Анализ растворенных газов

Анализ растворенных газов (DGA) — это исследование растворенных газов в трансформаторном масле.

Изоляционные материалы внутри трансформаторов и электрооборудования разрушаются, выделяя газы внутри блока. Распределение этих газов может быть связано с каким-либо типом электрической неисправности, а скорость образования газа может указывать на серьезность неисправности. Идентичность газов, генерируемых конкретным устройством, может быть очень полезной информацией в любой программе профилактического обслуживания.

DGA обычно состоит из отбора проб масла и отправки образца в лабораторию для анализа. Мобильные устройства DGA можно транспортировать и использовать на месте; некоторые устройства могут быть напрямую подключены к трансформатору. Онлайн мониторинг электрооборудования является неотъемлемой частью интеллектуальной сети.

Масло

Большие силовые трансформаторы заполнены маслом, которое охлаждает и изолирует обмотки трансформатора. Минеральное масло является наиболее распространенным применяемым типом в наружных трансформаторах. К огнестойким жидкостям, используемым для этих целей, также относятся полихлорированные дифенилы (ПХБ) и силикон.

Изолирующая жидкость контактирует с внутренними компонентами. Газы, образующиеся в результате нормальных и ненормальных событий внутри трансформатора, растворяются в масле. Анализируя объем, типы, пропорции и скорость производства растворенных газов, можно собрать много диагностической информации. Газы образуются в результате окисления, испарения, разложения изоляции, разрушения масла и электролитического воздействия.

Выборка

Взятие проб масла в пробирку

Пробирка для отбора проб масла используется для отбора, хранения и транспортировки образца масла трансформатора в том же состоянии, в котором он находится внутри трансформатора, в котором растворены все «неисправные» газы.

Это газонепроницаемая трубка из боросиликатного стекла емкостью 150 или 250 мл, имеющая два воздухонепроницаемых тефлоновых клапана на обоих концах. Выходы этих клапанов снабжены винтовой резьбой, которая обеспечивает удобное соединение синтетических трубок во время отбора образца из трансформатора. Кроме того, данное положение полезно при передаче масла в пробу масла бюретку из нескольких газового экстрактора без какого-либо контакта с атмосферой.

Она имеет перегородку на одной стороне трубки для взятия пробы масла для проверки его влажности.

Термопенные ящики используются для транспортировки указанных пробирок с образцами масла без воздействия солнечного света

Стеклянный шприц

Масляные шприцы являются еще одним средством получения пробы масла из трансформатора. Объем шприцов имеет большой диапазон, но обычно его можно найти в диапазоне 50 мл. Качество и чистота шприца важны, так как он поддерживает целостность образца перед анализом.

Извлечение

Техника DGA включает в себя извлечение или удаление газов из нефти и введение их в газовый хроматограф (ГХ). Определение концентрации газа обычно включает использование пламенно-ионизационного детектора (FID) и детектора теплопроводности (TCD). В большинстве систем также используется метанайзер, который преобразует любой монооксид углерода и диоксид углерода в метан, чтобы его можно было сжечь и обнаружить на FID, очень чувствительном датчике.

Метод «стойки»

Первоначальный метод, теперь ASTM D3612A, требовал, чтобы масло подвергалось воздействию высокого вакуума в сложной стеклянной системе для удаления большей части газа из масла. Затем газ собирали и измеряли в градуированной трубе, разрушая вакуум ртутным поршнем. Газ удаляли из градуированной колонки через перегородку с помощью газонепроницаемого шприца и немедленно вводили в ГХ.

Многоступенчатый газовый экстрактор

Многоступенчатый газовый экстрактор представляет собой устройство для отбора проб трансформаторного масла. В 2004 году Центральный научно-исследовательский институт энергетики, Бангалор, Индия, представил новый метод, при котором один и тот же образец трансформаторного масла можно многократно подвергать воздействию вакуума при температуре окружающей среды, пока не произойдет увеличение объема извлеченных газов. Этот метод получил дальнейшее развитие в Dakshin Lab Agencies, Bangalore, для создания многоступенчатой газовой вытяжки для трансформаторного масла. Этот метод является импровизированной версией ASTM D 3612A для многократного извлечения вместо единственного извлечения и основан на принципе Toepler.

В этом устройстве фиксированный объем масла для пробы забирается непосредственно из трубки для пробы в сосуд для дегазирования под вакуумом, где выделяются газы. Эти газы выделяют с помощью ртутного поршня для измерения его объема при атмосферном давлении и последующей передачи на газовый хроматограф с использованием газонепроницаемого шприца.

Аппарат с очень похожей конструкцией и в принципе обеспечивающий многократное извлечение газа с использованием вакуумного насоса и насоса Теплера эксплуатируется в Сиднее (Австралия) более 30 лет. Система используется для силовых и измерительных трансформаторов, а также для кабельных масел.

Извлечение свободного пространства

Извлечение свободного пространства описано в ASTM D 3612-C. Извлечение газов достигается путем перемешивания и нагревания масла, чтобы выпустить газы в «верхнее пространство» герметичного пузырька. Как только газы извлечены, они затем отправляются на газовый хроматограф.

Существуют специальные методы, такие как сорбционная экстракция в свободном пространстве (HSSE) или сорбционная экстракция с помощью мешалки (SBSE).

Анализ

Когда в трансформаторах происходит выделение газа, возникает несколько газов. Достаточно полезной информации можно получить из девяти газов, поэтому дополнительные газы обычно не проверяются. Девять рассмотренных газов:

атмосферные газы: азот и кислород
оксиды углерода: оксид углерода и диоксид углерода
углеводороды: ацетилен, этилен, метан и этан
водород

Газы, извлеченные из пробы нефти, вводятся в газовый хроматограф, где колонны отделяют газы. Газы вводятся в хроматограф и транспортируются через колонку. Колонна избирательно задерживает газы пробы, и они идентифицируются, когда они проходят через детектор в разное время. График зависимости сигнала детектора от времени называется хроматограммой .

Отделенные газы детектируются датчиком теплопроводности для атмосферных газов, датчиком ионизации пламени для углеводородов и оксидов углерода. Метанатор используется для обнаружения оксидов углерода путем восстановления их до метана, когда они находятся в очень низкой концентрации.

Типы неисправностей

Термические неисправности обнаруживаются по наличию побочных продуктов разложения твердой изоляции. Твердая изоляция обычно изготавливается из целлюлозного материала. Твердая изоляция естественным образом разрушается, но скорость увеличивается с ростом температуры изоляции. Когда происходит электрический сбой, он выделяет энергию, которая разрушает химические связи изолирующей жидкости. Как только связи разрушены, эти элементы быстро преобразовывают газы разлома. Энергии и скорости, с которыми образуются газы, различны для каждого из газов, что позволяет исследовать газовые данные, чтобы определить вид неисправной активности, имеющей место в электрическом оборудовании.

Перегрев обмоток обычно приводит к термическому разложению целлюлозной изоляции. В этом случае результаты DGA показывают высокие концентрации оксидов углерода (монооксида и диоксида). В крайних случаях метан и этилен обнаруживаются на более высоких уровнях.
Перегрев масла приводит к расщеплению жидкости при нагревании и образованию метана, этана и этилена.

Корона является частичным разрядом и обнаруживается в DGA под повышенным содержанием водорода.

Искрение является наиболее тяжелым условием в трансформаторе и обозначается даже низким уровнем ацетилена.

Приложение

Интерпретация результатов, полученных для конкретного трансформатора, требует знания возраста устройства, цикла загрузки и даты основного технического обслуживания, такого как фильтрация масла. Стандарт МЭК 60599 и стандарт ANSI IEEE C57.104 содержат рекомендации по оценке состояния оборудования на основе количества присутствующего газа и соотношений объемов пар газов.

После того, как образцы были отобраны и проанализированы, первый шаг в оценке результатов DGA должен рассмотреть уровни 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 основного газа указывает на потенциальную проблему внутри трансформатора.

Анализ растворенного газа как метод диагностики имеет несколько ограничений. Он не может точно локализовать ошибку. Если трансформатор заправлен свежим маслом, результаты не свидетельствуют о неисправностях.