Как построить треугольник дюваля (6 видео)

Хроматографический анализ растворенных газов в диагностике трансформаторов (стр. 12 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Рис. 5.10. Граф для анализа полноты диагностирования трансформатора

с помощью методики Дорненбурга

Это также очень простая методика определения вида дефекта, суть которой отражает табл. 5.14.

Таблица 5.14. Связь дефектов с концентрациями газов

Σ(c1, c2, c3)>1000 ppm

В данной методике, кроме ранее рассмотренных, встречается новый дефект под названием «деградация целлюлозной изоляции», обозначенный как ДЦ. Для определения вида дефекта, наряду с оценкой соответствующего отношения концентраций газов, следует обратить внимание на абсолютные концентрации некоторых газов. Пусть, например, отношение c>1, тогда, чтобы идентифицировать дефект в виде «термического повреждения», необходимо чтобы сумма С1 и С2 углеводородов была больше 500 ppm или сумма С1, С2 и С3 углеводородов была больше 1000 ppm.

В этой методике основной акцент делается на решении первой задачи – выявлении наличия дефекта [9]. Для этого предлагается ориентироваться на четыре уровня граничных значений концентраций растворенных газов, % об. (табл. 5.15). Правые значения второго уровня или равны, или несколько больше граничных значений [8] (за исключением СО2).

В методике вводится новый диагностический параметр – общий объем растворенных горючих газов (ОРГГ), т. е. сумма всех газов, кроме СО2. Следует отметить, что этот параметр в выявлении дефектного состояния трансформатора играет основную роль, в то время как газ СО2 в анализе практически не используется.

Ценность рассматриваемой методики заключается в ее логической естественности, что нашло отражение в разработанной нами блок-схеме ее возможного использования при компьютерном диагностировании (рис. 5.11). Переменные m1, n1, n2, n3 и n4 в представленном модуле выполняют функцию счетчиков соответствующего уровня. Перед первым обращением к модулю значения этих переменных должны быть обнулены.

Что касается характера дефектов, то данная методика предлагает идентифицировать всего три вида дефектов: совокупность термических (Т1+Т2+Т3+Т4) и Э3, Э4. Для этого используются те же отношения газов: a, b и c.

Таблица 5.15. Граничные значения концентраций газов

Рис. 5.11. Блок-схема методики IEEE

по выявлению наличия дефекта

5.10. Треугольник Дюваля

Это первый пример подхода к определению характера дефекта не расчетно-логическим, как в ранее рассмотренных методиках, а графическим методом.

Данный диагностический метод был разработан в 1974 г. известным канадским специалистом М. Дювалем (рис. 5.12) в энергетической компании Hydro-Quebec. Метод позволяет по значениям концентраций трёх газов (С2Н2, С2Н4, СН4) построить точку на графике, представленном в виде треугольника (рис. 5.13). Площадь треугольника, по методике Дюваля, разделена на семь зон. Каждая зона соответствует определённому дефектному состоянию трансформатора. Всего рассматривается семь дефектных состояний: Э1, Э3, Э4, ЭТ, Т2, Т3 и Т4. По принадлежности точки конкретной зоне определяется вид дефекта.

Сначала рассмотрим, как строится треугольник Дюваля. Во-первых, этот треугольник равносторонний. На каждой стороне откладывается относительное значение содержания определенного газа, которое может меняться от 0 до 100 % по часовой стрелке. При этом сумма значений концентраций всех газов принимается за 100 %, а процентные концентрации каждого газа определяются от этой суммы.

Во-вторых, при нанесении границ зон дефектов линии проводятся параллельно отстающей стороне треугольника, т. е. если точка берется на стороне СН4, то прямая из этой точки проходит параллельно стороне С2Н2, если точка берется на стороне С2Н4, то – параллельно стороне СН4 и т. д.

В третьих, для проведения линий и определения соответствующих зон используются значения, приведенные в табл. 5.16.

Таблица 5.16. Координаты границ дефектных зон

Содержание

Умный сайт для вашего энергокомплекса
Что означает ХАРГ трансформаторного масла?
Хроматографический анализ масла трансформаторов
Сложности ХАРГ трансформаторного масла
Основные и характерные газы, выделяющиеся при определенных дефектах
Увеличение точности диагностики ХАРГ при помощи графиков
Специализированное ПО уточняет диагностику
Состояние масла однозначно определяет состояние всего трансформатора
Пояснение методов анализа растворенных в масле газов и интерпретации результатов
💥 Видео

Видео:Как провести Треугольник Петрова? Первый урок на Lidraughts.org | #шашкиСкачать

Умный сайт для вашего энергокомплекса

Первые исследования трансформаторных масел при помощи хроматографического метода провели англичане в начале 70-х годов 20 века. Первый опыт был успешным. Этот способ прогнозирования и оценки состояния маслонаполненного оборудования особенно прогрессивно развивается в последнее десятилетие.

Видео:Строим треугольник по трем сторонам (Задача 5).Скачать

Что означает ХАРГ трансформаторного масла?

ХАРГ — хроматографический анализ растворенных газов, в данном случае, в трансформаторных маслах. Метод основан на принудительном извлечении газов, их разделении для последующего определения концентрации каждого. Термоокислительное старение любой марки масла и изоляции — основная причина снижения эксплуатационных качеств трансформаторного масла, но есть и другие, не менее важные. В любом случае, скорость деградации свойств масла, в определенной мере, зависит от его изначального качества.

Результаты измерений учитывают растворимость газов, их содержание в газообразной фазе, а также в части, оставшейся в масле. При использовании метода основной целью измерений являются эксплуатационные факторы, влияющие на концентрацию растворенных в масле газов. К таким факторам относятся значительные изменения нагрузки трансформатора, действие на масляную среду больших токов короткого замыкания, «дозаправка» масляного резервуара таким же или другим видом масла, изменение скорости старения масла в зависимости от сезона.

Чтобы оценить состояние силовых трансформаторов надо знать, как отличается от нормы содержание в масле воды и, по крайней мере, семи хорошо известных газов: Н2, CH4, C2H6, C2H4, С2Н2, CO и CO2 (водород, метан, этан, ацетилен, угарный и углекислый газы). Причины их появления в масле достаточно хорошо изучены. Как правило, газы образуются из самого масла, целлюлозосодержащей бумажной и картонной изоляции. Причиной газообразования являются частичные и дуговые разряды. Кроме этого, дают о себе знать азот и кислород. Их содержание повышается при нарушении герметичности корпуса. Пропан (С3Н8), бутен (бутилен-1, С4Н8) и бутан (С4Н10), часто присутствующие в масле, не получили широкого распространения для диагностических целей, возможно, только к настоящему времени.

Вода — наиболее опасная примесь. Даже малое её присутствие в виде раствора или эмульсии снижает пробивное напряжение масла до недопустимых значений. Самое заметное влияние влаги выражается в увеличении диэлектрических потерь применяемых масел, причем, истинный раствор, как выяснилось, практически не оказывает влияния на численные значения концентрации. Если вода находится в эмульгированном, то есть, дисперсном состоянии, с очень малыми размерами капель, то диэлектрические потери, возникающие по этой причине, становятся на первое место.

Видео:Построение треугольника по двум сторонам и углу между ними. 7 класс. Геометрия.Скачать

Хроматографический анализ масла трансформаторов

Хроматографическая диагностика разработана достаточно глубоко и учитывает влияние определенного равновесия между истинным раствором и эмульсией, которое, в свою очередь, имеет свои особенности при различных температурах и нагрузках. Результаты анализов ХАРГ, в зависимости от прибора, отображаются в виде численных значений или на экране монитора. Исследованию подлежит кривая с «пиками», называемая хроматограммой.

Микроскопический снимок включений воды в трансформаторном масле, которые содержат еще более мелкие капли масла

Если сопоставить данные о концентрации газов, полученных при анализе, с граничными значениями их концентраций, то можно сделать однозначные, полезные и интересные выводы. Предельно допустимое содержание газов в трансформаторном масле было установлено в результате многолетнего анализа численных значений процентного содержания конкретных газов и выявленных позже причин аварий.

Наблюдение за скоростью роста концентрации конкретного газа служит важным инструментом, позволяющим обнаружить дефекты заблаговременно и предотвратить аварии.

Вот таким может быть цвет трансформаторного масла, вплоть до темно-коричневого

У хроматографического анализа трансформаторных масел есть несомненные преимущества:

возможность исследования процентного содержания газов без отключения напряжения на трансформаторе;
возможность автоматизации контроля, при которой вероятность ошибки оператора минимизируется или вовсе исключается;
отслеживание развития нежелательных процессов в оборудовании;
раннее выявление дефектов, не поддающихся обнаружению при помощи традиционных способов;
определение предполагаемого характера дефекта и степень уже имеющегося повреждения.

Видео:Построение высоты в тупоугольном и прямоугольном треугольниках. 7 класс.Скачать

Сложности ХАРГ трансформаторного масла

Для лучшей оценки возможностей метода ХАРГ следует сказать и о минусах хроматографического анализа масла трансформаторов:

Анализ появляющихся в масле газов предполагает их извлечение из масла при помощи хроматографа, которое осложняется различными коэффициентами растворимости газов.
Растворенные газы не извлекаются полностью, даже при технических способах минимизации проблемы.
Невозможность включения хроматографического анализа в группу экспресс-анализов, по причине относительного большого времени, которое занимает каждое измерение.
Необходимость применения специфических химических реактивов.
Относительно высокая стоимость хроматографии масел.
Для повышения достоверности результатов отбор проб должен выполняться исключительно корректно.
Для более точного анализа требуется знать процентное содержание максимального числа газов, растворенных в масле. Это обуславливает высокую стоимость измерительных приборов.
При большом количестве проб, подлежащих анализу, требуется учитывать время, которое понадобится для их хранения в определенных условиях.
Необходимость транспортировки проб от места их взятия до лаборатории, в случае, если возможности мобильного прибора окажутся недостаточными.

Перед хроматографическим анализом масла трансформаторов (ХАРГ) надо проделать действия, зависящие от марки прибора

Видео:Построение высоты в треугольникеСкачать

Основные и характерные газы, выделяющиеся при определенных дефектах

Для того, чтобы лучше понимать возможности хроматографии, следует ознакомиться с самым простым её этапом — обнаружением преимущественного содержания конкретных газов. Основными газами, подлежащими пристальному анализу, являются:

Ацетилен образуется при нагреве масла, пропитывающего бумажную изоляцию, до температуры выше, чем 600°С. Также он образуется в результате излишнего нагрева и выгорания контактов всевозможных переключателей. Этот газ выделяется в результате ослабления мест фиксации электростатических экранов из-за их чрезмерного нагрева.
Водород. Явное превосходство концентрации водорода, при сопутствующих малых концентрациях метана и ацетилена, однозначно свидетельствует о частичных и искровых разрядах внутри трансформатора.
Комбинация водорода с ацетиленом, в любых пропорциях, говорит о наличии дуговых разрядов.
Углекислый газ свидетельствует о перегреве твердой изоляции.
Угарный и углекислый газ, появляющиеся совместно, указывают на ускоренное старение или одновременное и увлажнение твердой изоляции.
Этилен свидетельствует о дуговом разряде под винтами компенсаторов отводов, шпилек проходных изоляторов, в местах лопнувшей пайки обмотки и между витками обмотки. Причиной увеличения концентрации этого газа может стать плохая изоляция стальных листов и стяжных шпилек. Диагностика по повышенной концентрации этилена сложнее, чем по другим газам, так как число причин его появления достаточно велико. Образованию этилена могут способствовать местные перегревы, вызванные магнитными полями рассеяния в бандажах, ярмовых балках и др.

Для более точной идентификации дефектов, приводящих к появлению этилена, применяется анализ сопутствующих газов, в частности, особое внимание уделяется метану. Кроме этого, на помощь приходят более тонкие способы дифференциации, о которых будет сказано ниже. Следует учитывать, что чем меньшее количество газов подвергается анализу, тем менее точно определяется дефект.

Подробная информация по интерпретации результатов ХАРГ содержится в методических указаниях к диагностике дефектов трансформаторов при помощи хроматографического анализа газов, содержащихся в масле (РД 153-34.0-46.302-00). Методика подготовки и проведения анализа масла силовых трансформаторов рассмотрена в РД 34.46.303-98.

Для того, чтобы диагностика было максимально ранней, следует применять мобильные приборы и проводить мониторинг значительно чаще, чем требуется по регламенту. Современные средства для хроматографического анализа не требуют доставки проб в лабораторию и позволяют отслеживать динамику неполадок, столь необходимую для принятия соответствующих мер, гораздо более оперативно.

Некоторые анализаторы масла трансформаторов позволяют производить измерения «на месте»

Лабораторная установка для детального анализа содержания газов в трансформаторном масле

Видео:Построение треугольника по трем сторонам. 7 класс . Геометрия.Скачать

Увеличение точности диагностики ХАРГ при помощи графиков

Для того, чтобы максимально точно идентифицировать дефект, применяется графический метод, при котором строится график распределения содержания газов в зависимости от газа. Последовательность расположения газов на координатной плоскости остается неизменной:

Вид ломаной линии на графике присущ только конкретному дефекту

Видео:Построение треугольника по трем сторонам. 7 класс.Скачать

Специализированное ПО уточняет диагностику

Современные устройства для проведения хроматографического анализа способны провести анализ на месте и обеспечивают полностью автоматический режим измерений.

Возможности приборов последнего поколения таковы, что они могут обеспечивать онлайн-мониторинг с заданной периодичностью.

Погрешность измерений не превышает 5%. Интервал забора проб автоматически уменьшается, если скорость роста концентрации какого-либо газа начинает подозрительно расти. Калибровка прибора осуществляется автоматически.

Благодаря возможностям фирменного программного обеспечения, фактически не нуждающегося в обслуживании, на экране автоматически строится треугольник или пятиугольник Дюваля, с учётом коэффициентов Роджерса:

Так выглядит автоматически построенный программой «Треугольник Дюваля»

«Объемное» расположение нескольких параметров для уточнения результатов хроматографического анализа, автоматически формируемое специализированными программами

Все приборы для проведения анализа при помощи хроматографии сертифицированы в соответствии с отраслевыми требованиями РФ. При этом, визуализация и точная интерпретация результатов анализа может производиться без сторонних специалистов. ПО поставляется в комплекте с прибором.

Видео:Построение медианы в треугольникеСкачать

Состояние масла однозначно определяет состояние всего трансформатора

Для снижения и исключения аварийных ситуаций на силовых трансформаторах достаточно взять пробу масла из специальной «ревизии» и провести исследования наиболее универсальным прибором. ХАРГ — незаменимый метод, позволяющий с достаточной достоверностью определить характер развивающегося дефекта и его степень. Концентрация растворенных газов, при сравнении с граничными значениями, а также, скорость их роста, уточняют картину. Если трансформатор работает под напряжением 100 кВ или выше, то проверка качества масла проводится один раз в 6 месяцев. В случае отклонения показателей концентрации в сторону увеличения, интервал между диагностиками снижается до нескольких дней.

Хроматографический анализ масла трансформаторов, несомненно, эффективен, как для обнаружения дефектов, находящихся на стадии развития, так и для наблюдения за текущим состоянием трансформаторов и другого маслонаполненного оборудования, весьма развит, но имеет направления для еще большего совершенствования.

Таким образом, зная «самочувствие» изоляционной жидкости можно принять однозначное решение, определяющее дальнейшую судьбу силового трансформатора: подлежит ли он замене или его стоит восстановить, причем, без дальнейших опасных последствий.

Видео:Строим треугольник по стороне и двум углам (Задача 7).Скачать

Пояснение методов анализа растворенных в масле газов и интерпретации результатов

АННОТАЦИЯ Использование анализа растворенных газов (АРГ, или DGA — Dissolved Gas Analysis) в качестве диагностического метода в силовых трансформаторах практикуется уже много лет. Было доказано, что появление определенных газов внутри трансформатора является отличным индикатором возникшего и развивающегося внутреннего дефекта. Методы анализа растворенных газов стали настолько чувствительными и точными в части измерения растворенных газов, что вся схема выполнения измерений стала стандартной практикой в рамках обычного технического обслуживания для многих электроэнергетических компаний.

Несмотря на проверенную временем эффективность методов анализа растворенных газов, правильное использование и интерпретация результатов измерений уровня газа (в том числе в миллионных долях (ppm)) все еще не полностью поняты многими специалистам энергетических предприятий. Таким образом, цель настоящей статьи состоит в том, чтобы предоставить базовую информацию и раскрыть суть инструментов, способов и методов, доступных для инженеров, работающих в обычных энергетических компаниях, но не имеющих химического образования. Мы полностью опишем каждый из доступных методов, а также проведем сравнение точности и надежности каждого метода диагностики на основе одного независимого примера из практики.

Введение
Обеспечение надежного электроснабжения потребителей имеет важное значение для всех генерирующих и сетевых электроэнергетических компаний, преобразующих электрическую энергию в высокий класс напряжения для снижения потерь при передаче на дальние расстояния или понижая класс напряжения для безопасного распределения потребителям, что делает силовые трансформаторы одним из их самых важных активов и объектом крупнейших инвестиций. Кроме того, парк трансформаторов в некоторых странах мира в значительной степени выработал нормативный ресурс с нагрузками выше среднего уровня. По этим причинам оценка параметров работы трансформатора и анализ его технического состояния являются приоритетными задачами.

С течением времени электрические и тепловые процессы (дуговые разряды, коронные разряды, искрение и перегрев) воздействуя на изоляционные материалы трансформатора могут привести к возникновению начальной стадии дефекта внутри бака. В процессе эксплуатации могут возникать дополнительные риски возникновения дефектов – повреждение внутренних узлов при транспортировке, появление в баке посторонних предметов при ремонте, неправильное расположение косы отвода при замене высоковольтного ввода и др. По мере накопления мелких неисправностей изоляционные материалы постепенно разрушаются, при этом выделяя различные газы. Эти газы можно обнаружить в изоляционном масле трансформатора с помощью чувствительных и надежных методов анализа растворенных газов, что позволит специалистам определить вид возможного или возникшего повреждения.

Анализ растворенных газов считается лучшим методом определения общего состояния трансформатора и в настоящее время является универсальной практикой. К преимуществам анализа растворенных газов относятся:

Заблаговременное предупреждение о возникновении повреждений;
Проверка состояния новых и отремонтированных узлов оборудования;
Удобное планирование ремонтных работ;
Мониторинг узлов оборудования в условиях потенциальной перегрузки.

Использование соответствующих методов диагностики на основе анализа растворенных газов позволяет обеспечить высокое качество обслуживания, предотвращение выхода трансформатора из строя и отсрочку капитальных затрат на новое трансформаторное оборудование. Для лучшего понимания мы обсудим инструменты, использующиеся для анализа растворенных газов и интерпретации полученных результатов.
Образование газов в трансформаторном масле.

Тепловые и электрические нагрузки, возникающие при нормальной работе трансформаторов, сопровождаются выделением углеводородных газов, которые могут указывать на потенциальные проблемы внутри трансформатора. Предполагается, что по мере старения трансформатора, в нем происходит образование некоторого количества растворенных газов, поэтому важно отличать нормальную скорость газообразования от чрезмерно высоких скоростей газообразования. Поскольку нормальное газообразование зависит от конструкции трансформатора, нагрузки и типа используемого изоляционного материала, для определения аномальной работы используются общие значения скорости газообразования для всех трансформаторов.

Типичными газами, которые образуются в трансформаторах, являются водород (H₂), метан (CH₄), этан (C₂H₆), этилен (C₂H₄) и ацетилен (C₂H₂). Эти газы начинают образовываться при определенных температурах и разрядной активности в изоляционном масле силового трансформатора, как показано на рис. 1. Виды и количество образующихся газов будут зависеть от характера и интенсивности повреждения — при незначительном дефекте газы растворяются в масле, при дальнейшем развитии дефекта газы образуют пузыри, способные привести к срабатыванию газового реле с полным погашением трансформатора.

Водород и метан начинают образовываться в небольших количествах при температуре около 150 °C. Образование водорода продолжает увеличиваться по мере повышения температуры. Примерно при 250 °C начинается образование этана. При температуре около 350 °C начинается образование этилена. После достижения их максимальных значений образование метана, этана и этилена снижается с повышением температуры.

Образование ацетилена начинается между 500 и 700 °C. Раньше считалось, что наличие незначительного количества ацетилена указывает на то, что температура достигала по меньшей мере 700 °C, однако недавние открытия привели к выводу о том, что тепловое повреждение (локальный перегрев) при 500 °C может приводить к его образованию в незначительных количествах (несколько миллионных долей). Большие количества ацетилена могут быть получены только при температуре выше 700 °C при возникновении внутреннего дугового разряда.

Между 200 и 300 °C количество образующегося метана превышает количество образующегося водорода. Начиная примерно с 275 °C и выше, количество образующегося этана превышает количество образующегося метана. При температуре около 450 °C количество образующегося водорода превышает все остальные газы примерно до температуры 750-800 °C, и с этого момента образуется большее количество ацетилена.

Термическое разложение целлюлозных материалов также начнется примерно при 100 °C и приведет к образованию монооксида углерода (CO), двуокиси углерода (CO₂), водорода (H₂), метана (CH₄) и кислорода (O₂). Срок службы силовых масляных трансформаторов ограничивается состоянием бумажной изоляции в наиболее нагретых точках обмотки, поэтому крайне важно эксплуатировать трансформаторы при температуре не выше 90 °C.
Виды повреждений

Правильная диагностика повреждений должна включать в себя предупреждения о всех растворенных в масле газах, их концентрации, скорости роста газов и их соотношения, а также краткие интерпретирующие комментарии и рекомендации, основанные на полученных результатах. Для определения характера повреждения при проведении диагностики, с использованием ранее полученных данных огромного парка неисправных трансформаторов были определены следующие классы повреждений, обнаруживаемые с помощью визуальных осмотров и результатов анализа растворенных газов. Они также приведены на рис. 2.

Частичный разряд (ЧР) – возникает как разряд коронного типа, который может привести к отложению воскообразных продуктов (X-воска) на бумажной изоляции, или как разряд искрящегося типа, приводящий к появлению точечных отверстий (обугленных проколов) в бумаге, которые бывает трудно обнаружить.

Разряды низкой энергии (D1) – возникают в масле и (или) в бумаге, о чем свидетельствуют большие обугленные проколы в бумаге (точечные отверстия), обугливание поверхности бумаги (трекинг) или молекулы углерода в масле (как и в устройстве РПН).

Разряды высокой энергии (D2) – возникают в масле и (или) в бумаге, о чем свидетельствует обширное разрушение и обугливание бумаги или расплавление металла в крайних точках разряда, обширная карбонизация в масле, а в некоторых случаях отключение оборудования.

Тепловое повреждение (Т1) – возникает в масле и (или) в бумаге при температуре ниже 300 °С, отчего бумага меняет цвет на коричневатый.

Тепловое повреждение (T2) – возникает в масле и (или) в бумаге при температуре выше 300 °C и ниже 700 °C, приводя к обугливанию бумаги.

Тепловое повреждение (T3) – возникает в масле и (или) в бумаге при температуре выше 700 °C с явными признаками карбонизации масла, окрашивания металла (при 800 °C) или плавления металла (при температуре ниже 1000 °C).

Идентификация повреждения на основе типа газа

Потенциальные повреждения, такие как перегрев, частичный разряд и устойчивый дуговой разряд, приводят к образованию целого ряда газов. Концентрации и состав этих газов могут использоваться для определения вида и оценки степени тяжести повреждения, как показано на рис. 3. Поскольку все виды повреждений приводят к образованию различных газов, а не только одного газа, диагностические подходы, которые позволяют обнаружить несколько газов и учитывают всю картину газообразования, зачастую дают более точные результаты.

Диагностические инструменты для анализа растворенных газов
Большинство диагностических инструментов для анализа растворенных газов, используемых сегодня, можно найти в руководящих документах IEEE C57.104 или IEC 60599. На основе этих двух руководящих документов также разработаны другие национальные и международные руководящие документы, включающие описание дополнительных инструментов, но для наших целей мы будем обсуждать только те инструменты, которые описаны в руководствах IEEE и IEC (МЭК). На рис. 4 приведены диагностические инструменты, которые мы будем обсуждать и которые описаны в последнем руководящем документе IEEE, недавнем проекте стандарта (IEEE C57.104-D11d; не утвержден) руководящих указаний IEEE и руководстве IEC (МЭК).

Выбор диагностического инструмента для анализа растворенных газов

Существует широкий спектр диагностических инструментов, предназначенных для анализа растворенных газов. Некоторые из них являются более простыми и используют только суммы или отдельные соотношения газов, наряду с руководящими указаниями по определению различных уровней предупреждения. Другие являются более сложными, так как используют несколько соотношений газов и соотносят их с точным диапазоном значений.

Процедура определения общего количества горючих газов (TCG) и процедура определения общего количества растворенных горючих газов (TDCG) – это два диагностических инструмента, которые не основаны на соотношении. Общее количество горючих газов относится к газам в газовом пространстве над поверхностью масла, а общее количество растворенных газов – к газам, растворенным в масле. Эти показатели могут служить индикатором того, что уровни газа увеличиваются, а также сопровождаться рекомендациями для операторов по периодичности выполнения ручного отбора проб для анализа растворенных газов. Однако, поскольку они не дают какой-либо достоверной диагностической оценки относительно типа повреждения, руководящие указания IEEE рекомендуют использовать их совместно с другими диагностическими инструментами, чтобы лучше понимать, что происходит в трансформаторе.

Существует еще три диагностических показателя, которые также можно использовать в качестве дополнения к другим методам диагностики для более точной оценки состояния трансформатора. Это соотношение CO₂/CO, соотношение O₂/N₂ и соотношение C₂H₂/H₂, которые описаны ниже более подробно.

Соотношение CO₂/CO – это известное соотношение, которое используется для обнаружения того, что повреждение распространилось на бумажную изоляцию. Если данное соотношение ниже 3, то это явный признак повреждения бумаги, будь то локальный перегрев или электрический дуговой разряд с температурой выше 200 °C. Если соотношение выше 10, это указывает на повреждение с температурой ниже 150 °C. Однако это соотношение не очень точно, поскольку оно зависит от количества CO₂ и CO, образующихся при окислении масла и нормальном старении целлюлозы, поэтому при большом количестве CO₂ увидеть значительное изменение соотношения CO₂/CO практически невозможно.

Соотношение O₂/N₂ – газы О₂ и N₂ могут попадать в масло либо в результате прямого контакта с воздухом в оборудовании негерметичного исполнения, либо при потере герметичности плёночной или азотной защиты трансформатора. При условии достижения равновесной растворимости О₂ и N₂, отношение концентраций газов O₂/N₂ приблизительно равняется 0,5. Для оборудования с азотной защитой показателем потери герметичности служит только концентрация О₂. Интенсивные окислительные процессы в масле протекают с расходованием О₂. Если скорость расходования О₂ выше скорости его диффузии в масло из воздуха, то отношение концентраций газов O₂/N₂ уменьшается. Когда отношение концентраций газов O₂/N₂ достигает величины 0,2 и меньше — можно диагностировать окислительные процессы аномально высокой интенсивности.

Соотношение C₂H₂/H₂ – если значение этого соотношения лежит в диапазоне от 2 до 3 в основном баке, это указывает на загрязнение отсека с устройством РПН. В этих случаях уровень ацетилена в основном баке может быть довольно высоким, поэтому для того, чтобы диагностировать истинные проблемы в основном баке, необходимо контролировать постепенные изменения уровня ацетилена.

Остальные диагностические инструменты анализа растворенных газов, которые мы будем обсуждать, считаются основными методами интерпретации результатов, используемыми для диагностики повреждений силовых трансформаторов. К ним относятся метод основного газа (KGM), метод соотношений Дорненбурга (DRM), метод соотношений Роджерса (RRM), метод основных газовых соотношений МЭК (IRM), треугольник Дюваля (DTM) и методы коэффициентов СИГРЭ. Большинство из этих методов основаны на соотношениях, то есть они используют часть приведенных ниже соотношений для диагностики вида повреждения на основе соответствия каждого результирующего соотношения определенному диапазону значений:

Важно помнить, что при использовании диагностических методов на основе соотношений необходимо брать минимальные уровни газов, определенные в руководящих указаниях, для того чтобы анализ соотношений считался допустимым.
Метод основных газов

Метод основных газов основан на определении количества опасных газов, которые выделяются из изоляционного масла в ходе распада химической структуры при различных температурах в трансформаторе. Этот метод использует уровни отдельных газов, или основных газов, для обнаружения повреждений. На рис. 5 представлены основные газы и соответствующие им признаки повреждений.

Этот метод предлагает осуществлять диагностику путем вычисления относительных долей (в процентах) для основных газов внутри трансформатора. На рис. 6 показаны эти основные газы и их относительные доли, указывающие на четыре общих вида повреждений.

Метод соотношений Дорненбурга (Doernenburg Ratio Method – DRM)
Описание метода Дорненбурга можно найти в руководстве IEEE C57.104-1991. Он утратил свою популярность в некоторых странах мира из-за своей сложности и преобразования в другие подходы, основанные на использовании соотношения Роджерса и основных газовых соотношений, но, по сравнению с другими методами диагностики, метод соотношений Дорненбурга все еще сохраняет свою ценность как один из наиболее эффективных и доступных диагностических инструментов.
Для использования метода соотношений Дорненбурга концентрация одного из основных газов (H₂, C₂H₂, C₂H₄, C₂H₆ или CH₄) должна быть по меньшей мере вдвое выше соответствующих концентраций L1, как показано на рис. 7. Когда этот критерий соблюден, то можно рассчитать четыре возможных соотношения, если они содержат основной газ, представляющий интерес. На рис. 8 показано, что предлагаемый метод диагностики повреждений основан на диапазонах четырех соотношений. Стандарт IEEE (IEEE C57. 104-1991) также содержит иллюстрированное пошаговое описание применения данного метода соотношений только для газов, извлекаемых из трансформаторного масла.

Метод соотношений Роджерса (Rogers Ratio Method – RRM)
Метод соотношений Роджерса разработан на основе метода Дорненбурга и используется точно так же, но вместо требования, касающегося значительных концентраций основных газов, метод соотношений Роджерса может использоваться, когда концентрации превышают значения, приведенные на рис. 7 (вместо их удваивания).

Значения трех газовых соотношений, соответствующие предложенным диагностическим случаям, приведены на рис. 9. Виды повреждений (случаи), которые предоставлены на рисунке, были выбраны путем объединения нескольких случаев из числа видов повреждений, первоначально предложенных Роджерсом.

Несмотря на более высокую точность, методы соотношений Дорненбурга, соотношений Роджерса и базовых газовых соотношений имеют один недостаток, заключающийся в том, что, когда некоторые сочетания газов не укладываются в заданный диапазон значений при расчете, вид повреждения невозможно определить. Чтобы еще лучше продемонстрировать это, на рис. 10 показано трехмерное представление метода основных газовых соотношений (IEC 60599-2007-05).

Метод треугольника Дюваля (DuvalTriangle Method – DTM)
Метод треугольника Дюваля был разработан на основе баз данных IEC TC10 и существующего метода соотношений IEC 60599. Для разработки треугольника было использовано около 200 с лишним проверенных случаев повреждений, возникших в ходе эксплуатации. Внутри треугольника есть шесть (6) потенциальных зон повреждений, включающих частичные разряды, электрические повреждения (дуговые разряды высокой и низкой энергии) и тепловые повреждения (при различных диапазонах температур), а также зону DT (сочетание тепловых и электрических повреждений).

Использование метода треугольника Дюваля основано на трех основных газах (CH₄, C₂H₄ и C₂H₂), которые соответствуют возрастающим уровням энергии газообразования, как показано на рис. 11. Сначала рассчитывают уровни концентрации этих газов, а затем выполняют построение вдоль трех сторон равностороннего треугольника: на каждой стороне откладывается относительное значение содержания определенного газа, которое может меняться от 0 до 100 % по часовой стрелке. При этом сумма значений концентраций всех газов принимается за 100%, а процентные концентрации каждого газа определяются от этой суммы. Во-вторых, при нанесении границ зон дефектов линии проводятся параллельно отстающей стороне треугольника, т.е. если точка берется на стороне СН₄, то прямая из этой точки проходит параллельно стороне С₂Н₂, если точка берется на стороне С₂Н₄, то–параллельно стороне СН₄ и т.д. Рассматриваемый метод не только наглядно показывает «место»дефекта, но и позволяет наблюдать за траекторией его развития, когда через определенное время делается несколько ХАРГ и получаемые точки последовательно наносятся на треугольника.

Как уже говорилось ранее, один из недостатков методов соотношения газов заключается в том, что некоторые результаты могут выходить за пределы стандартных значений, и в этом случае невозможно провести какую-либо диагностику (неинтерпретируемые диагностически результаты). Этого не происходит с методом треугольника Дюваля, поскольку он представляет собой «замкнутую систему». Этот метод всегда выдает диагностические результаты, причем с низким процентом ошибочных результатов. Действительно, согласно некоторым опубликованным отчетам, метод треугольника Дюваля обеспечивает более точные и последовательные диагностические результаты, чем любой другой метод, доступный в настоящее время.

Краткие выводы по методам диагностики
Наиболее важной особенностью методов диагностики, используемых для анализа растворенных газов, является возможность правильно диагностировать зарождающиеся и развивающиеся повреждения в контролируемом трансформаторе. С учетом этого факта, основные методы интерпретации результатов анализа растворенных газов, рассмотренные в данной статье, обобщены на рис. 12, а их точность показана на рис. 13, которая оценивалась с использованием базы данных МЭК о проверенных отказах трансформаторов, а также различных других отчетов.

Заключение
В данной статье мы представили диагностические инструменты анализа растворенных газов, которые позволяют получить результаты, указывающие на конкретный вид повреждения, которое уже возникло или может возникнуть в трансформаторе. Затем эта информация может использоваться для определения соответствующего плана эксплуатационных мероприятий в отношении данного конкретного трансформатора. Например, некоторые повреждения можно рассматривать как менее серьезные, чем другие, и, возможно, разрешить дальнейшую эксплуатацию трансформатора, не предпринимая немедленных действий по выводу его из работы и отключению питания.

Понимание существующих методик диагностики, используемых для анализа растворенных газов, может дать явные преимущества, особенно когда на вооружение берутся различные методы. Однако, если конечный пользователь хочет провести анализ проб масла и получить правильные результаты, то для того, чтобы правильно использовать обсуждаемые методы и способы, они должны быть полностью понятны.

Основная задача анализа растворенных газов, растворенных в масле, состоит в том, чтобы правильно диагностировать повреждение, которое может возникнуть. Некоторые диагностические инструменты могут работать лучше других, поэтому при включении их в процедуры анализа растворенных газов важно учитывать самую актуальную информацию.

Мы представили и обсудили наиболее распространенные методы анализа данных о растворенных газах для интерпретации возможных видов повреждений, включая метод основного газа, соотношения Дорненбурга, соотношения Роджерса, соотношения МЭК, треугольник Дюваля и методы СИГРЭ. Имейте в виду, что многие из этих методов могут выдавать противоречивые диагностические результаты для одной и той же пробы масла, а некоторые результаты, полученные по методам соотношений (Дорненбурга, Роджерса и МЭК), могут оказаться неинтерпретируемыми (не иметь диагностического результата). При использовании метода треугольника Дюваля такого не происходит. Как уже было описано ранее, два независимых исследования показали, что метод треугольника Дюваля в 96 процентах случаев приводил к правильному результату определения вида повреждения трансформатора, несмотря на то что данный метод имел более высокий процент ошибок в диагностике, чем метод соотношений Дорненбурга, он имел нулевой процент ошибок для неинтерпретируемых диагностических результатов.

Перспективы в будущем

Представленные методы диагностики, применяемые на сегодняшний день для анализа растворенных газов, используют концентрации или соотношения концентраций растворенных в масле газов, основанные на практическом опыте различных экспертов, а не на количественных данных. Сейчас, учитывая наличие большого количества данных анализа растворенных газов, исследователи мотивированы разрабатывать альтернативные подходы только к интерпретации результатов анализа растворенных газов. К этим различным или альтернативным подходам относятся методы искусственного интеллекта (ИИ), нечеткая логика и методы нейронных сетей.

Последние разработки модели ИИ на основе комбинации методов основного газа, соотношений Дорненбурга, соотношений Роджерса и треугольника Дюваля, позволяют получить представление о будущих направлениях работы, как показано на рис. 14. Подходы с использованием ИИ обеспечивают получение более точных и достоверных результатов диагностики трансформаторов по сравнению с использованием только одного из методов: метода основного газа, метода соотношений Дорненбурга, метода соотношений Роджерса или метода треугольника Дюваля. Однако, несмотря на то что большинство подходов ИИ могут диагностировать повреждения с высокой точностью, некоторые из них не могут различать тепловые повреждения в масле и те же самые повреждения в целлюлозе, поэтому инженерная оценка по прежнему актуальна.