Исследование влияния сернистых соединений и напряженности электрического поля на термостабильность трансформаторного масла марки ГК

УДК 621.3.048

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СЕРНИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ И НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА МАРКИ ГК

Л.Р. ГАЙНУЛЛИНА, Р.Р. ВИЛДАНОВ, В.П. ТУТУБАЛИНА Казанский государственный энергетический университет

Изучено влияние сернистых соединений и электрического поля напряженностью 30 кВ/см, 40 кВ/см и 60 кВ/см на термическую стабильность трансформаторного масла марки ГК, на его старение. Показано, что с увеличением напряженности электрического поля скорость термического старения трансформаторного масла значительно меньше в присутствии 0,5 % метилфенилсульфида.

Ключевые слова: трансформаторное масло, сернистые соединения, термостабильность, напряженность электрического поля.

Поскольку две трети всей добываемой в мире нефти приходится на долю сернистых и высокосернистых нефтей, содержащих в своем составе от 2 до 5 % сернистых соединений (в пересчете на серу), то нефтепродукты, в частности трансформаторные масла, вырабатываемые из этих нефтей, характеризуются сравнительно невысоким эксплуатационным качеством и требуют на очистку дополнительных средств. В этой связи особенно большое значение приобретает сравнительная оценка эксплуатационных характеристик трансформаторных масел, полученных из сернистых нефтей. При этом следует также учитывать, что нефтяные трансформаторные масла, являясь изолирующими и теплоотводящими средами в силовых трансформаторах высших классов напряжения, работают в условиях высокой напряженности электрического поля и высоких температур [13]. Поэтому исследования эксплуатационных характеристик трансформаторных масел с повышенным содержанием сернистых соединений следует проводить в условиях рабочих напряженности электрического поля и температуры (для трансформаторов различных классов напряжения).

В качестве объекта исследования было выбрано трансформаторное масло гидрокрекинга ГК, в котором практически полностью отсутствуют сернистые соединения (содержание сернистых соединений в масле составляет 0,084 %). В этой связи была составлена модельная смесь, содержащая индивидуальное сернистое соединение и изучено его влияние на термостойкость трансформаторного масла ГК в электрическом поле.

Влияние электрического поля на термостабильность трансформаторного масла изучали с использованием прибора, описанного в работе [4]. Прибор представляет собой модель высоковольтной обмотки трансформатора, которая окружена изоляционным трансформаторным маслом, что соответствует натурным условиям эксплуатации масла в трансформаторах и позволяет с достаточной точностью исследовать влияние напряженности электрического поля на скорость старения масла. Исследования проводили при напряженности электрического поля, равной 0; 10; 30; 40; 60 кВ/см.

Влияние напряженности электрического поля на термостабильность модельной смеси изучали при температуре 130 °С в течение 10-44 ч в соответствии с ГОСТ 982-80. В качестве сернистого соединения был использован

© Л.Р. Гайнуллина, Р.Р. Вилданов, В.П. Тутубалина Проблемы энергетики, 2010, № 3-4

синтетический метилфенилсульфид, степень чистоты которого составляла 99,7 %. В ранее проведенных исследованиях [5] было рассмотрено влияние различных индивидуальных сернистых соединений на термическую стабильность трансформаторного масла, среди которых метилфенилсульфид проявил хорошие ингибирующие способности. В интервале концентраций от 0 до 1,5 % была определена оптимальная концентрация некоторых сернистых соединений, в том числе метилфенилсульфида, в масле ГК при температуре 95 °С в отсутствии электрического поля. Поэтому количество метилфенилсульфида, вводимого в трансформаторное масло, составляло 0,5 % и во всех опытах оставалось постоянным.

Для получения сравнимых результатов была изучена термостабильность масла ГК при температуре 130 °С в течении 10-44 ч, но в отсутствии электрического поля. Полученные экспериментальные данные приведены на рис. 1.

При напряженности электрического поля, равной 40 кВ/см, количество поглощенного кислорода составляет 46,5 мг на 100 г масла, а в присутствии метилфенилсульфида - 35,0 мг/100 г масла. При напряженности электрического поля 60 кВ/см маслом в идентичных условиях было поглощено соответственно 80,91 и 60,0 мг на 100 г масла, т. е. в 1,7 раза больше. Анализ экспериментальных данных, приведенных на рис. 1, показывает, что напряженность электрического поля оказывает существенное влияние на термическую стабильность трансформаторного масла как в присутствии метилфенилсульфида, так и в его отсутствии. Но количество поглощенного кислорода в присутствии 0,5 % метилфенилсульфида меньше, чем в его отсутствии, что указывает на его ингибирующие свойства в электрическом поле вышеуказанной напряженности.

10 20 30 40 50

Время, ч

Рис. 1. Влияние напряженности электрического поля на термостабильность трансформаторного масла: 1 - в отсутствии электрического поля; 1а - в отсутствии электрического поля и в присутствии метилфенилсульфида; 2 - при напряженности электрического поля 30 кВ/см; 2а - при напряженности электрического поля 30 кВ/см и в присутствии метилфенилсульфида; 3 - при напряженности электрического поля 40 кВ/см; 3а - при напряженности электрического поля 40 кВ/см и в присутствии метилфенилсульфида; 4 - при напряженности электрического поля 60 кВ/см;

4а - при напряженности электрического поля 60 кВ/см и в присутствии метилфенилсульфида

Таким образом, чем выше напряженность электрического поля, тем интенсивнее происходит процесс поглощения кислорода маслом ГК и модельной смесью, что следует учитывать при оценке эксплуатационных свойств трансформаторного масла. В соответствии с экспериментальными данными

введение в состав масла ГК метилфенилсульфида в количестве 0,5 % повышает термическую стабильность трансформаторного масла в электрическом поле.

Старение трансформаторного масла характеризуется образованием твердого осадка, кислых веществ и воды, которые снижают его эксплуатационные характеристики в связи с изменением молекулярного состава масла. В этой связи представляется интересным изучить влияние метилфенилсульфида и напряженности электрического поля на процесс образования твердого осадка, кислых веществ и воды. Экспериментальные исследования старения трансформаторного масла марки ГК в присутствии и в отсутствии метилфенилсульфида в зависимости от величины напряженности электрического поля проводили при температуре 130 °С в приборе, описанном в литературе [4], при постоянном времени пребывания масла ГК и модельной смеси в течение 12 ч. Напряженность электрического поля в ходе проведения эксперимента варьировалась в широком интервале от 0 до 60 кВ/см.

Полученные экспериментальные данные в виде графических зависимостей приведены на рис. 2-4.

0 10 20 30 40 50 60 Напряженность Электрическою НОЛЯ, К'В/см

Рис. 2. Зависимость количества образовавшегося твердого осадка от величины напряженности электрического поля: 1 - масло ГК; 2 - модельная смесь

1,4

0 II 1 I Г I I 1 1 I Г I 1 1 1 I Г 1 I Г Г I I I Г Г I I 1 I Г I I 1 1

0 10 20 30 40 50 60 Напряженность электрического поля, кВ/см

Рис. 3. Зависимость кислотного числа масла от величины напряженности электрического поля:

1 - масло ГК; 2 - модельная смесь

Напряженность ЭлектрНЧССК011> поля, к В/с м

Рис. 4. Зависимость количества образовавшейся воды в масле от напряженности электрического поля: 1 - масло ГК; 2 - модельная смесь

В соответствии с данными рис. 2 с повышением напряженности электрического поля увеличивается образование твердого осадка, однако в модельной смеси - в меньшей степени. В отсутствии электрического поля и метилфенилсульфида в течение 12 часов пребывания масла в приборе образуется 0,016 % твердого осадка, в присутствии метилфенилсульфида - 0,01 %. При напряженности электрического поля, равной 10 кВ/см, образуется в 1,19 раза больше осадка в отсутствии метилфенилсульфида и в 1,15 раза - в присутствии 0,5 % метилфенилсульфида, чем в отсутствии электрического поля. Повышение напряженности электрического поля от 0 до 30, 40, 50 и 60 кВ/см приводит к увеличению количества образовавшегося осадка в масле соответственно в 1,82; 2,44; 4,0 и 7,2 раза без метилфенисульфида и в 1,56; 2.36; 3,8; 7,0 раза - в присутствии метилфенилсульфида.

На рис. 3 представлена зависимость величины кислотного числа масла от наличия метилфенисульфида в трансформаторном масле и напряженности электрического поля. В отсутствии электрического поля кислотное число масла составляет 0,11 мг КОН на 1 г масла без метилфенилсульфида и 0,06 - в присутствии 0,5 % метилфенилсульфида. Вместе с тем, с повышением напряженности электрического поля от 0 до 10, 30, 40, 50 и 60 кВ/см происходит возрастание кислотного числа в трансформаторном масле ГК соответственно в 1,94 4,27; 7,14; 7,45 и 10,73 раза без добавления метилфенилсульфида и в 1,9; 4,0; 9,95; 7,1 и 10,45 раза - в присутствии метилфенилсульфида. Таким образом, в присутствии метилфенилсульфида в идентичных условиях кислотное число возрастает медленнее.

Как следует из экспериментальных данных, приведенных на рис. 4, при повышении напряженности электрического поля от 0 до 10, 30, 40, 50 и 60 кВ/см количество образовавшейся воды в трансформаторном масле ГК возрастает соответственно в 1,1; 20; 29,3; 38,3 и 45,3 раза без добавления метилфенилсульфида и в 1,08; 17; 27,5; 36,7 и 45,0 раза - в модельной смеси.

Таким образом, с повышением напряженности электрического поля от 0 до 60 кВ/см скорость старения масла ГК возрастает, о чем свидетельствуют большие количества образовавшегося осадка (0,17 %), высокие значения кислотного числа (1,18 мг КОН на 1 г масла) и значительные концентрации воды в масле (7,7 об %). Вместе с тем, из рис. 2-4 следует, что в присутствии 0,5 процентов метилфенилсульфида скорость старения масла уменьшается, т.е метилфенилсульфид в концентрации 0,5 % можно рассматривать как возможную присадку для повышения стабильности трансформаторных масел. © Проблемы энергетики, 2010, № 3-4

Выводы

1. Изучен процесс термического старения трансформаторного масла марки ГК в присутствии и в отсутствии метилфенилсульфида при напряженности электрического поля в интервале от 0 до 60 кВ/см, характерной для современных трансформаторов.

2. Показано, что с изменением напряженности электрического поля от 0 кВ/см до 60 кВ/см скорость термического старения при температуре 130 °С увеличивается в 9,8 раза без добавления метилфенилсульфида и в 7,5 раза - в присутствии 0,5 % метилфенилсульфида.

3. О меньшей скорости старения трансформаторного масла ГК с добавлением 0,5 % метилфенилсульфида свидетельствуют количество образовавшегося осадка (0,07 %), значение кислотного числа (0,71 мг КОН на 1 г масла) и концентрации воды в масле (6,16 об %).

Summary

Influence of the electric field is studied tension of 30 kV/sm, 40 kV/sm and 60 kV/sm on thermal stability of transformer oil of brand of GK, on his senescence. It is rotined that with the increase of tension of the electric field the thermostability of oil goes down, the senescence of butter flows quick.

Key words: transformer's oil, thermal stability, tension of the electric field.

Литература

1. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло. М.: Энергоатомиздат, 1983. 296 с.

2. Некрасов В.Г., Кассихин С.Д., Климашевский И.П. О качестве трансформаторных масел для высоковольтных вводов и их надежности // Электрические станции. 1996. №8. С. 79-81.

3. Massey J.G. The Deterioration of Transformer oil. // J. of Ilnstitute of Petroleum. 1952. V.38. №339. P/ 164-171.

4. Вильданов Р.Р., Тутубалина В.П. Установка для определения поглощения газов в трансформаторном масле // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2007. №1-2. С. 82-87.

5. Тутубалина В.П., Гайнуллина Л.Р. Повышение термической стабильности трансформаторного масла путем регенерации его на ТЭС. Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2003.

Поступила в редакцию 09 октября 2009 г.

Гайнуллина Лейсан Раисовна - канд. тех. наук, доцент кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-51; 8-927-4016587.

Вилданов Рустам Ринатович - ассистент, аспирант кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-51.

Тутубалина Валерия Павловна - д-р техн. наук, профессор кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-51.