Kako hromatografija plinova otkriva i dijagnozira greške na transformatorima od 500+ kV [Studija slučaja]

0 Uvod
Analiza rastvorenih gasova (DGA) u izolacionom ulju je ključan test za velike mase ulja u transformatorima. Korišćenjem gasne kromatografije moguće je na vreme detektovati starenje ili promene unutrašnjeg izolacionog ulja u električnom opremi ispunjenoj uljem, identifikovati potencijalne greške poput pregrejanja ili električnih razboja na ranih etapama i precizno proceniti težinu, tip i trend razvoja greške. Gasna kromatografija postala je neophodna metoda za praćenje i osiguranje bezbednog i stabilnog rada 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, sa konfiguracijom napona od 525/√3 / 230/√3 / 35 kV. Izrađen je u maju 1988. godine i uveden u eksploataciju 30. juna 1992. godine. 20. septembra 2006. godine, kompjuterski sistem nadzora pokazao je "rad svetlosnog reléa plinove štite na glavnom transformatoru broj 1." Nastavna inspekcija od strane operativnog osoblja otkrila je pukotine i ozbiljnu curenje ulja na oba boka faze B na strani od 35 kV, kao i prisustvo plina u plinskom reléu, što je dovelo do odmah traženja isključivanja. Pre ovog incidenta, redovni električni testovi i testovi nadzora izolacionog ulja nisu pokazali nikakve anomalije.

2 Analiza gasne kromatografije i dijagnoza grešaka
Uzorci ulja i plina su odmah nakon isključivanja prikupljeni za kromatografsko testiranje. Rezultati testiranja prikazani su u tabelama 1 i 2. Rezultati su pokazali anormalne koncentracije rastvorenih gasova kako u transformatorskom ulju tako i u plinskom reléu. Sprovedena je kompleksna analiza koristeći kromatografske podatke i metod kriterijuma ravnoteže kako bi se procenile koncentracije plina u uzorcima ulja i plina.

Tabela 1 Kromatografski zapis izolacionog ulja faze B glavnog transformatora broj 1 u podstanici Hexin (μL/L)

Tabela 2 Kromatografski zapis plina iz plinske štite faze B glavnog transformatora broj 1 u podstanici Hexin (μL/L)

Prema Standardima kvaliteta transformatorskog ulja u upotrebi, treba obratiti pažnju kada bilo koja od sledećih koncentracija rastvorenih gasova u ulju 500 kV transformatora premaši određene vrednosti: ukupni ugljovodonici: 150 μL/L; H₂: 150 μL/L; C₂H₂: 1 μL/L. Acetilen (C₂H₂) je detektovan u transformatorskom ulju sa koncentracijom φ(C₂H₂) od 12.13 μL/L, premašujući prag pažnje više od 12 puta. Na osnovu metode analize prekoračenja komponenti [3], pretpostavljeno je da postoji unutrašnja greška u transformatoru.

Dalja analiza bazirana na karakterističnim plinovima pokazala je visokouprsnostni razboj, jer je φ(C₂H₂) ključni indikator koji razlikuje pregrejanje od električnog razboja. Koristeći IEC tri omjera metodu, izračunati su omjeri:
• φ(C₂H₂)/φ(C₂H₄) = 1.2,
• φ(CH₄)/φ(H₂) = 0.56,
• φ(C₂H₄)/φ(C₂H₆) = 6.6,
što je rezultovalo kodom 102. Ovo je dovelo do pretpostavke da se unutar transformatora dogodio visokouprsnostni razboj (tj. luk).

Korišćenjem metode ravnotežnog kriterijuma [4] i sastava plina u plinskoj štiti, izračunate su teoretske koncentracije u ulju na osnovu različitih rastvorljivosti plina u ulju. Izveden je odnos αᵢ teoretskih i izmerenih koncentracija u ulju (vidi Tabelu 2). Na osnovu poljskog iskustva, pod normalnim uslovima, vrednosti αᵢ za većinu komponenti se nalaze u opsegu od 0.5–2. Međutim, tokom naglog pojave grešaka, karakteristični plinovi obično pokazuju vrednosti αᵢ znatno veće od 2. U ovom slučaju, sve komponente plina u plinskoj štiti pokazale su vrednosti αᵢ mnogo veće od 2, što ukazuje na naglu unutrašnju grešku.

Rezultati električnih testova pokazali su da su otpornosti kontaktâ tap changer-a, otpornosti vinčeva DC struje i maksimalne fazne razlike bile unutar dopuštenih granica. Strujanje između vinčeva i prema zemlji, kao i njihovo historijsko poređenje, nisu pokazala nikakve anomalije. Parametri dielektrične gubitka i izolacijske otpornosti takođe su bili normalni. Ovi rezultati su isključili opšti unos vlage, značajno degradiranje izolacije ili široko rasprostranjene defekte izolacije, potvrđujući da je glavni sistem izolacije bio integran.

Na osnovu kompleksne analize gore navedenih rezultata, zaključeno je da se unutar transformatora dogodila nagla greška luka. Koncentracije CO i CO₂ u ulju nisu pokazale značajne porasle, iako su ukupni nivoi ugljovodonika rastli, ali još nisu premašili granice. To je sugerisalo da je veliki obuhvat čvrstih izolacija vrlo neverovatan. Međutim, zbog visokih vrednosti αᵢ za CO i ukupne ugljovodonike, bila je sumnja o naglom razboju koji je uključivao lokalnu oštećenje čvrste izolacije.

3 Unutrašnja inspekcija i remedijalne akcije
Za dalje utvrđivanje uzroka, transformator je ispražnjen i pregledan. Dve 35 kV bušne i riser na fazi B su uklonjene za ispitivanje, otkrivši da je ravnomerna površina zemljišta na kraju bobine bila spaljena. Nakon podizanja poklopca rezervoara, otkriveno je da je izolaciona podrška gornje vinčevske površine bila oštećena zbog dugotrajnog mehaničkog stresa, što je dovelo do dvotačkog zemljišta. To je stvorilo cirkulisanje struje, dovodeći do luka koji je spalio zemljište. Veliki obim i brzi stepen generisanja plina stvorili su značajan unutrašnji pritisak, dovodeći do pukotina i ozbiljnog curenja ulja u dve 35 kV bušne blizu tačke razboja. Rezultati inspekcije su potpuno bili u skladu sa zaključcima izvedenim iz kromatografske analize.

Remedijalne mere:
• Zamena oštećenih izolacionih podrški;
• Degazacija i filtracija izolacionog ulja;
• Vraćanje transformatora u normalnu operaciju nakon uspešnog prihvatanja testiranja;
• Pojačanje operativnog nadzora, i nastavak redovnog upravljanja tek nakon potvrđivanja da ne postoje dalje probleme kroz kontinuirano praćenje i analizu.

4 Zaključak
(1) Ova studija je uspešno primenila gasnu kromatografiju za dijagnozu unutrašnje greške luka u fazi B glavnog transformatora broj 1 u podstanici Hexin, pružajući dragoceno iskustvo za operaciju i dijagnozu grešaka velikih transformatora snage.

(2) Kada plinska štita transformatora radi, uzorci ulja i plina treba da budu prikupljeni za kromatografsku analizu. Kombinovanjem kromatografskih rezultata, istorijskih podataka, metode ravnotežnog kriterijuma i testova izolacije, može se utvrditi da li je greška unutrašnja ili povezana sa pomoćnim komponentama, i identifikovati prirodu, lokaciju ili specifičnu komponentu uključenu. To omogućava na vreme održavanje i osigurava bezbednost opreme.

(3) Kromatografska analiza izolacionog ulja je jedna od najefikasnijih mera za praćenje bezbednog rada električne opreme ispunjene uljem. Redovni DGA omogućava ranu detekciju i kontinuirano praćenje unutrašnjih grešaka i njihove težine. Da bi se osigurala bezbedna operacija velikih transformatora i održana svest o njihovom stanju zdravlja, gasna kromatografija treba da se sprovodi u skladu sa standardima elektroenergetske industrije, a frekvencija testiranja treba da se poveća kada je to potrebno.