Эксплуатация трансформаторного масла и газовой защиты

О состоянии и качестве трансформаторного масла судят по его химическим, механическим и электротехническим свойствам: кислотности, содержанию воды, механических примесей и взвешенного угля, вязкости, температуре вспышки и пробивному напряжению. Большое влияние на качество масла оказывает его окисление кислородом из атмосферного воздуха, с которым масло находится в постоянном контакте. Этому процессу способствуют солнечный свет, высокая температура окружающей среды и некоторые другие факторы. Повышение кислотности масла отрицательно сказывается на изоляции обмоток трансформатора, приводя к ее химическому разрушению; понижает его электрическую прочность, являющуюся одной из важнейших характеристик трансформаторного масла.
Показателями, характеризующими степень окисления масла, являются кислотное число, и реакция водной вытяжки.
Кислотное число определяет количество едкого калия в миллиграммах, которое требуется для нейтрализации всех свободных кислот в масле.
Реакция водной вытяжки характеризует наличие в масле низкомолекулярных (нерастворимых) кислот. В годном для эксплуатации масле реакция водной вытяжки должна быть нейтральной.
Важное значение для нормальной работы изоляционного масла имеет его вязкость и температура вспышки, т.е. температура, при которой пары масла, нагреваемого в закрытом сосуде, образуют смесь, вспыхивающую при поднесении пламени к ней. Для того чтобы изоляционное масло лучше отводило теплоту от нагретых элементов, оно должно хорошо циркулировать, т.е. обладать небольшой вязкостью.
Температура вспышки масла не должна быть ниже установленных значений во избежание воспламенения масла при повышении температуры, вызванном перегрузкой трансформатора или масляного выключателя.
Содержание в масле механических примесей также определяет его качество. Примеси могут появиться при эксплуатации масла в результате растворения красок, лаков и изоляции; в виде угля, который образуется при электрической дуге, а также в виде осадка (шлама), представляющего собой продукты распада масла.
Механические примеси в масле оказывают неблагоприятное влияние на работу трансформаторов и масляных выключателей, вызывая перекрытие изолированных друг от друга элементов и понижая электрическую прочность масла. Необходимо отметить, что загрязнение и старение масла в процессе его эксплуатации ведет к повышению диэлектрических потерь в масле.
В процессе эксплуатации масло темнеет и приобретает темно-коричневую окраску. Изменение цвета масла происходит под влиянием его нагрева и загрязнения смолами и осадками. Вследствие того что характеристика масла в процессе эксплуатации ухудшается, его качество приходится периодически проверять. Такие проверки осуществляют 1 раз в 3 года, выполняя анализ масла.
Масло, годное для эксплуатации, должно удовлетворять следующим требованиям: кислотное число — не более 0,05 мг КОН на 1 кг масла; реакция водной вытяжки — нейтральная; механические примеси — визуальное отсутствие; падение температуры вспышки — не более 5 °С от первоначальной; взвешенный уголь в масле из трансформатора — отсутствие, а из выключателей — незначительное количество; электрическая прочность для аппаратов напряжением до 10 кВ включительно — не ниже 20 кВ/мм; плотность при 20 °С — 0,84—0,89 г/см3; удельное объемное сопротивление равно 1014—1015 Ом-см при 20 °С; tg8 при 20 °С — не более 2 %, при 70 °С — не более 7 %; зольность — не более 0,005 %.
Масло многообъемных масляных выключателей дополнительно проверяют на содержание взвешенного угля после отключения КЗ (если токи КЗ превышают половину паспортного значения). Срок периодических испытаний сокращают при неблагоприятных для изоляционного масла условиях эксплуатации. К таким условиям относят, например, высокую рабочую температуру, влажный климат. Изоляционное масло, которое не удовлетворяет указанным требованиям, восстанавливают.
При эксплуатации уровень масла в трансформаторах и выключателях постепенно понижается вследствие его испарения и периодических отборов для испытаний. Поэтому периодически масло доливают. В отдельных случаях смешение масел приводит к ухудшению их качества. В связи с этим смешивать масла можно лишь при наличии подтверждения лабораторными испытаниями.
В условиях низкой температуры особое значение приобретает температура застывания масла. При низкой температуре окружающей среды повышается вязкость масла, это приводит к понижению скорости движения траверсы выключателя и ухудшает циркуляцию масла в маслонаполненных аппаратах. По нормам температура застывания масла для масляных выключателей, находящихся в неотапливаемых помещениях или на открытых РУ и ПС, в районах, где температура воздуха не бывает ниже -20 °С, должна быть не выше -35 °С для масляных выключателей и -45 °С для трансформаторов. Температура застывания масла для остальных районов должна быть не выше -45 °С.
Пробы масла из аппаратуры открытых ПС берут только в сухую погоду, с тем, чтобы в масло не мог попасть сырой воздух. Во избежание возможных изменений пробы масла должны доставляться в лабораторию для анализа не позднее чем через 7 дней после отбора и снабжаться ярлыками с указанием места и времени взятия пробы.
Если не принимать профилактических мер, трансформаторное масло сравнительно быстро ухудшает свои качества. При этом его приходится часто проверять, подвергать очистке и смене. Все это в значительной мере удорожает расходы по его эксплуатации. В настоящее время принимаются меры, направленные на замедление процессов старения изоляционного масла. Например, широко применяется способ циркуляции масла через термосифонный фильтр с силикагелем, поглощающим продукты старения масла. Благодаря этому качество масла непрерывно восстанавливается. Термосифонная регенерация масла производится без отключения трансформаторов, что особенно важно при работе трансформаторов, не имеющих резерва трансформаторной мощности.
Применение трансформаторных масел с присадкой антиокислителей ВТИМ повышает их стабильность, так как задерживает процесс его окисления. При азотном способе защиты окисления соприкосновению масла с воздухом препятствуют создаваемые в баке трансформатора азотные подушки.
В этом случае, если масло не удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям, принимают меры к восстановлению его свойств. Метод восстановления масла, находившегося в эксплуатации, выбирают в зависимости от характера ухудшения его качества. Если ухудшение качества масла связано не с изменением его химических свойств, а с наличием в нем нерастворимых механических примесей, частиц угля и воды, восстановить масло можно путем отстоя, фильтрования и очистки в центрифугах.
При фильтровании масло продавливается через фильтровальный картон, поглощающий воду из масла. При очистке масла центрифугированием применяют два способа: кларификацию и пурификацию (различаются сборкой тарелок барабана). При кларификации масло очищается главным образом от механических примесей, шлама и угля, оседающих в грязевике барабана. После такой очистки масло осветляется. В этом случае, если масло содержит воду в значительном количестве, применяют способ пурификации, при котором вода непрерывно отводится из центрифуги.
Для выявления внутренних повреждений в трансформаторах устанавливают чувствительную газовую защиту, которая работает на сигнал или на отключение. Правильную работу газовой защиты обеспечивают специальной установкой трансформаторов, которые монтируют таким образом, чтобы крышка имела подъем по направлению к газовому реле не менее чем на 1 —1,5% высоты трансформатора, а маслопровод от трансформатора к расширителю — не менее чем на 2—4%. Газовая защита работает на сигнал при попадании в трансформатор воздуха, медленном опускании уровня масла из-за снижения температуры или наличия течи масла, а также при повреждениях трансформатора, которые сопровождаются выделением небольшого количества газов. При внутреннем повреждении трансформатора с сильным газообразованием газовая защита работает на отключение.
Кроме того, может быть ложная работа газовой защиты в случае сквозных коротких замыканий, сопровождаемых толчком масла через газовое реле, а также из-за неисправности вторичных цепей, которые в местах подсоединения к газовому реле обычно разъедаются маслом, чтобы предотвратить это явление, для вторичных цепей применяют маслостойкую изоляцию.
Эксплуатационный персонал станций и подстанций может судить о характере повреждения в трансформаторе и причинах действия газовой защиты по анализу газа в газовом реле.
Если газ в реле без запаха и цвета и не горит, это означает, что в трансформаторе имеется воздух. Если газ горит, это указывает на внутреннее повреждение трансформатора, который должен быть немедленно выведен в ремонт. Характер повреждения в трансформаторе можно определить также по цвету газа (таблица 1).
Таблица 1 – Определение характера повреждения в трансформаторе по цвету газа

Зажигая газ, огонь следует подносить сбоку, немного выше отверстия крана. Чтобы избежать взрыва газов, запрещается подносить огонь к открытым отверстиям расширителя и трансформатора.
При работе газовой защиты на сигнал и наличии резервного трансформатора последний включают в работу, после чего поврежденный трансформатор осматривают, чтобы выяснить причины работы газовой защиты.
Если периодически из масла трансформатора выделяются негорючие газы, их проверяют на содержание водорода и метана. В случае постепенного увеличения содержания этих газов трансформатор необходимо вывести в ремонт, поскольку такое явление указывает на разложение масла дугой. При опускании уровня масла из-за понижения температуры доливают масло в трансформатор. Во избежание ложной работы газовой защиты при доливке масла ее оставляют включенной только на сигнал до тех пор, пока не прекратится выделение воздуха из масла. При срабатывании газовой защиты необходимо проверить температуру вспышки масла, если будет установлено, что защита работает не из-за попадания воздуха в трансформатор.
Если при отключении трансформатора газовой защитой будет установлена правильность ее сигнала о том, что имеется внутреннее повреждение аппарата, не допускается включать его под напряжение без осмотра и испытания выемной части