Температура вспышки масла характеризует степень испаряемости масла. В эксплуатации она постепенно увеличивается за счет улетучивания легких фракций (низкокипящих). Температура вспышки для обычных товарных масел колеблется в пределах 130-150 °С, а для арктического масла - от 90 до 115 "С и зависит от упругости их насыщенных паров. Чем ниже упругость паров, чем выше температура вспышки, тем лучше можно дегазировать и осушать масло перед заливкой в трансформаторы. Минимальная температура вспышки масла установлена не столько по противопожарным соображениям (хотя это также является важным фактором), сколько с точки зрения возможности глубокой их дегазации. В отношении пожарной безопасности большую роль играет температура самовоспламенения - это температура, при которой масло при наличии воздуха над поверхностью загорается самопроизвольно без поднесения пламени, у трансформаторных масел эта температура равна примерно 350-400 °С.
Из-за испарения легких фракций ухудшается состав масла, растет вязкость, образуются взрывоопасные и другие газы. При разложении масла под воздействием высоких температур (электрической дуги) его температура вспышки резко снижается.
Для определения температуры вспышки масло заливается в закрытый сосуд (тигль) и нагревается. Выделяемые пары масла, смешиваясь с воздухом, образуют смесь, которая вспыхивает при поднесении к ней пламени или под воздействием электрической дуги.
Кислотное число масла - это количество едкого кали (КОН), выраженного в миллиграммах, которое необходимо для нейтрализации свободных кислот в 1 г масла. Этот показатель характеризует степень старения масла, вызванного содержанием в нем кислых соединений. Он служит для предупреждения появления в масле продуктов глубокого окисления в действующем оборудовании (осадки, нерастворимые в масле). Кислотное число не должно превышать 0,25 мг КОН на 1 г масла.
Водорастворимые кислоты и щелочи, содержащиеся в масле, свидетельствуют о низком качестве масла. Они могут образовываться в процессе изготовления масла при нарушении технологии производства, а также в эксплуатации в результате окисления масел. Эти кислоты вызывают коррозию металла и способствуют старению твердой изоляции.
Для обнаружения кислот применяется 0,02 %-ный водный раствор метилоранжа, а для обнаружения щелочи и мыл -1 %-ный спиртовой раствор фенолфталеина, которые меняют свой цвет в присутствии нежелательных компонентов. При наличии водорастворимых кислот и щелочей производится регенерация масла.
Стабильность масла проверяется в эксплуатации при получении партий свежего масла путем проведения его искусственного старения (окисления) в специальных аппаратах. Не всегда свежее, вновь прибывшее масло соответствует действующим нормам. Масло с неудовлетворительными характеристиками должно возвращаться заводу-изготовителю. Стабильность масла характеризует долголетие масла, определяет срок его службы и выражается двумя показателями - процентным содержанием осадка и кислотным числом.
Натровая проба характеризует степень отмывки масла от посторонних примесей. Этот показатель также используется лишь для свежего масла и в эксплуатации не проверяется.
Температура застывания проверяется для масла трансформаторов, работающих в северных районах. Эта наибольшая температура, при которой масло застывает настолько, что при наклоне пробирки под углом 45° его уровень в течение 1 мин остается неизменным. Недопустимое повышение вязкости масла из-за снижения температуры окружающего воздуха может стать причиной повреждения подвижных элементов конструкции трансформатора (маслонасосы, РПН), а также ухудшает теплообмен, что приводит к перегреву и старению изоляции (особенно витковой) токоведущих частей трансформатора.
Газосодержание масла в мощных герметичных трансформаторах должно соответствовать нормам. Измерение- этого показателя производится абсорбиометром. Возможно также измерение суммарного газосодержания с помощью хроматографа. Косвенно по этому показателю определяется герметичность трансформатора. Повышение содержания газа (в том числе воздуха) в масле приводит к ухудшению его свойств - возрастает интенсивность окисления масла кислородом воздуха, и, кроме того, несколько снижается электрическая прочность изоляции активной части трансформатора.
Для всестороннего изучения свойств свежего масла используют и другие показатели, которые здесь не рассматриваются.
3.2. ИСПЫТАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ БЕЗ ВЫВОДА ИЗ РАБОТЫ
Хроматографический анализ растворенных в масле газов
Около 20 лет назад, в дополнение к изложенному выше традиционным методам контроля за состоянием трансформатора, стали применять Хроматографический анализ растворенных в масле газов (ХАРГ) в качестве эффективного средства ранней диагностики медленно развивающихся повреждений. В настоящее время ХАРГ широко применяют во всех развитых странах, существуют международные нормы как по процедуре ХАРГ, так и по трактовке результатов анализа.
В СССР применяют ХАРГ во всех энергосистемах, причем на Украине благодаря применению ХАРГ существенно уменьшен объем обслуживания трансформаторов (увеличена периодичность обязательного применения некоторых традиционных измерений). Измерения tg dиз, сопротивления изоляции, сопротивления обмоток постоянному току, потерь XX при пониженном напряжении обязательны при вводе в эксплуатацию, капитальном ремонте, а также по требованию изготовителя; в остальных случаях допускается не производить эти измерения (решение Минэнерго УССР от 1980 г.).
Хроматографический метод позволяет:
· следить за развитием процессов в трансформаторе;
· предвидеть повреждения, не обнаруживаемые традиционными способами;
· характеризовать повреждения и ориентироваться при определении места повреждения.
При чувствительности анализа 10-4-10-5 % объема надежно фиксируются такие виды повреждений, как перегревы конструкционных частей трансформатора или его твердой изоляции.
При существующем рабочем фоне газов в масле действующих трансформаторов своевременное обнаружение дефектов изоляции, поврежденной частичными разрядами, затруднительно.
Из-за скоротечности витковых и межкатушечных замыканий Хроматографический анализ неэффективен и не выявляет такие повреждения.
При превышении предельных значений характерных газов в целях выявления динамики их роста в масле трансформатора применяется способ периодической дегазации масла на действующих трансформаторах с последующим хроматографическим анализом газосодержания масла (спектра, динамики роста). При дегазации трансформатор как бы кратковременно очищается от газов, чтобы затем лучше проявлялась динамика роста газов.
Хроматографический метод не позволяет учитывать незначительные изменения в состоянии трансформаторов и устанавливать связь между серьезностью повреждения и скоростью изменения концентрации газов. Почти невозможно определить зарождение изменения недостатка конструкции трансформатора при опасном повреждении изоляции "ползущим" разрядом (например, при повреждении в первом канале между обмоткой ВН и изоляционным цилиндром). В этот момент повреждения количество газа (его спектр) не превышает (или находится на уровне) предельных значений составляющих спектра газов рабочего фона. В завершающей же стадии "ползущий" разряд скоротечен, и поэтому хроматографическим анализом его невозможно своевременно выявить.
Для определения наличия повреждения в работающем трансформаторе посредством анализа растворенных в масле газов применяют маслоотборное устройство, систему выделения растворенных в масле газов, газоанализатор, нормировочные данные по отбраковке трансформатора.
Хроматографический анализ масла выполняется в энергосистемах в соответствии с действующими указаниями.
В Донбассэнерго была проведена работа по проверке хранения (сохранности) газов в пробе масла в шприце. Установлено, что после двух недель хранения концентрация углеводородных газов, оксида и диоксида углерода уменьшается не более чем на 20 %, а водород почти полностью исчезает из пробы масла. В зарубежной практике конструкция шприцов дает возможность хранить образцы масла около 2 мес. Поэтому при организации работы по хроматографии вопрос возможной длительности хранения пробы масла в шприцах следует учитывать.
Существует несколько способов выделения газов из масла, которым соответствуют свои способы отбора пробы масла. Наибольшее распространение как в отечественной, так и в зарубежной практике нашел метод отбора пробы масла в стеклянные шприцы объемом 5 и 10 мл. Для отбора пробы масла на трансформаторе имеется специальный патрубок. Перед отбором патрубок должен быть очищен от загрязнений, при этом для удаления застоявшегося в патрубке масла необходимо слить некоторое его количество.
Заполненный маслом шприц с пробкой помещают в специальную тару с гнездами для шприцов, маркируют пробу и отправляют в лабораторию. При маркировке пробы следует фиксировать энергообъект (электростанция или подстанция), стационарный номер трансформатора, место отбора пробы (бак, устройство РПН, ввод), дату отбора, кем выполнен отбор. Основное требование при отборе и доставке пробы масла в центральную лабораторию - обеспечить герметичность и не допустить загрязнения или увлажнения масла.
Экстрагирование (выделение газов в стеклянном сосуде с применением вакуума и барботирования) масла является наиболее распространенным в отечественной и зарубежной практике. Выделенный объем газа разделяется в хроматографе на составляющие.
В отечественной и мировой практике определяют содержание (концентрацию) следующих газов: углекислого газа СО2, оксида углерода СО, водорода Н2, кислорода О2, азота N2; углеводородов - метана СН4, ацетилена С2Н2, этилена С2Н4, этана C2H6 и др. Кроме того, определяют соотношение концентраций некоторых наиболее показательных (характерных) газов и рост их концентрации по сравнению с предшествующим регулярным измерением.