Сушка, чистка и дегазация трансформаторного масла
Заливаемое в трансформатор масло должно удовлетворять установленным стандартами и инструкциями нормам. В процессе длительной эксплуатации его характеристики ухудшаются, поэтому при ремонте трансформаторов масло подвергают обработке: удаляют механические примеси, влагу («сушат») и растворенные газы, путем регенерации восстанавливают повышенную кислотность масла. Для этих целей применяют различную маслоочистительную аппаратуру, оборудование и адсорбенты.
Центрифугирование масла. Для удаления из масла влаги и механических примесей применяют центрифуги. На рис. 12.16 показан общий вид центрифуги. Барабан, помещенный в герметически закрытый корпус 1, состоит из большого количества конусообразных тарелок с отверстиями. Тарелки расположены параллельно одна над другой на общем вертикальном валу на расстоянии друг от друга, равном нескольким десятым долям миллиметра. Назначение тарелок — разделить жидкость на ряд тонких слоев и тем самым увеличить интенсивность очистки.
Рис. 12.16. Общий вид центрифуги для очистки масла
Для входа масла в центрифуге имеется центральное входное отверстие. Кроме того, имеются три выходных рукава: верхний для слива масла при внезапной остановке центрифуги или чрезмерном загрязнении барабана, средний для выхода очищенного масла и нижний для слива отделенной воды. Масло нагнетается в центрифугу и выкачивается из нее двумя шестеренчатыми насосами 2. Так как наиболее интенсивное удаление влаги из масла происходит при температуре 50... 55° С, центрифуга снабжена электрическим подогревателем 4.
Для задержания крупных механических примесей и предотвращения попадания их в аппарат на входном патрубке маслопровода имеется фильтр 5 из тонкой металлической сетки. Центрифуга приводится во вращение мотор-редуктором 3 через ременную передачу. Производительность центрифуги равна 1500 л/ч при скорости барабана 6800 об/мин.
Если в масле много воды, то путем соответствующей перестановки тарелок центрифугу перестраивают на режим удаления воды. Для очистки масла с небольшим содержанием воды центрифуга должна работать в нормальном режиме, т.е. в режиме удаления влаги и механических примесей. Чтобы при центрифугировании уменьшить количество растворенного в масле воздуха, применяют центрифуги, в которых масло при очистке находится под вакуумом.
Фильтрование масла. Фильтрованием называется способ очистки масла продавливанием его через пористую среду, имеющую большое количество мельчайших отверстий, в которых задерживаются вода и механические примеси. В качестве фильтрующего материала применяют специальную фильтровальную бумагу, картон или специальную ткань (бельтинг). Аппарат, который служит дли фильтрования масла, называется фильтр-прессом (рис. 12.17). Он состоит из ряда чугунных рам, пластин и заложенной между ними фильтровальной бумаги. Пластины и рамы чередуются между собой. Весь комплект вместе с фильтровальной бумагой зажат двумя массивными плитами и винтом.
Рамы, пластины и бумага имеют в нижних углах по два отверстия: А — для входа грязного масла и Б — для выхода очищенного масла (рис. 12.18). Пластины с обеих сторон имеют продольные и поперечные каналы, не доходящие до краев, благодаря которым их поверхность покрыта большим количеством усеченных пирамид. Внутри рам 3 образуются камеры 1 для неочищенного масла. Камеры щелями 2 в углах рам сообщаются с общим сквозным отверстием 4, в которое нагнетается грязное масло. Просочившись сквозь фильтровальную бумагу 5 камер, очищенное масло поступает к решеткам пластин 6 и по имеющимся в них канавкам попадает в сквозное отверстие 7 и далее на выход из пресса. Параллельное включение камер создает большую фильтрующую поверхность и увеличивает производительность пресса.
Рис. 12.17. Фильтр-пресс:
1 — штурвал с нажимным винтом; 2 — набор из рам, пластин и фильтровального материала; 3 — манометр; 4— патрубок с фланцем для выхода масла; 5 — патрубок с фланцем для входа масла; 6 — насос; 7 — фильтр грубой очистки; 8—электродвигатель; 9-станина
Рис. 12.18. Детали фильтр-пресса (а — рама; б — пластина)
А — отверстие для входа грязного масла; Б — отверстие для выхода очищенного
В фильтр-пресс масло нагнетается насосом под давлением (4...6)-105 Па. Повышение давления масла в процессе работы фильтр-пресса показывает, что фильтровальная бумага засорилась и ее необходимо заменить. Для грубой очистки масла до его поступления в фильтр-пресс служит специальный сетчатый фильтр, размешенный на входном патрубке. Для отбора проб очищенного масла на выходном патрубке имеется кран.
Сушка масла в цеолитовых установках. Для сушки трансформаторного масла широко применяют цеолитовые установки. Сушка осуществляется путем однократного фильтрования масла через слой молекулярных сит — искусственных цеолитов типа NaA. Обычно цеолитовая установка (рис. 12.19) состоит из трех-четырех параллельно работающих адсорберов 6, содержащих по 50 кг цеолитов каждый. Адсорбер представляет собой полый металлический цилиндр, полностью заполненный цеолитами. Для большей поверхности контакта цеолитов с маслом размер адсорбера подбирают так, чтобы отношение высоты засыпки гранулированных цеолитов к его диаметру было не менее 4:1. В нижней части адсорбера имеется донышко из металлической сетки, которое служит опорой для молекулярных сит. Верхняя горловина адсорбера закрыта съемной металлической сеткой. Масло через него перекачивается насосом.
Для подогрева масла имеется электронагреватель 3. Он представляет собой металлический бачок со штуцерами для присоединения маслопроводов, снабженный манометром 4, термосигнализатором и электронагревательными элементами (обычно типа ТЭН-12). Установка имеет два фильтра 5, один из которых установлен на входе в адсорбер и служит для очистки масла от механических примесей, а другой — на выходе сухого масла из адсорбера и служит для задержки гранул и крошек цеолитов, если происходит повреждение металлической сетки в верхней горловине адсорбера.
Рис. 12.19. Цеолитовая установка для сушки масла:
1 — вентиль; 2 — насос; 3 — электронагреватель масла; 4— манометры; 5— фильтры;
6— адсорберы; 7 — верхний коллектор; 8 — кран для спуска воздуха; 9 — объемный
счетчик; 10 — кран для отбора проб и слива масла; 11 — нижний коллектор
Для сушки трансформаторного масла требуется примерно 0,1...0,15% синтетических цеолитов от массы обрабатываемого масла. За один цикл фильтрования пробивное напряжение трансформаторного масла повышается с 10... 12 кВ до 58... 60 кВ. Сушку масла производят при температуре 20... 30 'С и скорости фильтрации 1,1... 1,3 т/ч. Практически на сушку 50 т масла через установку со 100 кг цеолитов требуется около 48 ч. Кислотное число и натровая проба масла после фильтрования остаются без изменений.
Цеолиты жадно поглощают влагу из воздуха, поэтому после окончания работы адсорберы должны оставаться заполненными маслом. Хранят цеолиты во влагонепроницаемой таре. Адсорбционные свойства цеолитов многократно восстанавливаются продувкой адсорбера с отработанными гранулами горячим воздухом (температура 300...400° С, длительность продувки 4...5 ч). Чтобы предохранить цеолиты от увлажнения, после прокаливания их заливают сухим трансформаторным маслом и плотно закрывают крышкой.
Регенерация кислых масел. Существует ряд химических способов глубокой регенерации масел, основным из которых является кислотощелочноземельный. При этом способе очистки масло обрабатывают серной кислотой, которая уплотняет и связывает вес нестойкие соединения масла в кислый гудрон. Гудрон удаляют путем отстоя, а остатки серной кислоты и органических кислот нейтрализуют обработкой масла щелочью. Затем масло промывают дистиллированной водой, сушат и для полной нейтрализации обрабатывают отбеливающей землей. После окончательного фильтрования получают восстановленное масло.
Для неглубокой регенерации масла в ремонтной практике применяют силикагель. Достоинством силикагеля является возможность его многократного использования. Для восстановления свойств его прокаливают при температуре 300... 500 °С. В нестационарных ремонтных условиях силикагелем обычно регенерируют слабоокисленные масла, не требующие глубокой химической очистки. Для этого масло многократно прогоняют через адсорбер — бачок, наполненный просушенным силикагелем. Циркуляцию масла, как правило, осуществляют при помощи насоса центрифуги или фильтр-пресса, который включают на выходной части адсорбера. Как и при других видах очистки, масло при регенерации подогревают.
Дегазация трансформаторного масла. Присутствие в масле кислорода вызывает его окисление и ухудшает диэлектрические свойства, связанные с возникновением электрических разрядов и ионизации под действием электрического поля. Обычно при атмосферном давлении масло содержит около 10% воздуха (по объему),
причем растворимость воздуха растет с повышением температуры масла. Отметим, что в воздухе, растворенном в трансформаторном масле, соотношение входящих в него газов изменяется. В атмосферном воздухе содержится 78% азота и 21 % кислорода, а в воздухе, растворенном в масле, — 69,8% азота и 30,2% кислорода. Определение содержания воздуха в масле производится в лаборатории при помощи специального прибора. Перед дегазацией масло осушают до влагосодержания не более 0,001 % (10 г воды на 1 м3 масла).
Для дегазации и вакуумирования масла имеются специальные дегазационные установки. Дегазатор, как правило, состоит из двух металлических баков, заполненных кольцами Рашига, которые служат для увеличения поверхности растекания масла. На крышках баков имеются распылители. Масло, проходя через распылители, равномерно распределяется по всему объему баков. Вакуум в баках создастся вакуумным насосом, обычно типа ВН-6. Стекая тонкими слоями по поверхности колец, масло дегазируется до остаточного содержания газа 0,04% (по объему). Из дегазатора масло поступает в бак трансформатора, находящийся под таким же вакуумом, как и дегазатор. При ремонтах применяют как стационарные, так и передвижные дегазационные установки. При переводе трансформаторов на азотную или пленочную защиту требуется вакуумирование, дегазация и доведение влагосодержания масла до указанной ранее нормы.
Трансформатор заполняется дегазированным маслом до высоты 150 ...200 мм от крышки. Свободное пространство над зеркалом масла заполняется сухим азотом. Подпитку азотом производят по мере его растворения в масле до полного насыщения масла азотом.