Методы контроля качества трансформаторных масел

Проблема повышения надежности и долговечности энергетического оборудования не может быть решена без применения современных методов контроля качества трансформаторных масел. Современный опыт комплексных обследований электрооборудования показывает, что порядка 30% трансформаторных масел, залитых в силовые трансформаторы, находятся в "области риска

Это обуславливается естественным ухудшением качества масла в процессе работы за счет термоокислительного старения, а также увлажнения и загрязнения мехпримесями. Для принятия своевременных мер по восстановлению качества трансформаторного масла с целью предотвращение его замены на свежее бывает недостаточно объема традиционных испытаний. Наиболее достоверно определить причины ухудшения качества масел и выбрать оптимальную технологию его очистки или регенерации можно только на основании комплексного обследования с использованием современных приборов и методов контроля качества трансформаторных масел. Комплексный подход к контролю качества трансформаторных масел позволяет также своевременно на ранних стадиях выявить дефекты энергетического оборудования.

В настоящее время в эксплуатацию помимо традиционных испытаний все более широкое применение находят такие современные методы, как высокоэффективная жидкостная и газовая хроматография, определение фракционного состава механических примесей и характера загрязнений при помощи автоматических счетчиков частиц и устройств мембранной фильтрации, инфракрасная спектроскопия, определение электрической проводимости трансформаторных масел и др. На базе НПО "Техносервис- Электро" достаточно долгое время существует лаборатория для контроля качества трансформаторных масел, оснащенная современными приборами и методиками, выпускаемыми как НПО "Техносервис-Электро", так и его партнерами.
Электроизоляционные свойства трансформаторных масел в первую очередь определяются их чистотой. Так на пробивное напряжение трансформаторных масел отрицательное воздействие оказывает дисперсная вода и твердые частицы, обладающие электропроводящими свойствами.
Если отрицательное воздействие воды на эксплуатационные свойства изучено подробно и широко, то воздействие частиц в зависимости от их количества, размера и природы требует более глубоких исследований, что практически невозможно без применения современных систем и приборов контроля за степенью загрязнения. Определение содержания механических примесей в маслах может осуществляться весовыми методами по ГОСТ 6370-83 или РТМ 34.70.653-83, которые трудоемки, продолжительны по времени и не дают информации о размере и природе частиц. Для определения содержания загрязнений в маслах с учетом их количества и размеров, а также их характера используются автоматические счетчики частиц совместно с лабораторией мембранной фильтрации. При этом контролируется класс промышленной чистоты (КПЧ) по ГОСТ 17216-71 и (или) ISO 4406, который наиболее полно описывает дисперсную фазу в маслах. По заказу РАО ЕЭС России в 90-х годах были изготовлены и адаптированы для нужд энергетики приборы контроля промышленной чистоты энергетических масел.
Лабораторный прибор -АЗЖ-915, АЗЖ-975 (последний может работать в стандарте ГОСТ 17216 или ISO 4406)

Прибор встроенного контроля ПОТОК-945,ПОТОК-995.
Подтверждение соответствия функциональных показателей выше перечисленных анализаторов загрязнения жидкостей отраслевым требованиям и условиям эксплуатации было проведено фирмой "ОРГРЭС" в 1994 г. Также были проведены сравнительные испытания прибора АЗЖ—915 с результатами исследований гранулометрического состава методом мембранной фильтрации фирмы "PALL" на электрозаводе им. Куйбышева. Расхождение результатов между двумя принципиально различными методами в основном составила не более 3% ( журнал «Энергетик» №5 1998 г.)
Определение количества загрязнений в маслах по классу промышленной чистоты по ГОСТ 17216-71 и (или) ISO 4406 является мощным диагностическим средством, позволяющим контролировать не только эффективность действия средств очистки, но и позволяющих выявлять наличие и развитие различных дефектов в энергетическом оборудовании. Данный метод значительно более информативен, достоверен, оперативен и прост в обслуживании по сравнению с применяемыми весовыми методами.
Как правило, трансформаторные масла содержат большое количество частиц менее 10 мкм, и они, обладая значительной подвижностью, способны дрейфовать и концентрироваться в областях повышенных напряженностей электрического поля. Это приводит к усилению неоднородности поля и последующему снижению надежности масляной изоляции. Частицы металлов, кроме ухудшения электроизоляционных свойств, усиливают каталитическое воздействие на термоокислительное старение масел. Контроль класса промышленной чистоты позволяет осуществлять диагностику состояния бумажно-масляной изоляции электрооборудования непосредственно при их эксплуатации (для этих целей очень интересно определение количества целлюлозных волокон в масле).
НПО "Техносервис-Электро" в своей практике контроля КПЧ совместно использует приборы серии АЗЖ, ПОТОК и лабораторию мембранной фильтрации фирмы "PALL".Совместное применение этих приборов позволяет определять не только количество, но и природу частиц, содержащихся в масле.
Влагосодержание трансформаторных масел в России в основном контролируют по ГОСТ 7822-75 гидридкальциевым методом на приборе ПНВ. Однако наибольшее применение в мире получил метод кулонометрического титрования воды в реактиве Карла Фишера на автоматических приборах по стандарту МЭК 814.
В настоящее время НПО "Техносервис-Электро” разработал и испытал отечественный анализатор влаги по методу МЭК 814 - это АКВА-901. Определение воды в трансформаторных маслах по стандарту МЭК 814 включено в РД 34.43.107-95 и вошло в "ОНИЭ" 6 издание. Основные преимущества данного анализатора и метода заключаются в оперативности и простоте процедуры контроля.
Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) является в настоящее время одним из наиболее динамически развивающимся методом аналитического контроля. Наиболее современным прибором является хроматограф для высокоэффективной жидкостной хроматографии "Миллихром-А02", выпускаемые фирмой "Эконова" г. Новосибирск. НПО "Техносервис-Электро" использует высокоэффективную жидкостную хроматографию для определения содержания производных фурана и присадок в трансформаторных маслах, что позволяет повысить уровень достоверности диагностики состояния электрооборудования. Производные пятиатомного гетероциклического соединения - фурана - являются селективными продуктами старения и термохимической деструкции целлюлозы, которая в свою очередь является основой бумажно-масляной изоляции. Их содержание, динамика образования и соотношение являются критериями оценки состояния изоляции маслонаполненного оборудования. В случае обнаружения в масле производных фурана (более 15 мг) в работающем оборудовании необходим учащенный и расширенный контроль за процессом деградации изоляции. Кроме того определить содержание фурфурола можно с помощью экспресс - анализа, основанного на цветной реакции фурфурола с уксуснокислым ангидридом, предлагаемая фирмой « Электрум».
Определение содержания присадки АГИДОJI-1 (ИОНОJI) производится методом инфракрасной спектроскопии (в соответствии с МЭК 666) на двухлучевом ИК- спектрофотометре фирмы PERKIN-ELMER 283, SPE- KORD М 80 и др. Использование инфракрасной спектроскопии позволяет при анализе одной пробы масла получать информацию, как о содержании присадок, содержании ароматических соединений, соединениях кислого характера, а также определять при необходимости тип трансформаторного масла, его марку.
Применение инфракрасной спектроскопии совместно с высокоэффективной жидкостной хроматографией позволяет практически полностью решить аналитические задачи, связанные с необходимостью идентификации различных химических соединений, содержащихся в энергетических маслах. Это бывает очень важно при диагностике работающего электрооборудования.
В случае необходимости применение тонкослойной хроматографии позволяет полуколичественно определять содержание присадки ИОНОЛ. Метод тонкослойной хроматографии достаточно прост в аппаратурном оформлении и дешев.
Повысить оперативность и достоверность контроля за качеством масла позволяет применение определения температурной зависимости удельной объемной электрической проводимости и тангенса угла диэлектрических потерь масла (в соответствии с МЭК 247). Процесс старения масла сопровождается увеличением содержания в нем полярных соединений, кислот и перекисей, воды, что приводит в дальнейшем к образованию коллоидных структур и шлама. Измерение удельного объемного электрического сопротивления эксплуатационных масел наряду с другими электрическими испытаниями, такими как пробивное напряжение и тангенс угла диэлектрических потерь позволит повысить эффективность выявления трансформаторов и вводов со скрытыми дефектами. Также разница значений удельного объемного сопротивления при нагреве и охлаждении масла является характерным признаком наличия в масле коллоидных соединений. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь осуществляется с помощью термостатированной, трехэлектродной вертикальной ячейки фирмы «Диатранс» и измерителя «Вектор-1» или моста Р 5026.
Внедрение на энергопредприятиях нового хроматографического комплекса для анализа растворенных в масле газов типа КРИСТАЛЛ 2000М или КРИСТАЛЛ 5000, а также малогабаритного хроматографического комплекса фирмы «ЭЛЕКТРА» позволяет повысить достоверность диагностики состояния электрооборудования, сделать процедуру анализа более простой и эффективной.
В 1997 году НПО "Техносервис-Электро" было проведено комплексное диагностическое обследование трансформатора Т-5 ТЭЦ-12 Мосэнерго. В ходе комплексного обследования в полном объеме производился физико-химический анализ масла из бака и вводов трансформатора.
По результатам хроматографического анализа растворенных в масле из бака газов отмечены превышения граничных концентраций газов СО, CO2 СН4, характеризующих термические дефекты, затрагивающие твердую изоляцию. Высокое содержание фурановых соединений в масле из бака, а также их распределение характеризует деструктивные процессы в бумажно-масляной изоляции, а также наличие локального термического дефекта. О разрушениях бумажно-масляной изоляции и лакового покрытия листов магнитопровода свидетельствует также очень крупные частицы пролакированной бумаги и частицы лака.
В том же году проводилось обследование трансформатора Т-3 Южной ТЭЦ Ленэнерго.
Хроматографический анализ растворенных в масле газов показал, что имеет место перегрев масла до 622С. Недостатки в работе системы охлаждения не могут вызвать появления таких температур. Термографическое исследование указывает на возможный прожиг стали нижней части магнитной системы между фазами А и В.
Метод мембранной фильтрации показал наличие достаточно большого количества частиц свежего металла в масле.
Обследование состояния ввода фазы В показало, что ввод находится в неудовлетворительном состоянии. Масло имеет класс промышленной чистоты 13, что соответствует предельно-допустимому значению, метод мембранной фильтрации показал наличие в пробе масла частиц металла правильной сферической формы, которые образовываются только при наличии электрических разрядов или дуги.
Тангенс угла диэлектрических потерь пробы масла недопустимо высокий (20%), кроме того происходит аномально резкое изменение тангенса угла диэлектрических потерь в зависимости от температуры (тангенс дельта при 20/70/90 равен соответственно 0,5/2,2/20%.
На основании полученных данных можно сделать вывод, что имеет место ускоренное старение масла и образование коллоидных конгломератов. Ввод фазы В необходимо заменить.
Вывод - применение современных методов и приборов контроля качества масел совместно с традиционными испытаниями позволяет повысить достоверность диагностики при комплексных обследованиях электрооборудования.