Transformator-Analysator für gelöste Gase: Unverzichtbar für die vorausschauende Wartung

Ein Transformator-Analysator für gelöste Gase (DGA) ist ein wichtiges Diagnoseinstrument zum Nachweis und zur Quantifizierung von im Transformatorenöl gelösten Gasen. Diese Gase sind Nebenprodukte der thermischen und elektrischen Spannungen, die während des Betriebs in einem Leistungstransformator auftreten. Durch die Analyse der Arten und Konzentrationen dieser gelösten Gase, a DGA liefert wertvolle Einblicke in den inneren Zustand des Transformators, Ermöglicht die frühzeitige Erkennung von sich entwickelnden Fehlern und verhindert katastrophale Ausfälle. Dieser proaktive Ansatz für die Wartung von Transformatoren ist unerlässlich, um die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit dieser kritischen Anlagen in der Stromnetz. In diesem Artikel wird die Bedeutung von Transformator-Analysatoren für gelöste Gase behandelt, ihr Arbeitsprinzipien, und wichtige Überlegungen zu ihrer Verwendung.

1. Einleitung

Leistungstransformatoren sind wichtige Komponenten der elektrischen Gitter, Verantwortlich für das Hoch- oder Absenken der Spannungsebenen für eine effiziente Stromübertragung und -verteilung. Der zuverlässige Betrieb dieser Transformatoren ist für die Aufrechterhaltung einer stabilen und unterbrechungsfreien Stromversorgung. Ein Transformator-Analysator für gelöste Gase (DGA) ist ein wichtiges Instrument für Überwachung des Zustands von Transformatoren und Erkennen von beginnenden Fehlern, bevor sie zu kostspieligen Ausfällen führen.

2. Bedeutung der DGA

Analyse gelöster Gase (DGA) ist wohl der wichtigste diagnostische Test für Leistungstransformatoren. Es ist wichtig, weil:

• Frühzeitige Fehlererkennung: DGA kann sich entwickelnde Fehler erkennen, wie z.B. Überhitzung, Teilentladung, und Lichtbögen, lange bevor sie einen größeren Ausfall verursachen.
• Verhindern von Ausfällen: Früherkennung ermöglicht rechtzeitiges Eingreifen, Vermeidung von katastrophalen Transformatorausfällen und kostspieligen Ausfällen.
• Verlängerung der Lebensdauer von Transformatoren: Durch die Identifizierung und Behebung potenzieller Probleme, DGA trägt dazu bei, die Lebensdauer von Transformatoren zu verlängern.
• Reduzierung der Wartungskosten: Vorausschauende Wartung auf Basis von DGA-Ergebnissen minimiert unnötige Inspektionen und Reparaturen.
• Verbesserung der Sicherheit: Frühzeitige Erkennung von Fehlern reduziert das Risiko von Transformatorenexplosionen und Bränden.
• Optimierend Vermögensverwaltung: DGA-Daten liefern wertvolle Informationen für die Bewertung von Transformatoren Zustand und fundierte Entscheidungen über die Wartung, Sanierung, oder Ersatz.

3. Wichtige Fehlergase

Die primären Fehlergase, die von einem Transformator-Analysator für gelöste Gase einschließen:

• Wasserstoff (H₂): Generiert von Teilentladung, Überhitzung des Öls, und Elektrolyse.
• Methan (CH₄): Hergestellt durch Niedertemperaturzersetzung von Öl.
• Ethan (C₂H₆): Wird auch durch Niedertemperaturzersetzung von Öl hergestellt, aber bei etwas höheren Temperaturen als Methan.
• Ethylen (C₂H₄): Zeigt eine Überhitzung des Öls bei höheren Temperaturen an.
• Acetylen (C₂H₂): Ein wichtiger Indikator für Lichtbögen oder Fehler bei sehr hohen Temperaturen.
• Kohlenmonoxid (KO): Hauptsächlich durch die Zersetzung von Zelluloseisolierung erzeugt (Papier).
• Kohlendioxid (KO₂): Entsteht auch durch die Zersetzung von Zellulosedämmung, aber auch durch Oxidation des Öls. Das Verhältnis von CO₂/CO wird häufig verwendet.
• Sauerstoff (O₂): Ein hoher Sauerstoffgehalt kann auf ein Leck im Transformator oder eine übermäßige Einwirkung von Luft hinweisen.
• Stickstoff (N₂): Wird als Indikator für die Gasdecke über dem Öl in abgedichteten Transformatoren.

4. DGA-Methoden

Transformator-Analysatoren für gelöste Gase verschiedene Methoden zur Extraktion und Analyse der im Transformatorenöl gelösten Gase anwenden:

• Gaschromatographie (GC): Dies ist die am weitesten verbreitete und genaueste Methode. Es wird eine Ölprobe entnommen, und die gelösten Gase werden abgesaugt, typischerweise mit einer Vakuumextraktions- oder Headspace-Methode. Die abgesaugten Gase werden dann in einen Gaschromatographen injiziert, die die Gase nach ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften trennt. Ein Detektor (typischerweise ein Wärmeleitfähigkeitsdetektor (TCD) oder ein Flammenionisationsdetektor (FID)) misst die Konzentration jedes Gases.
• Photoakustische Spektroskopie (SCHRITT): Bei dieser Methode wird eine breitbandige Lichtquelle verwendet, um die Ölprobe zu bestrahlen. Gelöste Gase absorbieren bestimmte Wellenlängen des Lichts, wodurch sie sich erwärmen und akustische Wellen erzeugen. Diese akustischen Wellen werden von einem empfindlichen Mikrofon erfasst, und die Intensität des Signals ist proportional zur Gaskonzentration. PAS kann verwendet werden für Online-Überwachung der DGA.
• Infrarotspektroskopie (IR): Ähnlich wie PAS, aber misst die Absorption von Infrarot Licht direkt durch die gelösten Gase, ohne es in ein akustisches Signal umzuwandeln.
• Halbleiter-Sensoren: Diese Sensoren verwenden Materialien, die ihre elektrische Eigenschaften (zum Beispiel., Widerstand, Kapazität) in Gegenwart bestimmter Gase. Sie werden häufig verwendet für Online-Überwachung bestimmter Gase, wie z.B. Wasserstoff.

5. Interpretation der DGA-Ergebnisse

Die Interpretation von DGA-Ergebnissen erfordert Fachwissen und Erfahrung. Es werden verschiedene Methoden und Richtlinien verwendet, einschließlich:

• Schlüsselgas-Methode: Fokussiert auf die absoluten Konzentrationen einzelner Gase.
• Verhältnis-Methoden: Verwendet Verhältnisse verschiedener Gase (zum Beispiel., CH₄/H₂, C₂H₂/C₂H₄, KO₂/KO) um die Art des Fehlers zu identifizieren. Zu den gängigen Verhältnismethoden gehören Doernenburg-Verhältnisse, Rogers-Verhältnisse, und Duval Triangle.
• Gesamtes gelöstes brennbares Gas (TDCG (Englisch)): Die Summe der Konzentrationen aller brennbaren Gase (H₂, CH₄, C₂H₆, C₂H₄, C₂H₂, KO). Hohe TDCG-Werte deuten auf ein potenzielles Problem hin.
• IEEE- und IEC-Normen: Standards wie IEEE C57.104 und IEC 60599 Bereitstellung von Richtlinien für die Interpretation von DGA-Ergebnissen und die Bewertung des Transformatorzustands.
• Trendanalyse: Die Überwachung der *Änderungsrate* der Gaskonzentrationen im Laufe der Zeit ist oft wichtiger als die absoluten Werte. Ein plötzlicher Anstieg der Gaserzeugungsraten deutet auf eine sich entwickelnde Störung hin.

6. Vorteile der Verwendung eines DGA

Die Vorteile der Verwendung eines Transformator-Analysator für gelöste Gase sind von Bedeutung:

• Reduziertes Ausfallrisiko: Die frühzeitige Fehlererkennung minimiert die Wahrscheinlichkeit katastrophaler Ausfälle von Transformatoren.
• Geringere Wartungskosten: Predictive Maintenance auf Basis von DGA reduziert unnötige Inspektionen und Reparaturen.
• Verlängerte Lebensdauer der Anlage: Proaktive Wartung trägt dazu bei, die Lebensdauer von Transformatoren zu verlängern.
• Verbesserte Sicherheit: Reduziert das Risiko von Transformatorexplosionen und Bränden.
• Verbesserte Netzzuverlässigkeit: Verhindert ungeplante Ausfälle und verbessert die Gesamtzuverlässigkeit des Stromnetzes.
• Optimiertes Asset-Management: Bietet datengestützte Erkenntnisse für eine fundierte Entscheidungsfindung.

7. Anträge

Transformator-Analysatoren für gelöste Gase werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt:

• Stromerzeugung: Generator-Step-up überwachen (GSU) Transformatoren.
• Übertragung und Verteilung: Überwachung von Großtransformatoren in Umspannwerken.
• Industrieanlagen: Überwachung von Transformatoren in der Fertigung Einrichtungen, Raffinerien, und Rechenzentren.
• Erneuerbare Energie: Überwachung von Transformatoren im Wind Bauernhöfe und Solarkraftwerke.
• Eisenbahnen: Überwachung von Traktionstransformatoren.

8. Häufig gestellte Fragen (Häufig gestellte Fragen)

9. Schlussfolgerung

Ein Transformator-Analysator für gelöste Gase (DGA) ist ein unverzichtbares Instrument zur Erhaltung der Gesundheit und Zuverlässigkeit von Leistungstransformatoren. Durch frühzeitige Warnung vor sich entwickelnden Fehlern, DGA ermöglicht proaktive Wartung, verhindert katastrophale Ausfälle, verlängert die Lebensdauer der Anlage, und erhöht die allgemeine Sicherheit und Zuverlässigkeit des Stromnetzes. Die Verwendung von DGA, kombiniert mit fachkundiger Interpretation und Trendanalyse, ist ein Eckpfeiler der modernen Transformator-Asset-Management.

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