Πώς η Γκαζοχρωματογραφία Ανιχνεύει και Διαγνώσει Σφάλματα σε Μετατροπείς 500+ kV [Μελέτη Περίπτωσης]

0 Εισαγωγή
Η ανάλυση διαλυμένων αερίων (DGA) σε απομονωτικό λάδι είναι μια βασική δοκιμή για μεγάλους μετασχηματιστές που μοντελοποιούνται με λάδι. Μέσω της γαζοχρωματογραφίας, είναι δυνατή η εγκαίρως ανίχνευση της γήρανσης ή των αλλαγών στο εσωτερικό απομονωτικό λάδι των ηλεκτρικών εξοπλισμών που είναι γεμάτα με λάδι, η αναγνώριση πιθανών παραξενείων όπως υπερθέρμανση ή ηλεκτρικές απορροφήσεις σε νωρίς στάδιο, καθώς και η ακριβής εκτίμηση της βαρύτητας, τύπου και τάσης ανάπτυξης της παραξένειας. Η γαζοχρωματογραφία έχει γίνει μια ουσιώδης μέθοδος για την παρακολούθηση και την εγγύηση της ασφαλούς και σταθερής λειτουργίας του εξοπλισμού, και έχει ενσωματωθεί σε σχετικούς διεθνείς και εθνικούς προτύπους [1,2].

1 Μελέτη Περιπτώσεων
Ο κύριος μετασχηματιστής αριθ. 1 στον Υποσταθμό Hexin είναι τύπου A0A/UTH-26700, με εισόδια τάση 525/√3 / 230/√3 / 35 kV. Κατασκευάστηκε τον Μάιο του 1988 και έγινε λειτουργικός στις 30 Ιουνίου 1992. Στις 20 Σεπτεμβρίου 2006, το σύστημα υπολογιστικής παρακολούθησης έδειξε "λεπτή λειτουργία στροβίλου αερίων στον κύριο μετασχηματιστή αριθ. 1." Στη συνέχεια, η επιθεώρηση από το προσωπικό λειτουργίας αποκάλυψε ρωγμές και σοβαρή διαρροή λαδιού στα φασματοδότησης της Φάσης B στην πλευρά 35 kV, καθώς και την παρουσία αερίων στον στρόβιλο αερίων, οδηγώντας σε άμεση αίτηση για τερματισμό. Πριν από αυτό το περιστατικό, οι συνηθισμένες ηλεκτρικές δοκιμές και οι δοκιμές παρακολούθησης του απομονωτικού λαδιού δεν είχαν αποκαλύψει καμία ανωμαλία.

2 Ανάλυση Γαζοχρωματογραφίας και Διάγνωση Παραξενείας
Συλλέχθηκαν δείγματα λαδιού και αερίων αμέσως μετά τον τερματισμό για χρωματογραφικές δοκιμές. Τα αποτελέσματα των δοκιμών είναι αναφερόμενα στις Πίνακες 1 και 2. Τα αποτελέσματα έδειξαν ανωμαλίες στις συγκεντρώσεις των διαλυμένων αερίων τόσο στο λάδι του μετασχηματιστή όσο και στον στρόβιλο αερίων. Έγινε συνολική ανάλυση με τη χρήση δεδομένων γαζοχρωματογραφίας και της μεθόδου κριτηρίου ισορροπίας για την αξιολόγηση των συγκεντρώσεων αερίων στα δείγματα λαδιού και αερίων.

Πίνακας 1 Χρωματογραφικός Απολογισμός του Απομονωτικού Λαδιού της Φάσης B του Κυρίου Μετασχηματιστή αριθ. 1 στον Υποσταθμό Hexin (μL/L)

Πίνακας 2: Χρωματογραφικό Σύνταγμα Αερίου από τον Αέριο Περιστροφής της Φάσης B του Κύριου Μετασχηματιστή Αριθ. 1 στο Υποσταθμό Hexin (μL/L)

Σύμφωνα με τα Πρότυπα Ποιότητας για το Λάδι των Μετασχηματιστών σε Λειτουργία, πρέπει να δοθεί εξαιρετική προσοχή όταν κάποιες από τις ακόλουθες συγκεντρώσεις διαλυμένων αερίων στο λάδι των 500 kV μετασχηματιστών ξεπερνούν τις καθορισμένες τιμές: συνολικά υδρογονάνθρακες: 150 μL/L; H₂: 150 μL/L; C₂H₂: 1 μL/L. Ανακτήθηκε ακετυλεν (C₂H₂) στο λάδι του μετασχηματιστή με συγκέντρωση φ(C₂H₂) 12.13 μL/L, υπερβαίνοντας το όριο προσοχής περίπου 12 φορές. Σύμφωνα με τη μέθοδο ανάλυσης υπερβολής συστατικών [3], προκαταρκτικά αποδείχθηκε ότι υπήρχε εσωτερική βλάβη στον μετασχηματιστή.

Μια περαιτέρω ανάλυση με βάση τα χαρακτηριστικά αέρια έδειξε μια βλάβη από υψηλή-ενέργειας αποδόσεις, καθώς η φ(C₂H₂) είναι ένας κύριος δείκτης που διαχωρίζει την υπερθέρμανση από την ηλεκτρική απόδοση. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο τριών λόγων IEC, οι υπολογισμένοι λόγοι ήταν:
• φ(C₂H₂)/φ(C₂H₄) = 1.2,
• φ(CH₄)/φ(H₂) = 0.56,
• φ(C₂H₄)/φ(C₂H₆) = 6.6,
αποδίδοντας έναν κωδικό 102. Αυτό οδήγησε στην προκαταρκτική συμπέραση ότι είχε συμβεί μια υψηλή-ενέργειας απόδοση (δηλαδή, αρκούδα) μέσα στον μετασχηματιστή.

Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του κριτηρίου ισορροπίας [4] και τη σύνθεση των αερίων στο ρελέ αερίων, υπολογίστηκαν θεωρητικές συγκεντρώσεις λαδιού με βάση τις διαφορετικές δυσορεξίες των αερίων στο λάδι. Διαχωρίστηκε ο λόγος αᵢ των θεωρητικών σε σχέση με τις μετρημένες συγκεντρώσεις στο λάδι (βλέπε Πίνακα 2). Σύμφωνα με την εμπειρία στο πεδίο, κατά τις κανονικές συνθήκες, οι τιμές αᵢ για τα περισσότερα συστατικά βρίσκονται στο εύρος 0.5–2. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια ξαφνικών βλαβών, τα χαρακτηριστικά αέρια συνήθως εμφανίζουν τιμές αᵢ αρκετά μεγαλύτερες από 2. Σε αυτή την περίπτωση, όλα τα συστατικά αερίων στο ρελέ αερίων εμφανίζουν τιμές αᵢ αρκετά μεγαλύτερες από 2, υποδεικνύοντας μια ξαφνική εσωτερική βλάβη.

Τα αποτελέσματα των ηλεκτρικών δοκιμών έδειξαν ότι οι αντιστάσεις επαφής των μετατροπέων υπό φόρτο, οι αντιστάσεις άμεσης ροής των στροφών και οι μέγιστες διαφορές φάσης ήταν όλες εντός των αποδεκτών ορίων. Οι διαρροές ρεύματος μεταξύ στροφών και προς τη γη, καθώς και οι ιστορικές συγκρίσεις, δεν έδειξαν καμία ανωμαλία. Οι παράμετροι απώλειας διαμετακύμανσης και αντίστασης απομόνωσης ήταν επίσης κανονικές. Αυτά τα αποτελέσματα αποκλείστηκαν ο γενικός εισπνοϊκός κίνδυνος, μεγάλη απομόνωση ή ευρείες απομονωτικές βλάβες, επιβεβαιώνοντας ότι το κύριο σύστημα απομόνωσης ήταν ακέραιο.

Βάσει της συνολικής ανάλυσης των παραπάνω αποτελεσμάτων, συμπεριέχεται ότι έχει συμβεί μια ξαφνική βλάβη αρκούδας μέσα στον μετασχηματιστή. Οι συγκεντρώσεις CO και CO₂ στο λάδι δεν έδειξαν σημαντική αύξηση, και παρόλο που οι συνολικές συγκεντρώσεις υδρογονανθράκων αυξάνονταν, δεν είχαν υπερβεί τα όρια. Αυτό υποδείχνει ότι η εμπλοκή μεγάλης κλίμακας στην απομονωτική αλυσίδα ήταν απίθανη. Ωστόσο, λόγω των υψηλών τιμών αᵢ για CO και συνολικούς υδρογονάνθρακες, υπήρχε ύποπτη ξαφνική βλάβη απόδοσης με τοπική βλάβη στην απομονωτική αλυσίδα.

3 Εσωτερική Έλεγχος και Ενέργειες Επισκευής
Για να καθοριστεί περαιτέρω η βασική αιτία, ο μετασχηματιστής αποτελέσθηκε και ελέγχθηκε. Αφαιρέθηκαν οι δύο σωλήνες 35 kV και ο ανεβασμός της φάσης B για έλεγχο, αποδεικνύοντας ότι η ζώνη ισότητας εδάφους στο πιέσιμο πίνακα της στροφής είχε καυτεραστεί. Κατά την απόσυρση του κατασκευής, ανακαλύφθηκε ότι η απομονωτική υποστήριξη του πίνακα πίεσης της πάνω στοιχείας είχε βλαφθεί λόγω μακροχρόνιας μηχανικής έντασης, οδηγώντας σε διπλή εδάφωση. Αυτό δημιούργησε μια κυκλοφοριακή ροή, οδηγώντας σε αρκούδα που καυτέρισε τη ζώνη εδάφους. Το μεγάλο όγκος και η υψηλή ταχύτητα παραγωγής αερίων δημιούργησαν σημαντική εσωτερική πίεση, προκαλώντας ρωγμές και σοβαρή διαρροή λαδιού στις δύο σωλήνες 35 kV κοντά σημείου απόδοσης. Τα αποτελέσματα του ελέγχου ήταν εντελώς συνεπή με τις συμπεράσεις που ανακατασκευάστηκαν από την ανάλυση χρωματογραφίας.

Ενέργειες Επισκευής:
• Αντικατάσταση των βλαμμένων απομονωτικών συστατικών;
• Εκτέλεση αποαερισμού και φιλτραρισμού του απομονωτικού λαδιού;
• Επιστροφή του μετασχηματιστή σε κανονική λειτουργία μετά από επιτυχή δοκιμασία αποδοχής;
• Ενίσχυση της λειτουργικής παρακολούθησης, και επαναφορά της κανονικής διαχείρισης μόνο μετά από επιβεβαίωση ότι δεν υπάρχουν περαιτέρω ζητήματα μέσω συνεχούς παρακολούθησης και ανάλυσης.

4 Συμπέρασμα
(1) Αυτή η μελέτη εφάρμοσε επιτυχώς την ανάλυση χρωματογραφίας για τη διάγνωση μιας εσωτερικής βλάβης αρκούδας στη φάση B του πρωτεύοντος μετασχηματιστή 1 στο Υποσταθμό Hexin, παρέχοντας πολύτιμη εμπειρία για τη λειτουργία και τη διάγνωση βλαβών μεγάλων μετασχηματιστών.

(2) Όταν το ρελέ αερίων του μετασχηματιστή λειτουργεί, πρέπει να συλλεχθούν δείγματα λαδιού και αερίων για ανάλυση χρωματογραφίας. Συνδυάζοντας τα αποτελέσματα της χρωματογραφίας, τα ιστορικά δεδομένα, τη μέθοδο του κριτηρίου ισορροπίας και τις δοκιμές απομόνωσης, είναι δυνατό να καθοριστεί εάν η βλάβη είναι εσωτερική ή σχετική με συνδρομικά συστατικά, και να προσδιοριστεί η φύση, η τοποθεσία ή το συγκεκριμένο συστατικό. Αυτό επιτρέπει την εγκαίρως συντήρηση και εξασφάλιση της ασφάλειας του εξοπλισμού.

(3) Η ανάλυση χρωματογραφίας του απομονωτικού λαδιού είναι μία από τις πιο αποτελεσματικές μέτρεσεις για την παρακολούθηση της ασφαλούς λειτουργίας του εξοπλισμού πληρωμένου με λάδι. Η τακτική DGA επιτρέπει την πρόωρη ανίχνευση και τη συνεχή παρακολούθηση των εσωτερικών βλαβών και της βαρύτητάς τους. Για να εξασφαλιστεί η ασφαλής λειτουργία των μεγάλων μετασχηματιστών και να διατηρηθεί η ενημέρωση για την κατάσταση υγείας, η χρωματογραφία πρέπει να εκτελείται σύμφωνα με τα πρότυπα της βιομηχανίας ηλεκτρισμού, και η συχνότητα των δοκιμών πρέπει να αυξηθεί όταν είναι απαραίτητο.