Статья:

Сравнение методов хроматографического анализа растворенных газов на базе силовых трансформаторов 10/0,4 кВ

Конференция: XLI Студенческая международная научно-практическая конференция «Технические и математические науки. Студенческий научный форум»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Онищенко И.Г. Сравнение методов хроматографического анализа растворенных газов на базе силовых трансформаторов 10/0,4 кВ // Технические и математические науки. Студенческий научный форум: электр. сб. ст. по мат. XLI междунар. студ. науч.-практ. конф. № 6(41). URL: https://nauchforum.ru/archive/SNF_tech/6(41).pdf (дата обращения: 25.10.2021)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Сравнение методов хроматографического анализа растворенных газов на базе силовых трансформаторов 10/0,4 кВ

Онищенко Иван Григорьевич
магистрант, Севастопольский государственный университет, РФ, г. Севастополь
Петрова Светлана Юрьевна
научный руководитель, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой интеллектуальные сети энергоснабжения, Севастопольский государственный университет, РФ, г. Севастополь

 

Аннотация. Данная статья об оценке парка трансформаторов. Сравнении методов анализа растворимых газов в масле силового трансформатора 10/0,4 кВ. А также анализе трансформаторов на дефекты.

 

Ключевые слова: силовой трансформатор, хроматографический анализ растворимых газов, метод ХАРГ.

 

В настоящий период приблизительно 40% работающих трансформаторов на подстанциях проработали более 25 лет, ещё 35% пребывают в возрасте с 15-25 лет, остальные 25% - менее 15 лет. Состояние трансформаторов приведено в таблице 1.

Таблица 1.

 Состояние трансформаторов, которые работают с превышением срока службы

Состояние силового трансформатора

% трансформаторов

Не требует срочного вмешательства

30

Учащённый контроль

30

Ремонт отдельных элементов

23

Капитальный ремонт

15

Срочно вмешательство

2

 

Исходя из состояния парка трансформатора на сегодняшний день как минимум требует учащённого контроля для них. Для этого требуется периодично оценивать состояние силового трансформатора различными методами. Один из таких методов оценки — это анализ растворимых газов.

Эксплуатация масляного трансформатора всегда сопутствуется образованием газов. При отсутствии повреждений образование газов не превышает граничных концентраций. В результате различных факторов возможно образование местного выделения энергии, в результате чего совершается ускоренное разрушение изоляции. Которое в свою очередь сопровождается образованием продуктов деструкции, а также газов, определяемых с помощью хроматографического анализа растворимых газов.

Все дефекты согласно характеру выделения энергии создают две группы: термические и электрические.

Данные хроматографического анализа по 65 трансформаторам в Российской Федерации были получены в конце 2020. В таблице данных внесены концентрации: водород (Н2), кислород (О2), азот (N2), углекислый газ (CO2), угарный газ (СО), метан (СН4), ацетилен (С2Н2), этилен (С2Н4), этан (С2Н6), а также общее содержание газа. Для каждого трансформатора было собрано по 3 пробы.

В данном случае интерпретацией результатов ХАРГ будут использованы методы РД, IEEE (Dornenburg&Rodgers), IEC 60599, triangle Duval, находящиеся в стандартах: РД 153-34.0-46.302-0 [1], МЭК 60599 [2], IEEE Std C57.104™ [3], СТО 34.01-23-003 [4], SIGRE [5]. Так как методики разные, тогда следует привести граничные условия приведённые в таблице 2.

Таблица 2.

 Граничные концентрации ключевых газов

Метод

СО

СО2

H2

CH4

C2H2

C2H4

C2H6

Ед. измерения

РД

600

8000

100

100

10

100

50

ppm(*10^-4 %об.)

IEEE

350

2500

100

120

1

50

65

ppm(*10^-4 %об.)

IEC

600

14000

150

130

20

280

90

ppm(*10^-4 %об.)

Дюваль

700

6300

118

85

5

56

111

ppm(*10^-4 %об.)

 

Для кислорода и азота можно выявить нормальный фон, а именно диапазон концентраций, в котором происходит нормальная эксплуатация оборудования:

- Для кислорода фон: 20 000 ppm – 40 000 ppm,

- Для азота фон: 55 000 ppm – 80 000 ppm.

Использованные концентрации углекислого газа, угарного газа, азота и кислорода считается дополнительным инструментом в обнаружении дефекта, в первую очередь следует обратить внимание на ключевые газы используемые в методах.

Используя граничные условия по каждому методу, получим результаты таблицу 3.

Таблица 3.

 Состояния трансформаторов по разным методам

Метод

CO

CO2

Н2

СН4

С2Н4

С2Н6

С2Н2

РД (Норма)

62

57

63

64

62

62

64

РД (Превышение)

3

8

2

1

3

3

1

IEEE (Норма)

60

36

63

64

61

62

62

IEEE (Превышение)

5

29

2

1

4

3

3

IEC (Норма)

62

60

64

64

62

62

64

IEC (Превышение)

3

5

1

1

3

3

1

Дюваль (Норма)

63

55

63

64

62

63

63

Дюваль (Превышение)

2

10

2

1

3

2

2

 

Из всех трансформаторов всего 1…4 имеют превышение хотя бы одного ключевого газа, что составляет 1,5…6 % от всего количества исследуемых трансформаторов. В таблице 4 представлен результат анализа. Так как значение некоторых концентраций равнялось нулю, который шёл в знаменатель, было принято решение заменить его на концентрацию в 10 раз ниже граничной.

Таблица 4.

 Результаты анализа дефекта по выбранным методам

№T\Метод

РД

МЭК

Роджерс

Дорненбург

Дюваль

1

Т4

T4

T4

T

Т4

2

Т4

T4

T4

X

Т4

3

X

X

X

X

Т4

4

X

X

X

X

Т3

5

Т4

Т4

Т4

Т

Т4

 

Там, где прочерк, не удалось рассчитать из-за нуля в знаменателе. Где знак X, там метод не определял никакого дефекта.

В результате удалось обнаружить дефекты Т4 - термический дефект высокой температуры (>700 °С) по трансформаторам №1, №2, №5. По Дорненбургу – это Т, тепловое повреждение (за исключение №2). А по методу треугольника Дюваля трансформатор №3 – Т4, по №4 – это Т3, термический дефект в диапазоне средних температур (300–700 °С).

По остальным трансформаторам некоторые методики не дали результат.

Первый дополнительный метод определяет вид дефекта по диаграммам состава газов. Суть заключается в нахождении диаграммы образа дефекта, наиболее похожей на диаграмму состава газов.

В результате сравнения графиков образов дефектов и полученных из трансформаторов удалось выяснить, что №1, №2, №5 очень схожи на диаграмму высокотемпературного нагрева, это означает, что присутствует дефект термического характера в диапазоне высоких температур, основной газ – этилен (С2Н4). Далее совпадение с образами уменьшается и можно только предположить с меньшей долей вероятности. Трансформатор №3 схож с диаграммой – высокотемпературный нагрев, сопровождающийся разрядами. №43 говорит о нагреве в диапазоне средних температур, хотя концентрация С2Н6 выше, чем на диаграмме.

С помощью данного метода можно сказать удалось определить дефекты в 3 трансформаторах из 5. Далее рассмотрим второй дополнительный метода АРГ - метод Давиденко-Овчинникова. Заключающийся на результате набора букв представленный в таблице 5.

Таблица 5.

 Полученные наборы букв для данных трансформаторов

№T

(H2)

(CH4)

(C2H6)

(C2H4)

(C2H2)

1

Г

Г

В

А

Г

2

Г

Г

Г

В

Г

3

Г

Г

А

Б

В

4

Б

В

А

Г

Г

5

Г

Г

Б

А

Г

 

Из данных видно, что для трансформаторов №3 и №4 получившиеся дефект – это термический дефект до 300 оС, а для №1 и №5 – это термический дефект более 700 оС. Для №2 определенна композиция дефектов с преобладанием дефекта электрического характера.

Выводы:

В результате анализа различных методов можно сделать вывод, что некоторые методы могут не определить дефект вообще. Точное определение дефекта не всегда возможно тем или иным методом. Поэтому следует использовать несколько методов в совокупности для большей точности определения.

 

Список литературы:
1. РД 153–34.0–46.302–00. Методические указания по диагностике развивающихся дефектов трансформаторного оборудования по результатам хроматографического анализа газов, растворенных в масле. / Утвержено: Начальник Департамента научно-технической политики и развития РАО "ЕЭС России" Ю.Н.Кучеров 12.12.2000 г.- М., 2001.
2. Transformers Committee of the IEEE Power & Energy Society // IEEE Guide for the Interpretation of Gases Generated in Oil-Immersed Transformers: IEEE Std C57.104™ (Revision of IEEE Std C57.104-1991), 2 February, 2019, 3 Park Avenue New York, NY 10016-5997, USA
3. МЭК 60599. Электрооборудование с пропиткой минеральным маслом при эксплуатации. Руководство по интерпретации результатов анализа растворенных и свободных газов, 24.05.2007
4. СТО 34.01-23-003-2019. Методические указания по техническому диагностированию развивающихся дефектов маслонаполненного высоковольтного электрооборудования по результатам анализа газов, растворенных в минеральном трансформаторном масле // стандарт организации ПАО «Россети»
5. SIGRE Advances in DGA D1/A2 Technical Brochure // Advances in DGA interpretation. — July 2019. — № Reference: 771.