Как обнаружить старение в масляном трансформаторе?

Масляные трансформаторы являются критически важными и долговечными активами в электроэнергетических системах. Однако, как и любое оборудование, они подвергаются процессам старения, которые в конечном итоге могут поставить под угрозу надежность и безопасность. Проактивное обнаружение старения имеет важное значение для обоснованного технического обслуживания, планирования продления срока службы и предотвращения катастрофических отказов.
Зачем определять старение?
Основными изоляционными материалами в масляном трансформаторе являются изоляционное масло и твердая изоляция на основе целлюлозы (бумага, прессованный картон). Старение разрушает эти материалы, снижая их диэлектрическую прочность и механическую целостность. Неконтролируемая деградация может привести к снижению нагрузочной способности, частичным разрядам и, в конечном итоге, к диэлектрическому разрушению.

Ключевые методы обнаружения:

Анализ изоляционного масла (основная диагностическая жидкость):

Анализ растворенного газа (DGA): это краеугольный камень мониторинга состояния трансформатора. При термическом и электрическом разрушении изоляционных материалов образуются характерные газы, растворенные в масле. К основным газам относятся:

Водород (H?): Общий индикатор частичного разряда или тепловых неисправностей.

Метан (CH?), Этан (C?H?), Этилен (C?H?): В первую очередь указывают на термическую деградацию масла (низкая, средняя, высокая температура соответственно).

Ацетилен (С?H?): Сильный индикатор дугообразования или очень высокотемпературных тепловых неисправностей (> 700°C).

Окись углерода (CO) и углекислый газ (CO?): основные индикаторы деградации целлюлозной (бумажной) изоляции, особенно термического старения и перегрева. Рост CO/CO? уровни являются значимыми маркерами старения.

Анализ фурановых соединений: При разложении целлюлозной изоляции образуются особые химические соединения, называемые фуранами (например, 2-фурфуральдегид). Измерение концентрации фурана в масле дает прямую количественную оценку степени потери полимеризации (ДП) в бумаге, которая напрямую коррелирует с ее остаточной механической и диэлектрической прочностью.

Кислотность (число нейтрализации): Старение масла и целлюлозы приводит к образованию кислых побочных продуктов. Растущее кислотное число ускоряет деградацию как масла, так и бумаги, образуя петлю обратной связи. Отслеживание кислотности имеет решающее значение.

Содержание влаги: Вода является мощным ускорителем старения целлюлозы и снижает диэлектрическую прочность. Мониторинг уровня влажности масла (и оценка уровня в твердой изоляции) имеет жизненно важное значение. Стареющая бумага также выделяет связанную воду.

Диэлектрическая прочность / напряжение пробоя: измеряет способность масла выдерживать электрические нагрузки. Загрязнение и побочные продукты старения могут снизить это значение.

Межфазное натяжение (IFT): измеряет наличие полярных загрязнений и растворимых побочных продуктов старения в масле. Уменьшение IFT указывает на загрязнение и/или прогрессирующую деградацию нефти.

Электрические испытания:

Коэффициент мощности / коэффициент рассеивания (Tan Delta): измеряет диэлектрические потери в системе изоляции (масляной и твердой). Увеличение коэффициента мощности указывает на ухудшение качества изоляции из-за влаги, загрязнения или побочных продуктов старения, повышающих проводимость.

Сопротивление намотки: хотя оно в первую очередь предназначено для обнаружения проблем с контактом, значительные изменения с течением времени иногда могут коррелировать с деградацией.

Анализ частотной характеристики (FRA): в первую очередь обнаруживает механическую деформацию (сдвиги, ослабление) внутри конструкции обмотки. Хотя сильное старение не является прямым показателем химического старения, оно может повлиять на механическую целостность, что потенциально можно обнаружить с помощью FRA.

Измерение тока поляризации/деполяризации (PDC)/напряжения восстановления (RVM): эти передовые методы диэлектрического отклика предоставляют подробную информацию о содержании влаги и состоянии старения целлюлозной изоляции, дополняя анализ фурана.

Записи физического осмотра и технического обслуживания:

Визуальный осмотр (по возможности внутренний): во время внутренних осмотров (например, после переработки нефти или ремонта) прямой осмотр сердечника, обмоток и элементов конструкции может выявить физические признаки старения, такие как хрупкая бумага, отложения шлама, коррозия или следы углерода.

Проверка масла: визуальная проверка масла на прозрачность, цвет (потемнение может указывать на старение), а также наличие осадка или шлама.

История нагрузки: анализ исторических профилей нагрузки, особенно периодов перегрузки, дает представление о термическом напряжении, испытываемом изоляцией.

Рекорды рабочих температур: Постоянно высокие рабочие температуры значительно ускоряют скорость старения целлюлозы.

Комплексный подход имеет важное значение:

Ни одно испытание не дает полной картины состояния старения масляного трансформатора. Эффективное обнаружение основано на стратегии мониторинга, основанной на состоянии:

Исходные данные: установите начальные значения путем комплексного тестирования после ввода в эксплуатацию или капитального ремонта.

Тенденции: Проводите регулярные тесты (особенно DGA, фураны, влажность, кислотность, коэффициент мощности) и анализируйте результаты с течением времени. Значительные отклонения от исходного уровня или установленных тенденций являются критическими показателями старения.

Корреляция: перекрестные ссылки на результаты различных тестов. Например, рост CO/CO? а рост фуранов убедительно подтверждает деградацию целлюлозы. Высокая влажность в сочетании с высокой кислотностью ускоряет старение.

Экспертный анализ: Интерпретация сложных наборов данных, особенно шаблонов DGA и комбинированных результатов, требует экспертных знаний. Отраслевые стандарты (IEC, IEEE, CIGRE) содержат рекомендации, но контекст имеет решающее значение.

Обнаружение старения в масляных трансформаторах — это многогранный процесс, основанный на регулярном сложном анализе масла (DGA, фураны, влажность, кислотность), подкрепленном ключевыми электрическими диагностическими данными (коэффициент мощности, диэлектрический отклик) и контекстными данными (нагрузка, температура, проверки). Систематически внедряя и совершенствуя эти методы, операторы могут точно оценивать состояние своих активов, принимать обоснованные решения относительно технического обслуживания (например, восстановления или сушки масла), управлять рисками и оптимизировать оставшийся срок службы этих жизненно важных компонентов электросети. Бдительный мониторинг является ключом к обеспечению постоянной надежности и безопасности стареющих масляных трансформаторов.