クロマトグラフと電力産業におけるその使用

物質の混合物をクロマトグラフィーで分離および分析するための装置はクロマトグラフと呼ばれます。クロマトグラフは、サンプル導入システム、クロマトグラフィー用カラム、検出器、登録および恒温システム、および分離された成分を受け取るための装置で構成されています。クロマトグラフは、移動相の凝集状態に応じて液体と気体になります。展開クロマトグラフィーが最もよく使用されます。

クロマトグラフは次のように動作します。キャリアガスは、可変または定速の圧力および流量調整器を介してバルーンからクロマトグラフィーカラムに連続的に供給されます。カラムをサーモスタット内に置き、吸着剤を充填します。温度は最大 500 °C の範囲で一定に保たれます。

液体および気体のサンプルはシリンジで注入されます。カラムは、多成分混合物を、担体と分析成分の 1 つの両方を含むいくつかの二成分混合物に分離します。二成分混合物の成分が吸着される程度に応じて、混合物は特定の順序で検出器に入ります。検出結果に基づいて、出力成分の濃度変化を記録する。検出器内で発生するプロセスは電気信号に変換され、クロマトグラムの形式で記録されます。

過去 10 年間で、電力業界で広く普及しました。変圧器油のクロマトグラフィー分析は、変圧器の診断に良好な結果を示し、油に溶けているガスを特定し、変圧器の欠陥の存在を判断するのに役立ちます。

電気技師はサンプルを採取するだけです 変圧器油、それを研究室に引き渡し、そこで化学サービスの従業員がクロマトグラフィー分析を実行します。その後、得られた結果から正しい結論を導き出し、変圧器をさらに使用するかどうか、または修理または交換が必要かどうかを決定する必要があります。

変圧器油の脱気方法に応じて、サンプルを採取する方法がいくつかあります。次に、最も一般的な 2 つの方法を見てみましょう。

脱気を真空で行う場合、サンプルは密閉された 5 または 10 ml のガラス製注射器に採取されます。シリンジの気密性は次のようにチェックします。プランジャーを最後まで引き、針の端をストッパーに突き刺し、プランジャーを押してシリンジの中央まで持ってきて、針が刺さった状態でストッパーを浸します。プランジャーを半分押した状態で注射器と一緒に水中に入れます。気泡がなければ、シリンジはしっかりと締まっています。

変圧器には採油用の分岐管が付いています。分岐管を洗浄し、分岐管内の滞留油を一定量排出し、シリンジおよび油抽出装置を油で洗浄し、サンプルを採取します。サンプリング動作は以下の手順で行われます。分岐管１にはプラグ７を備えたティー５が管２を介して接続され、管３は蛇口４に接続されている。

変圧器のバルブが開き、次にタップ 4 が開き、最大 2 リットルの変圧器オイルがそこから排出され、その後閉じられます。シリンジ６の針をティー５のプラグ７に挿入し、シリンジ内にオイルを充填する。バルブ 4 を少し開き、シリンジからオイルを絞ります。これがシリンジの洗浄です。この手順を 2 回繰り返します。次に、オイルのサンプルをシリンジに採取し、プラグから取り外し、準備しておいたプラグに差し込みます。

変圧器のバルブを閉じ、オイル抽出システムを取り外します。注射器には、日付、サンプルを採取した従業員の名前、現場の名前、変圧器のマーク、油を採取した場所（タンク、注入口）を示すマークが付けられ、その後注射器は次の場所に置かれます。特別な容器が研究室に送られます。多くの場合、マーキングは短縮形式で行われ、デコードはログに記録されます。

溶存ガスの部分的な分離が計画されている場合、サンプルは特別なオイルコレクターに採取されます。精度は高くなりますが、必要なオイルの量は多くなり、最大 3 リットルになります。ピストン 1 は最初に底に沈み、温度センサー 3 を備えたバブル 2 がバルブ 4 を閉じた状態で穴 5 にねじ込まれ、バルブ 6 は閉じられます。プラグ８は、オイル溜めの下部の穴７を塞ぐ。サンプルはノズル 9 から採取され、変圧器パレットに接続されたストッパーで閉じられます。オイルを2リットル抜きます。

分岐管にはユニオンナット10の付いたパイプが取り付けられており、ナットとのユニオンが上向きになっており、1秒間に1mlを超えずに少しずつオイルが排出されます。気泡２が出現し、ロッド１１が開口部７を通してピストン１に押し付けられ、ピストン１が上昇する。オイルコレクターを回して、オイルの流れが止まるまでナット 10 を穴 5 にねじ込みます。

油分離器には変圧器油が毎分 0.5 リットルの速度で満たされます。ピストン 1 のハンドル 12 が穴 7 に現れたら、プラグ 8 を穴 7 の所定の位置に取り付けます。オイルの供給は遮断され、ホースは外されず、オイルコレクターが裏返され、フィッティング 10 が取り付けられます。接続が解除されている場合は、オイルがノズル 5 に確実に到達し、バブル 2 が所定の位置にねじ込まれ、バルブ 4 を閉じる必要があります。オイルコレクターはクロマトグラフィー分析のために研究室に送られます。

サンプルは分析まで 1 日以内に保管されます。実験室分析により、溶存ガスの含有量が標準から逸脱していることを示す結果を得ることができ、これに関連して電気技術サービスが変圧器の将来の運命を決定します。

クロマトグラフィー分析により、溶解油中の二酸化炭素、水素、一酸化炭素、メタン、エタン、アセチレン、エチレン、窒素、酸素の含有量を測定できます。最もよく分析されるのは、エチレン、アセチレン、二酸化炭素の存在です。分析されるガスの量が少ないほど、検出される初期故障の種類は少なくなります。

現在、クロマトグラフィー分析のおかげで、変圧器の故障の 2 つのグループを特定することができます。

• 絶縁欠陥（紙油絶縁体の放電、固体絶縁体の過熱）。

• 充電部の欠陥（金属の過熱、油への漏れ）。

最初のグループの欠陥は、一酸化炭素と二酸化炭素の放出を伴います。二酸化炭素の濃度は、開放呼吸変圧器の状態と変圧器油の窒素保護の基準として機能します。臨界濃度値が決定されており、これにより最初のグループの危険な欠陥を評価できます。特別なテーブルがあります。

2 番目のグループの欠陥は、油中でのアセチレンとエチレンの生成と、随伴ガスとしての水素とメタンの生成が特徴です。

巻線の絶縁への損傷に関連する最初のグループの欠陥は、最大の危険を表します。欠陥部位にわずかな機械的影響があったとしても、すでにアークが形成されている可能性があります。このような変圧器は主に修理が必要です。

しかし、二酸化炭素はコイルの故障とは関係のない別の理由でも発生する可能性があり、たとえば、オイルの老朽化や、冷却システムの故障に伴う頻繁な過負荷や過熱などが原因である可能性があります。二酸化炭素が窒素の代わりに誤って冷却システムに供給される可能性があるため、結論を出す前に化学分析と電気試験データを考慮することが重要です。同様の条件下で動作する同様の変圧器のクロマトグラフィー分析データを比較できます。

診断中、断熱材の位置は濃い茶色になり、断熱材全体の一般的な背景に対してはっきりと目立ちます。断熱材に枝分かれしたシュートの形で漏れの痕跡が残る可能性があります。

固体絶縁体の近くにある活線接続の障害が最も危険です。二酸化炭素濃度の増加は固体絶縁に影響を与えていることを示しており、同様の変圧器の分析データを比較するとさらに影響を受けます。巻線の抵抗を測定し、故障を判断します。これらの欠陥のある変圧器は、最初のグループの欠陥と同様に、まず修理する必要があります。

通常の二酸化炭素濃度でアセチレンとエチレンを超えると、磁気回路または構造の一部が過熱します。このような変圧器は今後 6 か月以内にオーバーホールが必要です。冷却システムの故障など、他の原因を考慮することが重要です。

2 番目のグループの損傷が確認された変圧器の修理作業中に、損傷箇所で油が分解した固体で粘性のある黒色の生成物が見つかりました。修理後に変圧器を再起動した場合、修理後 1 か月以内に簡単に分析すると、以前に検出されたガスの存在が示される可能性が高くなりますが、その濃度ははるかに低くなります。二酸化炭素濃度は上がりません。濃度が増加し始めると、欠陥が残ります。

油膜保護を備えた変圧器、および分析によって固体絶縁体への損傷の疑いが確認されなかったその他の変圧器は、高度な溶存ガスクロマトグラフィー分析を受けなければなりません。

頻繁な放電を伴う固体絶縁体の損傷は、最も危険な種類の損傷です。 2 つ以上のガス濃度比がそれを示している場合、変圧器のさらなる動作は危険であり、製造業者の許可がある場合にのみ許可され、欠陥が固体絶縁に影響を与えてはなりません。

クロマトグラフィー分析は 2 週間ごとに繰り返され、3 か月以内に溶存ガス濃度の比率が変化しなければ、硬質絶縁体は影響を受けません。

ガス濃度の変化率も欠陥を示します。油中への頻繁な放出により、アセチレンの濃度は 1 か月あたり 0.004 ～ 0.01% 以上増加し、固体絶縁体への頻繁な放出により 1 か月あたり 0.02 ～ 0.03% 増加します。過熱するとアセチレンやメタンの濃度増加率が低下するため、半年に一度は脱気して分析する必要があります。

規制によれば、変圧器油のクロマトグラフィー分析は 6 か月ごとに実行する必要があり、750 kV の変圧器は試運転後 2 週間で分析する必要があります。

化学クロマトグラフィー分析用変圧器油の臨床試験

クロマトグラフィー分析による変圧器油の効果的な診断により、多くの電力システムにおける変圧器の高価なメンテナンスの作業量を削減できるようになりました。絶縁特性を測定するためにネットワークを切断する必要はなくなり、変圧器油のサンプルを採取するだけで十分です。

したがって、今日の変圧器油のクロマトグラフィー分析は、変圧器の欠陥を発生の初期段階で監視するために不可欠な方法であり、これにより、予期される欠陥の性質とその進行度を判断することができます。油中に溶解しているガスの濃度とその増加率によって限界値と比較します。電圧が 100 kV 以上の変圧器の場合、このような分析は少なくとも 6 か月に 1 回実行する必要があります。

絶縁体の劣化の程度、通電部品の過熱、オイル内の放電の存在を評価できるのは、クロマトグラフィー分析方法です。一連の分析後に得られたデータに基づいて、変圧器の絶縁破壊の予想される範囲に基づいて、変圧器を停止して修理に出す必要性を評価することができます。進行中の欠陥が早期に特定されるほど、偶発的な損傷のリスクが小さくなり、修理作業の量が少なくなります。