Раздел 2.Определение характера дефекта в силовом трансформаторе по отношению концентраций пар газов.
Лабораторная работа № 7.
Тема: «Определение состояния маслонаполненного электротехнического оборудования по результатам хроматографического анализа газов растворённых в трансформаторном масле (ХАРГ)»
Теория вопроса:
Введение
В процессе эксплуатации силовых трансформаторов трансформаторное масло выполняет функции диэлектрика и охлаждающей среды. Но у трансформаторного масла есть еще одна важная функция - оно является диагностической средой. Большинство развивающихся дефектов, приводящих в дальнейшем к повреждению оборудования, может быть своевременно выявлено контролем состояния трансформаторного масла. Развитие таких дефектов, как локальные перегревы токоведущих соединений и элементов конструкции остова, разряды в масле, искрение в контактных соединениях, загрязнение и увлажнение изоляции, попадание воздуха, окисление и старение самого масла и твердой изоляции в различной мере сказываются на изменении свойств трансформаторного масла. Таким образом не вскрывая силового трансформатора можно чётко определить его техническое состояние. К физико - химическим показателям трансформаторногомасла, которые используются для оценки состояния трансформаторов в эксплуатации относятся: кислотное число, содержание водорастворимых кислот и щелочей, влагосодержание, газосодержание масла
Хроматографический анализ газов, растворенных в масле (ХАРГ), обладает высокой чувствительностью к развивающимся дефектам в трансформаторе, связанных с такими факторами, как электрические разряды в изоляции и локальные перегревы. Применение анализа растворенных в масле газов основано на том, что при появлении местных нагревов или электрических разрядов масло и соприкасающаяся бумажная изоляция разлагаются, а образующиеся газообразные продукты растворяются в масле.
Основные (ключевые) газы - наиболее характерные для определенного вида дефекта:
Дефекты электрического характера:
водород(H2), - частичные разряды, искровые и дуговые разряды;
ацетилен(C2H2), - электрическая дуга, искровые разряды;
Дефекты термического характера:
этилен (C2H4), - нагрев масла и бумажно-масляной изоляции выше 600°С;
метан(CH4), - нагрев масла и бумажно-масляной изоляции в диапазоне температур (400-600)°С или нагрев масла и бумажно-масляной изоляции, сопровождающийся разрядами;
этан(C2H6), - нагрев масла и бумажно-масляной изоляции в диапазоне температур (300-400)°С;
оксид и диоксид углерода(CO; СO2) - старение и увлажнение масла и/или твердой изоляции;
диоксид углерода (СO2)- нагрев твердой изоляции.
Содержание фурановых производныхявляется показателем, который косвенно может свидетельствовать о деструкции бумажной изоляции. Термолиз, окисление и гидролиз изоляции, вызывая частичное разрушение макромолекул целлюлозы, приводят к образованию компонентов фуранового ряда, которые выделяются в трансформаторное масло.
Следует отметить, что такие физико-химические показатели, как кислотное число, содержание водорастворимых кислот и щелочей, влагосодержание и газосодержание масла являются традиционными в практике эксплуатации силовых трансформаторов на протяжении многих лет, а различные аспекты их применения достаточно подробно описаны в многочисленной литературе. Поэтому в дальнейшем остановимся на более подробном рассмотрении применения хроматографического анализа газов, растворенных в масле, и показателей оценки состояния бумажной изоляции маслонаполненного оборудования. В таблице № 1 приведены основные методики ХАРГ.
Таблица 1. Отношения пар характерных газов основных существующих методик ХАРГ.
| Методика | Используемые отношения пар характерных газов |
| Дорненбурга | СН2/Н2,С2Н2/ С2Н4, С2Н6/ С2Н2, С2Н2// СН4 |
| Мюллера | СН4/Н2, С2Н4/С2Н6, СО/СО2, С2Н6/С2Н2 |
| Роджерса | СН4/Н2, С2Н2/С2Н4, С2Н4/С2Н6, С2Н6/СН4 |
| МЭК | CH4/H2,C2H2/C2H4,C2H4 /C2H6 |
| ВЭИ | СН4/Н2, С2Н4/СН4, С2Н6/СН4, С2Н2/С2Н4, С2Н6/С2Н2, С2Н4/С2Н6 |
По результатам ХАРГ оказалось, что наибольшую диагностическую ценность при определении характера развивающегося дефекта имеет методика МЭК (IЕС 60599), которая рекомендована к применению в энергетике Российской федерации. (Используется в Российской программе «Альбатрос»). С помощью ХАРГ в силовых трансформаторах можно обнаружить две группы дефектов:
- перегревы токоведущих соединений и элементов конструкции остова,
- электрические разряды в масле
Для диагностики развивающихся дефектов в силовых трансформаторах используются следующие основные критерии:
1. критерий граничных концентраций;
2. критерий отношения пар характерных газов.
3. критерий скорости нарастания газов;
Таблица № 2. Граничные концентрации растворенных в масле газов.
| Концентрации газов, % об. | |||||||
| Оборудование | Н2 | СН4 | С2Н2 | С2Н4 | С2Н6 | CO | СO2 |
| Трансформаторы напряжением 110-500 кВ | 0,01 | 0,01 | 0,001 | 0,01 | 0,005 | 0,05* 0,06 | 0,6(0,2)* 0,8(0,4) |
| Трансформаторы напряжением 750 кВ | 0,003 | 0,002* | 0,001 | 0,002 | 0,001 | 0,05 | 0,40 |
| Реакторы напряжением 750 кВ | 0,01 | 0,003 | 0,001 | 0,001 | 0,002 | 0,05 | 0,40 |
Для СО - в числителе приведено значение для трансформаторов с азотной или пленочной защитами масла, в знаменателе - для трансформаторов со свободным дыханием. Для С02 - в числителе приведены значения для трансформаторов со свободным дыханием при сроке эксплуатации до 10 лет, в знаменателе - свыше 10 лет. В скобках приведены те же данные для трансформаторов с пленочной или азотной защитами масла.
Лабораторная работа № 7.
Тема: «Определение состояния маслонаполненного электротехнического оборудования по результатам хроматографического анализа газов растворённых в трансформаторном масле (ХАРГ)»
Теория вопроса:
Введение
В процессе эксплуатации силовых трансформаторов трансформаторное масло выполняет функции диэлектрика и охлаждающей среды. Но у трансформаторного масла есть еще одна важная функция - оно является диагностической средой. Большинство развивающихся дефектов, приводящих в дальнейшем к повреждению оборудования, может быть своевременно выявлено контролем состояния трансформаторного масла. Развитие таких дефектов, как локальные перегревы токоведущих соединений и элементов конструкции остова, разряды в масле, искрение в контактных соединениях, загрязнение и увлажнение изоляции, попадание воздуха, окисление и старение самого масла и твердой изоляции в различной мере сказываются на изменении свойств трансформаторного масла. Таким образом не вскрывая силового трансформатора можно чётко определить его техническое состояние. К физико - химическим показателям трансформаторногомасла, которые используются для оценки состояния трансформаторов в эксплуатации относятся: кислотное число, содержание водорастворимых кислот и щелочей, влагосодержание, газосодержание масла
Хроматографический анализ газов, растворенных в масле (ХАРГ), обладает высокой чувствительностью к развивающимся дефектам в трансформаторе, связанных с такими факторами, как электрические разряды в изоляции и локальные перегревы. Применение анализа растворенных в масле газов основано на том, что при появлении местных нагревов или электрических разрядов масло и соприкасающаяся бумажная изоляция разлагаются, а образующиеся газообразные продукты растворяются в масле.
Основные (ключевые) газы - наиболее характерные для определенного вида дефекта:
Дефекты электрического характера:
водород(H2), - частичные разряды, искровые и дуговые разряды;
ацетилен(C2H2), - электрическая дуга, искровые разряды;
Дефекты термического характера:
этилен (C2H4), - нагрев масла и бумажно-масляной изоляции выше 600°С;
метан(CH4), - нагрев масла и бумажно-масляной изоляции в диапазоне температур (400-600)°С или нагрев масла и бумажно-масляной изоляции, сопровождающийся разрядами;
этан(C2H6), - нагрев масла и бумажно-масляной изоляции в диапазоне температур (300-400)°С;
оксид и диоксид углерода(CO; СO2) - старение и увлажнение масла и/или твердой изоляции;
диоксид углерода (СO2)- нагрев твердой изоляции.
Содержание фурановых производныхявляется показателем, который косвенно может свидетельствовать о деструкции бумажной изоляции. Термолиз, окисление и гидролиз изоляции, вызывая частичное разрушение макромолекул целлюлозы, приводят к образованию компонентов фуранового ряда, которые выделяются в трансформаторное масло.
Следует отметить, что такие физико-химические показатели, как кислотное число, содержание водорастворимых кислот и щелочей, влагосодержание и газосодержание масла являются традиционными в практике эксплуатации силовых трансформаторов на протяжении многих лет, а различные аспекты их применения достаточно подробно описаны в многочисленной литературе. Поэтому в дальнейшем остановимся на более подробном рассмотрении применения хроматографического анализа газов, растворенных в масле, и показателей оценки состояния бумажной изоляции маслонаполненного оборудования. В таблице № 1 приведены основные методики ХАРГ.
Таблица 1. Отношения пар характерных газов основных существующих методик ХАРГ.
| Методика | Используемые отношения пар характерных газов |
| Дорненбурга | СН2/Н2,С2Н2/ С2Н4, С2Н6/ С2Н2, С2Н2// СН4 |
| Мюллера | СН4/Н2, С2Н4/С2Н6, СО/СО2, С2Н6/С2Н2 |
| Роджерса | СН4/Н2, С2Н2/С2Н4, С2Н4/С2Н6, С2Н6/СН4 |
| МЭК | CH4/H2,C2H2/C2H4,C2H4 /C2H6 |
| ВЭИ | СН4/Н2, С2Н4/СН4, С2Н6/СН4, С2Н2/С2Н4, С2Н6/С2Н2, С2Н4/С2Н6 |
По результатам ХАРГ оказалось, что наибольшую диагностическую ценность при определении характера развивающегося дефекта имеет методика МЭК (IЕС 60599), которая рекомендована к применению в энергетике Российской федерации. (Используется в Российской программе «Альбатрос»). С помощью ХАРГ в силовых трансформаторах можно обнаружить две группы дефектов:
- перегревы токоведущих соединений и элементов конструкции остова,
- электрические разряды в масле
Для диагностики развивающихся дефектов в силовых трансформаторах используются следующие основные критерии:
1. критерий граничных концентраций;
2. критерий отношения пар характерных газов.
3. критерий скорости нарастания газов;
Таблица № 2. Граничные концентрации растворенных в масле газов.
| Концентрации газов, % об. | |||||||
| Оборудование | Н2 | СН4 | С2Н2 | С2Н4 | С2Н6 | CO | СO2 |
| Трансформаторы напряжением 110-500 кВ | 0,01 | 0,01 | 0,001 | 0,01 | 0,005 | 0,05* 0,06 | 0,6(0,2)* 0,8(0,4) |
| Трансформаторы напряжением 750 кВ | 0,003 | 0,002* | 0,001 | 0,002 | 0,001 | 0,05 | 0,40 |
| Реакторы напряжением 750 кВ | 0,01 | 0,003 | 0,001 | 0,001 | 0,002 | 0,05 | 0,40 |
Для СО - в числителе приведено значение для трансформаторов с азотной или пленочной защитами масла, в знаменателе - для трансформаторов со свободным дыханием. Для С02 - в числителе приведены значения для трансформаторов со свободным дыханием при сроке эксплуатации до 10 лет, в знаменателе - свыше 10 лет. В скобках приведены те же данные для трансформаторов с пленочной или азотной защитами масла.
Раздел 2.Определение характера дефекта в силовом трансформаторе по отношению концентраций пар газов.
Вид и характер развивающихся в трансформаторе дефектов определяется по отношению концентраций следующих газов: Н2, CH4, C2H2, С2Н4 и С2Н6.
При этом рекомендуется выполнять повторные измерения при получении результатов ХАРГ, в которых концентрация хотя бы одного газа (из пяти, перечисленных выше газов) была больше соответствующего граничного значения в 1,5 раза.
Вид развивающихся в трансформаторах дефектов (тепловой или электрический) можно ориентировочно определить по отношению концентраций пар из четырех газов: Н2, CH4, C2H2, С2Н4.
Условия прогнозирования "разряда":
C2H2 /С2Н4 ≥ 0,1 ( 1) и СН4 / Н2 ≤0,5 (2)
Условия прогнозирования "перегрева":
C2H2 /С2Н4 < 0,1 ( 3) и CH4 / Н2 > 0,5 (4)
Если при этом концентрацияСO< 0,05% об, то прогнозируется "перегрев масла", а если концентрация С0 > 0,05% об - "перегрев твердой изоляции".
Условия прогнозирования "перегрева" и "разряда":
C2H2 /С2Н4 ≥ 0,1 ( 1.) и CH4 / Н2 > 0,5 (4.)
или
C2H2 /С2Н4 < 0,1 ( 1) и СН4 / Н2 ≤0,5 (2)
Характер развивающихся в трансформаторах дефектов определяется в соответствии с таблицей 3 по отношению концентраций пар из пяти газов: Н2, CH4, C2H2, С2Н4 и С2Н6. Отношение СО2/СО дополнительно уточняет характер дефектов, приведенных в таблице 3:
- если повреждением не затронута твердая изоляция, то
5£СO2/СO£13; (5)
- если повреждением затронута твердая изоляция, то
СO2/СО < 5 или СO2/СО > 13 (6)
При интерпретации полученных значений отношений СO2/СО необходимо учитывать влияние эксплуатационных факторов.
Следует иметь в виду, чтоСО2 и СО образуются в масле трансформаторов при нормальных рабочих температурах в результате естественного старения изоляции.
Таблица 3. Определение характера дефекта в трансформаторе по отношению концентраций пар газов.
| № п/п | Характер прогнозируемого | Отношение концентраций характерных газов | Типичные примеры | ||
| дефекта | С2Н2 С2Н4 | СН4 Н2 | С2Н4 С2Н6 | ||
| 1. | Нормально | <0,1 | 0,1-1 | <1 | Нормальное старение |
| 2. | Частичные разряды с низкой плотностью энергии | <0,1 | <0,1 | <1 | Разряды в заполненных газом полостях, образовавшихся вследствие не полной пропитки или влажности изоляции. |
| 3. | Частичные разряды с высокой плотностью энергии | 0,1-3 | <0,1 | <1 | То же, что и в п.2, но ведет к оставлению следа или пробою твердой изоляции. |
| 4. | Разряды малой мощности | >0,1 | 0,1-1 | 1-3 | Непрерывное искрение в масле между соединениями различных потенциалов или плавающего потенциала. Пробой масла между твердыми материалами. |
| 5. | Разряды большой мощности | 0,1-3 | 0,1-1 | >3 | Дуговые разряды; искрение; пробой масла между обмотками или катушками или между катушками на землю. |
| 6. | Термический дефект низкой температуры (<150°С) | <0,1 | 0,1-1 | 1-3 | Перегрев изолированного проводника. |
| 7. | Термический дефект в диапазоне низких температур (150-300°С) | <0,1 | >1 | <1 | Местный перегрев сердечника из-за концентрации потока. Возрастание температуры "горячей точки". |
| 8. | Термический дефект в диапазоне средних температур (300-700°С) | <0,1 | >1 | 1-3 | То же, что и в п.7, но при дальнейшем повышении температуры "горячей точки". |
| 9. | Термический дефект высокой температуры (>700°С ) | <0,1 | >1 | >3 | Горячая точка в сердечнике; перегрев меди из-за вихревых токов, плохих контактов; циркулирующие токи в сердечнике или баке. |
Содержание СО2 в масле зависит от срока работы трансформатора и способа защиты масла от окисления. В трансформаторах со "свободным дыханием" СO2 может попасть в масло из воздуха приблизительно до 0,03%об.