a reduce vâscozitatea și a facilita eliberarea gazelor dizolvate și a umezelii. A doua etapă este deshidratarea în vid: uleiul încălzit este introdus într-o cameră de vid care funcționează la 0,1-0,5 mbar. Sub acest vid, punctul de fierbere al apei este redus, determinând evaporarea umezelii și evacuarea de către pompa de vid. Timpul obișnuit de deshidratare este de 4-8 ore, în funcție de volumul de ulei și de conținutul inițial de umiditate. A treia etapă este filtrarea: uleiul deshidratat trece printr-o serie de filtre cu valori de 5μm și 1μm pentru a îndepărta particulele contaminante. Uleiul procesat este apoi recirculat prin sistem până când toți parametrii specificați sunt atinși.

Următorul tabel rezumă parametrii de pretratare și criteriile de acceptare corespunzătoare.

LaLugao Power Co.,Ltd., menținem o unitate de procesare a uleiului dedicată, echipată cu un rezervor de ulei de 10.000 de litri, o unitate de deshidratare în vid de 300 L/min și un sistem de filtrare în buclă închisă cu filtre absolute de 1 μm. Fiecare lot de ulei prelucrat este prelevat și testat înainte de a fi aprobat pentru umplerea transformatorului. Rezultatele testelor sunt documentate într-un certificat de lot care însoțește transformatorul pe toată durata de viață a acestuia. Acest protocol riguros de pretratare asigură că uleiul care intră în transformator îndeplinește aceleași standarde de calitate ca și uleiul care va fi testat după umplere, punând bazele pentru atingerea tensiunii de avarie de 60 kV.

2. Uscarea în vid a miezului și înfășurării transformatorului

Izolația transformatorului este compusă în principal din materiale pe bază de celuloză - hârtie, carton și lemn - care sunt în mod inerent higroscopice. În condiții atmosferice normale, aceste materiale pot absorbi până la 8% umiditate din greutate. Când un transformator este alimentat, izolația se încălzește și orice umiditate prezentă se vaporizează, reducând rezistența dielectrică atât a izolației solide, cât și a uleiului din jur. Uscarea în vid este procesul de îndepărtare a acestei umidități din sistemul de izolație înainte ca transformatorul să fie umplut cu ulei. Procesul de uscare este critic deoarece chiar și după purificarea uleiului, umezeala prinsă în izolație se va scurge în ulei în timp, reducând tensiunea de defectare.

Procesul de uscare în vid implică de obicei următoarele etape. În primul rând, transformatorul este plasat într-un cuptor de uscare sau încălzit prin circularea uleiului fierbinte prin sistemul de răcire. Miezul și înfășurarea sunt încălzite la 85-105°C pentru a accelera eliberarea umidității. Rezervorul transformatorului este apoi evacuat folosind o pompă de vid pentru a reduce presiunea la 0,1-0,5 mbar. Sub acest vid, punctul de fierbere al apei este redus la aproximativ 40-50°C, permițând evaporarea umezelii din izolație. Umiditatea evaporată este extrasă din rezervor de pompa de vid. Procesul de uscare este continuat până când conținutul de umiditate al izolației scade sub 0,5% în greutate.

Punctul final de uscare este determinat prin una dintre două metode:

• Metoda de creștere a presiunii:Pompa de vid este izolată de rezervorul transformatorului, iar rata de creștere a presiunii este măsurată pe o perioadă definită. Dacă viteza de creștere a presiunii este mai mică de 0,1 mbar pe oră pe o perioadă de 4 ore, uscarea este considerată completă.
• Metoda punctului de rouă:Punctul de rouă al gazului evacuat din transformator este monitorizat continuu. Când punctul de rouă scade sub -40°C, uscarea este considerată completă.

Durata procesului de uscare în vid variază în funcție de dimensiunea transformatorului, de tipul de izolație și de condițiile ambientale. Pentru un transformator tipic de 10 MVA, procesul de uscare poate dura 48-72 de ore. Pentru transformatoarele de putere mai mari, procesul se poate extinde la câteva zile. Următorul tabel oferă parametri tipici de uscare pentru diferite clase de transformatoare.

La Lugao., folosim o combinație de uscare cu vid termic și circulație a uleiului fierbinte pentru a obține eliminarea umidității necesară. Transformatorul este încălzit prin circularea uleiului fierbinte prin sistemul de răcire, în timp ce rezervorul este evacuat simultan. Această metodă asigură o încălzire uniformă și accelerează procesul de uscare. După finalizarea ciclului de uscare, transformatorul este ținut sub vid până când începe procesul de umplere cu ulei, prevenind reabsorbția umidității din atmosferă. Această abordare asigură menținerea conținutului de umiditate a izolației sub pragul de 0,5%, care este esențial pentru atingerea și menținerea unei tensiuni de avarie de 60 kV.

3. Parametrii procesului de umplere cu vid

Odată ce miezul transformatorului și înfășurarea au fost uscate până la conținutul de umiditate necesar, începe procesul de umplere cu ulei. Aceasta este cea mai critică etapă a fabricării transformatorului, deoarece orice eroare din această etapă poate compromite rezistența dielectrică a sistemului de izolație. Procesul de umplere cu vid este efectuat în timp ce rezervorul transformatorului este menținut în vid. Uleiul purificat este introdus în fundul rezervorului și se ridică încet, deplasând vidul. Parametrii procesului trebuie controlați cu atenție pentru a preveni formarea de bule, pentru a asigura pătrunderea completă a izolației și pentru a evita deteriorarea înfășurărilor.

Parametrii cheie ai procesului pentru umplerea cu vid sunt următorii:

• Nivel de vid de pre-umplere:0,1-0,5 mbar, menținut timp de cel puțin 2 ore după finalizarea ciclului de uscare.
• Temperatura uleiului la umplere:60-70°C, menținută pentru a asigura vâscozitate scăzută și caracteristici bune de curgere.
• Viteza de umplere:≤ 300 L/h (pentru transformatoarele mici spre medii; transformatoarele mai mari pot folosi debite proporțional mai mari, dar nu trebuie să depășească viteza cu care uleiul poate pătrunde în izolație).
• Presiune de umplere:În partea de jos a rezervorului, se aplică o ușoară presiune pozitivă (0,1-0,2 bar) pentru a se asigura că uleiul este forțat în înfășurări.
• Vacuum în timpul umplerii:Vidul este menținut în timpul procesului de umplere pentru a elimina orice gaze care pot fi eliberate din ulei sau din izolație.
• Decontare după completare:După ce rezervorul este plin, transformatorul este lăsat să stea timp de 12-24 de ore sub vid sau sub o presiune pozitivă de azot uscat pentru a permite să scape orice bule de gaz rămase.

Viteza de umplere este deosebit de critică. Dacă uleiul este introdus prea repede, turbulențele pot crea bule și este posibil ca uleiul să nu pătrundă complet în izolație. Dacă uleiul este introdus prea încet, procesul devine ineficient. Viteza de umplere este de obicei controlată prin reglarea debitului pompei de ulei sau prin utilizarea unei supape de reducere a presiunii. Pentru transformatoarele mari, procesul de umplere poate fi efectuat în etape, cu pauze pentru a permite uleiului să pătrundă în izolație înainte de a începe etapa următoare. Următorul tabel oferă viteze de umplere recomandate pentru diferite capacități ale transformatorului.

După ce umplerea este completă, transformatorul este de obicei încălzit la 50-60°C folosind sistemul de răcire pentru a spori capacitatea uleiului de a absorbi gazele reziduale și umiditatea. Transformatorul este apoi supus unui tratament final cu vid, cunoscut sub numele de „degazare finală”, pentru a elimina orice gaze care ar fi putut fi absorbite de ulei. Acest pas final asigură că tensiunea de defectare a uleiului rămâne la nivelul țintă de 60 kV sau mai mare. La Lugao Power Co.,Ltd., menținem înregistrări detaliate ale tuturor parametrilor de proces pentru fiecare transformator, inclusiv jurnalele marcate cu timp ale nivelurilor de vid, temperaturilor și debitelor. Aceste înregistrări fac parte din documentația de calitate a transformatorului și sunt păstrate pe toată durata de viață a echipamentului.

4. Testarea uleiului și verificarea tensiunii de avarie

După ce transformatorul a fost umplut cu ulei și lăsat să se stabilească, sistemul de izolație trebuie testat pentru a verifica dacă îndeplinește specificațiile necesare pentru tensiunea de avarie. Testul principal este testarea tensiunii de rupere a uleiului, efectuată în conformitate cu IEC 60156 sau ASTM D1816. Acest test implică aplicarea unei tensiuni la o probă de ulei de transformator la o rată controlată până când uleiul se defectează. Testul este efectuat pe mai multe probe pentru a se asigura că rezultatul este repetabil. Pe lângă testarea uleiului, sistemul complet de izolație a transformatorului este supus unor teste dielectrice pentru verificarea integrității acestuia.

Testul tensiunii de rupere a uleiului se realizează folosind o celulă de testare standard, care constă din doi electrozi separați printr-un spațiu de 2,5 mm. Tensiunea de testare este aplicată la o rată de 2 kV/s. Testul este efectuat pe șase mostre de ulei. Rezultatele primului test sunt aruncate și se calculează media celor cinci teste rămase. Valoarea medie trebuie să fie ≥ 60kV. Dacă valoarea medie este sub 60 kV, uleiul este considerat că a eșuat testul. Procedura de testare și criteriile de acceptare sunt rezumate în următorul tabel:

Pe lângă testul de defectare a uleiului, transformatorul este supus următoarelor teste dielectrice pentru a verifica integritatea întregului sistem de izolație:

• Test de rezistență la frecvența de alimentare:Transformatorul este supus unei tensiuni de 2-3 ori tensiunea nominală timp de 60 de secunde. Nu este permisă nicio defecțiune sau descărcare parțială.
• Test de supratensiune indusă:Transformatorul este supus la o frecvență de 100-400 Hz la o tensiune de 2 ori tensiunea nominală timp de 60 de secunde. Nu este permisă defectarea sau deformarea vizibilă a izolației.
• Test de descărcare parțială:Transformatorul este testat pentru descărcare parțială la o tensiune de 1,1 ori tensiunea nominală. Nivelul de descărcare parțială este măsurat și trebuie să fie sub limita specificată (de obicei 20-50 pC pentru transformatoarele umplute cu ulei).
• Testul Tan Delta:Factorul de disipare al sistemului de izolație este măsurat la 90°C. Valoarea trebuie să fie în limitele specificate în IEC 60076.

La Lugao Power Co.,Ltd., efectuăm aceste teste pe fiecare transformator înainte de a fi expediat. Rezultatele testelor sunt documentate într-un raport de testare cuprinzător care însoțește transformatorul. Testul de tensiune de rupere a uleiului se efectuează pe probe de ulei prelevate din rezervorul transformatorului după procesul de umplere și decantare. Acest lucru asigură că uleiul din transformator este același ulei care a fost testat. Dacă uleiul eșuează testul de tensiune de avarie, întregul proces se repetă până când uleiul îndeplinește specificațiile. Acest regim riguros de testare asigură că transformatorul nostru cu scufundare în ulei îndeplinește cele mai înalte standarde de calitate și fiabilitate.

5. Moduri comune de defecțiune și puncte de control al calității

În ciuda controalelor riguroase ale procesului descrise mai sus, defecțiunile pot apărea în timpul umplerii cu vid. Înțelegerea modurilor de defecțiune comune și stabilirea unor puncte de control robuste pentru controlul calității este esențială pentru menținerea calității consecvente a producției. Această secțiune identifică cele mai frecvente moduri de defecțiune și oferă un cadru de control al calității pentru fiecare etapă a procesului.

Modul de eșec 1: uscare incompletă în vid.Dacă izolația transformatorului nu este uscată la conținutul de umiditate necesar, tensiunea de avarie va fi redusă. Cea mai frecventă cauză a uscării incomplete este nivelul insuficient de vid sau timpul de încălzire inadecvat. Pentru a preveni această defecțiune, nivelul de vid trebuie monitorizat continuu în timpul ciclului de uscare. Testul de creștere a presiunii sau a punctului de rouă trebuie utilizat pentru a verifica punctul final.

Modul de defecțiune 2: Re-contaminare cu ulei.Uleiul poate fi recontaminat în timpul manipulării, depozitării sau umplerii dacă echipamentul nu este curățat corespunzător. Contaminanții precum praful, apa sau alte particule pot pătrunde în ulei prin conexiuni sau în timpul transferului. Pentru a preveni acest lucru, toate echipamentele trebuie curățate și uscate temeinic înainte de utilizare. Rezervoarele de stocare a uleiului trebuie ținute închise și umplute cu azot uscat.

Modul de defecțiune 3: Captarea aerului.Dacă aerul este prins în transformator în timpul umplerii, acesta poate forma bule care reduc tensiunea de defectare. Captarea aerului este mai probabilă dacă viteza de umplere este prea mare sau dacă nivelul de vid nu este menținut în timpul umplerii. Pentru a preveni acest lucru, viteza de umplere trebuie redusă, iar vidul trebuie menținut pe tot parcursul procesului.

Următoarele puncte de control al calității sunt recomandate pentru fiecare etapă a procesului de umplere cu vid:

La Lugao, implementăm un sistem de management al calității care încorporează aceste puncte de control în procedurile noastre standard de operare. Fiecare etapă a procesului este documentată, iar orice abateri sunt investigate și corectate. Această abordare sistematică a controlului calității este esențială pentru menținerea nivelurilor ridicate de fiabilitate pe care clienții noștri le așteaptă de la produsele noastre cu transformatoare immerse în ulei.

6. Întrebări frecvente (FAQ)

Întrebarea 1: Tensiunea de avarie de 60 kV este o valoare garantată pentru întreaga durată de viață a transformatorului sau scade în timp?

Răspuns: 60kV este o valoare minimă garantată la momentul fabricației și punerii în funcțiune. Pe parcursul duratei de funcționare a transformatorului, tensiunea de avarie va scădea treptat din cauza degradării uleiului, a pătrunderii umidității și a acumulării de particule. Cu toate acestea, cu o întreținere adecvată - inclusiv testarea periodică a uleiului, filtrarea și uscarea - tensiunea de avarie poate fi menținută peste niveluri acceptabile. Standardele din industrie cer de obicei ca uleiul să fie înlocuit sau recondiționat atunci când tensiunea de avarie scade sub 30kV.

Întrebarea 2: Care este diferența de tensiune de avarie între transformatoarele umplute cu vid și cele umplute convențional?

Răspuns: Un transformator umplut în mod convențional (umplut sub presiune atmosferică fără uscare în vid) atinge în mod obișnuit o tensiune de întrerupere de 30-40 kV. Un transformator umplut cu vid, cu pre-uscare și procesare în vid corespunzătoare, atinge în mod constant 60 kV sau mai mult. Această diferență de 20-30 kV reprezintă o îmbunătățire semnificativă a marjei de siguranță și a fiabilității. Tensiunea de avarie mai mare reduce riscul de defectare a izolației, în special în timpul supratensiunii sau a fulgerelor.

Întrebarea 3: Este necesară umplerea cu vid pentru transformatoarele de distribuție mici (≤ 10kV)?

Răspuns: Pentru transformatoarele de distribuție evaluate la 10 kV și mai jos, umplerea cu vid nu este întotdeauna obligatorie, dar este din ce în ce mai considerată o bună practică. În timp ce aceste transformatoare pot funcționa cu o tensiune de întrerupere de 30-40 kV, umplerea cu vid oferă o marjă de siguranță mai mare și o fiabilitate îmbunătățită pe termen lung. Multe utilități specifică acum umplerea cu vid pentru toate achizițiile de transformatoare noi, indiferent de tensiunea nominală, ca parte a cerințelor lor de asigurare a calității. La Lugao Power Co.,Ltd., aplicăm umplere cu vid tuturor produselor noastre cu transformatoare immerse în ulei.

Întrebarea 4: Cum își poate menține uleiul de transformator tensiunea de defectare în timpul funcționării?

Răspuns: Menținerea tensiunii de avarie în timpul funcționării necesită un program cuprinzător de întreținere. Trebuie prelevate și testate probe regulate de ulei pentru tensiunea de avarie, conținutul de umiditate și conținutul de gaz dizolvat. Dacă tensiunea de avarie scade sub 45 kV, uleiul trebuie filtrat și deshidratat. Dacă conținutul de umiditate depășește 20 ppm, uleiul trebuie uscat. Unele transformatoare sunt echipate cu sisteme online de filtrare a uleiului care îndepărtează continuu umezeala și particulele, menținând calitatea uleiului la un nivel optim.

Întrebarea 5: Care este acțiunea corectivă dacă testul tensiunii de defectare a uleiului eșuează după umplere?

Răspuns: Dacă testul tensiunii de întrerupere a uleiului eșuează după umplere, transformatorul este de obicei reprocesat. Uleiul eșuat este scurs, iar transformatorul este supus unui nou ciclu de uscare în vid pentru a îndepărta umezeala din izolație. Uleiul proaspăt, purificat este apoi introdus folosind același proces de umplere în vid. După reumplere, uleiul este din nou testat. Acest proces poate fi necesar să fie repetat până când tensiunea de întrerupere îndeplinește cerințele specificate. În cazuri rare în care uleiul în sine este sursa problemei, este posibil ca uleiul să fie înlocuit cu un lot nou.

7. Concluzie

Obținerea unei tensiuni de întrerupere de 60 kV într-un transformator cu scufundare în ulei este rezultatul unui proces de producție controlat meticulos, care începe cu purificarea uleiului și se extinde prin uscare în vid, umplere controlată și testare riguroasă. Fiecare etapă a acestui proces necesită un control precis al parametrilor critici - temperatură, nivel de vid, viteza de umplere și condiții de testare - pentru a se asigura că produsul final îndeplinește specificațiile de rezistență dielectrică necesare. Standardele și practicile prezentate în acest articol, bazate pe IEC 60156, ASTM D1816 și IEC 60076, oferă baza tehnică pentru atingerea acestui standard de calitate critic.

La Lugao Power Co.,Ltd., am implementat un sistem cuprinzător de management al calității care încorporează aceste controale de proces și standarde de testare în operațiunile noastre de fabricație a transformatoarelor. Produsele noastre de transformatoare cu scufundare în ulei sunt proiectate și fabricate pentru a oferi performanțe fiabile pe durata de viață. Pentru informații tehnice mai detaliate, documentație de proces sau specificații ale produsului, vă rugăm să contactați echipa noastră de ingineri.

Contactați Lugao Power Co.,Ltd.pentru specificațiile tehnice și documentația de calitate pentru produsele noastre cu transformatoare immerse în ulei.