Измерение содержания водорода в трансформаторном масле

Масло используется в трансформаторе для изоляции токоведущих частей и отвода тепла. Это две основные функции, но есть и третья: изоляционные масла являются хорошей информационной средой, с помощью которой можно диагностировать развитие различных дефектов. Это связано с тем, что во время работы трансформатора и при развитии различных дефектов происходит образование газов, которые попадают в масло. Остается только «считать» информацию с масла и правильно ее интерпретировать

Хроматографический анализ трансформаторного масла

Сейчас наиболее отработанным методом «считывания» информации с трансформаторного масла является метод хроматографического анализа растворенных газов.

Если трансформатор работает нормально и бездефектно, то в масле через некоторый промежуток времени в небольших количествах появятся только двуокись и окись углерода, иногда метан, а также кислород и азот. Наличие других газов свидетельствует о протекании в трансформаторе нежелательных процессов, например, разложения масла и бумажной изоляции. Суть метода хроматографического анализа заключается в измерении концентраций растворенных в масле газов. Эти концентрации в дальнейшем используются для определения типа развивающихся дефектов.

Приведем перечень ключевых газов, появление которых в масле наиболее характерно для дефектов трансформатора:

  • водород – частичные разряды, искровые и дуговые разряды;
  • ацетилен – электрическая дуга, искровые разряды;
  • этилен – нагрев масла и твердой изоляции до температуры, превышающей 600 °С;
  • метан – масло и твердая изоляция греются до температур 400-600 °С, нагрев изоляции сопровождается разрядами;
  • этан – масло и бумага греются до температур 300-400 °С;
  • оксид и диоксид углерода – увлажнение изоляции, возможно старение масла и (или) бумаги;
  •  диоксид углерода – нагревается бумажная изоляция.

Методики определения и оценки характера развивающихся дефектов трансформатора по концентрации растворенных газов

Измерение содержания водорода в трансформаторном маслеМетодики определения и оценки характера дефектов в трансформаторе в большинстве случаев основаны на расчете соотношения разных пар газов. Основная разница заключается в количестве исследуемых газов и комбинациях пар этих газов. Например, в методике Роджерса используется три соотношения пяти газов, методике Дорненбурга – четыре соотношения пяти газов, методике МЭК (IEC 60599) – три соотношения пяти газов и т.д. Для измерения концентраций газов используется DGA-тестер (анализатор растворенных газов).

Одной из наиболее популярных является методика «Треугольник Дюваля». Это не расчетно-логический, а графический подход к определению дефектов трансформатора. Методика основана на измерении концентрации трех газов – С2Н2, С2Н4, СН4. По численным значениям этих концентраций строится точка на графике, представленном в виде треугольника. Согласно методике Дюваля, площадь треугольника делится на семь зон, а каждая зона отвечает определенному дефекту трансформатора.  В зависимости от того, в какую зону попадает точка, делается вывод о виде дефекта.

Точка строится следующим образом. Полученные концентрации газов С2Н2, С2Н4, СН4 переводятся в процентные содержания, каждое из которых откладывается на соответствующей стороне треугольника. Из каждой точки на стороне треугольника проводятся три линии параллельно отстающей стороне и их пересечение даст искомую точку для диагностики дефекта.

Возникает вопрос: а существует ли более простая альтернатива треугольника Дюваля? Для получения первичной информации о состоянии трансформатора можно использовать измерение концентрации и динамику ее изменения для одного газа – водорода. Обычно этой информации достаточно как минимум для того, чтобы принять обоснованное решение о проведении более глубокой диагностики на основе большего количества газов.

Причины возникновения и измерения водорода в масле

Водород появляется в трансформаторном масле в качестве рекомбинационного газа при разрыве самых слабых С-Н-связей под действием частичных разрядов в результате реакции ионизации.

Почему для получения первичной информации о состоянии трансформатора удобно использовать водород? Существует несколько причин. Во-первых, водород – это один из первых газов, образующихся при возникновении проблем в трансформаторе. Он начинает выделяться уже при температуре 150 °С. Во-вторых, измерение водорода в масле удобно проводить в силу того, что этот газ характеризуется низкой растворимостью в масле и высокой способностью к диффузии, поэтому его легче обнаружить даже в небольших концентрациях, диагностировав таким образом возможный дефект еще на начальном этапе.

Быстрое определение водорода в трансформаторе дает запас времени на проведение полного хроматографического анализа растворенных газов (если это необходимо).

Анализатор водорода и влажности для трансформатора

Измерение содержания водорода в трансформаторном маслеЭкспресс-измерения водорода выполняются с помощью специальных приборов. Один из таких приборов разработан специалистами компании GlobeCore. Он получил название TOR-2.

Прибор для измерения уровня водорода в масле TOR-2 имеет компактные размеры и небольшую массу, поэтому легко переносится и транспортируется к месту эксплуатации трансформатора для анализа отобранных проб. ТOR-2 предоставляет самый нужный набор параметров для оперативной диагностики дефектов трансформатора. С его помощью определяется водород в трансформаторном масле и содержание воды в минеральных маслах и маслах на эфирной основе.

Основные преимущества прибора TOR-2:

  • обучение работе с прибором занимает всего несколько часов, а тестирование масла выполняется одним человеком просто и быстро;
  • высокая скорость измерений. После отбора пробы необходимо включить прибор и запустить процесс измерений. Первые результаты будут доступны на LCD-панели уже через десять минут;
  • для удобства эксплуатации и обработки данных в прибор встроен мини-принтер, с помощью которого всегда можно распечатать чек с результатами испытаний;
  • высокая точность измерений, которая достигается за счет конструктивных особенностей датчиков и их прямого контакта с маслом. На работу емкостного датчика влагосодержания не влияют загрязнения, которые содержаться в пробе масла. А датчик водорода обнаруживает только водород и не чувствителен к другим газам;
  • прибор универсален и может использоваться для диагностики и предупреждения развития дефектов не только в трансформаторах, но и в маслонаполненных кабелях, высоковольтных вводах, шунтирующих реакторах и устройствах РПН.
  • Таким образом, электроэнергетические компании получают простое решение, которое обеспечивает безаварийную работу электротехнического оборудования.

Для получения дополнительной информации воспользуйтесь одним из контактов, который вы можете найти в соответствующем разделе сайта.