Анализ концентрации газа в высоковольтных реакторах крупных гидрогенераторных установок

1. Принцип генерации и анализа газов в высоковольтных реакторах

Высоковольтные реакторы используют масло и изоляционную бумагу для изоляции. В процессе нормальной работы могут возникать локальные перегревы или разряды (например, проблемы с сердечником/обмоткой, межвитковые короткие замыкания), вызывая растрескивание изоляции и образование газов, таких как углеводороды (метан и т.д.), CO, CO₂, H₂). Эти газы отражают внутреннее состояние изоляции, что позволяет проводить ее мониторинг в реальном времени.

Для герметичных маслонаполненных реакторов старение изоляции и окисление масла непрерывно приводят к образованию (CO)/(CO₂). Их концентрации увеличиваются со временем из-за накопления, поэтому чистое увеличение (CO)/(CO₂) не может служить признаком неисправности. Однако скорость образования газа (среднесуточное количество выделяющегося газа) помогает различать нормальное старение и неисправности:

Здесь: γ_a = абсолютная скорость образования газа (мл/д); (C_i,2)/(C_i,1) = концентрация газа при втором/первом отборе проб (μЛ/Л); Δ_t = фактический интервал эксплуатации (дни); m = общий объем масла (т); ρ = плотность масла (т/м³).

1.2 Метод анализа концентрации газов в высоковольтных реакторах

Регулярные хроматографические анализы масла позволяют долгосрочно отслеживать концентрацию газов, показывая степень старения/ухудшения изоляции. Используйте данные трехфазного реактора для научного анализа. Непрерывный мониторинг и расчет скорости образования газа помогают точно определить состояние изоляции и предупредить о неисправностях.

2. Реальный случай

Во время регулярной проверки высоковольтного реактора (модель: BKD - 16700/550 - 66) на электростанции, концентрации CO в трех фазах составили 1089.08 μЛ/Л (A), 1152.71 μЛ/Л (B), 1338.24 μЛ/Л (C); данные CO₂ в трех фазах: 4955.73 μЛ/Л (A), 5431.25 μЛ/Л (B), 6736.33 μЛ/Л (C). Некоторые значения превышали пороговые значения тревоги (CO: 850 μЛ/Л; CO₂: 5000 μЛ/Л). Обычное старение бумажной изоляции и разрушение, вызванное неисправностью, оба приводят к образованию CO/CO₂. Старение твердой изоляции отражается в растворенных в масле CO/CO₂, границы и закономерности которых неясны. Для определения, являются ли эти концентрации, превышающие пороговые значения, нормальными, были проанализированы исторические данные по анализу растворенных газов, чтобы определить тенденции образования газов и оценить текущее состояние реактора.

2.1 Анализ скорости образования CO и CO₂ в масле реактора

Абсолютные годовые скорости образования CO представлены в таблице 1, а тенденции на рисунке 1. Годовые скорости образования CO₂ представлены в таблице 2, а тенденции на рисунке 2.

2.2 Анализ коэффициента увеличения газов в масле высоковольтного реактора на одной из электростанций

Согласно разделу 10.3 стандарта DL/T722, когда подозревается старение твердого изоляционного материала оборудования, обычно CO2/CO > 7; когда подозревается, что неисправность связана с твердым изоляционным материалом, CO₂/CO < 3.

Были проведены расчеты данных за несколько лет, и ни одно значение не было меньше 3 или больше 7. Не было резких изменений в тенденции роста, что указывает на отсутствие неисправностей или старения, связанных с твердыми материалами. Кривая отношения CO₂/CO для данных вне сети за предыдущие периоды показана на рисунке 3.

Согласно руководству "Руководство по анализу и оценке растворенных газов в масле трансформаторов" (DL/T722), рассчитанные годовые коэффициенты увеличения CO₂ и CO, а также скорости образования газов, поддерживаются в пределах стандартных диапазонов. Не происходит неисправностей или явлений старения твердой изоляции (стандартная абсолютная скорость образования газа CO₂ составляет 200 мл/д, а для CO — 100 мл/д).

2.3 Анализ данных

• Тенденция содержания газов
  С момента ввода в эксплуатацию CO/CO₂ в реакторе показывают общую тенденцию к увеличению. Колебания связаны с погрешностями измерений и изменениями температуры; резких скачков не наблюдается, кривая скорости образования газов стабильна.

• Скорость образования CO
  Абсолютные годовые скорости образования CO (6-22 мл/д с момента эксплуатации) следуют модели "уменьшение-увеличение-уменьшение-увеличение", постепенно выравниваясь. Согласно стандарту DL/T722, скорости остаются ниже предупредительного уровня 100 мл/д. Низкая растворимость CO в масле и его волатильность, зависящая от температуры (отсутствие устойчивого роста), подтверждают отсутствие неисправностей.

• Скорость образования CO₂
  Абсолютные годовые скорости образования CO₂ (40-100 мл/д с момента эксплуатации) снижаются ежегодно, выравниваясь. Согласно стандарту DL/T722-2014, скорости остаются ниже предупредительного уровня 200 мл/д. Высокая начальная скорость образования соответствует нормальной эксплуатации; отсутствие устойчивого роста (волатильность, зависящая от температуры) подтверждает отсутствие неисправностей.

• Отношение CO₂/CO
  Отношение CO₂/CO для данных вне сети (4-7 с момента ввода в эксплуатацию) соответствует стандарту DL/T722-2014 (10.2.3.1: использование увеличения CO₂/CO для определения неисправностей твердой изоляции). Годовые коэффициенты увеличения (4-6, рисунок 3) находятся в пределах 3-7, что подтверждает отсутствие неисправностей или старения твердой изоляции.

• Высоковольтная изоляция
  Последние испытания показали:

• Сопротивление изоляции &ge; 200 ГОм;

• tgδ обмотки < 0,6 (не более 30% увеличения по сравнению с историческими данными); изменение емкости &le; 3%;

• Разница сопротивлений постоянному току: <2% от среднего трехфазного значения (без нейтрального вывода: <1% от среднего); &le;2% по сравнению с историческими значениями.

Все данные соответствуют требованиям стандарта DL/T 596-2021.

За 5 лет (без фильтрации масла) концентрации CO/CO₂ увеличились быстрее из-за их накопления в закрытой среде и высоких рабочих температур (максимальная 66°C), что ускорило окисление и растрескивание масла и изоляции. Внутренних неисправностей или старения изоляции нет.

3. Рекомендации

Анализ характерных газов позволяет выявлять неисправности и ухудшения для целенаправленного технического обслуживания, обеспечивая стабильность энергосистемы. Для длительной эксплуатации и технического обслуживания реактора:

• Проверяйте уплотнения (корпус реактора, расширительный бак) на медленное увеличение содержания газов; при необходимости замените.

• Усиливайте хроматографический анализ проб масла: измеряйте содержание фурфурола и азот-кислородного содержания (до фильтрации) для оценки окисления масла и бумаги.

• Проводите фильтрацию масла; отслеживайте послеточные пробы.

• Мониторьте операции на предмет перегрузок, кратковременных скачков тока и аномальных скачков температуры масла.