Sistem pemantauan online untuk air mikro dalam minyak transformator: teknologi, data, dan diagnostik

Dalam sistem isolasi transformator daya, minyak isolasi dan kertas isolasi (selulosa) membentuk isolasi komposit minyak-kertas. Air (H₂O) adalah salah satu pengotor yang paling berbahaya dalam sistem ini, dan pemantauan yang akurat terhadap kandungannya merupakan aspek inti dalam mengevaluasi kesehatan transformator, mencegah kecelakaan kerusakan isolasi, dan memperpanjang usia peralatan. Sistem pemantauan on-line untuk air mikro dalam minyak transformator adalah teknologi pemeliharaan preventif (PdM) utama untuk mencapai tujuan ini.

Bagian I: Mekanisme berbahaya dari kelembapan pada sistem insulasi kertas minyak

Kerusakan yang disebabkan oleh kelembapan pada sistem insulasi transformator memiliki banyak aspek, dengan bahaya utamanya adalah percepatan penuaan insulasi dan berkurangnya kekuatan insulasi.

1. Penuaan yang dipercepat pada insulasi padat (kertas insulasi): Air adalah katalis utama untuk reaksi hidrolisis selulosa. Setiap pemutusan rantai molekul selulosa menghabiskan satu molekul air. Semakin tinggi kadar air, semakin cepat laju reaksi hidrolisis, sehingga mengakibatkan penurunan tajam pada derajat polimerisasi (DP) kertas isolasi, penurunan kekuatan mekanis, dan pada akhirnya kerapuhan dan kegagalan.

2. Mengurangi tegangan tembus minyak isolasi: Air yang terlarut dalam minyak memiliki efek kecil pada tegangan tembus, tetapi ketika air mencapai kejenuhan dan berada dalam bentuk air bebas (tetesan air kecil), tegangan tembus minyak akan turun secara signifikan. Di bawah aksi medan listrik, tetesan air akan terpolarisasi dan memanjang, dan sangat mudah membentuk jalur konduktif untuk memicu kerusakan.

3. Pelepasan Sebagian yang Diinduksi (PD): Kelembaban mengurangi timbulnya tegangan pelepasan bahan isolasi. Khususnya pada antarmuka kertas minyak dan pada celah udara kecil pada insulasi, keberadaan uap air secara signifikan meningkatkan risiko pelepasan sebagian.

4. “Risiko ”efek gelembung": Ketika beban transformator tiba-tiba meningkat atau suhu meningkat tajam, air dalam kertas isolasi menguap dengan cepat tetapi tidak dapat dilarutkan ke dalam minyak tepat waktu, mengakibatkan pembentukan gelembung gas pada permukaan belitan. Kekuatan dielektrik gas jauh lebih rendah daripada minyak, dan gelembung-gelembung ini sangat rentan terhadap kerusakan di bawah medan listrik yang beroperasi, yang dapat menyebabkan korsleting belokan-ke-belokan atau lapisan-ke-lapisan yang dahsyat.

Bagian II: Sumber kelembapan di dalam transformator

• Sisa produksi: Perlakuan pengeringan vakum yang tidak sempurna pada bodi transformator, mengakibatkan kelembapan awal yang tersisa dalam bahan isolasi.

• Gangguan eksternal: Penyegelan yang buruk (misalnya penuaan bushing, gasket), penyerapan uap air di nafas, injeksi oli yang tidak memenuhi syarat atau proses penyaringan oli, yang menyebabkan uap air di udara masuk ke bagian dalam transformator.

• Dibuat secara internal: Dalam proses penuaan normal pada kertas isolasi, kerusakan rantai molekul selulosa akan dihasilkan menjadi produk sampingan molekul air. Ini adalah proses penuaan yang mempercepat sendiri.

Bagian III: Prinsip kerja dan komposisi sistem pemantauan online

Sistem pemantauan online microwater memungkinkan pengukuran kontinu kadar air dalam minyak isolasi dengan memasang probe penginderaan di sirkuit minyak transformator.

1. Unit Penginderaan dan Pengukuran (Inti):

   • Prinsip-prinsip Teknis: banyak digunakanSensor Film Tipis Kapasitif (TFS). Inti dari sensor ini adalah film polimer yang konstanta dielektriknya berubah seiring dengan jumlah molekul air yang diserap, sehingga menyebabkan perubahan nilai kapasitansi. Dengan mengukur perubahan nilai kapasitansi, parameter air dalam minyak dapat dihitung secara akurat.

   • Metode pemasangan: Biasanya dipasang pada saluran pembuangan oli atau katup cadangan badan transformator dengan menggunakan katup bola dan probe dibenamkan langsung ke dalam oli. Untuk memastikan pengukuran yang representatif, sebaiknya dipasang di lokasi yang mencerminkan sirkulasi oli utama (mis. saluran masuk dan keluar pendingin).

2. Unit Akuisisi dan Transmisi Data:

   • Mengubah output sinyal kapasitif dari sensor menjadi sinyal digital atau analog standar.

   • Sensor suhu internal untuk mengkompensasi pengukuran kelembapan untuk memberikan pembacaan yang lebih akurat.

   • Biasanya terintegrasi dengan probe penginderaan dalam struktur terpadu.

3. Unit komunikasi dan tampilan:

   • Menyediakan fungsi tampilan digital lokal, mudah bagi inspektur lapangan untuk membaca data.

   • Data dikirimkan ke sistem pemantauan back-office gardu induk (SCADA) atau server data khusus melalui RS-485 (protokol Modbus) atau output analog 4-20mA.

Bagian IV: Interpretasi indikator pemantauan utama: ppm vs. aktivitas air (aw)

Sistem pemantauan online biasanya menyediakan dua indikator inti dan sangat penting untuk memahami perbedaan di antara keduanya.

• Kadar air absolut (ppm - Bagian Per Juta).

  • Definisi: Rasio massa, yang menunjukkan berapa miligram air yang terkandung dalam setiap kilogram minyak isolasi (mg/kg).

  • Keterbatasan: Ini adalahSangat bergantung pada suhuParameter. Dalam kondisi jumlah total kelembaban tetap tidak berubah, ketika suhu oli naik, kelarutan oli untuk air meningkat, dan kelembaban dalam kertas isolasi akan bermigrasi ke oli, menghasilkan nilai ppm yang lebih tinggi dalam oli; sebaliknya, ketika suhu oli diturunkan, nilai ppm dalam oli menurun. Oleh karena itu, nilai ppm sederhana tidak dapat secara akurat mencerminkan tingkat kelembapan dalam insulasi padat.

• Aktivitas Air (aw - Aktivitas Air) atau Kejenuhan Relatif (%RS).

  • Definisi: aw = P / P₀, di mana P adalah tekanan uap air dalam minyak dan P₀ adalah tekanan uap jenuh air murni pada suhu yang sama. Ini menunjukkan kecenderungan atau “keaktifan” air dalam minyak untuk keluar, mulai dari 0 (benar-benar kering) hingga 1 (jenuh). %RS = aw × 100%.

  • Keuntungan: Aktivitas airnya adalahParameter kondisi kesetimbangan yang mengkarakterisasi kelembapan dalam sistem insulasi kertas-minyakAktivitas minyak sama dengan aktivitas kertas ketika kesetimbangan minyak-kertas tercapai. Pada kesetimbangan kelembaban minyak-kertas, aktivitas kelembaban minyak sama dengan aktivitas kertas. aw adalah refleksi langsung dari tekanan “pembasahan” kelembaban pada insulasi padat, dan tidak tergantung pada perubahan suhu.Oleh karena itu, aktivitas air (aw) merupakan indikator yang lebih mendasar dan dapat diandalkan untuk mengetahui apakah insulasi padat terpapar kelembapan.

Bagian V: Parameter teknis yang umum

Bagian VI: Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)

T1: Bagaimana data pemantauan online dapat digunakan untuk menentukan status isolasi transformator?
Jawaban: Harus fokus padaAktivitas air (aw)和Tren data。

• aw < 0,2: Insulasi kering dan dalam kondisi baik.

• 0,2 ≤ aw < 0,4: Sedikit kelembapan dalam insulasi perlu diperhatikan, dikombinasikan dengan data kromatografi minyak untuk membuat penilaian yang komprehensif.

• aw ≥ 0,4: Insulasi sangat terpengaruh oleh kelembapan dan ada risiko “efek gelembung”, yang harus direncanakan untuk pengeringan.

• Analisis tren: Nilai aw yang stabil dalam jangka waktu yang lama menunjukkan seal yang baik. Jika nilai aw menunjukkan tren peningkatan yang konstan dan lambat, hal ini dapat mengindikasikan bahwa insulasi memburuk atau ada masuknya kelembapan eksternal yang lambat. Jika nilai aw berfluktuasi secara dramatis dengan suhu, ini juga menunjukkan bahwa insulasi padat mengandung tingkat kelembapan yang tinggi.

T2: Apakah saya harus mengalami pemadaman listrik untuk memasang perangkat pemantauan air mikro on-line?
Jawaban: Biasanya tidak diperlukan. Unit ini dirancang untuk pemasangan di bawah tekanan. Dengan menggunakan katup bola bertekanan tinggi khusus, unit ini dapat dipasang dengan aman pada katup trafo operasi. Seluruh proses pemasangan tidak memengaruhi pengoperasian normal trafo.

T3: Mengapa ada perbedaan antara nilai ppm dari pemantauan online dan nilai ppm dari pengujian laboratorium?
Jawaban: Perbedaan terutama berasal dariSuhu yang berbeda selama pengambilan sampel dan pengukuran. Suhu sampel oli telah diubah ke suhu kamar sebelum pengujian laboratorium, sedangkan pemantauan online diukur pada suhu oli waktu nyata. Karena nilai ppm sensitif terhadap suhu, maka kedua nilai tersebut biasanya tidak dapat dibandingkan. Sebaliknya, aktivitas kelembaban (aw) sangat sedikit dipengaruhi oleh suhu pada kesetimbangan, sehingga nilai aw online seharusnya lebih sesuai dengan nilai aw laboratorium.

T4: Dapatkah sistem ini sepenuhnya menggantikan pengujian oli offline tradisional?
Jawaban: Bukan pengganti yang lengkap, tetapi saling melengkapi satu sama lain. Pemantauan online menyediakanData dan tren berkelanjutanHal ini tidak dapat dilakukan dengan pengujian offline dan sangat penting untuk mendeteksi anomali dan analisis tren secara tepat waktu. Sebaliknya, pengujian oli berkala di laboratorium (misalnya, DGA kromatografi oli, pengujian tegangan tembus, dll.) memberikan informasi yang lebih komprehensif tentang kualitas oli. Praktik terbaik adalah menggabungkan data pemantauan online dengan hasil laboratorium berkala untuk membentuk penilaian tiga dimensi yang komprehensif terhadap kondisi transformator.