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.

ХАРГ трансформаторного масла

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

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

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

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»

Некоторые анализаторы масла трансформаторов позволяют производить измерения «на месте»

Лабораторная установка для детального анализа содержания газов в трансформаторном масле

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

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»

Так выглядит автоматически построенный программой «Треугольник Дюваля»

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

«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

Хроматографический анализ ХАРГ масла трансформаторов

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:

- Email
- Confirm

* - Обязательное для заполнения
Поделитесь этой страницей с друзьями и коллегами

 


Заказать звонок

- Email
- Confirm
Имя *
Номер телефона *
Комментарий
Согласие на отправку персональных данных *


* - Обязательное для заполнения