Hoe een in olie ondergedompelde transformator een doorslagspanning van 60 kV bereikt door vacuümvulling?

Uit gegevens uit de sector blijkt dat ongeveer 30% van de voortijdige transformatorstoringen rechtstreeks te wijten is aan een overmatig vocht- en gasgehalte in de isolerende olie. Een vochttoename van slechts 15 delen per miljoen (ppm) kan de doorslagspanning van transformatorolie verlagen van 60 kV tot onder 30 kV. Deze dramatische vermindering van de diëlektrische sterkte onderstreept het cruciale belang van het vacuümvulproces bij de productie van transformatoren. Voor eenolie ondergedompelde transformatorMet een nominale waarde van 33 kV of hoger is het bereiken en behouden van een doorslagspanning van 60 kV geen kwaliteitsdoel; het is een fundamentele vereiste voor een betrouwbare werking gedurende de levensduur van de transformator van 30 tot 40 jaar.

Dit artikel biedt een systematische technische analyse van hoe in olie ondergedompelde transformatoren een doorslagspanning van 60 kV bereiken door middel van vacuümvulling. De discussie beslaat vier essentiële procesfasen: olievoorbehandeling en kwaliteitsverificatie, vacuümdrogen van de kern en wikkelingsisolatie, het vacuümvulproces met gecontroleerde parameters en testen na het vullen in overeenstemming met IEC- en ASTM-normen. Elke fase wordt onderzocht met verwijzing naar specifieke procesparameters, apparatuurvereisten en kwaliteitscontrolecontrolepunten. Het artikel gaat ook in op veel voorkomende faalwijzen en biedt een praktisch kwaliteitscontrolekader voor transformatorfabrikanten en eindgebruikers.

Inhoudsopgave

• 1. Voorbehandeling van olie en kwaliteitsnormen
• 2. Vacuümdrogen van de transformatorkern en wikkeling
• 3. Parameters van het vacuümvulproces
• 4. Olietesten en verificatie van de doorslagspanning
• 5. Veelvoorkomende faalwijzen en kwaliteitscontrolepunten
• 6. Veelgestelde vragen (FAQ)
• 7. Conclusie

1. Voorbehandeling van olie en kwaliteitsnormen

De reis naar het bereiken van een doorslagspanning van 60 kV begint met de voorbehandeling van de transformatorolie voordat deze de transformatortank binnengaat. Zelfs nieuwe, geraffineerde transformatorolie bevat doorgaans opgelost vocht, gassen en deeltjesverontreinigingen die moeten worden verwijderd om de vereiste diëlektrische sterkte te bereiken. Het voorbehandelingsproces wordt uitgevoerd in een speciale olieverwerkingsfabriek, die onder meer verwarmingssystemen, vacuümdehydratatie-eenheden en meertrapsfiltratieapparatuur omvat. De volgende parameters moeten worden geverifieerd voordat de olie geschikt wordt geacht voor het vullen van transformatoren:

• Doorslagspanning (BDV):≥ 60 kV (gemeten conform IEC 60156)
• Vochtgehalte:≤ 10 ppm (gemeten via Karl Fischer-titratie)
• Opgelost gasgehalte (DGA):≤ 0,5 vol.% (gemeten met gaschromatografie)
• Dissipatiefactor (tan δ):≤ 0,001 bij 90°C (gemeten conform IEC 60247)
• Deeltjestelling:≤ 500 deeltjes per 100 ml (≥ 5μm grootte)
• Weerstand:≥ 10¹² Ω·cm bij 90°C

Het oliezuiveringsproces verloopt in drie fasen. De eerste fase is het verwarmen: de olie wordt verwarmd tot 60-70°C om de viscositeit te verlagen en het vrijkomen van opgeloste gassen en vocht te vergemakkelijken. De tweede fase is vacuümdehydratatie: de verwarmde olie wordt in een vacuümkamer gebracht die werkt op 0,1-0,5 mbar. Onder dit vacuüm wordt het kookpunt van water verlaagd, waardoor vocht verdampt en door de vacuümpomp wordt afgezogen. De typische dehydratatietijd bedraagt ​​4-8 uur, afhankelijk van het olievolume en het aanvankelijke vochtgehalte. De derde fase is filtratie: de gedehydrateerde olie passeert een reeks filters met een capaciteit van 5 μm en 1 μm om deeltjesvormige verontreinigingen te verwijderen. De verwerkte olie wordt vervolgens door het systeem gerecirculeerd totdat alle gespecificeerde parameters zijn bereikt.

De volgende tabel vat de parameters vóór de behandeling en de bijbehorende acceptatiecriteria samen.

BijLugao Power Co., Ltd.beschikken we over een speciale olieverwerkingsfaciliteit die is uitgerust met een olietank van 10.000 liter, een vacuümdehydratatie-eenheid van 300 l/min en een gesloten filtratiesysteem met absolute filters van 1 μm. Elke batch verwerkte olie wordt bemonsterd en getest voordat deze wordt goedgekeurd voor het vullen van de transformator. De testresultaten worden gedocumenteerd in een batchcertificaat dat de transformator gedurende zijn levensduur vergezelt. Dit strenge voorbehandelingsprotocol zorgt ervoor dat de olie die de transformator binnenkomt aan dezelfde kwaliteitsnormen voldoet als de olie die na het vullen wordt getest, waardoor de basis wordt gelegd voor het bereiken van de doorslagspanning van 60 kV.

2. Vacuümdrogen van de transformatorkern en wikkeling

Transformatorisolatie bestaat voornamelijk uit op cellulose gebaseerde materialen - papier, karton en hout - die inherent hygroscopisch zijn. Onder normale atmosferische omstandigheden kunnen deze materialen tot 8% vocht opnemen. Wanneer een transformator wordt bekrachtigd, warmt de isolatie op en verdampt al het aanwezige vocht, waardoor de diëlektrische sterkte van zowel de vaste isolatie als de omringende olie afneemt. Vacuümdrogen is het proces waarbij dit vocht uit het isolatiesysteem wordt verwijderd voordat de transformator met olie wordt gevuld. Het droogproces is van cruciaal belang omdat zelfs nadat de olie is gezuiverd, vocht dat in de isolatie zit, na verloop van tijd in de olie zal lekken, waardoor de doorslagspanning wordt verminderd.

Het vacuümdroogproces omvat doorgaans de volgende fasen. Eerst wordt de transformator in een droogoven geplaatst of verwarmd door hete olie door het koelsysteem te laten circuleren. De kern en wikkeling worden verwarmd tot 85-105°C om het vrijkomen van vocht te versnellen. Vervolgens wordt de transformatortank geëvacueerd met behulp van een vacuümpomp om de druk te verlagen tot 0,1-0,5 mbar. Onder dit vacuüm wordt het kookpunt van water verlaagd tot ongeveer 40-50°C, waardoor het vocht in de isolatie kan verdampen. Het verdampte vocht wordt door de vacuümpomp uit de tank gezogen. Het droogproces wordt voortgezet totdat het vochtgehalte van de isolatie onder de 0,5 gewichtsprocent daalt.

Het droogeindpunt wordt bepaald op een van de volgende twee manieren:

• Drukstijgingsmethode:De vacuümpomp is geïsoleerd van de transformatortank en de drukstijging wordt gedurende een bepaalde periode gemeten. Als de drukstijging gedurende een periode van 4 uur minder dan 0,1 mbar per uur bedraagt, wordt het drogen als voltooid beschouwd.
• Dauwpuntmethode:Het dauwpunt van het gas dat uit de transformator wordt geëvacueerd, wordt continu bewaakt. Wanneer het dauwpunt onder de -40°C daalt, wordt het drogen als voltooid beschouwd.

De duur van het vacuümdroogproces varieert afhankelijk van de grootte van de transformator, het type isolatie en de omgevingsomstandigheden. Voor een typische 10 MVA-transformator kan het droogproces 48-72 uur duren. Bij grotere vermogenstransformatoren kan het proces enkele dagen duren. De volgende tabel geeft typische droogparameters voor verschillende transformatorklassen.

Bij Lugao gebruiken we een combinatie van thermisch vacuümdrogen en hete oliecirculatie om de vereiste vochtverwijdering te bereiken. De transformator wordt verwarmd door hete olie door het koelsysteem te laten circuleren, terwijl tegelijkertijd de tank wordt geëvacueerd. Deze methode zorgt voor een uniforme verwarming en versnelt het droogproces. Nadat de droogcyclus is voltooid, wordt de transformator onder vacuüm gehouden totdat het olievulproces begint, waardoor de heropname van vocht uit de atmosfeer wordt voorkomen. Deze aanpak zorgt ervoor dat het vochtgehalte van de isolatie onder de drempel van 0,5% wordt gehouden, wat essentieel is voor het bereiken en behouden van een doorslagspanning van 60 kV.

3. Parameters van het vacuümvulproces

Zodra de transformatorkern en wikkeling zijn gedroogd tot het vereiste vochtgehalte, begint het olievulproces. Dit is de meest kritische fase van de productie van transformatoren, omdat elke fout tijdens deze fase de diëlektrische sterkte van het isolatiesysteem in gevaar kan brengen. Het vacuümvulproces wordt uitgevoerd terwijl de transformatortank onder vacuüm wordt gehouden. De gezuiverde olie wordt op de bodem van de tank geïntroduceerd en stijgt langzaam, waardoor het vacuüm wordt verdrongen. De procesparameters moeten zorgvuldig worden gecontroleerd om de vorming van luchtbellen te voorkomen, volledige penetratie van de isolatie te garanderen en schade aan de wikkelingen te voorkomen.

De belangrijkste procesparameters voor het vacuümvullen zijn als volgt:

• Vacuümniveau voorvullen:0,1-0,5 mbar, gehandhaafd gedurende minimaal 2 uur nadat de droogcyclus is voltooid.
• Olietemperatuur bij vullen:60-70°C, gehandhaafd om een ​​lage viscositeit en goede vloei-eigenschappen te garanderen.
• Vulsnelheid:≤ 300 L/u (voor kleine tot middelgrote transformatoren; grotere transformatoren mogen proportioneel hogere stroomsnelheden gebruiken, maar mogen de snelheid waarmee olie de isolatie kan binnendringen niet overschrijden).
• Vuldruk:Op de bodem van de tank wordt een lichte positieve druk (0,1-0,2 bar) uitgeoefend om ervoor te zorgen dat de olie in de wikkelingen wordt geperst.
• Vacuüm tijdens het vullen:Tijdens het vulproces wordt het vacuüm gehandhaafd om eventuele gassen te verwijderen die uit de olie of de isolatie kunnen vrijkomen.
• Afrekening na het invullen:Nadat de tank vol is, laat men de transformator 12-24 uur onder vacuüm of onder een positieve druk van droge stikstof staan ​​om eventuele resterende gasbellen te laten ontsnappen.

Vooral de vulsnelheid is van cruciaal belang. Als de olie te snel wordt ingevoerd, kan de turbulentie luchtbellen veroorzaken en kan het zijn dat de olie niet volledig in de isolatie dringt. Als de olie te langzaam wordt ingevoerd, wordt het proces inefficiënt. De vulsnelheid wordt doorgaans geregeld door de stroomsnelheid van de oliepomp aan te passen of door een drukreduceerventiel te gebruiken. Bij grote transformatoren kan het vulproces in fasen worden uitgevoerd, met pauzes zodat de olie door de isolatie kan dringen voordat de volgende fase begint. De volgende tabel geeft aanbevolen vulsnelheden voor verschillende transformatorcapaciteiten.

Nadat het vullen is voltooid, wordt de transformator doorgaans verwarmd tot 50-60 °C met behulp van het koelsysteem om het vermogen van de olie om restgas en vocht te absorberen te vergroten. De transformator wordt vervolgens onderworpen aan een laatste vacuümbehandeling, ook wel 'definitieve ontgassing' genoemd, om eventuele gassen te verwijderen die mogelijk door de olie zijn geabsorbeerd. Deze laatste stap zorgt ervoor dat de doorslagspanning van de olie op het beoogde niveau van 60 kV of hoger blijft. Bij Lugao Power Co.,Ltd. houden we gedetailleerde gegevens bij van alle procesparameters voor elke transformator, inclusief tijdstempels van vacuümniveaus, temperaturen en stroomsnelheden. Deze gegevens maken deel uit van de kwaliteitsdocumentatie van de transformator en worden bewaard gedurende de levensduur van de apparatuur.

4. Olietesten en verificatie van de doorslagspanning

Nadat de transformator met olie is gevuld en is bezonken, moet het isolatiesysteem worden getest om te verifiëren dat het voldoet aan de vereiste specificaties voor doorslagspanning. De primaire test is de oliedoorslagspanningstest, uitgevoerd in overeenstemming met IEC 60156 of ASTM D1816. Deze test omvat het aanleggen van een spanning op een monster van de transformatorolie met een gecontroleerde snelheid totdat de olie kapot gaat. De test wordt uitgevoerd op meerdere monsters om ervoor te zorgen dat het resultaat herhaalbaar is. Naast de olietest wordt het volledige isolatiesysteem van de transformator onderworpen aan diëlektrische tests om de integriteit ervan te verifiëren.

De oliedoorslagspanningstest wordt uitgevoerd met behulp van een standaard testcel, die bestaat uit twee elektroden, gescheiden door een opening van 2,5 mm. De testspanning wordt aangelegd met een snelheid van 2 kV/s. De test wordt uitgevoerd op zes oliemonsters. De resultaten van de eerste test worden weggegooid en het gemiddelde van de resterende vijf tests wordt berekend. De gemiddelde waarde moet ≥ 60 kV zijn. Als de gemiddelde waarde lager is dan 60 kV, wordt aangenomen dat de olie de test niet heeft doorstaan. De testprocedure en acceptatiecriteria zijn samengevat in de volgende tabel:

Naast de oliedoorslagtest wordt de transformator onderworpen aan de volgende diëlektrische tests om de integriteit van het gehele isolatiesysteem te verifiëren:

• De machtsfrequentie is bestand tegen test:De transformator wordt gedurende 60 seconden onderworpen aan een spanning die 2-3 maal de nominale spanning bedraagt. Er is geen uitval of gedeeltelijke ontlading toegestaan.
• Geïnduceerde overspanningstest:De transformator wordt gedurende 60 seconden onderworpen aan een frequentie van 100-400 Hz bij een spanning van tweemaal de nominale spanning. Er is geen breuk of zichtbare vervorming van de isolatie toegestaan.
• Gedeeltelijke ontladingstest:De transformator is getest op gedeeltelijke ontlading bij een spanning van 1,1 maal de nominale spanning. Het niveau van gedeeltelijke ontlading wordt gemeten en moet onder de gespecificeerde limiet liggen (typisch 20-50 pC voor met olie gevulde transformatoren).
• Tan Delta-test:De dissipatiefactor van het isolatiesysteem wordt gemeten bij 90°C. De waarde moet binnen de limieten liggen die zijn gespecificeerd in IEC 60076.

Bij Lugao Power Co.,Ltd. voeren we deze tests uit op elke transformator voordat deze wordt verzonden. De testresultaten worden gedocumenteerd in een uitgebreid testrapport dat bij de transformator wordt geleverd. De oliedoorslagspanningstest wordt uitgevoerd op oliemonsters die na het vul- en bezinkingsproces uit de transformatortank worden genomen. Dit zorgt ervoor dat de olie in de transformator dezelfde olie is die is getest. Als de olie de doorslagspanningstest niet doorstaat, wordt het hele proces herhaald totdat de olie aan de specificatie voldoet. Dit strenge testregime zorgt ervoor dat onze olie-ondergedompelde transformator voldoet aan de hoogste normen van kwaliteit en betrouwbaarheid.

5. Veelvoorkomende faalwijzen en kwaliteitscontrolepunten

Ondanks de strenge procescontroles die hierboven zijn beschreven, kunnen er nog steeds storingen optreden tijdens het vacuümvullen. Het begrijpen van de veel voorkomende faalwijzen en het opzetten van robuuste kwaliteitscontrolepunten is essentieel voor het handhaven van een consistente productiekwaliteit. In dit gedeelte worden de meest voorkomende faalwijzen geïdentificeerd en wordt voor elke fase van het proces een raamwerk voor kwaliteitscontrole geboden.

Foutmodus 1: Onvolledig vacuümdrogen.Als de transformatorisolatie niet tot het vereiste vochtgehalte is gedroogd, wordt de doorslagspanning verlaagd. De meest voorkomende oorzaak van onvolledig drogen is een onvoldoende vacuümniveau of een onvoldoende verwarmingstijd. Om dit falen te voorkomen, moet het vacuümniveau tijdens de droogcyclus continu worden gecontroleerd. Om het eindpunt te verifiëren, moet de drukstijgings- of dauwpunttest worden gebruikt.

Foutmodus 2: herverontreiniging van olie.Als de apparatuur niet goed wordt gereinigd, kan olie tijdens het hanteren, opslaan of vullen opnieuw worden verontreinigd. Verontreinigingen zoals stof, water of andere deeltjes kunnen via aansluitingen of tijdens overdracht in de olie terechtkomen. Om dit te voorkomen, moet alle apparatuur vóór gebruik grondig worden gereinigd en gedroogd. De olieopslagtanks moeten gesloten worden gehouden en gevuld met droge stikstof.

Storingsmodus 3: luchtinsluiting.Als er tijdens het vullen lucht in de transformator achterblijft, kunnen er belletjes ontstaan ​​die de doorslagspanning verlagen. Luchtinsluiting is waarschijnlijker als de vulsnelheid te hoog is of als het vacuümniveau tijdens het vullen niet wordt gehandhaafd. Om dit te voorkomen moet de vulsnelheid worden verlaagd en moet het vacuüm gedurende het hele proces worden gehandhaafd.

Voor elke fase van het vacuümvulproces worden de volgende kwaliteitscontrolepunten aanbevolen:

Bij Lugao implementeren we een kwaliteitsmanagementsysteem dat deze controlepunten in onze standaardwerkprocedures integreert. Elke fase van het proces wordt gedocumenteerd en eventuele afwijkingen worden onderzocht en gecorrigeerd. Deze systematische aanpak van kwaliteitscontrole is essentieel voor het handhaven van het hoge betrouwbaarheidsniveau dat onze klanten verwachten van onze olie-ondergedompelde transformatorproducten.

6. Veelgestelde vragen (FAQ)

Vraag 1: Is een doorslagspanning van 60 kV een gegarandeerde waarde voor de gehele levensduur van de transformator, of neemt deze in de loop van de tijd af?

Antwoord: 60 kV is een gegarandeerde minimumwaarde op het moment van productie en inbedrijfstelling. Gedurende de levensduur van de transformator zal de doorslagspanning geleidelijk afnemen als gevolg van oliedegradatie, binnendringend vocht en ophoping van deeltjes. Met goed onderhoud, inclusief periodieke olietesten, filtratie en drogen, kan de doorslagspanning echter boven acceptabele niveaus worden gehouden. Industrienormen vereisen doorgaans dat olie wordt vervangen of gereviseerd wanneer de doorslagspanning onder de 30 kV daalt.

Vraag 2: Wat is het verschil in doorslagspanning tussen vacuümgevulde en conventioneel gevulde transformatoren?

Antwoord: Een conventioneel gevulde transformator (gevuld onder atmosferische druk zonder vacuümdroging) bereikt doorgaans een doorslagspanning van 30-40 kV. Een met vacuüm gevulde transformator, met de juiste voordroging en vacuümverwerking, bereikt consistent 60 kV of hoger. Dit verschil van 20-30 kV betekent een aanzienlijke verbetering van de veiligheidsmarge en betrouwbaarheid. De hogere doorslagspanning vermindert het risico op isolatiefouten, vooral tijdens spanningspieken of blikseminslag.

Vraag 3: Is vacuümvullen nodig voor kleine distributietransformatoren (≤ 10 kV)?

Antwoord: Voor distributietransformatoren met een vermogen van 10 kV en lager is vacuümvullen niet altijd verplicht, maar wordt het steeds vaker als een beste praktijk beschouwd. Hoewel deze transformatoren kunnen werken met een doorslagspanning van 30-40 kV, biedt vacuümvulling een hogere veiligheidsmarge en verbeterde betrouwbaarheid op de lange termijn. Veel nutsbedrijven specificeren nu vacuümvulling voor alle nieuwe transformatoraankopen, ongeacht de spanning, als onderdeel van hun kwaliteitsborgingsvereisten. Bij Lugao Power Co., Ltd. passen we vacuümvulling toe op al onze olie-ondergedompelde transformatorproducten.

Vraag 4: Hoe kan transformatorolie tijdens bedrijf de doorslagspanning behouden?

Antwoord: Het behouden van de doorslagspanning tijdens bedrijf vereist een uitgebreid onderhoudsprogramma. Er moeten regelmatig oliemonsters worden genomen en getest op doorslagspanning, vochtgehalte en opgelost gasgehalte. Als de doorslagspanning onder de 45 kV daalt, moet de olie worden gefilterd en gedroogd. Als het vochtgehalte hoger is dan 20 ppm, moet de olie worden gedroogd. Sommige transformatoren zijn uitgerust met online oliefiltratiesystemen die continu vocht en deeltjes verwijderen, waardoor de oliekwaliteit op een optimaal niveau blijft.

Vraag 5: Wat is de corrigerende actie als de oliedoorslagspanningstest na het vullen mislukt?

Antwoord: Als de oliedoorslagspanningstest na het vullen mislukt, wordt de transformator doorgaans opnieuw verwerkt. De defecte olie wordt afgetapt en de transformator wordt onderworpen aan een nieuwe vacuümdroogcyclus om vocht uit de isolatie te verwijderen. Vervolgens wordt er verse, gezuiverde olie ingebracht via hetzelfde vacuümvulproces. Na het bijvullen wordt de olie opnieuw getest. Dit proces moet mogelijk worden herhaald totdat de doorslagspanning aan de gespecificeerde vereiste voldoet. In zeldzame gevallen waarin de olie zelf de oorzaak van het probleem is, moet de olie mogelijk worden vervangen door een nieuwe batch.

7. Conclusie

Het bereiken van een doorslagspanning van 60 kV in een in olie ondergedompelde transformator is het resultaat van een nauwgezet gecontroleerd productieproces dat begint met oliezuivering en zich uitstrekt tot vacuümdrogen, gecontroleerd vullen en rigoureuze tests. Elke fase van dit proces vereist nauwkeurige controle van kritische parameters (temperatuur, vacuümniveau, vulsnelheid en testomstandigheden) om ervoor te zorgen dat het eindproduct voldoet aan de vereiste specificaties voor diëlektrische sterkte. De normen en praktijken die in dit artikel worden beschreven, gebaseerd op IEC 60156, ASTM D1816 en IEC 60076, vormen de technische basis voor het bereiken van deze kritische kwaliteitsbenchmark.

Bij Lugao Power Co.,Ltd. hebben we een uitgebreid kwaliteitsmanagementsysteem geïmplementeerd dat deze procescontroles en testnormen integreert in onze transformatorproductieactiviteiten. Onze olie-ondergedompelde transformatorproducten zijn ontworpen en vervaardigd om betrouwbare prestaties te leveren gedurende hun levensduur. Voor meer gedetailleerde technische informatie, procesdocumentatie of productspecificaties kunt u contact opnemen met ons engineeringteam.

Neem contact op met Lugao Power Co., Ltd.voor technische specificaties en kwaliteitsdocumentatie voor onze olie-ondergedompelde transformatorproducten.