انجام عملیات تصفیه روغن ترانسفورماتورهای توزیع در محل نصب

چکیده: بازدید و تصفیه روغن ترانس یکی از عوامل اصلی و مهم در طولانی تر کردن عمر مفید آن می باشد . در صورتیکه بازدیدهای دوره ای قدرت عایقی روغن را ضعیف نشان دهد ، تصفیه ، لجن زدایی و رطوبت گیری از روغن ضروری خواهد بود. با توجه به اینکه طول عمر بسیاری از ترانسفورماتورهای موجود در نقاط مرکزی و حساس شهرها زیاد بوده و روغن آنها دیگر از مرغوبیت و عایقی لازم و استاندارد برخوردار نمی باشند، خطری پنهان و خزنده در ایجاد خاموشیهای پیش بینی نشده و طولانی وجود دارد و در صورتی که به آن توجه لازم نشود شرکتهای توزیع در سالهای آتی با مشکلات زیادی از بابت سوختن ترانسفورماتور های خود روبرو خواهند شد . شرکتهای توزیع برق و مشترکین خصوصی با توجه به تبعات اقتصادی یا اجتماعی ناشی از خاموشیهای لازم برای این کار همواره نگرانی های جدی از تصفیه روغن ترانس دارند چه بسا طفره رفتن و به تعویق انداختن تصفیه روغن ، برای گذشتن از پیکبار تابستانی یا اخذ مجوزهای لازم برای خاموشی و یا فرصت یافتن برای خواباندن خط تولید ، منجر به بروز حوادث پیش بینی نشده و بسیار پر هزینه ای بشود . این مقاله راهکاری نو را در انجام عمل تصفیه روغن ترانسفورماتور در محل نصب ، بدون خاموشی و قطع نیروی برق و در شرایط باردار بودن کامل آن مطرح می نماید . این روش برتری های چشمگیری از جمله رطوبت گیری هسته و سیم پیچی های ترانسفورماتور در حین انجام تصفیه روغن ، لجن زدایی از سطح داخلی مخزن ، بوبین ها و هسته ترانسفورماتور، عدم نیاز به خاموشی و بی برق نمودن ترانس در حین انجام تصفیه و 000 را دارا می باشد . نتایج این مقاله بساخت یک نمونه عملی در شرکت توزیع برق شهرستان اصفهان منجر شده که هم اکنون با موفقیت در حال بهره برداری می باشد .

مقدمه

بخش عمده ای از تأسیسات فعلی شرکتهای توزیع برق دارای عمر و قدمت قابل توجهی هستند . هر چند دستور العمل های لازم برای بازرسی ، سرویس و نگهداری دوره ای این تأسیسات وجود دارد ، ولی همواره مشکلات اجرایی، هزینه هاینسبتاً بالای تعمیرات و مهمتر از همه مسئله محدودیت در اعمال خاموشی ، در انجام صحیح این دستور العمل ها اخلال ایجاد می کند . در بین این تجهیزات، ترانسفورماتور بی شک حاد ترین وضعیت را دارد . ترانسفورماتورها با محدودیت های بیشتری از حیث خاموشی و تعمیر در محل مواجهند . به نحویکه گاهی علیرغم همه هزینه ها شرکت های توزیع ’’ تعویض ‘‘ آنها را بر تعمیرشان ترجیح می دهند . معمولترین بخش از بازرسی های ترانس ، بازبینی کیفیت و قدرت عایقی روغن آن است . حیات ترانسفورماتور به شدت به کیفیت روغن آن وابسته است . یک روغن کثیف و ضعیف به سرعت ترانس را به آستانه سوختن هدایت می کند .در یک بررسی آماری مشخص شده است که در نزدیک به 65 % موارد معیوب شدن ترانس ریشه در ضعف روغن آن داشته .[ است [1

خواص روغن

بطور کلی دلایل اصلی بکار بردن روغنها در ترانسفورماتورها را می توان بصورت زیر خلاصه نمود :

• 1 - عایق کاری الکتریکی
• 2 - کنترل درجه حرارت داخل ترانس و انتقال حرارت
• 3 - جلوگیری از خوردگی مواد عایق و قسمتهای فلزی ترانسفورماتور
• 4 - طول عمر زیادتر و تضمین پایداری شیمیایی برای ترانسفورماتور
• 5 - آب بندی و جمع آوری و حمل مواد ناخالص ناشی از کاربرد به خارج از محیط سیستم
• 6 - خاموش کردن جرقه الکتریکی

وظیفه یک روغن خوب به عنوان یک سیال عایق و یک ماده انتقال دهنده حرارت که به نحو احسن انجام وظیفه می کند

عبارت است از :

• 1 - استقامت دی الکتریک ( یا ولتاژ شکست ) بالا
• 2 - قابلیت انتقال حرارت خوب
• 3 - ویسکوزیته کم
• 4 - نقطه ریزش یا سیلان پائین
• 5 - نقطه اشتغال بالا
• 6 - تمایل به اکسیداسیون و تشکیل لجن کم کم
• 7 - ضریب تلفات عایق پائین
• 8 - میزان تغییرات خواص در درجه حرارت بالا کم
• 9 - مقاومت مخصوص زیاد

عواملی که باعث فساد و خراب شدن روغن ترانس و در نتیجه عدول از خصوصیات استاندارد آن می شود عبارتند از :

• 1 - نفوذ رطوبت و آب
• 2 - درجه حرارت بالا
• 3 - اکسیداسیون و اسیدی شدن روغن
• 4 - وارد شدن ذرات معلق و ناخالصی در روغن

معمول است که شرکت های توزیع در دوره های شش ماهه با نمونه گیری و تست روغن ، در صورت لزوم اقدام به تصفیه روغن می نمایند . در برخی از شرکتهای توزیع که دارای دستگاه سیار تصفیه روغن هستند پس از اعمال خاموشی روغن ترانس در محل نصب ، تصفیه میشود . برخی شرکتهای دیگر که این امکانات را ندارند اقدام به تعویض ترانس و انتقال آن به محل تعمیرگاه و جایگزینی ترانس جدید می نمایند و یا کل روغن را در محل تعویض می کنند . همة این روشهای سنتی دارای عیوبی هستند . حتی در بهترین حالت که روغن در محل پست تصفیه می شود لزوم ایجاد خاموشی طولانی نقصی اساسی خواهد بود. این روش های تصفیه عیوب دیگری نیز دارند که در ادامه به آنها اشاره خواهد شد . چنانچه امکان تصفیه در محل نبوده و روغن ک ً لا عوض شود مشکلاتی به شرح زیر وجود خواهد داشت :

1 - لجن زدایی

لجن زدایی عم ً لا در داخل ترانس انجام نمی شود . در ترانسفورماتورها درجه آلودگی ناشی از اکسیداسیون باعث ایجاد رسوب و لجن می شود . تشکیل رسوب بعلت کاهش هدایت حرارتی و پائین آوردن استقامت دی الکتریک روغن بسیار زیان بخش می باشد . بطوریکه یک ورق نازک رسوب ، گرادیان درجه حرارت مس به روغن را افزایش داده و در شرایط بارداری مشخص، درجه حرارت سیم پیچ بیش از حالت عادی (بدون رسوب ) می گردد . متأسفانه هنگامی که روغن ترانسفورماتور ک ً لا تعویض گردد این رسوبات و لجن ها بر روی بوبین ها و هسته و جداره های داخلی ترانس باقی می ماند و دوباره با روغن جدید مخلوط شده و عم ً لا برای از بین بردن این معضل کاری انجام نمی پذیرد

2 - رطوبت گیری

هنگام تخلیه کامل روغن از داخل ترانس، رطوبت همچنان در بین هسته و سیم پیچها بجا می ماند و جدا نمی شود . هنگامی که روغن جدید به داخل ترانس پمپ می شود. رطوبت و گازهای باقی مانده از روغن قبلی با روغن جدید مخلوط شده و خواص روغن جدید را بسیار پائین می آورد و حتی هنگامی که با اتصال کوتاه کردن سیم پیچ های ثانویه اقدام به رطوبت زدایی می نماییم، به دلیل حرارت ایجاد شده در سیم پیچ ها رطوبت از آنها تبخیر شده ولی قسمتی از رطوبت جدا شده دوباره در خود روغن حل می شود و ترانس رطوبت گیری کامل نمی شود .

3 - خاموشی نسبتاً طولانی

باید توجه داشت که تعویض روغن ترانسهای هوایی ممکن است خیلی مشکل نباشد ولی همین کار در مورد یک 1250 که دارای 1100 لیتر روغن است، آن هم در حال نصب در پست، کاری بسیار مشکل خواهد بود . kVA ترانس تعویض ترانس به دلیل نامناسب بودن روغن آن، احتما ً لا آخرین و غیر اقتصادی ترین کاری است که میتوان انجام داد ولی برخی از شرکتهای توزیع که فاقد امکانات لازم هستند . به ناچار و قبل از اینکه در یک نیمه شب ترانس سوختگی غافلگیرشان کند ، خاموشی لازم را اعمال کرده و ترانس را تعویض می نمایند !

4 - اختلاط انواع روغن

در روش سنتی معمول که روغن های مختلف در مخزن واحدی جمع آوری شده و سپس تصفیه میشوند. اینکار بدلیل اینکه روغن های مختلف با ترکیبات متفاوت و خواص گوناگون با یکدیگر ترکیب می گردند، باعث میشود مخلوط حاصله پس از تصفیه، دیگر کیفیت قبلی را نداشته و بسرعت پیر و فرسوده و غیرقابل استفاده شود. در صورتیکه با استفاده از مکانیسم پیشنهادی توسط این دستگاه، روغن ترانس بدون ترکیب شدن با روغن های دیگر به تنهایی تصفیه شده و خواص خود را پس از تصفیه شدن کام ً لا حفظ می کند .

شرح روش پیشنهادی :

دستگاهی که در این قسمت شرح خواهیم داد امکان تصفیه روغن را در حالت بارداری کامل ترانس و بدون هیچگونه خاموشی دارا بوده و مزایای متعددی می توان برای آن بر شمرد . دیاگرام قسمتهای مختلف این دستگاه در شکل ( 1) نشان داده شده است .

 شکل ( 1) : بلوک دیاگرام مکانیسم دستگاه پیشنهادی

این دستگاه در عین حال دارای قابلیت استفاده جهت تعویض کل روغن ، تخلیه روغن و روغن گیری بطریق خلاء ترانسفورماتور را نیز دارد . مزایای این مکانیسم که در عمل مشاهده شده است را بشرح زیر می توان فهرست نمود :

1 - حفاظت ترانسفورماتور در حین انجام عملیات تصفیه روغن

• الف – جلوگیری از تخلیه روغن ترانس بیش از حد نرمال
• ب – جلوگیری از ورود حباب های هوا ، همراه با روغن به داخل ترانس بواسطة استفاده از دو مخزن خلاء
• ج – لجن زدایی به طریق آرام و جلوگیری از شناور شدن یک مرتبه لجن و رسوبات در روغن

2 - لجن زدایی کامل

با گرم کردن تدریجی روغن و افزایش زمان تصفیه ( که بدلیل عدم اعمال خاموشی نگرانی از آن نیست ) و با ایجاد حالتی مشابه با گردش طبیعی روغن که در بارداری عادی ترانس، در مجاورت سیم پیچ های تحت تنش الکتریکی و حرارتی قرار گرفته و مدام در حالت گردش از مرکز به جداره های داخلی ترانس حرکت میکند، برای لجن زدایی کامل استفاده مینمائیم . لجن های رسوب کرده در بدنه ، روی هسته خصوصًا در فضای بین کلافهای فشار ضعیف و فشار متوسط هنگامی که ویسکوزیته روغن با اعمال تدریجی حرارت به پائین ترین سطح ممکنه رسیده و قابلیت نفوذ پذیری آن در قسمت های مختلف ترانس بالا برده شود، از جای خود کنده میشوند. پس با گرم کردن تدریجی روغن ترانس توسط هیتر های دستگاه ، با فشار کمکی میتوان لجنها را به تدریج بهمراه روغن، از ترانس خارج و توسط فیلتر های دستگاه از روغن جدا کرد . میزان لجن های جدا شده از روغن، به این روش قابل ملاحظه می باشد و روغن پس از پایان عملیات تصفیه ، کام ً لا شفاف و فاقد هرگونه رسوب و لجن خواهد شد . ضمن آنکه انجام کار بصورت تدریجی مشکلات ناشی از کنده شدن ناگهانی لجنها از بدنه را نیز نخواهد داشت .

3 - رطوبت گیری و جداسازی گازهای محلول

تصفیه به این روش به هیچ عنوان نیاز به خشک کردن از طریق اتصال کوتاه سیم پیچ ها و تزریق جریان ندارد و بدین صورت انجام می پذیرد که دستگاه، روغن را پس از مکش از ترانس به آرامی گرم کرده و دوباره به داخل ترانس پمپ می کند . با افزایش تدریجی حرارت و طولانی کردن مدت انجام آن ویسکوزیته روغن به پائین ترین حد ممکن می رسد به گونه ای که قابلیت نفوذ پذیری آن در قسمت های مختلف سیم پیچ ها و هسته ترانس در حد لازم بالا میرود. روغن پس از طی هر بار گردشهای کامل و متعدد در داخل ترانس و با نفوذ کامل در بخش های مختلف داخل ترانس رطوبت موجود را جذب کرده و سپس توسط سیستم پاشش و دو مخزن خلاء دستگاه که در یکی از آنها، روغن را بصورت پاششی و قطره ای بوده و در دیگری در حال سکون و آرامش قرار می گیرد، گازهای محلول و رطوبت تبخیر شده را بطور کامل از روغن جدا می کند .

4 - حجم داخلی بسیار کم دستگاه

حجم روغنی که در قسمتهای مختلف این دستگاه بگردش در می آید بسیار کم است. به نحوی که بدون کاهش یافتن سطح روغن ترانس از حد مجاز، می تواند به کار عادی خود ادامه دهد و ترانس با کمبود سطح روغن مواجه نمی شود. این امر تضمینی برای جلوگیری نمودن از سوختن ترانس در حین انجام تصفیه می باشد .

5 - استفاده از دو مکانیسم فیلتر

فیلتر ورودی دستگاه از ورقه های سلولزی مخصوص و فیلتر خروجی دستگاه از فیلتر های کائوچویی فشرده اسفنجی استفاده می کند که توانایی جداسازی ذرات بسیار ریز معلق در روغن را دارا می باشد

6 - مزایای اقتصادی

با توجه به کار دستگاه بصورت خط گرم بارزترین مزیت اقتصادی آن ، کاهش انرژی های توزیع نشده است . فرض 1250 را با روش سنتی تصفیه کنیم و روغن ترانس کمی کثیف باشد این کار با احتساب kVA کنیم بخواهیم روغن یک ترانس مقدمات و باز و بست لوله ها حدود 8 ساعت وقت می گیرد. اگر فرض کنیم این ترانس بطور میانگین در 60 % بار نامی کار می کرده است، بهای انرژی توزیع نشدة آن عبارت خواهد بود از 1250 = صرفه جویی اقتصادی * 0/9 * %60 * 160 * 8 = 864/ ریال 000  و بهای هر کیلو وات ساعت انرژی را بطور متوسط 160 ریال فرض کرده / برای سهولت ضریب قدرت را ثابت و برابر 9 ترانس را برابر بگیریم، هزینه انرژی توزیع نشده بر جمع هزینه های offline و online ایم. حال اگر هزینه تصفیه روغن ا ضافه میگردد. ضمن آنکه خاموشیهای فوق نارضایتی مشترکین و در کارخانه های تولیدی از offline تصفیه شده بصورت مدار خارج شدن خط تولید را در بر دارد  برابر می باشد . offline هزینه های ساخت دستگاه تقریبًا با هزینه های ساخت دستگاه های شکل ( 2) : نمونه ای از انجام عملیات تصفیه روغن در پست عمومی شرکت توزیع برق شهرستان اصفهان

7 - تبعات خاموشی برای مشترکین

تأمین انرژی مطمئن و ارزان و بدون قطعی همواره یکی از خواسته های مشترکین شرکتهای توزیع میباشد. در این راستا یکی از عوامل اصلی در عدم رضایت مشترکین خاموشیهای مکرر و طولانی مدت است که پیامدهای اقتصادی و اجتماعی زیادی را در بر دارد. با استفاده نمودن از روش مذکور هم از خاموشیهای طولانی مدت جلوگیری بعمل می آید و هم پیشگیری مطمئن برای جلوگیری از خاموشیهای بعدی ناشی از سوختن ترانس را به دنبال دارد . 630 ب رابر 5 ساعت و برای یک ترانس kVA زمان میانگین کارکرد دستگاه تصفیه پس از اتصال برای یک ترانسفورماتور 1250 ب رابر 10 ساعت می باشد که بدلیل عدم اعمال خاموشی، نگرانی از بابت آن نیست . سیستم ارت حفاظتی kVA دستگاه نیز بصورت رینگ به سیستم ارت پست متصل می شود . ابعاد دستگاه با عرض 140 ( با احتساب گلگیرهای جانبی برابر با 185 ) ، طول دستگاه 210 و ارتفاع آن برابر با 210 سانتیمتر می باشد . حمل و نقل دستگاه نیز توسط یک دستگاه وانت یدک کش به آسانی انجام پذیر می باشد و با وزن 950 قابلیت جابجایی و بهره برداری توسط دو نفر پرسنل را دارد . kg تقریبی

نتیجه گیری :

استفاده از مکانیسم پیشنهادی در این مقاله به تصفیه بسیار بهتر روغن ترانس منجر می شود که در کنار عدم نیاز به معرفی می کند . به لحاظ اقتصادی کاربرد این offline خاموشی، آن را جانشین بسیار مناسبی برای دستگاههای تصفیه بصورت دستگاه کاملا توجیه پذیر و منطقی است و خصوصًا در مناطق رطوبت خیز یا گرم مانند جنوب و شمال کشور که با مشکلات بسیار زیادی از این بابت سرو کار دارند، این دستگاه می تواند بسیار مفید واقع شده و شعار همیشگی ’’ پیشگیری بهتر از درمان است‘‘ را تحقق بخشد .