Sistema di monitoraggio online della cromatografia dell'olio del trasformatore: come scegliere? Analizzatore online di gas disciolti nell'olio analisi completa

Il trasformatore è l'apparecchiatura centrale del sistema elettrico e il suo stato di isolamento è direttamente correlato al funzionamento sicuro dell'intera rete elettrica. L'olio isolante, il principale mezzo di isolamento e raffreddamento dei trasformatori in olio, si decompone sotto l'azione prolungata delle sollecitazioni termiche ed elettriche, generando una varietà di gas caratteristici dei guasti. Analizzando continuamente i gas disciolti (DGA, Dissolved Gas Analysis) nell'olio, è possibile ottenere un'accurata segnalazione nelle prime fasi di sviluppo del guasto all'interno del trasformatore. Il sistema di monitoraggio online con cromatografia dell'olio del trasformatore è l'apparecchiatura principale per raggiungere questo obiettivo ed è anche il supporto tecnico chiave per l'industria elettrica per passare dalla manutenzione periodica alla manutenzione delle condizioni.

Che cos'è l'analisi dei gas disciolti (DGA) nell'olio dei trasformatori? Perché è così importante?

La DGA, ovvero l'analisi dei gas disciolti nell'olio, è oggi riconosciuta a livello internazionale come uno dei mezzi tecnici più efficaci per determinare i guasti interni delle apparecchiature elettriche in olio. Il principio è il seguente: in caso di surriscaldamento interno del trasformatore, di scarica parziale o di scarica ad arco e di altri guasti, l'olio isolante e i materiali isolanti solidi (come la carta isolante, il cartone) saranno sottoposti al calore o al ruolo di cracking dell'energia elettrica, generando idrogeno (H₂), monossido di carbonio (CO), anidride carbonica (CO₂), metano (CH₄), etano (C₂H₆), etilene (C₂H₂) e altri gas. (C₂H₄), etilene (C₂H₄), acetilene (C₂H₂) e altre sette caratteristiche principali dei gas di guasto, che sono disciolti nell'olio isolante, il tipo e la concentrazione di questi gas e il tasso di crescita è quello di determinare il tipo di guasto, la posizione e la gravità della base importante.

L'analisi cromatografica dell'olio tradizionale offline richiede il campionamento manuale, l'invio al laboratorio per l'analisi e il ciclo è spesso calcolato in mesi o addirittura trimestri. Il deterioramento dell'isolamento all'interno del trasformatore può svilupparsi in modo drammatico nel giro di pochi giorni e la cecità temporale del rilevamento offline può facilmente causare una sotto-segnalazione dei guasti. L'analizzatore in linea per i gas disciolti nell'olio elimina questo rischio essendo installato direttamente sul corpo del trasformatore e ottenendo un rilevamento automatico continuo dei gas caratteristici.

Quali sono i gas caratteristici prodotti dai diversi tipi di guasto?

Le scariche parziali a bassa energia producono principalmente idrogeno (H₂), mentre la presenza di acetilene (C₂H₂) implica solitamente una scarica ad arco ad alta energia, che è il segnale di avvertimento più pericoloso; i guasti da surriscaldamento dell'olio sono caratterizzati da metano (CH₄) ed etilene (C₂H₄); e il deterioramento o il surriscaldamento dei materiali isolanti solidi è tipicamente segnalato da aumenti anomali di monossido di carbonio (CO) e anidride carbonica (CO₂). L'anidride carbonica (CO₂) è un segnale tipico dell'invecchiamento o del surriscaldamento dei materiali isolanti solidi. Sulla base di questa legge, gli standard internazionali e nazionali, come IEC 60599 e GB/T 7252, hanno stabilito metodi di diagnosi dei guasti maturi, come il metodo dei tre rapporti e il metodo del triangolo di David, che forniscono una base teorica per gli algoritmi diagnostici automatizzati.

Qual è la differenza tra un sistema di monitoraggio online della cromatografia dell'olio del trasformatore e un analizzatore online dei gas disciolti nell'olio?

Nell'applicazione pratica, questi due concetti sono spesso mescolati, ma esiste una certa distinzione a livello tecnico. L'analizzatore online di gas disciolti nell'olio (Online DGA Analyzer) si riferisce solitamente al completamento della separazione di olio e gas, al rilevamento dei componenti del gas e al calcolo della concentrazione dell'unità di strumentazione analitica di base, enfatizzando la capacità di rilevamento dello strumento analitico stesso; mentre il sistema di monitoraggio online della cromatografia dell'olio del trasformatore è un concetto di sistema più completo, che comprende il dispositivo di degassificazione e separazione di olio e gas front-end, l'unità cromatografica, l'acquisizione dei dati e i moduli di elaborazione, le interfacce di comunicazione, il software di monitoraggio di fondo e il sistema di esperti di guasti e una serie completa di sottosistemi, direttamente applicabile alle sottostazioni e così via. Il sistema di monitoraggio online della cromatografia dell'olio del trasformatore è un concetto di sistema più completo, che comprende il dispositivo di degassificazione e separazione olio/gas front-end, l'unità di analisi cromatografica, il modulo di acquisizione ed elaborazione dati, l'interfaccia di comunicazione, il software di monitoraggio back-end e il sistema esperto di diagnosi dei guasti, ecc.

Quando si sceglie un modello, deve essere chiaro se si sta acquistando un analizzatore stand-alone o un sistema di monitoraggio completo integrato, il che determina le successive modalità di installazione, integrazione, funzionamento e manutenzione.

Qual è il principio di funzionamento del sistema di monitoraggio online con cromatografia dell'olio del trasformatore?

Un tipico sistema di monitoraggio online con cromatografia dell'olio del trasformatore completa un ciclo di analisi automatica secondo il seguente processo:

Fase 1: circolazione e raccolta dei campioni di olio

Il sistema è azionato dalla pompa dell'olio incorporata per far circolare l'olio isolante del corpo del trasformatore nella conduttura chiusa, per garantire che i campioni di olio raccolti possano rappresentare realmente lo stato interno dell'olio del trasformatore ed eliminare l'errore causato dai campioni di olio della zona morta.

Fase 2: separazione di olio e gas (degassificazione)

Si tratta di uno degli anelli più critici dell'intera catena di analisi. Il sistema adotta il degasaggio a membrana permeabile, il degasaggio sotto vuoto o l'equilibrio dello spazio di testa per separare il gas caratteristico del difetto disciolto nell'olio isolante e ottenere il campione di gas misto disponibile per l'analisi in colonna. Le prestazioni del dispositivo di degassificazione influenzano direttamente l'accuratezza e la ripetibilità dei risultati del test e sono anche uno degli anelli in cui le prestazioni dei prodotti di diversi produttori variano maggiormente.

Fase 3: analisi gascromatografica

La miscela di gas separata viene immessa nella colonna GC e trasportata da un gas di trasporto (di solito azoto ad alta purezza o un generatore di gas di trasporto incorporato progettato senza bombole), che consente di ottenere una separazione precisa dei gas componenti nella colonna, e la rilevazione quantitativa viene effettuata da un rivelatore a conducibilità termica (TCD) o da un rivelatore a ionizzazione di fiamma di idrogeno (FID), che fornisce i valori numerici della concentrazione di ciascun componente.

Fase 4: elaborazione dei dati e risoluzione dei problemi

I dati raccolti sulla concentrazione di gas sono sottoposti alla correzione della temperatura, al calcolo della calibrazione e all'analisi delle tendenze da parte del processore incorporato, mentre il sistema esperto di diagnosi dei guasti incorporato è chiamato a valutare automaticamente lo stato interno del trasformatore sulla base di algoritmi standard internazionali come il metodo dei tre rapporti, il metodo del triangolo di David e le linee guida IEC 60599, e ad emettere conclusioni diagnostiche e segnali di avvertimento.

Fase 5: caricamento dei dati e monitoraggio remoto

I risultati dell'analisi vengono caricati sulla piattaforma di automazione completa della sottostazione o sulla piattaforma di funzionamento e manutenzione in cloud tramite RS-485, Ethernet, fibra ottica e altre interfacce e protocolli di comunicazione come IEC 61850 e Modbus RTU, che supportano l'interrogazione delle tendenze storiche, la trasmissione remota degli allarmi di superamento e la configurazione remota dei parametri e consentono di ottenere una gestione centralizzata delle apparecchiature di distribuzione decentralizzate.

Quali sono le principali vie tecniche per il monitoraggio in linea della cromatografia dell'olio del trasformatore?

Attualmente sul mercato l'analizzatore on-line di gas disciolti nell'olio del trasformatore adotta principalmente i seguenti percorsi tecnici, ciascuno con i propri vantaggi e svantaggi:

Gascromatografia (GC)

La gascromatografia è il metodo principale con la massima precisione e il rilevamento più completo dei componenti gassosi, in grado di rilevare simultaneamente H₂, CO, CO₂, CH₄, C₂H₆, C₂H₄, C₂H₂, C₂H₂, i sette gas caratteristici a componente completa e la microacqua, ed è il metodo di riferimento raccomandato per standard quali IEC 60599 e DL/T 722. La sfida principale è la struttura relativamente complessa del sistema. Le sfide principali sono la relativa complessità del sistema, il lungo tempo del ciclo di analisi (in genere da 40 minuti a diverse ore) e i requisiti di installazione e manutenzione.

Spettroscopia fotoacustica (PAS)

La spettrometria fotoacustica si basa sull'assorbimento di molecole di gas a specifiche lunghezze d'onda della luce infrarossa per ottenere il rilevamento, con un tempo di risposta rapido, nessuna necessità di gas di trasporto, struttura compatta, ecc, adatto ai requisiti di alta frequenza di monitoraggio, alla necessità di scenari di allarme rapido, e alcuni dei prodotti possono coprire il rilevamento di gas a componenti completi.

Metodo del sensore singolo di idrogeno

L'idrogeno (H₂) è il gas di segnalazione precoce più critico per le scariche parziali e i primi guasti da surriscaldamento dell'olio. L'uso di sensori a membrana di palladio o di sensori di combustione catalitica per il rilevamento dedicato dell'idrogeno nell'olio, combinato con il rilevamento di micro-acqua, costituisce una soluzione di monitoraggio DGA semplificata e a basso costo per applicazioni con budget limitati o come supplemento al monitoraggio completo dei componenti.

Spettroscopia infrarossa con trasformata di Fourier (FTIR)

Il metodo FTIR ha la capacità di rilevare velocemente e ad ampio spettro, può rilevare simultaneamente una varietà di componenti gassosi, con un'elevata precisione di misurazione, ed è utilizzato in alcuni scenari applicativi di fascia alta, ma il costo dell'intera macchina è relativamente elevato.

Su cosa devo concentrarmi nella scelta di un sistema di monitoraggio online con cromatografia dell'olio del trasformatore?

Di fronte all'ampia varietà di prodotti per il monitoraggio online della cromatografia dell'olio del trasformatore presenti sul mercato, le seguenti dimensioni sono le considerazioni fondamentali più importanti che non dovrebbero essere ignorate nella decisione di selezione:

I. Rilevamento della copertura dei componenti gassosi

È necessario specificare i tipi di gas che possono essere rilevati dal sistema selezionato. La copertura dei sette gas caratteristici (H₂, CO, CO₂, CH₄, C₂H₆, C₂H₄, C₂H₂) del sistema a componenti completi è la base per una diagnosi completa dei guasti; alcuni sistemi supportano anche il monitoraggio simultaneo del contenuto di acqua in tracce (H₂O), che consente di valutare ulteriormente l'invecchiamento e il contenuto di umidità del cartone isolante. Alcuni sistemi supportano anche il monitoraggio simultaneo del contenuto di micro-acqua (H₂O), che permette di valutare ulteriormente l'invecchiamento e l'umidità del cartone isolante.

II. Metodi di degassificazione e accuratezza del rilevamento

La maturità tecnica del dispositivo di degassificazione (separazione olio/gas) determina direttamente l'affidabilità dei dati di prova. L'attenzione deve essere rivolta a comprendere il principio tecnico del metodo di degassificazione del produttore, la stabilità del tasso di degassificazione e l'eventuale rischio di contaminazione da gas vettore dell'olio isolante del trasformatore. Il design senza cilindro e la struttura di degassificazione ermetica sono le soluzioni più accettate nelle attuali applicazioni ingegneristiche.

III. Funzionalità dell'algoritmo di risoluzione dei problemi

Il fatto che il sistema esperto di diagnosi dei guasti incorporato nel sistema supporti gli algoritmi standard internazionali più diffusi, come il metodo dei tre rapporti e il metodo del triangolo di David, e che disponga delle funzioni di analisi del tasso di produzione del gas e di previsione dell'andamento, influisce direttamente sulla possibilità di trasformare efficacemente i dati di monitoraggio in una base per il processo decisionale di manutenzione, che è l'incarnazione del valore fondamentale del sistema.

IV. Protocolli di comunicazione e capacità di integrazione dei sistemi

La chiave per l'implementazione del progetto è il supporto dei protocolli di comunicazione standard IEC 61850 e la possibilità di interfacciarsi senza problemi con le piattaforme di automazione delle sottostazioni della Rete di Stato e della Rete elettrica meridionale o con il sistema di monitoraggio online integrato. Allo stesso tempo, è necessario prestare attenzione alla capacità del sistema di funzionare e di essere mantenuto in remoto e di configurare i parametri, al fine di ridurre i costi di gestione e manutenzione successivi.

V. Adattabilità ambientale e affidabilità

Le condizioni del sito della sottostazione sono complesse e alcuni progetti sono situati in aree ad alto freddo, alta temperatura, alta umidità o alta quota. È necessario esaminare l'intervallo di temperatura di funzionamento del sistema, il livello di protezione, il design anti-interferenze elettromagnetiche e il funzionamento senza problemi a lungo termine della verifica ingegneristica, per evitare la selezione di prestazioni di laboratorio ma l'affidabilità sul campo del prodotto non è sufficiente.

VI. Facilità di manutenzione e costi di gestione e manutenzione

L'attenzione deve essere rivolta alla comprensione del carico di lavoro della manutenzione quotidiana del sistema, compresi il consumo e il ciclo di sostituzione del gas di trasporto, la frequenza di sostituzione della colonna e se il metodo di calibrazione supporta l'autocalibrazione a distanza. La progettazione senza bombole presenta evidenti vantaggi in termini di sicurezza e di costi di funzionamento e manutenzione, poiché non richiede la sostituzione regolare delle bombole di gas ad alta pressione.

VII. Qualificazione del produttore ed esperienza ingegneristica

Dovrebbero essere selezionati produttori professionali con qualifiche di certificazione pertinenti nel settore dell'energia e prestazioni di funzionamento in lotti nei sistemi energetici tradizionali, come la Rete di Stato o la Rete elettrica meridionale, con particolare attenzione al numero di casi ingegneristici reali, al numero di anni di funzionamento stabile del dispositivo e alla capacità di rispondere ai servizi tecnici post-vendita.

Per quali apparecchiature e scenari sono adatti i sistemi di monitoraggio online con cromatografia dell'olio del trasformatore?

Il sistema di monitoraggio online con cromatografia dell'olio del trasformatore è applicabile principalmente ai seguenti tipi di apparecchiature elettriche in bagno d'olio:

Nello scenario delle sottostazioni, i trasformatori principali da 110kV e oltre, i trasformatori ad altissima tensione da 500kV e i trasformatori di step-up di importanti centrali elettriche sono gli obiettivi prioritari di implementazione; i trasformatori principali con lunga vita operativa, record storici di anomalie o che svolgono compiti critici di alimentazione sono anche i principali obiettivi di applicazione del sistema di monitoraggio online. Inoltre, anche i reattori in bagno d'olio, i trasformatori e altre apparecchiature riempite d'olio possono essere inclusi nell'ambito del monitoraggio.

Negli scenari dell'energia industriale, la metallurgia, il petrolchimico, i centri dati e altri settori che richiedono un'elevata continuità di alimentazione hanno esigenze di monitoraggio online altrettanto forti per i loro trasformatori critici, per evitare gravi perdite di produzione dovute a interruzioni non pianificate dei trasformatori.

Domande frequenti (FAQ)

L'installazione di un sistema di monitoraggio online con cromatografia dell'olio del trasformatore richiede un'interruzione di corrente?

La maggior parte dei sistemi di monitoraggio online della cromatografia dell'olio del trasformatore, attraverso la posizione della valvola dell'olio del corpo del trasformatore per installare l'interfaccia dell'olio per ottenere l'accesso online, può essere completata con la premessa di un'installazione non elettrica, che non influisce sul normale funzionamento del trasformatore. Tuttavia, il programma di installazione specifico, a causa della struttura del trasformatore e delle condizioni del sito, varia; si raccomanda che prima dell'inizio del progetto il personale tecnico e professionale effettui un'indagine in loco per confermarlo.

Perché c'è una discrepanza tra i dati del monitoraggio online e i dati del test di cromatografia dell'olio in laboratorio offline?

Le differenze tra i due metodi sono dovute principalmente ai diversi metodi di degassificazione, ai diversi tempi di raccolta dei campioni di olio e all'influenza delle variazioni di temperatura ambientale sulla solubilità dei gas. Il monitoraggio online pone l'accento sulle variazioni di tendenza in tempo reale, mentre l'analisi offline in laboratorio è più accurata; quando i due metodi vengono utilizzati in modo complementare, l'attenzione dovrebbe essere rivolta alla tendenza di crescita della concentrazione di gas piuttosto che alla deviazione assoluta di un singolo valore. Gli standard nazionali ed esteri hanno inoltre definito chiaramente l'intervallo di errore dei due metodi.

Il rilevamento di acetilene nell'olio del trasformatore significa pericolo immediato?

L'acetilene (C₂H₂) è un gas caratteristico delle scariche ad arco ad alta energia; la sua comparsa è un importante segnale di allarme precoce, ma se costituisce un pericolo immediato deve essere combinato con il valore assoluto della sua concentrazione, il tasso di crescita e la proporzione di altri gas caratteristici per formulare un giudizio completo. I professionisti dovrebbero essere organizzati per effettuare una diagnosi completa in base al DL/T 722 e ad altri standard, invece di trarre conclusioni solo in base al valore di un singolo gas.

Il sistema di monitoraggio online può essere interfacciato con il sistema di gestione delle apparecchiature PMS?

I sistemi che supportano l'interfaccia IEC 61850 o il database aperto possono essere integrati con il PMS (sistema di gestione della produzione), l'EAM (sistema di gestione degli asset) e la piattaforma di monitoraggio online integrata nella sottostazione. Si raccomanda di confermare con i produttori di apparecchiature e con il dipartimento di tecnologia dell'informazione nella fase di creazione del progetto, per garantire l'approdo senza problemi del processo dei dati.

Con quale frequenza è necessario eseguire la manutenzione del sistema di monitoraggio online della cromatografia dell'olio?

Gli intervalli di manutenzione variano a seconda del progetto del sistema e della frequenza di utilizzo; di solito si raccomanda di eseguire la manutenzione preventiva ogni sei mesi o un anno, compresa la pulizia del circuito dell'olio, il controllo dello stato del film di degassificazione, la calibrazione dello zero dello strumento e l'autotest del sistema. Il design del sistema senza cilindri può ridurre significativamente il carico di lavoro giornaliero di manutenzione e i costi di manodopera O&M.

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Disclaimer: il contenuto di questo articolo è solo per il riferimento dell'industria elettrica e la conoscenza tecnica popolare, il testo della descrizione tecnica, gli scenari applicativi e le raccomandazioni di selezione si basano sulla consapevolezza generale del settore della collazione, non costituisce la base per la progettazione o l'approvvigionamento di soluzioni ingegneristiche specifiche. L'effettiva selezione del progetto dovrebbe essere combinata con le condizioni del sito, i parametri delle apparecchiature e le relative norme tecniche, da parte di professionisti qualificati per valutare e confermare. L'autore e l'editore di questo articolo non si assumono alcuna responsabilità legale per eventuali conseguenze decisionali in campo ingegneristico derivanti dal riferimento al contenuto di questo articolo.