Хроматографический анализ растворенных газов в диагностике трансформаторов (стр. 13 )

Под CH4+ понимается взвешенная сумма углеводородных газов CH4, C2H4, C2H6, C3H6, и C3H8. Она может быть измерена непосредственно датчиком при мониторинге или получена суммированием результатов полного хроматографического анализа.

Также как и в методике Дюваля сумма H2, C2H2 и CH4+ принимается за 100 %. По результатам ХАРГ определяются доли (в процентах) каждой из трёх величин и затем откладываются на соответствующих сторонах треугольника. После этого проводятся прямые параллельно отстающей (если двигаться по часовой стрелке) стороне треугольника. Все линии, как и в Дювале, пересекутся в одной точке.

В данном методе определяются следующие виды дефектов: Э1, Э3, Э4, Т2, Т3 и Т4 и, кроме того, ранее не рассматриваемый дефект под названием «переток масла из бака контактора РПН», который обозначим как ПМ.

На рис. 5.14 показан реальный пример диагностики неисправного трансформатора. Точка 2 была получена по результатам полного хроматографического анализа масла, выполненного в лаборатории (табл. 5.18); точки 1 и 3 получены с интервалом в несколько дней с помощью устройства TGM-D (Transformer Gas Monitor, см. табл. 3.3), используемого в системе мониторинга фирмы GATRON GmbH. Все три точки попали в область термического дефекта Т4.

Таблица 5.18. Результаты хроматографического анализа полученные в лаборатории

Газ	Концентрация, % об.
Н2	0,0096
СН4	0,0126
С2Н2	0,0008
С2Н4	0,0448
С2Н6	0,0071
С3Н8	0,0050
С3Н6	0,0449
СН4+	0,0321 (расчётное)

Процентные концентрации для сторон треугольника:

С2Н2;

Н2;

СН4+.

5.12. Метод ETRA

Этот метод был разработан в компании Electra Technology Research Association (Япония) [10]. Для выявления характера дефекта анализируются отношения трёх газов: С2Н2, C2H4, C2H6. В отличие от двух предыдущих методов в данном случае строится не треугольник, а квадрат, на двух сторонах которого наносятся неравномерные шкалы.

В площади квадрата выделены зоны, соответствующие тому или иному виду дефекта. Механизм выделения зон наглядно виден из рис. 5.15.

Рис. 5.15. Квадрат ETRA

Алгоритм определения вида дефекта достаточно прост:

-  рассчитываются отношения С2Н2/С2Н6 и С2Н4/С2Н6;

-  по оси абсцисс в масштабе откладывается значение отношения С2Н4/С2Н6, по оси ординат – значение отношения С2Н2/С2Н6;

-  точка пересечения перпендикуляров, восстановленных из полученных точек, укажет на зону, соответствующую тому или иному виду дефекта.

Если концентрация С2Н2 меньше, чем граница его определения, то этот газ считается отсутствующим. Отношение С2Н2/С2Н6 в этом случае не рассчитывается, а условно принимается равным 0,005. При этом в оборудовании можно диагностировать только термические дефекты.

5.13. Графические образы дефектов

Данный метод графического построения образов разных дефектов в силовых трансформаторах также был предложен японскими исследователями. Эти образы строятся по концентрациям пяти газов: Н2, CH4, С2Н6, С2Н4, C2H2. Метод был разработан на основе практического опыта сопоставления фактически выявленных дефектов с концентрациями газов, полученными с помощью ХАРГ. Следует отметить, что эти образы строят для оборудования, в котором концентрации некоторых или хотя бы одного газа превышают граничные значения.

Приведем алгоритм построения графического образа дефекта:

1.  По результатам ХАРГ среди всех газов выбирают тот, который имеет наибольшую абсолютную концентрацию.

2.  Определяют величину отношения каждого газа к газу, имеющему наибольшую концентрацию. Отношение газа с наибольшей концентрацией принимается за единицу, отношение остальных газов будут меньше единицы.

3.  Строят график образа дефекта, на котором по оси абсцисс размещают газы строго в следующем порядке: Н2, CH4, С2Н6, С2H4, C2H2, а по оси ординат откладывают вычисленное отношение для каждого из этих газов. Полученные точки соединяют линией.

4.  Сравнивают полученный график с тестовыми образами и выбирают тот, где достигается максимальное совпадение. Этот образ и определяет вид дефекта.

Например, в результате проведения ХАРГ были получены следующие концентрации газов, мкл/л: Н2=12, СН4=458, С2Н6=152, С2Н4=571, С2Н2=0.

Газ, имеющий наибольшую концентрацию, – С2Н4. Определяются отношения всех газов к С2Н4:

С2Н4/С2Н4=571/571=1;

Н2/С2Н4=12/571=0,02;

СН4/С2Н4=458/571=0,8;

С2Н6/С2Н4=152/571=0,27;

С2Н2/С2Н4=0/571=0.

В соответствии с полученными отношениями строится график образа дефекта (рис. 5.16).

Рис. 5.16. График образа дефекта

Сравнивая полученный график с образами известных дефектов, находят такой, в котором достигается максимальное совпадение. Как правило, подобное сравнение выполняется автоматически и соответственно численно оценивается степень совпадения. После чего определение вида дефекта затруднений не вызывает.

Всего имеется порядка 12 образов дефектов, которые приведены в различных руководствах по интерпретации ХАРГ и, в частности, в [8].

5.14. Лепестковая диаграмма

Серьезная работа по интерпретации ХАРГ проведена коллективом специалистов Уральского Федерального университета [11, 12]. На этапе обнаружения дефекта ими предлагается использовать два уровня значений концентраций растворенных в масле газов: допустимый (ДЗ) и предельно допустимый (ПДЗ). В результате исследования факторов, влияющих на концентрации растворенных в масле газов, сделаны выводы о целесообразности дифференцировать ДЗ и ПДЗ следующим образом:

-  по способу защиты масла трансформатора (герметичные и негерметичные);

-  маркам масла (ГК, ВГ; ТКп и остальные);

-  сроку эксплуатации (до 3, 3–15, 15–27, 27–37, свыше 37 лет);

-  классу напряжения (35, 110, 220–500);

-  типу РПН (PC и остальные).

Весь массив данных результатов ХАРГ был разделен на выборки в соответствии с найденными факторами влияния. Для нахождения значений ДЗ и ПДЗ концентраций газов для каждой выборки строилась интегральная функция распределения. Это оказалось возможным благодаря информации, накопленной в базе данных компьютерной системы «Альбатрос», разработчиками которой авторы данной методики являются.

Для определения характера дефекта предлагается отображать состояние объекта на основе результатов ХАРГ в виде 8-ми лепестковой диаграммы, где по семи лучам откладываются значения концентраций газов, а по восьмому лучу – их сумма, которая находится по формуле

где Ki – концентрации водорода и углеводородных газов;

m – коэффициент масштабирования (обычно m=0,01);

KСО – концентрация CO;

KСО2 – концентрация CO2.

Предварительно на лепестковой диаграмме формируется образ, соответствующий ДЗ (ПДЗ). Допустимые значения выбираются в зависимости от отмеченных выше конструктивных особенностей и срока эксплуатации оборудования. Затем на соответствующих лучах диаграммы отображаются полученные из ХАРГ концентрации всех газов (рис. 5.17).

Рис. 5.17. Лепестковая диаграмма по результатам ХАРГ:

область, ограниченная пунктиром – зона бездефектного состояния; фигура, сформированная сплошными линиями – пример образа дефектного состояния объекта: превышены граничные значения по С2Н4 и СО2

Полученный образ дефектного состояния оборудования необходимо сопоставить с некоторым набором эталонных изображений. Для их получения были проанализированы многочисленные случаи результатов ХАРГ и последующих фактов вскрытия трансформаторов 35–500 кВ. После изучения собранных материалов было составлено 14 видов эталонных диаграмм, отображающих дефекты электрического и термического характера разной силы проявления.

В методике разработана специальная процедура сравнения полученного изображения дефектного состояния с эталонными образами, предполагающая масштабирование полученного изображения, вычисление мер близости и родства, определение коэффициента опасности и других характеристик. Для этого предлагается специальная компьютерная программа.

Появились работы, где высказываются замечания, направленные на усовершенствование методики лепестковых диаграмм. В частности, в [17] предложено:

-  изменить масштаб концентрации угарного газа с 1:100 на 1:1;

-  убрать ось суммарного значения концентраций газов, поскольку это требует дополнительных расчетов и не влияет на конечный результат.

Анализируя методику лепестковых диаграмм в целом, можно сделать следующие выводы:

-  в ее основе лежит значительный фактический массив информации с результатами ХАРГ, накопленный почти за 20-ти летний период эксплуатации системы «Альбатрос» в различных энергокомпаниях РФ;

-  авторами, одними из первых вводится понятие «тренда» применительно к концентрациям газов, что в рассматриваемом контексте нам представляется важным диагностическим параметром;

-  несколько смущает уровень сложности и, соответственно, громоздкости предлагаемого инструментария; наш опыт показывает, что методика становится популярной у специалистов, пока степень ее «прозрачности» не опускается ниже определенных пределов.

5.15. Пример постановки диагноза

с помощью разных методик

Приведенный обзор подходов к диагностике силовых масляных трансформаторов по результатам ХАРГ показывает, что за исключением некоторых случаев рассмотренные методики более или менее значительно отличаются друг от друга. Это понятно – все они были разработаны разными авторами, в разное время. Мы решили сравнить результаты, которые дают эти методики для одного конкретного случая (понятно, что подобных сравнений может быть сделано множество).