Оптимизация отбора проб из маслонаполненного электроборудования
 
Энергетика

Оптимизация отбора проб из маслонаполненного электроборудования

В настоящее время общепризнано, что результаты испытаний и физико-химического анализа (ФХА) трансформаторного масла (ТМ), в том числе и хроматографический анализ растворённых в нём продуктов разложения изоляции (ГХ-анализ), позволяют выявить до 60—70% развивающихся повреждений в высоковольтном маслонаполненном электрооборудовании (ВМНЭО). Процесс диагностики ВМНЭО на основе ФХА трансформаторного масла можно условно разделить на три этапа [1]:
• отбор пробы масла и транспортировка в лабораторию;
• проведение анализа и испытаний ТМ в лаборатории;
• интерпретация результатов анализа — выдача диагностического заключения.

К каждому из этих этапов предъявляются жёсткие требования, несоблюдение которых приводит к получению заведомо неверных диагностических заключений со всеми вытекающими отсюда последствиями.

В статье рассматривается только первый этап — отбор проб ТМ из бака силовых трансформаторов и газов из газового реле. Правильный и грамотный отбор пробы ТМ является основой получения достоверных результатов испытаний и ФХА. Поэтому одной из основных задач является обеспечение представительности пробы, т.е. тождественность ТМ, содержащегося в ВМНЭО и пробоотборной ёмкости.

Существует множество причин, которые на практике могут привести к нарушению представительности отобранной пробы. Например, небрежный отбор проб или отбор в загрязнённые пробоотборные устройства может привести к ошибочным заключениям в отношении качества ТМ, что в свою очередь приводит к ошибочному диагностическому заключению о состоянии ВМНЭО и в конечном итоге — к неоправданным затратам. Согласно данным, приводимым американской сервисной компанией Doble Engineering Company, расходы, связанные с некачественным отбором пробы трансформаторного масла на ГХ-анализ (непредставительные пробы), оцениваются как в литературе [2]. При отборе одной пробы стоимость ГХ-анализа составляет лишь небольшую часть от общей суммы расходов, связанных с отбором и анализом проб (табл. 1).

Конечно, приведённые цифры могут различаться для различных энергосистем и лабораторий сервисных служб, однако эти данные показывают, что в большинстве случаев затраты на анализ составляют лишь около 17% от стоимости всего процесса отбора, анализа и оценки полученных данных. Если же доставленные в лабораторию пробы являются непредставительными, расходы увеличиваются в соответствии с данными табл. 2.

Аналогичная ситуация наблюдается и для других видов ФХA ТМ.

При этом если результаты анализа первоначальной пробы сразу не были признаны плохими, то дальнейшие расходы, связанные с этой пробой, могут быть ошеломляющими. Например, по результатам анализа «плохой» пробы эксплуатирующая исследуемое оборудование организация может предпринять меры для улучшения состояния ТМ, провести дегазацию ТМ или даже регенерацию или замену. В конечном счёте эти расходы могут достигать 10 и даже 30 тыс. долл. США. По этой причине в случае несоответствия показателей ТМ нормированным значениям всегда рекомендуется осуществлять повторный отбор пробы и её анализ для подтверждения результатов первой пробы. Если результаты анализов первой и второй проб совпадают, то можно принимать решения по дальнейшим действиям в отношении ВМНЭО. Если же результаты анализов первой и второй проб отличаются, то необходимо провести ещё один контрольный анализ.

Следует учитывать также и другие факторы, приводящие к неправильной интерпретации результатов ФХА, например случайную подмену проб или их неправильную идентификацию.

В настоящее время отбор проб жидких диэлектриков, в том числе и ТМ, как у нас в стране, так и за рубежом осуществляется в соответствии с действующими в каждой стране нормативными документами. Так, пробоотбор из электрических аппаратов и других ёмкостей должен осуществляться в соответствии с требованиями отечественных стандартов [3, 4]. Процедура отбора пробы нормируется также стандартом МЭК [5] или соответствующими национальными стандартами, например американским стандартом [6].

Для проведения хроматографического анализа газов, растворённых в изоляционных жидкостях, отбор проб необходимо осуществлять в соответствии с требованиями [7—9].

Как было показано выше, важнейшей задачей при отборе пробы ТМ из ВМЭО является обеспечение представительности пробы. Для этого необходимо соблюдение ряда требований, как к устройствам и приспособлениям для отбора, так и к технологии проведения отбора пробы ТМ. Рассмотрим некоторые из них.


Требования к ёмкостям
для отбора, транспортировки и хранения проб


Можно выделить 3 основных требования к ёмкостям для отбора, транспортировки и хранения проб ТМ.

1. Объём ёмкости для отбора проб ТМ должен быть достаточным для проведения соответствующего анализа.

2. Материал и конструкция ёмкости должны исключать попадание инородных веществ, которые могут привести к изменению анализируемых параметров. Кроме того, должны предотвращаться потери или появление газов или других веществ, на содержание которых проводится анализ.

3. Материал и конструкция ёмкости должны исключать влияние солнечного света. Объём проб, необходимых для проведения различных видов ФХА, примерно одинаков в требованиях стандартов различных стран и колеблется от 10 до 400 мл. При этом следует иметь в виду, что отборы проб должны производиться с небольшим запасом, составляющим 10—15% от анализируемого объёма. Существующие в настоящее время ёмкости для отбора проб ТМ условно можно разделить на две категории.

Ёмкости категории «А» необходимы для отбора проб ТМ на определение растворённых в нём газов и воды. Как показал опыт, наиболее приемлемым является пробоотборник в виде цельностеклянного шприца с индивидуально притёртым поршнем, обеспечивающим наибольшую газоплотность. В Российской Федерации этому вопросу уделялось достаточное внимание [1, 10—12], и проведённые исследования показали, что при использовании специализированных пробоотборников (рис. 1) срок сохраняемости пробы ТМ может составить от нескольких дней до нескольких недель и более.

Указанные пробоотборники могут быть использованы для отбора проб ТМ практически для всех видов ФХА, за исключением испытания на пробивное напряжение ТМ (требуется не менее 300 мл ТМ) и для определения влагосодержания ТМ по ГОСТ 7822-75 (не менее 170 мл ТМ). В то же время необходимо отметить, что ёмкости категории «А» являются наиболее дорогостоящими. По этой причине экономически целесообразно применять их только для отбора проб на проведение анализа газов и воды в ТМ.

Ёмкости категории «В» необходимы для остальных видов ФХA и могут быть изготовлены из цветного стекла, пластика или металла. Стеклянные ёмкости, несмотря на широкое применение, неудобны при транспортировке, имеют относительно большой вес и хрупки. Поэтому в последнее время многие сервисные службы для отбора, транспортировки и хранения ТМ применяют металлические бесшовные ёмкости соответствующего объёма, изготовленные из алюминия или нержавеющей стали. Допускается также применение металлических ёмкостей со сварным швом, который, в отличие от паяного шва, практически не влияет на физико-химические и электрические свойства пробы ТМ.

Однако, на наш взгляд, наиболее перспективным является применение пластиковых ёмкостей для отбора и транспортировки ТМ. Их неоспоримое преимущество заключается прежде всего в маленьком весе, который на порядок меньше по сравнению со стеклянными ёмкостями. Кроме того, как и металлические ёмкости, они не разбиваются. Использование пластиковых ёмкостей из темной пластмассы позволяет защищать пробы ТМ от солнечных лучей. При этом необходимо отметить, что не все виды пластмасс являются совместимыми с трансформаторным маслом, поэтому ёмкости должны быть изготовлены из материалов, совместимых с ТМ.

Существенными недостатками пластиковых ёмкостей до последнего времени были их относительно низкие барьерные свойства. Это связано с тем, что структура полимеров во многих случаях не является препятствием, например, для газов и даже воды, имеющих относительно небольшие размеры молекул. Для устранения этого недостатка ёмкости категории «В» должны изготавливаться с применением специальных технологий и материалов, обеспечивающих высокие барьерные свойства. В настоящее время уже реализованы многослойные технологии, когда между слоями основного полимера находится слой другого полимера, обеспечивающего достаточную газоплотность.

Важным достоинством пластиковых ёмкостей является то, что они могут применяться как одноразовые. Если расходы на мытье и сушку стеклянных или металлических ёмкостей многоразового применения сопоставимы со стоимостью пластиковых, то целесообразность отказа от мытья и сушки в условиях лаборатории очевидна. При этом исключается возможный риск применения некачественно промытых и высушенных ёмкостей, влияющих на представительность пробы.

Определённый интерес вызывает и применение специализированных ёмкостей с гибкой оболочкой для отбора пробы ТМ и газов (рис. 2).

Специализированные ёмкости с гибкой оболочкой для отбора и транспортировки проб ТМ на ФХА выпускаются трёх объёмов, определяемых видом ФХА. Минимальный объём пакетов составляет 100 мл, максимальный — 650 мл. Этот объём позволяет провести два параллельных анализа на определение пробивного напряжения трансформаторного масла.


Требования к проведению
отбора проб


Методика проведения отбора проб ТМ на проведение ФХА и испытаний подробно описана в нормативной документации, на которую даны ссылки в этой статье, а также в некоторых инструкциях по эксплуатации приборов и пробоотборных устройств. Тем не менее для обеспечения представительности пробы на некоторые важные аспекты технологии отбора проб ТМ из ВМНЭО необходимо обратить особое внимание. В общем случае должны соблюдаться следующие требования:
• отбор пробы должен быть максимально унифицирован, т.е. пробы ТМ должны отбираться одинаковым способом;
• пробоотбор должен производиться с применением соответствующих инструментов и принадлежностей, таких как промывной контейнер, трубки, этикетки для идентификации пробы, перчатки из маслостойкого материала. Для обеспечения экологической безопасности рекомендуется применять специальный поддон и абсорбирующий материал для предотвращения разлива ТМ;
• отбор проб из ВМНЭО должен производиться при обычном режиме работы или сразу после его отключения;
• перед отбором пробы необходимо слить достаточное количество масла в промывной контейнер для удаления загрязнений, которые могут находиться в коммуникациях;
• трубки должны быть изготовлены из специального материала, не имеющего «память», т.е. не адсорбирующего анализируемые компоненты. В особо ответственных случаях трубки должны быть использованы только один раз. Не рекомендуется применение трубок из таких материалов, как натуральный каучук или ПВХ, которые могут загрязнить пробу;
• обеспечить наполнение каждой ёмкости категории «В» не менее чем на 95% её вместимости;
• плотно закрывать пробоотборную ёмкость сразу после её заполнения;
• проверить правильность и полноту маркировки этикетки;
• восстановить первоначальный вид пробоотборной точки.


Усовершенствование метода отбора проб из газового реле
силовых трансформаторов (автотрансформаторов) и шунтирующих реакторов


В настоящее время отбор проб газов из газового реле производится в соответствии с СО 153-34.46.502 «Инструкция по определению характера внутренних повреждений трансформаторов по анализу газа из газового реле» и РД 34.035.518- 2001 «Инструкция по эксплуатации газовой защиты».

В обоих документах регламентируется в качестве пробоотборного устройства использование прибора, состоящего из стеклянной пипетки вместимостью 500 мл, уравнительной склянки с затворной жидкостью и соединительной резиновой трубки; прибор для отбора проб газов размещается в деревянном футляре. Громоздкая конструкция прибора разработана более 30 лет назад, отбор с его помощью требует участия двух человек.

Следует отметить, что отбор пробы газа из газового реле производится для проверки на горючесть и далее для определения химического состава. При этом действующим нормативным документом предписывается отбирать не менее 450—500 см3. Горючесть отобранного газа должна определяться сразу же в помещении, поскольку на открытом воздухе ветер или дождь могут препятствовать возгоранию.

В связи с появлением и активным внедрением в энергосистемы Российской Федерации газоплотных пробоотборных устройств существующая методика отбора проб газов из газового реле может быть пересмотрена. Вместо громоздких и плохо приспособленных для перемещения проб газов на большие расстояния устройств в соответствии с РД 34.035.518-2001 целесообразно применение специализированных газоплотных пробоотборных пакетов «ЭЛХРОМ» (рис. 3).

В этом случае упрощается процедура отбора проб газов из газового реле; сокращается время отбора; обеспечивается представительность пробы и отсутствует необходимость специальной подготовки персонала.

Важно отметить, что для качественного отбора как жидкой, так и газообразной пробы необходимы специальные переходники, позволяющие повышать качество пробоотбора (рис. 4).

В дополнение к сказанному представляется интересным применение индикаторных трубок (ИТ) для оценки наличия горючих газов в газовом реле.

Применение ИТ позволяет получить первичную информацию при минимуме затрат на её получение. В ряде случаев первичной информации бывает достаточно для принятия решения. Например, если при помощи ИТ не обнаруживаются горючие газы в газовом реле силового трансформатора, то отбор пробы газа для проведения хроматографического анализа в лаборатории становится невостребованным. Таким образом, достигается экономия средств и времени на перенос образцов в лабораторию и выполнение анализа. К другим преимуществам газового анализа с применением ИТ относятся малый вес и габариты, достаточная чувствительность и точность анализа, простота подготовки и выполнения анализа, что позволяет проводить газовый анализ лицам без специальной подготовки.

ИТ могут быть приспособлены для работы с пробоотборным устройством (рис. 5). Предлагаемое диагностическое обеспечение позволяет снизить стоимость анализа, т.к. в этом случае отпадает необходимость применять специальные аспираторы для прокачки исследуемого газа через ИТ и, следовательно, отбора проб газа из газового реле силовых трансформаторов, а вместо аспираторов используются газоплотные шприцы «ЭЛХРОМ», применяемые для отбора проб ТМ.

Примерный порядок работы с индикаторными трубками (ИТ):
• надрезаются и обламываются концы ИТ;
• в шприц набирается порция исследуемого вещества;
• с помощью гибкой трубки шприц присоединяется к ИТ;
• исследуемое вещество пропускается через ИТ;
• измеряется длина переокрашенных зон;
• с помощью формул или по цвету переокрашенных зон определяется содержание исследуемых веществ.


ВЫВОДЫ

1. Повышение качества отбора проб ТМ из бака силовых трансформаторов и газов из газового реле является актуальной задачей, требующей современного приборно-методического и аналитического обеспечения и корректировки существующей нормативно-технической документации.

2. Для обеспечения представительности проб при отборе, хранении и транспортировке в лабораторию для выполнения анализа предлагается применение одноразовых ёмкостей в виде пластиковых бутылок или специализированных ёмкостей с гибкой оболочкой.

3. Использование ИТ для предварительной оценки состава газов из газового реле трансформаторов позволяет оперативно в полевых условиях определить наличие горючих газов в газовом реле, повысить надёжность, а также снизить трудоёмкость определения состава газов. Экономический эффект от применения предложенной методики отбора пробы из газового реле силовых трансформаторов достигается за счёт повышения представительности пробы, отсутствия необходимости доставки в лабораторию и выполнения ГХ-анализа всех проб, сокращения времени и численности персонала, задействованного в процессе отбора пробы.


ЛИТЕРАТУРА
1. L.A. Darian, J.S.Sung. Influence of the gas tight samplers of insulating oil on the accuracy of GC analysis / 13 International Symposium on High Voltage Engineering. Netherlands 2003, Smit (ed) 2003 Millpress, Rotterdam, ISBN 90-77017-79-8.
2. Lance R. Lewand SAMPLING OF DIELECTRIC LIQUIDS Doble Engineering Company, USA.
3. ГОСТ 6433.5-84. «Диэлектрики жидкие. Отбор проб».
4. ГОСТ 2517-85. «Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб».
5. «IEC 60475: Method of sampling liquid dielectrics», International Electrotechnical Commission, 3, rue de Varembe, Geneva, Switzerland, 1974.
6. «ASTM D 923: Standard Practice for Sampling Electrical Insulating Liquids» in Electrical Insulating Liquids and Gases; Electrical Protective Equipment, Annual Book of ASTM Standards, Vol. 10.03, ASTM, West Conshohochen, PA, 2001.
7. РД 34.46.303-89 «Методические указания по подготовке и проведению хроматографического анализа газов, растворённых в масле силовых трансформаторов».
8. «IEC 60567: Guide for the Sampling of Gases and of Oil from Oil-? lled Electrical Equipment and for the Analysis of Free and Dissolved gases», International Electrotechnical Commission, 3, rue de Varembe, Geneva, Switzerland, 1992.
9. «ASTM D 3613: Standard Practice for Sampling Electrical Insulating Oils for Gas analysis and Determination of Water Content» in Electrical Insulating Liquids and Gases; Electrical Protective Equipment, Annual Book of ASTM Standards, Vol. 10.03, ASTM, West Conshohochen, PA, 2001.
10. Дарьян Л.А. Пробоотборники «ЭЛХРОМ» для хроматографического анализа газов, растворённых в трансформаторном масле. В сб. «Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования. Выпуск 11». — С-Петербург: ПЭИПК, 2000, с. 234—237.

11. Дарьян Л.А., Коробейников С.М. «Анализ качества устройства отбора проб, применяемых для хроматографического анализа газов, растворённых в изоляционных жидкостях». Электричество, 2006, № 12, с. 62—64.
12. Патент № 48065. Жидкостный пробоотборник. /Дарьян Л.А. // Зарегистрирован 10.09.2005 г., бюл. № 25.

Обсудить на форуме

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно