Kuinka kaasupuhdistus havaitsee ja diagnostoi 500+ kV-muuntajan vikoja [Tapauksen tutkimus]

0 Johdanto
Erityydyneiden kaasujen analyysi (DGA) eristysöljessä on tärkeä testi suurille öljyimurtuille sähkömuuntajille. Kaasuromatian avulla on mahdollista havaita eristysöljyn ikääntyminen tai muutokset öljyllä täytettyjen sähkölaitteiden sisäpuolella, tunnistaa potentiaaliset vikat, kuten ylikuumeneminen tai sähköiset levottomuudet varhaisessa vaiheessa, ja arvioida tarkasti vian vakavuus, tyyppi ja kehityssuunta. Kaasuromatia on tullut olennaiseksi menetelmäksi laitteen valvonnassa ja turvallisen ja vakauden ylläpitämisessä, ja se on otettu mukaan asiaankuuluviin kansainvalaisiin ja kotimaisiin standardeihin [1,2].

1 Tapauskuvailu
Hexin alijärjestämön numero 1 päämuuntaja on mallia A0A/UTH-26700, jolla on jännitekonfiguraatio 525/√3 / 230/√3 / 35 kV. Se valmistettiin toukokuussa 1988 ja käyttöön otettiin 30. kesäkuuta 1992. 20. syyskuuta 2006 tietokonevalvonta antoi merkinnän "numero 1 päämuuntajan kevyt kaasunvaihtovalvoja toimii". Toimintahenkilöstön tarkastus paljasti B-faasin 35 kV -puolen molempien liittymäputkien alussa ja lopussa olevat rakoisuudet ja vakavan öljyn vuodon, sekä kaasunvaihtovalvojan sisällä olevan kaasun, mikä johti välittömään pyyntöön laitteen pysäyttämiseksi. Ennen tapahtumaa säännölliset sähköiset testit ja eristysöljyn valvontatestit eivät osoittaneet poikkeamaa.

2 Kaasuromatian analyysi ja vianmääritys
Öljy- ja kaasunäytteitä kerättiin välittömästi sammutuksen jälkeen kromatografiatesteihin. Testitulokset näkyvät taulukoissa 1 ja 2. Tulokset viittasivat epänormaaleihin erityttyneiden kaasujen pitoisuuksiin sekä muuntajan öljyssä että kaasunvaihtovalvojassa. Kattoman analyysin tehtiin käyttäen kromatografisia dataa ja tasapainoperiaatetta arvioimaan öljy- ja kaasunäytteiden kaasupitoisuuksia.

Taulukko 1 Hexin alijärjestämön numero 1 päämuuntajan B-faasin eristysöljyn kromatografiraportti (μL/L)

Taulukko 2 Hexin-laitoksen nro 1 päätransformatorin vaihe B:n kaasupuskurin kaasun kromatografia-ennätys (μL/L)

Koska Transformerin öljyn laatuun liittyvät standardit määrittelevät, että huomiota on kiinnitettävä, kun seuraavien liuotujen kaasupitoisuuksien arvot 500 kV -transformatorin öljyssä ylittävät määritellyt rajat: kokonaishydrokarbit: 150 μL/L; H₂: 150 μL/L; C₂H₂: 1 μL/L. Öljyssä havaittiin eteeniini (C₂H₂) pitoisuudella φ(C₂H₂) 12.13 μL/L, joka ylitti huomion kiintopisteen noin 12 kertaa. Komponenttien ylitysanalyysimenetelmän [3] perusteella tehtiin alustava päätelmä, että transformatorissa oli sisäinen vika.

Lisäanalyysi ominaiskaasujen perusteella osoitti korkean energian purkauksen, koska φ(C₂H₂) on keskeinen indikaattori, jolla erottaa ylikuumenemisen sähköpurkauksesta. IEC:n kolme suhteen menetelmällä lasketut suhteet olivat:
• φ(C₂H₂)/φ(C₂H₄) = 1.2,
• φ(CH₄)/φ(H₂) = 0.56,
• φ(C₂H₄)/φ(C₂H₆) = 6.6,
mikä johti koodiin 102. Tämä johti alustavaan päätökseen, että transformatorissa oli tapahtunut korkean energian purkaus (eli kaari).

Tasapainokriteerimenetelmän [4] ja kaasukytkentässä olevan kaasun koostumuksen avulla laskettiin teoreettiset öljypitoisuudet eri kaasujen öljyyn liittyvien liuotuvuuserojen perusteella. Laskettiin teoreettisten ja mitattujen öljypitoisuuksien suhde αᵢ (katso taulukko 2). Kenttäkokemuksen mukaan normaaleissa olosuhteissa useimpien komponenttien αᵢ-arvot ovat välillä 0.5–2. Kuitenkin yhtäkkiä ilmenneissä viroissa ominaiskaasut näyttävät yleensä αᵢ-arvoja, jotka ovat merkittävästi suurempia kuin 2. Tässä tapauksessa kaikki kaasukytkennän komponentit osoittivat αᵢ-arvoja, jotka olivat paljon suurempia kuin 2, mikä viittasi yhtäkkiä ilmeneeseen sisäiseen vikaan.

Sähköiset testit osoittivat, että ladannollisen kytkentävaihdoksen kontaktiresistanssit, kiertovirtaresistanssit ja maksimivaihe-erot olivat hyväksyttävissä rajoissa. Vaihde- ja maarauskuista virta sekä niiden historiallinen vertailu eivät osoittaneet poikkeamia. Dielektrinen hukka ja sähköeristysparametrit olivat myös normaaleja. Nämä tulokset sulkevat pois yleisen kosteuden, suuren eristymäongelman tai laajamittaisten eristysvirheiden mahdollisuuden, vahvistaen, että pääeristysjärjestelmä oli kunnossa.

Yllä mainittujen tulosten perusteellisen analyysin perusteella pääteltiin, että transformatorissa oli tapahtunut yhtäkkiä ilmennyttä kaarivirhaa. Öljyn CO- ja CO₂-pitoisuudet eivät osoittaneet merkittäviä nousuja, ja vaikka kokonaishydrokarbipitoisuudet nousivat, ne eivät ylittäneet rajia. Tämä viittasi siihen, että laajamittainen kiinteän eristymäkomponentin osallistuminen oli epätodennäköistä. Kuitenkin CO:n ja kokonaishydrokarbien korkeiden αᵢ-arvojen vuoksi oli epäilystä, että yhtäkkiä ilmenneessä purkauksessa oli osallistunut paikallinen kiinteän eristymäkomponentin vaurio.

3 Sisäinen tarkastus ja korjaustoimet
Syvemmän syytutkimuksen toteuttamiseksi transformaattori tyhjennettiin ja tarkastettiin. Poistettiin kaksi 35 kV -putkiasetta ja nostin vaihde B:stä tarkastusta varten, jolloin havaittiin, että kierrosnäytteen päätelevyn tasapainoitu pohjapiiri oli poltettu läpi. Tankin kansi nostettua havaittiin, että ylemmän kierrossa levyn tukemassa eristyksessä oli pitkäaikaisen mekaanisen stressin aiheuttama vaurio, mikä johti kaksipistekaiseen maarengasoon. Tämä loi kiertovirtaa, joka poltti läpi maarengas. Suuri kaasumäärä ja sen nopea muodostuminen aiheuttivat merkittävää sisäistä painetta, mikä johti reikiin ja vakavaan öljyn vuotoon kahdelle 35 kV -putkiasetteille purkauksen lähellä. Tarkastustulokset olivat täysin yhtenevät kromatografian analyysin päätelmien kanssa.

Korjaustoimet:
• Korvattiin vaurioituneet eristystukiosat;
• Suoritettiin öljyn degassoitus ja suodatus;
• Palautettiin transformaattori normaalille toiminnalle hyväksymistestauksen jälkeen;
• Parannettiin toiminnallista valvontaa, ja palautettiin säännöllinen hallinto vasta silloin, kun jatkuvan seurannan ja analyysin perusteella varmistettiin, että ei ilmennyt lisää ongelmia.

4 Johtopäätös
(1) Tämä tutkimus sovelsi onnistuneesti kaasukromatografiaa sisäisen kaarivirhan diagnostikoimiseksi vaihde B:ssä Hexin alijänniteaseman numero 1 päätransformaattorissa, tarjoten arvokasta kokemusta suurten sähköverkon transformaattorien toiminnalle ja virhediagnostiikalle.

(2) Kun transformaattorin kaasuvahti toimii, pitäisi ottaa öljy- ja kaasunäytteitä kromatografiseen analyysiin. Yhdistämällä kromatografiset tulokset, historialliset tiedot, tasapainokriteerimenetelmän ja eristystestien tulokset, voidaan määrittää, onko vika sisäinen tai liittyykö apulaitteisiin, sekä tunnistaa vian luonne, sijainti tai tietty komponentti. Tämä mahdollistaa ajoitettujen huollon ja varmistaa laitteen turvallisuuden.

(3) Öljyn kromatografian analyysi on yksi tehokkaimmista toimenpiteistä öljyllä täytettyjen sähkölaitteiden turvallisen toiminnan valvonnassa. Säännöllinen DGA mahdollistaa sisäisten vikoiden ja niiden vakavuuden varhaisen havaitsemisen ja jatkuvan seurannan. Suurten transformaattorien turvallisen toiminnan varmistamiseksi ja niiden terveydentilan tietoisuuden ylläpitämiseksi kromatografia tulisi suorittaa sähköalan standardeihin mukaisesti, ja tarvittaessa lisätä testausfrekvenssiä.