Одним из важных процессов в производстве трансформаторов является эффективное удаление влаги из целлюлозной изоляции. Качество сушки изоляционного материала непосредственным образом сказывается на параметрах диэлектрика и определяет надежность трансформатора. Низкочастотное нагрева (LFH) - это уникальный процесс сушки изоляции трансформатора за счет подачи регулируемого тока низкой частоты на его высоковольтные обмотки. Этот метод является лучшим и более быстрым от традиционного, при котором используют горячее масло и вакуумная сушка. Он может снизить расход энергии вдвое и значительно ускоряет производственный процесс.

После изготовления распределительного или силового трансформатора и до момента заливки его изолирующим маслом, нужно тщательно просушить твердую изоляцию внутри трансформатора. Обычно изолирующим материалом в трансформаторах является целлюлоза, молекулы которой состоят из длинных цепочек глюкозных колец. Если изоляция не просушить, она теряет изолирующие свойства, снижая электрическую и механическую прочность трансформатора.

Для сушки изоляции в силовых трансформаторах преимущественно применяются следующие методы: циркуляция горячего воздуха в вакуумной камере; сушки паром, тоже в вакуумной камере. Для трансформаторов специальной конструкции, так называемых броневых трансформаторов, используют метод сушки аэрозольным распылением горячего масла.

Однако, независимо от используемого метода, процесс сушки является дорогостоящим и энергоемким. В итоге, при выборе процедуры сушки, основное внимание уделяется времени обработки и общему потреблению энергии.

Норвежская компания National Industry создала в 1984 - 1987 годах первые установки для сушки распределительных трансформаторов методом низкочастотного нагрева (LFH). Швейцарское отделение компании ABB Switzerland Ltd. Micafil совершенствует метод сушки LFH для небольших силовых трансформаторов в процессе производства и для сушки мощных силовых трансформаторов на месте установки. В этом методе вместо горячего воздуха или пары растворителя для нагрева трансформаторов изнутри используются низкочастотные токи, которые подаются в высоковольтные обмотки трансформатора. Для больших трансформаторов метод LFH используется в сочетании с циркуляцией горячего воздуха.

ПРИНЦИП РАБОТЫ МЕТОДА LFH

Основное влияние на скорость сушки и его качество должно температура объекта сушки и глубина вакуума. Метод LFH, разработанный компанией ABB Micafil, позволяет равномерно нагреть высоковольтные и низковольтные обмотки трансформатора изнутри, путем подачи тока низкой частоты малой напряжения на высоковольтные обмотки, при этом низковольтные обмотки замыкаются накоротко.

При низкой частоте (0,4 - 2 Гц) и малом сопротивлении проблем с высоким напряжением не возникает, а магнитный связь создает хорошо контролируемый ток в низковольтные обмотке. В ходе процесса высоковольтные и низковольтные обмотки трансформатора нагреваются до типовой температуры сушки 110 -120 ° С, как и в процессе сушки паром растворителя.

Для мониторинга процесса сушки, и особенно температуры обмотки, используются специальные методы контроля, предотвращающие образование перегретых участков и, как следствие, повреждение изоляции. Для непрерывного наблюдения за токами, напряжениями, опорами и глубиной вакуума, компания ABB Micafil создала уникальную систему управления и мониторинга.

Контроль глубины вакуума необходимо, поскольку в вакууме снижается напряжение пробоя, а непрерывный мониторинг температур высоковольтной и низковольтной обмоток позволяет оптимизировать процесс сушки. Система очень точно определяет температуры высоковольтной и низковольтной обмоток и позволяет независимо нагревать высоковольтные обмотки, если их температура оказывается ниже температуры низковольтных обмоток.

Какие преимущества имеет этот процесс? Дело в том, что при использовании сушки методом низкочастотного нагрева качество изоляции трансформатора значительно улучшается по сравнению с более традиционными системами, использующими вакуумная сушка горячим воздухом.

Это связано с тем, что в ходе такого процесса источником тепла является сама обмотка, что является идеальным для удаления влаги из изоляции. Кроме того, температуру обмотки можно контролировать с высокой точностью. В результате время сушки значительно сокращается по сравнению с обычными системами, которые используют горячий воздух и вакуум, а это в свою очередь позволяет сэкономить до 50 процентов энергии - что при сушке одного небольшого силового трансформатора составляет около 2000 кВт ч

Подобно любой традиционной системы сушки, система LFH является частью сушильной установки, состоящей из вакуумного автоклава или вакуумированную оболочки трансформатора, вакуумной насосной станции и т.д. (рис. 1).



ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ сушильных установок LFH

Сушка распределительных трансформаторов мощностью от 25 до 2500 кВА.

Нагрев распределительных трансформаторов токами низкой частоты позволяет упростить структуру сушильной установки. В ее состав входит конусный автоклав, вакуумный насос, низкочастотные преобразователи для нагрева трансформатора изнутри и система управления.

Сразу же после сушки система управления заполняет емкости трансформатора изолирующим маслом. В такой установке низкочастотные токи нагревают только обмотки трансформатора - сам конусный автоклав при этом не нагревается.

Традиционной системе сушки горячим воздухом для завершения процесса сушки надо бы, как минимум, вдвое больше времени.

В результате такой метод сушки распределительных трансформаторов обеспечивает минимальные затраты энергии и дает другие преимущества, например ускорения процесса сушки, высокая производительность, простота управления и автоматическое заполнение маслом после сушки.

Сушка силовых трансформаторов мощностью от 500 кВА до 30 МВА.

Сушка выполняется в оболочке трансформатора. Низкочастотный ток подается на высоковольтные выводы при закорочены низковольтных выводах, горячий воздух для циркуляции внутри трансформатора поступает по гибким воздуховодам.

Если после сушки не требуется дополнительное уплотнение трансформатора (зависит от его конструкции), его можно заполнять маслом сразу же после вакуумирования.

Преимущество такого метода заключается в том, что трансформатор после сушки не подвергается воздействию атмосферы. После заполнения изолирующим маслом для создания нужного давления в оболочке трансформатора может использоваться азот.

Традиционной системе сушки горячим воздухом для завершения процесса сушки надо бы, как минимум, вдвое больше времени. Если небольшое сушильная установка с циркуляцией горячего воздуха потребляет 50 кВт и работает в течение 80 часов, общие затраты энергии на сушку небольшого силового трансформатора составляют 4000 кВт ч При снижении времени сушки на 50 процентов, экономия энергии при сушке одного трансформатора методом LFH составит, по меньшей мере, 2000 кВт ч

ОБОРУДОВАНИЕ

Оборудование LFH для сушки активных частей трансформаторов мощностью до 100 МВА в вакуумной автоклаве.

Установка оборудования LFH в существующий вакуумный автоклав для сушки горячим воздухом может существенно сократить время сушки и улучшить результаты. Методы вакуумной сушки горячим воздухом широко применяются для сушки небольших трансформаторов, поэтому существует огромный потенциал обновления таких систем установкой LFH.

Оборудование LFH для сушки силовых трансформаторов на месте установки.

Традиционно, для сушки силовых трансформаторов на месте установки используется циркуляция горячего масла и вакуум или в некоторых случаях аэрозольное распыление горячего масла и вакуум. Второй метод сушки изоляции трансформатора заключается в нагреве его маслом и дальнейшему удалению влаги из этого масла. Системы, использующие циркуляцию горячего масла, состоящие из установки для обработки масла с системой нагрева, вакуумных насосов и дополнительных устройств. Потребляемая мощность такой установки может достигать 100 кВт. Поскольку масло нельзя сильно нагревать, и в вакууме отсутствует теплоноситель, сушка идет очень медленно и занимает до нескольких недель при значительном потреблении энергии.

Система нагрева LFH предлагает мобильное альтернативное решение. Конвертер LFH вместе с системой управления и дополнительными устройствами можно доставить к месту установки трансформатора в контейнере или в автоприцепе (рис 2). Нагрев и сушки трансформатора могут выполняться в сочетании с традиционной циркуляцией горячего масла или с аэрозольным распылением горячего масла.

Сочетание аэрозольного распыления горячего масла с нагревом LFH позволяет нагревать обмотки до более высоких температур, что значительно сокращает время сушки по сравнению с традиционным методом циркуляции горячего масла, и обеспечивает уровень остаточной влажности менее 1 процента. При этом уровень влажности приближается к исходным значениям, что достигается в процессе производства трансформаторов. Этот метод уже успешно применили для сушки на месте установки более 40 силовых трансформаторов с номинальной мощностью до 400 МВА.

Измерения на мощных трансформаторах показали, что при использовании традиционных методов сушки с циркуляцией горячего масла и вакуума средняя скорость экстракции влаги составляет примерно 2,5 литра в день, тогда как метод аэрозольного распыления горячего масла с LFH обеспечивает скорость экстракции до 20 литров в день. При влажности изоляции от 3 до 1,5 процентов LFH работает в восемь раз быстрее традиционных методов, что позволяет сэкономить большое количество энергии и эффективнее использовать производственные ресурсы.