Трансформаторное масло – очищенная фракция нефти, использующаяся для заполнения силовых агрегатов, трансформаторов, реакторов и масляных выключателей. Это минеральное вещество является электрическим изолятором, защищает узлы от перегрева и воздействия воды. От его качества напрямую зависит срок эксплуатации оборудования, износостойкость и ресурс техники.
Однако нефтепродукты в процессе использования теряют первоначальные физические и химические свойства, перестают соответствовать ГОСТу. Хроматографический анализ трансформаторного масла позволяет определить его качество, вовремя обнаружить существенные отклонения от нормативов и принять решение о необходимости обслуживания маслонаполненных установок. В статье мы рассмотрим основные вопросы:
- Анализ физических свойств
- Анализ диэлектрических характеристик
- Этапы проведения испытаний
- Получение образцов
- Проверка качества масла
- Методики испытаний
- Качественная и количественная оценка
- Периодичность проведения проверок
- Составление протокола
Анализ физических свойств
В первую очередь анализируются физические свойства жидкости: плотность, удельный вес, температура вспышки и кислотное число. Для трансформаторного масла устанавливаются следующие нормы по этим показателям:
- плотность — не более 870 кг/м3 при нормальных условиях;
- показатель удельного веса — зависит от технологического цикла (нагрева или охлаждения), но не должен превышать 0,91 кг/м3, в противном случае свободная циркуляция жидкости будет затруднена;
- температура вспышки — не более +135° во избежание самопроизвольного возгорания нефтепродукта;
- кислотное число — допустимое значение зависит от марки вещества, варьируется в пределах от 0,01 до 0,05 мг КОН на каждый грамм проверяемой среды. При изменении этого показателя разрушается обмотка электрооборудования.
Вторым этапом анализа становится проверка электрических свойств вещества.
Анализ диэлектрических характеристик
В результате старения трансформаторного масла его диэлектрическая проницаемость меняется, что ведет к ухудшению эксплуатационных свойств. Для контроля над этим параметром необходимо анализировать следующие показатели:
- изоляционные данные;
- диэлектрическая прочность;
- пробивное напряжение;
- содержание механических примесей воды.
Ниже мы рассмотрим, каким образом проводится исследование.
Этапы проведения испытаний
Проверка выполняется в три этапа:
- Берутся опытные образцы вещества.
- Выбирается методика испытаний, учитывающая особенности анализируемого продукта и условий его эксплуатации.
- Подводятся итоги – составляется протокол испытаний, в котором описываются обнаруженные отклонения от нормы и даются дальнейшие рекомендации по использованию нефтепродукта.
Исследования проводятся в лабораторных условиях с использованием сертифицированного оборудования – только это позволяет гарантировать получение точных данных.
Получение образцов
Отбор опытных образцов должен производиться обученным персоналом в контролируемых условиях. Предварительно замеряется температура, учитывается относительная влажность и экологические переменные – факторы, способные отразиться на результатах исследования. Оптимальна сухая безветренная погода – так риск попадания мусора и пыли минимален.
Выделяют четыре типа образцов:
- свежие – проверка проводится для жидкости, только что поступившей с завода-изготовителя;
- свежие, подготовленные к заливке, – анализ осуществляется перед началом его использования;
- регенерированные – оценка нефтепродукта на соответствие нормативам проходит после его очистки и восстановления перед вторичной заливкой;
- эксплуатационные – контроль качества жидкости делается непосредственно во время ее применения.
Проверка качества масла
Проверка должна проводиться сотрудниками лаборатории по предварительно отобранным и одобренным методикам. Полученные сведения анализируются с помощью компьютерных программ, на основании ответа которых подготавливается заключение о возможности дальнейшего применения жидкости или необходимости ее замены на новую.
Своевременные регулярные проверки актуальны для производственных предприятий, поскольку позволяют минимизировать риск поломки и преждевременного износа маслонаполненных агрегатов.
Методики испытаний
В современных лабораториях оценка качества нефтепродукта проводится по следующим методикам:
- полный анализ;
- химический сокращенный;
- анализ электрической прочности;
- хроматографический химический анализ.
Рассмотрим каждый из них подробнее.
Полный анализ
Метод направлен на выявление основных причин износа жидкости, позволяет определить срок дальнейшей возможной эксплуатации. Обычно применяется в случае необходимости получения максимально точных сведений о текущем состоянии нефтепродукта.
При этом типе испытаний проводятся следующие работы:
- замеряется количество механических примесей;
- устанавливается уровень диэлектрических потерь;
- определяется текущий коэффициент влажности;
- выявляется состав растворенных газов.
При отклонении хотя бы одного показателя от нормы необходима регенерация масла или его замена.
Сокращенный химический метод
Сокращенный анализ позволяет получить физико-химические свойства нефтепродукта в короткие сроки и с минимальным расходом реагентов. Методика подходит для проверки свежего масла каустобиолитового происхождения и восстановленного, в случае если качество регенерации вызывает сомнения.
При сокращенном методе анализируются следующие показатели:
- пробивное напряжение;
- наличие воды и шлаков;
- кислотное число;
- температура вспышки;
- реакция водной вытяжки.
По результатам исследования принимается решение о возможности эксплуатации конкретного вида масла.
Проверка электрической прочности
Трансформаторное масло в силовых агрегатах выполняет функцию жидкого диэлектрика. Чтобы понять, насколько эффективно жидкость справляется с данной задачей, необходимо рассчитать ее электрическую изоляционную прочность. Расчет выполняется по формуле:
E=U/h
где U – величина напряжения пробоя, а h – зазор между электродами.
Минимальное допустимое значение для диэлектрической среды – 30 кВ, для свежего масла оно выше (60 кВ). Если число изоляционной прочности падает, нефтепродукт необходимо заменить – появляется риск короткого замыкания, дуговых разрядов.
Хроматографический анализ
Особенность методики заключается в том, что она позволяет выявить дефекты в конструкционных узлах маслонаполненного оборудования, но практически не дает информации о свойствах и составе самой масляной среды. Регулярный хроматографический анализ позволяет:
- отслеживать динамику процессов износа в агрегатах;
- прогнозировать появление дефектов, выявляя проблему на начальном этапе;
- оценивать степень повреждения;
- определять место повреждения для выполнения ремонтных работ.
Для оценки используются семь основных газов: водород, метан, этан, этилен, ацетилен, угарный газ, углекислый газ. Трансформаторное масло содержит в растворенном виде и другие газы – кислород, пропан, бутан, бутен, но их исследование не получило широкого распространения.
Зависимость дефектов от газовых примесей наглядно отображена в таблице:
| Вид газа | Вызываемые дефекты |
| Н2 (водород) | Дуговые разряды, высокий риск замыкания |
| СН4 (метан) | Перегрев масла и бумажно-масляной изоляции, появление искр |
| С2Н6 (этан) | Перегрев масла в диапазоне от 300 до 400℃ |
| С2Н4 (этилен) | Нагрев жидкости и бумажно-масляной изоляции выше 600℃ |
| С2Н2 (ацетилен) | Появление искрения, электрических разрядов |
| СО (угарный газ) | Старение и увлажнение нефтепродукта, ускоренный износ твердой изоляции |
| СО2 (углекислый газ) | Старение и перегрев твердой изоляции |
С помощью хроматографического метода определяется множество видов дефектов трансформаторов.
| Вид дефекта | Основные газы | Характерные газы |
| Перегрев токоведущих соединений и бумажно-масляной изоляции: выгорание контактов переключателей, нагрев креплений электростатического экрана, обрыв электростатического экрана | С2Н4 | Н2, СН4, С2Н6 |
| Ослабление винтов компенсаторов HH | С2Н2 | |
| Перегрев контактов отвода НН и шпильки проходного изолятора | ||
| Замыкание проводников обмотки | ||
| Перегрев элементов остова | ||
| Износ изоляции электротехнической стали | ||
| Нарушение изоляции стяжных шпилек, ярмовых балок | ||
| Перегрев деталей от магнитных полей | ||
| Нарушение заземления магнитопровода | ||
| Износ изоляции амортизаторов | ||
| Появление разрядов | Н2 | СН4, С2Н2 |
| Искры и дуговые разряды | Н2 | СН4, С2Н6 |
| Повышенный износ или переувлажнение твердой изоляции | СО и СО2 | |
| Перегрев твердой изоляции | СО2 |
Для защиты установок жидкость необходимо либо очистить, либо заменить на свежую.
Качественная и количественная оценка
В ходе исследования масляная среда проверяется также на содержание воды и механических примесей. Для этого используются две оценочные методики:
- количественная – вещество пропускают через бумажный фильтр, который затем высушивают и взвешивают количество осевших частиц;
- качественная – жидкость нагревают до 130℃, если при этом наблюдается треск и образование пены, следовательно, есть агрессивные водорастворимые кислоты, вызывающие коррозию.
Если норма взвесей превышена или превышена допустимая концентрация примесей, трансформаторное масло отправляют на регенерацию.
Периодичность проведения проверок
Хроматографический анализ необходимо выполнять регулярно со следующей периодичностью:
| Тип агрегата | Период контроля |
| Трансформаторы 110 кВ и выше | Раз в полгода |
| Герметичные вводы 110-220 кВ | Каждые 4 года |
| Герметичные вводы 330-750 кВ | Каждые 2 года |
Качественная и количественная оценка проводится чаще: раз в четыре месяца для оборудования 110 кВ и раз в полгода для установок до 35 кВ.
Составление протокола
Завершающий этап испытаний — составление протокола. Он оформляется в соответствии с установленными стандартами. В шапке документа необходимо указать тип масла, номер протокола и нормативы исследований по ГОСТу. Далее размещают таблицу с результатами исследований. В заключении специалист дает оценку возможности дальнейшего применения нефтепродукта, рекомендации по его регенерации или замене.
Зачастую лаборатории, проводящие подобные хроматографические испытания, имеют наработанную базу и оформляют документы в соответствии с установленным образцом. Это позволяет исключить канцелярские ошибки и составить протокол максимально быстро и качественно.
