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 | Specialist gas relay and conservator accessory makers | $100-$600 |
| General accessory suppliers | Various | Silica gel breathers, all sizes | $50-$1,200 |
| Jiangsu Subian Electric Power | Китай | Breathers, Buchholz relays, complete tank assemblies with accessories | $60-$700 |
In the accessories segment, manufacturers like MR Reinhausen and Comem set the standards for gas relay quality, while manufacturers from Europe face serious popularity among buyers of power transformer solutions. The complete transformer — tank, conservator, breather, and Buchholz relay tested as one assembly — is supplied by manufacturers like Jiangsu Subian Electric Power, which does all of the work at the manufacturer site and provides low prices that are about 40-60% lower than those of Western manufacturers. The difference lies in the fact that the quality of the gas relay and breather is not the area where you save your money buying a transformer, but rather the area that defines whether good manufacturer treats the accessories as a part of transformer design or not.
How to Choose and Install
- Connect the gas relay to the pipe. Choose a conservator connection diameter (nominal bore DN50-DN80) and the transformer’s rating to ensure the contact ratings for the trip circuit are suitable.
- The breather should be selected according to the oil volume in the transformer. The higher the volume of oil, the higher the breathing rate and the amount of desiccant; ensure that you have a heater installed if you are working under frosty or humid conditions.
- Make sure that the relay is positioned correctly. A slope of 1-5° toward the relay is recommended to ensure that the gas collects in the relay—make sure that the arrow on the relay indicates the conservator.
- Connect the alarm and the trip circuits separately. The gas alarm must be connected to SCADA; on the contrary, the surge trip must be wired to the transformer breaker circuit.
- Place the breather on the highest point of the pipe. The air intake must be placed above the maximum oil level in the conservator so that the oil cannot flood the desiccant.
- Specify the devices in the contract. Indicate the type of relay and the capacity of the breather in the purchase order, and make sure you have their testing reports in the delivery certificate.
Часто задаваемые вопросы
How much does a breather and gas relay cost?
The price of a standard silica gel breather with a weight of between 1 kg and 3 kg varies from 50 to 300 dollars; that of a large power transformer breather is in the range of either $300 to $1,500 or above. A traditional Buchholz gas relay costs between $100 and $500, while an electronic one with remote monitoring costs between $400 to $1,200. Both accessories amount to not more than three percent of the price of a complete transformer.
How often should I check or change the silica gel in the breather?
Perform visual checks on the color at least every three to six months, more frequently in humid environments. If the blue gel becomes pink or white, it is fully used up. Regenerate it by heating it to between 105 °C and 120 °C until its color becomes blue again or replace it altogether. If the saturated breather is not replaced, moisture will enter the oil leading to failure of the insulation system.
What does the gas relay actually detect?
This device can identify two kinds of faults. First is gas build up caused by a slow internal fault where the gas forces the oil to displace the float which causes an alarm contact. Second is a sudden surge of oil caused by a severe fault that moves a baffle which opens the transformer’s circuit breaker instantaneously. The gas collected can be analyzed to determine its composition (hydrogen, acetylene, ethylene) thereby informing whether the fault was due to arcing, hot spots, or partial discharge.
Why does my gas relay alarm keep operating with no load change?
A repeat gas alarm with normal load generally indicates that there is an internal fault, usually a loose connection, a shorted turn, or overheating of the core. Avoid resetting the alarm without first taking gas samples and performing gas-in-oil analysis.If the gas alarm is triggering often, it indicates that the transformer requires the conduct of internal tests (insulation resistance, turns ratio, and winding resistance tests).
Can a transformer run without a gas relay?
The statement is technically correct. However, it is bad practice and non-compliance to use Buchholz on transformers with a power rating more than approximately 1 MVA, where protection is mandatory, according to IEC 60076-1. The Buchholz relay is the only piece of equipment detecting the developing internal faults before phase-to-phase short-circuit occurs. Without it, the first sign of fault may be the catastrophic trip or fire. The cost of the relay is between $100 and $600, and this relay is considered one of the cheapest forms of protection in substations.
Ссылки
- IEC 60076-1 — Power Transformers, General Requirements — The master standard covering accessories such as gas relays on oil-immersed transformers.
- IEEE C57.106 — Guide for Acceptance and Maintenance of Insulating Mineral Oil — Moisture limits and oil condition guidance that breather maintenance protects.
- IEEE 62 — Guide for Diagnostic Field Testing of Electric Power Apparatus — Field testing context for relays and insulation.
- MR Reinhausen — Accessories and Gas Relays — Reference documentation for premium gas relay designs.
- OSHA Electrical Safety Guidance — Workplace safety context for working on energized transformer protection systems.
- Transformers Magazine — Industry publication with practical articles on breather and relay maintenance.
Заключение
The first ones to appear on the list of low-cost and informative components that are almost forgotten about but still very necessary in an oil-filled transformer are the gas relay and the breather. The first one alerts you about any possible issues inside the transformer and indicates when something goes wrong.
- Check the color of the silica gel every 3 to 6 months and when not functional, regenerate or replace it.
- Do not treat any gas relay alarm as a delete button; treat it as a request for a DGA sample.
- Make a check of the gas relay for functioning every year and ensure that the trip circuit works all right.
- In the transformer contract, include these two components and ask for the records of their tests.