تحلیل غلظت گاز در راکتورهای فشار بالای نیروگاههای هیدروالکتریک بزرگ مقیاس

1. پریشانی گاز و اصل تحلیل راکتورهای فشار بالا

ریاکتورهای فشار بالا از روغن و کاغذ عایق برای عایق بندی استفاده می‌کنند. عملکرد معمول ممکن است منجر به گرم شدن محلی یا دسچارژ (مانند مشکلات هسته/پیچیدن، خرابی میان دور) شود که باعث ترک خوردگی عایق و تولید گازهایی مانند هیدروکربن‌ها (متان و غیره)، CO, CO₂, H₂) می‌شود. این گازها وضعیت داخلی عایق را نشان می‌دهند و امکان نظارت در زمان واقعی را فراهم می‌کنند.

برای ریاکتورهای پر از روغن بسته، تعریف شدن عایق و اکسیداسیون روغن به طور مداوم (CO)/(CO₂) تولید می‌کند. غلظت آن‌ها به مرور زمان به دلیل انباشت افزایش می‌یابد، بنابراین افزایش خالص (CO)/(CO₂) نمی‌تواند خطاهای را تشخیص دهد. اما نرخ تولید گاز (میزان تولید گاز میانگین روزانه) به تمایز بین تعریف شدن عادی و خطاهای را کمک می‌کند:

در اینجا: γ_a = نرخ تولید گاز مطلق (mL/d); (C_i,2)/(C_i,1) = غلظت گاز در دوم/اولین نمونه‌برداری (μL/L); Δ_t = بازه عملیاتی واقعی (d); m = حجم کل روغن (t); ρ = چگالی روغن (t/m³).

1.2 روش تحلیل غلظت گاز ریاکتورهای فشار بالا

آزمایش‌های کروماتوگرافی روغن منظم غلظت‌های روغن-گاز را به طور مداوم پیگیری می‌کنند که نشان‌دهنده تعریف شدن/ترک خوردگی عایق است. از داده‌های سه‌فازی ریاکتور برای تحلیل علمی استفاده می‌شود. نظارت مداوم و محاسبه نرخ تولید گاز به شناسایی دقیق وضعیت عایق و هشدار قبلی از خطا کمک می‌کند.

2. مطالعه موردی

در طی بازرسی منظم یک ریاکتور فشار بالای ایستگاه برق (مدل: BKD - 16700/550 - 66)، غلظت‌های CO سه‌فازی 1089.08 μL/L (A)، 1152.71 μL/L (B)، 1338.24 μL/L (C) بودند؛ داده‌های CO₂ سه‌فازی: 4955.73 μL/L (A)، 5431.25 μL/L (B)، 6736.33 μL/L (C). برخی مقادیر از آستانه هشدار (CO: 850 μL/L؛ CO₂: 5000 μL/L) بیشتر بودند. تعریف شدن عایق کاغذی عادی و ترک خوردگی ناشی از خطا هر دو CO/CO₂ تولید می‌کنند. تعریف شدن عایق جامد در CO/CO₂ حل‌شده در روغن بازتاب می‌یابد، با مرزهای/الگوهای نامشخص. برای تعیین اینکه آیا این غلظت‌های هشداری عادی هستند، گزارش‌های آزمایش گاز حل‌شده تاریخی تجزیه و تحلیل شدند تا روند تولید گاز و وضعیت فعلی ریاکتور را بررسی کنند.

2.1 تحلیل نرخ تولید CO & CO₂ در روغن ریاکتور

نرخ‌های مطلق تولید CO سالانه در جدول 1 و روند آن‌ها در شکل 1 آمده است. نرخ‌های سالانه CO₂ در جدول 2 و روند آن‌ها در شکل 2 آمده است.

2.2 تحلیل نسبت افزایش گاز در روغن یک ریاکتور فشار بالا در یک ایستگاه برق

با توجه به قضاوت درباره CO و CO₂ در بخش 10.3 استاندارد DL/T722، وقتی تعریف شدن مواد عایق جامد مشکوک است، معمولا CO2/CO > 7؛ وقتی مشکوک است که خطا شامل مواد عایق جامد است، CO₂/CO < 3.

محاسبات بر روی داده‌های سالانه انجام شد و هیچ‌کدام کمتر از 3 یا بیشتر از 7 نبود. روند رشد تغییر ناگهانی نداشت که نشان‌دهنده عدم وجود خطا یا تعریف شدن مواد جامد بود. منحنی نسبت داده‌های آفلاین CO₂/CO گاز در زمان‌های گذشته در شکل 3 نشان داده شده است.

بر اساس رهنمودهای تحلیل و قضاوت گازهای حل‌شده در روغن ترانسفورمر (DL/T722)، نسبت‌های افزایشی CO₂ و CO سالانه و نرخ‌های تولید گاز هر دو در محدوده‌های استاندارد نگه داشته شده‌اند. هیچ خطا یا پدیده تعریف شدن عایق جامد (استاندارد نرخ تولید گاز مطلق CO₂ 200 mL/d و CO 100 mL/d) وجود ندارد.

2.3 تحلیل داده‌ها

• روند محتوای گاز
  از زمان راه‌اندازی، CO/CO₂ در ریاکتور روند کلی صعودی دارد. نوسانات مرتبط با خطاهای اندازه‌گیری و تغییرات دما هستند؛ هیچ افزایش ناگهانی وجود ندارد و شیب منحنی تولید گاز ثابت است.

• نرخ تولید CO
  نرخ‌های مطلق تولید CO سالانه (6&ndash;22 mL/d از زمان عملیات) الگوی "کاهش-افزایش-کاهش-افزایش" دارند و به تدریج مسطح می‌شوند. بر اساس DL/T722، نرخ‌ها زیر حد هشدار 100 mL/d نگه داشته می‌شوند. محلول‌پذیری پایین CO در روغن و تلاطم ناشی از دما (بدون رشد مستمر) تأیید می‌کند که هیچ خطا وجود ندارد.

• نرخ تولید CO₂
  نرخ‌های مطلق تولید CO₂ سالانه (40&ndash;100 mL/d از زمان عملیات) سالانه کاهش می‌یابند و به تدریج مسطح می‌شوند. بر اساس DL/T722 - 2014، نرخ‌ها زیر حد هشدار 200 mL/d نگه داشته می‌شوند. تولید اولیه بالا مطابق با عملیات عادی است؛ بدون رشد مستمر (تلاطم ناشی از دما) تأیید می‌کند که هیچ خطا وجود ندارد.

• نسبت CO₂/CO
  نسبت‌های آفلاین CO₂/CO (4&ndash;7 از زمان راه‌اندازی) مطابق با DL/T722 - 2014 (10.2.3.1: استفاده از افزایش‌های CO₂/CO برای خطاها در عایق جامد) هستند. نسبت‌های افزایشی سالانه (4&ndash;6، شکل 3) در محدوده 3&ndash;7 نگه داشته می‌شوند که تأیید می‌کند هیچ خطا یا تعریف شدن عایق جامد وجود ندارد.

• عایق فشار بالا
  آخرین آزمون‌ها نشان می‌دهند:

• مقاومت عایق &ge; 200 G&Omega;;

• tan&delta; پیچیدن < 0.6 (&le;30% افزایش نسبت به تاریخچه)؛ تغییر ظرفیت &le; 3%;

• تفاوت مقاومت مستقیم: <2% میانگین 3 فاز (بدون سیم میانی: <1% میانگین)؛ &le;2% نسبت به مقادیر تاریخی.

تمام داده‌ها مطابق با DL/T 596 - 2021 هستند.

در طی 5 سال (بدون فیلتراسیون روغن)، غلظت‌های CO/CO₂ به دلیل انباشت در محیط بسته و دماهای عملیاتی بالا (حداکثر 66&deg;C) سریع‌تر افزایش یافتند، که تعریف شدن/ترک خوردگی روغن/عایق را تسریع کرد. هیچ خطا یا تعریف شدن عایق داخلی وجود ندارد.

3. پیشنهادات

تحلیل گازهای مشخصه خطاها/ترک خوردگی را شناسایی می‌کند که باعث نگهداری هدفمند می‌شود و پایداری شبکه را تضمین می‌کند. برای نگهداری و عملیات بلندمدت ریاکتور:

• بررسی بسته‌بندی‌ها (بدن ریاکتور، مخزن روغن) برای رشد کند غلظت گاز؛ در صورت لزوم تعویض کنید.

• افزایش کروماتوگرافی نمونه روغن: اندازه‌گیری محتوای فورفال و اکسیژن-آزот (قبل از فیلتراسیون) برای ارزیابی تعریف شدن روغن/کاغذ.

• اجرای فیلتراسیون روغن؛ پیگیری نمونه‌های پس از فیلتراسیون.

• نظارت بر عملیات برای بارهای بیش از حد، افزایش جریان کوتاه‌مدت و افزایش ناگهانی دما روغن.