Анализ растворённых газов (АРГ/DGA) — интерпретация результатов анализа трансформаторного масла

Техническая библиотека

Любой дефект внутри маслонаполненного трансформатора оставляет химический след. Локальный перегрев, частичные разряды и дуговые разряды по-разному разлагают минеральное масло и целлюлозную изоляцию, выделяя характерную смесь газов, растворяющихся в масле. Анализ растворённых газов позволяет прочитать эту смесь и определить, что происходит внутри герметичного бака, не вскрывая его.

Это самый информативный диагностический метод для трансформатора, находящегося в эксплуатации, и наиболее раннее предупреждение о развивающемся дефекте.

Ключевые газы

Газ Формула О чём свидетельствует его присутствие
Газы, связанные с дефектами
Водород H₂ Образуется при дефектах любого типа. Высокое содержание H₂ при незначительном содержании прочих газов указывает на частичные разряды.
Метан CH₄ Низкотемпературное термическое разложение масла, как правило ниже 300 °C.
Этан C₂H₆ Термические дефекты в диапазоне 150–300 °C.
Этилен C₂H₄ Термические дефекты более высокой температуры, примерно выше 300 °C.
Ацетилен C₂H₂ Дуговой разряд. Требует температур выше 700 °C — его присутствие всегда значимо.
Разложение целлюлозы
Оксид углерода CO Перегрев или старение бумажной изоляции.
Диоксид углерода CO₂ Нормальное старение бумаги; рост отношения CO₂/CO указывает на термическую деструкцию целлюлозы.
Газы, не связанные с дефектами
Кислород O₂ Проникновение воздуха. В герметичном агрегате указывает на негерметичность.
Азот N₂ Нормален для агрегатов с азотной подушкой; в остальных случаях указывает на проникновение воздуха.
Ацетилен — газ, за которым нужно следить. Для его образования нужны температуры дугового разряда. Любое измеримое содержание C₂H₂ в трансформаторе, не переживавшем сквозного короткого замыкания, требует расследования, независимо от того, насколько малой кажется абсолютная концентрация.

Типовые пределы концентраций

Стандарт IEC 60599 приводит диапазоны концентраций газов, наблюдаемые в трансформаторах без известных дефектов. Значения выше 90-го процентиля считаются аномальными и требуют более пристального наблюдения.

Газ Типовой диапазон (ppm) Расследовать при превышении (ppm)
Водород (H₂) 50 – 150 150
Метан (CH₄) 30 – 130 130
Этан (C₂H₆) 20 – 90 90
Этилен (C₂H₄) 60 – 280 280
Ацетилен (C₂H₂) 2 – 20 20
Оксид углерода (CO) 400 – 600 600
Диоксид углерода (CO₂) 3800 – 14000 14000
Диапазоны различаются в зависимости от конструкции и режима. Эти значения относятся к трансформаторам, у которых устройство РПН не сообщается с основным баком. Агрегаты с РПН, герметичные агрегаты и агрегаты со свободным дыханием имеют разные базовые уровни. Наиболее надёжным ориентиром является собственная история конкретного трансформатора.

Скорость изменения важнее абсолютного значения

Трансформатор, проработавший двадцать лет с содержанием водорода 120 ppm, ведёт себя нормально. Тот же трансформатор со значением 120 ppm, если три месяца назад проба показывала 30 ppm, сигнализирует о том, что что-то изменилось.

Скорость газообразования — более полезный показатель:

  • Рост менее 10 % в месяц — нормальное старение, продолжайте плановый отбор проб
  • От 10 до 30 % в месяц — увеличьте частоту отбора проб, начните отслеживать динамику
  • Более 30 % в месяц — активный дефект, расследуйте без промедления

Именно поэтому единичный результат DGA имеет ограниченную ценность. Метод становится диагностическим тогда, когда есть история для сравнения.

Треугольник Дюваля

Треугольник Дюваля отображает три газа — метан, этилен и ацетилен — в виде долей от их суммы в процентах и определяет тип дефекта по тому, в какую зону попадает точка. Это наиболее широко применяемый графический метод интерпретации, на который ссылается IEC 60599.

D1 D2 DT T3 T2 T1 PD 100 % CH₄ 100 % C₂H₂ 100 % C₂H₄ % CH₄ % C₂H₄ % C₂H₂ PD — частичный разряд D1 — разряд малой энергии D2 — разряд большой энергии DT — смешанный термический и электрический
Треугольник Дюваля 1 для минерального масла. Термические зоны: T1 — ниже 300 °C, T2 — от 300 до 700 °C, T3 — выше 700 °C.

Как построить точку

Возьмите концентрации трёх газов в ppm и выразите каждую в процентах от их суммы:

%CH₄ = 100 × CH₄ / (CH₄ + C₂H₄ + C₂H₂)
и аналогично для %C₂H₄ и %C₂H₂

Разобранный пример

Протокол DGA даёт: CH₄ = 90 ppm, C₂H₄ = 250 ppm, C₂H₂ = 5 ppm.

Сумма = 90 + 250 + 5 = 345 ppm

%CH₄ = 100 × 90 / 345 = 26 %

%C₂H₄ = 100 × 250 / 345 = 72 %

%C₂H₂ = 100 × 5 / 345 = 2 %

Эта точка попадает в зону T3 — термический дефект выше 700 °C.

Высокое содержание этилена при очень малом содержании ацетилена — признак сильного перегрева без дугового разряда. Вероятные причины: плохой контакт в цепи обмотки, циркулирующий ток в магнитопроводе или баке либо перекрытый масляный канал, создающий локальный перегрев.

Типы дефектов и их значение

Зона Тип дефекта Типовая причина и степень серьёзности
PD Частичный разряд Коронный разряд в газовых пузырьках или полостях изоляции. Медленная деградация; наблюдайте и проверьте влагосодержание и состояние масла.
D1 Разряд малой энергии Искрение или поверхностные разряды по изоляции. Возможны обугленные дорожки. Требует расследования.
D2 Разряд большой энергии Дуговой разряд с протеканием тока от сети. Вероятны оплавление металла и обширное обугливание. Серьёзно — вывести из работы для осмотра.
T1 Термический дефект ниже 300 °C Перегрузка, затруднённая циркуляция масла или перегрев изолированного проводника. Бумага может изменить цвет, но не обуглиться.
T2 Термический дефект 300–700 °C Локальный перегрев в обмотке или дефектное соединение. В этом диапазоне начинается обугливание бумаги.
T3 Термический дефект выше 700 °C Сильный перегрев — плохой контакт, циркулирующий ток в магнитопроводе или баке либо замыкание листов стали. Требует безотлагательного расследования.
DT Смешанный термический и электрический Сочетание механизмов либо дефект, переходящий из одного типа в другой. Для уточнения отслеживайте динамику по последовательным пробам.

Ограничения метода

Треугольник Дюваля всегда выдаёт диагноз, независимо от того, есть дефект или нет. Поскольку зоны «норма» не существует, исправный трансформатор со следовыми количествами всех трёх газов всё равно окажется в какой-либо точке треугольника.

Отсюда происходит самое распространённое неправильное применение метода: его используют для агрегата, абсолютные концентрации газов в котором находятся далеко в пределах нормы, а затем действуют по диагнозу, не имеющему физического основания.

Правильная последовательность: сначала убедитесь, что концентрации газов превышают типовые значения или растут аномально. И только затем используйте треугольник Дюваля для определения типа дефекта, который их вызывает.

Другие ограничения, о которых стоит знать:

  • Треугольник определяет тип дефекта, а не его местоположение. Результат T3 не позволяет отличить локальный перегрев обмотки от циркулирующего тока в баке.
  • Два одновременных дефекта дают точку между их индивидуальными признаками, которая может попасть в зону, не соответствующую ни одному из них.
  • Границы зон отличаются для альтернативных жидкостей. Природные и синтетические эфиры требуют скорректированных границ треугольника Дюваля 3.
  • У агрегатов, где масло устройства РПН сообщается с основным баком, повышенное содержание ацетилена обусловлено нормальными операциями переключения, а не дефектом.

Практика отбора проб

Некачественный отбор пробы обесценивает анализ. Интересующие нас газы растворены в масле и улетучатся, если проба будет контактировать с воздухом.

  • Используйте газонепроницаемый шприц или допущенную герметичную ёмкость, но не открытую бутыль
  • Перед отбором пробы промойте пробоотборный кран, чтобы удалить застоявшееся масло из трубопровода
  • Отбирайте пробу при нормальной работе трансформатора и установившейся температуре, а не сразу после включения
  • Полностью удалите пузырьки воздуха из шприца — видимый пузырёк способен существенно исказить результат
  • Зафиксируйте температуру масла и окружающего воздуха, а также нагрузку трансформатора на момент отбора
  • Оперативно доставьте пробу в лабораторию и оберегайте её от прямого солнечного света

Рекомендуемая периодичность отбора проб

Ситуация Периодичность
Новый агрегат, первый год После ввода в эксплуатацию, затем через 6 и 12 месяцев
Обычная эксплуатация, уровни газов в норме Ежегодно
Ответственный или необслуживаемый объект Каждые 6 месяцев либо непрерывный онлайн-мониторинг
Уровни газов повышены, но стабильны Каждые 3 месяца
Уровни газов растут Ежемесячно или чаще, пока динамика не станет понятной
После сквозного короткого замыкания или срабатывания защиты Немедленно, затем повторно через 24 часа

Практические замечания

  • Установите базовый уровень. Первый анализ DGA на новом трансформаторе служит эталоном, с которым сравниваются все последующие пробы.
  • Пользуйтесь всё время одной и той же лабораторией. Расхождение результатов разных лабораторий по одной пробе может превышать те изменения, которые вы пытаетесь обнаружить.
  • Внезапное появление ацетилена после повреждения в сети может отражать именно это повреждение, а не внутренний дефект. Повторите отбор пробы после того, как агрегат некоторое время проработает нормально.
  • Рассматривайте DGA вместе с другими испытаниями масла — влагосодержанием, пробивным напряжением, кислотным числом и межфазным натяжением. Газы показывают, что происходит; физико-химические испытания показывают, сколько ресурса осталось у изоляции.
  • Термические дефекты, определённые как T1 или T2, часто удаётся сопоставить с тепловым классом изоляции и наблюдаемым превышением температуры. См. Тепловые классы изоляции трансформаторов и предельные температуры.
Примечание: Пределы концентраций и рекомендации по интерпретации в этой статье соответствуют IEC 60599 для трансформаторов с минеральным маслом. Отдельные стандарты сетевых компаний и рекомендации изготовителей могут устанавливать иные пороговые значения. Диагноз предполагаемого дефекта должен подтверждаться квалифицированным инженером, располагающим полной историей эксплуатации агрегата.

Заменяете трансформатор, выработавший свой ресурс?

DATSAN изготавливает масляные распределительные и силовые трансформаторы мощностью от 25 kVA до 30 MVA по стандарту IEC 60076 с приёмо-сдаточными и специальными испытаниями в лаборатории, аккредитованной по ISO/IEC 17025. Смотрите полный ассортимент продукции или свяжитесь с нашей инженерной командой для подбора равноценной замены.

Меню

Производитель трансформаторов

DATSAN Transformer производит масляные распределительные и силовые трансформаторы для промышленных, энергетических и инфраструктурных проектов по всему миру.

Компания DATSAN основана в 1992 году и сочетает более чем 30-летний инженерный опыт с современными производственными и испытательными возможностями. Наша продукция разрабатывается в соответствии со стандартами IEC 60076, ANSI C57 и другими международными нормами; по запросу доступны исполнения, соответствующие требованиям Ecodesign.

Свяжитесь с нами

Datsan Elk. İnş. San. ve Tic. Ltd. Şti.

Адрес: Kızıltepe Mardin Karayolu 6.km
Kızıltepe, 47400 Mardin / ТУРЦИЯ

Телефон: +90 (482) 215 3188
Факс: +90 (482) 215 1199