Kako plinska kromatografija otkriva i dijagnosticira greške transformatora od 500+ kV [Studija slučaja]

0 Uvod
Analiza rastvorenih plinova (DGA) u izolacijskom ulju je ključni test za velike transformatore potopljenih u ulje. Korištenjem plinske kromatografije moguće je na vrijeme otkriti starenje ili promjene unutarnjeg izolacijskog ulja u električnom opremi napunjenoj uljem, prepoznati potencijalne kvarove poput pregrejanja ili električnih razboja na ranoj fazi i točno procijeniti težinu, vrstu i trend razvoja kvara. Plinska kromatografija postala je neophodna metoda za nadzor i osiguranje sigurne i stabilne operacije opreme, a uključena je u relevantne međunarodne i domaće standarde [1,2].

1 Studija slučaja
Glavni transformator broj 1 u podstanici Hexin je model A0A/UTH-26700 s konfiguracijom napona od 525/√3 / 230/√3 / 35 kV. Izrađen je u svibnju 1988. godine i upotrijebljen 30. lipnja 1992. godine. 20. rujna 2006. godine, računalni sustav nadzora pokazao je "rad svjetla gasnog reléa na glavnom transformatoru broj 1." Nastavna provjera operativnog osoblja otkrila je pukotine i ozbiljnu curenje ulja na oba bocana faze B na strani 35 kV, uz prisutnost plina u gasnom reléu, što je dovelo do odmahnutog zahtjeva za isključivanje. Prije tog incidenta, redoviti električni testovi i testovi nadzora izolacijskog ulja nisu pokazali nikakve nepravilnosti.

2 Analiza plinske kromatografije i dijagnoza kvara
Uzorci ulja i plina prikupljeni su odmah nakon isključivanja za kromatografsko testiranje. Rezultati su prikazani u tablicama 1 i 2. Rezultati su pokazali nepravilne koncentracije rastvorenih plinova kako u transformatorskom ulju tako i u gasnom reléu. Sprovedena je kompleksna analiza koristeći kromatografske podatke i metodu kriterija ravnoteže za procjenu koncentracija plina u uzorcima ulja i plina.

Tablica 1 Kromatografski zapis izolacijskog ulja faze B glavnog transformatora broj 1 u podstanci Hexin (μL/L)

Tablica 2 Kromatografski zapis plina iz gasnog reléa faze B glavnog transformatora broj 1 u podstanci Hexin (μL/L)

Prema Standardima kvalitete transformatorskog ulja u upotrebi, treba obratiti pozornost kada bilo koja od sljedećih koncentracija rastvorenih plinova u ulju 500 kV transformatora premaši zadane vrijednosti: ukupni ugljikovodiči: 150 μL/L; H₂: 150 μL/L; C₂H₂: 1 μL/L. Acetilen (C₂H₂) otkriven je u transformatorskom ulju s koncentracijom φ(C₂H₂) od 12.13 μL/L, što je premašilo prag pažnje više od 12 puta. Na temelju metode analize prekoračenja komponenti [3], predviđeno je da postoji unutarnji kvar u transformatoru.

Daljnja analiza na temelju karakterističnih plinova pokazala je visokoenergetski razboj, jer je φ(C₂H₂) ključni indikator razlike između pregrejanja i električnog razboja. Koristeći IEC tri omjera, izračunani omjeri bili su:
• φ(C₂H₂)/φ(C₂H₄) = 1.2,
• φ(CH₄)/φ(H₂) = 0.56,
• φ(C₂H₄)/φ(C₂H₆) = 6.6,
što je dovelo do kod 102. To je dovelo do predviđenja da se unutar transformatora dogodio visokoenergetski razboj (tj. luk).

Koristeći metodu kriterija ravnoteže [4] i sastav plina u gasnom reléu, izračunate su teoretske koncentracije u ulju temeljene na različitim rastvorljivostima plinova u ulju. Određen je omjer αᵢ teoretskih i izmjerene koncentracije u ulju (vidi tablicu 2). Na temelju iskustva na terenu, pod normalnim uvjetima, vrijednosti αᵢ za većinu komponenti padaju u rasponu 0.5–2. Međutim, tijekom naglog kvara, karakteristični plinovi obično pokazuju vrijednosti αᵢ znatno veće od 2. U ovom slučaju, sve komponente plina u gasnom reléu pokazale su vrijednosti αᵢ znatno veće od 2, što je ukazivalo na nagli unutarnji kvar.

Rezultati električnih testova pokazali su da su otpornosti kontakata automatskog preklapača, OTP otpornosti zavojnice i maksimalne fazne razlike bile unutar dopuštenih granica. Strujanje između zavojnica i prema zemlji, kao i njihovo usporedbeno povijesno stanje, nisu pokazali nikakve nepravilnosti. Parametri dielektrične gubitke i izolacijske otpornosti također su bili normalni. Ovi rezultati su isključili općenito vlagačenje, značajno starenje izolacije ili široko rasprostranjene defekte izolacije, potvrđujući da je glavni sustav izolacije bio integran.

Na temelju kompleksne analize gore navedenih rezultata, zaključeno je da se unutar transformatora dogodio nagli lukački kvar. Koncentracije CO i CO₂ u ulju nisu pokazale značajne porasle, iako su ukupni nivoi ugljikovodiča porasli, ali još nisu premašili granice. To je sugeriralo da je velika skala uključivanja čvrste izolacije bila nevjerojatna. Međutim, zbog visokih vrijednosti αᵢ za CO i ukupne ugljikovodične komponente, sumnjalo se na nagli razboj koji je uključivao lokalizirani oštećenje čvrste izolacije.

3 Unutarnja inspekcija i remedijalne mjere
Za daljnju određivanje temeljnog uzroka, transformator je ispraznjen i pregledan. Uklonjeni su dva 35 kV bocana i riser faze B za pregled, otkriveno je da je vodilna traka za jednakost napona na kraju zavojnice bila prožgana. Nakon podizanja poklopca rezervoara, otkriveno je da je izolacijska podloga gornje jarene zavojnice bila oštećena zbog dugotrajnog mehaničkog stresa, što je dovelo do dvotačkog zemljenja. To je stvorilo cirkulacijski struj, što je dovelo do luke koja je prožgala vodilnu traku. Velika količina i brzina generiranja plina stvorila su značajni unutarnji tlak, što je dovelo do pukotina i ozbiljnog curenja ulja u dva 35 kV bocana blizu točke razboja. Pregledni nalazi bili su u potpunosti u skladu s zaključcima izvedenim iz kromatografske analize.

Remedijalne mjere:
• Zamijeniti oštećene izolacijske podloge;
• Obaviti degaziranje i filtriranje izolacijskog ulja;
• Vratiti transformator u normalnu operaciju nakon uspješnog prihvatnog testiranja;
• Jačati operativni nadzor i nastaviti redovito upravljanje tek nakon potvrde da nema daljnjih problema putem kontinuiranog praćenja i analize.

4 Zaključak
(1) Ova studija uspješno je primijenila plinsku kromatografiju za dijagnozu unutarnjeg lukačkog kvara faze B glavnog transformatora broj 1 u podstanci Hexin, pružajući dragocjeno iskustvo za operaciju i dijagnozu kvarova velikih transformatora.

(2) Kada gasni relé transformatora radi, trebaju se prikupiti uzorci ulja i plina za kromatografsku analizu. Spajanjem kromatografskih rezultata, povijesnih podataka, metode kriterija ravnoteže i testova izolacije, moguće je odrediti je li kvar unutarnji ili povezan s pomoćnom opremom, te identificirati prirodu, lokaciju ili specifičnu komponentu uključenu. To omogućuje pravočasno održavanje i osigurava sigurnost opreme.

(3) Kromatografska analiza izolacijskog ulja jedna je od najefikasnijih mera za nadzor sigurne operacije opreme napunjene uljem. Redovita DGA omogućuje rano otkrivanje i kontinuirani nadzor unutarnjih kvarova i njihove težine. Da bi se osigurala sigurna operacija velikih transformatora i održao pristup njihovom stanju zdravlja, plinska kromatografija treba se obavljati u skladu sa standardima elektroenergetske industrije, a frekvencija testiranja treba se povećati kad je potrebno.