Анализ растворенного газа

Анализ растворенных газов ( DGA ) — это исследование загрязняющих веществ в масле электрических трансформаторов . ^[1] Изоляционные материалы в электрооборудовании выделяют газы, поскольку они медленно разрушаются с течением времени. Состав и распределение этих растворенных газов являются индикаторами последствий ухудшения, таких как пиролиз или частичный разряд , а скорость образования газа указывает на серьезность. ^[2] DGA полезен для программы профилактического обслуживания .

Сбор и анализ газов в масляном трансформаторе обсуждались еще в 1928 году. ^[3] По состоянию на 2018 год ^{[обновлять]}многолетние эмпирические и теоретические исследования были направлены на анализ газов, выделяющихся при неисправности трансформатора.

DGA обычно состоит из отбора проб масла и отправки образца в лабораторию для анализа. Мобильные установки DGA можно перевозить и использовать на месте; некоторые установки можно напрямую подключать к трансформатору. Онлайн-мониторинг электрооборудования является неотъемлемой частью интеллектуальной сети .

Большие силовые трансформаторы заполнены маслом, которое охлаждает и изолирует обмотки трансформатора. Минеральное масло является наиболее распространенным типом в наружных трансформаторах; огнестойкие жидкости также используются, включая полихлорированные бифенилы (ПХБ) и силикон. ^[4]

Изоляционная жидкость находится в контакте с внутренними компонентами. Газы, образующиеся при нормальных и ненормальных событиях внутри трансформатора, растворяются в масле. Анализируя объем, типы, пропорции и скорость образования растворенных газов, можно собрать много диагностической информации. Поскольку эти газы могут выявлять неисправности трансформатора , их называют «газами неисправностей». Газы образуются при окислении , испарении , разложении изоляции , пробое масла и электролитическом воздействии.

Трубка для отбора проб масла используется для забора, удержания и транспортировки пробы трансформаторного масла в том же состоянии, в котором оно находится внутри трансформатора, со всеми растворенными в нем газами, вызывающими неисправности.

Это газонепроницаемая боросиликатная стеклянная трубка емкостью 150 мл или 250 мл, имеющая два герметичных тефлоновых клапана на обоих концах. Выходы этих клапанов снабжены винтовой резьбой, которая помогает в удобном подсоединении синтетических трубок при заборе пробы из трансформатора. Также это положение полезно для переноса масла в бюретку для пробы масла многоканального газового экстрактора без какого-либо воздействия атмосферы, тем самым сохраняя все его растворенные и выделившиеся дефектные газы.

На одной стороне трубки имеется перегородка для отбора проб масла с целью проверки его влажности.

Термопенопластовые коробки используются для транспортировки вышеуказанных пробирок с образцами масла без воздействия солнечного света.

Масляные шприцы — еще один способ получения образца масла из трансформатора. Объем шприцов имеет большой диапазон, но обычно встречается в диапазоне 50 мл. Качество и чистота шприца важны, поскольку они сохраняют целостность образца перед анализом.

Метод DGA включает в себя извлечение или десорбцию газов из нефти и введение их в газовый хроматограф (ГХ). Определение концентрации газа обычно включает в себя использование пламенно-ионизационного детектора (ПИД) и детектора теплопроводности (ДТП). Большинство систем также используют метанизатор, который преобразует любой присутствующий оксид углерода и диоксид углерода в метан, чтобы его можно было сжечь и обнаружить на ПИД, очень чувствительном датчике. ^[5]

Первоначальный метод, теперь ASTM D3612A, требовал, чтобы масло подвергалось высокому вакууму в сложной стеклянной герметичной системе для удаления большей части газа из масла. Затем газ собирался и измерялся в градуированной трубке путем нарушения вакуума ртутным поршнем. Газ удалялся из градуированной колонки через перегородку с помощью газонепроницаемого шприца и немедленно вводился в ГХ.

Многоступенчатый газоотводчик — это устройство для отбора проб трансформаторного масла . В 2004 году Центральный научно-исследовательский институт энергетики в Бангалоре , Индия, представил новый метод, при котором один и тот же образец трансформаторного масла может подвергаться воздействию вакуума много раз при температуре окружающей среды до тех пор, пока не прекратится увеличение объема извлекаемых газов. Этот метод был дополнительно разработан Dakshin Lab Agencies в Бангалоре для создания многоступенчатого газоотводчика трансформаторного масла. Этот метод является импровизированной версией ASTM D 3612A для многократной экстракции вместо однократной и основан на принципе Топлера.

В этом аппарате фиксированный объем образца масла напрямую втягивается из трубки для образца в сосуд для дегазации под вакуумом, где газы высвобождаются. Эти газы изолируются с помощью ртутного поршня для измерения его объема при атмосферном давлении и последующего переноса в газовый хроматограф с помощью газонепроницаемого шприца.

Аппарат, очень похожий по конструкции и в принципе обеспечивающий многократную экстракцию газа с использованием вакуума и насоса Топлера, эксплуатируется в Сиднее (Австралия) уже более 30 лет. Система используется для силовых и измерительных трансформаторов, а также кабельных масел.

Извлечение из пространства над продуктом объясняется в ASTM D 3612-C. Извлечение газов достигается путем перемешивания и нагревания масла для высвобождения газов в «пространство над продуктом» герметичного флакона. После извлечения газов их отправляют в газовый хроматограф .

Существуют специализированные методы, такие как сорбционная экстракция в свободном пространстве (HSSE) или сорбционная экстракция с помощью перемешивающего стержня (SBSE). ^[6]

Для проверки этой статьи нужны дополнительные цитаты . Помогите улучшить эту статью , добавив ссылки на надежные источники . Материалы без источников могут быть оспорены и удалены. Найти источники:  «Анализ растворенного газа» – новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( июнь 2022 г. ) ( Узнайте, как и когда удалять это сообщение )

При газовыделении в трансформаторах образуется несколько газов. Достаточно полезной информации можно получить из девяти газов, поэтому дополнительные газы обычно не исследуются. Девять исследуемых газов:

• атмосферные газы: азот и кислород
• оксиды углерода: оксид углерода и диоксид углерода
• углеводороды: ацетилен , этилен , метан и этан
• водород

Газы, извлеченные из образца нефти, вводятся в газовый хроматограф, где колонки разделяют газы. Газы вводятся в хроматограф и транспортируются через колонку. Колонка выборочно задерживает газы пробы, и они идентифицируются, когда проходят мимо детектора в разное время. График сигнала детектора в зависимости от времени называется хроматограммой .

Разделенные газы обнаруживаются детектором теплопроводности для атмосферных газов, детектором ионизации пламени для углеводородов и оксидов углерода. Метанатор используется для обнаружения оксидов углерода путем их восстановления до метана, когда они находятся в очень низкой концентрации.

Тепловые неисправности обнаруживаются по наличию побочных продуктов разложения твердой изоляции. Твердая изоляция обычно изготавливается из целлюлозного материала. Твердая изоляция разрушается естественным образом, но скорость увеличивается по мере повышения температуры изоляции. Когда происходит электрическая неисправность, она высвобождает энергию, которая разрушает химические связи изолирующей жидкости. После разрыва связей эти элементы быстро преобразуются в газы неисправности. Энергии и скорости, с которыми образуются газы, различны для каждого из газов, что позволяет исследовать данные о газе, чтобы определить вид неисправной активности, происходящей внутри электрооборудования.

• Перегрев обмоток обычно приводит к термическому разложению целлюлозной изоляции . В этом случае результаты DGA показывают высокие концентрации оксидов углерода (монооксида и диоксида). В экстремальных случаях метан и этилен обнаруживаются на более высоких уровнях.
• Перегрев масла приводит к разложению жидкости под действием тепла и образованию метана, этана и этилена.
• Корона представляет собой частичный разряд , который обнаруживается в DGA по повышенному содержанию водорода.
• Дугообразование является наиболее серьезным состоянием трансформатора и проявляется даже при низком уровне ацетилена.

Интерпретация результатов, полученных для конкретного трансформатора, требует знания возраста агрегата, цикла нагрузки и даты капитального обслуживания, такого как фильтрация масла. Стандарт IEC 60599 и стандарт ANSI IEEE C57.104 дают рекомендации по оценке состояния оборудования на основе количества присутствующего газа и соотношения объемов пар газов. ^[7]

После того, как образцы были взяты и проанализированы, первым шагом в оценке результатов DGA является рассмотрение уровней концентрации (в ppm) каждого ключевого газа. Значения для каждого из ключевых газов регистрируются с течением времени, чтобы можно было оценить скорость изменения различных концентраций газов. Любое резкое увеличение концентрации ключевого газа указывает на потенциальную проблему в трансформаторе. ^[8]

Анализ растворенного газа как диагностический метод имеет несколько ограничений. Он не может точно локализовать неисправность. Если трансформатор был залит свежим маслом, результаты не указывают на неисправности. ^[7]