Күштік трансформатор диагностикасы: әдістер және олар не көрсетеді

Күштік трансформатор диагностикасының негізгі әдісі — майда еріген газдарды талдау (DGA): ол қызып кетулерді, разрядтарды және қағаз оқшаулаудың ыдырауын көрсетеді. Оны май сапасы мен фурандарды талдау, оттегі мен герметикалықты бақылау, ішінара разрядтарды ультрадыбыспен іздеу, жылу бейнелеу бақылауы және салқындату сорғылары мен желдеткіштерінің діріл мониторингі толықтырады. Электрлік сынақтар ажыратылған трансформаторда жүргізіледі.

Әдістердің жиынтық кестесі

Әдіс	Нені табады	Трансформатордың режимі
DGA, май сынамасын зертханалық талдау	Қызып кетулер, ішінара разрядтар, доға, қағаздың ыдырауы	Жұмыста (сынама алу)
DGA, онлайн-монитор	Сол, үздіксіз; газдардың трендi мен өсу жылдамдығы	Жұмыста
Май сапасын талдау	Ылғал, қышқылдық, ластану, тесілу кернеуі, майдың ескіруі	Жұмыста (сынама алу)
Майдағы фурандар	Қағаз оқшаулаудың тозуы	Жұмыста (сынама алу)
Оттегі, газдардың жалпы қысымы	Ауаның сорылуы, герметикалықтың бұзылуы	Жұмыста
Ультрадыбыс, акустикалық эмиссия	Ішінара разрядтар, олардың орны	Жұмыста
Жылу бейнелеу бақылауы	Түйіспелердің қызуы, салқындату, май деңгейі, РПН бөлігі	Жұмыста
Салқындатудың діріл мониторингі	Сорғылар мен желдеткіштердің ақаулары	Жұмыста
Жиілік сипаттамасын талдау (FRA) және басқа электрлік сынақтар	Эталонмен салыстырғанда белсенді бөліктің өзгерістері	Ажыратумен

DGA: еріген газдарды талдау

Doble DGA-ны трансформатор күйін бағалаудың ең қуатты құралы деп атайды. Газдар май сынамасынан, мысалы ASTM D3612C (сондай-ақ IEC 60567) бойынша тепе-тең бу әдісімен алынады, ал олардың құрамы бойынша ақаудың жылулық немесе электрлік екені, қатты оқшаулаудың зақымданғаны және герметикалықтың бұзылғаны бағаланады.

Газ	Неге нұсқайды (Doble бойынша)
Сутегі H₂	Ішінара разрядтар
Метан CH₄, этан C₂H₆	Төмен температуралы қызып кету
Этилен C₂H₄	Жоғары температуралы қызып кету
Ацетилен C₂H₂	Доға немесе жоғары температуралы қызып кету
Көміртек оксиді CO	Қағаздың ыдырауы (ыстық климатта басқа белгілерсіз болуы мүмкін)
Көміртек диоксиді CO₂	Жоғары мәндерде қағаз оқшаулаудың жалпы қызып кетуі

Түсіндіру IEEE C57.104-2019 (кілттік газдар әдісі, Роджерс қатынастары және Дюваль үшбұрышы кіреді) және IEC 60599:2022 нұсқаулықтары бойынша жүргізіледі. IEC 60599 газдар бойынша қорытындылар тек бағдар екенін, ал шешімдер инженерлік бағалау негізінде қабылданатынын тікелей ескертеді.

Тәжірибеде маңызды:

• Бір сынама динамиканы көрсетпейді. Doble бойынша, бір деректер жиыны концентрациялардың тұрақты ма, әлде өсіп жатыр ма екенін көрсетпейді; газ түзілу жылдамдығы тұрақты аралықпен алынған сынамалар бойынша анықталады.
• Контекстті ескеріңіз: жүктеме, қоршаған орта температурасы, өтпелі процестер, гармоникалар, өтпелі қысқа тұйықталулар, жөндеулер, біртектес трансформаторлардың деректері.
• Газсыздандыру себепті жоймайды. Doble бойынша, одан кейін трендті қайта құру үшін кемінде 3 ай бақылау талдаулары қажет.
• Онлайн-мониторлардың екі түрі бар: ақауды анықтау мониторлары сутегі мен CO-ны, диагностика мониторлары бестен тоғызға дейін газды өлшейді (Bustamante және басқалар шолуы, Sensors, 2019).

Толығырақ — «ЖЭО-дағы трансформатор DGA-сы: май хроматографиясын немен толықтыру керек» және «Зертханалық DGA алдында трансформатор газдарын далалық скрининг» мақалаларында.

Оттегі және герметикалық

Vaisala деректері бойынша, жаңа күштік трансформаторлар ішке оттегі мен атмосфералық ылғалды жібермеу үшін әдетте герметикаланады: оттегі мен ылғал оқшаулағыш қағазды бұзып, ескіртеді, ал трансформатордың қалдық ресурсы қағаздың күйіне байланысты.

Герметикалықты оттегі бойынша бағалау көрінгеннен күрделірек:

• оттегі реакцияларда жұмсалады, сондықтан оны тікелей өлшеу ауаның ішке түсіп жатқанын әрдайым көрсетпейді;
• ауа сорылғанда еріген газдардың жалпы қысымы (TGP) өседі, құрамында азот пен оттегі басым бола бастайды;
• майдағы оттегі концентрациясын түсіндіру бойынша халықаралық стандарт жоқ, нәтижені әдетте DGA маманы бағалайды.

IEEE C57.104-2019-да трансформаторларды топтарға бөлу үшін O₂/N₂ қатынасының шегі енгізілген. CIGRE жариялаған зерттеу майды қорғау жүйесі газ деңгейлеріне айтарлықтай әсер ететінін және O₂–N₂ диаграммасы бойынша жіктеу қатынастың қарапайым шегінен дәлірек екенін көрсетеді; іріктемеде реттелетін азот жастығы бар трансформаторлардың газдарының орташа деңгейі ең төмен болған.

Газ жастығы мен консерватордағы оттегіні бақылау тәжірибесі — «Трансформатордың газ жастығындағы оттегі» және «Консерватор және оттегі: май диагностикасы» мақалаларында.

Май мен фурандарды талдау

Май талдауы майдың өз күйін де, жанама түрде ішкі түйіндердің күйін де көрсетеді. EA Technology деректері бойынша сынақтар тізбесі:

Көрсеткіш	Нені көрсетеді
Ылғалдылық, қышқылдық, механикалық қоспалар, тесілу кернеуі	Майдың және ішкі компоненттердің жалпы күйі
Диэлектрлік шығындар бұрышының тангенсі (шашырау коэффициенті)	Майдың ластануы немесе нашарлауы
Фазааралық керілу	Еритін полярлы ластағыштар мен ескіру өнімдері; ескірудің ерте сатысында тез өзгереді
Тұтқырлық	Жылу бұру; ескіру мен тотығу кезінде өседі
Тығыздық	Өте суық климатта маңызды: мұз майда қалқып шыға ма
Түсі мен сыртқы көрінісі	Ескіру өнімдерімен ластану дәрежесі
Фурфурол (фурандар)	Қағаз оқшаулаудың күйі: қағаздың полимерлену дәрежесімен корреляцияланады

Пайдаланудағы майды бақылау тәртібін, ұсынылатын сынақтар мен нәтижелерді бағалауды IEC 60422 белгілейді (қолданыстағы басылым 2024 жылғы).

Ішінара разрядтар: ультрадыбыс және акустикалық эмиссия

Ішінара разрядтар оқшаулауды бірте-бірте бұзады. SDT деректері бойынша, олар шамамен 40 кГц аймағында шыңдары бар турбуленттілік тудырады, ал сигнал сипаты бойынша разрядты коронаға, беттік разрядқа (трекинг) немесе доғаға жатқызуға болады. SDT трансформаторларды разрядтарды бақылау кезінде ерекше назар аударуды қажет ететін қосалқы станция жабдығына жатқызады.

Майлы трансформаторлар мен реакторлар үшін разрядтардан болатын акустикалық эмиссия көздерін анықтау, орнын табу және түсіндіру әдістемесін IEEE C57.127-2018 сипаттайды: сигналдар бактың таңдалған нүктелерінде орнатылған датчиктермен алынады және олар бойынша көздің салыстырмалы шамасы мен орны бағаланады.

Толығырақ — «КРУ мен қосалқы станциялардағы ішінара разрядтар: апатқа дейін тесілуді қалай естуге болады» мақаласында.

Жылу бейнелеу бақылауы

Тепловизор бетте көрінетін нәрсені көрсетеді:

• радиаторлар: түтіктер біркелкі қызған және, әдетте, қоршаған ауадан жылырақ болуы тиіс, ал радиаторлардың өзі таза және ештеңемен жабылмаған болуы керек; майдың төмен деңгейінде тән жылу көрінісі байқалады;
• РПН бөлігі: дұрыс жұмыс істейтін ауыстырып-қосқышта ол негізгі бактан жылырақ болмауы тиіс;
• бак: жергілікті ыстық аймақтар;
• бастапқы және қайталама түйіспелі қосылыстар;
• салқындату желдеткіштері мен сорғылары: олардың берілген режимде жұмыс істеп тұрғаны.

Температура паспорт бойынша рұқсат етілгенмен салыстырылады. Шектеуі: жылу бейнелеу бақылауы көптеген, бірақ барлық ақауларды емес табады. Орамалардың ақаулары май талдауымен анықталады: DGA және фурандар.

Салқындату жүйесінің дірілі

Май сорғылары мен салқындатқыш желдеткіштері — айналмалы машиналар, олардың ақаулары кез келген сорғы немесе желдеткіштегідей діріл бойынша бақыланады. Желдеткіштер мен сорғылардың жұмысы жылу бейнелеу аралауында да тексеріледі. Толығырақ — «ЖЭО-дағы күштік трансформаторлардың қосалқы салқындату жүйелерінің діріл мониторингі» мақаласында.

Ажыратылған трансформатордағы сынақтар

Кейбір әдістер трансформаторды жұмыстан шығаруды талап етеді. Мысалы, жиілік сипаттамасын өлшеу (FRA) IEC 60076-18 бойынша орындалады: стандарт орнату орнында және зауытта, жаңа және пайдаланудағы жабдықта өлшеу әдістемесі мен аппаратурасын белгілейді. Нәтиже трансформатор дұрыс күйде болғанда түсірілген эталондық сипаттамамен салыстырылады.

Диагностика бағдарламасын қалай құру керек

1. Базалық сызық. Әр трансформатор бойынша зертханалық DGA және май талдауы, паспорт деректері мен тарихы.
2. Тренд. Газдардың деңгейін ғана емес, өсу жылдамдығын көру үшін тұрақты сынама алу.
3. Маңызды бірліктерді үздіксіз бақылау. Істен шығуы ең қымбатқа түсетін жерде онлайн DGA мониторы.
4. Кернеу астындағы аралаулар. Тепловизор мен ультрадыбыс: сыртқы қызып кетулер, салқындату, разрядтар.
5. Салқындату. Сорғылар мен желдеткіштердің дірілі.
6. Тереңдетілген тексеру. Егер DGA разрядтық сипаттағы газдардың өсуін көрсетсе, разрядтардың орны акустикалық әдіспен ізделеді; механикалық өзгерістерге күдік болса, ажыратылған трансформаторда сынақтар жоспарланады.

Қандай аспапты таңдау керек

• Разрядтарды ультрадыбыстық бақылау және қосалқы станцияны аралау — SDT340.
• Алынған газ сынамасында оттегіні өлшеу — Rapidox 1100 талдағышы (Cambridge Sensotec); өндіруші деректері бойынша бұл 90–260 В желіден қоректенетін үстел немесе қалқан аспабы, цирконий датчигімен диапазоны 0,5 ppm – 30 % O₂.
• Салқындату сорғылары мен желдеткіштерінің діріл мониторингі — Bently Nevada жүйелері, салқындату діріл мониторингі туралы мақаланы қараңыз.

KEG TRK бұл аспаптарды Қазақстанда жеткізеді және міндетке қарай таңдауға көмектеседі. Бағасы сұраныс бойынша.

Дереккөздер

• Doble. Assessing Transformer Condition — Part 2: Dissolved Gas Analysis (DGA) Carries the Most Weight: https://www.doble.com/assessing-transformer-condition-part-2-dissolved-gas-analysis-dga-carries-the-most-weight/
• IEEE C57.104-2019. Guide for the Interpretation of Gases Generated in Mineral Oil-Immersed Transformers, сипаттама: https://www.standards.nimonik.com/products/ieee/ieee-c57pt104/
• IEC 60599:2022. Mineral oil-filled electrical equipment in service — Guidance on the interpretation of dissolved and free gases analysis: https://webstore.iec.ch/en/publication/66491
• Bustamante S. et al. Dissolved Gas Analysis Equipment for Online Monitoring of Transformer Oil: A Review. Sensors, 2019, 19(19):4057: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6806153/
• Vaisala. More robust air leak monitoring for power transformers — Total Gas Pressure: https://www.vaisala.com/nl/node/91071
• CIGRE Science & Engineering. Determination of oil preservation types from atmospheric gases to contextualize DGA in power transformers: https://cse.cigre.org/cse-n036/determination-of-oil-preservation-types-from-atmospheric-gases-to-contextualize-dga-in-power-transformers
• EA Technology. Oil Diagnostics: Oil-Filled Transformer testing & analysis (data sheet): https://eatechnology.com/media/altlbiud/oil-diagnostics-data-sheet-transformers.pdf
• IEC 60422:2024. Mineral insulating oils in electrical equipment — Supervision and maintenance guidance: https://webstore.iec.ch/en/publication/66421
• SDT Ultrasound Solutions. Using Ultrasound for Electric Power Reliability: https://sdtultrasound.com/2022/07/14/using-ultrasound-for-electric-power-reliability/
• IEEE C57.127-2018. Guide for the Detection, Location and Interpretation of Sources of Acoustic Emissions from Electrical Discharges in Power Transformers and Power Reactors, сипаттама: https://standards.nimonik.com/products/ieee/ieee-c57pt127/
• Infraspection Institute. IR Inspection of Liquid Filled Transformers: https://irinfo.org/tip-of-week-alphabeta/ir-inspection-of-liquid-filled-transformers
• Infrared Training Center. Techniques for Identifying Problems in Transformers: https://www.infraredtraining.com/en-US/home/resources/blog/techniques-for-identifying-problems-in-transformers/
• IEC 60076-18:2012. Power transformers — Part 18: Measurement of frequency response: https://webstore.iec.ch/en/publication/597
• Cambridge Sensotec. Rapidox 1100 Oxygen Analyser: https://cambridge-sensotec.co.uk/product/rapidox-1100-oxygen-analyser/