วิธีการที่โครมาโตกราฟีแก๊สตรวจจับและวินิจฉัยปัญหาของหม้อแปลงไฟฟ้า 500+ kV [กรณีศึกษา]

0 บทนำ
การวิเคราะห์ก๊าซที่ละลายในน้ำมันฉนวนเป็นการทดสอบที่สำคัญสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่แช่น้ำมัน โดยใช้โครมาโตกราฟีแก๊ส สามารถตรวจจับการเสื่อมสภาพหรือการเปลี่ยนแปลงของน้ำมันฉนวนภายในอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เติมน้ำมันได้อย่างทันท่วงที ระบุข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้น เช่น การร้อนเกินหรือการปล่อยประจุไฟฟ้าในระยะเริ่มต้น และประเมินความรุนแรง ประเภท และแนวโน้มของการเกิดข้อผิดพลาดได้อย่างถูกต้อง โครมาโตกราฟีแก๊สได้กลายเป็นวิธีการที่จำเป็นในการตรวจสอบและรับรองการทำงานอย่างปลอดภัยและมั่นคงของอุปกรณ์ และได้ถูกบรรจุเข้าไปในมาตรฐานระหว่างประเทศและภายในประเทศที่เกี่ยวข้อง [1,2]

1 กรณีศึกษา
หม้อแปลงหลักหมายเลข 1 ที่สถานีไฟฟ้า Hexin เป็นแบบ A0A/UTH-26700 ด้วยการกำหนดค่าแรงดัน 525/√3 / 230/√3 / 35 kV ผลิตในเดือนพฤษภาคม ปี 1988 และเริ่มใช้งานเมื่อวันที่ 30 มิถุนายน ปี 1992 ในวันที่ 20 กันยายน ปี 2006 ระบบการตรวจสอบด้วยคอมพิวเตอร์แสดงว่า "การดำเนินงานของรีเลย์แก๊สเบาบนหม้อแปลงหลักหมายเลข 1" การตรวจสอบโดยบุคลากรปฏิบัติงานพบว่ามีรอยแตกและการรั่วน้ำมันอย่างรุนแรงที่ทั้งปลายชุดสายและปลายชุดสายของเฟส B บนด้าน 35 kV พร้อมกับมีแก๊สในรีเลย์แก๊ส ทำให้ขอให้หยุดทำงานทันที ก่อนหน้านี้ การทดสอบไฟฟ้าตามปกติและการทดสอบการตรวจสอบน้ำมันฉนวนไม่พบความผิดปกติ

2 การวิเคราะห์โครมาโตกราฟีแก๊สและการวินิจฉัยข้อผิดพลาด
ตัวอย่างน้ำมันและแก๊สได้ถูกเก็บทันทีหลังจากการหยุดทำงานเพื่อทำการทดสอบโครมาโตกราฟี ผลการทดสอบแสดงในตาราง 1 และ 2 ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่ามีความเข้มข้นของก๊าซที่ละลายในน้ำมันหม้อแปลงและรีเลย์แก๊สผิดปกติ การวิเคราะห์อย่างครอบคลุมได้ดำเนินการโดยใช้ข้อมูลโครมาโตกราฟีและวิธีการเกณฑ์สมดุลเพื่อประเมินความเข้มข้นของก๊าซในตัวอย่างน้ำมันและแก๊ส

ตาราง 1 บันทึกโครมาโตกราฟีของน้ำมันฉนวนจากเฟส B ของหม้อแปลงหลักหมายเลข 1 ที่สถานีไฟฟ้า Hexin (μL/L)

ตาราง 2 บันทึกโครมาโตกราฟีของแก๊สจากรีเลย์แก๊สของเฟส B ของหม้อแปลงหลักหมายเลข 1 ที่สถานีไฟฟ้า Hexin (μL/L)

ตาม มาตรฐานคุณภาพน้ำมันหม้อแปลงที่ใช้งาน ควรให้ความสนใจเมื่อความเข้มข้นของก๊าซที่ละลายในน้ำมันของหม้อแปลง 500 kV เกินค่าที่กำหนดไว้: ไฮโดรคาร์บอนรวม: 150 μL/L; H₂: 150 μL/L; C₂H₂: 1 μL/L ได้ตรวจพบอะซิทีลีน (C₂H₂) ในน้ำมันหม้อแปลงด้วยความเข้มข้น φ(C₂H₂) 12.13 μL/L ซึ่งเกินค่าที่ควรระวังมากกว่า 12 เท่า จากการวิเคราะห์โดยวิธีการเกินค่าขององค์ประกอบ [3] ได้สรุปเบื้องต้นว่ามีข้อผิดพลาดภายในหม้อแปลง

การวิเคราะห์เพิ่มเติมโดยใช้ก๊าซเฉพาะเจาะจงแสดงว่าเป็นข้อผิดพลาดจากการปล่อยประจุไฟฟ้าพลังงานสูง เนื่องจาก φ(C₂H₂) เป็นตัวบ่งชี้สำคัญในการแยกแยะระหว่างการร้อนเกินและการปล่อยประจุไฟฟ้า ด้วยวิธีการคำนวณสามอัตราส่วนของ IEC ได้ผลลัพธ์ดังนี้:
• φ(C₂H₂)/φ(C₂H₄) = 1.2,
• φ(CH₄)/φ(H₂) = 0.56,
• φ(C₂H₄)/φ(C₂H₆) = 6.6,
ทำให้ได้รหัส 102 นำไปสู่การสรุปเบื้องต้นว่ามีการปล่อยประจุไฟฟ้าพลังงานสูง (เช่น อาร์ก) เกิดขึ้นภายในหม้อแปลง

โดยใช้วิธีการเกณฑ์สมดุล [4] และองค์ประกอบของแก๊สในรีเลย์แก๊ส ได้คำนวณความเข้มข้นของน้ำมันทฤษฎีจากความละลายต่าง ๆ ของแก๊สในน้ำมัน ได้คำนวณอัตราส่วน αᵢ ของความเข้มข้นทฤษฎีกับความเข้มข้นที่วัดได้ในน้ำมัน (ดูตาราง 2) ตามประสบการณ์ในสนาม ภายใต้ภาวะปกติ ค่า αᵢ ของส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วง 0.5–2 แต่ในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดกะทันหัน แก๊สเฉพาะเจาะจงมักแสดงค่า αᵢ ที่มากกว่า 2 อย่างมาก ในกรณีนี้ องค์ประกอบของแก๊สทั้งหมดในรีเลย์แก๊สแสดงค่า αᵢ ที่มากกว่า 2 อย่างมาก บ่งบอกถึงข้อผิดพลาดภายในกะทันหัน

ผลการทดสอบไฟฟ้าแสดงว่าความต้านทานของคอนแทคสวิตช์เปลี่ยนตำแหน่งโหลด ความต้านทานกระแสตรงของวงจรขดลวด และความแตกต่างเฟสสูงสุดอยู่ในขอบเขตที่ยอมรับได้ กระแสรั่วระหว่างวงจรขดลวดและต่อพื้น ตลอดจนการเปรียบเทียบประวัติไม่พบความผิดปกติ ค่าความสูญเสียดิเอเล็กทริกและความต้านทานฉนวนก็ปกติเช่นกัน ผลเหล่านี้ช่วยกำจัดความเป็นไปได้ของการเข้าสู่ความชื้นทั่วไป การเสื่อมสภาพฉนวนหลัก หรือข้อผิดพลาดฉนวนที่กระจายอย่างกว้างขวาง ยืนยันว่าระบบฉนวนหลักยังคงสมบูรณ์

จากการวิเคราะห์อย่างครอบคลุมของผลลัพธ์ข้างต้น ได้สรุปว่ามีข้อผิดพลาดจากการปล่อยประจุไฟฟ้าพลังงานสูงเกิดขึ้นภายในหม้อแปลง ความเข้มข้นของ CO และ CO₂ ในน้ำมันไม่เพิ่มขึ้นอย่างมาก และแม้ว่าระดับไฮโดรคาร์บอนรวมจะเพิ่มขึ้น แต่ยังไม่เกินค่าที่กำหนด บ่งชี้ว่าการเกี่ยวข้องของฉนวนแข็งในวงกว้างนั้นไม่น่าจะเกิดขึ้น แต่เนื่องจากค่า αᵢ ที่สูงของ CO และไฮโดรคาร์บอนรวม มีความสงสัยว่ามีข้อผิดพลาดจากการปล่อยประจุไฟฟ้ากะทันหันที่เกี่ยวข้องกับความเสียหายเฉพาะที่ของฉนวนแข็ง

3 การตรวจสอบภายในและการแก้ไข
เพื่อกำหนดสาเหตุที่แท้จริง ได้ระบายน้ำมันออกจากหม้อแปลงและทำการตรวจสอบ ได้ถอดชุดสายและท่อส่งของเฟส B ออกเพื่อตรวจสอบ พบว่าแถบดินที่ทำให้แรงดันสมดุลที่แผ่นกดขดลวดถูกเผาผ่าน เมื่อยกฝาถังขึ้น พบว่าโครงสร้างสนับสนุนฉนวนของแผ่นกดขดลวดที่ส่วนบนของท่อส่งถูกทำลายเนื่องจากแรงกลในระยะยาว ส่งผลให้มีการต่อพื้นสองจุด ทำให้เกิดกระแสวนและเกิดการปล่อยประจุไฟฟ้าที่เผาผ่านแถบดิน ปริมาณและอัตราการเกิดแก๊สที่สูงทำให้เกิดแรงดันภายในอย่างมาก ทำให้เกิดรอยแตกและการรั่วน้ำมันอย่างรุนแรงที่ชุดสาย 35 kV ทั้งสองใกล้จุดปล่อยประจุไฟฟ้า ผลการตรวจสอบสอดคล้องกับข้อสรุปจากการวิเคราะห์โครมาโตกราฟี

มาตรการแก้ไข:
• แทนที่ส่วนประกอบสนับสนุนฉนวนที่เสียหาย;
• ทำการไล่แก๊สและกรองน้ำมันฉนวน;
• คืนการทำงานของหม้อแปลงหลังจากผ่านการทดสอบการยอมรับ;
• เพิ่มการตรวจสอบการทำงาน และกลับสู่การจัดการปกติหลังจากยืนยันว่าไม่มีปัญหาใด ๆ ผ่านการติดตามและวิเคราะห์อย่างต่อเนื่อง

4 สรุป
(1) การศึกษานี้สามารถใช้โครมาโตกราฟีแก๊สในการวินิจฉัยข้อผิดพลาดจากการปล่อยประจุไฟฟ้าภายในเฟส B ของหม้อแปลงหลักหมายเลข 1 ที่สถานีไฟฟ้า Hexin ให้ประสบการณ์ที่มีคุณค่าในการทำงานและการวินิจฉัยข้อผิดพลาดของหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่

(2) เมื่อรีเลย์แก๊สของหม้อแปลงทำงาน ควารวมตัวอย่างน้ำมันและแก๊สเพื่อการวิเคราะห์โครมาโตกราฟี โดยการรวมผลการวิเคราะห์โครมาโตกราฟี ข้อมูลประวัติ วิธีการเกณฑ์สมดุล และการทดสอบฉนวน สามารถกำหนดว่าข้อผิดพลาดเป็นภายในหรือเกี่ยวข้องกับส่วนประกอบเสริม และระบุลักษณะ ตำแหน่ง หรือส่วนประกอบเฉพาะที่เกี่ยวข้อง ทำให้สามารถบำรุงรักษาอย่างทันท่วงทีและรับรองความปลอดภัยของอุปกรณ์

(3) การวิเคราะห์โครมาโตกราฟีของน้ำมันฉนวนเป็นมาตรการที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการตรวจสอบการทำงานอย่างปลอดภัยของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เติมน้ำมัน การทดสอบ DGA ประจำสามารถตรวจจับและติดตามข้อผิดพลาดภายในและระดับความรุนแรงได้ตั้งแต่เนิ่นๆ เพื่อรับรองการทำงานอย่างปลอดภัยของหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่และรักษาความตระหนักรู้ถึงสภาพสุขภาพของหม้อแปลง ควรทำการทดสอบโครมาโตกราฟีตามมาตรฐานของอุตสาหกรรมไฟฟ้า และเพิ่มความถี่ของการทดสอบเมื่อจำเป็น