Generacja gazu w transformatorach może pochodzić z różnych źródeł i typów wad, z których każda wskazuje na specyficzne problemy operacyjne lub izolacyjne. Zrozumienie tych klasyfikacji jest kluczowe dla skutecznej konserwacji i diagnozowania wad w systemach transformatorowych.
Naturalne starzenie się generacji gazu
Naturalne starzenie się odnosi się do powolnych zmian chemicznych zachodzących w izolacji papierowo-olejowej transformatora z powodu ciepła i naprężeń elektrycznych. Proces ten wytwarza niewielkie ilości charakterystycznych gazów, takich jak CO i CO2, które zazwyczaj nie wskazują na wady, lecz raczej normalne starzenie się.
Generacja gazu z zewnętrznych źródeł
1) Wyciek z przełącznika odczepów pod obciążeniem (OLTC):
- Przyczyna: Łuk elektryczny podczas pracy OLTC powoduje rozkład oleju w zbiorniku.
- Typ gazu: Charakterystyczne gazy wykryte w oleju głównego zbiornika z wycieku zbiornika OLTC.
2) Wada w osi:
- Przyczyny: Słaby kontakt, wilgoć izolacji lub przegrzane złącza.
- Typ gazu: Duże ilości charakterystycznych gazów z powodu uszkodzenia izolacji osi.
3) Wada pompy zanurzeniowej:
- Przyczyna: Uszkodzenie izolacji silnika lub tarcie mechaniczne.
- Typ gazu: Przegrzane gazy i gazy wyładowcze w głównym zbiorniku olejowym.
4) Spawanie naprawcze oleju:
- Przyczyna: Niewłaściwe spawanie podczas napraw zbiornika oleju prowadzące do rozkładu oleju.
- Typ gazu: Charakterystyczne gazy w oleju określane jako gaz spawalniczy w naprawach oleju.
5) Gazy resztkowe z awarii:
- Przyczyna: Niekompletne usunięcie gazów z awarii po konserwacji.
- Rodzaj gazu: Stała obecność charakterystycznych gazów po awarii.
6) Gazy zmieszane w oleju:
- Przyczyna: Nieprawidłowe wtryskiwanie oleju skutkujące obecnością charakterystycznych gazów, takich jak acetylen.
- Rodzaj gazu: Gazy wskazujące na awarię z powodu niewłaściwego obchodzenia się z olejem.
Generacja gazu związana z wadami przebicia częściowego
Częściowe wyładowanie w transformatorach obejmuje typy takie jak wyładowanie przewodnika zawieszonego, wyładowanie końcówki, wyładowanie międzywarstwowe oraz wyładowanie prądu napędowego. Te wyładowania generują charakterystyczne gazy specyficzne dla każdego typu.
Gazy z wyładowania przewodnika zawieszonego: Występują w sytuacjach takich jak luźne połączenia lub obce przedmioty na uzwojeniach, co prowadzi do lokalnego przebicia izolacji i wytwarzania charakterystycznych gazów.
Gazy z wyładowania końcówki: Wyładowanie końcówki dotyczy potencjalnych elektrod końcowych, generując charakterystyczne gazy, głównie acetylen, z powodu lokalnych wyładowań w obrębie transformatora.
Gazy z wyładowania międzywarstwowego: Wysoka siła pola elektrycznego w warstwach między uzwojeniami może powodować gromadzenie się wilgoci i eventualne wyładowania, prowadząc do wytwarzania charakterystycznych gazów przed całkowitym przebiciem.
Gazy z wyładowania prądu napędowego: Wyładowanie spowodowane prądem przewodnika w medium tworzy łuki (np. łuk w przełączniku odczepów), wywołując działania ochronne i określane jako wyładowanie prądu napędowego z produkcją charakterystycznych gazów.
Gaz związany z przetężeniem
Przegrzanie w transformatorach z powodu prądu roboczego, prądu wirowego lub usterek obiegowych generuje charakterystyczne gazy, kategoryzowane według konkretnych typów awarii:
Gazy z awarii przegrzania obwodu prądu roboczego: Zwiększona oporność kontaktu w złączach elektrycznych lub kontaktach przełącznika odczepów prowadzi do przegrzania i produkcji charakterystycznych gazów.
Gazy z awarii przegrzania obwodu prądu obiegowego: Usterki takie jak uziemienie wielopunktowe rdzenia lub punkty zwarcia w laminatach rdzenia powodują prądy obiegowe i przegrzewanie, generując charakterystyczne gazy.
Gazy z awarii przegrzania obwodu prądu wirowego: Rzadko, ale możliwe, ten typ usterki obejmuje wewnętrzne lub zewnętrzne usterki tanku olejowego spowodowane prądami wirowymi, wykrywalne za pomocą termometrów podczerwonych lub anomalii temperatury.
Wypadki związane z produkcją gazu
- Wewnętrzna awaria zwarcia uzwojenia, w tym uszkodzenia izolacji między zwojami, sekcjami lub warstwami.
- Awaria wyładowania uzwojenia do uziemienia lub innych uzwojeń, w tym wyładowania dendrytycznego wzdłuż ekranu oraz wyładowanie niskonapięciowego uzwojenia do rdzenia żelaznego.
- Awaria przewodów, w tym zwarcia międzyfazowe przewodów na stronie niskonapięciowej, przeskok na powierzchni dolnej porcelanowej osłony z strony wysokiego napięcia itp.
- Łuk w przełączniku odczepów, w tym eksplozja komory olejowej z powodu awarii przełącznika, który nie zgasił łuku, łuk w ruchomych i statycznych kontaktach z powodu słabego kontaktu, zwarcie międzyfazowe w trójfazowym przełączniku odczepów itp.
- Awaria eksplozji obudowy, w tym zapłon obudowy.
Po wystąpieniu tych wypadków w zbiorniku na olej nagle wytworzy się duża ilość charakterystycznego gazu, określanego zbiorczo jako gaz wypadkowy.
Metody analizy DGA (Analiza Gazów Rozpuszczonych) i analizy gazu wykrywania usterek, takie jak metoda trzech proporcji IEC lub analiza jakościowa, pomagają zidentyfikować rodzaje usterek na podstawie składników gazu i ich stężeń, wspierając diagnostykę i konserwację urządzeń elektrycznych.
Tabela odniesienia do oceny wartości granicznych zawartości wodoru i gazów węglowodorowych jest następująca:
| Skład | Zawartość: μL/L (ppm) | ||
| Norma | Ostrzeżenie | Usterka | |
| 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 |
Metoda charakterystyki gazu do oceny natury usterki
| Nr. | Usterka | Charakterystyki gazu |
| 1 | Ogólna usterka przegrzania | Całkowite węglowodory są wysokie, C2H2＜5ppm |
| 2 | Ciężka usterka przegrzania | Całkowite węglowodory są wysokie, C2H2＞5ppm, ale C2H2 nie stanowi głównego składnika całkowitych węglowodorów, a zawartość H2 jest wysoka |
| 3 | Częściowe wyładowanie | Całkowite węglowodory nie są wysokie, CH4 jest głównym składnikiem całkowitych węglowodorów, H2＞100ppm |
| 4 | Wyładowanie iskrowe | Całkowite węglowodory nie są wysokie, C2H2＞10ppm, H2 jest stosunkowo wysoki |
| 5 | Wyładowanie łukowe | Całkowite węglowodory są wysokie, C2H2 jest wysoki i stanowi główny składnik całkowitych węglowodorów, a zawartość H2 jest wysoka |
| 6 | Przegrzanie gołego metalu | Całkowite węglowodory są wysokie, CO i C2H2 są w granicach normy |
| 7 | Przegrzanie metalu z izolacją stałą | Całkowite węglowodory, otwarty transformator, CO＞300μL/L, acetylen jest normalny |
| 8 | Przegrzanie izolacji stałej | Całkowite węglowodory są około 100μL/L, otwarte, CO＞300μL/L |
| 9 | Przegrzewanie metalu i wyładowanie | Całkowita zawartość węglowodorów jest wysoka, C2H2＞5, zawartość H2 jest stosunkowo wysoka |
Charakterystyka gazu zmienia się w zależności od typu usterki, energii usterki i użytych materiałów izolacyjnych, to znaczy, że nienasycenie gazu węglowodorowego wytworzonego w punkcie usterki jest ściśle związane z gęstością energii źródła usterki.
Relacja między głównymi składnikami gazu a warunkami anomalnymi przedstawiona jest w poniższej tabeli:
| Typ usterki transformatora | Skład gazu wytworzonego |
| Przegrzewanie oleju transformatorowego | H2, CH4, C2H4, C2H6 |
| Przegrzewanie oleju i papieru izolacyjnego | CO, CO2, H2, CH4, C2H4, C2H6 |
| Łuk w oleju | H2, CH4, C2H4, C2H2, C2H6 |
| Częściowe wyładowanie w oleju | H2, CH4, C2H4, C2H6 |
| Łuk w papierze izolacyjnym w oleju | CO, CO2, H2, CH4, C2H4, C2H6, C2H2 |
| Wyładowanie iskrowe w oleju | H2, C2H2 |
| Wnikanie wody lub wilgoci do transformatora | H2 |
Wnioski
Klasyfikacja generacji gazu w transformatorach zapewnia usystematyzowane podejście do diagnozowania usterek na podstawie analizy gazu. Zrozumienie rodzajów gazów i ich pochodzenia pomaga w wskazywaniu konkretnych problemów transformatorowych, kierowaniu działaniami konserwacyjnymi oraz zapewnieniu niezawodności operacyjnej. Dzięki wykorzystaniu narzędzi diagnostycznych, takich jak analiza gazów rozpuszczonych (DGA) oraz zrozumieniu natury emisji gazów, przedsiębiorstwa użyteczności publicznej mogą skutecznie zarządzać zdrowiem transformatorów i łagodzić potencjalne awarie, poprawiając ogólną wydajność systemu i jego długowieczność.
English
Polish
German