변압기 오일의 미세수에 대한 온라인 모니터링 시스템: 기술, 데이터 및 진단

전력 변압기의 절연 시스템에서 절연유와 절연지(셀룰로오스)는 오일-종이 복합 절연을 형성합니다. 물(H₂O)은 이 시스템에서 가장 위험한 불순물 중 하나이며, 그 함량을 정확하게 모니터링하는 것은 변압기 상태를 평가하고 절연 파괴 사고를 예방하며 장비 수명을 연장하는 데 있어 핵심적인 요소입니다. 변압기 오일의 미세수 온라인 모니터링 시스템은 이러한 목표를 달성하기 위한 핵심 예방적 유지보수(PdM) 기술입니다.

1부: 오일-종이 단열 시스템에 대한 습기의 유해한 메커니즘

변압기 절연 시스템에 습기로 인한 손상은 다각적으로 발생하며, 핵심 위험은 절연 노화 가속화와 절연 강도 감소입니다.

1. 고체 단열재(단열지)의 노화 가속화: 물은 셀룰로오스 가수분해 반응의 주요 촉매입니다. 셀룰로오스 분자 사슬이 끊어질 때마다 물 분자가 하나씩 소모됩니다. 수분 함량이 높을수록 가수분해 반응 속도가 빨라져 단열지의 중합 정도(DP)가 급격히 감소하고 기계적 강도가 감소하며 결국 취성 및 고장이 발생할 수 있습니다.

2. 절연 오일의 항복 전압을 낮춥니다: 오일에 용해된 물은 고장 전압에 작은 영향을 미치지 만 물이 포화 상태에 도달하여 자유 물 (작은 물방울) 형태로 존재하면 오일의 고장 전압이 크게 떨어집니다. 전기장의 작용으로 물방울은 분극화되고 길어지며 전도성 경로를 형성하여 고장을 유발하기가 매우 쉽습니다.

3. 부분 방전(PD) 유도: 습기는 절연 재료의 방전 전압 발생을 감소시킵니다. 특히 오일-종이 인터페이스와 단열재의 작은 공기 틈새에 습기가 있으면 부분 방전 위험이 크게 증가합니다.

4. '버블 효과' 위험: 변압기 부하가 갑자기 증가하거나 온도가 급격히 상승하면 절연지의 수분이 빠르게 증발하지만 제때 오일에 용해되지 않아 권선 표면에 가스 기포가 형성됩니다. 가스의 유전체 강도는 오일의 유전체 강도보다 훨씬 낮으며 이러한 기포는 작동 전기장 하에서 파괴되기 쉬워 치명적인 턴 투 턴 또는 레이어 간 단락을 초래할 수 있습니다.

2부: 변압기 내부의 습기 발생원

• 제조 잔여물: 변압기 본체의 불완전한 진공 건조 처리로 인해 절연 재료에 초기 수분이 남아 있는 경우.

• 외부 침입: 밀봉 불량(예: 부싱, 개스킷의 노후화), 브리더의 습기 흡수, 부적합한 오일 주입 또는 오일 여과 공정으로 인해 공기 중 습기가 변압기 내부로 유입되는 경우입니다.

• 내부적으로 생성되었습니다: 단열지의 일반적인 노화 과정에서는 셀룰로오스 분자 사슬이 끊어지면서 물 분자가 부산물로 생성됩니다. 이것은 자체적으로 노화를 가속화하는 과정입니다.

파트 III: 온라인 모니터링 시스템의 작동 원리 및 구성

마이크로워터 온라인 모니터링 시스템은 변압기 오일 회로에 감지 프로브를 설치하여 절연유의 수분 함량을 지속적으로 측정할 수 있습니다.

1. 감지 및 측정 장치(코어):

   • 기술 원칙: 널리 사용됨정전식 박막 센서(TFS). 센서의 중심에는 흡수된 물 분자의 수에 따라 유전율이 변화하여 정전용량 값의 변화를 일으키는 고분자 필름이 있습니다. 정전용량 값의 변화를 측정하여 오일의 수분 파라미터를 정확하게 계산할 수 있습니다.

   • 장착 방법: 일반적으로 볼 밸브를 통해 변압기 본체의 오일 배출구 또는 백업 밸브에 장착되며 프로브는 오일에 직접 잠깁니다. 대표적인 측정을 보장하기 위해 주요 오일 순환을 반영하는 위치(예: 냉각기 입구 및 출구 라인)에 설치하는 것이 바람직합니다.

2. 데이터 수집 및 전송 장치:

   • 센서의 정전식 신호 출력을 표준화된 디지털 또는 아날로그 신호로 변환합니다.

   • 온도 센서가 내장되어 있어 수분 측정값을 보정하여 보다 정확한 수치를 제공합니다.

   • 일반적으로 센싱 프로브와 통합 구조로 통합됩니다.

3. 통신 및 디스플레이 장치:

   • 현장 검사자가 데이터를 쉽게 읽을 수 있는 로컬 디지털 디스플레이 기능을 제공합니다.

   • 데이터는 RS-485(모드버스 프로토콜) 또는 4-20mA 아날로그 출력을 통해 변전소 백오피스 모니터링 시스템(SCADA) 또는 전용 데이터 서버로 전송됩니다.

4부: 주요 모니터링 지표의 해석: ppm 대 수중 활동(aw)

온라인 모니터링 시스템은 일반적으로 두 가지 핵심 지표를 제공하며, 이 두 지표의 차이점을 이해하는 것이 중요합니다.

• 절대 수분 함량(ppm - Parts Per Million).

  • 정의: 질량비: 절연유 1킬로그램당 몇 밀리그램의 물이 포함되어 있는지를 나타내는 값(mg/kg)입니다.

  • 제한 사항: 그것은온도에 따라 크게 달라짐매개 변수. 수분의 총량이 변하지 않는 조건에서 오일 온도가 상승하면 오일의 물에 대한 용해도가 증가하고 절연지의 수분이 오일로 이동하여 오일의 ppm 값이 높아지며 반대로 오일 온도가 낮아지면 오일의 ppm 값이 감소합니다. 따라서 단순 ppm 값은 고체 단열재의 수분 정도를 정확하게 반영할 수 없습니다.

• 물 활동(aw - 물 활동) 또는 상대 포화도(%RS).

  • 정의: aw = P / P₀, 여기서 P는 오일 내 물의 증기압이고 P₀는 동일한 온도에서 순수한 물의 포화 증기압입니다. 0(완전 건조)에서 1(포화)까지 기름 속 물이 빠져나가는 경향 또는 "생동감"을 나타냅니다.%RS = aw × 100%.

  • 장점: 수상 액티비티는 다음과 같습니다.오일-종이 단열 시스템의 습도를 특징짓는 평형 상태 파라미터오일-종이 수분 평형 상태일 때 오일의 수분 활성은 종이의 수분 활성과 동일합니다. 오일-종이 수분 평형 상태에서 오일의 수분 활성도는 종이의 수분 활성도와 동일합니다. aw는 고체 단열재에 대한 수분의 "습윤" 압력을 직접 반영하며 온도 변화와는 무관합니다.따라서 수분 활성도(aw)는 고체 단열재가 습기에 노출되었는지 여부를 나타내는 보다 근본적이고 신뢰할 수 있는 지표입니다.

파트 5: 일반적인 기술 매개변수

6부: 자주 묻는 질문(FAQ)

Q1: 온라인 모니터링 데이터를 사용하여 변압기의 절연 상태를 어떻게 확인할 수 있나요?
답변: 다음 사항에 집중해야 합니다.수상 활동(aw)노래로 응답데이터 트렌드.

• aw < 0.2: 단열재는 건조하고 양호한 상태입니다.

• 0.2 ≤ aw < 0.4: 단열재의 약간의 수분은 오일 크로마토그래피 데이터와 결합하여 종합적인 판단을 내릴 수 있도록 주의가 필요합니다.

• aw ≥ 0.4: 단열재는 습기에 의해 심각한 영향을 받으며 건조를 위해 계획해야 하는 "버블 효과"의 위험이 있습니다.

• 트렌드 분석: 오랜 기간 동안 일정한 aw 값을 유지하면 양호한 밀봉 상태를 나타냅니다. aw 값이 일정하고 느린 증가 추세를 보인다면 단열재가 열화되었거나 외부 습기 유입이 느리다는 의미일 수 있습니다. 온도에 따라 aw 값이 급격하게 변동하면 고체 단열재에 높은 수준의 수분이 포함되어 있음을 나타냅니다.

Q2: 온라인 마이크로 워터 모니터링 장치를 설치하려면 정전이 발생해야 하나요?
답변: 일반적으로 필요하지 않습니다. 이 장치는 압력 하에서 설치하도록 설계되었습니다. 특수 고압 볼 밸브를 사용하여 작동 중인 변압기의 밸브에 안전하게 설치할 수 있습니다. 전체 설치 과정은 변압기의 정상 작동에 영향을 미치지 않습니다.

Q3: 온라인 모니터링의 ppm 값과 실험실 분석의 ppm 값에 차이가 있는 이유는 무엇인가요?
답변: 차이점은 주로 다음에서 비롯됩니다.샘플링 및 측정 중 다양한 온도. 실험실 분석은 오일 샘플의 온도를 실온으로 변경한 후 분석하는 반면, 온라인 모니터링은 실시간 오일 온도에서 측정합니다. ppm 값은 온도에 민감하기 때문에 일반적으로 두 값은 비교할 수 없습니다. 반면 수분 활성도(aw)는 평형 상태에서 온도에 거의 영향을 받지 않으므로 온라인 aw 값이 실험실 aw 값과 더 잘 일치해야 합니다.

Q4: 이 시스템이 기존의 오프라인 오일 테스트를 완전히 대체할 수 있나요?
답변: 완전한 대체재는 아니지만 서로 보완적인 역할을 합니다. 온라인 모니터링은 다음을 제공합니다.지속적인 데이터 및 트렌드이는 오프라인 테스트에서는 불가능하며 이상 징후를 적시에 감지하고 추세를 분석하는 데 필수적입니다. 반면, 실험실에서 주기적인 오일 테스트(예: 오일 크로마토그래피 DGA, 고장 전압 테스트 등)는 오일 품질에 대한 보다 포괄적인 정보를 제공합니다. 가장 좋은 방법은 온라인 모니터링 데이터와 정기적인 실험실 결과를 결합하여 변압기 상태에 대한 종합적이고 입체적인 평가를 내리는 것입니다.