Perché il monitoraggio continuo in linea dei gas disciolti nell'olio del trasformatore è essenziale

Implementazione di un sistema continuo diDispositivo di monitoraggio online del gasolio del trasformatoreÈ l'anello tecnico fondamentale nella trasformazione del moderno sistema di valutazione delle condizioni dei trasformatori da revisione passiva a manutenzione predittiva attiva. Il metodo tradizionale offline, che prevede il campionamento periodico delle interruzioni di corrente e l'invio al laboratorio per l'analisi cromatografica, presenta i seguenti limiti tecnici insormontabili:

• Discontinuità e ritardo nei dati di monitoraggioL'intervallo di tempo tra i campionamenti fuori linea è di solito compreso tra alcuni mesi e un anno. Nel caso di guasti improvvisi e in rapida evoluzione, come le scariche ad arco ad alta energia, il gas caratteristico (acetilene) può raggiungere livelli pericolosi in poche ore o giorni. La “cecità temporale” del monitoraggio offline rende impossibile cogliere l'evoluzione di tali guasti, perdendo così il momento migliore per intervenire.

• Incapacità di riflettere la pertinenza alle condizioni di lavoro: il tasso di produzione di gas di un trasformatore è strettamente correlato alle sue condizioni operative effettive (corrente di carico, temperatura ambiente, temperatura dell'olio). L'analisi offline può fornire solo un'istantanea statica dei dati in un singolo momento e non può rivelare la correlazione dinamica tra il tasso di crescita del gas di guasto e una particolare condizione operativa, che è fondamentale per determinare la natura del guasto (ad esempio, se si tratta di un surriscaldamento legato al carico).

• Problemi di contaminazione e rappresentatività del campioneDurante tutta la catena di campionamento, trasporto e analisi di laboratorio, esiste il rischio di contaminazione atmosferica dei campioni di olio o di fuoriuscita di gas, che può portare a risultati falsati. Allo stesso tempo, un singolo punto di campionamento potrebbe non essere pienamente rappresentativo dello stato complessivo dei gas disciolti in decine di migliaia di litri di olio isolante.

Pertanto, l'impiego diDispositivo di monitoraggio online del gasolio del trasformatoreFornisce un flusso continuo di dati sullo stato interno in tempo reale, realizzando misurazioni automatiche ad alta frequenza (al minuto o all'ora) della concentrazione di gas caratteristica del guasto, che risolve fondamentalmente i problemi di cui sopra ed è un prerequisito tecnico necessario per un allarme tempestivo e una diagnosi accurata.

Una serie di dispositivi di monitoraggio online del gas dell'olio del trasformatore specifica per il monitoraggio di quale gas? Qual è il significato ingegneristico della sua diagnosi dei guasti?

Dispositivo di monitoraggio online del gasolio del trasformatoreIl compito principale è l'analisi quantitativa di specifici gas a piccole molecole disciolti nell'olio isolante. Questi gas sono prodotti della rottura dei legami chimici tra l'olio isolante (olio minerale) e il materiale isolante solido (carta/cartone isolante di cellulosa) all'interno del trasformatore sotto sollecitazioni elettriche e termiche di diversa energia. La presenza e la concentrazione di ciascun gas, o di una particolare combinazione di gas, costituisce una “impronta digitale chimica” per la diagnosi dei guasti interni.

Qual è il principio di funzionamento e il percorso tecnologico di una serie di dispositivi di monitoraggio online del gas nell'olio del trasformatore?

modello di comportamento prestabilitoDispositivo di monitoraggio online del gasolio del trasformatoreIl cuore della tecnologia risiede nella tecnologia di separazione di petrolio e gas e nella tecnologia di rilevamento del gas. Attualmente, i due percorsi tecnologici principali sono i più utilizzati a livello globale:

• Principi tecnici: La tecnica GC è una tecnica classica di alta precisione per la separazione e la rilevazione di miscele. Il flusso di lavoro è il seguente: in primo luogo, i gas disciolti nel campione di olio misurato vengono estratti per mezzo di un'unità di separazione olio/gas incorporata (di solito con il metodo dell'equilibrio del ricircolo dello spazio di testa o della membrana permeabile ai polimeri). Successivamente, un gas vettore di elevata purezza (ad esempio, argon) inietta il campione di gas miscelato in una colonna capillare rivestita con uno speciale polimero (fase stazionaria). Mentre la miscela di gas scorre attraverso la colonna con il gas di trasporto (fase mobile), le diverse molecole di gas vengono separate in modo sequenziale nel tempo a causa delle diverse forze fisico-chimiche (adsorbimento, dissoluzione, ecc.) con cui interagiscono con la fase stazionaria, con conseguenti diverse velocità di movimento attraverso la colonna. Infine, all'estremità della colonna, un rivelatore altamente sensibile (ad esempio, un rivelatore a conducibilità termica TCD o un rivelatore a ionizzazione di elio a scarica pulsata PDD) calcola accuratamente la concentrazione di ciascun gas in base alla sequenza temporale dei diversi componenti e all'intensità della risposta del segnale.

• Caratteristiche tecniche: i vantaggi includono la capacità di separare accuratamente e analizzare quantitativamente tutti i sette o nove gas (compresi O₂ e N₂) contemporaneamente, l'elevata resistenza al cross-talk e i risultati diagnostici più completi e autorevoli. Gli svantaggi sono la relativa complessità del sistema, il lungo periodo di analisi (di solito 30-60 minuti) e la necessità di rifornire regolarmente il gas vettore e altri materiali di consumo.

• Principi tecnici:: La PAS è una tecnica di rilevamento spettroscopico altamente sensibile. Il principio di base è che il campione di gas estratto viene introdotto in una camera di misura sigillata (cella fotoacustica). Un fascio di luce laser o infrarossa, modulato a una frequenza specifica e con una lunghezza d'onda che corrisponde esattamente ai picchi di assorbimento delle molecole di gas da misurare, viene irradiato nella camera del gas. Se le molecole di gas assorbono l'energia luminosa, la loro energia interna aumenta, portando a un'intensificazione del movimento termico delle molecole, che causa una variazione periodica della temperatura e della pressione del gas nella camera di gas in sincronia con la frequenza della modulazione della luce. Questa fluttuazione di pressione è nota come onda sonora. All'interno della cella fotoacustica è collocato un microfono miniaturizzato altamente sensibile per rilevare questo segnale acustico estremamente debole. L'intensità del segnale acustico è strettamente proporzionale alla concentrazione del gas da misurare. È possibile effettuare misure simultanee di più gas integrando diverse sorgenti laser e filtri con spettri di assorbimento specifici per i diversi gas (ad esempio, C₂H₂, CH₄, CO, ecc.).

• Caratteristiche tecniche: I vantaggi includono una velocità di rilevamento molto elevata, con una risposta in tempo reale nell'ordine dei minuti, e l'assenza di reazioni chimiche o di consumo di gas durante l'intero processo, che lo rende veramente esente da manutenzione. Lo svantaggio è l'elevato livello di integrazione tecnica richiesto per il rilevamento simultaneo di più componenti e la necessità di algoritmi avanzati per eliminare gli effetti di interferenza incrociata degli spettri di assorbimento di gas diversi.

Quali sono i sottosistemi chiave che compongono un dispositivo completo di monitoraggio on-line del gas nell'olio del trasformatore?

Un set di apparecchi di livello industrialeDispositivo di monitoraggio online del gasolio del trasformatoreSi tratta di un sofisticato sistema di integrazione ottica, meccanica, elettrica e aritmetica, solitamente costituito dai seguenti sottosistemi completamente funzionali:

• Sottosistema di circolazione e pretrattamento dell'olioContiene tubazioni resistenti all'olio collegate alle valvole di ingresso e di uscita dell'olio del trasformatore, speciali pompe di microcircolazione, filtri di precisione multistadio, sensori di flusso e moduli di controllo termostatici. La sua funzione è quella di garantire la circolazione sicura dell'olio isolante in esame dal corpo del trasformatore all'unità di analisi in una temperatura stabile, pura e costante.

• Sottosistema di separazione di petrolio e gasSi tratta del modulo fisico centrale del dispositivo e le tecnologie principali includono l'equilibrio dello spazio di testa, la separazione con membrana permeabile ai polimeri o il degassamento con decompressione con pompa a vuoto, le cui prestazioni determinano direttamente l'efficienza e la stabilità dell'estrazione del gas.

• Sottosistema di rilevamento e analisi dei gas:: vale a dire che quanto sopra è dotato di **Cromatografia a gas (GC)或L'unità di misura principale della tecnologia di spettroscopia fotoacustica (PAS)** contiene componenti ottici e analitici di precisione come sorgenti luminose, colonne, rivelatori e celle fotoacustiche.

• Sottosistemi di controllo ed elaborazione dati integratiComputer o microprocessori (MCU) integrati ad alte prestazioni di livello industriale che eseguono programmi firmware che controllano il flusso di lavoro automatizzato dell'intera unità ed eseguono la risoluzione dei dati, i calcoli di concentrazione e gli algoritmi integrati di risoluzione dei problemi (ad esempio, il metodo del triplo rapporto) basati su standard internazionali come IEC 60599.

• Sottosistemi di comunicazione e interazione uomo-macchinaFornisce una varietà di interfacce fisiche, tra cui Ethernet a fibra ottica e RS-485, e supporta protocolli di comunicazione industriali standard come Modbus, DNP3, IEC 61850, ecc. per garantire che i dati di monitoraggio possano essere integrati senza problemi nel sistema di automazione della sottostazione (SCADA) o nella stazione master di controllo centralizzato remoto. Allo stesso tempo, è solitamente dotato di un display locale e di un'interfaccia operativa.

• Armadi adattabili all'ambiente di classe di protezione elevataIl robusto alloggiamento in metallo con livello di protezione IP66 o superiore e il condizionatore o riscaldatore industriale integrato per un controllo preciso della temperatura e dell'umidità assicurano che l'unità possa funzionare in modo affidabile per un lungo periodo di tempo in un'ampia gamma di temperature da -40°C a +55°C e in ambienti esterni difficili, come ad esempio in presenza di elevata nebbia salina e alta umidità.

Come funziona il dispositivo di monitoraggio on-line del gas nell'olio del trasformatore con altri sistemi di monitoraggio?

Nei moderni sistemi di valutazione delle condizioni dei trasformatori, ilDispositivo di monitoraggio online del gasolio del trasformatoreDi solito non lavora in modo indipendente, ma come componente centrale di una piattaforma di monitoraggio integrata, la fusione dei dati con altri sistemi di monitoraggio viene eseguita al fine di formare una catena logica diagnostica con convalida incrociata e punti di forza complementari.

• Sinergia con i sistemi di monitoraggio delle scariche parziali (PD) in lineaQuandoDispositivo di monitoraggio online DGASono stati rilevati aumenti sostenuti di tracce di idrogeno (H₂) e metano (CH₄), indicando la presenza di scariche a bassa energia quando ilSistema di monitoraggio online delle scariche parziali(in particolare il metodo UHF) può fornire una maggiore sensibilità per la cattura del segnale di scarica e la discriminazione iniziale dei tipi di scarica (ad esempio, scariche sospese, lungo il piano e air-gap). Al contrario, quando l'acetilene (C₂H₂) viene rilevato dal DGA, indica che la scarica parziale è progredita verso un arco ad alta energia, a questo punto l'ampiezza e la frequenza di ripetizione del segnale PD aumentano drasticamente.

• Sinergia con i sistemi di monitoraggio online dell'involucroA volte.Dispositivo di monitoraggio online DGAI gas surriscaldati rilevati (ad esempio, etilene C₂H₄) possono derivare da un surriscaldamento causato da un cattivo collegamento dell'asta conduttrice ai conduttori all'interno dell'involucro ad alta tensione. A questo punto, ilSistema di monitoraggio online dell'involucroSe mostra anche un fattore di perdita dielettrica (tanδ) anormalmente elevato per quella fase della boccola, il punto di guasto può essere individuato nel componente della boccola, evitando la necessità di un'inutile ispezione del corpo del trasformatore.

• Sinergia con i sistemi di monitoraggio in linea per la misurazione della temperatura degli avvolgimenti in fibra otticaQuandoDispositivo di monitoraggio online DGAQuando esiste l'allarme per il surriscaldamento a bassa e media temperatura (aumento del contenuto di metano CH₄ e di etano C₂H₆), se il trasformatore è dotato di unSistema di monitoraggio online per la misurazione della temperatura degli avvolgimenti in fibra otticaÈ possibile leggere direttamente la distribuzione effettiva della temperatura dei punti caldi all'interno dell'avvolgimento. Se la temperatura in un'area risulta significativamente più alta rispetto ad altre aree e coincide con l'andamento della produzione di gas, è possibile confermare la posizione e la gravità del guasto da surriscaldamento, fornendo la base più diretta per regolare il carico o organizzare la manutenzione.

Quali sono alcuni casi applicativi tipici che dimostrano l'efficacia dei dispositivi di monitoraggio online dei gas nell'olio dei trasformatori?

• Caso 1: Successo dell'avviso precoce di guasti ad arco ad alta energia all'interno di trasformatori convertitori UHV
  Nella stazione di conversione di un progetto di trasmissione UHV in corrente continua a ±800kV, un trasformatore di conversione installato sulDispositivo di monitoraggio online per gascromatografia DGADurante un aggiornamento di routine dei dati orari, è stato improvvisamente rilevato che il contenuto di acetilene (C₂H₂) era balzato a diversi ppm dallo stato di zero a lungo termine. il sistema ha immediatamente attivato il massimo livello di allarme e ha caricato i dati al centro di controllo centralizzato in tempo reale. Sebbene in quel momento non vi fossero anomalie evidenti in altri parametri elettrici del trasformatore, sulla base del riconoscimento del grave pericolo rappresentato dal gas acetilene, il reparto di gestione e manutenzione ha richiesto con decisione la disattivazione del trasformatore. Dopo un'indagine interna, si scoprì che i contatti di commutazione del commutatore sotto carico (OLTC) erano stati disallineati per motivi meccanici, generando un arco continuo ad alta energia durante il processo di commutazione. Questo allarme ha evitato conseguenze catastrofiche che avrebbero potuto portare al blocco unipolare del convertitore o addirittura a un incendio nella sala valvole.

• Caso 2: Identificazione di guasti progressivi di surriscaldamento causati da guasti al sistema di raffreddamento
  Un trasformatore principale da 220kV con unSpettroscopia fotoacustica Dispositivo di monitoraggio online DGAL'analisi delle tendenze dei dati per diverse settimane consecutive ha mostrato che i livelli di etilene (C₂H₄) e metano (CH₄) mostravano una tendenza all'aumento lenta ma costante in sincronia con i picchi di carico giornalieri, suggerendo la presenza di un surriscaldamento legato al carico. Tuttavia, i suoi misuratori convenzionali, come la temperatura dell'olio di avvolgimento, non superavano i limiti. Sulla base degli indizi forniti dai dati DGA, il personale O&M ha effettuato un'ispezione dettagliata del sistema di raffreddamento del trasformatore, scoprendo alla fine che uno dei motori delle ventole di uno dei raffreddatori ad aria ad olio forte era stato danneggiato, con una conseguente grave riduzione dell'efficienza di raffreddamento di questo gruppo di raffreddamento, che ha innescato il surriscaldamento della temperatura localizzata dell'olio degli avvolgimenti e la produzione di gas quando il trasformatore era sotto carico elevato. Dopo aver sostituito il motore del ventilatore in tempo, i dati DGA hanno mostrato che la tendenza alla produzione di gas si è arrestata immediatamente e si è stabilizzata, impedendo di fatto un guasto progressivo a lungo termine che avrebbe accelerato l'invecchiamento dell'isolamento.