Анализ растворенного газа в трансформаторах: важность диагностики от завода до эксплуатации

Заводская диагностика

Базовая технология анализа растворенного газа ( АРГ) трансформаторного масла существует, по крайней мере, последние 70 лет. Впервые метод АРГ был использован в 1950-х годах для диагностики состояния системы масло/изоляция после высоковольтных диэлектрических и/или температурных испытаний на трансформаторных заводах.

Опыт показывает, что проблема или отказ могут остаться необнаруженными в самом конце диэлектрического испытания ВН или температурного испытания. Производители крупных силовых трансформаторов должны проверять качество масла перед тем, как проводить масляные испытания/испытания трансформатора, и проводить испытание АРГ после диэлектрических испытаний ВН или температурных испытаний.

В 1950-х годах, и это актуально и сегодня, большинство конечных заказчиков не знали, что многие производители крупных силовых трансформаторов используют испытание АРГ для определения окончательной целостности трансформатора после испытаний. Производители могут составить или имеют таблицу, определяющую уровни газообразования перед отгрузкой.

В начале 2000-х годов Институт инженеров электротехники и электроники IEEE опубликовал "PC57.130 Проект пробного руководства по использованию анализа растворенного газа во время заводских испытаний на повышение температуры для оценки масляных трансформаторов и реакторов".

"Рекомендуется включать в спецификации заказчика системы АРГ на всех новых больших силовых трансформаторах после окончательных заводских испытаний."

Причины возникновения газа в трансформаторном масле

Запросы почти всех клиентов в АРГ приводят к желанию получить ответы на эти два вопроса: почему мой трансформатор газует? И что мы должны с этим делать?

Эксплуатационная диагностика

Все силовые трансформаторы с масляной изоляцией выделяют газы во время работы. Это может происходить как при нагрузке на трансформатор, так и без нее. Хорошо известно, что образующиеся газы напрямую связаны с трансформаторным маслом и твердыми материалами внутренней изоляции. Они подвергаются деградации (газообразованию) постепенно или резко, в зависимости от того, являются ли электрические напряжения и температурные воздействия умеренными или серьезными. 

Поэтому диагностика должна быть непрерывной и охватывать сразу несколько факторов:

•   Тип и срок службы трансформатора
  
•   Нагрузка (температура) на трансформатор
•   Происшествия с трансформатором
•   АРГ, предпочтительно история АРГ

В идеале, эта история показывает не только все выделяющиеся газы, но и определяет динамику их образования.

Многие производители, сервисные службы и коммерческие поставщики оборудования для онлайн-мониторинга предоставляют собственные рекомендации по интерпретации результатов АРГ. Сюда входят цифровые программы для интерпретации результатов АРГ. Хорошим источником подробной информации для инженера-трансформаторщика является IEEE STD C57.104 - Руководство по анализу газов, образующихся в масляных трансформаторах [1].

А руководителю службы технической поддержки или специалисту по трансформаторам часто приходится предоставлять рекомендации по АРГ руководителям службы эксплуатации, главным энергетикам или линейному персоналу. 

Большинство запросов сводятся к двум типам:

1. Почему трансформатор газует?
2. Что нам с этим делать?

Для всех конечных пользователей больших силовых трансформаторов, у которых нет штатного инженера/эксперта АРГ мы бы рекомендовали следующие варианты:

1. Если возможно, свяжитесь с производителем оригинального оборудования (OEM) для получения рекомендаций. Обычно это делается, если трансформатор все еще находится на гарантии. Если гарантия закончилась, большинство производителей все равно предоставят рекомендации по АРГ. У производителей есть информация об особенностях конструкции, изменениях в конструкции и опыт эксплуатации, который может быть очень ценным при оценке АРГ.
2. Если нет возможности получить рекомендации производителя оборудования, изучите список консультантов по трансформаторам IEEE/PES, чтобы найти подходящего специалиста по трансформаторам.
3.  Если оборудование для онлайн-мониторинга предоставляет результаты АРГ, свяжитесь с поставщиком оборудования для онлайн-мониторинга.

Если оборудование для онлайн-мониторинга предоставляет результаты АРГ, свяжитесь с поставщиком оборудования для онлайн-мониторинга.

Основные типы газов в трансформаторе 

В заключение приведем ряд показателей и их интерпретацию, которая распространена для большинства случаев:

Ацетилен 

Возникает при коронном или частичном разряде в трансформаторном масле могут образовываться ацетилен и водород. Такое состояние силовых трансформаторов является очень серьезным и требует немедленного внимания.

        Типичные ситуации:

•     Проблема с масляным насосом трансформатора. Зачастую именно масляный насос вызывает рост ацетилена, причем сам насос может достаточно штатно работать, однако повреждения в обмотке двигателя насоса приводит к образованию ацетиленового газа в масле. Это не критичная неисправность и она легко может быть диагностирована и устранена. Поэтому первым делом стоит исключить эту распространенную проблему. 
•    Неровные швы на стенках бака оставшиеся после ремонта – так же распространенная причина возникновения ацетилена.
•    Использование загрязненной установки для сушки, нагрева, дегазации, очистке, восстановлению трансформаторного масла.
•    В редких случаях, масло из бака контактора РПН, наличие ацетилена в котором нормальное явление, может попасть через прохудившуюся прокладку контактора в основной бак.

CO2/CO (соотношение диоксида углерода и монооксида углерода) - соотношение этих газов служит хорошим индикатором нормальной или ненормальной деградации целлюлозы. Сильные/длительные перегрузки могут привести к негативному соотношению CO2/CO, ненормальной деградации целлюлозы и очень высокому содержанию влаги в масле. Прежде чем предпринимать какие-либо действия по устранению неисправностей трансформаторного масла, следует проконсультироваться с экспертом по трансформаторам.

Гексафторид серы (газ SF6) 

Газ SF6 используется в основном в выключателях и распределительных устройствах с газовой изоляцией. SF6 является отличным изолятором, инертным, бесцветным, без запаха и самым мощным парниковым газом, используемым в промышленности. Из-за его превосходных изоляционных свойств его иногда неправильно используют вместо азота в газовой защите средних и больших силовых трансформаторов. Газ SF6 никогда не должен использоваться в трансформаторах с масляной изоляцией по следующим причинам: 

1) Газ SF6 в 3-4 раза более растворим в трансформаторном масле, чем азот или воздух. Это создает большую вероятность возникновения вспышек и дуги из-за образования пузырьков газа (барботирование). 

2) Даже при очень низком уровне короны в трансформаторах или отсеках устройства РПН могут присутствовать небольшие коронные дуги. Любые источники дуги химически разрушают газ SF6, растворенный в масле. В результате распада газа образуются коррозионные побочные продукты, загрязняющие масло и снижающие его диэлектрическую прочность.

Аргон (Ar) 

По сравнению с азотом (N2) - является химически инертным газом, который может использоваться в газовой защите маслонаполненных трансформаторах, когда азот недоступен. Диагностические осложнения могут возникнуть, если образец масла отправляется в лабораторию, использующую газовую хроматографию, а лаборатория не предупреждена о необходимости проведения теста на аргон. Если лабораторию не предупредить о необходимости проведения теста на аргон, аргон проявится в общем содержании кислорода.

ГК РЕСУРС является официальный дистрибьютором систем непрерывного мониторинга трансформатора CAMLIN TOTUS. Эти системы позволяют определить динамику развития дефекта.