Техник проводит утреннюю проверку, когда она замечает, что цвет силикагеля в осушителе трансформатора изменился с синего на ярко-розовый в верхней части колонки, в то время как уровень масла в консерваторе близок к минимальному. Она проверяет, чтобы зафиксировать оба события, но вспоминает из руководства по обслуживанию, что эти наблюдения указывают на два ранних предупреждающих знака одной проблемы: попадание влаги и воздуха в закрытую масляную систему трансформатора. То же самое произошло в трансформаторе другой компании, когда десять лет назад оборудование вышло из строя, столкнувшись с теми же проблемами. После аварии отчет по анализу растворенных газов показал, что были признаки повышения уровня водорода, которые долгое время были видны в состоянии осушителя. Проблема была обнаружена газовым реле – в этом случае оно оснащено реле Бухгольца.
Статья предоставляет детали о том, как работают осушители и газовые реле в масляном трансформаторе, их важности, как интерпретировать их сигналы и сколько стоит новое устройство.
Осушитель является частью масляного консерватора. Это устройство на основе силикагеля, которое удаляет влагу из воздуха, втягиваемого через масляный консерватор, пока трансформатор "дышит". Газовое реле – это еще одно защитное устройство, которое обычно устанавливается между консерватором и баком для обнаружения накопления газа из-за неисправности трансформатора. Цена осушителя обычно колеблется между $50 и $300, а газовое реле обычно стоит от $100 до $600. В общем, все силовые трансформаторы с номиналом выше 1 МВА должны быть оснащены газовыми реле (стандарт IEC 60076-1). Обязательно для всех типов консерваторов использовать осушители. Силикагель в осушителе должен проверяться регулярно каждые 3-6 месяцев и регенерироваться, когда он меняет цвет.
Почему масляные трансформаторы нуждаются в обоих
Масло, используемое в масляном трансформаторе, выполняет двойные функции охлаждения и изоляции. Обе функции могут быть под угрозой из-за двух врагов, от которых защищают газовые реле и осушители — влаги и газа от внутренних неисправностей. Масляный трансформатор "дышит", потому что масло расширяется и сжимается с температурой: по мере увеличения нагрузки масло нагревается и расширяется, выталкивая воздух через осушитель. Когда масло остывает, воздух возвращается в бак. Без осушителя с десикантами воздух принесет влагу в масло, так как вода является самым быстрым способом выхода из строя изоляции. Всего лишь несколько сотен частей на миллион воды в трансформаторном масле могут значительно повлиять на его диэлектрическую прочность — напряжение пробоя может снизиться с 60+ кВ до менее тридцати кВ с увеличением влажности.
Газовые реле ведут другую борьбу. Внутренние неисправности — короткие замыкания, неисправности сердечника, слабые соединения — создают тепло и разряжают электрические дуги, которые разлагают масло на газы. Образовавшиеся газы поднимаются к верхней части бака и поступают в консерватор через трубу, ведущую к газовому реле, что позволяет газовому реле обнаруживать газ задолго до того, как другие защитные устройства смогут его увидеть.
Дышалка: Функция и Дизайн
Обезвоживающая дышалка — это цилиндрический блок, который устанавливается на воздухозаборник консерватора, обычно на верхней части бака консерватора. Дышалка использует десикант, который обычно представляет собой силикагель, через который проходит весь поступающий воздух. Силикагель удаляет влагу из поступающего воздуха до того, как он попадет в масло. Изменение цвета силикагеля с активного состояния (в основном синего) на гидратированное (розовое, белое или оранжевое в зависимости от сорта) указывает на количество оставшейся емкости для десиканта для поглощения влаги.
Устройство обычно имеет масляный уплотнитель или обратный клапан для предотвращения насыщения десиканта водой из-за брызг дождя. Устройство также позволяет газу выходить и не позволяет влаге входить. Современные дышалки могут иметь индикаторное окно, съемный картридж с десикантом для замены и обогреватель в холодных условиях, где влага может конденсироваться внутри устройства. Обычная обезвоживающая дышалка может весить от одного до трех килограммов силикагеля и работать для многих трансформаторов мощностью всего несколько МВА; для более крупного масштаба требуется больший корпус или комбинация нескольких дышалок.
Газовое реле: Функция и Дизайн
Газовое реле — обычно называемое реле Бухгольца в честь его изобретателя Макса Бухгольца (1921) — расположено в трубопроводной системе, соединяющей основной бак с консерватором, имея небольшой наклон, который приводит к подъему газа. Оно включает два поплавковых переключателя, и некоторые типы имеют барьер, который различает волны.
- Накопление газа: Небольшие внутренние неисправности вызывают медленное накопление газа. В результате это поднимает масло вверх в верхней камере бака, что снижает уровень верхнего поплавка и закрывает контакт тревоги. Затем техник может сбросить давление в реле и взять образцы газа для анализа.
- Всплеск масла: Когда происходит большая неисправность, например, короткое замыкание обмотки, масло начинает стремительно вытекать из бака в консерватор с высокой скоростью. Перегородка освобождается и заставляет нижний поплавок опуститься, тем самым закрывая соединение отключения, что приводит к отключению трансформатора.
Таким образом, реле Бухгольца становится первым и самым эффективным защитным устройством, так как оно замечает появление неисправности даже до того, как ток поднимется достаточно высоко, чтобы отключить трансформатор.
Типы газовых реле и дышалок
| Тип | Описание | Типичный диапазон цен |
|---|---|---|
| Стандартная дышалка из силикагеля | 1-3 кг колонна десиканта, масляный уплотнитель, окно | $50-$300 |
| Дышалка большой емкости / промышленная | 5-15 кг колонна для силовых трансформаторов, опция обогревателя | $300-$1,500 |
| Дышалка с индикатором изменения цвета | Силикагель синий-розовый, сменный картридж | $80-$400 |
| Классическое реле Бухгольца (поплавковый тип) | Два поплавка, газовая сигнализация + защита от перенапряжения, стеклянное окно | $100-$500 |
| Электронный / умный газовый реле | Дополнительные датчики, удалённая индикация, порт для DGA | $400-$1,200 |
В случае распределительного или промышленного трансформатора реле типа Бухгольца и осушитель с изменением цвета являются предпочтительными инструментами, поскольку они наиболее надежны и дешевы. Электронные версии предоставляют данные о работе реле в удалённых местах.
Чтение сигналов: что говорит каждое устройство
| Наблюдение | Вероятное значение | Действие |
|---|---|---|
| Силикагель стал розовым / белым | Осушитель исчерпан; в масло попадает влага | Регенерировать или заменить силикагель; проверить содержание воды в масле |
| Уровень масла низкий в консерваторе с синим гелем | Утечка масла или попадание воздуха | Найти и устранить утечку; долить масло |
| Сработала сигнализация газового реле, газ в стекле | Медленный внутренний дефект; состав газа его идентифицирует | Собрать образец газа для DGA; не сбрасывать без анализа |
| Сработала защита газового реле | Крупный дефект; всплеск масла | Отключить трансформатор; провести расследование перед повторным включением |
| Частые сигналы тревоги газового реле, без изменения нагрузки | Повторяющийся внутренний дефект или слабое соединение | Полная внутренняя проверка; тесты сопротивления обмоток и коэффициента трансформации |
Самая важная практика в обслуживании трансформаторов — рассматривать сигнализацию газового реле как запрос на лабораторный анализ, а не просто сброс. Наличие водорода (H₂) и ацетилена (C₂H₂) указывает на возникновение дуги, наличие этилена (C₂H₄) и этана (C₂H₆) указывает на горячие точки, в то время как низкая концентрация водорода указывает на частичное разряд. Каждый случай приводит к различной области трансформатора.
Спецификации и выбор
| Параметр | Осушитель | Газовое реле |
|---|---|---|
| Вместимость / номинал | Масса осушителя: 1-15 кг на объем масла | Размер трубы: DN50-DN100, соответствующий трубе консерватора |
| Стандарт | Связано с IEC 60076-1; спецификация производителя | IEC 60076-1; реле протестировано по стандарту производителя |
| Материалы | Гальванизированный / нержавеющий корпус, стеклянное или поликарбонатное окно | Литой корпус со стеклянными смотровыми окнами, поплавки из латуни/стали |
| Контакты тревоги / отключения | Нет (только визуально) или дополнительная тревога при высокой влажности | Два независимых контакта: тревога газа, отключение при перенапряжении (например, 250 В, 2-3 А переменного тока) |
| Монтаж | Верх консерватора, вход воздуха | Труба между баком и консерватором, уклон 1-5° |
Выберите размер отверстия трубы с учетом используемого газового реле и номинала контактов, либо переменного, либо постоянного тока. Для осушителей используйте количество осушителя в соответствии с масляной емкостью трансформатора и скоростью дыхания, с обычным правилом, что для распределительного оборудования используется около 1 кг силикагеля на каждые 1,000-2,000 литров масла.
Интервалы и процедуры обслуживания
Оба устройства недороги, просты в использовании и часто игнорируются, что и приводит к тому, что устройства не выполняют свои функции эффективно. Логичный план выглядит следующим образом:
- Осушитель – каждые три-шеесть месяцев проверяйте цвет силикагеля. Замените или регенерируйте гель, когда он стал неэффективным. Синий силикагель можно высушить, поместив его в духовку, установленную на 105-120° C, и оставив там на несколько часов, пока он не вернется к своему синему цвету.
- Газовое реле – раз в год проверьте, что устройство функционирует, открыв испытательный клапан, через который контакт тревоги замыкается, когда устройство работает.
- Газовое реле – для каждого анализа растворенного газа в масле сравните накопленное содержание газа с газовыми записями внутри корпуса трансформатора.
- Уплотнение осушителя – раз в год убедитесь, что уровни масла и обратные клапаны находятся на соответствующем уровне. Высохшее уплотнение означает потенциальное попадание влаги через собственный порт осушителя.
Стоимость такого простого мониторинга может составлять несколько сотен долларов в год, в то время как затраты на отсутствие мониторинга могут привести к поврежденным обмоткам от влаги или невыявленным внутренним неисправностям, что приведет к полной перемотке трансформатора, стоимость которой в среднем составляет 50-80 процентов от стоимости нового трансформатора.
Когда газовое реле получает образец, концентрация газа показывает, что вызвало неисправность, так как это то, что лаборатория, занимающаяся анализом растворенного газа, всегда проверяет в первую очередь.
| Газовый сигнал | Указанная неисправность | Рекомендуемый следующий шаг |
|---|---|---|
| Высокий H₂ + C₂H₂ (ацетилен) | Искрение в обмотке или сердечнике | Внутренний осмотр; тесты сопротивления обмотки и коэффициента трансформации |
| Высокий H₂ в одиночку (низкая концентрация) | Частичное разряд | Продолжайте мониторинг DGA; проверьте на наличие ослабленных креплений |
| Высокий C₂H₄ + C₂H₆ (этилен/этан) | Тепловая горячая точка (перегрев) | Проверьте профиль нагрузки, охлаждение, уровень масла; повторите DGA через 1-3 месяца |
| Высокий CO + CO₂ | Старение бумаги/изоляции или перегрев | Анализ фурана; оцените оставшийся срок службы изоляции |
| Азот, доминирующий без газов неисправности | Нормальное дыхание / отсутствие внутренней неисправности | Продолжайте рутинный мониторинг |
Где они используются
Дышащие устройства и газовые реле можно найти на многих масляных трансформаторах с консерваторами, обычно начиная с 50 кВА и выше. Стандартная конфигурация включает:
- Распределительные трансформаторы (50-2,500 кВА): стандартное дышащее устройство с газовым реле, которое настоятельно рекомендуется для мощностей выше 1 МВА.
- Силовые трансформаторы (5-100 МВА): более крупное дышащее устройство, реле Бухгольца с сигнализацией и функцией отключения, что обязательно согласно IEC 60076-1.
- Генераторные трансформаторы и трансформаторы сети: несколько дышащих устройств и реле обычно устанавливаются с возможностью электронного мониторинга.
- Трансформаторы с герметичными и расширительными конструкциями: дышащее устройство может быть представлено только расширительным мешком; однако газовое реле все еще является фактором выше 1 МВА.
Герметичные и запертые трансформаторы (с использованием азота) упрощают работу дышащего устройства; тем не менее, консерватор с дышащим устройством будет преобладать на протяжении многих лет, особенно в местах с переменной нагрузкой и высокой влажностью.
Сравнение брендов и цен
| Бренд | Происхождение | Продукты | Приблизительный диапазон цен |
|---|---|---|---|
| МР Рейнхаузен | Германия | Премиум газовые реле и аксессуары | $300-$1,500 |
| ABB | Швейцария/Швеция | Реле и дышащие устройства как аксессуары трансформатора | $150-$1,000 |
| Schneider Electric | Франция | Защитные аксессуары распределительного класса | $80-$500 |
| Comem (Италия) / Lokato | Италия / Китай | Производители специализированных газовых реле и аксессуаров для консерваторов | $100-$600 |
| Поставщики общих аксессуаров | Разное | Силикагелевые воздухоотводчики, все размеры | $50-$1,200 |
| Jiangsu Subian Electric Power | Китай | Воздухоотводчики, реле Бухгольца, полные сборки баков с аксессуарами | $60-$700 |
В сегменте аксессуаров такие производители, как MR Reinhausen и Comem, устанавливают стандарты качества газовых реле, в то время как производители из Европы пользуются серьезной популярностью среди покупателей решений для силовых трансформаторов. Полный трансформатор — бак, консерватор, воздухоотводчик и реле Бухгольца, протестированные как одна сборка — поставляется такими производителями, как Jiangsu Subian Electric Power, которые выполняют всю работу на месте производителя и предлагают низкие цены, которые примерно на 40-60% ниже, чем у западных производителей. Разница заключается в том, что качество газового реле и воздухоотводчика не является областью, где вы экономите деньги при покупке трансформатора, а скорее областью, которая определяет, рассматривает ли хороший производитель аксессуары как часть проектирования трансформатора или нет.
Как выбрать и установить
- Подключите газовое реле к трубе. Выберите диаметр подключения консерватора (номинальный диаметр DN50-DN80) и номинал трансформатора, чтобы обеспечить соответствие контактных номиналов для цепи отключения.
- Воздухоотводчик должен быть выбран в зависимости от объема масла в трансформаторе. Чем больше объем масла, тем выше скорость дыхания и количество осушителя; убедитесь, что у вас установлен обогреватель, если вы работаете в морозных или влажных условиях.
- Убедитесь, что реле установлено правильно. Рекомендуется наклон в 1-5° в сторону реле, чтобы газ собирался в реле — убедитесь, что стрелка на реле указывает на консерватор.
- Подключите цепи сигнализации и отключения отдельно. Газовая сигнализация должна быть подключена к SCADA; наоборот, цепь отключения должна быть подключена к цепи автоматического выключателя трансформатора.
- Установите воздухоотводчик в самой высокой точке трубы. Вход воздуха должен находиться выше максимального уровня масла в консерваторе, чтобы масло не затопило осушитель.
- Укажите устройства в контракте. Укажите тип реле и мощность воздухоотводчика в заказе на покупку и убедитесь, что у вас есть их испытательные отчеты в сертификате поставки.
Часто задаваемые вопросы
Сколько стоит воздухоотводчик и газовое реле?
Цена стандартного силикагелевого воздухоотводчика с весом от 1 кг до 3 кг варьируется от 50 до 300 долларов; цена большого воздухоотводчика для силового трансформатора составляет от $300 до $1,500 и выше. Традиционное газовое реле Бухгольца стоит от $100 до $500, в то время как электронное с удаленным мониторингом стоит от $400 до $1,200. Оба аксессуара составляют не более трех процентов от цены полного трансформатора.
Как часто я должен проверять или менять силикагель в воздухоотводчике?
Проводите визуальные проверки цвета как минимум каждые три-ше six месяцев, чаще в условиях высокой влажности. Если синий гель становится розовым или белым, он полностью использован. Восстановите его, нагревая до температуры от 105 °C до 120 °C, пока его цвет не станет снова синим, или замените его полностью. Если насыщенный воздухоотвод не будет заменен, в масло попадет влага, что приведет к выходу из строя изоляционной системы.
Что на самом деле обнаруживает газовый реле?
Это устройство может выявить два типа неисправностей. Первый — это накопление газа, вызванное медленной внутренней неисправностью, когда газ заставляет масло смещать поплавок, что вызывает срабатывание контактного сигнала тревоги. Второй — это резкий всплеск масла, вызванный серьезной неисправностью, которая перемещает перегородку, мгновенно открывающую автоматический выключатель трансформатора. Собранный газ можно проанализировать, чтобы определить его состав (водород, ацетилен, этилен), что позволяет выяснить, была ли неисправность вызвана дугой, горячими точками или частичным разрядом.
Почему мой газовый реле продолжает срабатывать без изменения нагрузки?
Повторное срабатывание газового сигнала при нормальной нагрузке обычно указывает на наличие внутренней неисправности, обычно это плохое соединение, короткое замыкание или перегрев сердечника. Избегайте сброса сигнала тревоги без предварительного взятия образцов газа и проведения анализа газа в масле. Если газовый сигнал срабатывает часто, это указывает на то, что трансформатор требует проведения внутренних испытаний (испытания сопротивления изоляции, коэффициента трансформации и сопротивления обмотки).
Может ли трансформатор работать без газового реле?
Это утверждение технически верно. Однако это плохая практика и несоответствие использовать Бухгольца на трансформаторах с мощностью более примерно 1 МВА, где защита обязательна в соответствии с IEC 60076-1. Реле Бухгольца — это единственное оборудование, которое обнаруживает развивающиеся внутренние неисправности до того, как произойдет короткое замыкание между фазами. Без него первым признаком неисправности может стать катастрофический отключение или пожар. Стоимость реле составляет от $100 до $600, и это реле считается одной из самых дешевых форм защиты на подстанциях.
Ссылки
- IEC 60076-1 — Силовые трансформаторы, общие требования — Основной стандарт, охватывающий аксессуары, такие как газовые реле на масляных трансформаторах.
- IEEE C57.106 — Руководство по приемке и обслуживанию изолирующего минерального масла — Пределы влажности и рекомендации по состоянию масла, которые защищает обслуживание воздухоотводов.
- IEEE 62 — Руководство по диагностическим полевым испытаниям электрического оборудования — Контекст полевых испытаний для реле и изоляции.
- MR Reinhausen — Аксессуары и газовые реле — Справочная документация для премиум-дизайнов газовых реле.
- OSHA Руководство по электрической безопасности — Контекст безопасности на рабочем месте для работы с системами защиты под напряжением трансформатора.
- Журнал Трансформеры — Отраслевое издание с практическими статьями по обслуживанию воздухоотводов и реле.
Заключение
Первые, кто появляется в списке недорогих и информативных компонентов, которые почти забыты, но все еще очень необходимы в масляном трансформаторе, это газовый реле и воздухоотводчик. Первое предупреждает вас о любых возможных проблемах внутри трансформатора и указывает, когда что-то идет не так.
- Проверяйте цвет силикагеля каждые 3-6 месяцев, и когда он не функционален, регенерируйте или замените его.
- Не рассматривайте сигнал тревоги газового реле как кнопку удаления; рассматривайте его как запрос на образец DGA.
- Проводите проверку газового реле на работоспособность каждый год и убедитесь, что цепь срабатывания работает правильно.
- В контракте на трансформатор включите эти два компонента и запросите записи их испытаний.