Почему необходим непрерывный онлайн-мониторинг растворенных газов в трансформаторном масле

发布时间：24 сентября 2025 08:43:31

Внедрение непрерывногоУстройство онлайн-мониторинга трансформаторного масла и газаОн является основным техническим звеном в трансформации современной системы оценки состояния трансформаторов от пассивного капитального ремонта к активному прогнозированию. Традиционный офлайн-метод периодического отбора проб при отключении электроэнергии и отправки их в лабораторию для хроматографического анализа имеет следующие непреодолимые технические ограничения:

  • Непрерывность и запаздывание данных мониторинга: Интервал времени между отборами проб в автономном режиме обычно составляет от нескольких месяцев до года. В случае быстропротекающих, внезапных неисправностей, таких как высокоэнергетические дуговые разряды, характерный газ (ацетилен) может достичь опасных уровней за несколько часов или дней. Из-за "временной слепоты" автономного мониторинга невозможно зафиксировать развитие таких неисправностей, что приводит к потере оптимального времени для вмешательства.

  • Неспособность отразить соответствие условиям работы:: Скорость газообразования в трансформаторе тесно связана с фактическими условиями его эксплуатации (ток нагрузки, температура окружающей среды, температура масла). Автономный анализ может дать только статический снимок данных в один момент времени и не может выявить динамическую корреляцию между скоростью роста газовыделения при неисправности и конкретными условиями эксплуатации, что очень важно для определения характера неисправности (например, является ли она перегревом, связанным с нагрузкой).

  • Загрязнение образцов и проблемы репрезентативности: На протяжении всей цепочки отбора проб, транспортировки и лабораторного анализа существует риск атмосферного загрязнения образцов масла или утечки газа, что может привести к искажению результатов испытаний. В то же время, одна точка отбора проб может не полностью отражать общее состояние растворенного газа в десятках тысяч литров изоляционного масла.

Поэтому развертываниеУстройство онлайн-мониторинга трансформаторного масла и газаОн обеспечивает непрерывный поток данных о внутреннем состоянии в режиме реального времени, реализуя высокочастотные (минутные или часовые) автоматические измерения концентрации газа, характерной для неисправности, что в корне решает вышеуказанные проблемы и является необходимой технической предпосылкой для раннего предупреждения и точной диагностики.

Комплект устройств онлайн-мониторинга масляного газа трансформатора специфически контролирует какой газ? Каково инженерное значение его диагностики неисправностей?

Устройство онлайн-мониторинга трансформаторного масла и газаОсновная задача - количественный анализ специфических газов в виде малых молекул, растворенных в изоляционном масле. Эти газы являются продуктами разрушения химических связей между изоляционным маслом (минеральное масло) и твердым изоляционным материалом (целлюлозная изоляционная бумага/картон) внутри трансформатора под воздействием электрических и тепловых нагрузок различной энергии. Наличие и концентрация каждого газа или определенной комбинации газов представляет собой "химический отпечаток пальца" для диагностики внутренних неисправностей.

Основные характерные газы химическая формула (например, вода H2O) В основном указываются типы неисправностей Подробное объяснение инженерной диагностики
водород (газ) H₂ Универсальный индикатор неисправностей Газ Почти все виды электрических разрядов и неисправностей, связанных с перегревом, приводят к выделению водорода путем разрыва связей C-H в изоляционном масле. Это самый чувствительный индикатор начальной стадии неисправности, и аномальное увеличение его содержания является четким сигналом наличия аномалии в трансформаторе.
этин C2H2 C₂H₂ Высокотемпературный дуговой разряд (>700°C) Это самый высокий уровень опасного газа, характерного для отказов. Образование ацетилена требует чрезвычайно высокой плотности энергии, и его обнаружение в масле практически однозначно определяет наличие высокоэнергетических дуговых разрядов внутри трансформатора, таких как короткие замыкания между витками или фазами, сильная дуга в процессе переключения устройства РПН и разряды со взвешенным потенциалом.
винил C₂H₄ Высокотемпературный перегрев (300°C - 700°C) Винил является основным продуктом термического крекинга изоляционных масел при высоких температурах. Его присутствие обычно указывает на наличие серьезных локальных точек перегрева, таких как плохое соединение проводников обмотки, перегрев элементов конструкции из-за вихревых токов или локальный перегрев сердечника.
метан CH4 CH₄ Перегрев при средних и низких температурах (<300°C) Метан имеет низкий порог температуры образования и является характерным продуктом низкотемпературного перегрева. Его постоянный рост обычно связан с незначительным локальным перегревом или дефектами ранней разрядки.
этан (C2H6) C₂H₆ Перегрев при средних и низких температурах (<300°C) Этан образуется при несколько более высокой температуре, чем метан, что также свидетельствует о низко- и среднетемпературном перегреве. Соотношение метана и этана помогает более точно определить температурный диапазон перегрева.
монооксид углерода CO CO Перегрев твердых изоляционных материалов Угарный газ - прямой продукт термического разложения целлюлозы (изоляционной бумаги, картона, прокладок). Аномальное увеличение его содержания является явным свидетельством того, что система твердой изоляции была повреждена в результате перегрева, и указывает на то, что это повреждение могло угрожать механической прочности трансформатора.
двуокись углерода CO2 CO₂ Перегрев и старение твердых изоляционных материалов Диоксид углерода также является продуктом термического разложения целлюлозы и образуется медленно при нормальном старении изоляции. Соотношение CO₂/CO является важным параметром для определения тяжести и температуры перегрева твердой изоляции.

В чем заключается основной принцип работы и технологический путь комплекта устройств онлайн-мониторинга газа в трансформаторном масле?

установленная модель поведенияУстройство онлайн-мониторинга трансформаторного масла и газаОсновой технологии является технология разделения нефти и газа и технология обнаружения газа. В настоящее время в мире наиболее широко используются следующие два основных технологических направления:

  • Технические принципы:: Метод ГХ - это классический, высокоточный метод разделения и обнаружения смесей. Рабочий процесс выглядит следующим образом: сначала растворенные газы в измеряемой пробе нефти извлекаются с помощью встроенного блока разделения нефти и газа (обычно методом равновесной рециркуляции в головном пространстве или методом полимерных проницаемых мембран). Затем с помощью газа-носителя высокой чистоты (например, аргона) эта смешанная газовая проба вводится в капиллярную колонку, покрытую специальным полимером (неподвижная фаза). По мере прохождения газовой смеси через колонку с газом-носителем (подвижной фазой) различные молекулы газа последовательно разделяются во времени под действием различных физико-химических сил (адсорбции, растворения и т.д.), с которыми они взаимодействуют со стационарной фазой, что приводит к различной скорости их движения через колонку. Наконец, на выходе из колонки высокочувствительный детектор (например, детектор теплопроводности TCD или импульсный разрядный детектор ионизации гелия PDD) точно рассчитывает концентрацию каждого газа, основываясь на временной последовательности различных компонентов и силе отклика сигнала.

  • Технические характеристики:: К преимуществам относятся возможность точного разделения и количественного анализа всех семи или девяти (включая O₂ и N₂) газов одновременно, высокая устойчивость к перекрестным помехам, наиболее полные и авторитетные результаты диагностики. Недостатками являются относительная сложность системы, длительный период анализа (обычно 30-60 минут), необходимость регулярного пополнения газа-носителя и других расходных материалов.

  • Технические принципы:: PAS - это высокочувствительный спектроскопический метод обнаружения. Основной принцип заключается в том, что проба экстрагированного газа вводится в герметичную измерительную газовую камеру (фотоакустическую ячейку). В газовую камеру попадает луч лазерного или инфракрасного света, модулированный на определенной частоте и с длиной волны, точно соответствующей пикам поглощения измеряемых молекул газа. Если молекулы газа поглощают световую энергию, их внутренняя энергия увеличивается, что приводит к интенсификации теплового движения молекул, в результате чего температура и давление газа в газовой камере периодически изменяются синхронно с частотой модуляции света. Это колебание давления известно как звуковая волна. Высокочувствительный миниатюрный микрофон помещается внутрь фотоакустической ячейки для обнаружения этого чрезвычайно слабого акустического сигнала. Интенсивность акустического сигнала строго пропорциональна концентрации измеряемого газа. Одновременное измерение нескольких газов может быть достигнуто путем интеграции нескольких лазерных источников и фильтров со специфическими спектрами поглощения для различных газов (например, C₂H₂, CH₄, CO и т.д.).

  • Технические характеристики:: К преимуществам относится очень высокая скорость обнаружения, с откликом в реальном времени в минутном диапазоне, а также отсутствие каких-либо химических реакций или потребления газа в течение всего процесса, что делает его действительно необслуживаемым. Недостатком является высокий уровень технической интеграции, необходимый для одновременного многокомпонентного обнаружения, и потребность в передовых алгоритмах для устранения эффектов перекрестных помех от спектров поглощения различных газов.

Какие основные подсистемы входят в состав комплексного устройства оперативного контроля содержания газа в трансформаторном масле?

Комплект промышленного классаУстройство онлайн-мониторинга трансформаторного масла и газаЭто сложная оптическая, механическая, электрическая и арифметическая интеграционная система, обычно состоящая из следующих полнофункциональных подсистем:

  • Подсистема циркуляции и предварительной обработки масла: Содержит маслостойкие трубопроводы, подключенные к входным и выходным масляным клапанам трансформатора, специальные микроциркуляционные насосы, многоступенчатые прецизионные фильтры, датчики потока и термостатические модули управления. Его функция заключается в обеспечении безопасной циркуляции испытуемого изоляционного масла от корпуса трансформатора к аналитическому блоку при стабильной, чистой и постоянной температуре.

  • Подсистема сепарации нефти и газа: Это основной физический модуль устройства, и основные технологии включают уравновешивание головного пространства, разделение с помощью полимерных проницаемых мембран или декомпрессионную дегазацию с помощью вакуумного насоса, от работы которых напрямую зависит эффективность и стабильность извлечения газа.

  • Подсистема обнаружения и анализа газов:: т.е. вышеперечисленное оснащено **газовой хроматографией (ГХ)возможноОсновной измерительный блок технологии фотоакустической спектроскопии (PAS)** содержит прецизионные оптические и аналитические компоненты, такие как источник света, колонка, детектор и фотоакустическая ячейка.

  • Встраиваемые подсистемы управления и обработки данных:: Встроенные высокопроизводительные промышленные компьютеры или микропроцессоры (MCU) с микропрограммным обеспечением, управляющие автоматизированным рабочим процессом всего прибора и выполняющие обработку данных, расчеты концентрации и встроенные алгоритмы поиска неисправностей (например, метод тройного соотношения) на основе международных стандартов, таких как IEC 60599.

  • Подсистемы связи и взаимодействия человека и компьютера: Обеспечивает различные физические интерфейсы, включая оптоволоконный Ethernet, RS-485, и поддерживает стандартные промышленные протоколы связи, такие как Modbus, DNP3, IEC 61850 и т.д., чтобы обеспечить беспрепятственную интеграцию данных мониторинга в систему автоматизации подстанции (SCADA) или удаленную централизованную мастер-станцию управления. В то же время он обычно оснащен локальным дисплеем и интерфейсом управления.

  • Экологически адаптируемые шкафы с высоким классом защитыПрочный металлический корпус со степенью защиты IP66 или выше и встроенный промышленный кондиционер или нагреватель для точного контроля температуры и влажности обеспечивают надежную работу устройства в течение длительного периода времени в широком диапазоне температур от -40°C до +55°C и в суровых условиях внешней среды, таких как соляной туман и высокая влажность.

Как устройство контроля содержания газа в трансформаторном масле в режиме реального времени сочетается с другими системами контроля?

В современных системах оценки состояния трансформаторовУстройство онлайн-мониторинга трансформаторного масла и газаОбычно они работают не самостоятельно, а в качестве основного компонента интегрированной платформы мониторинга, объединяя данные с другими системами мониторинга, чтобы сформировать диагностическую логическую цепочку с перекрестной проверкой и взаимодополняющими преимуществами.

  • Синергия с системами мониторинга частичных разрядов (ЧР) в режиме реального времениКогдаУстройство онлайн-мониторинга DGAБыли обнаружены устойчивые следы увеличения содержания водорода (H₂) и метана (CH₄), что указывает на наличие низкоэнергетических разрядов, когдаСистема онлайн-мониторинга частичных разрядов(особенно метод УВЧ) может обеспечить более высокую чувствительность для улавливания сигнала разряда и первоначального различения типов разряда (например, подвесной, вдоль плоскости и разряд с воздушным зазором). В отличие от этого, когда ацетилен (C₂H₂) обнаруживается ДГА, это указывает на то, что частичный разряд перешел в высокоэнергетическую дугу, и в это время амплитуда и частота повторения сигнала ЧР резко возрастают.

  • Синергия с системами онлайн-мониторинга обсадных труб:: Иногда.Устройство онлайн-мониторинга DGAОбнаруженные перегретые газы (например, этилен C₂H₄) могут возникать из-за перегрева, вызванного плохим соединением проводящего стержня с выводами внутри высоковольтной оболочки. В этот моментСистема онлайн-мониторинга обсадных трубЕсли он также показывает аномально высокий коэффициент диэлектрических потерь (tanδ) для данной фазы втулки, то место отказа может быть точно определено для компонента втулки, что позволяет избежать ненужного осмотра корпуса трансформатора с помощью подъемного щита.

  • Синергия с системами онлайн-мониторинга для волоконно-оптического измерения температуры обмотокКогдаУстройство онлайн-мониторинга DGAПри наличии сигнализации о перегреве при низкой и средней температуре (повышенное содержание метана CH₄ и этана C₂H₆), если трансформатор оснащенСистема онлайн-мониторинга измерения температуры волоконно-оптической обмоткиФактическое распределение температуры горячих точек внутри обмотки можно считать напрямую. Если окажется, что температура в одной области значительно выше, чем в других, и совпадает с тенденцией выработки газа, то можно подтвердить местоположение и серьезность неисправности перегрева, что обеспечит наиболее прямую основу для регулировки нагрузки или организации технического обслуживания.

Каковы типичные примеры применения, демонстрирующие эффективность устройств онлайн-мониторинга газа в трансформаторном масле?

  • Пример 1: Успешное раннее предупреждение дуговых замыканий высокой энергии в трансформаторах сверхвысоковольтных преобразователей
    На преобразовательной станции проекта передачи постоянного тока сверхвысокого напряжения ±800 кВ преобразовательный трансформатор, установленный наПрибор для онлайн-мониторинга газовой хроматографии DGAВо время обычного ежечасного обновления данных было внезапно обнаружено, что содержание ацетилена (C₂H₂) подскочило на несколько ppm по сравнению с долгосрочным нулевым состоянием. Система немедленно включила высший уровень тревоги и загрузила данные в централизованный центр управления в режиме реального времени. Хотя в тот момент не было никаких явных отклонений в других электрических параметрах трансформатора, на основании осознания серьезной опасности ацетиленового газа отдел эксплуатации и технического обслуживания решительно подал заявку на вывод трансформатора из эксплуатации. В результате внутреннего расследования было установлено, что переключающие контакты устройства РПН были смещены по механическим причинам, что привело к возникновению непрерывной высокоэнергетической дуги в процессе переключения. Это успешное предупреждение позволило предотвратить катастрофические последствия, которые могли бы привести к однополярной блокировке преобразователя или даже к пожару в вентильном зале.

  • Пример 2: выявление прогрессирующих отказов при перегреве, вызванных неисправностями системы охлаждения
    Главный трансформатор 220 кВ сФотоакустическая спектроскопия DGA устройство онлайн мониторингаАнализ тенденций данных за несколько недель показал, что уровни этилена (C₂H₄) и метана (CH₄) медленно, но последовательно увеличивались в соответствии с ежедневными пиками нагрузки, что указывает на наличие перегрева, связанного с нагрузкой. Однако обычные показатели, такие как температура масла в обмотке, не превышали допустимых значений. Основываясь на данных DGA, персонал по эксплуатации и техническому обслуживанию провел детальный осмотр системы охлаждения трансформатора и в итоге обнаружил, что один из двигателей вентилятора одного из мощных масляных радиаторов воздушного охлаждения был поврежден, что привело к серьезному снижению эффективности охлаждения этой группы радиаторов, в результате чего локальная температура масла в обмотках перегревалась и выделяла газ, когда трансформатор находился под высокой нагрузкой. После своевременной замены двигателя вентилятора данные DGA показали, что тенденция выделения газа немедленно прекратилась и выровнялась, что позволило предотвратить длительное прогрессирующее разрушение, которое ускорило бы старение изоляции.