آنالیز گازهای محلول در روغن ترانسفورماتور DGA
آنالیز گازهای محلول در روغن ترانسفورماتور یا DGA – Dissolved Gas Analysis یکی از مهمترین و کاربردیترین آزمایشها در پایش وضعیت ترانسفورماتور است. در زمان کارکرد ترانس، روغن و عایق کاغذی تحت تأثیر حرارت، تنش الکتریکی، تخلیه جزئی، جرقه، قوس الکتریکی و اضافهبار قرار میگیرند. این عوامل باعث تجزیه روغن و سلولز شده و گازهایی در داخل روغن تولید میکنند.
با اندازهگیری نوع و مقدار این گازها میتوان بسیاری از عیوب داخلی ترانسفورماتور را قبل از وقوع خرابی جدی شناسایی کرد. به همین دلیل، تست DGA یکی از اصلیترین روشهای عیبیابی غیرمخرب ترانسفورماتور محسوب میشود.
آنالیز DGA چیست؟
در ترانسفورماتورهای روغنی، گازهای تولیدشده در اثر خطاهای حرارتی و الکتریکی در روغن حل میشوند. آزمایش DGA مقدار این گازهای محلول را استخراج و اندازهگیری میکند. سپس بر اساس نوع گازها، نسبت آنها و روند تغییراتشان، نوع خطای داخلی ترانسفورماتور تشخیص داده میشود.
این آزمایش معمولاً با استفاده از دستگاه کروماتوگرافی گازی (Gas Chromatography) انجام میشود و نتایج آن بهصورت ppm گزارش میگردد.
گازهای مهم در آزمایش DGA
در تست DGA چند گاز کلیدی اندازهگیری میشود که هرکدام میتوانند نشاندهنده نوع خاصی از خطا باشند:
هیدروژن (H₂): معمولاً در تخلیه جزئی و خطاهای الکتریکی کمانرژی افزایش مییابد.
متان (CH₄): نشانه خطاهای حرارتی با دمای پایین یا تجزیه اولیه روغن است.
اتان (C₂H₆): بیشتر با خطاهای حرارتی متوسط در روغن مرتبط است.
اتیلن (C₂H₄): معمولاً در خطاهای حرارتی با دمای بالا تولید میشود.
استیلن (C₂H₂): شاخص مهم قوس الکتریکی یا جرقه شدید در ترانسفورماتور است.
منوکسید کربن (CO): از تجزیه عایق کاغذی سلولزی تولید میشود.
دیاکسید کربن (CO₂): نشاندهنده پیری یا تخریب عایق کاغذی است.
اکسیژن (O₂): میتواند نشاندهنده نفوذ هوا یا وضعیت سیستم تنفسی باشد.
نیتروژن (N₂): معمولاً مربوط به هوای محلول یا سیستمهای دارای نیتروژن است.
اهمیت تست DGA در ترانسفورماتور
آنالیز گازهای محلول یکی از موثرترین روشها برای تشخیص زودهنگام عیوب داخلی است. بسیاری از خطاهای ترانسفورماتور در مراحل اولیه قابل مشاهده نیستند، اما با تولید گازهای خاص در روغن قابل شناسایی میشوند.
مهمترین مزایای انجام DGA عبارتند از:
تشخیص زودهنگام قوس الکتریکی، جرقه و تخلیه جزئی
شناسایی نقاط داغ و اضافهحرارت
بررسی وضعیت عایق کاغذی ترانس
کاهش احتمال خرابی ناگهانی ترانسفورماتور
کمک به تصمیمگیری برای تعمیرات پیشگیرانه
افزایش قابلیت اطمینان شبکه برق
امکان پایش روند تغییرات گازها در طول زمان
عیوب قابل تشخیص با DGA
آزمایش DGA میتواند انواع مختلفی از خطاهای داخلی ترانسفورماتور را مشخص کند. مهمترین آنها عبارتند از:
1. تخلیه جزئی یا Partial Discharge
تخلیه جزئی معمولاً در اثر ضعف عایق، وجود حباب گاز، آلودگی، رطوبت یا نقاط دارای تنش الکتریکی بالا ایجاد میشود. در این حالت معمولاً مقدار هیدروژن افزایش مییابد و ممکن است مقدار کمی متان نیز دیده شود.
2. خطای حرارتی در روغن
زمانی که دمای موضعی روغن افزایش یابد، ترکیبات هیدروکربنی روغن تجزیه شده و گازهایی مانند متان، اتان و اتیلن تولید میشوند. افزایش اتیلن معمولاً نشاندهنده دمای بالاتر و خطای حرارتی شدیدتر است.
3. خطای حرارتی در عایق کاغذی
اگر عایق سلولزی یا کاغذی بیش از حد گرم شود، گازهای CO و CO₂ افزایش مییابند. این موضوع میتواند نشانه پیری عایق، اضافهبار، ضعف خنککاری یا نقاط داغ در سیمپیچها باشد.
4. قوس الکتریکی یا Arcing
قوس الکتریکی یکی از خطرناکترین خطاهای داخلی ترانسفورماتور است. شاخص اصلی آن افزایش استیلن (C₂H₂) است. وجود استیلن، مخصوصاً اگر همراه با هیدروژن و اتیلن بالا باشد، نیازمند بررسی فوری است.
5. جرقه یا تخلیه الکتریکی پرانرژی
در این حالت انرژی خطا بیشتر از تخلیه جزئی است و میتواند باعث تولید گازهایی مانند هیدروژن، استیلن و اتیلن شود. این وضعیت ممکن است به آسیب جدی در عایق و قطعات داخلی منجر شود.
روش انجام آزمایش DGA
آزمایش DGA نیازمند نمونهبرداری دقیق و استاندارد از روغن ترانسفورماتور است. اگر نمونهبرداری بهدرستی انجام نشود، احتمال ورود هوا یا از دست رفتن گازها وجود دارد و نتیجه آزمایش قابل اعتماد نخواهد بود.
مراحل کلی انجام تست DGA:
نمونهبرداری از روغن با سرنگ یا ظرف مخصوص بدون ورود هوا
انتقال نمونه به آزمایشگاه در شرایط مناسب
استخراج گازهای محلول از روغن
اندازهگیری گازها با دستگاه Gas Chromatography
گزارش مقادیر گازها بر حسب ppm
تفسیر نتایج بر اساس استانداردها و روشهای تحلیلی
استانداردهای مهم در آنالیز DGA
برای انجام و تفسیر آزمایش DGA از استانداردهای مختلفی استفاده میشود. مهمترین آنها عبارتند از:
IEC 60567: راهنمای نمونهبرداری و آنالیز گازهای محلول و آزاد
IEC 60599: راهنمای تفسیر نتایج DGA در تجهیزات الکتریکی روغنی
ASTM D3612: روش استاندارد آنالیز گازهای محلول در روغن عایق
IEEE C57.104: راهنمای تفسیر گازهای تولیدشده در ترانسفورماتورهای روغنی
روشهای تفسیر نتایج DGA
تفسیر DGA فقط بر اساس یک گاز انجام نمیشود، بلکه باید نوع گازها، مقدار هر گاز، نسبت بین گازها و روند افزایش آنها بررسی شود. چند روش رایج برای تفسیر DGA عبارتند از:
1. روش گازهای کلیدی Key Gas Method
در این روش بر اساس گاز غالب، نوع خطا تشخیص داده میشود. برای مثال:
هیدروژن بالا: تخلیه جزئی
اتیلن بالا: خطای حرارتی شدید در روغن
استیلن بالا: قوس الکتریکی
CO و CO₂ بالا: تخریب عایق کاغذی
2. روش نسبت راجرز Rogers Ratio
در این روش نسبت برخی گازها با هم مقایسه میشود تا نوع خطا مشخص شود. این روش برای تشخیص خطاهای حرارتی و الکتریکی کاربرد دارد.
3. روش مثلث دووال Duval Triangle
مثلث دووال یکی از دقیقترین روشهای گرافیکی برای تفسیر DGA است. در این روش بر اساس درصد سه گاز متان، اتیلن و استیلن نوع خطا مشخص میشود؛ مانند تخلیه جزئی، تخلیه کمانرژی، تخلیه پرانرژی و خطاهای حرارتی در دماهای مختلف.
4. روش نسبتهای IEC
در این روش نسبتهای مشخصی از گازها طبق استاندارد IEC بررسی میشود و بر اساس آن نوع عیب تعیین میگردد.
تفسیر کلی گازها در DGA
گاز معنی احتمالی
H₂ تخلیه جزئی، خطاهای الکتریکی کمانرژی
CH₄ خطای حرارتی دمای پایین در روغن
C₂H₆ گرمشدن متوسط روغن
C₂H₄ خطای حرارتی دمای بالا
C₂H₂ قوس الکتریکی یا جرقه شدید
CO تخریب عایق کاغذی
CO₂ پیری و تجزیه سلولز
O₂ و N₂ نفوذ هوا یا وضعیت سیستم تنفسی
نکات مهم در تفسیر DGA
برای تحلیل دقیق نتایج DGA باید چند نکته مهم در نظر گرفته شود:
روند افزایش گازها از یک نتیجه منفرد مهمتر است.
سن، توان، نوع طراحی و سابقه بارگذاری ترانس باید بررسی شود.
ورود هوا در زمان نمونهبرداری میتواند نتیجه را دچار خطا کند.
افزایش همزمان چند گاز معمولاً نشانه خطای ترکیبی است.
وجود استیلن حتی در مقادیر کم میتواند مهم باشد، مخصوصاً اگر روند افزایشی داشته باشد.
نتایج DGA باید همراه با آزمایشهایی مانند رطوبت، BDV، عدد اسیدی، فوران و ذرات معلق بررسی شود.
اقدامات پیشنهادی پس از مشاهده نتایج غیرعادی DGA
اگر نتایج DGA نشاندهنده افزایش غیرعادی گازها باشد، بسته به شدت وضعیت، اقدامات زیر پیشنهاد میشود:
تکرار نمونهبرداری برای اطمینان از صحت نتیجه
بررسی روند تاریخی گازها
انجام تستهای تکمیلی روغن مانند فوران، رطوبت و ولتاژ شکست
بررسی بارگذاری و دمای کاری ترانس
بازدید سیستم خنککننده و اتصالات خارجی
افزایش دوره پایش و نمونهبرداری
انجام تستهای الکتریکی در صورت نیاز
خروج اضطراری ترانس از مدار در صورت وجود نشانههای خطای شدید مانند افزایش سریع استیلن
جمعبندی
آنالیز گازهای محلول یا DGA یکی از مهمترین آزمایشهای روغن ترانسفورماتور برای تشخیص زودهنگام عیوب داخلی است. با اندازهگیری گازهایی مانند هیدروژن، متان، اتان، اتیلن، استیلن، منوکسید کربن و دیاکسید کربن میتوان نوع خطاهایی مانند تخلیه جزئی، نقاط داغ، تخریب عایق کاغذی و قوس الکتریکی را شناسایی کرد. انجام دورهای DGA و بررسی روند تغییرات گازها نقش مهمی در افزایش عمر ترانسفورماتور، کاهش خاموشیهای ناگهانی و بهبود برنامههای نگهداری پیشگیرانه دارد.