Analisi della Concentrazione di Gas nei Reattori ad Alta Tensione degli Impianti Idroelettrici su Larga Scala

1. Principio di Generazione e Analisi dei Gas nei Reattori ad Alta Tensione

I reattori ad alta tensione utilizzano olio e carta isolante per l'isolamento. Durante il funzionamento normale, potrebbero verificarsi surriscaldamenti locali o scariche (ad esempio, problemi al nucleo/avvolgimento, cortocircuiti tra spire), causando la crepa dell'isolamento e producendo gas come idrocarburi (metano, ecc.), CO, CO₂, H₂). Questi gas riflettono lo stato interno dell'isolamento, consentendo un monitoraggio in tempo reale.

Per i reattori a olio chiuso, l'invecchiamento dell'isolamento e l'ossidazione dell'olio generano continuamente (CO)/(CO₂). Le loro concentrazioni aumentano nel tempo a causa dell'accumulo, quindi un puro aumento di (CO)/(CO₂) non può determinare le anomalie. Tuttavia, il tasso di produzione di gas (output gassoso medio giornaliero) aiuta a distinguere l'invecchiamento normale dalle anomalie:

Qui: γ_a = tasso assoluto di produzione di gas (mL/d); (C_i,2)/(C_i,1) = concentrazioni di gas del secondo/primo campionamento (μL/L); Δ_t = intervallo di funzionamento effettivo (d); m = volume totale di olio (t); ρ = densità dell'olio (t/m³).

1.2 Metodo di Analisi della Concentrazione di Gas nei Reattori ad Alta Tensione

Test regolari di cromatografia dell'olio tracciano le concentrazioni di olio-gas a lungo termine, mostrando l'invecchiamento/deterioramento dell'isolamento. Utilizzare i dati del reattore trifase per un'analisi scientifica. Il monitoraggio continuo e il calcolo del tasso di produzione di gas aiutano a identificare con precisione lo stato dell'isolamento e a prevenire le anomalie.

2. Caso Pratico

Durante l'ispezione regolare di un reattore ad alta tensione di una centrale elettrica (modello: BKD - 16700/550 - 66), le concentrazioni trifase di CO erano 1089.08 μL/L (A), 1152.71 μL/L (B), 1338.24 μL/L (C); i dati trifase di CO₂: 4955.73 μL/L (A), 5431.25 μL/L (B), 6736.33 μL/L (C). Alcuni valori superavano le soglie di allarme (CO: 850 μL/L; CO₂: 5000 μL/L). L'invecchiamento normale dell'isolamento cartaceo e la crepa dovuta a guasti producono entrambi CO/CO₂. L'invecchiamento dell'isolamento solido si riflette nella CO/CO₂ disciolta nell'olio, con confini/pattern non chiari. Per determinare se queste concentrazioni di livello di allarme siano normali, sono stati analizzati i rapporti storici di test sui gas disciolti per identificare le tendenze di produzione di gas e valutare lo stato attuale del reattore.

2.1 Analisi del Tasso di Produzione di CO & CO₂ nell'Olio del Reattore

I tassi annuali assoluti di produzione di CO sono riportati nella Tabella 1, con le tendenze in Figura 1. I tassi annuali di CO₂ sono riportati nella Tabella 2, con le tendenze in Figura 2.

2.2 Analisi del Rapporto di Incremento dei Gas nell'Olio di un Reattore ad Alta Tensione in una Certa Centrale Elettrica

Con riferimento alla valutazione di CO e CO₂ nella sezione 10.3 dello standard DL/T722, quando si sospetta l'invecchiamento del materiale di isolamento solido dell'equipaggiamento, generalmente CO2/CO > 7; quando si sospetta che il guasto coinvolga il materiale di isolamento solido, CO₂/CO < 3.

Sono stati effettuati calcoli sui dati degli anni, e nessuno è stato inferiore a 3 o superiore a 7. Non c'è stata alcuna variazione improvvisa nella tendenza di crescita, indicando che non c'è alcun guasto o invecchiamento che coinvolge materiali solidi. La curva del rapporto dei dati offline di CO₂/CO gas nei tempi precedenti è mostrata nella Figura 3.

In conformità con le Linee Guida per l'Analisi e la Valutazione dei Gas Disciolti nell'Olio dei Trasformatori (DL/T722), i rapporti incrementali di CO₂ e CO negli anni e i tassi di produzione di gas sono entrambi mantenuti entro gli intervalli standard. Non si verifica alcun guasto o fenomeno di invecchiamento dell'isolamento solido (lo standard per il tasso assoluto di produzione di gas di CO₂ è 200 mL/d, e quello per CO è 100 mL/d).

2.3 Analisi dei Dati

• Tendenza del Contenuto di Gas
  Dal momento della messa in servizio, CO/CO₂ nel reattore mostra una tendenza complessiva al rialzo. Le fluttuazioni sono legate agli errori di misurazione e ai cambiamenti di temperatura; non si verificano picchi improvvisi, con una pendenza della curva di produzione di gas stabile.

• Tasso di Produzione di CO
  I tassi annuali assoluti di produzione di CO (6-22 mL/d dal funzionamento) seguono un modello "diminuzione-aumento-diminuzione-aumento", gradualmente appianandosi. Secondo DL/T722, i tassi rimangono al di sotto del limite di allarme di 100 mL/d. La bassa solubilità di CO nell'olio e la sua volatilità legata alla temperatura (nessun aumento sostenuto) confermano l'assenza di guasti.

• Tasso di Produzione di CO₂
  I tassi annuali assoluti di produzione di CO₂ (40-100 mL/d dal funzionamento) diminuiscono ogni anno, tendendo a stabilizzarsi. Secondo DL/T722-2014, i tassi rimangono al di sotto del limite di allarme di 200 mL/d. L'alta produzione iniziale è in linea con il funzionamento normale; l'assenza di un aumento sostenuto (legato alla volatilità della temperatura) conferma l'assenza di guasti.

• Rapporto CO₂/CO
  I rapporti offline di CO₂/CO (4-7 dal momento della messa in servizio) sono in linea con DL/T722-2014 (10.2.3.1: utilizzare gli incrementi di CO₂/CO per i guasti dell'isolamento solido). I rapporti incrementali annuali (4-6, Figura 3) rimangono entro 3-7, confermando l'assenza di guasti o invecchiamento dell'isolamento solido.

• Isolamento ad Alta Tensione
  Gli ultimi test mostrano:

• Resistenza di isolamento &ge; 200 G&Omega;;

• Tan&delta; dell'avvolgimento < 0,6 (&le;30% di aumento rispetto alla storia); variazione della capacità &le; 3%;

• Differenze di resistenza continua: <2% della media trifase (senza conduttore neutro: <1% della media); &le;2% rispetto ai valori storici.

Tutti i dati soddisfano i requisiti di DL/T 596 - 2021.

Negli ultimi 5 anni (senza filtrazione dell'olio), le concentrazioni di CO/CO₂ sono aumentate più rapidamente a causa dell'accumulo in un ambiente chiuso e delle alte temperature operative (massime 66°C), accelerando l'ossidazione/crack dell'olio e dell'isolamento. Non esistono guasti interni o invecchiamento dell'isolamento.

3. Raccomandazioni

L'analisi dei gas caratteristici identifica guasti e deterioramento per manutenzioni mirate, assicurando la stabilità della rete. Per la manutenzione a lungo termine del reattore:

• Controllare i sigilli (corpo del reattore, serbatoio di conservazione dell'olio) per un lento aumento del contenuto di gas; sostituirli se necessario.

• Migliorare la cromatografia dei campioni di olio: misurare il contenuto di furfurallo e ossigeno-nitrogeno (prima della filtrazione) per valutare l'ossidazione dell'olio e della carta.

• Eseguire la filtrazione dell'olio; monitorare i campioni post-filtrazione.

• Monitorare le operazioni per sovraccarichi, impennate di corrente a breve termine e picchi anomali di temperatura dell'olio.