Анализ трансформаторного масла — пробивное напряжение (BDV), газовый анализ (DGA) и эксплуатационные пределы (IEC 60422)

Гайд о реле Бухгольца для маслонаполненных трансформаторов кратко упоминает газовый анализ (DGA) как последующее исследование после того, как реле Бухгольца сигнализировало о накоплении газа. Однако анализ масла представляет собой гораздо более широкую, периодическую дисциплину обслуживания сама по себе, которая не ждёт сигнализации реле, а специально предназначена для выявления начинающегося ухудшения состояния или повреждения на ранней стадии. Этот гайд рассматривает три основных компонента: испытание на пробивное напряжение (BDV), газовый анализ (DGA) и эксплуатационные пределы для свойств масла.

Пробивное напряжение (BDV) по IEC 60156

Испытание на пробивное напряжение (BDV) измеряет напряжение, при котором происходит электрический пробой между двумя электродами со стандартизированным расстоянием между ними, в стандартизированных условиях, в пробе масла. IEC 60156 описывает установку и процедуру испытания (форма электродов, расстояние между электродами, скорость нарастания приложенного напряжения, количество повторений и способ усреднения результатов).

Пробивное напряжение по сути является мерой наличия влаги, частиц и волокон в масле: масло, свободное от этих загрязнений, имеет значительно более высокое пробивное напряжение, чем загрязнённое масло, даже если химический состав самого масла в остальном не изменился. Низкое значение BDV, таким образом, в первую очередь указывает на необходимость фильтрации, сушки или дегазации масла, и лишь во вторую очередь — на проблему с самим маслом.

Внимание: BDV чувствительно к ошибкам отбора проб. Проба, набравшая влагу или воздух во время отбора (например, из-за недостаточно высушенной пробоотборной бутылки или отбора проб в дождливую погоду без надлежащей защиты), даёт необоснованно низкое значение BDV, не отражающее реального состояния масла в трансформаторе.

Газовый анализ (DGA) по IEC 60599: треугольник Дюваля и соотношения Роджерса

При тепловых или электрических повреждениях в маслонаполненном трансформаторе образуются специфические газы, растворяющиеся в масле: среди прочих водород (H2), метан (CH4), этан (C2H6), этилен (C2H4), ацетилен (C2H2), оксид углерода (CO) и диоксид углерода (CO2). Анализ растворённых газов (DGA) измеряет концентрацию каждого из этих газов, а соотношения между концентрациями указывают на тип и тяжесть возможного повреждения. IEC 60599 описывает методы интерпретации, из которых два наиболее известных:

• Метод соотношений Роджерса, который рассчитывает три соотношения между конкретными парами газов (например, CH4/H2, C2H4/C2H6, C2H2/C2H4) и связывает эту комбинацию соотношений с типом повреждения: локальный перегрев низкой температуры, перегрев высокой температуры, частичный разряд или дуговой разряд (электрическое повреждение высокой энергии).
• Треугольник Дюваля — графический метод, откладывающий относительные доли метана, этилена и ацетилена на треугольной диаграмме, где разные зоны соответствуют разным типам повреждений. Треугольник Дюваля на практике часто используется как дополнительный или альтернативный инструмент наряду с соотношениями Роджерса, поскольку он менее чувствителен к пограничным случаям, в которых метод Роджерса не даёт однозначной классификации.

Оба метода предназначены для того, чтобы на основе одного анализа масла отличить нормальное, медленное старение масла (при котором образуются низкие концентрации преимущественно оксида углерода и диоксида углерода вследствие нормального старения целлюлозы твёрдой изоляции) от активно развивающегося повреждения, требующего дальнейшего исследования или вмешательства.

Анализ тренда: развитие во времени важнее единичного измерения

Единичное измерение DGA с концентрациями ниже обычных уровней сигнализации мало говорит о том, присутствует ли активно развивающееся повреждение. Важнее абсолютного уровня каждого газа — тренд: постепенное, устойчиво растущее содержание конкретного газа (или пары газов) между последовательными измерениями указывает на активный процесс, тогда как стабильный уровень на протяжении нескольких измерений скорее указывает на уже завершившееся, историческое событие или нормальное, медленное старение. По этой причине DGA обычно выполняется периодически (например, ежегодно для более крупных силовых трансформаторов, чаще для критически важных единиц оборудования), чтобы можно было построить линию тренда, а не полагаться на единичный снимок состояния.

Эксплуатационные пределы для свойств масла по IEC 60422

Помимо BDV и DGA, при периодическом анализе масла обычно измеряются и другие свойства: содержание влаги, кислотное (нейтрализационное) число (мера продуктов окисления), тангенс угла диэлектрических потерь (tan δ, мера диэлектрических потерь) и межфазное натяжение (мера наличия полярных продуктов окисления). IEC 60422 даёт ориентировочные значения и эксплуатационные пределы для каждого из этих свойств в зависимости от класса напряжения трансформатора и от назначения данного масла (новое масло, масло в эксплуатации). Когда измеренное значение превышает предел из IEC 60422, это даёт основание для конкретного действия по обслуживанию: фильтрация и сушка при избыточной влажности, регенерация или замена при избыточном кислотном числе и так далее.

Практическая значимость

Для силовых трансформаторов, подлежащих периодической программе обслуживания (как также рассматривается в гайде о реле Бухгольца и в гайде о указателе температуры масла/обмотки (OTI/WTI)), комбинированный анализ масла (BDV + DGA + свойства по IEC 60422) даёт гораздо более полную картину состояния трансформатора, чем каждое из этих испытаний по отдельности. Низкое BDV при нормальных значениях DGA указывает на устранимую проблему с влажностью; нормальное BDV при растущей концентрации ацетилена, напротив, указывает на развивающееся электрическое повреждение, которое одно лишь BDV не выявило бы.

Типичные ошибки

1. Полагаться на единичное измерение DGA без анализа тренда — моментальный снимок ниже уровней сигнализации не исключает активно развивающегося повреждения, если тренд не отслеживается.
2. Интерпретировать BDV как прямую меру химического качества масла, тогда как на практике низкое значение BDV часто в первую очередь указывает на загрязнение влагой или частицами, и лишь после фильтрации становится видимым возможное лежащее в основе химическое ухудшение.
3. Не учитывать ошибки отбора проб как возможную причину аномального значения BDV, что приводит к ненужной рекомендации по обработке масла или к пропуску реального повреждения.
4. Применять только метод соотношений Роджерса или только треугольник Дюваля без использования другого метода для перекрёстной проверки в пограничных случаях, когда один метод не даёт однозначного результата.

См. также

• Реле Бухгольца (газовое реле) для маслонаполненных трансформаторов
• Указатель температуры масла/обмотки (OTI/WTI) силового трансформатора
• Сравнительный индекс трекингостойкости (CTI) и степень загрязнения изоляционного материала