Análise da Concentración de Gás en Reactores de Alta Tensión de Conxuntos Xeradores Hidroeléctricos de Gran Escala

1. Xeración e análise de gases nos reactores de alta tensión

Os reactores de alta tensión utilizan óleo e papel aislante para o aislamento. A operación normal pode producir sobreaquecemento local ou descargas (por exemplo, problemas no núcleo/embobinado, curtos-circuitos entre espiras), provocando a quebra do aislamento e a xeración de gases como hidrocarburos (metano, etc.), CO, CO₂, H₂). Estes gases reflicten o estado interno do aislamento, permitindo unha monitorización en tempo real.

Para os reactores de óleo selado, o envelecemento do aislamento e a oxidación do óleo xeran continuamente (CO)/(CO₂). As súas concentracións aumentan coa acumulación ao longo do tempo, polo que un simple aumento de (CO)/(CO₂) non pode determinar as faltas. Pero a taxa de xeración de gas (producción diaria media de gas) axuda a distinguir o envelecemento normal das faltas:

Aquí: γ_a = taxa absoluta de xeración de gas (mL/d); (C_i,2)/(C_i,1) = concentracións de gas da segunda/primeira mostra (μL/L); Δ_t = intervalo real de operación (d); m = volume total de óleo (t); ρ = densidade do óleo (t/m³).

1.2 Método de análise de concentración de gases nos reactores de alta tensión

As probas regulares de cromatografía de óleo rastrean as concentracións de óleo-gas a longo prazo, mostrando o envelecemento/deterioro do aislamento. Utilízanse datos de reactores trifásicos para unha análise científica. A monitorización continua e o cálculo da taxa de xeración de gas axudan a identificar con precisión o estado do aislamento e prever faltas.

2. Caso práctico

Durante a inspección regular dun reactor de alta tensión dunha central eléctrica (modelo: BKD - 16700/550 - 66), as concentracións de CO trifásicas foron 1089,08 μL/L (A), 1152,71 μL/L (B), 1338,24 μL/L (C); datos de CO₂ trifásicos: 4955,73 μL/L (A), 5431,25 μL/L (B), 6736,33 μL/L (C). Algúns valores superaron os umbrais de alarma (CO: 850 μL/L; CO₂: 5000 μL/L). O envelecemento normal do aislamento de papel e a quebra inducida por faltas ambos xeran CO/CO₂. O envelecemento do aislamento sólido reflicte no CO/CO₂ disolvido no óleo, sen límites/padróns claros. Para determinar se estas concentracións de nivel de alarma son normais, analizáronse informes históricos de probas de gases disoltos para identificar as tendencias de xeración de gas e avaliar o estado actual do reactor.

2.1 Análise da taxa de xeración de CO & CO₂ no óleo do reactor

As taxas anuais absolutas de xeración de CO están na Táboa 1, con tendencias na Figura 1. As taxas anuais de CO₂ están na Táboa 2, con tendencias na Figura 2.

2.2 Análise da razón de incremento de gases no óleo dun reactor de alta tensión nunha certa central eléctrica

Con referencia ao xuízo sobre CO e CO₂ na sección 10.3 do estándar DL/T722, cando se suspeita do envelecemento do material de aislamento sólido do equipo, xeralmente CO2/CO > 7; cando se suspeita que a falta implica o material de aislamento sólido, CO₂/CO < 3.

Realizáronse cálculos sobre os datos ao longo dos anos, e ningunha foi menor de 3 ou maior de 7. Non houbo un cambio súbito na tendencia de crecemento, indicando que non hai faltas ou envelecemento que impliquen materiais sólidos. A curva da razón de datos offline de CO₂/CO gas nos tempos anteriores amóstrase na Figura 3.

De acordo coas Diretrizes para Análise e Xuízo de Gases Disoltos no Óleo do Transformador (DL/T722), as razóns incrementais calculadas de CO₂ e CO ao longo dos anos e as taxas de xeración de gas mantéñense dentro dos rangos estándar. Non ocorreu faltas de aislamento sólido ou fenómenos de envelecemento (o estándar para a taxa absoluta de xeración de gas de CO₂ é 200 mL/d, e para CO é 100 mL/d).

2.3 Análise de datos

• Tendencia do contido de gas
  Desde a puesta en servizo, o CO/CO₂ no reactor mostra unha tendencia xeral de aumento. As fluctuacións relacionan-se con erros de medida e cambios de temperatura; non ocorren picos súbitos, cunha pendente de curva de xeración de gas estable.

• Taxa de xeración de CO
  As taxas anuais absolutas de xeración de CO (6-22 mL/d desde a operación) seguen un patrón "disminución-aumento-disminución-aumento", estabilizando gradualmente. Segundo DL/T722, as taxas permanecen por debaixo do alerta de 100 mL/d. A baixa solubilidade do CO no óleo e a volatilidade temperamental (sin crescimento sostenible) confirman a ausencia de faltas.

• Taxa de xeración de CO₂
  As taxas anuais absolutas de xeración de CO₂ (40-100 mL/d desde a operación) diminúen anualmente, tendendo a estabilizar. Segundo DL/T722-2014, as taxas permanecen por debaixo do alerta de 200 mL/d. A alta xeración inicial alínea coa operación normal; sin crescimento sostenible (volatilidade temperamental) confirma a ausencia de faltas.

• Razón CO₂/CO
  As razóns offline de CO₂/CO (4-7 desde a puesta en servizo) alíneanse co DL/T722-2014 (10.2.3.1: usar incrementos de CO₂/CO para faltas de aislamento sólido). As razóns incrementais anuais (4-6, Figura 3) mantéñense dentro de 3-7, confirmando a ausencia de faltas ou envelecemento de aislamento sólido.

• Aislamento de alta tensión
  As últimas probas mostran:

• Resistencia de aislamento &ge; 200 G&Omega;;

• tan&delta; de embobinado < 0,6 (&le;30% de aumento respecto ao histórico); cambio de capacitancia &le; 3%;

• Diferenzas de resistencia DC: <2% da media trifásica (sen derivación neutra: <1% da media); &le;2% respecto aos valores históricos.

Todos os datos cumpriron os requisitos de DL/T 596-2021.

Ao longo de 5 anos (sen filtrado de óleo), as concentracións de CO/CO₂ aumentaron máis rápido debido á súa acumulación no ambiente cerrado e ás altas temperaturas de operación (máx. 66&deg;C), acelerando a oxidación/cracking do óleo/aislamento. Non existen faltas internas ou envelecemento do aislamento.

3. Recomendacións

A análise dos gases característicos identifica faltas/deterioro para un mantemento orientado, asegurando a estabilidade da rede. Para a manutención a longo prazo dos reactores:

• Comprobar as estanquidades (corpo do reactor, reservatorio de óleo) para un crecemento lento do contido de gas; substituír se necesario.

• Melorar a cromatografía de mostras de óleo: medir furfural/contido de nitróxido (antes do filtrado) para avaliar a oxidación do óleo/papel.

• Realizar o filtrado de óleo; seguir as mostras posteriores ao filtrado.

• Monitorizar as operacións para sobrecargas, sobresaltos de corrente a curto prazo e picos anormais de temperatura do óleo.