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:
- Сравнить фактические показатели относительной влажности с рекомендуемыми значениями;
- Оценить возможные изменения объёма охлаждающего масла, содержащегося в расширительном бачке;
- При необходимости подать в небезопасную зону эффективный осушитель.
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:
- Герметичный корпус с силикагелем.
- Набор фильтров различного конструктивного исполнения и с разными наполнителями.
- Камеру с воздуходувкой.
- Сушильно-охлаждающее устройство — абсорбер.
- Автоматический стравливающий клапан (сапун).
- Игольчатый клапан.
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…300С, 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.
Эксплуатационным недостатком гексафторида серы считается невозможность его применения при низких температурах: хотя превращение элегаза в жидкость происходит при -590С (что практически достижимо разве что в условиях Якутии), плотность его на морозе резко увеличивается. Как следствие, начинают нестабильно работать фильтры, которые приходится чаще заменять.
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:
- Обязательное наличие системы автоматического дренажа влаги;
- Работоспособность при диапазоне относительной влажности 60…95 %;
- Производительность, л/мин;
- Температурный диапазон функционирования узла.
- Емкость резервуара с силикагелем: от 0,5 кг – для трансформаторов малой мощности, до 5 кг – для трансформаторов с объемом масляного бака до 20000 кг.
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.
