Сушка активной части

Опубликовано: 24 Июль 2011

силовой трансформатор

Сушка является одним из основных технологических этапов производства силовых трансформаторов. Цель сушки — удаление влаги из твердой изоляции трансформаторов для обеспечения ее более высокой электрической прочности. Электрическая прочность высушенного и пропитанного трансформаторным маслом электроизоляционного картона примерно в 20 раз выше, чем у картона, не прошедшего сушку и пропитку.
Сушка основана на использовании явлений влагопроводимости и диффузии (процесс переноса вещества из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией) пара с нагретой поверхности изоляции. Процесс сушки включает в себя следующие этапы: нагрев изоляции конвекцией и излучением, перемещение влаги из внутренних слоев изоляции наружу, парообразование и диффузию пара с поверхности изоляции в окружающее пространство.
Внутри изоляции влага перемещается в виде пара из мест с большим содержанием в места с меньшим ее содержанием (влагопроводимость) и из мест с более высокой температурой в места с более низкой температурой (тепловлагопроводность). Поэтому для ускорения перемещения влаги на поверхность изоляции необходимо обеспечить быстрый и хороший прогрев всей активной части трансформатора. Для ускорения сушки применяется максимально допустимая для бумаговолокнистой изоляции температура 100—110°С и вакуумирование. Вакуум служит для снижения температуры парообразования, ускорения сушки и удаления водяных паров из сушильной установки, поддержания на низком уровне относительной влажности воздуха в ней.
Существуют три основных метода нагрева изоляции активной части трансформатора в процессе термической обработки в вакууме: горячим маслом, горячим воздухом, в паровой фазе.

Сушка активной части горячим маслом

Сушка изоляции трансформатора горячим маслом в собственном баке применяется для трансформаторов большой мощности. Для выполнения процедуры сушки и пропитки маслом изоляции активной части в баке трансформатора создают вакуум, проверяют всю систему на отсутствие течи и заливают небольшое количество масла, которое циркулирует внутри бака. Схема сушильной установки представлена на рис. 1. Масло удаляют из нижней части бака, прогоняют через систему подогрева и направляют обратно в верхнюю часть. Интенсивный поток масла, равномерно распределенный пульверизаторами над каждой фазой, очень быстро нагревают изоляцию, не подвергая ее опасности чрезмерного перегрева. По мере того как нагретое масло пульверизируется в бак с выкаченным воздухом, всякая влага, подхваченная маслом при протекании его через изоляцию, немедленно испаряется и удаляется из системы.
Сушка изоляции трансформатора горячим маслом
1 – бак трансформатора, 2- нагреватели масла, 3-вакуумный насос, 4 – масляный насос; 5 – пульверизатор; 6 – устройство управления; 7 – трубопроводы; 8 – обмотка
Рис. 1

Когда изоляция трансформатора высушена, предназначенное для сушки обмоток масло выпускают и производят полную заливку рабочего масла в бак под вакуумом.

Сушка активной части горячим воздухом

Для трансформаторов I и II габаритов с высшим напряжением 6—10 кВ вакуум не обязателен: для них вполне удовлетворительные результаты дает сушка активных частей в конвекционных печах при 105—110 °С в течение 12—14 ч.

Режим сушки должен предусматривать температуру и время, необходимые для достижения устойчивого значения сопротивления изоляции. Нельзя повышать температуру, сокращая время сушки, так как это вызывает ускоренное старение бумажной изоляции трансформатора. Об окончании процесса сушки судят по стабилизации сопротивления изоляции активной части трансформатора в процессе сушки. В первый период сушки сопротивление изоляции активной части трансформатора понижается. Это вызвано тем, что влага, имеющаяся в порах материала, выступая на поверхность, создает на ней проводящий слой. По мере того как в процессе сушки влага удаляется, сопротивление изоляции растет. Измеряя каждый час сопротивление изоляции, необходимо в течение 3—4 ч убедиться в том, что полученное значение сопротивления устойчиво. Только после этого можно считать сушку активной части трансформатора законченной. Практикой установлено, что устойчивое сопротивление изоляции, достигнутое в процессе сушки активной части трансформаторов I и II габаритов при 105—110 °С для обмоток НН не ниже 400 МОм и обмоток ВН не ниже 600 МОм, гарантирует достаточную степень сухости изоляции трансформатора.
Сушку активных частей трансформаторов III—VIII габаритов производят обычно в вакуум-сушильных печах горизонтального или вертикального типа горячим воздухом, в том числе с применением принудительной циркуляции нагретого воздуха. Активные части загружают в шкаф горизонтального типа тележкой, так же как и обмотки или в вертикальный шкаф (рис. 2), куда активные части опускают с помощью мостового крана.
Сушка активной части трансформатора горячим воздухом
1 – бак сварной; 2 – крышка бака; 3 – рама; 4 – струбцина; 5,6 – нагреватели; 7 – швеллер, 8 – щит предохранительный, 9 – отверстие в щите; 10 – вводы ;11 – балки жесткости; 12 – площадка обслуживания; 13 – покрытие теплоизоляционное
Рис. 2

Более целесообразно размещение шкафов в сборочном цехе в подземных котлованах, чтобы над землей выступала только верхняя часть шкафа. Если же устанавливать шкаф на уровне пола, это создает трудности для транспортировки узлов или собранных трансформаторов внутри цеха, ограничивая возможности их перевозки над шкафами.
Для пропитки маслом активной части высоковольтного трансформатора шкаф соединяют с маслопроводом. Обычно ввод маслопровода для заливки маслом помещается в верхней части шкафа, а сливной — в дне шкафа. Для уменьшения потерь теплоты наружная часть вакуум-сушильного шкафа и крышка должны иметь теплоизоляционное покрытие. Для измерения сопротивления изоляции трансформатора во время сушки концы обмоток подсоединяют к составным вводам (поз. 10 на рис. 13), проходящим сквозь отверстия в стенке шкафа; снаружи к вводам подсоединяют измерительные и контролирующие сушку приборы.
Режимы сушки зависят от класса напряжения и мощности трансформаторов, их конструкции и назначения. Все режимы сушки можно разделить на три основных этапа: прогрев активной части; сушка активной части; пропитка изоляции маслом.

Время, необходимое для нагрева активной части трансформатора, и длительность всего процесса сушки зависят от массы трансформатора и конструкции изоляции, и поэтому время установлено различным для разных типов трансформаторов. Диаграмма сушки показана на рис. 3.
Диаграмма сушки
1 и 2 – сопротивление изоляции ВН, НН;
3 – объем выделившейся воды, 4 – давление; 5 – температура
Рис. 3

Сушка активной части трансформатора в паровой фазе

Сушка активной части трансформаторов в паровой фазе с использованием насыщенных паров нефтепродуктов в качестве нагревающей среды позволяет быстрее прогреть изоляцию, особенно внутренние ее части, так как на нагревание идет не только тепло самих паров, но и теплота, выделяющаяся при конденсации углеводорода типа керосина.
При сушке не происходит окисление изоляции (так как нагрев осуществляется парами органической жидкости), поэтому температура сушки может быть повышена до 135 °С без опасения порчи изоляции. В качестве теплоносителя используется нефтепродукт — сольвент с особыми свойствами: высокой температурой вспышки (62 °С) с однородным фракционным составом, большим количеством теплоты, энергией, выделяемой при конденсации паров; при сушке он должен быть совместим с маслом, как электрически, так и химически. Необходимо, чтобы раствор теплоносителя кипел при абсолютном давлении, которое значительно ниже давления паров воды при этой температуре, что обеспечивает удаление влаги из изоляции. В то же время давление паров должно быть достаточно высоко, чтобы при сушке теплоноситель испарился из изоляции по возможности без осадка.

Нагрев в паровой фазе позволяет за короткое время (вдвое меньше, чем время прогрева горячим воздухом) прогреть изоляцию до температуры, близкой к температуре паров (не ниже, чем на 5 °С), поэтому выделение влаги из изоляции происходит непрерывно — начиная уже с прогрева. В паровой фазе быстрее происходит отдача тепла, быстрее и полнее удаляется влага, более равномерно происходит прогрев изоляции, уменьшается опасность оставления влаги в толщине изоляции.
Технологический процесс сушки состоит из четырех фаз: подготовка установки и предварительное вакуумирование; нагревание парами теплоносителя под вакуумом; фаза понижения давления; сушка под глубоким вакуумом (рис. 4).
Сушка активной части трансформаторов в паровой фазе
1 – температура обмоток трансформатора; 2 – температура теплоносителя, 3 – давление, 4 – объем воды
Рис. 4

Сушку в парах нефтепродуктов производят в вакуум-сушильных печах, используя специальную установку. Установка может применяться как для горизонтальных, так и для вертикальных вакуум-сушильных шкафов (ВСШ), установленных в общем технологическом потоке изготовления трансформаторов. Главная вакуумная установка монтируется в непосредственной близости ВСШ (возле или на ВСШ). Бесперебойная подача насосами конденсата в испарительную установку требует установки конденсатора и испарительной установки в одном месте, при этом точка всасывания насоса должна находиться на глубине 1,5—2 м над самой низкой точкой ВСШ. Шкаф управления паровой установкой устанавливается в центре участка сушки. Так как при сушке трансформаторов испарительная и конденсационная установки находятся в работе только лишь половину времени общей продолжительности сушки, то они могут применяться для двух или трех ВСШ.
Помимо перечисленных выше способов сушки силовой части трансформаторов есть и другие способы: сушка в камерах без вакуума с нагревом инфракрасными лучами, в собственном баке вихревыми токами (индукционный способ), в собственном баке токами короткого замыкания; в собственном баке постоянным током, в собственном баке токами нулевой последовательности. В большей части данные способы сушки применяют при производстве или ремонте трансформаторов I и II габаритов.

Сушка в камерах инфракрасным облучением

Этот способ, пока еще не получивший широкого распространения, является одним из самым прогрессивных. Способ чрезвычайно прост, не требует никакой специальной оснастки, кроме источников инфракрасного излучения. Камера представляет собой отсек, огороженный тонкими теплоизоляционными стенками, без потолка; над этой камерой располагают воздухоприемник вытяжной вентиляции. Наличие стационарной камеры не обязательно; если в производственном помещении не хватает места, то можно вести сушку активной части на любой временной площадке, а в теплое сухое время года — на открытом воздухе, вне помещения. Здесь даже не требуется вентиляция.
Принцип сушки заключается в применении для обогрева бумажной изоляции трансформатора направленного концентрированного теплового потока, источником которого являются лампы инфракрасного излучения с зеркальным отражением, например. Эти лампы монтируют в переносные секции. Секции устанавливают с двух сторон активной части на расстоянии не ближе 300 мм. Ближе устанавливать лампы нельзя, так как эпюра облучения лампы имеет конусообразную форму и при совместном действии потоков от нескольких ламп облучение в непосредственной близости от них неравномерно, что может привести к местным перегревам изоляции и нежелательному износу ее при сушке. При расстоянии 300 мм от ламп до облучаемой поверхности плотность энергии одной лампы составляет 0,3 Вт/см2, а для группы ламп, расположенных в шахматном порядке — 0,4 Вт/см2. Таким образом, для облучения поверхности 1 м2 переносной секцией ламп необходимая мощность составляет 4 кВт.
Относительно высокая экономичность рассматриваемого способа сушки объясняется тем, что энергия используется весьма эффективно — только на нагрев активной части и окружающего воздуха. При других же способах сушки одновременно нагреваются также массивные печи или бак трансформатора, в котором производят сушку.
Кроме того, как показали исследования, при этом способе сушки затраты энергии и времени меньше, чем при других способах, благодаря тому, что движение влаги происходит от внутренних слоев изоляции к наружным, так как нагревается инфракрасными лучами в первую очередь металл провода, а от него — бумажная изоляция.
Недостатками способа является дороговизна и дефицитность самих инфракрасных
ламп.

Сушка индукционным способом

На предприятиях, подразделениях, мастерских, где нет стационарных сушильных печей, но имеется дешевая электроэнергия, этот способ сушки является самым распространенным.
Бак трансформатора утепляют и обматывают намагничивающей обмоткой из изолированного или голого провода. Если бак трубчатый, то конец провода при намотке пропускают в пространство между трубами и стенкой бака, если радиаторный — то между патрубками радиаторов. Если радиаторы съемные и предстоит их снимать для замены уплотнений или устранения течей, то сушку проводят в баке без радиаторов, так как без них удобнее монтировать и демонтировать намагничивающую обмотку.
Обмотка может быть однофазной, это вполне достаточно для трансформаторов I— II габаритов, или трехфазной (для трансформаторов большей мощности). Обмотку наматывают на бак неравномерно: в середине реже, а к дну бака и к крышке шаг намотки постепенно уменьшают. Однофазную обмотку наматывают всю в одну сторону, направление же намотки фаз трехфазной обмотки чередуют: верхнюю часть обмотки (фаза А) и нижнюю (фаза С) в одну сторону, а среднюю часть (фаза В) – в другую.
К обмотке подключают источник переменного тока — от силовой сборки 220 или 380/220 В через двух- или трехполюсный рубильник.
При прохождении тока по обмотке в стальных стенках бака возбуждается магнитный поток, который, замыкаясь по периметру бака, вызывает в нем вихревые токи, нагревающие бак. От бака тепло передается активной части.
Тепловую изоляцию стенки бака выполняют асбестовым полотном. На нее непосредственно наматывают обмотку из изолированного провода. Если провод не изолированный, под него подкладывают вертикальные деревянные планки. Сечение провода и необходимое количество витков определяют предварительным расчетом, а потом при сушке в зависимости от фактической температуры нагрева доматывают или отматывают несколько витков. Обмотка может иметь одно-два регулировочных ответвления.
Сушку можно производить с маслом и без масла и в зависимости от этого механизм сушки действует по-разному. Масло является теплоносителем и одновременно гигроскопичной средой, отбирающей из изоляции влагу. В масле целесообразно сушить активную часть с промасленными обмотками, т. е. при ремонте без их замены. Масло в процессе сушки рекомендуется один или несколько раз заменить (в зависимости от степени увлажненности изоляции). Если обмотки новые и сухие, то лучше сушить их в баке без масла.
Внутреннюю поверхность бака перед установкой активной части для сушки насухо протирают. Во избежание конденсации водяных паров крышку утепляют как можно лучше, а под дно бака устанавливают электрические нагреватели. Зажим для заземления соединяют перемычкой с заземляющим контуром. На крышке устанавливают вытяжную трубу для вентиляции высотой 1,5—2 м (ее также утепляют асбестом), а в нижней части бака открывают одно из отверстий.
Для ускорения сушки можно предусмотреть принудительную циркуляцию воздуха в полости бака — для этого на одном из отверстий в крышке бака устанавливают вытяжной вентилятор, включаемый периодически.
Температуру изоляции на разных высотах обмоток, верхнего и нижнего ярм, стенки бака и воздуха в верхней полости бака контролируют термопарами. Температуру изоляции поддерживают в пределах 95—105° С, а стенок бака — в пределах 110—130° С в зависимости от изоляционных расстояний в баке.
Измерения сопротивления изоляции производят каждые 4 ч, а когда сушка подходит к концу, то каждый час. Заканчивают сушку, когда в течение 3—4 замеров сопротивление изоляции будет иметь установившееся значение, затем индукционную обмотку отключают, дают остыть активной части до 60—70° С, уплотняют все отверстия в нижней части бака и заливают активную часть маслом.

Так как при индукционном способе сушки тепло идет от металлических частей через бумажную изоляцию к проводам, этот способ является недостаточно экономичным.

Сушка активной части трансформатора постоянным током, токами короткого замыкания, токами нулевой последовательности

Если трансформатор ремонтируется без замены обмоток или по какой-нибудь другой причине необходимо высушить активную часть без ее разборки (особенно активную часть, конструктивно связанную с крышкой), то самыми удобными способами сушки являются способы, связанные с нагревом изоляции обмоток токами, проходящими непосредственно по проводам обмоток.
Этот способ сушки является высокоэкономичным, так как тепловая энергия нагрева используется с высоким к. п. д.
Для сушки токами короткого замыкания одну из обмоток замыкают накоротко, а на другую подают напряжение короткого замыкания, определяемое по паспортной табличке трансформатора.
Для сушки постоянным током используют выпрямительные устройства, подающие напряжение на одну или на обе обмотки. Сушка в том и другом случае может осуществляться как с маслом в баке трансформатора, так и без него.
Способ сушки токами нулевой последовательности заключается в том, что к одной из обмоток трехфазного трансформатора подводят пониженное однофазное переменное напряжение и обмотки соединяют так, чтобы возбуждаемые в стержнях магнитные потоки имели одинаковые величины и направления во всех стержнях. Замыкаясь через воздух, металлические детали и бак, они вызывают в них потери от вихревых токов, чем и создается нагрев.
При соединении одной из обмоток трансформатора в треугольник или зигзаг ее надо распаивать или не запаивать при монтаже схемы, а запаивать потом, после сушки. Это — недостаток способа. Необходимость подбора соответствующего напряжения опытным путем — второй существенный недостаток. Эти и некоторые другие недостатки (распределение тепла от металлических частей через бумажную изоляцию к проводам) ограничивают применение этого способа.

Выводы: каждым из перечисленных способов можно добиться качественной сушки активной части, разница заключается только в продолжительности, затратах на оборудование, а также в непосредственных энергетических затратах на нагрев, отвод излишков тепла, циркуляцию и т. д. Выбор наиболее приемлемого способа так же зависит от производственной мощности завода и номенклатуры выпускаемых трансформаторов. На отечественных трансформаторных заводах для сушки активной части силовых трансформаторов 35 – 110 кВ используется как метод сушки горячим воздухом (ОАО «Уралэлектротяжмаш», «Тольяттинский трансформатор»), так и в паровой фазе (ОАО «Электрозавод», ОАО «РосЭнергоТранс»). В этом году технологию сушки в парах нефтепродуктов планирует внедрить «Тольяттинский трансформатор».

Источники: МРСК Центра и leg.co.ua.

Ещё по теме:

написано в рубрике: Статьи
Метки: , , ,

Оставить отзыв