كيف تكشف كروماتوغرافيا الغاز وتشخص أعطال محولات 500+ كيلوفولت [دراسة حالة]

0 مقدمة
تحليل الغازات المذابة في الزيت العازل هو اختبار مهم لمحولات الطاقة الكبيرة المغمورة بالزيت. من خلال استخدام الكروماتوغرافيا الغازية، يمكن اكتشاف تقدم العمر أو التغيرات في الزيت العازل الداخلي للمعدات الكهربائية الممتلئة بالزيت في الوقت المناسب، وتعرف على الأعطال المحتملة مثل الحرارة الزائدة أو التفريغات الكهربائية في مرحلة مبكرة، وتقييم شدة ونوع وتوجه تطور العطل بدقة. أصبحت الكروماتوغرافيا الغازية طريقة أساسية لمراقبة وضمان التشغيل الآمن والاستقرار للمعدات، وقد تم دمجها في المعايير الدولية والوطنية ذات الصلة [1,2].

1 دراسة حالة
المحول الرئيسي رقم 1 في محطة هكسين هو من نوع A0A/UTH-26700، مع تكوين جهد 525/√3 / 230/√3 / 35 كيلوفولت. تم تصنيعه في مايو 1988 وتم تشغيله في 30 يونيو 1992. في 20 سبتمبر 2006، أشار نظام الرصد الحاسوبي إلى "تشغيل مفتاح الغاز الخفيف على المحول الرئيسي رقم 1". فحص الموظفون بعد ذلك وأظهروا وجود تشققات وتسريب زيت حاد في كل من الأكمام في بداية ونهاية المرحلة B على الجانب 35 كيلوفولت، بالإضافة إلى وجود غاز في مفتاح الغاز، مما أدى إلى طلب الإيقاف الفوري. قبل هذا الحدث، لم تظهر الاختبارات الكهربائية الروتينية واختبارات مراقبة الزيت العازل أي استثناءات.

2 تحليل الكروماتوغرافيا الغازية وتشخيص العطل
تم جمع عينات من الزيت والغاز على الفور بعد الإيقاف لإجراء اختبارات الكروماتوغرافيا. تظهر نتائج الاختبار في الجداول 1 و2. أشارت النتائج إلى تركيزات غير طبيعية للغازات المذابة في الزيت العازل للمحول وفي مفتاح الغاز. تم إجراء تحليل شامل باستخدام بيانات الكروماتوغرافيا وطريقة معيار التوازن لتقييم تركيزات الغاز في عينات الزيت والغاز.

جدول 1 السجل الكروماتوغرافي للزيت العازل من المرحلة B للمحول الرئيسي رقم 1 في محطة هكسين (μL/L)

جدول 2 السجل الكروماتوغرافي للغاز من مفتاح الغاز للمرحلة B للمحول الرئيسي رقم 1 في محطة هكسين (μL/L)

وفقًا لمعايير الجودة للزيت العازل المستخدم في المحولات، يجب الانتباه عند تجاوز أي من تركيزات الغازات المذابة في الزيت للمحولات 500 كيلوفولت القيم المحددة: الهيدروكربونات الكلية: 150 μL/L؛ H₂: 150 μL/L؛ C₂H₂: 1 μL/L. تم اكتشاف الإيثاكيين (C₂H₂) في زيت المحول بتركيز φ(C₂H₂) يبلغ 12.13 μL/L، مما يتجاوز حد الانتباه بأكثر من 12 مرة. بناءً على طريقة تحليل تجاوز المكونات [3]، تم تحديد وجود عطل داخلي في المحول بشكل مبدئي.

أشار التحليل الإضافي بناءً على الغازات المميزة إلى وجود عطل تفريغ عالي الطاقة، حيث يعتبر φ(C₂H₂) مؤشرًا رئيسيًا لتمييز الحرارة الزائدة عن التفريغ الكهربائي. باستخدام طريقة نسبة الثلاثة IEC، تم حساب النسب كالتالي:
• φ(C₂H₂)/φ(C₂H₄) = 1.2,
• φ(CH₄)/φ(H₂) = 0.56,
• φ(C₂H₄)/φ(C₂H₆) = 6.6,
مما أدى إلى رمز 102. وهذا أدى إلى الاستنتاج الأولي بأن هناك تفريغ عالي الطاقة (أي قوس كهربائي) قد حدث داخل المحول.

استخدام طريقة معيار التوازن [4] وتراكيب الغاز في مفتاح الغاز، تم حساب التركيزات النظرية للزيت بناءً على القابلية المختلفة للغازات للذوبان في الزيت. تم استنتاج نسبة αᵢ بين التركيزات النظرية والمقاسة في الزيت (انظر الجدول 2). بناءً على الخبرة الميدانية، تحت الظروف الطبيعية، تكون قيم αᵢ لأغلب المكونات ضمن نطاق 0.5-2. ومع ذلك، خلال الأعطال المفاجئة، عادة ما تظهر الغازات المميزة قيم αᵢ أكبر بكثير من 2. في هذه الحالة، أظهرت جميع مكونات الغاز في مفتاح الغاز قيم αᵢ أكبر بكثير من 2، مما يشير إلى وجود عطل داخلي مفاجئ.

أظهرت نتائج الاختبارات الكهربائية أن مقاومة اللحامات في المحول ذو التغيير تحت الحمل، ومقاومة التيار المباشر لللفائف، والفروق الطورية القصوى كانت جميعها ضمن الحدود المقبولة. لم تظهر التسريبات الكهربائية بين اللفائف والأرض، وكذلك مقارنتها التاريخية، أي استثناءات. كانت معلمات فقدان العزل والمقاومة العازلة أيضًا طبيعية. هذه النتائج استبعدت تسرب الرطوبة الشامل والتدهور الكبير للعزل أو العيوب الواسعة النطاق في العزل، مما أكد أن النظام العازل الرئيسي كان سليمًا.

بناءً على التحليل الشامل للنتائج أعلاه، تم الاستنتاج بأن عطل قوس كهربائي مفاجئ قد حدث داخل المحول. لم تظهر تركيزات CO و CO₂ في الزيت زيادة كبيرة، ومع أن مستويات الهيدروكربونات الكلية كانت في ارتفاع، إلا أنها لم تتجاوز الحدود بعد. هذا يشير إلى أن المشاركة الواسعة للعزل الصلب أمر غير محتمل. ومع ذلك، بسبب القيم العالية لـ αᵢ لـ CO والهيدروكربونات الكلية، كان هناك شكوك حول وجود عطل تفريغ مفاجئ يشمل تلفًا محليًا للعزل الصلب.

3 الفحص الداخلي والإجراءات العلاجية
لتحديد السبب الجذري، تم تصريف المحول وفحصه. تم إزالة الأكمام 35 كيلوفولت وزجاجة الضغط على المرحلة B للتفتيش، وكشف عن أن شريط التسوية الأرضي على لوحة الضغط نهاية ملف اللفائف قد تم حرقه. عند رفع غطاء الخزان، تم العثور على أن الدعم العازل للضغط على لوحة الضغط العليا للملفات كان متأثرًا بضغط ميكانيكي طويل الأمد، مما أدى إلى توصيل الأرضي في نقطتين. هذا أدى إلى تشكيل تيار دائري، مما أدى إلى قوس كهربائي حرق شريط التسوية الأرضي. كمية الغاز الكبيرة ومعدل تكوينه العالي أدى إلى ضغط داخلي كبير، مما أدى إلى تشققات وتسريب زيت حاد في الأكمام 35 كيلوفولت القريبة من نقطة التفريغ. كانت نتائج الفحص متوافقة تمامًا مع الاستنتاجات المستخلصة من تحليل الكروماتوغرافيا.

الإجراءات العلاجية:
• استبدال مكونات الدعم العازل التالفة؛
• إجراء عملية إزالة الغاز والترشيح للزيت العازل؛
• إعادة تشغيل المحول بعد اختبار القبول الناجح؛
• تعزيز الرصد التشغيلي، وإعادة الإدارة المنتظمة فقط بعد التأكد من عدم وجود مشكلات أخرى من خلال تتبع مستمر وتحليل.

4 خاتمة
(1) نجحت هذه الدراسة في تطبيق الكروماتوغرافيا الغازية لتشخيص عطل قوس كهربائي داخلي في المرحلة B للمحول الرئيسي رقم 1 في محطة هكسين، مما يوفر تجربة قيمة لتشغيل وتشخيص أعطال المحولات الكهربائية الكبيرة.

(2) عندما يعمل مفتاح الغاز في المحول، يجب جمع عينات من الزيت والغاز لتحليلها بالكروماتوغرافيا. من خلال الجمع بين نتائج الكروماتوغرافيا والبيانات التاريخية وطريقة معيار التوازن واختبارات العزل، يمكن تحديد ما إذا كان العطل داخليًا أو يتعلق بالمكونات المساعدة، وهوية الطبيعة والموقع أو المكون المحدد. هذا يسمح بالصيانة في الوقت المناسب ويضمن سلامة المعدات.

(3) يعتبر تحليل الكروماتوغرافيا للزيت العازل واحدة من أكثر الإجراءات فعالية لمراقبة التشغيل الآمن للمعدات الكهربائية الممتلئة بالزيت. يمكن لـ DGA المنتظم اكتشاف ورصد مستمر للأعطال الداخلية وشدة هذه الأعطال في وقت مبكر. لضمان التشغيل الآمن للمحولات الكبيرة ومواكبة حالة صحتها، يجب إجراء الكروماتوغرافيا الغازية وفقًا للمعايير الصناعية للطاقة، ويجب زيادة تواتر الاختبار عند الحاجة.