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

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

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

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

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

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

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.