Die Gasgenerierung in Transformatoren kann aus verschiedenen Quellen und Fehlerarten stammen, die jeweils spezifische Betriebs- oder Isolationsprobleme anzeigen. Das Verständnis dieser Klassifikationen ist entscheidend für eine effektive Wartung und Fehlersuche in Transformatorensystemen.
Natürliche Alterung der Gasgenerierung
Die natürliche Alterung bezieht sich auf langsame chemische Veränderungen, die in der Isolierung aus Öl und Papier in Transformatoren aufgrund von Wärme und elektrischer Belastung auftreten. Dieser Prozess produziert geringe Mengen charakteristischer Gase wie CO und CO2, die typischerweise keine Fehler anzeigen, sondern vielmehr normales Altern darstellen.
Gasproduktion aus externen Quellen
1) Lastwechsel-Lastwandler (OLTC) Tankleckage:
- Ursache: Lichtbogen während des OLTC-Betriebs verursacht Ölzerfall im Tank.
- Gasart: Charakteristische Gase aus der OLTC-Tankleckage, die im Haupttanköl nachgewiesen werden.
2) Buchsenfehler:
- Ursachen: Schlechter Kontakt, Isolationsfeuchtigkeit oder überhitzte Verbinder.
- Gasart: Große Mengen charakteristischer Gase aufgrund des Versagens der Buchsenisolierung.
3) Tauchpumpenfehler:
- Ursache: Isolationsversagen des Motors oder mechanische Reibung.
- Gasart: Überhitzte Gase und Entladungsgase im Hauptöltank.
4) Ölreparatur-Schweißen:
- Ursache: Unsachgemäßes Schweißen während der Reparaturen am Öltank, das zu Ölzerfall führt.
- Gasart: Charakteristische Gase im Öl, die als Gas für Ölreparaturschweißen bezeichnet werden.
5) Fehler-Restgase:
- Ursache: Unvollständige Beseitigung von Fehlergasen nach Wartungsarbeiten.
- Gasart: Anhaltende Präsenz charakteristischer Gase nach einem Fehler.
6) Gas im Öl gemischt:
- Ursache: Falsche Öleinspritzung, die zur Präsenz charakteristischer Gase wie Acetylen führt.
- Gasart: Fehleranzeigenden Gase aufgrund unsachgemäßer Ölhandhabung.
Gasgenerierung durch Teilentladungsschäden
Teilentladungen in Transformatoren umfassen Typen wie schwebende Leiterentladung, Spitzeentladung, Schichteentladung und Antriebsstromentladung. Diese Entladungen erzeugen charakteristische Gase, die spezifisch für jeden Typ sind.
Schwebende Leiterentladung Fehlergas: Dies tritt aufgrund von Situationen wie lockeren Verbindungen oder Fremdkörpern auf Wicklungen auf, was zu lokalem Isolationsdurchbruch und folgender charakteristischer Gasproduktion führt.
Spitzeentladung Fehlergas: Spitzeentladung beinhaltet potenzielle Spitzelektroden, die charakteristische Gase, hauptsächlich Acetylen, aufgrund lokaler Entladungen im Transformator erzeugen.
Schichteentladung Fehlergas: Hohe elektrische Feldstärken in Schichten können zu Feuchtigkeitsansammlungen und eventualer Entladung führen, was zu charakteristischer Gasproduktion vor dem vollständigen Durchbruch führt.
Antriebsstromentladung Fehlergas: Entladung verursacht durch Leiterstrom in das Medium bildet Lichtbögen (z. B. Hublüfterlichtbogen), was Schutzmaßnahmen auslöst und als Antriebsstromentladung mit charakteristischer Gasproduktion bezeichnet wird.
Überhitzungsschaden-Gas
Überhitzung in Transformatoren aufgrund von Arbeitsstrom-, Wirbelstrom- oder Zirkulationsstromfehlern erzeugt charakteristische Gase, die in spezifische Fehlerarten kategorisiert werden:
Arbeitsstromkreis Überhitzungsfehlergas: Erhöhte Kontaktwiderstände in elektrischen Verbindungen oder Kontakten des Hublüfters führen zu Überhitzung und spezifischer charakteristischer Gasproduktion.
Zirkulierender Stromkreis Überhitzungsfehlergas: Fehler wie Mehrpunkterderung des Kerns oder Kurzschlussstellen in Korklaminationen verursachen zirkulierende Ströme und Überhitzung, was charakteristische Gase erzeugt.
Wirbelstromkreis Überhitzungsfehlergas: Selten, aber möglich, dieser Fehlertyp betrifft interne oder externe Öltankfehler aufgrund von Wirbelströmen, die mit Infrarotthermometern oder Temperaturanomalien nachweisbar sind.
Gasproduktionsunfälle
- Interner Kurzschlussunfall der Wicklung, einschließlich Isolationsfehlern zwischen Windungen, Abschnitten oder Schichten.
- Durchgangs-Entladungsunfall der Wicklung zum Erdschluss oder zu anderen Wicklungen, einschließlich dendritischer Entladung entlang des Bildschirms und Entladung der Niederspannungswicklungen zum Eisenkern.
- Leitungsunfälle, einschließlich Kurzschlüsse zwischen Phasen des Leitungsdrahts auf der Niederspannungsseite, Durchschlag entlang der Oberfläche der unteren Porzellanhülse auf der Hochspannungsseite usw.
- Lichtbogen des Hublüfters, einschließlich der Explosion der Ölkammer aufgrund des Versagens des Schaltmechanismus, den Lichtbogen zu löschen, Lichtbögen von beweglichen und statischen Kontakten aufgrund schlechten Kontakts, Phasen-zu-Phasen-Kurzschluss des dreiphasigen Hublüfters usw.
- Gehäuseexplosionsunfall, einschließlich der Entzündung des Gehäuses.
Nachdem diese Unfälle auftreten, wird im Öltank plötzlich eine große Menge charakteristischen Gases erzeugt, das kollektiv als Unfallgas bezeichnet wird.
DGA (gelöste Gasanalyse) und Methoden zur Fehlersuche wie die IEC-Dreiverhältnis-Methode oder qualitative Analysen helfen, Fehlertypen anhand von Gasbestandteilen und deren Konzentrationen zu identifizieren, was bei der Diagnostik und Wartung elektrischer Geräte hilft.
Die Referenztabelle zur Beurteilung der Grenzwerte für den Wasserstoff- und Kohlenwasserstoffgehalt lautet wie folgt:
| Zusammensetzung | Inhalt: μL/L（ppm） | ||
| Normal | Warnung | Fehler | |
| H2 | ＜100 | 100~200 | ＞200 |
| CH4 | ＜45 | 45~80 | ＞80 |
| C2H6 | ＜35 | 35~50 | ＞50 |
| C2H4 | ＜55 | 55~100 | ＞100 |
| C2H2 | ＜5 | 5~10 | ＞10 |
| C1+C2 | ＜100 | 100~200 | ＞200 |
Charakteristische Gas-Methode zur Beurteilung der Art des Fehlers
| Nr. | Fehler | Gasmerkmale |
| 1 | Allgemeiner Überhitzungsfehler | Die gesamten Kohlenwasserstoffe sind hoch, C2H2＜5ppm |
| 2 | Schwerer Überhitzungsfehler | Die gesamten Kohlenwasserstoffe sind hoch, C2H2＞5ppm, aber C2H2 ist nicht der Hauptbestandteil der gesamten Kohlenwasserstoffe, und der H2-Gehalt ist hoch |
| 3 | Teilentladung | Die gesamten Kohlenwasserstoffe sind nicht hoch, CH4 ist der Hauptbestandteil der gesamten Kohlenwasserstoffe, H2＞100ppm |
| 4 | Funkenentladung | Die gesamten Kohlenwasserstoffe sind nicht hoch, C2H2＞10ppm, H2 ist relativ hoch |
| 5 | Bogenentladung | Die gesamten Kohlenwasserstoffe sind hoch, C2H2 ist hoch und stellt den Hauptbestandteil der gesamten Kohlenwasserstoffe dar, und der H2-Gehalt ist hoch |
| 6 | Überhitzung von blankem Metall | Die gesamten Kohlenwasserstoffe sind hoch, CO und C2H2 liegen beide im Normalbereich |
| 7 | Metallüberhitzung mit solider Isolierung | Die gesamten Kohlenwasserstoffe, offener Transformator, CO＞300μL/L, Acetylen ist normal |
| 8 | Überhitzung solidere Isolierung | Die gesamten Kohlenwasserstoffe liegen bei etwa 100μL/L, offen, CO＞300μL/L |
| 9 | Überhitzung von Metall und Entladung | Die Gesamtmenge an Kohlenwasserstoffen ist hoch, C2H2＞5, der Wasserstoffgehalt ist relativ hoch |
Die Gaseigenschaften variieren mit der Fehlerart, der Fehlerenergie und den beteiligten Isoliermaterialien, das heißt, die Ungesättigtheit des an der Fehlerstelle erzeugten Kohlenwasserstoffgases steht in engem Zusammenhang mit der Energiedichte der Fehlerquelle.
Die Beziehung zwischen den Hauptkomponenten im Gas und den abnormalen Bedingungen wird in der folgenden Tabelle dargestellt:
| Fehlerart im Transformator | Zusammensetzung des erzeugten Gases |
| Überhitzung des Transformatorenöls | H2, CH4, C2H4, C2H6 |
| Überhitzung von Öl und Isolierpapier | CO, CO2, H2, CH4, C2H4, C2H6 |
| Bogen im Öl | H2, CH4, C2H4, C2H2, C2H6 |
| Teilentladung im Öl | H2, CH4, C2H4, C2H6 |
| Bogen im Isolierpapier im Öl | CO, CO2, H2, CH4, C2H4, C2H6, C2H2 |
| Funkenentladung im Öl | H2, C2H2 |
| Wassereinbruch oder Feuchtigkeit im Transformator | H2 |
Fazit
Die Klassifizierung der Gasgeneration in Transformatoren bietet einen strukturierten Ansatz zur Diagnose von Fehlern basierend auf der Gasanalyse. Das Verständnis der Arten von Gasen und ihrer Herkunft hilft, spezifische Transformatorenprobleme zu identifizieren, Wartungsmaßnahmen zu leiten und die betriebliche Zuverlässigkeit sicherzustellen. Durch die Nutzung diagnostischer Werkzeuge wie der gelösten Gasanalyse (DGA) und das Verständnis der Natur von Gasemissionen können Versorgungsunternehmen die Gesundheit von Transformatoren effektiv verwalten und potenzielle Ausfälle mindern, was die Gesamtleistung und Langlebigkeit des Systems verbessert.
English
Polish
German