Аналіз трансформаторного мастила — пробивна напруга (BDV), газовий аналіз (DGA) та експлуатаційні межі (IEC 60422)

Гайд про реле Бухгольца для маслонаповнених трансформаторів коротко згадує газовий аналіз (DGA) як подальше дослідження після того, як реле Бухгольца сигналізувало про накопичення газу. Однак аналіз мастила є набагато ширшою, періодичною дисципліною обслуговування сам по собі, яка не чекає на сигналізацію реле, а спеціально призначена для виявлення початкового погіршення стану чи пошкодження на ранній стадії. Цей гайд розглядає три основні компоненти: випробування на пробивну напругу (BDV), газовий аналіз (DGA) та експлуатаційні межі для властивостей мастила.

Пробивна напруга (BDV) за IEC 60156

Випробування на пробивну напругу (BDV) вимірює напругу, за якої відбувається електричний пробій між двома електродами зі стандартизованою відстанню між ними, за стандартизованих умов, у пробі мастила. IEC 60156 описує установку та процедуру випробування (форма електродів, відстань між електродами, швидкість наростання прикладеної напруги, кількість повторень і спосіб усереднення результатів).

Пробивна напруга по суті є мірою наявності вологи, часток і волокон у мастилі: мастило, вільне від цих забруднень, має значно вищу пробивну напругу, ніж забруднене мастило, навіть якщо хімічний склад самого мастила в іншому не змінився. Низьке значення BDV, таким чином, насамперед вказує на потребу у фільтрації, сушінні чи дегазації мастила, і лише в другу чергу — на проблему із самим мастилом.

Увага: BDV чутливе до помилок відбору проб. Проба, що набрала вологи чи повітря під час відбору (наприклад, через недостатньо висушену пробовідбірну пляшку або відбір проб у дощову погоду без належного захисту), дає необґрунтовано низьке значення BDV, що не відображає реального стану мастила в трансформаторі.

Газовий аналіз (DGA) за IEC 60599: трикутник Дюваля та співвідношення Роджерса

При теплових чи електричних пошкодженнях у маслонаповненому трансформаторі утворюються специфічні гази, що розчиняються в мастилі: серед інших водень (H2), метан (CH4), етан (C2H6), етилен (C2H4), ацетилен (C2H2), оксид вуглецю (CO) і діоксид вуглецю (CO2). Аналіз розчинених газів (DGA) вимірює концентрацію кожного з цих газів, а співвідношення між концентраціями вказують на тип і тяжкість можливого пошкодження. IEC 60599 описує методи інтерпретації, з яких два найвідоміші:

• Метод співвідношень Роджерса, який розраховує три співвідношення між конкретними парами газів (наприклад, CH4/H2, C2H4/C2H6, C2H2/C2H4) і пов'язує цю комбінацію співвідношень із типом пошкодження: локальний перегрів низької температури, перегрів високої температури, частковий розряд або дуговий розряд (електричне пошкодження високої енергії).
• Трикутник Дюваля — графічний метод, що відкладає відносні частки метану, етилену й ацетилену на трикутній діаграмі, де різні зони відповідають різним типам пошкоджень. Трикутник Дюваля на практиці часто використовується як додатковий чи альтернативний інструмент поряд із співвідношеннями Роджерса, оскільки він менш чутливий до межових випадків, у яких метод Роджерса не дає однозначної класифікації.

Обидва методи призначені для того, щоб на основі одного аналізу мастила відрізнити нормальне, повільне старіння мастила (при якому утворюються низькі концентрації переважно оксиду вуглецю й діоксиду вуглецю внаслідок нормального старіння целюлози твердої ізоляції) від активно розвиваючогося пошкодження, що потребує подальшого дослідження чи втручання.

Аналіз тренду: розвиток у часі важливіший за одиничне вимірювання

Одиничне вимірювання DGA з концентраціями нижче звичайних рівнів сигналізації мало говорить про те, чи присутнє активно розвиваюче пошкодження. Важливіший за абсолютний рівень кожного газу — тренд: поступовий, стійко зростаючий вміст конкретного газу (або пари газів) між послідовними вимірюваннями вказує на активний процес, тоді як стабільний рівень протягом кількох вимірювань швидше вказує на вже завершену, історичну подію чи нормальне, повільне старіння. З цієї причини DGA зазвичай виконується періодично (наприклад, щорічно для більших силових трансформаторів, частіше для критично важливих одиниць обладнання), щоб можна було побудувати лінію тренду, а не покладатися на одиничний знімок стану.

Експлуатаційні межі для властивостей мастила за IEC 60422

Окрім BDV і DGA, при періодичному аналізі мастила зазвичай вимірюються й інші властивості: вміст вологи, кислотне (нейтралізаційне) число (міра продуктів окиснення), тангенс кута діелектричних втрат (tan δ, міра діелектричних втрат) і міжфазний натяг (міра наявності полярних продуктів окиснення). IEC 60422 дає орієнтовні значення та експлуатаційні межі для кожної з цих властивостей залежно від класу напруги трансформатора та призначення відповідного мастила (нове мастило, мастило в експлуатації). Коли виміряне значення перевищує межу з IEC 60422, це дає підставу для конкретної дії з обслуговування: фільтрація і сушіння при надмірній вологості, регенерація чи заміна при надмірному кислотному числі тощо.

Практична значущість

Для силових трансформаторів, що підлягають періодичній програмі обслуговування (як також розглядається в гайді про реле Бухгольца та в гайді про покажчик температури мастила/обмотки (OTI/WTI)), комбінований аналіз мастила (BDV + DGA + властивості за IEC 60422) дає набагато повнішу картину стану трансформатора, ніж кожне з цих випробувань окремо. Низьке BDV при нормальних значеннях DGA вказує на усувну проблему з вологістю; нормальне BDV при зростаючій концентрації ацетилену, навпаки, вказує на пошкодження, що розвивається, електричного характеру, яке лише BDV не виявило б.

Типові помилки

1. Покладатися на одиничне вимірювання DGA без аналізу тренду — миттєвий знімок нижче рівнів сигналізації не виключає активно розвиваючого пошкодження, якщо тренд не відстежується.
2. Інтерпретувати BDV як пряму міру хімічної якості мастила, тоді як на практиці низьке значення BDV часто насамперед вказує на забруднення вологою чи частками, і лише після фільтрації стає видимим можливе основне хімічне погіршення.
3. Не враховувати помилки відбору проб як можливу причину аномального значення BDV, що призводить до непотрібної рекомендації з обробки мастила або до пропуску реального пошкодження.
4. Застосовувати лише метод співвідношень Роджерса або лише трикутник Дюваля без використання іншого методу для перехресної перевірки в межових випадках, коли один метод не дає однозначного результату.

Пов'язане

• Реле Бухгольца (газове реле) для маслонаповнених трансформаторів
• Покажчик температури мастила/обмотки (OTI/WTI) силового трансформатора
• Порівняльний індекс трекінгостійкості (CTI) та ступінь забруднення ізоляційного матеріалу