بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی و تحلیل گازهاي حل شده در روغن ترانسفورماتور((DGA
چکیده روغن در ترانسفورماتور و تجهیزات قدرت داراي دو کارکرد مهم خنک کنندگی و عـایق الکتریکـی اسـت. خطاهـاي
مختلف در ترانسفورماتور باعث ایجاد گازهاي متفاوت می گردد. تجزیه و تحلیل این گازها اطلاعات مفیدي در رابطـه با وضعیت روغن ترانسفورماتور و انواع خطاهاي ایجاد شده در ترانسفورماتور فراهم می کند. خاصیت عایقی روغن به وسیله عوامل متعددي مانند فرسودگی روغن ،اضافه ولتاژها، اضافه جریانها پایین مـی آیـدو باعـث تولیـد گازهـاي مختلفی می شود. حیات ترانسفورماتور به شدت به کیفیت روغن آن وابسته است. یـک روغـن کثیـف و ضـعیف بـه سرعت ترانسفورماتور را به آستانه سوختن هدایت می کند.هنگام اشکال در ترانسفورماتور گازهاي جدیدي تولید می شوند که به صورت جزئی در روغن حل می شوند. در این حالت غلظت گازهاي موجود در فضاي بالاي روغن و گازهـاي حل شده در روغن تغییر می کنند تا به حالت تعادلی جدید برسد که غلظت هاي جدید در حالت تعـادل بسـتگی بـه فشارهاي جزئی گازهاي موجود وحلالیت آنها دارد. با توجه به اینکه شرایط درونی ترانسفورماتورها یکسان نیسـتد و سیستم هرگز در حالت سکون وآرامش نمی باشد. گرادیانهاي حرارتی و فشاري درون ترانسفورماتور متفاوت بـوده و همچنین مشخصات سیالی عایق ترانسفورماتورها نیز متنوع بوده که این موضوعات درك اتفاقـات رخ داده در درون ترانسفورماتور را پیچیده تر می نماید. بررسی گازهاي محلول در روغن ترانسفورماتور به عنوان یک روش موثر ومفید می تواند با تشخیص عیب هاي داخلی ترانسفورماتورهاي قدرت مانع از بروز خطاهاي مهم در ترانسفورماتورها گـردد.
علت بسیاري از خرابی ها در سیستم قدرت ضعف عایقی وگسترش خرابی عایقهاي ترانسفورماتورهاي قـدرت اسـت.
در تفسیر نتایج DGA بـه دسـت آمـده بـراي یـک ترانسـفورماتور، بایـد بـه عـواملی از قبل،تـاریخ راه انـدازي
ترانسفورماتور،دوره بارگیري از ترانسفورماتور، تاریخی که در آن آخرین بار روغن فیلتر شـد توجـه گـردد. بررسـی گازهاي محلول در روغن ترانسفورماتور به عنوان یک روش موثر ومفید می توانـد بـا تشـخیص عیـب هـاي داخلـی ترانسفورماتورهاي قدرت مانع از بروز خطاهاي مهم در ترانسفورماتورها گردد. بررسی میزان رشد گازها سرعت انتشار خطاي داخلی ترانسفورماتور مشخص می کند و دید درستی از چگونگی تغییرات گازهاي حل شـده و حـل نشـده در روغن ترانسفورماتور به شرکتهاي استفاده کننده از ترانسفورماتورها می دهد.
واژههاي کلیدي: آنالیز گازهاي حل شده در روغن ترانسفورماتور DGA))، روش دوال، روش درنبرگ، روش راجرز، خطاهاي
حرارتی
1
-1 مقدمه :
صنعت برق یکی از مهمترین صنایع درایران و تمام دنیا است. ترانسفورماتور دستگاهی بسیار گرانقیمت وبا اهمیت و یکی از عناصر مهم و کلیدي در شبکه هاي قدرت می باشدوهرگونه حادثه می تواند هزینه هاي سنگین تعمیرات، وقفه هاي طولانی در سرویس دهی ایجاد نماید.[1] خارج شدن ناگهانی ترانسفورماتور از مدار باعث ایجاد ناپداري شبکه می گردد، مخصوصا خطاهاي داخلی ترانسفورماتور می تواند خسارت هاي جبران ناپذیري بوجود آورد،علاوه بر قیمت این دستگاه مسائلی مانند حمل ونقل، مونتاژ،دمونتاژ و... زمان بر بوده وطی مدتی که ایستگاه فاقد ترانسفورماتور می باشد ،بار آن میبایست روي سایر ترانسفورماتورها قرار گیرد. در شرایط خاص این امکان وجود دارد که ایستگاههاي مجاور نتوانند بار قسمت هاي از دست رفته را جبران کنند.
روغنهاي معدنی مورد استفاده در ترانسفورماتور ازهیدرو کربنهاي حاصل از تصفیه نفت استخراجی از زمین میباشد.2]،3،[4 این ماده تشکیل شده از مولکول هاي روغن با فرمول Cn H2n+2وCn H2n و بصورت ترکیبی از فرم مولکولی خطی ، حلقوي و نیمه حلقوي می باشد. اگر مراقبت هاي درست و صحیح از روغن نشود، خاصیت عایقی روغن به وسیله عوامل متعددي مانند فرسودگی روغن ،اضافه ولتاژها، اضافه جریانها پایین می آیدو باعث تولید گازهاي مختلفی می شود.بررسی گازهاي محلول در روغن ترانسفورماتور به عنوان یک روش موثر ومفید می تواند با تشخیص عیب هاي داخلی ترانسفورماتورهاي قدرت مانع از بروز خطاهاي مهم در ترانسفورماتورها گردد.[1]علت بسیاري از خرابی ها در سیستم قدرت ضعف عایقی وگسترش خرابی عایقهاي ترانسفورماتورهاي قدرت است. فشارهاي الکتریکی و گرمایی باعث متلاشی شدن ملکولهاي هیدروکربن در روغن هاي معدنی و طبیعی می شود وباعث ایجاد یک ترکیب جدید از هیدروژن و تکه هاي هیدروکربن ها جدید تبدیل می شوند.اینها نیز می توانند با هم ترکیب شوند وبه شکل گازهایی نظیر متان (CH4) ، اتان (C2H6) ، هیدروژن (H2) ، اتیلن (C2H4) استیلن( ( C2H2 و
... در بیایند5]،6،.[7 و مقدار هر کدام از گاز به دما در نقطه فشار بستگی دارد.میزان رشد گازها سرعت انتشار خطاي داخلی ترانسفرماتور را مشخص می کند
-2 دلایل تشکیل گاز در ترانسفور ماتور
فشارهاي الکتریکی و گرمایی باعث متلاشی شدن ملکولهاي هیدروکربن در روغن هاي معدنی و طبیعی شده وباعث ایجاد یک ترکیب جدید از هیدروژن و تکه هاي هیدروکربن ها جدید می شوند.اینها نیز می توانند با هم ترکیب شوند و به شکل گازهایی نظیر متان (CH4) ، اتان (C2H6) ، هیدروژن ( H2 ) ، اتیلن (C2H4) استیلن( ( C2H2 و ... در بیایند5]،.[7
مقدار هر کدام از گاز به دما در نقطه فشار بستگی دارد. در اثر خطاهاي الکتریکی و حرارتی در داخل ترانسفورماتور، روغن آن تجزیه شیمیایی شده و تولید گاز می کند،با تشخیص نوع گاز و میزان آن، نوع عیب ترانسفورماتور مشخص گردد.
دانستن دما و فشار در نقطه اي که گاز از روغن خارج می شود و یا به عبارتی در نقطه اي که روغن به گاز تبدیل می شود براي قابلیت اطمینان و دقت اندازه گیري در عیب یابی بسیار مهم است، البته این روش تقریبا غیرممکن است زیرا نمونه برداري تحت یک شرایط و اندازه گیري تحت شرایط دیگر و در آزمایشگاه صورت می گیرد. تنها چیز مهمی که در این بین وجود دارد .دانستن مقادیر گازها بر حسب PPM نسبت به تغییرات دما و فشار است. مکانیزم هایی که می توانند باعث ایجاد تجزیه شیمیایی مواد عایقی و ایجاد گازهاي مختلف قابل احتراق وغیر قا بل احتراق شوند عبارتند از: قوس الکتریکی، تخلیه کرونا، تخلیه با انرژي کم و اضافه بارهاي ناگهانی وشدید و ایجاد حرارت هاي اضافی در سیستم عایقی می باشند2]،3،.[5 بایستی به این نکته توجه شود که کار نرمال ترانسفورماتور نیز ممکن است به تشکیل بعضی گازها منجر شود. گازهاي تولید شده با توجه به مقدار و ترکیبات شیمیایی را می توان به دو گروه نرمال و غیر نرمال تقسیم کرد. گازهاي نرمال شامل گازهایی هستند که در اثر عیب هاي حرارتی بوجود می آیند و گازهاي غیر نرمال در اثر بروز خطاهاي الکتریکی در داخل ترانسفورماتور تولید می شوند.
جدول(:(1 ریشه ترکیب ها
2
-3 تعیین نرخ رشد گازها
بررسی میزان رشد گازها این امکان را خواهد داد که سرعت انتشار خطاي داخلی ترانسفورماتور مشخص گردد و دید درستی از چگونگی تغییرات گازهاي حل شده و حل نشده در روغن بدست آورده شود.
-4 انواع خطاهاي روغن در ترانسفورماتور
چهار نوع خطا می تواند در ترانسفورماتور اتفاق بیافتد:
گازهایی که در اثر تجزیه روغن و کاغذ عایقی ترانسفورماتور حاصل می شود بر مبناي چهار فرایند عمده زیر است:
تجزیه حرارتی یا تخلیه جزئی یا انرژي پایین جرقه قوس الکتریکی یا شکست جریان بالا و پایین کرونا(تخلیه ناقص)
تجزیه حرارتی بالا نقاط موضعی گرم و یا حرارت بالا به طور کلی با توجه به خنک کننده ناکافی و یا احتمال اضافه بار هر یک از خطاها که در اثر تخریب حرارتی روغن یا در ترکیب با عایق کاغذبه وجود می آیند.
البته باید این نکته را در نظر گرفت که این چند فرایند جدا از یکدیگر نبوده و ممکن است گاهی همزمان ویا به دنبال هم ویا مستقل از هم اتفاق بیفتند.به عنوان مثال اگر در اتصالی حرارت اضافی ایجاد شود باعث فرایندهایی از نوع تجزیه حرارتی می شود.
اما اگر این فرایند تا مرحله کربنیزاسیون(سوختن) ادامه یابد ممکن است باعث ایجاد قوس الکتریکی گردد. اما ممکن است عیبی که در اثر یک قوس الکتریکی شروع می شوددر صورتی که با انرژي زیاد همراه باشد باعث تجزیه حرارتی گردد.معمولا دو مورد فوق را می توان به راحتی تشخیص دادچرا که قوس الکتریکی با آزاد شدن سریع مقدار قابل توجهی گاز همراه است.
تجزیه حرارتی را می توان به دو گروه فرعی دیگر نیز تقسیم کرد:
الف) تجزیه در دماي کم ، ایجاد حرارت اضافی در یک سطح وسیع (مثلا اشکال فلو). تخلیه هاي ضعیف همچون تخلیه هاي جزئی و قوس هاي متناوب کم انرژي مقدار بیشتري هیدروژن، مقدار کمی متان و مقدار ناچیزي استیلن تولید می کنند با افزایش شدت تخلیه مقادیر استیلن و اتیلن به طور قابل ملاحظه اي افزایش می یابد.
تجزیه در دماي بالا ، ایجاد حرارت در یک سطح کوچک( مثلا نقاط داغ موضعی حاصله از اتصالات با مقاومت بالا با اتصال کوتاه) :
با افزایش شدت تخلیه هاي الکتریکی و تبدیل آنها به قوس و یا تخلیه پیوسته که مربوط به دماهاي 700 تا 1800 درجه سانتی گراد میباشد مقدار استیلن قابل ملاحظه می باشد11]،.[10
3
نکته قابل توجه این است که سرعت تولید گاز به دما حساس است. در مورد واکنشهاي شیمیایی نظیر پیرولیز که در آن سرعت تولید گاز به طور تصاعدي نسبت به دما افزایش می یابد وتقریبا به صورت یک قاعده کلی به ازاي هر 10 CO افزایش دما سرعت تولید گاز دوبرابر می شود، بنابراین عیب مربوط به دماي پایین لزومأ باید در یک وسعت زیاد اتقاق بیفتدتا سرعت ایجاد گاز قابل توجه باشد. در دماهاي پایین محصولات فرایند پیرولیز روغن عایق کننده (از نوع هیدروکربن) عمدتأ از نوع متان واتان بعلاوه مقدار کمتري اتیلن وهیدروژن می باشد.
گازهاي قابل احتراق در ترانسفورماتور معمولا تولید فشارهاي حرارتی، الکتریکی و مکانیکی غیرعادي می نمایند فشارهاي ناشی از گازهاي محلول در روغن ممکن است باعث تغییر شکل ترانسفورماتور و اجزاء آن گردد، هنگامیکه خطاي اولیه رخ می دهد در داخل ترانسفورماتور فشار ایجاد می شود که روغن ترانسفورماتور تجزیه می گردد. 9]،[8 در روش جدید با استفاده از آنالیز گازهاي حل شده در روغن((Dessolved Gas Analysis in oil به نتایج خوب وقابل توجهی دست یافته اند. حداقل وحداکثر گازهاي متصاعد شده را می توان بر اساس محل وقوع خطاي ایجاد شده درون ترانسفورماتوربر اساس جدول((2 تقسیم بندي کرد.
جدول((2 گازهاي متصاعد شده وعلل آن در ترانسفورماتور
از آنجایی که مقدار گازها بر حسب PPM می باشد جدول شماره ( 3 ) شرایط عادي وغیر عادي بودن گازها را نشان می دهد.جدول شماره (4) مقادیر نرمال گازهاي محلول در روغن ترانسفورماتور را نشان می دهد.
محدوده (0-500 PPM) گازهاي قابل احتراق مشخص کننده این است که بهره برداري از ترانسفور ماتور رضایت بخش است وتجزیه به طور نرمال انجام می گیرد.[12 ]
گاز قابل احتراق، نشان می دهد که تجزیه بیشتر از حالت نرمال انجام می شود وباید انالیز گازها (500-1000 PPM)در محدوده بیشتر از حالت نرمال انجام گیرد.13]،[12
4
بیشتر از 1000 PPM از گازهاي قابل احتراق مشخص می کند که تجزیه قابل توجه است و که احتمالا بعد از بررسی روغن ، منجر به تصفیه روغن ترانسفورماتور می گردد.
اگر گازهاي قابل احتراق بیشتر از 2500 PPM گردد نشان دهنده این است که تجزیه مهمی در حال انجام است وممکن است به سیستم عایقی آسیب وارد کند در نتیجه سیستم عایقی مورد سوال قرار می گیرد و ضرورت کنترل ترانسفورماتور مطرح می گردد.
که آیا ترانسفورماتور باید به کار خود ادامه دهد یا اینکه تعمیر شود.
جدول (3) شرایط کار عادي و غیرعادي و نوع خطا گازها
جدول((4 مقادیر نرمال گازهاي حل شده در روغن
در شکل (1) با علت حرارت بالا روغن گاز )C2H4گاز اتیلن) که یک گاز قابل احتراق است تولید می شود.
شکل (2) گاز هیدروژن H2 که به علت اشکال در سلولز یا روغن به وجود آمده است باعث ایجاد کرونا در ترانسفورماتور گردید.
5
-5 روش نسبت درنبرگ ( (Doernenburg
یکی از روش هاي مهم تشخیص خطا در ترانسفورماتور قدرت، روش نسبت گازهاي محلول است. در این روش از نسبتهاي و براي تشخیص نوع خطا استفاده می شود و خطاهاي تشخیص داده شده سه خطاي حرارتی، کرونا و جرقه است. در این روش به منظور دقت بیشتر دو سطح مرزي براي هر نسبت داده شده است.
تفاوت میان خطاهاي الکتریکی و حرارتی را با استفاده از چهار نسبت گازي، نشان داد. روش او قادر به تشخیص سه نوع خطاي کلی شامل تجزیه حرارتی، کرونا یا تخلیه جزیی با انرژي کم و قوس یا تخلیه جزیی با انرژي زیاد است که در شکل((3 نشان داده شده است. نسبت هاي استفاده شده در این روش به صورتR4 ، R3، R2، R1مشخص شده که در جدول((5 این نسبت ها تعریف شده اند.15]،.[14
جدول((5 نسبتهاي مورد استفاده در روش دورنبرگ
جدول((6 چگونگی تشخیص خطاهاي ترانسفورماتور قدرت را به روش نسبت دورننبرگ
6
