W tym artykule omówimy jedną z głównych metod diagnostycznej oceny transformatorów — analiza gazów rozpuszczonych w oleju transformatorowym. W dalszej części opowiemy, kiedy wskazane jest stosowanie tej metody, jakie są główne techniki interpretacji jej wyników, a także opowiemy o nowym urządzeniu w linii produktów GlobeCore, które również wykorzystuje zasadę rozpuszczonego gazu w swoim działaniu.
Rodzaje uszkodzeń transformatorów
Ze względu na charakter rozwojowy wszystkie wady transformatorów można podzielić na trzy grupy:
- defektów, w przypadku których uszkodzenie transformatora rozwija się bardzo szybko i następuje natychmiastowa awaria sprzętu;
- miejscowe uszkodzenia, w przypadku których awaria transformatora następuje w ciągu kilku dni lub miesięcy. Są to szybko rozwijające się wady;
- uszkodzenia, które rozwijają się powoli, zwykle od kilku miesięcy do kilku lat. Są to tak zwane wady wolno rozwijające się.
W pierwszym przypadku niemożliwe jest kontrolowanie stanu transformatora w taki czy inny sposób i zapobieganie awarii transformatora. Aby zapobiec awarii w przypadku szybko rozwijających się usterek, stosuje się zautomatyzowane systemy do ciągłej oceny diagnostycznej. Trzeci przypadek wymaga okresowego lub częstego monitorowania i tam się rozwiązuje analiza gazowa oleju transformatorowego musi być użyte.
Analiza gazów rozpuszczonych w oleju transformatorowym: tło historyczne
Główną funkcją oleju jest izolowanie części przewodzących oraz odprowadzanie ciepła z nagrzanych elementów transformatora. Podczas pracy transformatora na olej wpływa wiele negatywnych czynników: wysokie napięcie i wysoka temperatura; nawilżenie i utlenianie. W rezultacie z czasem rozkładają się nie tylko cząsteczki oleju, ale także cząsteczki celulozy tworzące stałą izolację transformatora. Podczas rozkładu cząsteczek uwalniane są gazy, które przedostają się do oleju transformatorowego. Zwykle obejmują one metan, etan, etylen, acetylen, propan, propylen, buten i butan. Ponadto w zależności od rodzaju defektu rozwijającego się w transformatorze lista gazów i ich skład ilościowy mogą się różnić. Ta specyficzna cecha jest traktowana jako podstawa chromatografii analiza gazów rozpuszczonych w oleju transformatorowym. Dlatego oprócz funkcji izolacyjnej i odprowadzania ciepła olej transformatorowy zawiera informacje diagnostyczne o wolno rozwijających się defektach. A głównym zadaniem jest prawidłowe „odczytanie” tych informacji, a następnie ich zinterpretowanie.
Metodę chromatografii po raz pierwszy zastosował rosyjski naukowiec M. Tsvet w 1903 r. przy badaniu barwników roślinnych. Następnie metoda ta zyskała popularność w kilku dziedzinach chemii, w tym w chromatografii gazowej.
Nadgodziny, chromatograficzna analiza gazów rozpuszczonych rozpowszechnił się dzięki swoim zaletom, które wyrażają się w:
- próbki pobrane bez odłączania transformatora mogą być użyte do analizy;
- metoda może być wykorzystana do diagnostycznej oceny stanu transformatora, jak również każdego urządzenia do wytwarzania energii wypełnionego olejem;
- ocena diagnostyczna obejmuje szeroki zakres uszkodzeń transformatora;
- skutki ujawniają się we wczesnym stadium rozwoju, którego nie da się określić innymi metodami;
- ujawniony zostaje nie tylko domniemany charakter wady, ale również stopień istniejącego uszkodzenia.
Metoda jest stosowana do diagnostycznej oceny stanu transformatorów od lat 60-70 ubiegłego wieku. Obecnie, analizy gazów rozpuszczonych w normach olejów transformatorowych jest przeprowadzany; normy te obejmują ASTM D3612 Lub IEC60567.
Chromatograficzna analiza gazów rozpuszczonych: procedura krok po kroku
W pierwszym etapie chromatograficznej analizy gazów rozpuszczonych próbki oleju pobierane są z transformatora za pomocą specjalnych próbników, które wykluczają kontakt oleju z otaczającym powietrzem. Następnie próbki dostarczane są do laboratorium.
Pożądane jest, aby od momentu pobrania próbki do momentu jej analizy upłynął nie więcej niż tydzień.
Analiza gazów rozpuszczonych w oleju transformatorowym jest przeprowadzana w laboratorium przy użyciu specjalnych przyrządów zwanych chromatografami.
Sama analiza obejmuje dwa procesy. Pierwsza to wydobywanie gazów z ropy, druga to faktyczna analiza chromatograficzna uwolnionych już gazów. Ekstrakcja próżniowa lub desorpcyjna służy do ekstrakcji rozpuszczonych gazów z oleju.
Klasyczny analiza chromatograficzna polega na pracy z dziewięcioma gazami: wodorem, tlenem, azotem, metanem, etanem, etylenem, acetylenem, tlenkiem i dwutlenkiem węgla.
Chromatograficzna analiza gazów rozpuszczonych w oleju transformatorowym: technika diagnostyczna
Aby poprawnie zdiagnozować uszkodzenie transformatora na podstawie analizy gazów rozpuszczonych, konieczne jest zastosowanie odrębnej techniki. Obecnie zaproponowano kilka technik tego rodzaju. Wśród nich wyróżniamy:
- technika Rogersa;
- technika IEC 60599;
- technika SIGRE;
- trójkąt Duvala.
W tym artykule pokrótce omówimy metodę trójkąta Duvala, aby zrozumieć istotę. Został zaproponowany przez kanadyjskiego specjalistę M. Duvala w 1974 roku.
Metoda trójkąta Duvala
Metoda trójkąta Duvala jest przykładem podejścia do określania natury defektu za pomocą grafiki, a nie logiki obliczeniowej.
Metoda umożliwia wykreślenie punktu na wykresie reprezentowanym w postaci trójkąta z wykorzystaniem wartości stężeń trzech gazów (C2H2, C2H4, CH4). Zgodnie z metodą Duvala obszar trójkąta dzieli się na siedem stref. Każda strefa odpowiada określonemu wadliwemu statusowi transformatora. W sumie bierze się pod uwagę siedem stanów wadliwych. Rodzaj defektu określa punkt należący do określonej strefy.
W praktycznym zastosowaniu tej metody konieczne jest znalezienie procentu każdego gazu, wyodrębnienie go na odpowiednim boku trójkąta i narysowanie z każdego punktu trzech linii, które są równoległe do opóźnionego boku i przecinają się w jeden punkt. Położenie tego punktu określi strefę i diagnostycznie oceniany ubytek.
Omawiana metoda w oczywisty sposób demonstruje „lokalizację” defektu, jak również pozwala na obserwację trajektorii jego rozwoju w przypadku wykonania kilku chromatograficznych analiz gazów rozpuszczonych po pewnym czasie i naniesienia kolejno uzyskanych punktów na trójkąt.
Analizator wodoru i wilgoci oleju transformatorowego ТОR-2
Wymagania dotyczące postępowania z dużymi ilościami gazów podnoszą cenę sprzętu używanego w trakcie analizy chromatograficznej. Biorąc pod uwagę, że wodór stanowi około 59% wszystkich gazów powstających podczas rozkładu oleju i izolacji stałej, jego zawartość w oleju można uznać za kryterium informacyjne diagnostycznej oceny wolno rozwijających się uszkodzeń transformatora.
W Instrument TOR-2 Wyprodukowano przez GlobeCore, oznaczanie zawartości wodoru uzupełnione jest o jeszcze jedną funkcję — pomiar wilgotności.
Analiza oleju jest przeprowadzana łatwo i szybko przez jedną osobę. Po pobraniu próbki konieczne jest włączenie przyrządu, odkurzenie pojemnika wlotowego i rozpoczęcie pomiaru. Pierwsze wyniki wilgotności będą dostępne na panelu LCD za dziesięć minut, a wyniki zawartości wodoru — za trzydzieści minut. Dla wygodnej obsługi i przetwarzania danych przyrząd posiada zintegrowaną minidrukarkę, za pomocą której zawsze można wydrukować pasek z wynikami badań.
Dokładność pomiaru przyrządu TOR-2 uzyskana jest dzięki cechom konstrukcyjnym czujników oraz ich bezpośredniemu kontaktowi z olejem. Zanieczyszczenia w próbce oleju nie mają wpływu na działanie pojemnościowego czujnika wilgoci. A czujnik wodoru wykrywa tylko wodór, nie będąc wrażliwym na inne gazy.
GlobeCore jest wszechstronny i może być używany do wykrywania wolno rozwijających się uszkodzeń nie tylko w transformatorach, ale także w kablach wypełnionych olejem, przepustach wysokiego napięcia, dławikach bocznikowych i podobciążeniowych przełącznikach zaczepów.
Zastosowanie natychmiastowej oceny diagnostycznej transformatorów za pomocą
Dzięki przyrządowi TOR-2 w porę wykryjesz powoli rozwijające się usterki, zdołasz w odpowiednim czasie zapobiec uszkodzeniu urządzeń elektroenergetycznych wypełnionych olejem, zwiększysz niezawodność zasilania i zaoszczędzisz pieniądze na konserwacji tego sprzętu.