Analysis of gas content dynamics in power transformers during development of spark discharge

Abstract

The results of analysis of the dynamics of change in the values of diagnostic criteria used to recognise the type of defect based on the dissolved gas analysis results for five high-voltage transformers during the development of spark discharges are presented. In the course of the analysis the dynamics of changes in gas concentrations and defect nomograms were considered. There was also analysed the change of the defect type during the spark discharges development by means of diagnostic space determined by gas ratios values according to IEC 60599 and ETRA square, and by means of diagnostic space determined by gas percentage content according to Duval's triangle. According to the results of the analysis it was found that during the development of spark discharges in different transformers the values of diagnostic criteria correspond to the defects of different types, which makes it practically impossible to predict this defect based on the results of previous tests. At the same time the values of both gas ratios and gas percentage as well as defect nomograms obtained by dissolved gas analysis before the moment when gas concentrations exceeded their limit values correspond to the defects of different types, which enables to recognise spark discharges at an early stage. Analysis of correlation relations between values of concentrations and percentages of gases and the operation time as well as between the values of concentrations and percentages of individual gases shows that the development of spark discharges is accompanied not only by the growth of gas concentrations, which is known and widely used, but there is also a significant positive correlation between the values of concentrations of dissolved gases in oil and the operation time as well as between concentrations of individual gases. At the same time, the gases between which a significant correlation has been detected during the development of spark discharges in different transformers differ significantly. The analysis showed that the standards and criteria of IEC 60599, the ETRA square and the Duval triangle do not allow any spark discharges to be detected. The maximum recognition reliability was obtained using the nomogram method. The results show that an early detection of spark discharges is possible, which increases the reliability of nondestructive diagnostics and prolongs the service life of transformers.Наведено результати аналізу динаміки зміни значень діагностичних критеріїв, використовуваних для розпізнавання типу дефекту за результатами аналізу розчинених в маслі газів, для п’яти високовольтних трансформаторів в процесі розвитку іскрових розрядів. У процесі аналізу розглянуто динаміку зміни концентрацій газів, відсоткового вмісту газів, а також номограм дефектів. Також аналізувалася зміна типу дефекту в процесі розвитку іскрових розрядів з використанням діагностичного простору, що визначався значеннями відношень газів, регламентованих стандартом IEC 60599 і квадратом ЕТРА, та з використанням діагностичного простору, що визначався відсотковим вмістом газів, регламентованих трикутником Дюваля. За результатами аналізу встановлено, що при розвитку іскрових розрядів в різних трансформаторах значення діагностичних критеріїв відповідають дефектам різного типу, що практично не дозволяє прогнозувати даний дефект за результатами попередніх випробувань. У той же час значення і відношень газів, і їх відсотковий вміст, а також номограми дефектів, отримані за результатами аналізу розчинених в маслі ще до того моменту, коли концентрації газів перевищили свої граничні значення, відповідають дефектам різного типу, що дозволяє розпізнавати іскрові розряди на ранній стадії. За результатами аналізу кореляційних зв’язків між значеннями концентрацій і відсоткового вмісту газів та тривалістю експлуатації, а також між значеннями концентрацій і відсоткового вмісту окремих газів встановлено, що розвиток іскрових розрядів супроводжується не тільки зростанням концентрацій газів, що відомо і широко використовується, але і появою значущої позитивної кореляції між значеннями концентрацій розчинених у маслі газів і тривалістю експлуатації, а також між концентраціями окремих газів. При цьому гази, між якими виявлена значуща кореляція, в процесі розвитку іскрових розрядів в різних трансформаторах істотно розрізняються. Виконаний аналіз показав, що норми і критерії, регламентовані стандартом IEC 60599, квадратом ЕТRА і трикутником Дюваля не дозволяють розпізнавати іскрові розряди. Максимальна достовірність розпізнавання була отримана з використанням методу номограм. Отримані результати демонструють можливість раннього виявлення іскрових розрядів, що дозволяє підвищити достовірність неруйнівної діагностики і продовжити ресурс трансформаторів.