Лекция № 16.«Хроматографический анализ растворённых в трансформаторном масле газов (ХАРГ)»
| Содержание лекции. | |
| 16.1. | Ключевые газы - наиболее характерные для определённого вида дефекта |
| 16.2 | Основные критерииразвивающихся дефектов в силовых трансформаторах,критерий граничных концентраций газов |
| 16.3. | Определение характера дефекта в трансформаторе по отношению концентраций пар газов,критерий скорости нарастания газов |
| 16.4. | Периодичность проведения ХАРГ |
| 16.5 | Физико-химические показатели оценки состояния бумажномасляной изоляции силовых трансформаторов в эксплуатации |
Ключевые газы - наиболее характерные для определённого вида дефекта
С помощью ХАРГ в силовых трансформаторах можно обнаружить две группы дефектов:
- перегревы токоведущих соединений и элементов конструкции остова,
- электрические разряды в масле.
При этом определяются концентрации семи газов: водорода (H2), метана (CH4), ацетилена(C2H2), этилена(C2H4), этана(C2H6), оксида углерода(CO) и диоксида углерода(CO2).
Группа 1. Перегревы токоведущих соединений и элементов конструкции остова.
Основные газы: С2Н4 - в случае нагрева масла и бумажно-масляной изоляции выше 600°С или С2Н2 - в случае перегрева масла, вызванного дуговым разрядом. Характерными газами в обоих случаях являются: Н2, СН4 и С2Н6.
Группа 2. Электрические разряды в масле Электрические разряды в масле могут быть разрядами большой и малой мощности. При частичных разрядах основным газом является Н2, характерными газами с малым содержанием - СН4 и С2Н2.При искровых и дуговых разрядах основными газами являются Н2 или С2Н2; характерными газами с любым содержанием - СН4 и С2Н4. Превышение граничных концентраций СО и СO2 может свидетельствовать об ускоренном старении и/или увлажнении твёрдой изоляции. При перегревах твёрдой изоляции основным газом является диоксид углерода.
Основные критерии развивающихся дефектов в силовых трансформаторах, критерий граничных концентраций газов.
Основные (ключевые) газы - наиболее характерные для определённого вида дефекта:
Дефекты электрического характера:
водород - частичные разряды, искровые и дуговые разряды;
ацетилен - электрическая дуга, искрение;
Дефекты термического характера:
этилен - нагрев масла и бумажно-масляной изоляции выше 600°С;
метан - нагрев масла и бумажно-масляной изоляции в диапазоне температур (400-600)°С или нагрев масла и бумажно-масляной изоляции, сопровождающийся разрядами;
этан - нагрев масла и бумажно-масляной изоляции в диапазоне температур (300-400)°С;
оксид и диоксид углерода - старение и увлажнение масла и/или твёрдой изоляции;
диоксид углерода - нагрев твёрдой изоляции.
Для диагностики развивающихся дефектов в силовых трансформаторах используются следующие основные критерии:
1. критерий граничных концентраций;
2. критерий скорости нарастания газов;
3. критерий отношения пар характерных газов.
Граничные концентрации растворенных в масле газов
Таблица № 1
| 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.
Определение характера дефекта в трансформаторе по отношению концентраций пар газов, критерий скорости нарастания газов
Вид и характер развивающихся в трансформаторе повреждений определяется по отношению концентраций следующих газов: Н2, CH4, C2H2, С2Н4 и С2Н6.
При этом рекомендуется использовать такие результаты АРГ, 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":
и 
Условия прогнозирования "перегрева":
и 
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":
и
или
и
Характер развивающихся в трансформаторах дефектов определяется согласно таблицы 2 по
Отношению концентраций пар из пяти газов: Н2, CH4, C2H2, С2Н4 и С2Н6. Отношение СО2/СО дополнительно уточняет характер дефектов, приведённых в табл.2:
- если повреждением не затронута твёрдая изоляция, то
5£СO2/СO£13;
- если повреждением затронута твёрдая изоляция, то
СO2/СО < 5 или СO2/СО > 13
При интерпретации полученных значений отношений СO2/СО следует учитывать влияние эксплуатационных факторов п.3.
Следует иметь в виду, чтоСО2 и СО образуются в масле трансформаторов при нормальных рабочих температурах в результате естественного старения изоляции.
Таблицы 2
| № 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 ведёт к оставлению следа или пробою твёрдой 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 твёрдыми 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.
Критерий скорости нарастания газов в масле определяет степень опасности
развивающегося дефекта для работающих трансформаторов.
Изменение во времени концентрации отдельных газов в масле бездефектных трансформаторов может происходить под воздействием различных факторов, а также вследствие естественного старения изоляции.
Наличие развивающегося дефекта в трансформаторе, накладываясь на эти факторы, приводит, как правило, к заметному росту концентрации одного или нескольких газов.
1. Абсолютная скорость нарастания i-го газа определяется по формуле: 
AmiА (m-1)i - два последовательных измерения концентрации i-го газа, %об;
Td -периодичность диагностики, мес.;
2. Относительная скорость нарастания i-го газа определяется по формуле: 
(%в мес.)
Степень опасности развития дефекта устанавливается по относительной скорости нарастания газа/газов.
Если относительная скорость нарастания газа/газов превышает 10% в месяц, то это указывает на наличие быстро развивающегося дефекта в трансформаторе. В случае выявления дефекта повторные анализы следует провести через короткие промежутки времени с целью подтверждения наличия дефекта и определения скорости нарастания газов.
Отбор проб масла для определения скорости нарастания газов рекомендуется проводить 1 раз в 7-10 дней в течение месяца для медленно развивающихся дефектов и через 2-3 дня - для быстро развивающихся дефектов.