Наличие ацетилена методическими указаниями по интерпретации результатов ХАРГ оценивается как присутствие в трансформаторе высокоэнергетического дефекта дугового характера, снижающего надежность эксплуатации трансформатора и требующего учащенного контроля, а далее выявления и устранения дефекта.

Однако, как видим, анализы выявляют практическое отсутствие водорода и метана, что не соответствует процессам разложения масла в результате разрядных или дуговых процессов, когда ацетилен является основным газом.

При этом во время оценки результатов ХАРГ существующие методические указания требуют убедиться в том, что газы образовались в трансформаторе, а не попали в него из постороннего  источника, в качестве которого часто подразумевается устройство РПН, в котором дуговой процесс является нормальным, и образование ацетилена не является характеристикой дефектного состояния.

В подавляющем большинстве случаев описанная ситуация возникает именно из-за попадания газов из нормально работающего РПН, что и вызывает неправильную оценку состояния трансформатора по ХАРГ, заставляет делать дополнительные анализы, нести неоправданные затраты.

Для того, чтобы понять механизмы появления в баке трансформатора газов, образовавшихся в результате нормальной работы устройств РПН необходимо рассмотреть конструктивные особенности устройств РПН и трансформаторов.

Если это устройства РПН реакторного типа, возможно ли попадание газов, образовавшихся в баке контактора во время горения дуги, в бак трансформатора?

 На самом деле нет.

Бак контактора устройства РПН реакторного типа расположен на стенке трансформатора и уровень масла в баке трансформатора намного выше, чем в баке контактора РПН.

Избыточное давление масла в баке трансформатора по сравнению с давлением масла в баке контактора, не дает маслу из бака контактора попасть в бак трансформатора, даже если уплотнения между этим емкостями негерметичны.

Бак контактора имеет свое надмасляное пространство, которое снабжено своим воздухоосушителем. Газы, образовавшиеся в баке контактора во время горения дуги при переключениях, выходят из масла в воздушное пространство в баке контактора и далее через воздухоосушитель в воздушное пространство.

Иное дело быстродействующие устройства РПН с баком контактора погружного типа.

Бак контактора расположен в баке трансформатора.

Компенсация температурного расширения масла в баке контактора происходит путем изменения уровня масла в отдельном отсеке расширителя ( отсек РПН).

Для трансформаторов со свободным дыханием отсек РПН не герметизирован полностью от основного отсека расширителя. В верхней части стенки разделяющей отсеки имеется не заваренный сегмент, который объединяет надмасляное пространство в двух отсеках.

Общее надмасляное пространство снабжено одним общим воздухоосушителем

Каждый отсек расширителя снабжается своим маслоуказателем, которые смонтированы на торцах расширителя.

Отсек РПН заполняется маслом по патрубкам, соединяющим отсеки в нижней части расширителя через запорную арматуру – кран долива масла в РПН. Через этот кран масло в отсек РПН поступает из основного отсека расширителя. В эксплуатации этот кран должен быть закрыт.

Особенности конструкции, перечисленные выше, создают условия для попадания газов из РПН в бак трансформатора.

Таким образом, для оценки возможности попадания газов из бака контактора в первую очередь необходимо выполнить анализ ХАРГ из бака контактора, 

Для упомянутого трансформатора в баке контактора выявлены следующие концентрации  растворенных газов.

Эти концентрации газов характерны для нормально работающего контактора без повреждений контактов, без износа механических частей, без повреждений токоограничивающих сопротивлений.

Концентрации обычно измеряемых газов в баке контактора во много раз превышают концентрации газов в масле бака трансформатора. А значит, происхождение газов в баке трансформатора может быть внешним – из бака контактора.

 

Какие существуют механизмы обмена газами между маслом контактора и маслом трансформатора.

 

 

Переток газов вместе с маслом(часто употребляют просто термин переток масла)

Масло из бака контактора с высоким содержанием газов, характерных для дугового процесса, может попадать в масло трансформатора, перенося с собой газы через неплотности бака контактора, или через открытый кран долива отсека РПН.

При обмене маслом между баком контактора и трансформатора весь спектр газов из бака контактора попадает в бак трансформатора. В трансформаторе возникает тот же спектр газов, что и в баке контактора, но с меньшими концентрациями. Величины концентраций в баке трансформатора и баке контактора будут обратно пропорциональны объемам масла.

 Условием перетока через неплотности бака контактора является разница давлений в месте негерметичности. А разница давлений определяется разницей уровней масла в основном отсеке расширителя и отсеке РПН.

Такая разница давлений может быть создана только искусственно при неправильных эксплуатационных воздействиях.

При правильной эксплуатации заливка масла в отсек РПН производится из основного расширителя через кран доливки масла в отсек РПН. Уровень в отсеках устанавливается одинаковый – сообщающиеся сосуды, кран долива закрывается. В процессе отбора проб масла из бака контактора – уровень масла в отсеке РПН снижается.

Сделать больший уровень масла в отсеке РПН можно только неправильно доливая масло в контактор РПН – через трубу слива масла из бака контактора.

При наличии перетока масла из-за негерметичности бака контактора или при неправильной эксплуатации крана доливки масла в отсек РПН – в открытом состоянии, уровень в отсеках расширителя устанавливается одинаковый. Тогда для проверки наличия возможного перетока масла снижается уровень масла в отсеке РПН по сравнению с уровнем в основном расширителе трансформатора путем слива масла через сифонную трубу. Создается разница давлений – предпосылка для перетока масла. При наличии перетока – уровень выравнивается.

 

В рассматриваемом примере мы проверили состояние крана доливки масла в отсек РПН – он был закрыт.

 

 

Уровень  масла в основном расширителе бака трансформатора

 

 

был выше уровня масла в отсеке РПН в расширителе.

 

 

Таким образом, в нашем случае перетока газов вместе с маслом не было.

Кроме того имеется существенная разница  в соотношениях концентраций в баке контактора и баке трансформатора – например в соотношении концентраций водорода и ацетилена.

 

Означает ли это, что газы в баке трансформатора возникли в результате дефектов?

В этом случае необходимо вспомнить о том, что в наших трансформаторах имеется общее надмасляное пространство в расширителе.

 

Переток газов из РПН по воздуху.

Относительная концентрация газов в масле контактора РПН существенно выше относительной концентрации этих газов в воздухе над маслом в расширителе. Поэтому газы – все – выходят из масла бака контактора в воздух над маслом.

А вот далее пути различных газов расходятся.

Летучие газы – водород, метан, угарный газ – быстрые и улетают через воздухоосушитель.

С ацетиленом, этаном, этиленом несколько иначе. Они двигаются медленнее и за счет этого не успевают улететь из общего надмасляного пространства , поскольку попав в пространство над маслом трансформатора под действием разницы относительных концентраций газов в воздухе и масле трансформатора они попадают в масло трансформатора.

В этом случае мы и получаем характерные для трансформаторов со свободным дыханием концентрации газов – ацетилен без водорода, с относительно малым количеством этилена и этана.

Таким образом, качественно понятен механизм проникновения газов из бака контактора РПН в бак трансформатора по общему надмасляному пространству. Однако, хотелось бы иметь еще и определенные количественные критерии.

Количественно концентрации газов в этом случае не совсем обратно пропорцииональны объемам баков, поскольку процесс включает в себя несколько обменов – масло воздух. В этом случае на соотношение концентраций влияет не только объемы масла, но и соотношения площадей масляной поверхности в отсеках расширителя.

Кроме того, доля улетаемых «тяжелых» газов (она, конечно, существует) зависит от температуры трансформатора, то есть она может то увеличиваться, то уменьшаться, чего не происходит для обмена газами по маслу.

Поэтому объективно можно сказать, что концентрации ацетилена, этилена, этана для процесса обмена газами по воздуху должны быть:

- в баке контактора – большими, не менее, чем сотни ppm;

- увеличиваться почти пропорционально в обоих баках и в зависимости от числа переключений.

- отличаться в баках контактора и трансформатора не менее, чем в 10 раз, приближаясь при длительной работе к соотношению объемов масла.

 

Таким образом интерпретация ХАРГ в трансформаторах с работающим РПН и свободным дыханием затруднительна, поскольку всегда существует переток газов по воздуху, а также вероятен переток газов с маслом.

 

Что делать, если в трансформаторе со свободным дыханием, например, после выполнения капитального ремонта появился ацетилен?
 Случай десятый продолжение ...