Хроматографический анализ растворенных газов в диагностике трансформаторов (стр. 8 )

-  дегазация масла – при проведении дегазации необходимо учитывать, что газы с низким коэффициентом растворимости в масле выделяются легко, а газы, которые имеют высокую растворимость (С2Н6, С2Н4), редко удается удалить полностью, поэтому даже после дегазации часть газов может остаться в масле и в дальнейшем искажать диагностируемое состояние трансформатора;

-  доливка дегазированным маслом;

-  частичная или полная замена масла в баке трансформатора, в маслопроводах, навесных баках, расширителе, избирателе РПН и т. д.;

-  заливка маслом под вакуумом.

4.3. Случайные факторы

На содержание газов в трансформаторном масле оказывают влияние и случайные факторы, учет которых при диагностировании оказывается затруднительным.

К их числу относятся следующие:

-  старение целлюлозной изоляции;

-  изменение нагрузки трансформатора;

-  колебание температуры и метеоусловий окружающей среды;

-  погрешности, накапливающиеся в технологической цепочке от отбора пробы масла до введения пробы в хроматограф вместе с систематической ошибкой расчета концентраций газов, присущей используемой методике проведения ХАРГ;

-  постоянный обмен газами между маслом и твердой изоляцией;

-  обмен газами между надмасляным пространством трансформатора и атмосферой.

Можно считать, что значения концентраций газов, получаемых в результате ХАРГ, есть сумма нескольких составляющих, часть из которых – случайные величины. Результирующее значение, следовательно, также будет случайной величиной. На этот аспект в своих работах, в частности [7], неоднократно обращал внимание специалист .

Стохастический характер изменения концентраций газов подтверждают результаты серии анализов, выполненных с интервалом в один-два дня на выведенном в ремонт трансформаторе Владимирской ТЭЦ [7]. Это, естественно, исключало влияние детерминированных факторов на процесс генерации газов. При этом проявление многих стохастических причин, порождающих изменчивость концентраций газов, сохранялось (рис. 4.1).

а)

б)

Рис. 4.1. (начало). Изменения концентраций газов в масле выведенного в ремонт трансформатора: а – зависимости СО2 и СО; б – зависимости С2Н2 и С2Н6

в)

г)

Рис. 4.1. (окончание). Изменения концентраций газов в масле выведенного в ремонт трансформатора: в – зависимость С2Н4; г – зависимости СН4 и Н2

Как отмечается в [7] анализ проводился одним и тем же специалистом в интервале 1,5 часов после отбора пробы. Хроматограф калибровался перед каждым анализом.

4.4. Виды выявляемых дефектов

Все дефекты, выявляемые ХАРГ, можно разделить на две группы:

-  термические дефекты;

-  разряды в изоляции.

В дефектах первой группы вследствие аномального локального выделения энергии и соответственно повышения температуры происходит ускоренная деструкция изоляционных материалов, которая сопровождается выделением продуктов деструкции, в том числе и газов.

В деструкции целлюлозы различают два процесса:

-  гидролиз (нагрев до 110 ºС), при котором образуется вода и окиси углерода;

-  пиролиз (нагрев выше 110 ºС), в этом случае также выделяется более значительное количество СО2 и СО, а также происходит интенсивное образование частичек углерода.

Оба процесса сопровождаются образованием соединений фуранового ряда и снижением степени полимеризации целлюлозных материалов.

В дефектах, которые сопровождаются электрическими разрядами, газы образуются в основном вследствие ионизационных процессов, что приводит к распаду молекул масла и целлюлозы. Разряды также сопровождаются выделением тепла, которое может быть очень незначительным в случае частичных разрядов или достаточно большим при образовании дугового разряда.

Таким образом, кроме термической и электрической природы дефектов, выявляемых ХАРГ, их вид зависит и от количества выделяемой при соответствующем процессе энергии (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Дефекты, выявляемые при проведении ХАРГ

Э1 – частичные разряды с низкой плотностью энергии;

Э2 – частичные разряды с высокой плотностью энергии;

Э3 – электрические разряды малой мощности;

Э4 – электрические разряды большой мощности;

Т1 – термический дефект низкой температуры (<150 °С);

Т2 – термический дефект в диапазоне низких температур (150–300 °С);

Т3 – термический дефект в диапазоне средних температур (300–700 °С);

Т4 – термический дефект высокой температуры (>700 °С);

ЭТ – разрядный и термический дефект

Перегрев токоведущих соединений в трансформаторе может возникать из-за:

-  нагрева и выгорания контактов переключающих устройств;

-  ослабления или обрыва крепления электростатического экрана;

-  ослабления винтов компенсаторов отводов НН;

-  ослабления контактных соединений отвода НН и шпильки проходного изолятора;

-  лопнувшей пайки элементов обмотки;

-  замыкания параллельных и элементарных проводников обмотки.

Дефекты, вызывающие ухудшение состояния электрических контактов, угрожают потерей функциональной работоспособности объекта. Такие дефекты наиболее опасны. Вопрос об отключении оборудования в этом случае должен решаться техническим руководством.

Перегрев металлических элементов конструкции остова может определяться:

-  неудовлетворительной изоляцией листов электротехнической стали;

-  нарушением изоляции стяжных шпилек или ярмовых балок с образованием короткозамкнутого контура;

-  общим нагревом и недопустимыми местными нагревами от магнитных полей рассеяния в ярмовых балках, бандажах, прессующих кольцах и винтах;

-  неправильным заземлением магнитопровода;

-  нарушением изоляции амортизаторов и шипов поддона, домкратов и прессующих колец.

При температуре выше 500 ºС кроме появления в масле частичек углерода на металлических поверхностях возникают цветные разводы.

С помощью ХАРГ выявляются также дефекты, не приводящие непосредственно к повреждениям. Они могут интерпретироваться как неполадки, например попадание ацетилена из бака РПН в основной бак. Этот процесс может быть выявлен при одновременном взятии проб и анализе газов из основного бака и бака РПН.

Чтобы на основе ХАРГ сделать вывод о появлении дефекта в трансформаторе, хотя бы один из семи диагностируемых газов должен превысить так называемое граничное значение. Если это произошло, то ХАРГ повторяется несколько раз. Первый раз – в целях подтверждения установленного превышения, а затем – для выявления динамики изменения газов. Поскольку газовыделения из целлюлозы и масла зависят от степени нагретости металлических элементов активной части, то сопоставление нескольких результатов ХАРГ должно проводиться при близких нагрузках трансформатора. Важно, чтобы оборудование в таком режиме проработало как минимум два дня до момента отбора пробы.

4.5. Граничные значения для ХАРГ

По вопросу назначения конкретных граничных значений для концентраций газов в трансформаторном масле разные специалисты придерживаются неодинаковых мнений, что порождает множество рекомендаций и соответственно методик. Это означает, что один и тот же трансформатор одни специалисты могут рассматривать как бездефектный, а другие – как имеющий вероятный дефект.

Общепринятым способом определения граничных концентраций диагностических параметров и, в частности, растворенных в масле газов является построение интегральной функции распределения результатов ХАРГ для однородной выборки оборудования конкретной энергосистемы [8]. Неоднородность выборок может быть вызвана:

-  влиянием климатической зоны;

-  разной загруженностью оборудования;

-  конструктивными особенностями парка оборудования;

-  типом трансформаторного масла;

-  применяемыми технологиями и средствами измерений;

-  различиями в уровне квалификации персонала.

Таким образом, граничные значения целесообразно определять для групп однотипных трансформаторов (блочные или сетевые, с регулированием напряжения или без, одного класса напряжения и т. д.). Рекомендуется, чтобы в каждой группе было не менее 50 трансформаторов.

Для каждого трансформатора в статистическую обработку включаются все измеренные концентрации определенного газа за последний год эксплуатации. На основе этих концентраций строится функция распределения F. Для этого измеренные по всем трансформаторам, кроме тех, которые были выведены в ремонт по результатам ХАРГ, концентрации рассматриваемого газа со значениями от 0 до Аmах следует разбить на J интервалов (обычно J=10÷15). Обозначим через j текущий номер интервала; очевидно j=1, 2, …, J.

Вероятность рj приближенно оценивается как частота наблюдения концентрации в интервале от Aj до Aj+1:

где nj – число анализов с концентрацией газа от Аj до Аj+1; N – общее число результатов анализов по рассматриваемому газу.

Значения функции распределения находятся как

Рассмотрим конкретный пример определения граничной концентрации некоторого газа «Г». Пусть в нашем распоряжении имеется однородная выборка трансформаторов, на которой было получено 80 анализов газа «Г» в диапазоне от 0 до 0,25 % об.

Кстати, остановимся здесь на единицах измерения концентраций газов. В качестве таковых обычно используются объемные проценты (% об.), части на миллион (parts per million, ppm), микролитры газа на литр масла (мкл/л) и миллилитры газа на кубометр масла (мл/м3); при этом 1 ppm=1 мкл/л=1 мл/м3= =10-4 % об.