Что такое хроматографический анализ ХАРГ масла трансформаторов и зачем его проводить?

Первые исследования трансформаторных масел при помощи хроматографического метода провели англичане в начале 70-х годов 20 века. Первый опыт был успешным. Этот способ прогнозирования и оценки состояния маслонаполненного оборудования особенно прогрессивно развивается в последнее десятилетие.

Что означает ХАРГ трансформаторного масла?

ХАРГ — хроматографический анализ растворенных газов, в данном случае, в трансформаторных маслах. Метод основан на принудительном извлечении газов, их разделении для последующего определения концентрации каждого. Термоокислительное старение любой марки масла и изоляции — основная причина снижения эксплуатационных качеств трансформаторного масла, но есть и другие, не менее важные. В любом случае, скорость деградации свойств масла, в определенной мере, зависит от его изначального качества.

Результаты измерений учитывают растворимость газов, их содержание в газообразной фазе, а также в части, оставшейся в масле. При использовании метода основной целью измерений являются эксплуатационные факторы, влияющие на концентрацию растворенных в масле газов. К таким факторам относятся значительные изменения нагрузки трансформатора, действие на масляную среду больших токов короткого замыкания, «дозаправка» масляного резервуара таким же или другим видом масла, изменение скорости старения масла в зависимости от сезона.

Чтобы оценить состояние силовых трансформаторов надо знать, как отличается от нормы содержание в масле воды и, по крайней мере, семи хорошо известных газов: Н2, CH4, C2H6, C2H4, С2Н2, CO и CO2 (водород, метан, этан, ацетилен, угарный и углекислый газы). Причины их появления в масле достаточно хорошо изучены. Как правило, газы образуются из самого масла, целлюлозосодержащей бумажной и картонной изоляции. Причиной газообразования являются частичные и дуговые разряды. Кроме этого, дают о себе знать азот и кислород. Их содержание повышается при нарушении герметичности корпуса. Пропан (С3Н8), бутен (бутилен-1, С4Н8) и бутан (С4Н10), часто присутствующие в масле, не получили широкого распространения для диагностических целей, возможно, только к настоящему времени.

Вода — наиболее опасная примесь. Даже малое её присутствие в виде раствора или эмульсии снижает пробивное напряжение масла до недопустимых значений. Самое заметное влияние влаги выражается в увеличении диэлектрических потерь применяемых масел, причем, истинный раствор, как выяснилось, практически не оказывает влияния на численные значения концентрации. Если вода находится в эмульгированном, то есть, дисперсном состоянии, с очень малыми размерами капель, то диэлектрические потери, возникающие по этой причине, становятся на первое место.

Хроматографический анализ масла трансформаторов

Хроматографическая диагностика разработана достаточно глубоко и учитывает влияние определенного равновесия между истинным раствором и эмульсией, которое, в свою очередь, имеет свои особенности при различных температурах и нагрузках. Результаты анализов ХАРГ, в зависимости от прибора, отображаются в виде численных значений или на экране монитора. Исследованию подлежит кривая с «пиками», называемая хроматограммой.

Микроскопический снимок включений воды в трансформаторном масле, которые содержат еще более мелкие капли масла

Если сопоставить данные о концентрации газов, полученных при анализе, с граничными значениями их концентраций, то можно сделать однозначные, полезные и интересные выводы. Предельно допустимое содержание газов в трансформаторном масле было установлено в результате многолетнего анализа численных значений процентного содержания конкретных газов и выявленных позже причин аварий.

Наблюдение за скоростью роста концентрации конкретного газа служит важным инструментом, позволяющим обнаружить дефекты заблаговременно и предотвратить аварии.

Вот таким может быть цвет трансформаторного масла, вплоть до темно-коричневого

У хроматографического анализа трансформаторных масел есть несомненные преимущества:

• возможность исследования процентного содержания газов без отключения напряжения на трансформаторе;
• возможность автоматизации контроля, при которой вероятность ошибки оператора минимизируется или вовсе исключается;
• отслеживание развития нежелательных процессов в оборудовании;
• раннее выявление дефектов, не поддающихся обнаружению при помощи традиционных способов;
• определение предполагаемого характера дефекта и степень уже имеющегося повреждения.

Сложности ХАРГ трансформаторного масла

Для лучшей оценки возможностей метода ХАРГ следует сказать и о минусах хроматографического анализа масла трансформаторов:

• Анализ появляющихся в масле газов предполагает их извлечение из масла при помощи хроматографа, которое осложняется различными коэффициентами растворимости газов.
• Растворенные газы не извлекаются полностью, даже при технических способах минимизации проблемы.
• Невозможность включения хроматографического анализа в группу экспресс-анализов, по причине относительного большого времени, которое занимает каждое измерение.
• Необходимость применения специфических химических реактивов.
• Относительно высокая стоимость хроматографии масел.
• Для повышения достоверности результатов отбор проб должен выполняться исключительно корректно.
• Для более точного анализа требуется знать процентное содержание максимального числа газов, растворенных в масле. Это обуславливает высокую стоимость измерительных приборов.
• При большом количестве проб, подлежащих анализу, требуется учитывать время, которое понадобится для их хранения в определенных условиях.
• Необходимость транспортировки проб от места их взятия до лаборатории, в случае, если возможности мобильного прибора окажутся недостаточными.

Перед хроматографическим анализом масла трансформаторов (ХАРГ) надо проделать действия, зависящие от марки прибора

Основные и характерные газы, выделяющиеся при определенных дефектах

Для того, чтобы лучше понимать возможности хроматографии, следует ознакомиться с самым простым её этапом — обнаружением преимущественного содержания конкретных газов. Основными газами, подлежащими пристальному анализу, являются:

• Ацетилен образуется при нагреве масла, пропитывающего бумажную изоляцию, до температуры выше, чем 600°С. Также он образуется в результате излишнего нагрева и выгорания контактов всевозможных переключателей. Этот газ выделяется в результате ослабления мест фиксации электростатических экранов из-за их чрезмерного нагрева.
• Водород. Явное превосходство концентрации водорода, при сопутствующих малых концентрациях метана и ацетилена, однозначно свидетельствует о частичных и искровых разрядах внутри трансформатора.
• Комбинация водорода с ацетиленом, в любых пропорциях, говорит о наличии дуговых разрядов.
• Углекислый газ свидетельствует о перегреве твердой изоляции.
• Угарный и углекислый газ, появляющиеся совместно, указывают на ускоренное старение или одновременное и увлажнение твердой изоляции.
• Этилен свидетельствует о дуговом разряде под винтами компенсаторов отводов, шпилек проходных изоляторов, в местах лопнувшей пайки обмотки и между витками обмотки. Причиной увеличения концентрации этого газа может стать плохая изоляция стальных листов и стяжных шпилек. Диагностика по повышенной концентрации этилена сложнее, чем по другим газам, так как число причин его появления достаточно велико. Образованию этилена могут способствовать местные перегревы, вызванные магнитными полями рассеяния в бандажах, ярмовых балках и др.

Для более точной идентификации дефектов, приводящих к появлению этилена, применяется анализ сопутствующих газов, в частности, особое внимание уделяется метану. Кроме этого, на помощь приходят более тонкие способы дифференциации, о которых будет сказано ниже. Следует учитывать, что чем меньшее количество газов подвергается анализу, тем менее точно определяется дефект.

Подробная информация по интерпретации результатов ХАРГ содержится в методических указаниях к диагностике дефектов трансформаторов при помощи хроматографического анализа газов, содержащихся в масле (РД 153-34.0-46.302-00). Методика подготовки и проведения анализа масла силовых трансформаторов рассмотрена в РД 34.46.303-98.

Для того, чтобы диагностика было максимально ранней, следует применять мобильные приборы и проводить мониторинг значительно чаще, чем требуется по регламенту. Современные средства для хроматографического анализа не требуют доставки проб в лабораторию и позволяют отслеживать динамику неполадок, столь необходимую для принятия соответствующих мер, гораздо более оперативно.

Некоторые анализаторы масла трансформаторов позволяют производить измерения «на месте»

Лабораторная установка для детального анализа содержания газов в трансформаторном масле

Увеличение точности диагностики ХАРГ при помощи графиков

Для того, чтобы максимально точно идентифицировать дефект, применяется графический метод, при котором строится график распределения содержания газов в зависимости от газа. Последовательность расположения газов на координатной плоскости остается неизменной:

Вид ломаной линии на графике присущ только конкретному дефекту

Специализированное ПО уточняет диагностику

Современные устройства для проведения хроматографического анализа способны провести анализ на месте и обеспечивают полностью автоматический режим измерений.

Возможности приборов последнего поколения таковы, что они могут обеспечивать онлайн-мониторинг с заданной периодичностью.

Погрешность измерений не превышает 5%. Интервал забора проб автоматически уменьшается, если скорость роста концентрации какого-либо газа начинает подозрительно расти. Калибровка прибора осуществляется автоматически.

Благодаря возможностям фирменного программного обеспечения, фактически не нуждающегося в обслуживании, на экране автоматически строится треугольник или пятиугольник Дюваля, с учётом коэффициентов Роджерса:

Так выглядит автоматически построенный программой «Треугольник Дюваля»

«Объемное» расположение нескольких параметров для уточнения результатов хроматографического анализа, автоматически формируемое специализированными программами

Все приборы для проведения анализа при помощи хроматографии сертифицированы в соответствии с отраслевыми требованиями РФ. При этом, визуализация и точная интерпретация результатов анализа может производиться без сторонних специалистов. ПО поставляется в комплекте с прибором.

Состояние масла однозначно определяет состояние всего трансформатора

Для снижения и исключения аварийных ситуаций на силовых трансформаторах достаточно взять пробу масла из специальной «ревизии» и провести исследования наиболее универсальным прибором. ХАРГ — незаменимый метод, позволяющий с достаточной достоверностью определить характер развивающегося дефекта и его степень. Концентрация растворенных газов, при сравнении с граничными значениями, а также, скорость их роста, уточняют картину. Если трансформатор работает под напряжением 100 кВ или выше, то проверка качества масла проводится один раз в 6 месяцев. В случае отклонения показателей концентрации в сторону увеличения, интервал между диагностиками снижается до нескольких дней.

Хроматографический анализ масла трансформаторов, несомненно, эффективен, как для обнаружения дефектов, находящихся на стадии развития, так и для наблюдения за текущим состоянием трансформаторов и другого маслонаполненного оборудования, весьма развит, но имеет направления для еще большего совершенствования.

Таким образом, зная «самочувствие» изоляционной жидкости можно принять однозначное решение, определяющее дальнейшую судьбу силового трансформатора: подлежит ли он замене или его стоит восстановить, причем, без дальнейших опасных последствий.

Заполните форму и мы подберем для вашего трансформатора решение по ХАРГ от компании Qualitrol: