Analýza koncentrace plynů v vysokovoltových reaktorech velkých hydroelektrárnách

1. Princip generování a analýzy plynů vysokonapěťových reaktorů

Vysokonapěťové reaktory používají olej a izolační papír pro izolaci. Během normálního provozu mohou dojít k lokálnímu přehřátí nebo výbojkám (např. problémy s železným jádrem/cívkami, meziobvody krátké spojení), což způsobuje praskání izolace a produkci plynů jako uhlovodíky (methan atd.), CO, CO₂, H₂). Tyto plyny odrážejí stav vnitřní izolace a umožňují její kontinuální monitorování.

Pro uzavřené olejové reaktory se stále generují (CO)/(CO₂) v důsledku stárnutí izolace a oxidace oleje. Jejich koncentrace se s časem zvyšují v důsledku akumulace, takže samotný nárůst (CO)/(CO₂) nemůže být použit k posouzení poruch. Avšak rychlost produkce plynů (průměrný denní výstup plynů) pomáhá rozlišit mezi normálním stárnutím a poruchami:

Zde: γ_a = absolutní rychlost produkce plynů (mL/d); (C_i,2)/(C_i,1) = koncentrace plynů druhé/první vzorky (μL/L); Δ_t = skutečný operační interval (d); m = celkový objem oleje (t); ρ = hustota oleje (t/m³).

1.2 Metoda analýzy koncentrace plynů vysokonapěťových reaktorů

Pravidelné testy chromatografie oleje sledují dlouhodobě koncentrace olejových plynů, což ukazuje stárnutí/deterioraci izolace. Použijte data třífázového reaktoru pro vědeckou analýzu. Kontinuální monitorování a výpočet rychlosti produkce plynů pomáhají přesně identifikovat stav izolace a předvarovat před poruchami.

2. Skutečný případ

Během pravidelné inspekce vysokonapěťového reaktoru (model: BKD - 16700/550 - 66) na elektrárně byly zjištěny koncentrace CO v třech fázích 1089,08 μL/L (A), 1152,71 μL/L (B), 1338,24 μL/L (C); data CO₂ ve třech fázích: 4955,73 μL/L (A), 5431,25 μL/L (B), 6736,33 μL/L (C). Některé hodnoty překročily hranice varování (CO: 850 μL/L; CO₂: 5000 μL/L). Normální stárnutí papírové izolace i poruchy způsobující praskání produkuje CO/CO₂. Stárnutí pevné izolace se odráží v rozpustných CO/CO₂ v oleji, ale bez jasných hranic/vzorců. Pro určení, zda jsou tyto varovné koncentrace normální, byly analyzovány historické zprávy o rozpustných plynech, aby byl identifikován trend produkce plynů a vyhodnocen aktuální stav reaktoru.

2.1 Analýza rychlosti produkce CO a CO₂ v oleji reaktoru

Absolutní roční rychlost produkce CO je uvedena v tabulce 1, s trendy v obrázku 1. Roční rychlost produkce CO₂ je uvedena v tabulce 2, s trendy v obrázku 2.

2.2 Analýza poměru nárůstu plynů v oleji vysokonapěťového reaktoru na určité elektrárně

S ohledem na posouzení CO a CO₂ v oddílu 10.3 standardu DL/T722, pokud se podezřívá stárnutí pevné izolačního materiálu zařízení, obvykle CO2/CO > 7; pokud se podezřívá, že porucha zahrnuje pevný izolační materiál, CO₂/CO < 3.

Byly provedeny výpočty na datech z let, a žádné z nich nebylo nižší než 3 nebo vyšší než 7. Nebyla zjištěna náhlá změna v trendu růstu, což naznačuje, že neexistuje žádná porucha nebo stárnutí zahrnující pevné materiály. Křivka poměru offline dat CO₂/CO plynu z minulých let je znázorněna v obrázku 3.

V souladu s Pokyny pro analýzu a posouzení rozpustných plynů v transformátorovém oleji (DL/T722) jsou vypočtené roční poměry nárůstu CO₂ a CO a rychlosti produkce plynů udržovány v rámci standardních rozmezí. Nevyskytuje se žádná porucha pevné izolace nebo stárnutí (standard pro absolutní rychlost produkce CO₂ je 200 mL/d a pro CO 100 mL/d).

2.3 Analýza dat

• Trend obsahu plynů
  Od uvedení do provozu ukazují CO/CO₂ v reaktoru celkový nárůst. Fluktuace souvisí s chybami měření a změnami teploty; nevyskytují se náhlé výkyvy, s stabilním sklonem křivky produkce plynů.

• Rychlost produkce CO
  Roční absolutní rychlost produkce CO (6–22 mL/d od uvedení do provozu) následuje vzorec „snížení – zvýšení – snížení – zvýšení“, postupně se vyrovnává. Podle DL/T722 se rychlosti udržují pod hranici upozornění 100 mL/d. Nízká rozpustnost CO v oleji a tepelná volatility (bez trvalého růstu) potvrzují absence poruch.

• Rychlost produkce CO₂
  Roční absolutní rychlost produkce CO₂ (40–100 mL/d od uvedení do provozu) každoročně klesá, s tendencí k vyrovnání. Podle DL/T722 - 2014 se rychlosti udržují pod hranici upozornění 200 mL/d. Počáteční vysoká produkce odpovídá normálnímu provozu; bez trvalého růstu (tepelná volatility) potvrzují absence poruch.

• Poměr CO₂/CO
  Offline poměry CO₂/CO (4–7 od uvedení do provozu) odpovídají DL/T722 - 2014 (10.2.3.1: použití inkrementů CO₂/CO pro poruchy pevné izolace). Roční inkrementy (4–6, obrázek 3) se udržují v rozmezí 3–7, což potvrzuje absence poruch nebo stárnutí pevné izolace.

• Vysokonapěťová izolace
  Nejnovější testy ukazují:

• Odpornost izolace &ge; 200 G&Omega;;

• Tangens delta cívek < 0,6 (&le;30% nárůst vzhledem k historii); změna kapacity &le; 3%;

• Rozdíly v DC odporu: <2% průměru tří fází (bez neutrálního vedení: <1% průměru); &le;2% vzhledem k historickým hodnotám.

Všechna data splňují požadavky DL/T 596 - 2021.

Během 5 let (bez filtrace oleje) se koncentrace CO/CO₂ zvýšily rychleji v důsledku akumulace v uzavřeném prostředí a vysokých operačních teplot (max 66°C), což urychlilo oxidaci a praskání oleje a izolace. Neexistují žádné vnitřní poruchy nebo stárnutí izolace.

3. Doporučení

Analýza charakteristických plynů identifikuje poruchy a deterioraci pro cílenou údržbu, což zajistí stabilitu sítě. Pro dlouhodobou údržbu a servis reaktoru:

• Prověřte těsnění (reaktor, olejový rezervoár) pro pomalý nárůst obsahu plynů; nahraďte, pokud je to nutné.

• Zlepšete chromatografii olejových vzorků: změřte obsah furfuralu a dusík-kyslíkového obsahu (před filtrací) pro hodnocení oxidace oleje a papíru.

• Provádějte filtraci oleje; sledujte vzorky po filtraci.

• Monitorujte provoz pro přetížení, krátkodobé výbojky proudem a neobvyklé nárůsty teploty oleje.