變壓器溶解氣體分析問題的解答和故障識別方法
我每天都會被問到關於變壓器溶解氣體分析 (DGA) 的重要性以及如何將其用於變壓器監測、安全和維護的問題，因此我認為從權威來源——《C57.104 礦物油浸式變壓器氣體判讀指南》¹——獲取一些答案會很有意義。該指南為變壓器管理員提供了「溶解氣體分析結果判讀的詳細程序」。此外，它還為用戶提供：
- 變壓器和 DGA 過程中氣體產生的概述。
- DGA的目的與應用。
- DGA 品質驗證和限制。
- DGA 解釋和規範。
- 故障類型定義和識別。
- 案例研究和解釋示例。
那麼，什麼是溶解氣體分析呢？
溶解氣體分析只是對溶解在變壓器絕緣液體中的氣體進行識別、測量和解釋。隨著絕緣系統老化或變壓器故障，會產生氣體。
檢測溶解氣體對於變壓器監測和評估健康狀況至關重要。透過 DGA，人們可以找出主罐內發生的各種異常情況，例如局部放電、電弧或過熱狀況。因此，DGA 成為綜合分析的有力工具。
產生的氣體種類繁多，包括氫氣 (H2)、甲烷 (CH4)、乙烷 (C2H6)、乙烯 (C2H4)、乙炔 (C2H2)、一氧化碳 (CO) 和二氧化碳 (CO2)。這些氣體被稱為「故障副產物」。絕緣液中也存在其他氣體，例如氧氣 (O2) 和氮氣 (N2)，但它們不被視為“故障副產物”，因為它們可能因洩漏或使用氮氣保存系統而進入絕緣油中。然而，值得注意的是，這些氣體在變壓器油氣分析 (DGA) 分析和解讀中仍然發揮著重要作用。
為什麼溶解氣體分析很重要？
DGA 可以幫助我們了解變壓器的健康狀況，從而提供早期預警，減少非計劃性停機、營運和維護費用，並提高整個系統、社區和員工的安全。它可以幫助我們識別活動和非活動的故障情況。評估液體中溶解氣體的濃度時，以微升每公升（μL/L）表示；然而，它通常被稱為或報告為體積百萬分率 (ppm v/v) 或簡稱 ppm。
特定的氣體組合或氣體分佈會根據「故障過程的性質，並與故障位置的能量水平和溫度相關」而變化。指南第1頁的新圖18清楚顯示了「礦物油中溶解氣體濃度的相對百分比與溫度和故障類型的函數關係」。可以觀察到，氫氣存在於所有已知的故障類型中。
低溫故障時溶解在油中的氫氣百分比可能大於其他低溫故障氣體，如甲烷 (CH4) 和乙烷 (C2H6)。此外，在高溫故障下，您會觀察到氫氣 (H2) 的相對氣體濃度增加，並且傾向於與乙炔 (C2H2) 保持同步。
故障識別方法
我覺得指南中最有趣的是附錄D，它示範了所有斷層辨識方法（關鍵氣體法、杜恩伯格比率和羅傑斯比率、1-4-5號杜瓦爾三角形和2-5號五邊形）。表1總結了關鍵氣體法、杜恩伯格比率和羅傑斯比率。
一個關鍵點是，使用關鍵氣體方法，人們總是會得到診斷；然而，錯誤的故障識別數量可達30%-50%，導致誤診。
使用比率方法時，有時您將無法得出診斷，因為比率不一致。
說到比率，還有其他有用的氣體比率可用於故障識別。 O2/N2 的比率有助於識別變壓器是自由呼吸（開放式）變壓器還是帶有氮氣層的密封裝置。 C2H2/H2 比值 >3 可協助辨識從分接開關室到主油箱是否有洩漏或污染。
當談到杜瓦爾三角時，你總是會得到答案。然而，重要的是要確保三種氣體中的一種高於變壓器中該氣體的標稱或正常值。以下是杜瓦爾三角 1 方法的範例。
杜瓦爾五邊形是額外的故障識別方法，有助於加強診斷。
除了傳統的或更廣為人知的氣體解釋方法之外，您還可以在附錄 F 中找到一種相對較新的方法 – 故障嚴重程度評估 – 替代方法。
雖然有許多不同的方法來評估液體絕緣中溶解氣體的分析，但測量氫氣始終是安全的。它是一種關鍵氣體，早期檢測有助於避免潛在的災難性故障。氫氣是石油分解中首先產生的氣體之一，可以作為潛在危險的看門狗或煙霧警報器。儘管觸發警報時情況可能看起來正常，但變壓器監控裝置的設計使得當它檢測到變壓器出現異常情況時，它可以提醒您情況已從正常變為異常，需要進一步調查。
氫氣檢測系統可以成為第一道防線，幫助您改進變壓器監控程序，並且可以輕鬆地將監控程序從基於時間的程序轉換為基於狀態的程序。
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Traci Hopkins 是 H2scan Corporation 的拉丁美洲銷售經理，該公司是一家世界一流的氫氣感測器解決方案提供商。 Hopkins 已為公用事業行業的各種出版物撰寫了大量論文，並多次在全國性工程會議上就變壓器可靠性這一主題發表演講。 Hopkins 曾與六大洲的維護和可靠性專業人士合作。她目前致力於將專業的氫氣監測專業知識帶到拉丁美洲公用事業市場。
