Chromatografy a jejich využití v energetice

Zařízení pro chromatografickou separaci a analýzu směsí látek se nazývá chromatograf... Chromatograf se skládá ze: systému zavádění vzorku, chromatografické kolony, detektoru, registračního a termostatického systému a zařízení pro příjem separovaných složek. Chromatografy jsou kapalné a plynové v závislosti na agregovaném stavu mobilní fáze. Nejčastěji se používá vývojová chromatografie.

Chromatograf pracuje následovně. Nosný plyn je kontinuálně přiváděn z balónku do chromatografické kolony pomocí regulátorů tlaku a průtoku s proměnlivou nebo konstantní rychlostí. Kolona se umístí do termostatu a naplní sorbentem. Teplota je udržována konstantní a pohybuje se v rozmezí do 500 °C.

Kapalné a plynné vzorky se vstřikují injekční stříkačkou. Kolona rozděluje vícesložkovou směs na několik binárních směsí, které obsahují jak nosič, tak jednu z analyzovaných složek. Podle toho, do jaké míry jsou složky binárních směsí sorbovány, vstupují směsi do detektoru v určitém pořadí.Na základě výsledku detekce je zaznamenána změna koncentrace výstupních složek. Procesy probíhající v detektoru jsou převedeny na elektrický signál a následně zaznamenány ve formě chromatogramu.

V posledních deseti letech se rozšířil v energetice. chromatografická analýza transformátorového oleje, která vykazuje dobré výsledky v diagnostice transformátorů, pomáhá identifikovat plyny rozpuštěné v oleji a určit přítomnost vad v transformátoru.

Elektrikář jen odebere vzorek transformátorový olej, doručí do laboratoře, kde pracovník chemické služby provede chromatografický rozbor, po kterém zbývá ze získaných výsledků vyvodit správné závěry a rozhodnout se, zda transformátor dále používat nebo zda potřebuje opravu či výměnu.

V závislosti na metodě odplynění transformátorového oleje existuje několik způsobů, jak odebrat vzorek. Dále se podívejme na dvě nejoblíbenější metody.

Pokud se odplynění provádí ve vakuu, odebírá se vzorek do zatavených 5 nebo 10 ml skleněných stříkaček. Injekční stříkačka se kontroluje na těsnost následovně: vytáhněte píst až na konec, konec jehly zasuňte do zátky, zatlačte píst tak, aby byl doprostřed stříkačky, poté ponořte zátku se zapíchnutou jehlou, spolu se stříkačkou s napůl stlačeným pístem pod vodou. Pokud nejsou žádné vzduchové bubliny, stříkačka je těsná.

Transformátor má odbočnou trubku pro odběr vzorků oleje.Odbočné potrubí se vyčistí, vypustí se v něm určité množství usazeného oleje, stříkačka a zařízení na extrakci oleje se promyjí olejem a následně se odebere vzorek. Operace vzorkování se provádí v následujícím pořadí. T-kus 5 se zátkou 7 je připojen k odbočce 1 pomocí potrubí 2 a potrubí 3 je připojeno ke kohoutku 4.

Ventil transformátoru se otevře, poté se otevře kohout 4, přes něj se vypustí až 2 litry transformátorového oleje a poté se uzavře. Jehla stříkačky 6 se zasune skrz zátku 7 T-kusu 5 a stříkačka se naplní olejem. Pootevřeme ventil 4, vymačkáme ze stříkačky olej — jedná se o mytí stříkačky, tento postup opakujeme 2x. Poté odebereme do stříkačky vzorek oleje, vyjmeme jej ze zátky a nalepíme do připravené zátky.

Zavřete ventil transformátoru, demontujte systém pro extrakci oleje. Stříkačka je označena s uvedením data, jména pracovníka, který vzorek odebral, názvu místa, označení transformátoru, místa odběru oleje (zásobník, vstup), po kterém se stříkačka umístí do speciální nádobu, která se posílá do laboratoře. Často se značení provádí ve zkrácené formě a dekódování se zaznamenává do protokolu.

Pokud se plánuje částečná separace rozpuštěných plynů, vzorek se odebírá do speciálního sběrače oleje. Přesnost bude vyšší, ale bude potřeba větší objem oleje, až tři litry. Píst 1 nejprve klesne ke dnu, bublina 2, vybavená teplotním čidlem 3, s uzavřeným ventilem 4, je zašroubována do otvoru 5, zatímco ventil 6 je uzavřen. Zátka 8 uzavírá otvor 7 ve spodní části olejové vany.Vzorek se odebírá z trysky 9, uzavřené zátkou připojenou k paletě transformátoru. Vypusťte 2 litry oleje.

K odbočce je připojena trubka s převlečnou maticí 10. Spojka s maticí směřuje nahoru, což umožňuje oleji vytékat postupně, maximálně 1 ml za sekundu. Bublina 2 se otočí ven a tyč 11 je přitlačena k pístu 1 otvorem 7, čímž se zvedne. Otáčením sběrače oleje je matice 10 přišroubována k otvoru 5, dokud olej nepřestane vytékat.

Odlučovač oleje se plní transformátorovým olejem rychlostí půl litru za minutu. Když se rukojeť 12 pístu 1 objeví v otvoru 7, zátka 8 je nainstalována na místě, v otvoru 7. Přívod oleje je přerušen, hadice není odpojena, sběrač oleje je převrácen, armatura 10 je odpojeno, je zajištěno, aby olej dosáhl trysky 5, bublina 2 je našroubována na místo, ventil 4 musí být uzavřen. Sběrač oleje je odeslán do laboratoře k chromatografické analýze.

Vzorky se uchovávají až do analýzy po dobu ne delší než jeden den. Laboratorní analýza umožňuje získat výsledky ukazující odchylku obsahu rozpuštěných plynů od normy, v souvislosti s níž elektrotechnická služba rozhoduje o dalším osudu transformátoru.

Chromatografická analýza umožňuje stanovit obsah v rozpuštěném oleji: oxid uhličitý, vodík, oxid uhelnatý, dále metan, etan, acetylen a ethylen, dusík a kyslík. Nejčastěji se analyzuje přítomnost etylenu, acetylenu a oxidu uhličitého. Čím menší je množství analyzovaných plynů, tím menší je rozmanitost počínajících poruch.

V současné době je možné díky chromatografické analýze identifikovat dvě skupiny poruch transformátoru:

• Vady izolace (výboje v izolaci papír-olej, přehřívání pevné izolace);

• Závady na živých částech (přehřátí kovu, únik do oleje).

Vady první skupiny jsou doprovázeny uvolňováním oxidu uhelnatého a oxidu uhličitého. Koncentrace oxidu uhličitého slouží jako kritérium pro stav transformátorů s otevřeným dýcháním a dusíkovou ochranu transformátorového oleje. Byly stanoveny kritické hodnoty koncentrace, které umožňují posoudit nebezpečné vady první skupiny; existují speciální tabulky.

Vady druhé skupiny jsou charakterizovány tvorbou acetylenu a ethylenu v oleji a vodíku a metanu jako doprovodných plynů.

Největší nebezpečí představují vady první skupiny spojené s poškozením izolace vinutí. Již při mírném mechanickém působení na místo defektu může vzniknout oblouk. Takové transformátory potřebují především opravu.

Oxid uhličitý ale může vznikat i z jiných důvodů, které nesouvisejí se selháním cívek, například příčinami může být stárnutí oleje nebo časté přetěžování a přehřívání spojené s poruchou chladicího systému Existují případy, kdy uhlík oxid je omylem přiváděn do chladicího systému místo dusíku, takže je důležité vzít v úvahu údaje z chemické analýzy a elektrických testů, než vyvodíte jakékoli závěry. Můžete porovnat data chromatografické analýzy podobného transformátoru pracujícího za podobných podmínek.

Během diagnostiky bude umístění izolace tmavě hnědé barvy a jasně vynikne na obecném pozadí celé izolace. Možné stopy zatékání na izolaci ve formě rozvětvených výhonků.

Nejnebezpečnější jsou závady v živých spojích umístěných v blízkosti pevné izolace. Zvýšení koncentrace oxidu uhličitého ukazuje, že je ovlivněna pevná izolace, ještě více při porovnání analytických dat pro podobný transformátor. Změřte odpor vinutí, zjistěte poruchu. Transformátory s těmito vadami, stejně jako s vadami první skupiny, musí být opraveny především.

V případě překročení acetylenu a etylenu při normální koncentraci oxidu uhličitého dochází k přehřívání magnetického obvodu nebo částí konstrukce. Takový transformátor potřebuje během následujících šesti měsíců generální opravu. Je důležité zvážit další příčiny, například související s poruchou chladicího systému.

Při opravách transformátorů se zjištěným poškozením druhé skupiny nacházejí v místech poškození pevné a viskózní produkty rozkladu oleje, mají černou barvu. Když je transformátor po opravě restartován, rychlá analýza během prvního měsíce po opravě s největší pravděpodobností ukáže přítomnost dříve detekovaných plynů, ale jejich koncentrace bude mnohem nižší; koncentrace oxidu uhličitého se nezvýší. Pokud se koncentrace začne zvyšovat, vada zůstává.

Transformátory s ochranou olejovým filmem a další transformátory, u kterých analýza nepotvrdí podezření na poškození pevné izolace, musí být podrobeny pokročilé chromatografické analýze rozpuštěného plynu.

Poškození pevné izolace doprovázené častými výboji je nejnebezpečnějším typem poškození. Pokud tomu nasvědčují dva nebo více poměrů koncentrace plynu, je další provoz transformátoru riskantní a je povolen pouze se svolením výrobce a závada nesmí mít vliv na pevnou izolaci.

Chromatografická analýza se opakuje každé dva týdny, a pokud se do tří měsíců poměr koncentrací rozpuštěných plynů nezmění, pak není tuhá izolace ovlivněna.

Rychlost změny koncentrace plynu také ukazuje na vady. Při častém vypouštění do oleje zvyšuje acetylen svou koncentraci o 0,004-0,01 % za měsíc nebo více a o 0,02-0,03 % za měsíc - s častými vypouštěním do pevné izolace. Při přehřátí se rychlost nárůstu koncentrace acetylenu a metanu snižuje, v tomto případě je nutné olej odplynit a následně analyzovat jednou za půl roku.

Chromatografická analýza transformátorového oleje musí být podle předpisů provedena každých šest měsíců a transformátory 750 kV musí být analyzovány dva týdny po uvedení do provozu.

Laboratorní testování transformátorového oleje pro chemickou chromatografickou analýzu

Efektivní diagnostika transformátorového oleje pomocí chromatografické analýzy dnes umožňuje snížit objem práce na nákladné údržbě transformátorů v mnoha energetických systémech.Pro měření izolačních charakteristik již není nutné rozpojovat sítě, stačí pouze odebrat vzorek transformátorového oleje.

Chromatografická analýza transformátorového oleje je dnes nepostradatelnou metodou pro sledování vad transformátoru v nejranější fázi jejich výskytu, umožňuje určit očekávanou povahu vad a stupeň jejich vývoje. Stav transformátoru se posuzuje koncentracemi plynů rozpuštěných v ropě a rychlostí jejich nárůstu v porovnání s limitními hodnotami. U transformátorů s napětím 100 kV a vyšším musí být taková analýza provedena alespoň jednou za šest měsíců.

Právě chromatografické metody analýzy umožňují posoudit stupeň poškození izolátorů, přehřívání částí vedoucích proud a přítomnost elektrických výbojů v oleji. Na základě rozsahu očekávaného porušení izolace transformátoru lze na základě údajů získaných po sérii analýz posoudit nutnost vyřazení transformátoru z provozu a uvedení do opravy. Čím dříve jsou rozvíjející se vady identifikovány, tím menší je riziko náhodného poškození a tím menší bude objem oprav.