Анализ растворенных газов
Анализ растворенных газов ( DGA ) — это исследование загрязняющих веществ в трансформаторном масле . [1] Изоляционные материалы в электрооборудовании выделяют газы, поскольку со временем они медленно разрушаются. Состав и распределение этих растворенных газов являются индикаторами последствий ухудшения состояния, таких как пиролиз или частичный разряд , а скорость образования газа указывает на серьезность. [2] DGA полезен для программы профилактического обслуживания .
Сбор и анализ газов в масляном трансформаторе обсуждался еще в 1928 году. [3] По состоянию на 2018 год [update], многие годы эмпирических и теоретических исследований ушли на анализ газов, вызывающих неисправности трансформатора.
DGA обычно состоит из отбора проб масла и отправки образца в лабораторию для анализа. Мобильные устройства DGA также можно транспортировать и использовать на месте; некоторые устройства могут быть напрямую подключены к трансформатору. Онлайн-мониторинг электрооборудования является неотъемлемой частью интеллектуальной сети .
Масло
[ редактировать ]Большие силовые трансформаторы заполнены маслом, которое охлаждает и изолирует обмотки трансформатора. Минеральное масло является наиболее распространенным типом в трансформаторах наружного применения; В число огнестойких жидкостей также входят полихлорированные дифенилы (ПХД) и силикон. [4]
Изолирующая жидкость контактирует с внутренними компонентами. Газы, образующиеся в результате нормальных и аномальных событий внутри трансформатора, растворяются в масле. Анализируя объем, типы, пропорции и скорость образования растворенных газов, можно собрать много диагностической информации. Поскольку эти газы могут выявить неисправности трансформатора, они известны как «газы неисправности». Газы образуются в результате окисления , испарения изоляции , разложения , разрушения масла и электролитического воздействия.
Выборка
[ редактировать ]Трубка для отбора проб масла
[ редактировать ]Трубка для отбора проб масла используется для отбора, хранения и транспортировки пробы трансформаторного масла в том же состоянии, в котором она находится внутри трансформатора, со всеми растворенными в ней неисправными газами.
Это газонепроницаемая трубка из боросиликатного стекла емкостью 150 мл или 250 мл, имеющая два герметичных тефлоновых на обоих концах клапана. Выходы этих клапанов снабжены винтовой резьбой, которая облегчает подсоединение синтетических трубок при заборе пробы из трансформатора. Это положение также полезно при перекачке масла в бюретку для отбора проб масла многоступенчатого газоэкстрактора без какого-либо воздействия атмосферы, тем самым сохраняя все растворенное и выделяющееся в нем содержимое газовых дефектов.
имеется перегородка На одной стороне трубки для отбора пробы масла для проверки содержания в нем влаги.
Ящики из термопены используются для транспортировки вышеуказанных пробирок с пробами масла без воздействия солнечного света.
Стеклянный шприц
[ редактировать ]Масляные шприцы — еще один способ получения пробы масла из трансформатора. Объем шприцев имеет широкий диапазон, но обычно его можно найти в диапазоне 50 мл. Качество и чистота шприца важны, поскольку они сохраняют целостность образца перед анализом.
Добыча
[ редактировать ]Метод DGA включает извлечение или удаление газов из нефти и введение их в газовый хроматограф (ГХ). Обнаружение концентрации газа обычно включает использование пламенно-ионизационного детектора (FID) и детектора теплопроводности (TCD). В большинстве систем также используется метанизатор, который преобразует любой присутствующий оксид углерода и диоксид углерода в метан, чтобы его можно было сжечь и обнаружить с помощью ПИД, очень чувствительного датчика. [5]
«Реечный» метод
[ редактировать ]Первоначальный метод, теперь ASTM D3612A, требовал, чтобы масло подвергалось воздействию высокого вакуума в сложной герметичной системе для удаления большей части газа из масла. Затем газ собирали и измеряли в градуированной трубке, нарушая вакуум ртутным поршнем. Газ удаляли из градуированной колонки через перегородку газонепроницаемым шприцем и сразу вводили в ГХ.
Многоступенчатый газовый экстрактор
[ редактировать ]Многоступенчатый газоотделитель представляет собой устройство для отбора проб трансформаторного масла . В 2004 году Центральный исследовательский институт энергетики в Бангалоре , Индия, представил новый метод, при котором один и тот же образец трансформаторного масла можно многократно подвергать воздействию вакуума при температуре окружающей среды до тех пор, пока не перестанет увеличиваться объем извлеченных газов. Этот метод был дополнительно развит агентством Dakshin Lab Aggency, Бангалор, для создания многоступенчатого экстрактора газа для трансформаторного масла. Этот метод представляет собой импровизированную версию ASTM D 3612A, позволяющую выполнять множественную экстракцию вместо однократной экстракции и основанную на принципе Теплера.
В этом аппарате фиксированный объем пробы масла непосредственно отбирается из пробирки для пробы в сосуд для дегазации под вакуумом, где газы высвобождаются. Эти газы выделяют с помощью ртутного поршня для измерения его объема при атмосферном давлении и последующей передачи в газовый хроматограф с помощью газонепроницаемого шприца.
Аппарат очень похожей конструкции, в принципе обеспечивающий многократную экстракцию газов с помощью вакуума и насоса Теплера, эксплуатируется в Сиднее (Австралия) более 30 лет. Система используется для силовых и измерительных трансформаторов, а также кабельных масел.
Экстракция головного пространства
[ редактировать ]Экстракция свободного пространства поясняется в ASTM D 3612-C. Удаление газов достигается путем перемешивания и нагревания масла для высвобождения газов в «головное пространство» запечатанного флакона. После выделения газов их направляют в газовый хроматограф .
Существуют специализированные методы, такие как сорбционная экстракция в свободном пространстве (HSSE) или сорбционная экстракция с мешалкой (SBSE). [6]
Анализ
[ редактировать ] | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июнь 2022 г. ) |
Когда в трансформаторах происходит газовыделение, образуется несколько газов. Достаточно полезной информации можно получить по девяти газам, поэтому дополнительные газы обычно не исследуются. Девять исследованных газов:
- атмосферные газы: азот и кислород
- оксиды углерода: окись углерода и диоксид углерода
- углеводороды: ацетилен , этилен , метан и этан.
- водород
Газы, выделенные из пробы масла, вводятся в газовый хроматограф, где в колонках происходит разделение газов. Газы вводят в хроматограф и транспортируют через колонку. Колонка избирательно задерживает пробы газов, и они идентифицируются по мере прохождения мимо детектора в разное время. График зависимости сигнала детектора от времени называется хроматограммой .
Отделенные газы обнаруживаются детектором по теплопроводности для атмосферных газов, пламенно-ионизационным детектором для углеводородов и оксидов углерода. Метанатор используется для обнаружения оксидов углерода путем восстановления их до метана, когда они находятся в очень низкой концентрации.
Виды неисправностей
[ редактировать ]Тепловые неисправности выявляются по наличию побочных продуктов разложения твердой изоляции. Твердая изоляция обычно изготавливается из целлюлозного материала. Твердая изоляция разрушается естественным путем, но скорость разрушения увеличивается по мере повышения температуры изоляции. При возникновении электрического замыкания выделяется энергия, которая разрушает химические связи изолирующей жидкости. Как только связи разрываются, эти элементы быстро преобразуют газы разлома. Энергии и скорости образования газов различны для каждого из газов, что позволяет исследовать данные о газе, чтобы определить тип неисправности, имеющей место в электрооборудовании.
- Перегрев обмоток обычно приводит к термическому разложению целлюлозной изоляции . В этом случае результаты ДГА показывают высокие концентрации оксидов углерода (моноксида и диоксида). В крайних случаях метан и этилен обнаруживаются на более высоких уровнях.
- Перегрев масла приводит к распаду жидкости под действием тепла и образованию метана, этана и этилена.
- Коронный разряд представляет собой частичный разряд и обнаруживается в DGA по повышенному содержанию водорода.
- Дугообразование является наиболее тяжелым состоянием трансформатора, о чем свидетельствует даже низкий уровень ацетилена.
Приложение
[ редактировать ]Интерпретация результатов, полученных для конкретного трансформатора, требует знания возраста агрегата, цикла нагрузки и даты капитального ремонта, такого как фильтрация масла. Стандарт IEC 60599 и стандарт ANSI IEEE C57.104 дают рекомендации по оценке состояния оборудования на основе количества присутствующего газа и соотношения объемов пар газов. [7]
После отбора и анализа проб первым шагом в оценке результатов DGA является рассмотрение уровней концентрации (в ppm) каждого ключевого газа. Значения для каждого из ключевых газов записываются с течением времени, чтобы можно было оценить скорость изменения различных концентраций газа. Любое резкое увеличение концентрации ключевого газа указывает на потенциальную проблему внутритрансформатор. [8]
Анализ растворенных газов как диагностический метод имеет ряд ограничений. Он не может точно локализовать неисправность. Если трансформатор был заправлен свежим маслом, результаты не указывают на неисправность. [7]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Герберт Г. Эрдман (редактор), Электроизоляционные масла , ASTM International, 1988. ISBN 0-8031-1179-7 , с. 108
- ^ «АНАЛИЗ РАСТВОРЕННЫХ ГАЗОВ МИНЕРАЛЬНЫХ МАСЛЯНЫХ ИЗОЛЯЦИОННЫХ ЖИДКОСТЕЙ» . Архивировано из оригинала 25 апреля 2012 года . Проверено 2 ноября 2011 г.
- ^ Вахиди, Бехруз; Теймури, Ашкан (2019), Вахиди, Бехруз; Теймури, Ашкан (ред.), «Анализ растворенных газов (DGA)» , Испытания подтверждения качества систем изоляции силовых трансформаторов , Cham: Springer International Publishing, стр. 65–73, номер документа : 10.1007/978-3-030-19693- 6_4 , ISBN 978-3-030-19693-6 , S2CID 191166554 , получено 1 июня 2022 г.
- ^ «Анализ растворенных газов» . 2005 . Проверено 21 ноября 2011 г.
- ^ «Использование анализа растворенных газов для обнаружения активных неисправностей в электрооборудовании с масляной изоляцией» . Архивировано из оригинала 15 апреля 2012 года . Проверено 21 ноября 2011 г.
- ^ Сорбционная экстракция в свободном пространстве (HSSE), сорбционная экстракция на мешалке (SBSE) и твердофазная микроэкстракция (SPME), применяемая для анализа жареного кофе арабика и кофейного напитка.Бички С1, Иори С, Рубиоло П. и Сандра П., Дж. Agric Food Chem., 30 января 2002 г., том 50, выпуск 3, страницы 449–459, PMID 11804511
- ^ Jump up to: а б Мартин Дж. Хиткот (редактор), Тринадцатое издание книги J&P Transformer , Newnes, 2007 г. ISBN 978-0-7506-8164-3 страницы 588-615
- ^ «Анализ растворенных газов для трансформаторов» (PDF) . Проверено 21 ноября 2011 г. , Линн Хэмрик, «Анализ растворенных газов для трансформаторов»
