ارزیابی وضعیت تپ چنجر ترانسفورماتور قدرت با استفاده از آنالیز گازهای محلول در روغن (DGA)

ارزیابی وضعیت تپ چنجر ترانسفورماتور قدرت با استفاده از آنالیز گازهای محلول در روغن (DGA)

دکتر بهروز پهلوانپور
موسسه استاندارد IEC – شرکت NYNAS

مقدمه
تپ چنجر قابل قطع تحت بار تنها قطعه متحرک (دینامک) در داخل ترانسفورماتور قدرت بوده و به همین دلیل احتمال بروز خطا در آن بسیار بیشتر از سایر اجزاء ترانسفورماتور می باشد. در صورتی که بتوان تپ چنجر را مورد پایش قرارداد، شناسایی بسیاری از خطاهای ترانسفورماتور پیش از وقوع، امکان پذیر خواهد بود. یکی از شناخته شده ترین روش های ارزیابی وضعیت و شناسایی رفتار غیرعادی ترانسفورماتور، گاز کروماتوگرافی یا آنالیز گازهای محلول در روغن (DGA) است. گرچه این روش دهها سال است که در خصوص  روغن ترانسفورماتور اعمال شده و استانداردهای زیادی در این زمینه تدوین شده است، لیکن تعمیم آن به روغن تپ چنجر هنوز در مرحله تحقیقاتی قرار داشته و به صورت استاندارد مدون نشده است. نگارنده در مقاله حاضر تلاش نموده است خلاصه ای از معتبرترین تحقیقات صورت گرفته در این خصوص را ارائه نماید.

تشکیل گاز در روغن تپ چنجر
در صورتی که اجزاء تپ چنجر به طور صحیح عمل نکنند، اولین نتیجه آن ایجاد حرارت اضافه بوده که خود ممکن است موجب سوختگی کنتاکت های تپ چنجر، افزایش مقاومت کنتاکت ها و در نهایت تولید حرارت بیشتر شود. این دور ناخواسته افزایش مقاومت کنتاکت و تولید حرارت اضافه، مقادیر زیادی از شامل متان، اتان و مهمتر از همه استیلن تولید می کند. “گازهای ناشی از حرارت” با دانستن این مسئله می توان روشی برای آنالیز گازهای محلول در روغن تپ چنجر قابل قطع تحت بار تدوین نمود که با استفاده از آن ارزیابی وضعیت تپ چنجر بوسیله اندازه گیری مقادیر مطلق و نسبی این گازها امکان پذیر باشد.

ملاحظات انجام آزمون گازکروماتوگرافی برروی نمونه روغن تپ چنجر در آزمایشگاه
انجام آزمون گازکروماتوگرافی بر روی نمونه روغن تپ چنجر به دلیل وجود مقادیر زیاد استیلن مشکلاتی را برای دستگاه گازکروماتوگراف ایجاد می نماید. استیلن در ستون گازکروماتوگراف باقی مانده و نمونه بعدی را آلوده می سازد. در هر صورت پس از انجام آزمون بر روی نمونه روغن تپ چنجر، ستون گاز باید به خوبی و به مدت زیادی تمیز شده و پس از آن از نمونه های بعدی تست به عمل آید. کلیه این موارد در ویرایش جدید استاندارد IEC60567 (سال ۲۰۱۱)، بررسی قرار گرفته است.
دقت آنالیز گازهای محلول در روغن، صرفنظر از روش تحلیل مورد استفاده، بستگی زیادی به دقت و قابلیت اطمینان تست گازکروماتوگرافی انجام شده در آزمایشگاه دارد. آزمایشگاه های معدودی در سطح دنیا وجود دارد که دقت آزمون گازکروماتوگرافي انجام شده در آنها بسيار خوب است. (۵ %± در مقادير نرمال گاز که معمولاً بيشتر از ۱۰ppm براي گازهاي هيدروکربني است).
بسیاری دیگر از آزمایشگاه ها نتایج بسیار بی دقتی (۵۰ %±) ارائه می کنند. متوسط دقت آزمایشگاه ها در سراسر دنیا توسط CIGRE TF  ۱۱ ارزیابی شده که مقدار آن ۱۵%± در مقادیر نرمال گاز می باشد. در مقادیر کم گاز (بین ۱۰ppm تا ۱۰۰ppm) متوسط دقت تا ۳۵%± کاهش می یابد. در مقادیر نزدیک به حد تشخیص دستگاه، متوسط دقت بسیار کم خواهد بود (۱۰۰ %± و بیشتر). لذا به بهره برداران ترانسفورماتور توصیه می شود با استفاده از نمونه های استاندارد گاز محلول در روغن، دقت آزمایشگاه را تایید نمایند. همچنین لازم است ناهمخوانی های موجود در نتایج آزمایش مورد توجه قرار گیرند.  بعنوان مثال افزایش یا کاهش شدید مقدار گاز در مدت زمان کم بدون وجود دلیل مشخص، نشان دهنده خطای فاحش نمونه برداری یا تست می باشد.

شناسایی و تشخیص خطا در تپ چنجر به روش گازکروماتوگرافی
آنالیز گازهای محلول در روغن تپ چنجر با استفاده از روش های معمول تحلیل امکان پذیر نیست. دلیل این مسئله وجود مقادیر زیاد گازهای قابل احتراق در نمونه روغن تپ چنجر و مشکل بودن جداسازی گاز از نمونه توسط دستگاه های معمولی گاز کروماتوگراف می باشد. در ذیل خلاصه روش های پیشنهادی معرفی می گردد:

۱) روش IEEE
مطابق روش IEEE در صورتی که جمع مقادیر گازهای هیدروژن و استیلن از مجموع گازهای متان، اتان و اتیلن کمتر باشد وجود سوختگی در کنتاکت دایورتر سوئیچ تپ چنجر محتمل می باشد.
در این حالت بازرسی داخلی از مخزن دایورتر سوئیچ توصیه می شود. با انجام این کار می توان وجود مواد کربونیزه شده در دایورتر سوئیچ را مشاهده نمود. مطابق توصیه IEEE علاوه بر آزمون گاز کروماتوگرافی، اندازه گیری محصولات جانبی تخریب روغن (مانند ذرات معلق) می تواند به تشخیص عیب کمک فراوانی کند.

۲) روش نسبت گازهای قابل احتراق
روش نسبت گازهای قابل احتراق برای شناسایی خطا در تپ چنجر با موفقیت توسط بسیاری از موسسات تحقیقاتی مورد استفاده قرارگرفته است. با استفاده از جدول یک می توان شدت خطا و نوع اقدام لازم را تعیین نمود:

۳) مقادیر نرمال و غیر نرمال گاز اتیلن:

۴) نسبت اتیلن به استیلن:

۵) روش IEC60599:2015

۶) روش مثلث دووال

توضیحات مربوط به جدول شش
۱) عملکرد نرمال و بدون خطای برخی از تپ چنجرها در مناطق T2 و T3 و X3 می باشد. در این تپ چنجرها تا زمانی که نسبت گازهااز مختصات فعلی خود در مثلث دووال جابجا نشوند، خطائی وجود ندارد.
۲) تفسیر نتایج گازهای محلول در روغن، وابستگی زیادی به نوع و مدل تپ چنجر و همچنین تعداد کارکرد آن دارد.

نتیجه گیری
گرچه آنالیز گازهای محلول در روغن در سراسر دنیا به عنوان مؤثرترین روش پایش ترانسفورماتور شناخته شده است، لیکن تحلیل و تفسیر نتایج این آزمون دشوار بوده و در برخی موارد شناسایی نوع و زمان انجام اقدام لازم براساس نتایج این آزمون مبهم می باشد. در این مقاله برخی از روش های عیب یابی تپ چنجر قابل قطع تحت بار با استفاده از آنالیز گازهای محلول در روغن بررسی شده است. لیکن استفاده سیستماتیک و استاندارد از آزمون گاز کروماتوگرافی جهت عیب یابی تپ چنجر، هنوز در مرحله مطالعاتی بوده و نیاز به تحقیق بیشتری دارد.
نکته مهم دیگر اینست که جهت شناسایی عیوب تپ چنجر علاوه بر آنالیز گازهای محلول در روغن لازم است از سایر روش های ارزیابی وضعیت و عیب یابی مانند آزمون شمارش و ابعاد سنجی ذرات معلق در روغن نیز استفاده نمود.

منابع و ماخذ

[۱] IEC60567, ‘Guide for the sampling of gases and of oil from oil-filled electrical equipment and for the analysis of free and dissolved
gase’.۲۰۱۱ ed.
[۲] IEC60599, ‘Mineral oil-impregnated equipment in service-interpretation of dissolved and free gases analysis’. ۱۹۹۹
[۳] IEEE ‘Guide for the interpretation of gases generated in oil-immersed transformers’, IEEE std C57.104-1991
[۴] Mollmann, A. and Pahlavanpour, B., ‘New guidelines for interpretation of dissolved gas analysis in oil-filled transformers’,
Electra #186, October 1999.
[۵] Pahlavanpour, B. and Lapworth, J., ‘Recent advances in the condition monitoring and assessment of power transformers’ ۱۵th
International Power System Conference 2000, Tehran Iran.
[۶] Lech, W. and Tyminski, L., ‘Detecting transformer winding damage by the Low Voltage Impulse method’, Electrical Review,
No. 21, Vol 179, November 1966, pp 768-772, (ERA Translation).
[۷] Vaessen, P.T.M. and Hanique, E., ‘A new frequency response analysis method for power transformers’, IEEE Winter Meeting
۱۹۹۱٫
[۸] Dick, E.P. and Erven, C.C, ‘Transformer diagnostic testing by frequency response analysis’, IEEE Trans PAS-97, No. 6, pp
۲۱۴۴-۲۱۵۳, ۱۹۷۸٫
[۹] Lapworth, J. A. and McGrail, A.J., ‘Transformer Winding Movement Detection by Frequency Response Analysis (FRA)’,
Sixty-Sixth Annual International Conference of Doble Clients, April 1999.
[۱۰] IEC61198, Mineral insulating oils, methods for the determination of 2-furfural and related compounds, 1993
[۱۱] De Pablo, A and Pahlavanpour, B., ‘Furanic compound analysis: A tool for predictive maintenance of oil field electrical
equipment’, Electra No175, 9-32, 1997
[۱۲] IEC60475, “Method of sampling insulating liquid” ۲۰۱۱ ed.
[۱۳] Oommen, T.V., Ronnau, R.A. and Girgis, R.S., ‘New mechanism of moderate hydrogen gas generation in oil-filled transformers’
Paper 12-206, CIGRE Session 1998