Непрерывный мониторинг технического состояния силовых трансформаторов по всем ключевым параметрам включает в себя контроль:
- нагрузки по току;
- уровня масла, а также его температуры;
- температуры обмотки;
- сигнализации и др.
Предлагаемые системы мониторинга трансформаторов могут работать как в автономном режиме, так и с интеграцией в АСУТП предприятия. Оперативная работа с архивами и динамический анализ данных позволяют оптимизировать нагрузку и продлить срок службы энергетического оборудования.
Мы предлагаем внедрение следующих систем мониторинга:
- Qualitrol 509 серии ITM (контроль состояния масляных трансформаторов);
- 118 ITM (непрерывное наблюдение за «сухими» силовыми установками);
- 506 VTM/507 ITM (дистанционная регистрация параметров фиксированного оборудования);
- T/Guard 408 (оптоволоконная система контроля температуры силовых установок посредством специальных датчиков).
Хроматографический анализ трансформаторного масла
Исследование трансформаторного масла на наличие растворенных газов также является одним из ключевых параметров контроля состояния силовых маслонаполненных трансформаторов. По присутствию растворенных опасных газов и их концентрации можно на ранней стадии выявить неисправности конструктивных узлов маслонаполненных трансформаторов и шунтирующих реакторов.
Наиболее востребованным методом непрерывной диагностики является хроматографический онлайн-анализ растворенных газов в трансформаторном масле. В линейке продукции «БО-ЭНЕРГО» представлены поточные онлайн-хроматографы «Серверон», контролирующие от 2 до 8 ключевых газов, изготовленные в соответствии с ТУ-4215-001-70110824-2014 и внесенные в Государственный реестр средств измерений (свидетельство № US.C.31.004.A №56677.
Какие дефекты выявляются хроматографическим анализом трансформаторного масла?
Состояние оборудования оценивается по наличию газов, их концентрации и по скорости ее роста. Если в исследуемой жидкости присутствует водород (H₂), то вероятны дефекты электрического характера, а именно - дуговые и искровые разряды.
Избыток этана (C₂H₆) свидетельствует о появлении термических неисправностей, например, о нагреве изоляции до +300…+400°C. Наличие метана (CH₄) в охлаждающей жидкости сигнализирует о более высокой температуре - до +600°C. Если по результатам мониторинга в трансформаторном масле обнаружен газ этилен (C₂H₄), то перегрев сильный, выше +600 °C.
Присутствие растворенного ацетилена (С₂Н₂) свидетельствует о регулярно возникающем искрении и проскакивающей электрической дуге. Причиной может быть нарушение изоляции стяжных шпилек, листов технической стали или некорректное заземление магнитопровода.
Если в исследуемой жидкости выявлено присутствие СО или СО₂, то это сигнал об ускоренном старении или увлажнении твердой электрической изоляции.
Для силовых агрегатов мощностью свыше 110 кВт хроматографический анализ трансформаторного масла рекомендуется проводить не реже 1 раза в полгода. Наличие специальных вводов дает возможность брать пробы без остановки оборудования.
Диагностика силовых трансформаторов
Рассматриваемые технологии, включая хроматографический анализ трансформаторного масла онлайн, являются неразрушающими методами контроля состояния энергетического оборудования.
Диагностика силовых трансформаторов по такой методике обеспечивает следующие преимущества:
- оценку технического состояния без вывода из эксплуатации;
- выявление неисправностей на ранних стадиях;
- наблюдение за всеми процессами внутри системы;
- определение оптимальных сроков ремонта.
Трансформаторы напряжением 110 кВ мощностью менее 60 МВА и блочные трансформаторы собственных нужд - через 6 мес. после включения и далее не реже 1 раза в 6 мес.;
Трансформаторы напряжением 110 кВ мощностью 60 МВА и более, а также все трансформаторы 220 - 500 кВ в течение первых суток, через 1, 3 и 6 мес. после включения и далее - не реже 1 раз в 6 мес.
Трансформаторы напряжением 750 кВ - в течение первых суток, через 2 недели, 1, 3 и 6 месяцев после включения и далее - не реже 1 раза в 6 мес.
Периодичность ХАРГ для трансформаторов с развивающимися дефектами определяется динамикой изменения концентраций газов и продолжительностью развития дефектов. Все дефекты в зависимости от продолжительности развития можно подразделить на:
мгновенно развивающиеся дефекты - продолжительность развития которых имеет порядок от долей секунды до минут,
быстро развивающиеся дефекты - продолжительность развития которых имеет порядок от часов до недель,
медленно развивающиеся дефекты - продолжительность развития которых имеет порядок от месяцев до нескольких лет.
Методом хроматографического анализа растворенных в масле газов обнаруживаются медленно развивающиеся дефекты, возможно - быстро развивающиеся дефекты и нельзя определить мгновенно развивающиеся дефекты.
В случае выявления дефекта (A i >A г pi . и/или V отн i > 10% в мес.) необходимо выполнить 2-3 повторных анализа растворенных газов (с периодичностью анализов, указанных в Разделе 3) для подтверждения вида и характера дефекта и принятия решения о дальнейшей эксплуатации трансформатора и/или выводе его из работы. Где A г pi .- граничная концентрация i -го газа, %об; A i - измеренное значение концентрации i -го газа, %об;
Минимальное время повторного отбора пробы масла (T id) для проведения анализа можно рассчитать по формуле:
Т id = β * М А i / V абс i (9)
Где β -коэффициент кратности последовательных измерений (принимать b = 5); М А i - предел обнаружения в масле i -го газа, %об;
Предел обнаружения определяемых в масле газов (М А i) должен быть не выше:
Для водорода - 0,0005 %об.
Для метана, этилена, этана - 0,0001 %об.
Для ацетилена - 0,00005 %об.
Для оксида и диоксида углерода - 0,002 %об.
(Методические указания для проведения лабораторных и контрольных работ по ХАРГ)
| Водород (Н2) | Дефекты электрического характера: частичные разряды, искровые и дуговые разряды |
| Метан (CH4) |
Дефекты термического характера: нагрев масла и бумажно-масляной изоляции в диапазоне температур (400-600)°С или нагрев масла и бумажно-масляной изоляции, сопровождающийся разрядами; |
| Этан (C2H6) | Дефекты термического характера: нагрев масла и бумажно-масляной изоляции в диапазоне температур (300-400)°С; |
| Этилен (C2H4) | Дефекты термического характера: нагрев масла и бумажно-масляной изоляции выше 600°С |
| Ацетилен (С2Н2) | Дефекты электрического характера: электрическая дуга, искрение |
| У гарный газ (CO) | Дефекты термического характера: старение и увлажнение масла и/или твердой изоляции; |
| Углекислый газ (CO2) |
Дефекты термического характера: старение и увлажнение масла и/или твердой изоляции; нагрев твердой изоляции |
Дефекты трансформаторов, определяемые с помощью хроматографического анализа:
|
Наименование дефектов |
Основные газы | Характерные газы |
| Перегревы токоведущих соединений |
С 2 Н 4
- в случае нагрева масла |
Н 2 , С Н 4 и С 2 Н 6 |
|
- нагрев и выгорание контактов переключающих устройств; - ослабление и нагрев места крепления электростатического экрана; - обрыв электростатического экрана; |
||
|
- ослабление винтов компенсаторов отводов НН; - ослабление и нагрев контактных соединений отвода НН и шпильки проходного изолятора; - лопнувшая пайка элементов обмотки: замыкание параллельных и элементарных проводников обмотки и др |
С 2 Н 2
- в случае перегрева масла, |
|
| Перегревы элементов конструкции остова. | ||
|
- неудовлетворительная изоляция листов электротехнической стали; - нарушение изоляции стяжных шпилек или накладок, ярмовых балок с образованием короткозамкнутого контура; - общий нагрев и недопустимый местный нагрев от магнитных полей рассеяния в ярмовых балках, бандажах, рессующих кольцах и винтах; - неправильное заземление магнитопровода; - нарушение изоляции амортизаторов и шипов поддона реактора, домкратов и прессующих колец при распрессовке и др. |
||
| Частичные разряды | Н 2 |
СН
4
и
С
2
Н
2
с малым содержанием |
| Искровые и дуговые разряды | Н 2 или С 2 Н 2 |
СН
4
и С
2
Н
2
с любым содержанием |
| Ускоренное старении и/или увлажнение твердой изоляции | СО и СO 2 | |
| Перегрев твердой изоляции | СO 2 |
Для получения объективных результатов хроматографического анализа трансформаторного масла необходимо квалифицированно произвести отбор проб из маслонаполненного оборудования. Более подробные требования по отбору проб трансформаторного масла представлены в разделе Отбор проб масла
В этой статье мы расскажем о том, для чего нужен хроматографический анализ . В проблеме продления срока службы трансформаторных масел важную роль играют способы контроля их текущего состояния. Зная, как себя чувствует в данный момент изоляционная жидкость, можно своевременно принять решение о ее замене или восстановлении без опасных последствий для силового трансформатора и другого маслонаполненного оборудования.
Хроматографический анализ трансформаторного масла: как проводить?
Хроматографический анализ трансформаторного масла – один из самых эффективных методов ранней диагностики состояния изоляционных жидкостей. Он основывается на работе с растворенными газами, которые являются следствием разложения изоляции. Как правило, для проведения анализа необходимо определение таких газов, как водород, азот, кислород, этилен, ацетилен, оксид и диоксид углерода, метан. Чем качественнее выполнен хроматографический анализ, тем достовернее данные о состоянии изоляционной системы.
Впервые данный вид исследования был применен в 70-хх годах прошлого века в Англии. Первый опыт оказался успешным, поэтому далее хроматографический анализ начал использоваться в большинстве развитых стран.
Основные этапы хроматографического анализа трансформаторного масла:
- отбор проб;
- транспортировка отобранных проб в лабораторию;
- выполнение подготовительных работ;
- собственно хроматографический анализ;
- работа с полученными результатами, выводы.
К преимуществам такого анализа относят возможность диагностики с высокой степенью достоверности развивающихся в трансформаторе дефектов, которые вызываются локальными перегревами и (или) электрическими разрядами. Одновременно с этим метод имеет и свои недостатки, которые выражаются в относительно большом времени измерений, существенных материальных затратах и потребности в химических реактивах. Наличие перечисленных недостатков пока не позволяет включить хроматографический анализ в программу экспресс-анализа трансформаторного масла.
Для получения как можно более достоверных результатов необходимо корректно выполнять отбор проб, проводить хранение и транспортировку проб в место проведения анализа.
Страница 5 из 9
Хроматографический анализ газов, растворенных в трансформаторном масле
Необходимость контроля за изменением состава масла в процессе эксплуатации трансформаторов ставит вопрос о выборе такого аналитического метода, который смог бы обеспечить надежное качественное и количественное определение содержащихся в трансформаторном масле соединений. В наибольшей степени этим требованиям отвечает хроматография, представляющая собой комплексный метод, объединивший стадию разделения сложных смесей на отдельные компоненты и стадию их количественного определения. По результатам этих анализов проводится оценка состояния маслонаполненного оборудования.
Хроматографический анализ газов, растворенных в масле, позволяет выявить дефекты трансформатора на ранней стадии их развития, предполагаемый характер дефекта и степень имеющегося повреждения. Состояние трансформатора оценивается сопоставлением полученных при анализе количественных данных с граничными значениями концентрации газов и по скорости роста концентрации газов в масле. Этот анализ для трансформаторов напряжением 110 кВ и выше должен осуществляться не реже 1 раза в 6 месяцев.
Основными газами, характеризующими определенные виды дефектов в трансформаторе, являются: водород Н 2 , ацетилен С 2 Н 2 , этан С 2 Н 6 , метан СН 4 , этилен С 2 Н 4 , окись СО и двуокись СО 2 углерода.
Водород характеризует дефекты электрического характера (частичные, искровые и дуговые разряды в масле); ацетилен - перегрев активных элементов; этан - термический нагрев масла и твердой изоляции обмоток в диапазоне температур до 300°С; этилен - высокотемпературный нагрев масла и твердой изоляции обмоток выше 300°С; окись и двуокись углерода - перегрев и разряды в твердой изоляции обмоток.
С помощью анализа количества и соотношения этих газов в трансформаторном масле можно обнаружить следующие дефекты в трансформаторе.
1. Перегревы токоведущих частей и элементов конструкции магнитопровода. Основные газы: этилен или ацетилен. Характерные газы: водород, метан и этан. Если дефектом затронута твердая изоляция, заметно возрастают концентрации окиси и двуокиси водорода.
Перегрев токоведущих частей может определяться: выгоранием контактов переключающих устройств; ослаблением крепления электростатического экрана; ослаблением и нагревом контактных соединений отводов обмотки низкого напряжения или шпильки проходного изолятора ввода; лопнувшей пайкой элементов обмотки; замыканием проводников обмотки и другими дефектами.
Перегрев элементов конструкции магнитопровода может определяться: неудовлетворительной изоляцией листов электротехнической стали; нарушением изоляции стяжных шпилек, ярмовых балок с образованием короткозамкнутого контура; общим нагревом и недопустимыми местными нагревами от магнитных полей рассеяния в ярмовых балках, бандажах, прессующих кольцах; неправильным заземлением магнитопровода и другими дефектами.
2. Дефекты твердой изоляции. Эти дефекты могут быть вызваны перегревом изоляции от токоведущих частей и электрическими разрядами в изоляции. При перегреве изоляции от токоведущих частей основными газами являются окись и двуокись углерода, их отношение СО2/СО, как правило, больше 13; характерными газами с малым содержанием являются водород, метан, этилен и этан; ацетилен, как правило, отсутствует.
При разрядах в твердой изоляции основными газами являются ацетилен и водород, а характерными газами любого содержания - метан и этилен. При этом отношение СО 2 /СО, как правило, меньше 5.
3. Электрические разряды в масле. Это частичные, искровые и дуговые разряды. При частичных разрядах основным газом является водород; характерными газами с малым содержанием - метан и этилен. При искровых и дуговых разрядах основными газами являются водород и ацетилен; характерными газами с любым содержанием - метан и этилен.
После выявления дефекта и его подтверждения не менее чем двумя-тремя последующими измерениями следует планировать вывод трансформатора из работы прежде всего с дефектами группы 2. Чем раньше выведен из работы трансформатор с развивающимся дефектом, тем меньше риск его аварийного повреждения и объем ремонтных работ.
Если по результатам диагностики трансформатор должен быть выведен из работы, но по каким-то объективным причинам это невозможно осуществить, его следует оставить на контроле с учащенным отбором проб масла и хромотографическим анализом газов.
Хроматографический анализ газов, растворенных в масле, позволяет выявлять не только развивающиеся дефекты в трансформаторе, но и общее состояние изоляции его обмоток. Объективным показателем, позволяющим оценить степень износа изоляции обмоток трансформатора, является степень ее полимеризации, снижение которой прямо характеризует глубину физико-химического разрушения (деструкции) изоляции в процессе эксплуатации. Деструкции целлюлозной изоляции сопутствует рост содержания в трансформатором масле окиси и двуокиси углерода и образование фурановых производных. В частности, наличие суммарной концентрации СО и СО2 более 1% может свидетельствовать о деградации целлюлозной изоляции. Образование фурановых производных является прямым следствием старения бумажной изоляции.
Метод жидкостной хроматографии позволяет определять и контролировать требуемое содержание в трансформаторном масле антиокислительных присадок, защищающих масло и другие изоляционные материалы трансформатора от старения.
