Анализ растворенного газа ( DGA ) - это исследование загрязнения масла трансформатора . [1] Изоляционные материалы в электрическом оборудовании выделяют газы, поскольку со временем они медленно разрушаются. Состав и распределение этих растворенных газов являются индикаторами эффектов разрушения, таких как пиролиз или частичный разряд , а скорость газообразования указывает на серьезность. [2] DGA полезен для программы профилактического обслуживания .
Сбор и анализ газов в масляной изоляции трансформатора обсуждались еще в 1928 г. [ править ] . По состоянию на 2018 год [Обновить], многие годы эмпирических и теоретических исследований были посвящены анализу газов повреждения трансформатора.
DGA обычно состоит из отбора проб масла и отправки пробы в лабораторию для анализа. Мобильные устройства DGA также можно транспортировать и использовать на месте; некоторые блоки могут быть напрямую подключены к трансформатору. Онлайн-мониторинг электрооборудования - неотъемлемая часть интеллектуальной сети .
Масло
Трансформаторы большой мощности заполнены маслом, которое охлаждает и изолирует обмотки трансформатора. Минеральное масло является наиболее распространенным типом трансформаторов для наружной установки; Также используются огнестойкие жидкости, включая полихлорированные бифенилы (ПХБ) и силикон. [3]
Изоляционная жидкость контактирует с внутренними компонентами. Газы, образовавшиеся в результате нормальных и нештатных ситуаций в трансформаторе, растворяются в масле. Анализируя объем, типы, пропорции и скорость образования растворенных газов, можно собрать много диагностической информации. Поскольку эти газы могут выявить неисправности трансформатора, они известны как «неисправные газы». Газы образуются в результате окисления , испарения , разложения изоляции, разложения масла и электролитического воздействия.
Отбор проб
Трубка для отбора проб масла
Трубка для отбора проб масла используется для отбора, удержания и транспортировки пробы трансформаторного масла в том же состоянии, в каком она находится внутри трансформатора, со всеми растворенными в ней газами неисправности.
Это газонепроницаемая трубка из боросиликатного стекла емкостью 150 или 250 мл, имеющая два герметичных тефлоновых клапана на обоих концах. Выходы этих клапанов снабжены резьбой, которая помогает в удобном соединении синтетических трубок при отборе пробы из трансформатора. Также это положение полезно для переноса масла в бюретку для отбора проб масла в экстракторе для нескольких газов без какого-либо воздействия атмосферы, тем самым сохраняя все его растворенные и выделившиеся газы с дефектами.
Он имеет перегородку на одной стороне трубки для отбора пробы масла для проверки его влажности.
Ящики из термо-пены используются для транспортировки вышеуказанных пробирок для проб масла без воздействия солнечного света.
Стеклянный шприц
Масляные шприцы - еще один способ получить пробу масла из трансформатора. Объем шприцев может варьироваться, но обычно он составляет 50 мл. Качество и чистота шприца важны, поскольку он поддерживает целостность образца перед анализом.
Добыча
Метод DGA включает извлечение или удаление газов из нефти и закачку их в газовый хроматограф (ГХ). Для определения концентрации газа обычно используются пламенно-ионизационный детектор (FID) и детектор теплопроводности (TCD). В большинстве систем также используется метанизатор, который преобразует любой присутствующий монооксид углерода и диоксид углерода в метан, чтобы его можно было сжечь и обнаружить на FID, очень чувствительном датчике. [4]
«Стеллажный» метод
Первоначальный метод, теперь ASTM D3612A, требовал, чтобы масло подвергалось воздействию высокого вакуума в сложной системе с герметичным стеклом для удаления большей части газа из масла. Затем газ собирали и измеряли в градуированной трубке, создавая вакуум ртутным поршнем. Газ удаляли из градуированной колонки через перегородку с помощью газонепроницаемого шприца и немедленно вводили в ГХ.
Многоступенчатый газовый экстрактор
Многоступенчатый газовый экстрактор представляет собой устройство для отбора проб трансформаторного масла . В 2004 году Центральный исследовательский институт энергетики в Бангалоре ( Индия) представил новый метод, в котором один и тот же образец трансформаторного масла может многократно подвергаться вакуумному воздействию при температуре окружающей среды до тех пор, пока не перестанет увеличиваться объем извлекаемых газов. Этот метод был далее разработан Dakshin Lab Agencies, Бангалор для создания многоступенчатого газового экстрактора трансформаторного масла. Этот метод является импровизированной версией стандарта ASTM D 3612A для выполнения множественной экстракции вместо одной экстракции и основан на принципе Топлера.
В этом аппарате фиксированный объем пробы масла непосредственно отбирается из пробоотборной трубки в сосуд для дегазации под вакуумом, где выделяются газы. Эти газы выделяются с помощью ртутного поршня для измерения его объема при атмосферном давлении и последующей передачи в газовый хроматограф с помощью газонепроницаемого шприца.
Аппарат очень похожей конструкции, в принципе обеспечивающий многократный отбор газа с использованием вакуума и насоса Топлера, эксплуатируется в Сиднее (Австралия) более 30 лет. Система используется для силовых и измерительных трансформаторов, а также для кабельных масел.
Извлечение свободного пространства
Извлечение свободного пространства объясняется в ASTM D 3612-C. Извлечение газов достигается путем перемешивания и нагревания масла для выпуска газов в «свободное пространство» запечатанного флакона. После того, как газы были извлечены, они отправляются в газовый хроматограф .
Существуют специальные методы, такие как сорбционная экстракция в свободном пространстве (HSSE) или сорбционная экстракция с мешалкой (SBSE). [5]
Анализ
Когда в трансформаторах происходит выделение газов, образуется несколько газов. Достаточно полезной информации можно получить из девяти газов, поэтому дополнительные газы обычно не исследуются. Изучены девять газов:
- атмосферные газы: азот и кислород
- оксиды углерода: оксид углерода и диоксид углерода
- углеводороды: ацетилен , этилен , метан и этан
- водород
Газы, извлеченные из пробы нефти, вводятся в газовый хроматограф, где колонки разделяют газы. Газы вводятся в хроматограф и транспортируются через колонку. Колонка выборочно задерживает пробы газов, и они идентифицируются, когда они проходят мимо детектора в разное время. График зависимости сигнала детектора от времени называется хроматограммой .
Отделенные газы обнаруживаются детектором теплопроводности атмосферных газов, пламенно-ионизационным детектором углеводородов и оксидов углерода. Метанатор используется для обнаружения оксидов углерода путем восстановления их до метана, когда они находятся в очень низкой концентрации.
Типы неисправностей
Тепловые неисправности обнаруживаются по наличию побочных продуктов разложения твердой изоляции. Твердая изоляция обычно изготавливается из целлюлозного материала. Твердая изоляция разрушается естественным путем, но скорость увеличивается с повышением температуры изоляции. Когда происходит электрическая неисправность, она высвобождает энергию, которая разрывает химические связи изолирующей жидкости. Как только связи разрываются, эти элементы быстро реформируют газы неисправности. Энергия и скорость, с которой образуются газы, различны для каждого из газов, что позволяет анализировать данные по газу, чтобы определить вид неисправной активности, имеющей место в электрическом оборудовании.
- Перегрев обмоток обычно приводит к термическому разложению целлюлозной изоляции . В этом случае результаты DGA показывают высокие концентрации оксидов углерода (монооксида и диоксида). В крайних случаях метан и этилен обнаруживаются на более высоких уровнях.
- Перегрев масла приводит к разложению жидкости под воздействием тепла и образованию метана, этана и этилена.
- Корона - это частичный разряд, обнаруживаемый в DGA по повышенному содержанию водорода.
- Возникновение дуги - самое тяжелое состояние трансформатора, на которое указывает даже низкий уровень ацетилена.
Заявление
Интерпретация результатов, полученных для конкретного трансформатора, требует знания возраста агрегата, цикла нагрузки и даты капитального ремонта, такого как фильтрация масла. Стандарт IEC 60599 и стандарт ANSI IEEE C57.104 содержат рекомендации по оценке состояния оборудования на основе количества присутствующего газа и соотношений объемов пар газов. [6]
После того, как образцы были взяты и проанализированы, первым шагом в оценке результатов DGA является рассмотрение уровней концентрации (в ppm) каждого ключевого газа. Значения для каждого из ключевых газов регистрируются с течением времени, чтобы можно было оценить скорость изменения различных концентраций газа. Любое резкое увеличение концентрации ключевого газа указывает на потенциальную проблему внутри трансформатора. [7]
Анализ растворенных газов как метод диагностики имеет несколько ограничений. Он не может точно локализовать неисправность. Если трансформатор был залит свежим маслом, результаты не указывают на неисправность. [6]
Рекомендации
- ^ Герберт Г. Эрдман (редактор), Электроизоляционные масла , ASTM International, 1988 ISBN 0-8031-1179-7 , стр. 108
- ^ «АНАЛИЗ РАСТВОРЕННОГО ГАЗА МИНЕРАЛЬНЫХ НЕФТЕИЗОЛЯЦИОННЫХ ЖИДКОСТЕЙ» . Архивировано из оригинального 25 апреля 2012 года . Проверено 2 ноября 2011 года .
- ^ «Анализ растворенного газа» . 2005 . Проверено 21 ноября 2011 года .
- ^ «Использование анализа растворенного газа для обнаружения активных неисправностей в электрооборудовании с масляной изоляцией» . Архивировано из оригинального 15 апреля 2012 года . Проверено 21 ноября 2011 года .
- ^ Сорбционная экстракция в свободном пространстве (HSSE), сорбционная экстракция с мешалкой (SBSE) и твердофазная микроэкстракция (SPME), применяемые для анализа жареного кофе арабика и кофейного напитка. Бикки С1, Иори С., Рубиоло П. и Сандра П., J. Agric Food Chem., 30 января 2002 г., том 50, выпуск 3, страницы 449-459, PMID 11804511
- ^ a b Мартин Дж. Хиткот (редактор)., Тринадцатое издание книги трансформера J&P , Newnes, 2007 ISBN 978-0-7506-8164-3 страницы 588-615
- ^ «Анализ растворенного газа для трансформаторов» (PDF) . Проверено 21 ноября 2011 года ., Линн Хэмрик, "Анализ растворенного газа для трансформаторов"