كيفية الكشف المبكر عن أعطال المحولات باستخدام تحليل الغازات الذائبة

• يمكن لتحليل الغازات المذابة (DGA) الكشف عن الأعطال الحرارية والكهربائية الناشئة من خلال الغازات التي تنتجها في زيت المحولات.
• قد تنتج الشقوق التي تشكلت في مراحل مبكرة جدًّا كمية ضئيلة جدًّا من الغاز بحيث لا تتسبب في حدوث تغير واضح في التركيز.
• غالبًا ما يكون معدل إنتاج الغاز واتجاهه أكثر أهمية من عينة نفط واحدة بمفردها.
• تُقلِّل تقنية DGA عبر الإنترنت من الفترة الفاصلة بين القياسات، ويمكنها الكشف عن التغيرات بشكل أسرع.
• يمكن أن تكشف بيانات التفريغ الجزئي ودرجة حرارة الملف والرطوبة والحماية عن حالات شاذة قد لا تفسرها تحليلات غازات الغلاف (DGA) وحدها.
• يكون التشخيص المبكر للأعطال أكثر فعالية عندما تكون هناك علاقة زمنية بين عدة مؤشرات للحالة.

جدول المحتويات

• كيف تكتشف DGA الأعطال المبكرة في المحولات
• لماذا قد يتم إغفال بعض الأعطال المبكرة
• ما هي غازات الصدع التي تكتسب أهمية؟
• التحليل الرقمي للغازات (DGA) عبر الإنترنت مقابل أخذ عينات الزيت الدورية
• الأعطال التي تتطلب أكثر من فحص غازات الغاز (DGA)
• الجمع بين نظام DGA ومراقبة درجة الحرارة والتسرب الكهربائي والعزل
• نظام مراقبة DGA عبر الإنترنت
• قائمة مراجعة للكشف المبكر عن أعطال المحولات
• الأسئلة الشائعة

كيف تكتشف DGA الأعطال المبكرة في المحولات

تؤدي الإجهادات الحرارية والكهربائية إلى كسر الروابط الكيميائية في الزيت المعدني، وكذلك في العازل السليلوزي عند مستويات طاقة أعلى. ثم تتحد الشظايا مجددًا لتشكل غازات تذوب في الزيت. وعادةً ما ينتج عن النشاط منخفض الطاقة غاز الهيدروجين (H₂) والميثان (CH₄). أما الصدوع الأكثر سخونة فتضيف الإيثان (C2H6) والإيثيلين (C2H4). ويمكن أن ينتج عن القوس الكهربائي الأسيتيلين (C2H2)، بينما يطلق الورق شديد السخونة أول أكسيد الكربون (CO) وثاني أكسيد الكربون (CO2).

لا تعطي قائمة الغازات وحدها معلومات كافية. هناك أربعة عوامل لها أهمية تشخيصية كبيرة في تشخيص أعطال المحولات:

• التركيز: ما هي كمية كل غاز موجودة في النفط حالياً؟.
• معدل التوليد: مدى سرعة زيادة كل غاز.
• نمط الغاز: ما هي الغازات التي ترتفع معًا، وبأي نسبة؟.
• الاتجاه بمرور الوقت: سواء كان التغيير يمثل خطوة إلى الأمام، أو مرحلة استقرار، أو صعودًا متسارعًا.

للحصول على نظرة أوسع نطاقًا حول تكوين الغاز وطرق تفسيره، انظر مقالتنا حول تحليل الغازات المذابة في المحولات. كما أن مستويات أول أكسيد الكربون (CO) وثاني أكسيد الكربون (CO₂) تنشأ أيضًا عن عملية الشيخوخة الطبيعية، لذا فإن دلالتها تعتمد على الاتجاه والسياق.

لماذا قد يتم إغفال بعض الأعطال المبكرة

تعتبر أعطال المحولات في مراحلها الأولى صغيرة بحكم تعريفها. فقد يكون العطل حقيقيًّا، ومع ذلك يترك أثرًا خافتًا جدًّا بحيث لا يبرز عن الغازات الموجودة أصلاً في الزيت. وتعود أسباب ذلك في الغالب إلى عوامل فيزيائية، وليست بسبب ضعف في الطريقة المتبعة.

يُعد التوليد البطيء للغاز الحالة الأكثر هدوءًا. فقد يستغرق الأمر شهورًا حتى تظهر نقطة ساخنة تنتج كمية ضئيلة من الإيثيلين أسبوعيًا كاختلاف عن خط الأساس، وقد لا تظهر العينة التي تُؤخذ مرة واحدة في السنة هذا المنحدر على الإطلاق.

لا يعني أي من هذا أن جهاز DGA غير موثوق. بل يعني أن الحساسية في المراحل المبكرة لها حدود عملية، وأن النتيجة الثابتة في تاريخ أخذ عينة معين لا تثبت أن نظام العزل خالٍ من العيوب. واعتمادًا على تصميم المحول، تستغرق بعض الأعطال وقتًا أطول من غيرها لترك أثر يمكن قراءته في الزيت.

ما هي غازات الصدع التي تكتسب أهمية؟

غالبًا ما يظهر الهيدروجين أولاً لأن جزيئته صغيرة ويتشكل تحت تأثير أنواع عديدة من الإجهاد، بما في ذلك التفريغ الجزئي والارتفاع العام في درجة الحرارة. وظهور الهيدروجين هو دافع للتحقق من الغازات الأخرى، وليس حكماً نهائياً.

يتأثر كل من الميثان والإيثان والإيثيلين بشدة الحرارة. وغالبًا ما يرتبط الميثان والإيثان بظاهرة السخونة الزائدة عند درجات الحرارة المنخفضة، في حين يزداد ظهور الإيثيلين مع ارتفاع درجة الحرارة. وتُعد النسب بين هذه الغازات، وكيفية تغيرها بمرور الوقت، مؤشرًا أكثر دلالة من أي قيمة منفردة.

يستحق الأسيتيلين الاهتمام لأنه غالبًا ما يرتبط بدرجات حرارة عالية جدًّا أو بحدوث شرارة كهربائية. ومع ذلك، لا يزال من الضروري تحليل هذه النتائج في ضوء الغازات الأخرى والاتجاه العام: فالكمية الضئيلة التي تظل ثابتة تُفسَّر بشكل مختلف عن تلك التي تستمر في الزيادة. ويشير كل من أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون إلى وجود السليلوز، على الرغم من أن كلاهما يتراكم أيضًا نتيجة لعملية التقادم العادية.

تساعد أطر التفسير مثل IEC 60599 وIEEE C57.104 ومثلث دوفال في تحويل أنماط الغازات إلى فئات للأعطال. ولا توجد عتبة إنذار عالمية بالجزء في المليون (ppm) تناسب كل وحدة، لأن العمر والتصميم وسجل التحميل والمعالجة السابقة للزيت كلها عوامل تؤثر على ما يُعتبر طبيعيًّا بالنسبة لمحول معين.

التحليل الرقمي للغازات (DGA) عبر الإنترنت مقابل أخذ عينات الزيت الدورية

توفر العينات الدورية لقطات منفصلة. أما تحليل الغازات الناتجة عن التحلل (DGA) عبر الإنترنت فيوفر سجلاً مستمراً أو عالي التردد. فقد يتغير العطل الناشئ بشكل كبير بين تاريخي أخذ العينات المختبريتين، ولن توضح البيانات المختبرية وحدها كيف أو متى حدث ذلك.

ما تضيفه أدوات القياس عبر الإنترنت:

• الاتجاه ومعدل التغير، وليس مجرد المستوى.
• كشف الأحداث عند حدوث قفزة في إنتاج الغاز عقب حدوث عطل عابر، أو عملية تبديل، أو تقلب في الحمل.
• نظام إنذار عن بُعد للمواقع غير المراقبة.
• مقارنة تاريخية مع خط الأساس الخاص بالوحدة.

ترد المفاضلات العملية في مقارنتنا بين طريقة DGA عبر الإنترنت مقابل أخذ عينات الزيت. لا تحل تحليلات DGA الفورية محل التحاليل المختبرية. تظل التحاليل المختبرية هي الطريقة المرجعية، وهي تغطي معايير جودة الزيت التي لا تغطيها الوحدة الفورية. ويستخدم معظم المهندسين كلا الطريقتين، حيث يتولى المختبر تأكيد أي إنذار.

لا يحتاج كل محول إلى مراقبة مستمرة للغاز. فالحالة الحرجة والعمر وسجل الإنذارات هي العوامل التي تحدد ذلك، كما هو موضح في دليلنا الخاص بـ المراقبة الإلكترونية لغازات الغلاف (DGA) في المحولات.

الأعطال التي تتطلب أكثر من فحص غازات الغاز (DGA)

يعكس تحليل الغازات المتحللة (DGA) بشكل أساسي تحلل الزيوت والمواد العازلة المرتبط بالنشاط الحراري والكهربائي. وهناك العديد من الحالات الشاذة التي إما لا تنتج سوى كمية ضئيلة من الغاز، أو تتطلب إجراء قياس آخر لتفسير الغاز الذي يظهر بالفعل.

تقدم كل طريقة أدلة مختلفة. ولا تحل مراقبة PD محل تحليل الغازات في الدم (DGA)، كما لا يحل تحليل الغازات في الدم (DGA) محل مراقبة PD.

الجمع بين نظام DGA ومراقبة درجة الحرارة والتسرب الكهربائي والعزل

يكتسب الاتجاه التصاعدي لمستوى الإيثيلين أهمية أكبر عندما ترتفع درجات حرارة الزيت العلوي واللفات في الوقت نفسه، ويقل تأثيره عندما يكون الحمل ثابتًا ونظام التبريد في حالة جيدة. ويكون ارتفاع مستويات الهيدروجين مؤشراً أكثر أهمية عندما يسجل مستشعر التفريغ الجزئي (PD) نشاطاً خلال الأسابيع نفسها. وتؤدي قراءة المعلمات مجتمعةً (تحليل الغازات (DGA)، ودرجة الحرارة، والتفريغ الجزئي (PD)، والرطوبة، والحمل، وسجلات الحماية) إلى تضييق قائمة التفسيرات المحتملة بسرعة.

تسلسل مراجعة عملي:

اتجاه DGA → الارتباط بين درجة الحرارة والحمل → المراجعة المتبادلة بين PD والإنذارات → تقييم الحالة → أولوية الصيانة

عندما تشير الغازات إلى وجود صدع حراري، مباشرةً مراقبة النقاط الساخنة في لفات المحولات يمكن أن يُظهر ما إذا كانت درجة حرارة اللف تدعم هذا الاشتباه. عندما يتصدر الهيدروجين،, مراقبة التفريغ الجزئي للمحولات يمكن أن يُظهر ما إذا كان هناك نشاط إفرازي أم لا. ولا يؤكد أي منهما التشخيص بمفرده. بل إنهما يغيران ميزان الأدلة.

تلك النظرة المتعددة المستويات هي جوهر مراقبة حالة المحولات الكهربائية: أجهزة استشعار تقيس تأثيرات فيزيائية مختلفة، مع مواءمة البيانات على محور زمني واحد بحيث يتمكن المهندس من رؤية التغيرات التي حدثت في آن واحد.

نظام مراقبة DGA عبر الإنترنت

و نظام مراقبة DGA عبر الإنترنت يستخلص الغاز من الزيت المتدفق ويحلله تلقائيًا في الموقع. الأرقام الواردة أدناه مأخوذة من صفحة المنتج على موقع INNOFZ.

وفقًا لما ورد في الصفحة، يتم تركيب الوحدة على محول موصول بالتيار الكهربائي عبر صمامات الزيت. أ جهاز مراقبة غازات الغلاف (DGA) للمحولات ولا يزال الأمر يحتاج إلى تأكيد مخبري عند بدء التشغيل وعند حدوث الإنذارات، ويُعد هذا المؤشر أحد العناصر التي تساهم في تكوين الصورة الأوسع الموضحة أعلاه.

قائمة مراجعة للكشف المبكر عن أعطال المحولات

الأسئلة الشائعة

هل يمكن أن يفوت نظام DGA اكتشاف الأعطال المبكرة في المحولات؟

نعم، هذا ممكن. فالصدوع ذات الطاقة المنخفضة جدًّا، والتوليد البطيء للغاز، وفترات أخذ العينات الطويلة، وموقع الصدع، كلها عوامل يمكن أن تجعل الإشارات المبكرة للغاز أقل مما تكشفه عينة واحدة. ويقلل تحليل الاتجاهات وفترات القياس الأقصر من هذا الخطر.

ما هي أعطال المحولات التي يصعب اكتشافها باستخدام تحليل غازات المحولات (DGA)؟

غالبًا ما يصعب رصد التفريغ الجزئي المبكر، والأعطال المتقطعة، والحالات التي تنتج كميات قليلة من الغاز — مثل بعض المشكلات الميكانيكية أو تلك المرتبطة بالرطوبة — من خلال تحليل غازات الأكسيد (DGA) وحده. وتسد طرق المراقبة الأخرى هذه الثغرات.

هل تحليل DGA عبر الإنترنت أفضل من أخذ عينات الزيت بشكل دوري؟

يوفر تحليل الغازات بالإنترنت (DGA) بيانات أكثر كثافة وإنذارات أسرع. أما أخذ العينات المختبرية الدورية فيوفر نتائج بمستوى مرجعي ومجموعة أوسع من اختبارات الزيت. وهذان الأسلوبان يكملان بعضهما البعض.

ما هي طرق المراقبة التي ينبغي استخدامها مع تحليل الغازات في الحليب (DGA)؟

تعد درجة حرارة الملفات والزيت، والتفريغ الجزئي، والرطوبة في الزيت، وبيانات الحمل، وسجلات الحماية من العناصر التي ترافق هذه الأنظمة عادةً. وتوفر مراقبة الوصلات العازلة ومحولات التيار المتردد القابلة للتعديل (OLTC) تغطية إضافية في الأماكن التي تكتسب فيها هذه المكونات أهمية خاصة.