Воздухоосушитель трансформатора для чего нужен
Назначение и характеристика силикагеля в силовых трансформаторах, правила замены
При работе трансформатора на полной эксплуатационной нагрузке изолирующее масло устройства интенсивно нагревается. Происходит расширение масла с последующим вытеснением в резервуар, находящийся в верхней части трансформатора. В завершение этого процесса сухой воздух выталкивается из ёмкости через сапун. Активное поглощение излишней влаги из воздуха обеспечивает силикагель для трансформатора, находящийся в сапуне.
Для чего используют силикагель в трансформаторах
Специалисты говорят, что при работе трансформатор «дышит». «Вдох» устройства – захват воздуха из атмосферы, который подсасывается при остывании трансформаторного масла. «Выдох» – выход через сапун нагретого воздуха с пониженной влажностью.
Зачем нужен сапун?
Во время работы трансформатора входящий воздух включает в себя избыточную влагу и частицы пыли. Они должны быть удалены, чтобы предотвратить повреждение агрегата. Для этого воздух проходит через специальный дыхательный клапан, являющийся промежуточной ёмкостью между резервуаром с маслом и окружающей средой. В полости сапуна содержится силикагель: вещество, которое активно захватывает влагу из воздуха, обеспечивая поступление в трансформатор только сухого воздуха.
Количество силикагеля не превышает 1,0…1,25 % от общей массы трансформаторного масла, находящегося в резервуаре.
Важно! Наличие силикагеля особенно эффективно при резких колебаниях температуры в помещении или на площадке, где установлен трансформатор. В зависимости от этого внешний воздух содержит разное количество влаги. Эта влага при повышенных температурах может частично смешиваться с маслом, ухудшая его охлаждающие возможности. Одновременно ухудшаются и условия изоляции агрегата, поскольку влага – хороший проводник электричества. Таким образом, данный гель обеспечивает безопасность функционирования трансформатора.
Разновидности и характеристики
Рассматриваемый абсорбент представляет собой полупрозрачный стеклообразный материал, который содержит хлорид кобальта. Эта соль имеет большой удельный вес, и является точным индикатором влаги в объёме, где она находится. Вещество выпускается в виде шариков или гранул, которые в исходном состоянии имеют синий цвет, характерный для большинства химических соединений кобальта.
Когда продукт, засыпанный в нужном количестве, соприкасается с влагой, его цвет постепенно изменяется с тёмно-синего вначале на светло-синий, а затем – на розовый. Это является визуальным признаком поглощения силикагелем влаги из воздуха. Такое изменение цвета сигнализирует пользователю о том, что вещество требует замены.
Контрастное изменение цвета очень удобно для текущего контроля влажности в резервуаре с трансформаторным маслом.
Гораздо реже встречается продукт с шариками оранжевого цвета; при накапливании в них влаги цвет шариков становится тёмно-зелёным.
Важно! На эффективность работы вещества цвет влияния не оказывает.
Эксплуатационные характеристики силикагеля – геля кремниевой кислоты, иногда с добавлением трёхокиси алюминия – определяются ГОСТ 5936-76:
Как производится замена
Силиконовый (или поликарбонатный) сапун трансформатора конструктивно очень прост. В ёмкость следует засыпать силикагель, после чего подсоединить сапун к выходному отверстию трансформатора при помощи трубки. Масло в уплотнительной чашке действует как барьер между кристаллами/гранулами вещества и воздухом, при условии, что проток воздуха через сапун с силикагелем мал или отсутствует.
Когда существует достаточная разница между давлением внутреннего и наружного воздуха, уровень масла изменяется до тех пор, пока нижняя граница не достигнет края перевернутой чашки. Затем воздух перемещается из отсека высокого давления в отсек низкого давления сапуна. И то, и другое происходит, когда масло действует как фильтр с сердечником, удаляя пыль из наружного воздуха.
Перед заполнением сапуна абсорбентом выполняются следующие операции:
Проверку выполняют при выключенном трансформаторе.
Требующееся количество силикагеля определяется объёмом основного бака трансформатора, а также количеством трансформаторного масла в агрегате.
Использованный абсорбент может быть реактивирован путем нагревания в тонкостенной открытой ёмкости (или вентилируемом шкафу) при температуре от 150 до 200°С в течение двух-трех часов, критерием пригодности вещества к применению является восстановление первичного цвета продукта.
Периодичность замены в осушителе
Сроки замены абсорбента сложно предсказать из-за множества переменных, связанных с погодой и нагрузкой на оборудование. Визуальный контроль цвета, описанный выше – один из чаще всего применяемых способов. Вторым считается использование так называемых самовосстанавливающихся сапунов. Они представляют собой более дорогие, но и более удобные устройства, включающие в себя нагреватель, обеспечивающий автоматическую регенерацию продукта.
Нагрев начинается, когда датчики инфракрасных волн фиксируют изменение цвета вещества. Регенерацию производят обычно тогда, когда трансформатор выключен или работает в режиме минимальной мощности. Такие сапуны изолированы от масляного бака, оснащены устройствами дистанционного оповещения и могут работать в течение многих лет, предусматривая только незначительные ежегодные проверки.
Встроенные элементы управления позволяют воздухоосушителям управлять параметрами влажности. Частота, которая нужна для полной регенерации силикагеля, настраивается на определённые интервалы – от 2 до 20 дней. Доступны также опции, форсирующие цикл регенерации, если относительная влажность в воздухе становится чрезмерной.
Самовосстанавливающиеся сапуны работают лишь с химически чистым маслом. Для остальных ситуаций периодичность замены абсорбента устанавливается согласно ПТЭ §35-27: 1 раз в четыре года.
Воздухоосушитель трансформаторов
Воздухоосушитель предназначен для поглощения влаги из воздуха, поступающего в расширитель; в трансформаторах I и II габаритов он встроен непосредственно в расширитель.
Воздухоосушитель, встроенный в расширитель
Внутренняя трубка 5 воздухоосушителя вставлена в отверстие верхней части расширителя и приварена маслоплотным швом к его стенке, наружная трубка 4 установлена диаметрально противоположно внутренней. К наружной трубке прикреплен прижимными фланцами 8 и болтами 7 на резиновой прокладке 11 колпак 10 из органического стекла. Колпак и нижнюю часть внутренней трубки заполняют индикаторным силикагелем, а верхнюю — силикагелем или цеолитом до уровня, не превышающего максимальный уровень масла 3 в расширителе. При изменении температуры и уменьшении объема масла в расширителе из атмосферы через масляный затвор 2, внутреннюю трубку 5, силикагель 6, индикаторный силикагель 9 и наружную трубку 4 поступает в верхнюю полость расширителя воздух. При увеличении объема масла воздух проходит по этому пути в обратном направлении. Об увлажненности силикагеля судят по изменению цвета индикаторного силикагеля, за которым наблюдают через колпак.
Воздухоосушитель, устанавливаемый на расширителях трансформаторов III габарита и выше, состоит из металлического корпуса 1 (рис. 2) цилиндрической формы, заполненного силикагелем 3, решетки с сеткой 7, сетчатого патрона 4, заполненного индикаторным силикагелем и закрытого крышкой 5 со смотровым стеклом 6. В нижнюю часть воздухоосушителя вмонтирован масляный затвор, работающий по принципу сообщающихся сосудов и служащий для предохранения силикагеля от постоянного соприкосновения с воздухом и очистки воздуха от механических примесей (они, проходя через масло, оседают в нем). Масляный затвор имеет несколько отверстий с пробками: 13 — для слива отработанного масла, 10 — для слива масла до нормального уровня в затворе и отверстие для заливки трансформаторного масла (последнее на рисунке не показано).
Воздухоосушитель, устанавливаемый на расширителях трансформаторов III габарита и выше
Когда уровень масла в расширителе понижается, его объем пополняется воздухом: он проходит через трубку 9, приваренную к дну 12 масляного затвора, затем через слой трансформаторного масла 11, отверстие в стенке 8 затвора, через решетку с сеткой и слои силикагеля, отбирающего у воздуха влагу. Далее по патрубку 2 и трубе сухой воздух попадает в расширитель. При увеличении объема масла в расширителе воздух идет в обратном направлении. Для контроля за уровнем масла воздухоосушители имеют маслоуказатель (на рисунке не показан).
Принцип работы, устройство и эксплуатация воздухоосушителя трансформатора
Большинство силовых трансформаторов функционируют на наружных площадках, где колебания относительной влажности воздуха бывают значительными. В таких условиях всегда вероятен пробой воздушного промежутка, с незамедлительным срабатыванием защитных реле. Чтобы этого не случилось, необходим воздухоосушитель трансформатора.
Принцип работы
Основная задача узла – поддерживать низкий уровень влажности, прежде всего в нижней части корпуса, поскольку в противном случае ухудшаются изоляционные свойства не только воздуха, но и поверхностных диэлектрических покрытий. Поэтому последовательность процедур, проводимых данным узлом, такова:
В качестве осушительного реагента для маслонаполненных трансформаторов часто принимают силикагель марки КСМ по ГОСТ 3956-84. Это вещество наиболее эффективно осушает воздух, необходимый трансформатору при его работе.
Принцип действия воздухоосушителя трансформатора заключается в следующем. Когда нагрузка на трансформатор возрастает, или когда трансформатор действует в предельно возможном режиме (притом длительное время), трансформаторное масло нагревается, расширяется и вытесняется в резервуар-накопитель, расположенный в верхней части агрегата.
Далее происходит выталкивание сухого воздуха из резервуара-охладителя через промежуточную среду, состоящую из силикагеля. Когда масло остывает, воздух из атмосферы вновь втягивается в трансформатор. Специалисты называют такой процесс дыханием трансформатора.
Проблема заключается в том, что входящий воздух может включать в себя мельчайшие взвеси и пыль. Их необходимо удалять, поскольку в мощных электромагнитных полях все подобные частицы обладают способностью электростатически притягиваться к токоведущим частям.
Из-за этого возможна авария трансформатора. Поэтому входящий воздух вначале проходит через силикагель, который поглощает влагу и гарантирует, что к агрегату попадет только сухой воздух.
Устройство
Узел трансформаторного воздухоосушителя включает в себя:
Взаимодействие отдельных элементов воздухоосушителя таково. Перед прохождением через угольный фильтр поступающий воздух тщательно просушивается, проходит через узел поршневого клапана и направляется в камеру абсорбера. Во время абсорбции происходит сушка сжатым воздухом. Далее из камеры абсорбера сухой сжатый воздух проходит через блок сапуна.
При сушке сжатого воздуха в камере осушитель, который находится в корпусе, регенерируется. Остатки влаги сбрасываются в атмосферу через сапун вниз, проходя сквозь слой осушителя, в процессе чего десорбированная влага удаляется наружу.
Часть сухого сжатого воздуха проходит через игольчатый клапан или диафрагму. При завершении процесса регенерации продувочный клапан закрывается, а корпус медленно разгерметизируется до нормального атмосферного давления.
Эффективная точка росы при нормальных условиях работы устройства должна находиться в пределах 15…18°C или несколько выше. Управление этим параметром осуществляется абсорбером, в который входят сушилка-охладитель и тепловая сушилка.
В процессе работы силикагель требуется восстанавливать. Для контроля пригодности используют изменение цвета вещества. Исходный силиконовый гель, который в необходимом количестве помещают в сапун, должен иметь синий цвет.
После поглощения влаги цвет меняется на розовый; это является основанием замены кристаллов. Для более быстрого осаждения частиц пыли все компоненты воздухоосушителя располагают в масляной ванне.
Варианты технологического исполнения
Эффективность действия воздухоосушителей трансформаторов оценивается по таким показателям, как разница относительных влажностей входящего и выходящего воздуха, температурные градиенты, степень очистки воздуха от механических примесей. Современные конструкции обеспечивают эффективную работу узла при средних рабочих температурах 22…30 0 С, и при относительной влажности сухого воздуха не выше 75 %.
Однако неприятности может доставить и чересчур сухой воздух: в этом случае он негативно воздействует на смазку частей трансформатора, пересушивая ее. Поддержание заданных условий работы рассматриваемой системы обеспечивается контрольно-исполнительными реле.
В некоторых случаях вместо силикагеля используют гексафторид серы (или элегаз) – тяжелое газообразное вещество, плотность которого при нормальных условиях составляет 6,16 г/л.
При наполнении герметичного корпуса элегазом, электропроводность среды уменьшается в несколько раз, соответственно увеличивается и напряжение пробоя. Воздухоосушитель, работающий в такой среде, может быть использован для поддержания режима нормальной эксплуатации особо мощных трансформаторов.
При высоких температурах элегаз теряет свою химическую стабильность, и разлагается. Продукты распада – фторид водорода, диоксид серы, фторид серы и тионилфторид.
При реакции может образовываться фтористоводородная кислота, которая является коррозионно-активным веществом и будет активно взаимодействовать с компонентами электрического оборудования. Для поддержания этих низких уровней влажности в корпусе воздухоочистителя должен находиться пассивный раствор влагопоглотителя.
Потери элегаза на 1 кДж трансформируемой энергии составляют до 7 % от первичного объема. Поэтому запасы гексафторида серы периодически необходимо пополнять.
Эксплуатация
Стабильная работа воздухоосушителей достигается не только применением эффективных влагопоглощающих веществ, но и разумным использованием имеющихся внутри трансформатора высоких электростатические полей.
Работа электростатических сил, обеспечивающих удаление частиц из воздуха происходит из-за облака свободных электронов, через которые частицы пыли вынуждены проходить. При этом частицы приобретают заряд, что облегчает их сбор. Электростатические осадители, которые используются в качестве фильтров, могут собирать частицы диаметром до 0,01 мкм – значений, недоступных для фильтров других типов.
Однако электростатические фильтры не могут удалять летучие органические соединения из воздуха, поэтому беспомощны при потребности убрать неприятные запахи. По этой причине большинство современных осушителей воздуха, применяемых в трансформаторах, оснащены фильтрами предварительного и окончательного осушения. В начале технологической цепочки помещают группу из электростатических фильтров, а затем – фильтры с силикагелем или гексафторидом серы.
Технологические параметры рассматриваемых узлов регламентируются требованиями ГОСТ 27050-86. Оговаривается:
Регламентное обслуживание воздухоосушителей заключается в подготовке силикагеля к применению (пропитка и сушка), контроле за работой запорно-регулирующей арматуры, очистке фильтров, а также в периодическом восстановлении работоспособности осушительных реагентов.
Воздухоосушитель трансформаторов
Воздухоосушитель предназначен для поглощения влаги из воздуха, поступающего в расширитель; в трансформаторах I и II габаритов он встроен непосредственно в расширитель.
Воздухоосушитель, встроенный в расширитель
Внутренняя трубка 5 воздухоосушителя вставлена в отверстие верхней части расширителя и приварена маслоплотным швом к его стенке, наружная трубка 4 установлена диаметрально противоположно внутренней. К наружной трубке прикреплен прижимными фланцами 8 и болтами 7 на резиновой прокладке 11 колпак 10 из органического стекла. Колпак и нижнюю часть внутренней трубки заполняют индикаторным силикагелем, а верхнюю — силикагелем или цеолитом до уровня, не превышающего максимальный уровень масла 3 в расширителе. При изменении температуры и уменьшении объема масла в расширителе из атмосферы через масляный затвор 2, внутреннюю трубку 5, силикагель 6, индикаторный силикагель 9 и наружную трубку 4 поступает в верхнюю полость расширителя воздух. При увеличении объема масла воздух проходит по этому пути в обратном направлении. Об увлажненности силикагеля судят по изменению цвета индикаторного силикагеля, за которым наблюдают через колпак.
Воздухоосушитель, устанавливаемый на расширителях трансформаторов III габарита и выше, состоит из металлического корпуса 1 (рис. 2) цилиндрической формы, заполненного силикагелем 3, решетки с сеткой 7, сетчатого патрона 4, заполненного индикаторным силикагелем и закрытого крышкой 5 со смотровым стеклом 6. В нижнюю часть воздухоосушителя вмонтирован масляный затвор, работающий по принципу сообщающихся сосудов и служащий для предохранения силикагеля от постоянного соприкосновения с воздухом и очистки воздуха от механических примесей (они, проходя через масло, оседают в нем). Масляный затвор имеет несколько отверстий с пробками: 13 — для слива отработанного масла, 10 — для слива масла до нормального уровня в затворе и отверстие для заливки трансформаторного масла (последнее на рисунке не показано).
Воздухоосушитель, устанавливаемый на расширителях трансформаторов III габарита и выше
Когда уровень масла в расширителе понижается, его объем пополняется воздухом: он проходит через трубку 9, приваренную к дну 12 масляного затвора, затем через слой трансформаторного масла 11, отверстие в стенке 8 затвора, через решетку с сеткой и слои силикагеля, отбирающего у воздуха влагу. Далее по патрубку 2 и трубе сухой воздух попадает в расширитель. При увеличении объема масла в расширителе воздух идет в обратном направлении. Для контроля за уровнем масла воздухоосушители имеют маслоуказатель (на рисунке не показан).
Назначение и принцип действия термосифонных и адсорбционных фильтров трансформатора
Во время эксплуатации силовых масляных трансформаторов в масляном баке образуется шлам и вода. Появление шлама вызывают процессы старения охладителя, воды – попадание воздуха из-за герметичности бака.
Для восстановления эксплуатационных характеристик используются адсорбционные и термосифонные фильтры для трансформаторов с сорбентами. Их работа основана на непрерывной естественной или принудительной циркуляции масла во время работы трансформатора. Срок службы этих устройств полностью зависит от срока службы сорбента. Замена проводится при достижении определенных показателей объема примесей и кислотного числа.
На какие трансформаторы устанавливают фильтры
Свойства энергетического масла с течением времени ухудшаются – увеличивается объем воды и кислых и смолистых соединений, увеличивающих диэлектрические потери. Установка термосифонных маслофильтров и адсорберов желательно на силовые масляные трансформаторы с мощностью от 160 кВА. Вид фильтра выбирается в зависимости от размеров силового оборудования. Для аппаратов с большими габаритами предпочтительнее адсорберы. Допускается присоединение более одного термосифонного маслофильтра.
Что представляет собой термосифонный и адсорбционный фильтры
Термосифонный маслофильтр – это цилиндрический сосуд из металла, наполненный силикагелем, поглощающим из охладителя вредные примеси. К стенке бака он присоединяется через верхний и нижний патрубок. Для адсорбционного фильтра требуется отдельный фундамент. Он присоединяется к системе принудительной циркуляции энергетического масла.
Количество сорбента в термосифонном фильтре 1% от массы (или 1,2% от объема) масла, в адсорбере – 2% от массы (или 4% от объема).
Назначение термосифонного и адсорбционного маслофильтра – очистить охладитель от вредных примесей во время работы трансформатора. В термосифонном фильтре циркуляция естественная, в адсорбционном – принудительная. Существует почти 2 десятка термосифонных маслофильтров, отличающихся друг от друга емкостью (2-400 литров). Выбор базируется на требуемом объеме сорбента для конкретного трансформатора.
Назначение
Масляное силовое трансформаторное оборудование с мощностью от 160 кВА, в котором охладитель соприкасается с внешней средой, нуждается в фильтрах, непрерывно очищающих и восстанавливающих масляную среду. Это самый оптимальный способ регенерации, обладающий высокой технико-экономическим эффективностью.
Цель использования маслофильтров – увеличить срок службы охладителя и трансформатора за счет поддерживания установленных нормативами показателей качества.
Чем заполняют термосифонные фильтры и адсорберы
В маслофильтрах воду поглощает сорбент (силикагель). Это высушенная кремневая кислота, которая образуется при взаимодействии соляной кислоты и раствора жидкого стекла. Производители предлагают гранулы с различными размерами. Для масляных трансформаторов используются крупнозернистые фракции КСК или КСКГ с диаметром 2,8-7 мм.
На каждый кубический дециметр охладителя требуется 400-500 грамм сорбента.Существуют маслофильтры, в которых помещается 4, 6, 10, 50, 100, 150 кг гранул. Количество фильтров для каждого трансформатора определяется, базируясь на количество масла в системе охлаждения. Оптимальный объем силикагеля – 0,8-1,25% от массы охладителя.
Принцип действия устройства
В термосифонном маслофильтре охладитель циркулирует благодаря разнице температуры с кожухом и плотности жидкости в верхней и нижней области термосифона, в котором оно движется снизу вверх.
Чтобы сорбент не унесло в бак, в соединяющие патрубки устанавливаются защитные конструкции (сетки и войлочные уплотнения).
Принцип действия адсорбера такой же, за исключением способа перемещения масла.
Как происходит циркуляция масла в фильтрах
В термосифонном маслофильтре:
В адсорберах охладитель циркулирует принудительно снизу вверх за счет работы насосов, установленных в системе охлаждения трансформатора.
Установка приспособления на трансформатор
Термосифонный маслофильтр – емкость, к которой приварено днище и крышка с отводами для выпуска воздуха, залива и удаления охладителя, загрузки и выгрузки силикагеля. От выноса сорбент предохраняют металлические сетки, установленные на верхней и нижней крышке.
Подготовительные и очистительные работы
Фильтры перевозятся неупакованными и без сорбента, загерметизированные прокладками и заглушками. Силикагель поставляется в бумажных ящиках или мешках. Маслофильтры перед монтажом очищаются, промываются маслом, в течение 30-и минут испытываются при температуре 50-60 о С и давлении 50 кПа на маслопроводность. Силикагель высушивается при температуре 150 о С до достижения уровня влажности 0,5%. Сорбент засыпается в помещении, если на улице повышенная влажность, требуется промывка свежим маслом.
Перед установкой маслофильтра проверяется качество охладителя в баке. При наличии шлама требуется очистка цеолитовой установкой или фильтр-прессом.
Правила монтажа фильтра на патрубках
После присоединения маслофильтра к патрубкам бака неработающего трансформаторного оборудования открывают пробку, через которую выпускается воздух, потом заполняют емкость маслом из бака. После его появления в пробке нижний кран закрывается, через час охладитель сливают, только потом заполняют фильтр окончательно. Перед тем, как включить трансформатор, из маслофильтра выпускается воздух.
Адсорбер к монтажу готовится аналогично (разбирается и промывается маслом), но сорбент засыпается после установки на фундамент, потом оборудование подключается к системе охлаждения.
Инструкция и длительность эксплуатации фильтров
Обслуживать это оборудование разрешено специалистам, которые прошли специальную подготовку. Состояние емкости проверяется при каждом ремонте. После ремонта масло заливается одновременно с заполнением бака трансформатора. Срок эксплуатации определяется сроком службы масла, средний показатель – 5 лет. По истечении этого срока проверяется состояние емкости и меняется сорбент.
Когда производят замену силикагеля в термосифонном и адсорбционном фильтрах
Так как данный способ очистки несовершенен из-за неравномерного использования сорбента и непродолжительного контакта с охладителем, требуется регулярный отбор масла с целью определить его состояние. Периодичность проверки – раз в 3 года.
Силикагель меняется при снижении нормативных показателей качества охладителя:
При использовании трансформаторного оборудования с конструктивными особенностями руководствуются инструкциями по эксплуатации. При мощности энергоблока от 150 МВт и напряжении 330 кВ пробы масла отбираются чаще (раз в год), сорбент меняется при кислотном числе 0,15 мг КОН.