Хроматографический анализ растворенных газов в диагностике трансформаторов (стр. 7 )

Несмотря на явные эксплуатационные преимущества предлагаемого автоматизированного хроматографа, у нас пока нет сведений о его промышленном производстве в РФ.

4. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ХАРГ

Выше уже отмечались достоинства ХАРГ. Еще раз отметим наиболее значимые: хорошая информативность, невысокая стоимость и возможность проведения анализа на работающем объекте, воспроизводимость результатов, достаточно широкий набор диагностируемых дефектов.

Чтобы максимизировать эффект от применения ХАРГ, необходимо учитывать некоторые аспекты, которые могут проявиться при использовании этого метода.

В частности, необходимо принимать во внимание особенности контролируемого оборудования. Так, с ростом мощности и класса напряжения трансформатора возрастают потоки рассеяния и обусловленные ими добавочные потери. Это увеличивает удельный вес дефектов, причиной которых является нагревание металлических деталей от протекания вихревых токов. Высокое напряжение создает предпосылки для возникновения частичных разрядов на поверхности и в глубине целлюлозной изоляции.

Некоторые трансформаторы (например, собственных нужд) характеризуются нестабильным режимом работы. В них развитие дефектов от потоков рассеяния и разрядных явлений менее вероятно, поскольку их мощность и напряжение ниже, чем тех же блочных. Для этого оборудования более вероятно появление дефектов, связанных с работой РПН – перегрев контактных соединений отводов, особенно в РПН, установленных в обмотках, соединенных в треугольник.

В шунтирующих реакторах чаще проявляются дефекты, обусловленные их конструкцией:

-  перегревы электромагнитных экранов и разряды на них;

-  электрические разряды в зоне амортизаторов активной части и электростатических экранов;

-  частичные разряды по поверхности обмотки;

-  перегревы в месте замыкания магнитных шунтов на опорные плиты, прессующие обмотку.

В негерметичном оборудовании, в отличие от герметичного, при прочих равных условиях наблюдаются более низкие концентрации газов в масле вследствие их диффузии в атмосферу.

Старое оборудование (50–60-х годов изготовления) имеет больше потенциальных дефектов из-за отсутствия в то время соответствующих знаний, технологий, материалов и др. Например, шпилечная конструкция магнитопровода способствует образованию короткозамкнутых контуров в магнитной системе; в некоторых изоляционных конструкциях отсутствуют противодействующие возникновению частичных разрядов конструкторские решения и т. д.

Собственно интерпретация результатов ХАРГ осложняется следующими обстоятельствами:

-  дефекты различной природы и вызываемые ими совершенно разные по степени тяжести последствия с точки зрения ХАРГ могут восприниматься практически одинаково;

-  повышение концентрации газов в масле трансформатора может быть вызвано не появлением дефектов, а другими причинами;

-  даже при наличии дефектов в трансформаторе концентрации газов в масле могут снижаться, а не расти в силу разных причин;

-  места взятия пробы и образования дефекта могут быть существенно разнесены друг от друга (в пределах размера бака);

-  газы имеют разную растворимость в масле: наиболее растворим в масле ацетилен (400 % по объему), наименее – водород (7 % по объему).

При анализе газосодержания масла иногда возникает ситуация, когда содержание газов очень высокое и концентрации продолжают медленно расти. После дегазации или замены масла все повторяется. В этом случае в трансформаторе, скорее всего, имеется вялотекущий дефект с высокой интенсивностью газообразования, однако характер дефекта не представляет серьезной опасности и работа трансформатора в таком состоянии может продолжаться годами (при надлежащем наблюдении).

Если к приведенным примерам добавить ситуации, когда явные дефекты не вызывают роста концентраций газов в масле, а также случаи одновременного наличия двух и более дефектов с разными законами газовыделения, то становятся понятными определенные трудности и ошибки, которые могут возникнуть при интерпретации ХАРГ.

4.1. Факторы, вызывающие увеличение газов

Отметим эксплуатационные и другие факторы, которые могут вызвать увеличение концентрации растворенных в масле газов бездефектных трансформаторов:

-  остаточные концентрации газов от устраненного во время ремонта дефекта трансформатора – целлюлозная изоляция абсорбирует значительное количество газов, и после устранения повреждения, замены (дегазации) масла и включения в работу трансформатора в нем из пор целлюлозной изоляции выделяются все ранее поглощенные газы за исключением быстро улетучивающегося Н2; активность диффузии газов из целлюлозы в масло зависит от нагрузки трансформатора: при значительной нагрузке газы активно выделяются в масло и в дальнейшем относительно быстро исчезают в трансформаторах со свободным дыханием, а в трансформаторах с азотной и пленочной защитой рост содержания газов прекращается и их концентрации стабилизируются;

-  увеличение нагрузки трансформатора – как известно, оно сопровождается ростом потерь, рассеиваемых в виде тепла, влияющего на образование газов; интенсивность образования газов в режиме перегрузки увеличивается и снижается до начального уровня с понижением нагрузки; сильнее эта связь проявляется в дефектных трансформаторах, причем речь идет о термических дефектах, связанных с потоками рассеяния и дефектами нарушения целостности электропроводных цепей;

-  перемешивание свежего масла с остатками старого, насыщенного газами, находящегося в баках РПН, расширителе и т. д.;

-  доливка маслом, бывшим в эксплуатации и содержащим растворенные газы;

- десорбция газов из селикагеля термосифонных фильтров;

-  проведение сварочных работ на баке, залитом маслом;

-  повреждения масляных насосов с неэкранированным статором – в случае сгорания двигателя маслонасоса может появиться весь спектр газов, включая ацетилен; при этом может произойти резкий рост концентрации газов, с последующим быстрым уменьшением в случае трансформатора со свободным дыханием и стабилизацией концентрации в трансформаторах с азотной и пленочной защитой масла;

-  перегревы из-за дефектов системы охлаждения – засорение наружной поверхности охладителей, отключение части масляных насосов и др.; в случае отказа системы охлаждения происходит активное газовыделение с превалированием этана над всеми остальными газами и резким ростом содержания СО2;

-  перегрев масла теплоэлектронагревателями при его обработке в дегазационных и других установках;

-  переток газов из бака расширителя контактора РПН в бак расширителя трансформатора, имеющего РПН типа РС-3 или РС-4;

-  сезонные изменения интенсивности процесса старения твердой изоляции и масла; газы могут выделяться при облучении масла солнечным светом;

-  воздействие токов короткого замыкания – в случае короткого замыкания в электрически связанной сети, отказов или неправильной работы разрядников, перегрузки или перенапряжения вследствие грозовых и коммутационных перенапряжений, перекоса фаз и т. д. происходит увеличение концентрации СО2 и СО; через 1–2 месяца концентрации этих газов уменьшаются до исходных величин;

-  значительные количества СО2 и СО могут образовываться и при нормальных рабочих температурах – это связано с природой трансформаторного масла и индивидуальными особенностями некоторых его марок; в начальный период эксплуатации новые масла некоторых марок также могут выделять довольно значительное количество газов (кроме СО2 и СО, также СН4 и С2Н6) за счет наличия в них нестабильных молекул; это связано с технологий изготовления и исходным сырьем;

- водород выделяется при образовании ржавчины стали в присутствии воды на дне бака и кислорода в масле, а также благодаря реакции свободной воды со специальными покрытиями на металлических поверхностях, в частности при гидратации цинка на оцинкованных поверхностях;

- внутренние покрытия деталей трансформатора алкидными смолами и модифицированными полиуретанами могут в процессе эксплуатации выделять газы;

- причиной газовыделения может явиться замыкание активной части на бак, так как при ремонтах трансформаторов устранить такие замыкания удается не всегда; в таких ситуациях «специалисты» прибегают к установке резистора вместо шинки заземления активной части с целью ограничения величины вихревого тока; при этом сопротивление резисторов часто выбирается произвольно, что в ряде случаев недопустимо, а в других ситуациях требует специального расчета; игнорирование этого правила приводит к перегреву установленного резистора, который сам становится источником газообразования.

В [6] приведен случай, когда при обследовании шунтирующего реактора по результатам ХАРГ был обнаружен ацетилен. Известно, что этот газ вызывает сильное беспокойство специалистов и является признаком наличия разрядов высокой энергии или высокотемпературного нагрева. В рассматриваемом случае подобный диагноз не подтверждался результатами других испытаний, в частности измерениями частичных разрядов. Анализ конструкции дал возможность предполагать, что в районе верхнего ярма имеет место источник повышенного нагрева. Впоследствии при осмотре активной части был выявлен незначительный нагрев верхней прижимной плиты, в креплении которой к магнитопроводу была применена эпоксидная смола. Лабораторные проверки выявили неожиданный факт – нагрев эпоксидной смолы в масле уже при температуре 150 ºС приводит к образованию ацетилена. И еще одна неожиданность была выявлена при анализе данного случая: нагрев эпоксидной смолы приводил и к образованию фурфурола – диагностического параметра, свидетельствующего о деструкции целлюлозы.

4.2. Факторы, вызывающие уменьшение газов

Рассмотрим некоторые эксплуатационные факторы, которые могут привести к уменьшению концентрации растворенных в масле газов как бездефектных, так и дефектных трансформаторов:

-  продувка азотом в трансформаторах с азотной защитой масла;

-  уменьшение нагрузки трансформатора;

-  замена силикагеля;

-  длительное отключение;