A gázkromatográfia 500+ kV transzformátorhibák detektálása és diagnosztizálása [Esettanulmány]

0 Bevezetés
Az izoláló olajban oldódó gázok elemzése (DGA) alapvető teszt nagy, olajból teli huzalátváltók esetén. A gázkrómatográfia segítségével időben fel lehet észlelni az olajtöltött villamos berendezések belső izoláló olajának öregedését vagy változásait, korai szinten azonosíthatók a túlmelegedés vagy elektromos kilövési hibák, és pontosan meg lehet állapítani a hiba súlyosságát, típusát és fejlődési tendenciáját. A gázkrómatográfia elengedhetetlen módszerévé vált a berendezések biztonságos és stabil működésének figyelése és biztosítása, és bekerült a vonatkozó nemzetközi és hazai szabványokba [1,2].

1 Esettanulmány
A Hexin átalakítóállomány 1. főhuzalátváltója A0A/UTH-26700 típusú, 525/√3 / 230/√3 / 35 kV feszültség konfigurációval. 1988. májusban készült, 1992. június 30-án került használatba. 2006. szeptember 20-án a számítógépes monitorozó rendszer jelezte, hogy "a 1. főhuzalátváltón a könnyű gázrelé működik." A műveleti személyzet ellenőrzése során felfedezték, hogy a B fázis 35 kV oldalán lévő kezdő és végfogókban repedések és súlyos olajszivárgás volt jelen, valamint a gázrelében is gáz található, amely miatt azonnal leállítást kérték. Ez a bekövetkezés előtt a rutin elektrikus vizsgálatok és az izoláló olajmonitorozási vizsgálatok nem mutattak semmilyen anomáliát.

2 Gázkrómatográfiai elemzés és hibaállapot-felismerés
A leállítás után azonnal olaj- és gázmintákat gyűjtöttek krómatográfiai vizsgálatra. Az eredmények a 1. és 2. táblázatban láthatók. Az eredmények szerint mind a transzformátor olajában, mind a gázrelében anomális koncentrációjú oldódó gázok voltak jelen. A krómatográfiai adatok és az egyensúlyi kritérium-módszer alapján teljes elemzést végeztek, hogy kiértékeljék az olaj- és gázmintákban lévő gázkoncentrációkat.

Táblázat 1 A Hexin átalakítóállomány 1. főhuzalátváltójának B fázisának izoláló olajának krómatográfiai feljegyzése (μL/L)

Táblázat 2 A Hexin átalakítóállomány 1. főhuzalátváltójának B fázisának gázreléjének krómatográfiai feljegyzése (μL/L)

A Használatban lévő transzformátorolaj minőségi szabványai szerint figyelemre méltó, ha bármelyik a következő oldódó gázok koncentrációja 500 kV transzformátorok olajában meghaladja a meghatározott értékeket: összes hidrokarbon: 150 μL/L; H₂: 150 μL/L; C₂H₂: 1 μL/L. Az acetylen (C₂H₂) detektálása a transzformátor olajában 12.13 μL/L koncentrációval, ami több mint 12-szerese a figyelmeztetési küszöbnél. A komponensek túlhaladásának elemzési módszerének [3] alapján előzetesen megállapították, hogy belső hiba létezik a transzformátorban.

A jellegzetes gázok alapján további elemzés során magasenergetikus kilövési hiba alakult ki, mivel a φ(C₂H₂) a kulcsfontosságú indikátor, amely megkülönbözteti a túlmelegedést az elektromos kilövési hibától. Az IEC háromarányos módszer alkalmazásával a kiszámított arányok a következők voltak:
• φ(C₂H₂)/φ(C₂H₄) = 1.2,
• φ(CH₄)/φ(H₂) = 0.56,
• φ(C₂H₄)/φ(C₂H₆) = 6.6,
amelyek eredményeinek kódja 102. Ez előzetesen arra vezetett, hogy a transzformátoron belül magasenergetikus kilövés (azaz ívölés) történt.

Az egyensúlyi kritérium-módszer [4] alkalmazásával és a gázrelében lévő gázkompozíció alapján a gázok különböző oldódóságai alapján a teoretikus olajkoncentrációkat számolták. A teoretikus és a mérési olajkoncentrációk arányát, az αᵢ-t derítették fel (lásd Táblázat 2). A mezői tapasztalatok alapján normál körülmények között a legtöbb komponens αᵢ értéke 0,5–2 tartományban van. Azonban a hirtelen bekövetkező hibák esetén a jellegzetes gázok αᵢ értéke jelentősen nagyobb, mint 2. Ebben az esetben a gázrelében lévő minden gázkomponens αᵢ értéke jelentősen nagyobb volt, mint 2, ami hirtelen bekövetkező belső hibát jelezett.

Az elektromos vizsgálatok eredményei szerint a terhelésnél változtatható kapcsolók kapcsolási ellenállásai, a tekercsek DC ellenállásai és a maximális fáziskülönbségek mind elfogadható határok között voltak. A tekercsek közötti és a földhez viszonyított szivárgási áramok, valamint ezek történelmi összehasonlítása sem mutatott anomáliát. A dielektrikus veszteség és a izolációs ellenállás paraméterei is normálisak voltak. Ezek az eredmények kizárták, hogy általános párnamentesedés, jelentős izolációs romlás vagy széles körben terjedő izolációs defektek lennének jelen, igazolták, hogy a fő izolációs rendszer sérülésmentes.

A fenti eredmények alapján teljes elemzés alapján arra a következtetésre jutottak, hogy a transzformátoron belül hirtelen bekövetkező ívölési hiba alakult ki. Az olajban lévő CO és CO₂ koncentrációi jelentős növekedést nem mutattak, és bár a teljes hidrokarbon szintek növekedtek, még nem haladták meg a határokat. Ez azt sugallta, hogy nagy léptékű szilárd izolációs részvétele valószínűtlen. Ugyanakkor a CO és a teljes hidrokarbonok magas αᵢ értékei arra utaltak, hogy a hiba hirtelen bekövetkező kilövési hiba volt, amely helyi sérülést okozott a szilárd izoláción.

3 Belső ellenőrzés és javító intézkedések
A gyökér oka további meghatározásához a transzformátort üresítették és ellenőrizték. A B fázison lévő két 35 kV fogót és emelőt eltávolították vizsgálatra, amelyek során felfedezték, hogy a tekercs végnyomólapján lévő feszültség-kiegyenlítő talajzó átoltva lett. A tartály fedőjének felavatása után kiderült, hogy a felső gerinc nyomólapján lévő izoláló támogató komponens hosszú távú mechanikai stressz hatására sérült, ami két pontbeli talajzóhoz vezetett. Ez cirkuláló áramot hozott létre, ami ívölést okozott, és átoltotta a talajzót. A nagy mennyiségű és gyors gáztermelés jelentős belső nyomást okozott, ami repedéseket és súlyos olajszivárgást eredményezett a két 35 kV fogóban a kilövési pont közelében. Az ellenőrzési eredmények teljesen összhangban voltak a krómatográfiai elemzésből levont következtetésekkel.

Javító intézkedések:
• A sérült izoláló támogató komponensek cseréje;
• Az izoláló olaj degázolása és szűrése;
• A transzformátor normál működésének visszaállítása sikeres elfogadóvizsgálat után;
• A működési monitorozás megerősítése, és a rendszeres kezelés folytatása csak akkor, ha a folyamatos követés és elemzés alapján nincs további probléma.

4 Következtetés
(1) Ez a tanulmány sikeresen alkalmazta a gázkrómatográfiai módszert a Hexin átalakítóállomány 1. főhuzalátváltójának B fázisának belső ívölési hibájának diagnosztizálására, és értékes tapasztalatokat nyújtott a nagy huzalátváltók működésének és hibaállapot-felismerésének számára.

(2) Amikor a transzformátor gázreléje működik, olaj- és gázmintákat kell gyűjteni krómatográfiai elemzésre. A krómatográfiai eredmények, a történelmi adatok, az egyensúlyi kritérium-módszer és az izolációs vizsgálatok kombinálásával lehet megállapítani, hogy a hiba belső-e vagy segédalkatrészekkel kapcsolatos, és azonosítható a hiba természete, helye vagy a konkrét érintett komponens. Ez lehetővé teszi a időbeni karbantartást és a berendezések biztonságát.

(3) Az izoláló olaj krómatográfiai elemzése az olajból teli villamos berendezések biztonságos működésének figyelésének leghatékonyabb intézkedései közé tartozik. A rendszeres DGA lehetővé teszi a belső hibák és súlyosságuk korai felismerését és folyamatos figyelését. A nagy huzalátváltók biztonságos működésének biztosítása és egészségi állapotuk figyelemmel kísérésének fenntartása érdekében a gázkrómatográfia alkalmazása a villamos ipar szabványai szerint történjen, és szükség esetén növeljék a vizsgálatok gyakoriságát.