Análise da Concentração de Gás em Reatores de Alta Tensão de Grandes Conjuntos Geradores Hidrelétricos

1. Princípio de Geração e Análise de Gases em Reatores de Alta Tensão

Reatores de alta tensão utilizam óleo e papel isolante para isolamento. Durante a operação normal, pode ocorrer superaquecimento local ou descargas (por exemplo, problemas no núcleo/indução, curtos-circuitos entre espiras), causando rachaduras no isolamento e produzindo gases como hidrocarbonetos (metano, etc.), CO, CO₂, H₂). Esses gases refletem o estado interno do isolamento, permitindo o monitoramento em tempo real.

Para reatores com óleo fechado, o envelhecimento do isolamento e a oxidação do óleo geram continuamente (CO)/(CO₂). Suas concentrações aumentam ao longo do tempo devido à acumulação, então o aumento puro de (CO)/(CO₂) não pode julgar falhas. No entanto, a taxa de produção de gás (produção média diária de gás) ajuda a distinguir o envelhecimento normal das falhas:

Aqui: γ_a = taxa absoluta de produção de gás (mL/d); (C_i,2)/(C_i,1) = concentrações de gás da segunda/primeira amostragem (μL/L); Δ_t = intervalo de operação real (d); m = volume total de óleo (t); ρ = densidade do óleo (t/m³).

1.2 Método de Análise de Concentração de Gases em Reatores de Alta Tensão

Testes cromatográficos regulares de óleo acompanham as concentrações de óleo-gás a longo prazo, mostrando o envelhecimento/deterioração do isolamento. Use dados de reator trifásico para análise científica. O monitoramento contínuo e o cálculo da taxa de produção de gás ajudam a identificar com precisão o estado do isolamento e a prever falhas.

2. Caso Real

Durante a inspeção regular de um reator de alta tensão de uma estação de energia (modelo: BKD - 16700/550 - 66), as concentrações trifásicas de CO foram 1089,08 μL/L (A), 1152,71 μL/L (B), 1338,24 μL/L (C); dados trifásicos de CO₂: 4955,73 μL/L (A), 5431,25 μL/L (B), 6736,33 μL/L (C). Alguns valores excederam os limites de alarme (CO: 850 μL/L; CO₂: 5000 μL/L). O envelhecimento normal do isolamento de papel e a fissura induzida por falha ambos produzem CO/CO₂. O envelhecimento do isolamento sólido se reflete nos CO/CO₂ dissolvidos no óleo, com fronteiras/padrões incertos. Para determinar se essas concentrações de nível de alarme são normais, foram analisados relatórios históricos de testes de gás dissolvido para identificar tendências de produção de gás e avaliar o estado atual do reator.

2.1 Análise da Taxa de Produção de CO & CO₂ no Óleo do Reator

As taxas anuais absolutas de produção de CO estão na Tabela 1, com tendências na Figura 1. As taxas anuais de CO₂ estão na Tabela 2, com tendências na Figura 2.

2.2 Análise da Razão de Incremento de Gás no Óleo de um Reator de Alta Tensão em uma Estação de Energia Específica

Com referência ao julgamento de CO e CO₂ na seção 10.3 do padrão DL/T722, quando se suspeita do envelhecimento do material de isolamento sólido do equipamento, geralmente CO2/CO > 7; quando se suspeita que a falha envolve o material de isolamento sólido, CO₂/CO < 3.

Foram realizados cálculos nos dados ao longo dos anos, e nenhum foi inferior a 3 ou superior a 7. Não houve mudança súbita na tendência de crescimento, indicando que não há falha ou envelhecimento envolvendo materiais sólidos. A curva da razão de dados offline de CO₂/CO gás ao longo dos tempos anteriores é mostrada na Figura 3.

Conforme as Diretrizes para Análise e Julgamento de Gases Dissolvidos no Óleo de Transformador (DL/T722), as razões incrementais calculadas de CO₂ e CO ao longo dos anos e as taxas de produção de gás são mantidas dentro dos intervalos padrão. Não ocorre falha ou fenômeno de envelhecimento do isolamento sólido (o padrão para a taxa absoluta de produção de gás de CO₂ é 200 mL/d, e para CO é 100 mL/d).

2.3 Análise de Dados

• Tendência de Conteúdo de Gás
  Desde a comissão, CO/CO₂ no reator mostra uma tendência geral de alta. Flutuações relacionadas a erros de medição e mudanças de temperatura; não ocorrem picos súbitos, com uma inclinação de curva de produção de gás estável.

• Taxa de Produção de CO
  Taxas anuais absolutas de produção de CO (6-22 mL/d desde a operação) seguem um padrão "diminuição-aumento-diminuição-aumento", gradativamente achatando. Conforme DL/T722, as taxas permanecem abaixo do alerta de 100 mL/d. A baixa solubilidade de CO no óleo e a volatilidade impulsionada pela temperatura (sem crescimento sustentado) confirmam a ausência de falhas.

• Taxa de Produção de CO₂
  Taxas anuais absolutas de produção de CO₂ (40-100 mL/d desde a operação) declinam anualmente, tendendo a aplanar. Conforme DL/T722 - 2014, as taxas permanecem abaixo do alerta de 200 mL/d. A alta produção inicial alinha-se com a operação normal; sem crescimento sustentado (volatilidade impulsionada pela temperatura) confirma a ausência de falhas.

• Razão CO₂/CO
  Razões offline de CO₂/CO (4-7 desde a comissão) alinham-se com DL/T722 - 2014 (10.2.3.1: use incrementos de CO₂/CO para falhas de isolamento sólido). Razões incrementais anuais (4-6, Figura 3) permanecem dentro de 3-7, confirmando a ausência de falhas/ envelhecimento do isolamento sólido.

• Isolamento de Alta Tensão
  Os últimos testes mostram:

• Resistência de isolamento &ge; 200 G&Omega;;

• tan&delta; da bobina < 0,6 (&le;30% de aumento em relação ao histórico); variação de capacitância &le; 3%;

• Diferenças de resistência DC: <2% da média trifásica (sem terminal neutro: <1% da média); &le;2% em relação aos valores históricos.

Todos os dados atendem aos requisitos do DL/T 596 - 2021.

Ao longo de 5 anos (sem filtração de óleo), as concentrações de CO/CO₂ aumentaram mais rapidamente devido à sua acumulação em ambiente fechado e altas temperaturas de operação (máx. 66°C), acelerando a oxidação/cracking do óleo/isolamento. Não existem falhas internas ou envelhecimento do isolamento.

3. Recomendações

Analisar gases característicos identifica falhas/deterioração para manutenção direcionada, garantindo a estabilidade da rede. Para O&M de longo prazo do reator:

• Verifique selos (corpo do reator, conservador de óleo) para crescimento lento do conteúdo de gás; substitua se necessário.

• Aprimore a cromatografia de amostras de óleo: meça o conteúdo de furfural/nitrogênio-oxigênio (pré-filtragem) para avaliar a oxidação do óleo/papel.

• Realize a filtração do óleo; acompanhe as amostras pós-filtragem.

• Monitore as operações para sobrecargas, surtos de corrente de curto prazo e picos anormais de temperatura do óleo.