Chromatographen und ihre Verwendung in der Energiewirtschaft

Das Gerät zur chromatographischen Trennung und Analyse von Stoffgemischen wird Chromatograph genannt... Der Chromatograph besteht aus: einem Probeneinführungssystem, einer chromatographischen Säule, einem Detektor, einem Registrierungs- und Thermostatsystem sowie Geräten zur Aufnahme der getrennten Komponenten. Chromatographen sind je nach Aggregatzustand der mobilen Phase flüssig und gasförmig. Am häufigsten wird die Entwicklungschromatographie verwendet.

Der Chromatograph funktioniert wie folgt. Das Trägergas wird der Chromatographiesäule kontinuierlich über Druck- und Durchflussregler mit variabler oder konstanter Rate vom Ballon zugeführt. Die Säule wird in einen Thermostat gestellt und mit Sorbens gefüllt. Die Temperatur wird konstant gehalten und liegt im Bereich bis 500 °C.

Mit einer Spritze werden flüssige und gasförmige Proben injiziert. Die Säule trennt das Mehrkomponentengemisch in mehrere binäre Gemische, die sowohl den Träger als auch eine der analysierten Komponenten enthalten. Abhängig vom Grad der Sorbierung der Komponenten der binären Gemische gelangen die Gemische in einer bestimmten Reihenfolge in den Detektor.Basierend auf dem Detektionsergebnis wird die Änderung der Konzentration der Ausgangskomponenten erfasst. Die im Detektor ablaufenden Vorgänge werden in ein elektrisches Signal umgewandelt und anschließend in Form eines Chromatogramms aufgezeichnet.

In den letzten zehn Jahren hat es in der Energiewirtschaft eine weite Verbreitung gefunden. Die chromatographische Analyse von Transformatorenöl zeigt gute Ergebnisse bei der Diagnose von Transformatoren und hilft dabei, im Öl gelöste Gase zu identifizieren und das Vorhandensein von Defekten im Transformator festzustellen.

Der Elektriker nimmt einfach eine Probe Transformatoröl, liefert ihn an das Labor, wo der Mitarbeiter des Chemiedienstes eine chromatographische Analyse durchführt. Anschließend müssen aus den erhaltenen Ergebnissen die richtigen Schlussfolgerungen gezogen und entschieden werden, ob der Transformator weiter verwendet werden soll oder ob eine Reparatur oder ein Austausch erforderlich ist.

Abhängig von der Methode zur Entgasung von Transformatorenöl gibt es verschiedene Möglichkeiten, eine Probe zu entnehmen. Schauen wir uns als Nächstes zwei der beliebtesten Methoden an.

Bei der Entgasung mittels Vakuum erfolgt die Probenentnahme in verschlossenen 5- oder 10-ml-Glasspritzen. Die Dichtheit der Spritze wird wie folgt überprüft: Ziehen Sie den Kolben bis zum Ende, stecken Sie das Ende der Nadel in den Stopfen, drücken Sie den Kolben bis zur Mitte der Spritze und tauchen Sie dann den Stopfen mit der darin steckenden Nadel ein. zusammen mit der Spritze mit halb gedrücktem Kolben unter Wasser. Wenn keine Luftblasen vorhanden sind, ist die Spritze dicht.

Der Transformator verfügt über ein Abzweigrohr zur Ölprobenahme.Das Abzweigrohr wird gereinigt, eine bestimmte Menge darin stagnierendes Öl abgelassen, die Spritze und das Ölabsauggerät mit Öl gewaschen und anschließend eine Probe entnommen. Der Probenahmevorgang wird in der folgenden Reihenfolge durchgeführt. Ein T-Stück 5 mit Stopfen 7 wird über Rohr 2 an das Abzweigrohr 1 angeschlossen, Rohr 3 wird an einen Wasserhahn 4 angeschlossen.

Das Transformatorventil wird geöffnet, dann wird Hahn 4 geöffnet, bis zu 2 Liter Transformatoröl werden darüber abgelassen und dann geschlossen. Die Nadel der Spritze 6 wird durch den Stopfen 7 des T-Stücks 5 eingeführt und die Spritze mit Öl gefüllt. Öffnen Sie Ventil 4 ein wenig, drücken Sie Öl aus der Spritze – dies ist das Waschen der Spritze, dieser Vorgang wird zweimal wiederholt. Nehmen Sie dann eine Ölprobe in eine Spritze, entfernen Sie sie aus dem Stopfen und stecken Sie sie in einen vorbereiteten Stopfen.

Schließen Sie das Transformatorventil und entfernen Sie die Ölabsauganlage. Die Spritze ist mit dem Datum, dem Namen des Mitarbeiters, der die Probe entnommen hat, dem Namen des Standorts, der Kennzeichnung des Transformators und dem Ort, an dem das Öl entnommen wird (Behälter, Einlass), versehen. Danach wird die Spritze eingesetzt ein spezieller Behälter, der ins Labor geschickt wird. Oftmals erfolgt die Kennzeichnung in Kurzform und die Dekodierung wird im Protokoll festgehalten.

Ist eine teilweise Abtrennung der gelösten Gase geplant, erfolgt die Probenahme in einem speziellen Ölsammler. Die Genauigkeit wird höher sein, es wird jedoch eine größere Ölmenge benötigt, bis zu drei Liter. Der Kolben 1 sinkt zunächst auf den Boden, die Blase 2, ausgestattet mit einem Temperatursensor 3, wird bei geschlossenem Ventil 4 in Loch 5 eingeschraubt, während Ventil 6 geschlossen ist. Der Stopfen 8 verschließt das Loch 7 im unteren Teil der Ölwanne.Die Probe wird aus der Düse 9 entnommen, die mit einem Stopfen verschlossen und mit der Transformatorpalette verbunden ist. 2 Liter Öl ablassen.

An das Abzweigrohr ist ein Rohr mit einer Überwurfmutter 10 angeschlossen. Die Überwurfmutter ist nach oben gerichtet, wodurch das Öl nach und nach abfließen kann, nicht mehr als 1 ml pro Sekunde. Die Blase 2 dreht sich heraus und die Stange 11 wird durch die Öffnung 7 gegen den Kolben 1 gedrückt und hebt ihn an. Durch Drehen des Ölsammlers wird die Mutter 10 in das Loch 5 geschraubt, bis das Öl nicht mehr fließt.

Der Ölabscheider wird mit einem halben Liter pro Minute mit Transformatorenöl gefüllt. Wenn der Griff 12 des Kolbens 1 im Loch 7 erscheint, wird der Stopfen 8 am Loch 7 angebracht. Die Ölzufuhr wird unterbrochen, der Schlauch wird nicht abgeklemmt, der Ölsammler wird umgedreht, die Armatur 10 Wenn die Verbindung unterbrochen ist, ist sichergestellt, dass das Öl die Düse 5 erreicht, die Blase 2 ist eingeschraubt, das Ventil 4 muss geschlossen sein. Der Ölsammler wird zur chromatographischen Analyse an das Labor geschickt.

Die Proben werden bis zur Analyse höchstens einen Tag gelagert. Die Laboranalyse ermöglicht es, Ergebnisse zu erhalten, die eine Abweichung des Gehalts an gelösten Gasen von der Norm zeigen, und in deren Zusammenhang der elektrotechnische Dienst über das zukünftige Schicksal des Transformators entscheidet.

Mithilfe der chromatographischen Analyse können Sie den Gehalt im gelösten Öl bestimmen: Kohlendioxid, Wasserstoff, Kohlenmonoxid sowie Methan, Ethan, Acetylen und Ethylen, Stickstoff und Sauerstoff. Am häufigsten wird das Vorhandensein von Ethylen, Acetylen und Kohlendioxid analysiert. Je kleiner die Menge der analysierten Gase ist, desto geringer ist die Vielfalt an Fehleranfängen.

Dank der chromatographischen Analyse ist es derzeit möglich, zwei Gruppen von Transformatorausfällen zu identifizieren:

• Isolationsfehler (Entladungen in der Papier-Öl-Isolierung, Überhitzung der Feststoffisolierung);

• Defekte an spannungsführenden Teilen (Überhitzung von Metall, Leckage ins Öl).

Mängel der ersten Gruppe gehen mit der Freisetzung von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid einher. Die Konzentration von Kohlendioxid dient als Kriterium für den Zustand offen atmender Transformatoren und den Stickstoffschutz des Transformatorenöls. Es wurden kritische Konzentrationswerte ermittelt, die eine Beurteilung gefährlicher Mängel der ersten Gruppe ermöglichen; Es gibt spezielle Tische.

Mängel der zweiten Gruppe sind durch die Bildung von Acetylen und Ethylen im Öl sowie Wasserstoff und Methan als Begleitgase gekennzeichnet.

Die größte Gefahr stellen Mängel der ersten Gruppe dar, die mit Schäden an der Isolierung der Wicklungen einhergehen. Schon bei einer leichten mechanischen Einwirkung auf die Defektstelle kann bereits ein Lichtbogen entstehen. Solche Transformatoren müssen in erster Linie repariert werden.

Kohlendioxid kann aber auch aus anderen Gründen entstehen, die nicht mit dem Ausfall der Spulen zusammenhängen, zum Beispiel können die Ursachen eine Alterung des Öls oder häufige Überlastungen und Überhitzungen sein, die mit einem Ausfall des Kühlsystems einhergehen. Es gibt Fälle, in denen Kohlenstoff entsteht Dem Kühlsystem wird fälschlicherweise Kohlendioxid anstelle von Stickstoff zugeführt. Daher ist es wichtig, die chemische Analyse und die elektrischen Testdaten zu berücksichtigen, bevor Schlussfolgerungen gezogen werden. Sie können die chromatographischen Analysedaten eines ähnlichen Transformators vergleichen, der unter ähnlichen Bedingungen betrieben wird.

Bei der Diagnose ist die Stelle der Isolierung dunkelbraun und hebt sich deutlich vom allgemeinen Hintergrund der gesamten Isolierung ab. Mögliche Leckspuren an der Isolierung in Form verzweigter Triebe.

Am gefährlichsten sind Fehler in stromführenden Verbindungen in der Nähe fester Isolierungen. Ein Anstieg der Kohlendioxidkonzentration zeigt, dass die Feststoffisolierung beeinträchtigt ist, insbesondere wenn man die Analysedaten eines ähnlichen Transformators vergleicht. Messen Sie den Widerstand der Wicklungen und stellen Sie die Fehlfunktion fest. Transformatoren mit diesen Defekten sowie mit Defekten der ersten Gruppe müssen zunächst repariert werden.

Bei Überschreitung von Acetylen und Ethylen bei normaler Kohlendioxidkonzentration kommt es zu einer Überhitzung des Magnetkreises oder von Teilen der Struktur. Ein solcher Transformator muss innerhalb der nächsten sechs Monate überholt werden. Es ist wichtig, andere Ursachen zu berücksichtigen, beispielsweise im Zusammenhang mit einer Fehlfunktion des Kühlsystems.

Bei Reparaturarbeiten an Transformatoren mit festgestellten Schäden der zweiten Gruppe findet man an den Schadensstellen feste und viskose Ölzersetzungsprodukte, die eine schwarze Farbe haben. Wenn der Transformator nach der Reparatur wieder in Betrieb genommen wird, wird eine schnelle Analyse innerhalb des ersten Monats nach der Reparatur höchstwahrscheinlich das Vorhandensein zuvor erkannter Gase zeigen, deren Konzentration jedoch viel geringer sein wird; die Kohlendioxidkonzentration wird nicht ansteigen. Beginnt die Konzentration zu steigen, bleibt der Defekt bestehen.

Transformatoren mit Ölfilmschutz und andere Transformatoren, bei denen die Analyse den vermuteten Schaden an der Feststoffisolierung nicht bestätigt, müssen einer erweiterten Analyse mit gelöster Gaschromatographie unterzogen werden.

Schäden an der Feststoffisolierung, die mit häufigen Entladungen einhergehen, sind die gefährlichste Schadensart. Wenn zwei oder mehrere Gaskonzentrationsverhältnisse darauf hinweisen, ist der weitere Betrieb des Transformators riskant und nur mit Genehmigung des Herstellers zulässig, und der Defekt darf die Feststoffisolierung nicht beeinträchtigen.

Die chromatographische Analyse wird alle zwei Wochen wiederholt. Wenn sich das Verhältnis der gelösten Gaskonzentrationen innerhalb von drei Monaten nicht ändert, wird die starre Isolierung nicht beeinträchtigt.

Auch die Änderungsgeschwindigkeit der Gaskonzentration weist auf Defekte hin. Bei häufigen Einleitungen in Öl erhöht Acetylen seine Konzentration um 0,004–0,01 % pro Monat oder mehr und um 0,02–0,03 % pro Monat – bei häufigen Einleitungen in feste Isolierungen. Bei Überhitzung nimmt die Anstiegsrate der Konzentration von Acetylen und Methan ab. In diesem Fall ist es erforderlich, das Öl alle sechs Monate zu entgasen und anschließend zu analysieren.

Gemäß den Vorschriften muss die chromatographische Analyse von Transformatorenöl alle sechs Monate und bei 750-kV-Transformatoren zwei Wochen nach Inbetriebnahme durchgeführt werden.

Laboruntersuchung von Transformatorenöl für die chemisch-chromatographische Analyse

Eine effektive Diagnose von Transformatorenöl durch chromatographische Analyse ermöglicht es heute, den Arbeitsaufwand für die teure Wartung von Transformatoren in vielen Energiesystemen zu reduzieren.Für die Messung der Isolationseigenschaften ist es nicht mehr erforderlich, die Netze zu trennen, es reicht lediglich eine Probe des Transformatoröls zu entnehmen.

Daher ist die chromatographische Analyse von Transformatorenöl heute eine unverzichtbare Methode zur Überwachung von Transformatordefekten im frühesten Stadium ihres Auftretens. Sie ermöglicht es, die erwartete Art der Defekte und den Grad ihrer Entwicklung zu bestimmen. Der Zustand des Transformators wird beurteilt anhand der Konzentrationen der im Öl gelösten Gase und der Geschwindigkeit ihres Anstiegs und vergleicht sie mit den Grenzwerten. Bei Transformatoren mit einer Spannung von 100 kV und mehr muss eine solche Analyse mindestens alle sechs Monate durchgeführt werden.

Es sind die chromatographischen Analysemethoden, die es ermöglichen, den Grad der Verschlechterung der Isolatoren, die Überhitzung der stromführenden Teile und das Vorhandensein elektrischer Entladungen im Öl zu beurteilen. Anhand des Ausmaßes des zu erwartenden Ausfalls der Transformatorisolierung und anhand der nach einer Reihe von Analysen gewonnenen Daten kann die Notwendigkeit einer Außerbetriebnahme und Reparatur des Transformators beurteilt werden. Je früher die sich abzeichnenden Mängel erkannt werden, desto geringer ist das Risiko von Unfallschäden und desto geringer ist der Umfang der Reparaturarbeiten.