Аналіз концентрації газу у високовольтних реакторах великомасштабних гідрогенераторних установок

1. Принцип генерації та аналізу газів у високовольтних реакторах

Високовольтні реактори використовують масло та ізоляційну папір для ізоляції. При нормальній роботі можуть виникати локальне перегрівання або розряди (наприклад, проблеми з серцевиною/обмоткою, міжвиткові короткозамкнення), що призводить до тріщин у ізоляції та виробництва газів, таких як гідрокарбони (метан тощо), CO, CO₂, H₂). Ці гази відображають внутрішній стан ізоляції, дозволяючи реального часу моніторинг.

Для закритих маслонаповнених реакторів, старіння ізоляції та окислення масла постійно генерують (CO)/(CO₂). Їх концентрація зростає з часом через накопичення, тому чистий зросток (CO)/(CO₂) не може бути критерієм виявлення дефектів. Але швидкість виробництва газів (середньодобовий викид газів) допомагає розрізнити нормальну вікову зміну від дефектів:

Тут: γ_a = абсолютна швидкість виробництва газів (mL/d); (C_i,2)/(C_i,1) = концентрація газів при другому/першому зразку (μL/L); Δ_t = фактичний інтервал роботи (дні); m = загальний обсяг масла (т); ρ = густота масла (т/м³).

1.2 Метод аналізу концентрації газів у високовольтних реакторах

Регулярні хроматографічні аналізи масла дозволяють на довгостроковому етапі відстежувати концентрацію маслових газів, показуючи старіння/погіршення ізоляції. Використовуйте дані трифазного реактора для наукового аналізу. Неперервний моніторинг та розрахунок швидкості виробництва газів допомагають точно визначити стан ізоляції та забезпечити раннє попередження про дефекти.

2. Реальний випадок

Під час регулярної перевірки високовольтного реактора (модель: BKD - 16700/550 - 66) електростанції, концентрація CO у трифазному режимі становила 1089.08 μL/L (A), 1152.71 μL/L (B), 1338.24 μL/L (C); дані CO₂ у трифазному режимі: 4955.73 μL/L (A), 5431.25 μL/L (B), 6736.33 μL/L (C). Деякі значення перевищили порогові значення сигналізації (CO: 850 μL/L; CO₂: 5000 μL/L). Обидва процеси, нормальне старіння паперової ізоляції та розщеплення, спричинене дефектами, виробляють CO/CO₂. Старіння твердої ізоляції відображається у розчиненому у маслі CO/CO₂, з невизначеними границями/паттернами. Для визначення, чи є ці концентрації на рівні сигналізації нормальними, були проаналізовані історичні звіти про розчинені гази, щоб виявити тенденції виробництва газів та оцінити поточний стан реактора.

2.1 Аналіз швидкості виробництва CO та CO₂ у маслі реактора

Абсолютні швидкості виробництва CO за роки наведено в таблиці 1, з тенденціями на графіку 1. Річні швидкості виробництва CO₂ наведено в таблиці 2, з тенденціями на графіку 2.

2.2 Аналіз коефіцієнта зростання газів у маслі високовольтного реактора на певній електростанції

Згідно з висновками про CO та CO₂ у розділі 10.3 стандарту DL/T722, коли підозрюється старіння твердої ізоляційної матеріали обладнання, зазвичай CO2/CO > 7; коли підозрюється, що дефект стосується твердої ізоляційної матеріали, CO₂/CO < 3.

Були проведено розрахунки на основі даних за роки, жоден з них не був нижче 3 або вище 7. Не було відмінностей у тенденції зростання, що свідчить про відсутність дефектів або старіння, що стосуються твердих матеріалів. Крива коефіцієнта зростання offline-даних CO₂/CO газів за попередні періоди наведена на графіку 3.

Згідно з Рекомендаціями з аналізу та висновків щодо розчинених газів у маслі трансформаторів (DL/T722), розраховані коефіцієнти зростання CO₂ та CO за роки та швидкості виробництва газів залишаються в рамках стандартних діапазонів. Не відбувається жодних дефектів або явищ старіння твердої ізоляції (стандартна абсолютна швидкість виробництва CO₂ становить 200 мл/доба, а CO - 100 мл/доба).

2.3 Аналіз даних

• Тенденція зміни вмісту газів
  З моменту введення в експлуатацію, CO/CO₂ у реакторі показують загальну тенденцію до зростання. Флюктуації пов'язані з помилками вимірювання та змінами температури; немає різких стрибків, крива швидкості виробництва газів стабільна.

• Швидкість виробництва CO
  Абсолютні швидкості виробництва CO за роки (6-22 мл/доба з моменту експлуатації) відповідають паттерну "зменшення-зростання-зменшення-зростання", поступово врівноважуючись. Згідно з DL/T722, швидкості залишаються нижче 100 мл/доба. Низька розчинність CO у маслі та волатильність, що залежить від температури (без постійного зростання), підтверджують відсутність дефектів.

• Швидкість виробництва CO₂
  Абсолютні швидкості виробництва CO₂ за роки (40-100 мл/доба з моменту експлуатації) зменшуються щорічно, з тенденцією до врівноваження. Згідно з DL/T722-2014, швидкості залишаються нижче 200 мл/доба. Перший високий виробництво відповідає нормальній експлуатації; відсутність постійного зростання (волатильність, що залежить від температури) підтверджує відсутність дефектів.

• Коефіцієнт CO₂/CO
  Офлайн коефіцієнти CO₂/CO (4-7 з моменту введення в експлуатацію) відповідають DL/T722-2014 (10.2.3.1: використання коефіцієнтів зростання CO₂/CO для дефектів твердої ізоляції). Річні коефіцієнти зростання (4-6, графік 3) залишаються в межах 3-7, підтверджуючи відсутність дефектів або старіння твердої ізоляції.

• Високовольтна ізоляція
  Найновіші випробування показують:

• Опір ізоляції &ge; 200 ГОм;

• Тангенс дельта обмоток < 0,6 (не більше 30% зростання від історичних даних); зміна ємності &le; 3%;

• Різниця опорів постійного струму: <2% від середнього значення трифазного (без нейтрального проводника: <1% від середнього); &le;2% від історичних значень.

Усі дані відповідають вимогам DL/T 596-2021.

Протягом 5 років (без фільтрації масла), концентрації CO/CO₂ зросли швидше через накопичення в замкнутому середовищі та високі температури роботи (максимум 66°C), що прискорило окислення та розщеплення масла та ізоляції. Внутрішніх дефектів або старіння ізоляції немає.

3. Рекомендації

Аналіз характерних газів дозволяє виявляти дефекти та погіршення для цілями цілями технічного обслуговування, забезпечуючи стабільність мережі. Для довгострокового обслуговування реактора:

• Перевіряйте герметичність (корпус реактора, маслонаповнювач) для повільного зростання вмісту газів; замініть, якщо потрібно.

• Покращіть хроматографічні аналізи зразків масла: вимірюйте вміст фурфуралу та азот-кисневого контенту (перед фільтрацією) для оцінки окислення масла та паперу.

• Проведіть фільтрацію масла; відстежуйте зразки після фільтрації.

• Моніторуйте роботу для перевантажень, короткотривалих стрибків струму та аномальних стрибків температури масла.