УСТРОЙСТВО РЕГЕНЕРАЦИИ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА И КОНТРОЛЯ БУМАЖНО-МАСЛЯНОЙ ИЗОЛЯЦИИ В МАСЛОНАПОЛНЕННОМ ТРАНСФОРМАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ

Полезная модель относится к области регенерации (очистки) трансформаторного масла и позволяет одновременно осуществлять техническое диагностирование состояния бумажно-масляной изоляции (БМИ) эксплуатируемого высоковольтного маслонаполненного оборудования, в частности силовых трансформаторов.
Как известно, в процессе эксплуатации оборудования в масле образуются различные газообразные, жидкие и твердые продукты деградации БМИ, которые, достигнув определенных концентраций, снижают его эксплуатационные характеристики. Бумажная изоляция трансформатора увлажняется, накапливает шлам, который является результатом деградации самой бумаги и масла, в среде которого находится бумага.
Для удаления продуктов деградации БМИ и масла, в том числе влаги, на работающем трансформаторе, как правило, устанавливают различные устройства, обеспечивающие очистку масла, среди которых наиболее распространены термосифонные и адсорбционные фильтры, заполненные сорбентом (патент RU №111852 на полезную модель), фильтры, выполненные из пористого керамического, металлокерамического или сетчатого материала, (патент RU №2415175 на изобретение). Проходя эти фильтры, масло очищается от влаги, шлама и очищенным возвращается в трансформатор.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решением является устройство по способу регенерации трансформаторного масла, описанного в заявке на изобретение RU №94022811, которое включает в себя питающий насос, фильтр, вакуумный узел, включающий вакуум-насос и арматуру, насос возврата масла, коммуникации, фильтр выполнен в виде пучка трубчатых анизотропных мембран с размером пор не более 5 микрон, причем выход неочищенного масла из пучка мембран соединен с входом на фильтр через регулирующий вентиль с манометром.
Технической проблемой (недостатком) вышеуказанных устройств является то обстоятельство, что известные решения направлены на очистку и сушку масла, и не позволяют контролировать влагосодержание в бумажно-масляной изоляции оборудования, диэлектрические свойства которой (как и трансформаторного масла) находятся в прямой зависимости от степени ее увлажнения и загрязнения различными примесями и продуктами разложения, снижая электрическую прочность изоляции оборудования и, как следствие, надежность его эксплуатации.
Технической задачей, решение которой достигается предлагаемым устройством, является разработка простого в эксплуатации устройства не только для регенерации масла, но и позволяющего осуществлять непрерывный контроль влагосодержания бумажно-масляной изоляции оборудования без вывода его из работы.
Сущность технического решения задачи заключается в том, что устройство регенерации трансформаторного масла и контроля бумажно-масляной изоляции в маслонаполненном оборудовании, включает съемную герметичную емкость, например, цилиндрической формы, выполненную, например, из металла и подключаемую через входные и выходные патрубки и запорную аппаратуру к оборудованию (трансформатору) с обеспечением циркуляции в ней (как за счет разности температур масла на входе и выходе емкости, так и, например, за счет наличия масляного насоса в магистрали подключения устройства к оборудованию) трансформаторного масла, внутри емкости расположен фильтр, выполненный с возможностью его извлечения из емкости (для замены), для этого емкость снабжена крышкой (для обеспечения доступа к ее внутреннему пространству), выполненной с возможностью герметичной ее установки на емкость, фильтр выполнен из расположенного внутри емкости набора (пучка) полых перфорированных (профильных) труб, заполненных сорбирующим (поглощающем влагу) веществом, например, силикагелем, при этом в составе фильтра имеется, по меньшей мере, один перфорированный тестовый цилиндр (измерительный), расположенный, например, в центральной части емкости, в котором на выходе очищенного масла размещен датчик влажности, выполненный, например, в виде емкостного датчика «прямого» контроля влажности бумажно-масляной изоляции, электроды (металлические обкладки конденсатора) которого с размещенными между ними одним или несколькими слоями аналогичной БМИ трансформатора изоляционной бумаги через выполненное отверстие в крышке емкости введен в объем тестового цилиндра и закреплен на нем, а сигнальные выводы датчика выведены из емкости для соединения с измерительным устройством, устанавливаемым (отдельно от датчика) снаружи емкости.
В вариантах выполнения устройства боковая поверхность перфорированных полых труб выполнены профильными, что позволяет эффективно использовать внутренний объем емкости для фильтрации масла.
Съемная крышка в верхней части емкости выполнена составной из нескольких съемных частей, для обеспечения легкого доступа к внутреннему пространству емкости в случае замены сорбирующего вещества в фильтрующих трубах или необходимости обслуживания датчика влажности БМИ в тестовом цилиндре.
Перфорированные трубы выполнены жесткой конструкции, например, из металлической сетки с размерами отверстий меньшими, чем наименьшие гранулы сорбирующего материала (для предотвращения высыпания сорбирующего вещества из цилиндров фильтра в общий объем емкости).
Датчик влажности закреплен внутри тестового цилиндра разъемным соединением (для возможности при необходимости его демонтажа).
Емкость содержит установленный в ее нижней части диск с пазами для фиксации перфорированных цилиндров и аналогичный первому второй диск, расположенный в верхней части емкости, в дисках выполнены отверстия, размер, количество и расположение которых, выбраны из условия обеспечения свободной циркуляции масла через емкость и равномерного омывания сорбирующего вещества фильтра по всему объему емкости.
Сущность устройства поясняется чертежами, где изображено:
на фиг. 1 - схема устройства для регенерации масла и контроля БМИ и его подключения к оборудованию;
на фиг. 2 - общий вид емкости в разрезе;
на фиг. 3 - конструкция обкладок, размещение бумаги в датчике измерения влажности БМИ и схема проникновения в БМИ влаги из омывающего датчик масла;
на фиг. 4 - конструкция датчика измерения влажности БМИ;
на фиг. 5 - вид сверху на профильные трубы с сорбирующим веществом и тестовый цилиндр, размещенные внутри емкости;
на фиг. 6 - вид сверху на диск с отверстиями.
Позициями на чертежах обозначены: 1 - трансформатор; 2 - емкость; 3 - патрубки емкости; 4 - разъемный фланец; 5 - запорный вентиль; 6 - сорбирующее вещество; 7 - перфорированные профильные трубы для сорбирующего вещества фильтра; 8 - съемная крышка емкости; 9 - тестовый цилиндр; 10 - фланец тестового цилиндра; 11 - датчик влажности БМИ трансформатора; 12 - электроды датчика влажности БМИ; 13 - бумага датчика влажности БМИ; 14 - сигнальные выводы датчика; 15 - удерживающая изоляционная рамка; 16 - стягивающий изоляционные рамки крепеж; 17 - верхний диск с отверстиями; 18 - нижний диск с отверстиями; 19 - пазы в дисках; 20 - отверстия в дисках; 21 - проходной изолятор; 22 - диэлькометрический датчик влажности масла; 23 - образцы кабельной бумаги или электрокартона для отбора.
Практическая реализация состоит в следующем.
Устройство регенерации трансформаторного масла и контроля БМИ силового трансформатора 1 включает съемную герметичную стальную емкость в форме полого цилиндра 2 (емкость может иметь различную форму, при этом возможно также горизонтальное расположение емкости с обеспечением маслообменных процессов) с фильтром внутри, подключаемую системой питающих трубопроводов через входные и выходные патрубки 3, разъемные фланцы 4, запорную аппаратуру (вентили) 5 к силовому трансформатору 1 с обеспечением естественной циркуляции масла сверху вниз за счет конвекции через термосифонный фильтр на основе термосифонного эффекта, а в адсорбционных фильтрах - за счет принудительной циркуляции масла, создаваемой насосами охлаждения, через сорбирующее вещество 6 в перфорированных трубах 7 фильтра, установленных с возможностью их извлечения из емкости 2 (для замены сорбирующего вещества) через съемную крышку 8, выполненную из двух съемных частей (центральной и основной). Трубы 7 выполнены с профилированными боковыми поверхностями (с поперечным сечение, приближенным к треугольнику) из металлической сетки и с торцов закрыты такой же сеткой, из которой изготовлены сами (чтобы сорбирующее вещество предохранить от уноса его потоком масла), при этом, нижняя сетка приварена, а верхняя выполнена съемной для осуществления замены сорбирующего вещества. В центре емкости 2 расположен перфорированный тестовый цилиндр 9 из металлической сетки (с фланцем 10), внутри которого установлен емкостной датчик контроля влажности 11 (аналогичный датчику по патенту на полезную модель RU №155510), между электродами 12 (металлические обкладки конденсатора) датчика имеется несколько слоев, аналогичной БМИ силового трансформатора, изоляционной бумаги 13, жестко прижатая электродами. В данном образце практической реализации в емкости установлено 6 штук фильтрующих труб 7. Диаметр тестового цилиндра 9 равен 3 см (площадь поперечного сечения 7 см2) и меньше диаметров фильтрующих труб 7 (площадь поперечного сечения 310 см2), что обусловлено необходимостью прохода масла для очистки через фильтрующие трубы.
Датчик закреплен на тестовом цилиндре разъемным соединением, при этом сигнальные выводы 14 датчика выведены из емкости для соединения с измерительным устройством (на рисунках не показано), устанавливаемым (отдельно от датчика) снаружи емкости 2. Электроды 12 и слои бумаги 13 прижимаются между собой в датчике влажности БМИ 11 с помощью удерживающих изоляционных рамок 15, которые стягиваются крепежом 16. Длина датчика влажности БМИ 11 выбирается в соответствии с электрической схемой, на которую будет передаваться сигнал с электродов 12, при этом емкость получающегося конденсатора, которую образовывают электроды и пропитанная маслом бумага между ними, должна согласовываться с электрической схемой, обрабатывающей сигнал. В случае использования перфорированных электродов 12 датчика влажности БМИ 11 для получения максимальной емкости получающегося конденсатора отверстия обоих электродов должны совпадать, что обеспечивается применением удерживающей изоляционной рамки 15 и стягивающего эти рамки крепеж 16. Использование перфорированных электродов 12 датчика влажности БМИ 11 обеспечивает более быстрое установление соответствия влажности БМИ в датчике и БМИ в обмотках трансформатора. Закрепляется датчик влажности БМИ 11 внутри тестового цилиндра 9 шпильками с резьбой (на рисунках не показаны), проходящими через отверстия (на рисунках не показаны) в удерживающих изоляционных рамках 15 по одной шпильке на нижнем и верхнем торцах датчика влажности БМИ 11 и через отверстия перфорации тестового цилиндра 9. Шпильки с резьбой электрически не соединены с электродами 12 датчика влажности БМИ 11 за счет использования удерживающих изоляционных рамок 15 из изоляционного материала, например, стеклотекстолита.
Датчик влажности БМИ может быть демонтирован путем извлечения тестового цилиндра 9 через снятую центральную часть крышки 8. Внутри емкости 2 в нижней и в верхней ее части установлены диски 17 и 18 с пазами 19, предназначенными для фиксации перфорированных труб, придавая жесткость конструкции. В дисках выполнены отверстия 20, размер, форма, количество и расположение которых, выбраны из условия обеспечения наименьшего гидродинамического сопротивления для свободного прохода масла через емкость 2.
Тестовый цилиндр 9 с верхнего торца открыт для установки и демонтажа датчика влажности БМИ 11, а с нижнего торца закрыт (диск 18 не имеет отверстия напротив тестового цилиндра), для того чтобы во время циркуляции поток масла не проходил напрямую только по тестовому цилиндру 9, а распределялся по всему объему цилиндра 2 и для очистки масла сорбирующим веществом 6.
Профильные трубы 7 для сорбирующего вещества наполнителя фильтра не соединены между собой и могут помещаться в емкость 2 по одному как заполненные сорбирующим веществом, так и пустыми для последующего заполнения сорбирующим веществом. Трубы 7 устанавливают на нижний диск 18, совмещая пазы 19 с торцами труб, затем заполняют их сорбирующим веществом и сверху закрывают сеткой, из которой изготовлены сами трубы. После чего устанавливают верхний диск 17, совмещая пазы 19 с торцами профильных труб 7.
Тестовый цилиндр 9 с установленным в нем датчиком 11 вставляют в центральное отверстие верхнего диска 17 и закрепляют на нем винтами через фланец 10 на верхнем торце тестового цилиндра 9. Электрический сигнал с электродов 12 датчика 11 выводится по изолированным проводникам через проходной изолятор 21 наружу крышки 8 емкости 2 и подается на сигнальные выводы 14 датчика 11. После этого на емкость 2 устанавливают основную часть крышки 8 и закрепляют (посредством крепежа) по периметру крышки через отверстия на фланцах (на рисунках не показаны) с использованием прокладки, например, из маслостойкой резины. Аналогично устанавливают центральную части крышки 8 емкости 2 и соединяют масляную магистраль с трансформатором 1.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При включении в работу масляного насоса (на рисунке не показано) или при наличии разности температур масла на входном и выходном патрубках 3 емкости 2 обеспечивается циркуляция масла из трансформатора 1 через фильтрующие трубы 7 и тестовый цилиндр 9 сверху-вниз или снизу-вверх и обратно в трансформатор 1 и очистка трансформаторного масла. При этом масло омывает датчик влажности БМИ 11 и пропитывает бумагу 13 через отверстия в электродах 12 в соответствии с Фиг. З. Учитывая, что при непрерывной циркуляции масла из трансформатора 1 через фильтр в установившемся режиме влажность масла в фильтре и трансформаторе 1 практически одинакова, то и бумага 13 в датчике влажности БМИ 11 и трансформаторе 1 имеет равное влагосодержание, измерив которое, определяем необходимость замены БМИ трансформатора. Кроме того, на верхнем диске 17 с отверстиями могут быть заложены образцы кабельной бумаги или электрокартона 23 аналогичных используемым в трансформаторе марок для отбора и контроля параметров кабельной бумаги или электрокартона в ходе эксплуатации трансформатора без вывода его из работы.
Кроме того, сверху и снизу тестового цилиндра 9 может быть установлено по одному диэлькометрическому датчику 22 измерения влажности масла, по разнице сигналов с которых можно контролировать качество очистки масла в фильтре, а также определять состояние сорбирующего вещества 6 для принятия решения о необходимости его замены.
Конструкция устройства позволяет (в вариантах его выполнения) на крышке 8 емкости 2 сформировать посадочные места для приборов периодического или непрерывного контроля параметров эксплуатационного масла, например, кислотного числа, содержания водорастворимых кислот, тангенса диэлектрических потерь, пробивного напряжения, растворенного шлама. Замена адсорбента в процессе эксплуатации может осуществляться без демонтажа емкости 2. Для этого необходимо перекрыть верхний и нижний запорные вентили, слить масло из емкости 2 в подготовленный сосуд достаточного объема, а затем выгрузить отработанный сорбент. Далее загрузка (замена) сорбентом может производиться на работающем оборудовании.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет производить непрерывный контроль влагосодержания БМИ оборудования, вовремя выполнить мероприятия по сушке БМИ при достижении предельных значений ее влажности (2% - для кабельной бумаги) без вывода при этом трансформатора (оборудования) из работы, в том числе контроль влагосодержания БМИ может производиться в режиме реального времени для организации системы мониторинга.