DGA-valvonnan epävarmuustekijöiden ymmärtäminen

Vaikka kyse ei ole eksaktista tieteestä, liuenneiden kaasujen analyysiä (DGA) on käytetty muuntajien kunnon arviointiin jo vuosikymmeniä, sillä se on ainoa menetelmä, jolla muuntajien sisäiset viat voidaan havaita ja diagnosoida. Jatkuvatoiminen valvonta on ollut mahdollista 1990-luvun loppupuolelta lähtien, ja nykyään saatavilla on useita jatkuvatoimisia kaasuanalysaattoreita. Haasteena on, että kullakin niistä on omat tekniset määrityksensä, joten muuntajien omistajien on vaikeaa vertailla ja arvioida eri vaihtoehtoja. Valintaa mutkistaa vielä sekin, että laboratorioanalyyseilläkin on oma roolinsa.

VINKKI: Lataa aiheeseen liittyvä asiantuntijaselvitys blogikirjoituksen lopussa olevasta linkistä.

Mittaustarkkuus
Epätarkat DGA-tulokset voivat johtaa virheellisiin vikadiagnooseihin erityisesti silloin, jos kaasusuhteet ovat lähellä vika-alueen rajaa. Lisäksi epätarkkojen tulosten vuoksi muuntajalle voidaan tehdä vääriä toimia, jos pitoisuusarvot ovat lähellä energiayhtiön käyttämiä hälytysarvoja. Tämän vuoksi on välttämätöntä ymmärtää epävarmuustekijät ja mittaussuorituskyky.

Mittaussuorituskykyyn vaikuttavia tekijöitä ovat esimerkiksi mittausalue, vasteaika, herkkyys, tarkkuus ja stabiilius eli ikääntymisen ja olosuhteiden kestävyys. Näistä tarkkuutta pidetään usein kaikkein tärkeimpänä ominaisuutena. Se on myös kaikkein vaikein määritellä. Tarkkuuden määritelmä saattaa pitää sisällään myös toistettavuuden eli mittalaitteen kyvyn antaa samanlainen tulos, kun mittaus toistetaan muuttumattomissa olosuhteissa. Määritelmä ei kuitenkaan todennäköisesti pidä sisällään pitkän aikavälin stabiiliutta. Toistettavuus yksinään ei usein ole merkittävä mittausepävarmuuden lähde, ja jos tarkkuuden määritelmä ei sisällä muita epävarmuustekijöitä, se voi antaa harhaanjohtavan kuvan mittaussuorituskyvystä todellisessa sovelluksessa.

DGA laboratoriossa
Laboratorioissa tehtävään kaasuanalyysiin vaikuttavia seikkoja ovat esimerkiksi öljynäytteen laatu, laitteisto, analyysissä käytettävä standardi sekä tietenkin inhimillinen tekijä, joka on aina olemassa kaikissa manuaalisissa prosesseissa. Yleisimpiä epävarmuuden lähteitä ovat öljyn näytteenottotapa ja laatu, kaasunerotusmenetelmä, käytetyt kaasujen liukoisuuskertoimet sekä erot käytettyjen standardien välillä. Kannattaa myös muistaa, että mittaus ei voi olla tarkempi kuin kalibroinnissa käytetty mittanormaali.

Suurin epävarmuuden lähde on yleensä näytteen laatu. Öljystä voi päästä pakenemaan merkittävä määrä kaasuja, kuten vetyä ja hiilimonoksidia. Lisäksi ympäröivän ilman kaasut, kuten happi ja typpi, voivat kontaminoida näytteen. Nämä tapahtumat aiheuttavat virheitä laboratorioanalyysiin. Siksi on tärkeää, ettei öljy ole kosketuksissa ilman kanssa missään näytteenoton vaiheessa, ja näytteenottoastia täytyy täyttää kokonaan. Tämä onnistuu parhaiten, kun käytetään laadukkaita ruiskuja ja alumiinipulloja, jotka kestävät esimerkiksi ilmakuljetusten aikana tapahtuvat paineenvaihtelut.
IEC 60567 -standardissa suositellaan, että kukin laboratorio määrittelee itse tarkkuutensa ja epävarmuutensa sekä antaa nämä tiedot käyttäjiensä käyttöön – tämä on vaatimus akkreditoiduille laboratorioille. Jos virallisia epävarmuuslukuja ei ole saatavilla, kannattaa kysyä, onko laboratorio osallistunut mihinkään kansainväliseen monilaboratoriokokeeseen – niin sanottuun round robin ‑testiin – ja ovatko testin tulokset saatavilla. Tällainen testi antaa hyvän kuvan likimääräisestä epävarmuustasosta. Kaksi laboratoriokaasuanalyyseissä yleisesti käytettyä standardia ovat IEC 60567 ja ASTM D3612. On tärkeää huomata, että ASTM- ja IEC-standardeissa kaasun tilavuus lasketaan eri lämpötiloissa (0 °C ja 20 °C). Jo tämä yksin tuo 8 prosentin eron samanlaisten näytteiden määritettyyn pitoisuuteen, mikä täytyy ottaa huomioon vertailtaessa kaasuanalysaattorin ja laboratorion DGA-tuloksia. Kaikki mitatut ppm-arvot tulisi ensin muuntaa samojen olosuhteiden mukaisiksi eli joko 20 °C:n (IEC) tai 0 °C:n (ASTM) lämpötilaan.

Online-mittauksia tekevät DGA-kaasuanalysaattorit
Kaikkia seitsemää vikakaasua mittaavat verkkokäyttöiset DGA-kaasuanalysaattorit pystyvät jo varhaisessa vaiheessa tunnistamaan kaikentyyppiset sisäiset muuntajaviat, jotka muuten voisivat jäädä huomaamatta säännöllisten näytteenottojen välillä. Jotta laboratorioanalyysissä voidaan saada hyödyllinen syöte muuntajan kunnon arviointia varten, jokaisen öljynäytteen ja sen analyysin on oltava edustava. Kaasuanalysaattori antaa enemmän joustavuutta, ja vianmääritykseen tarvittavien tietojen luotettavuuden varmistamiseen voidaan käyttää myös keskiarvoistamista. Ilman keskiarvoistamista tietoja voi käyttää kehittyvän vian tunnistamiseen nopeasti. Kaasujen muutosnopeuden seuraaminen kaasuanalysaattorilla on luotettavampi menetelmä kuin laboratorionäytteet.

Useimpien kaasuanalysaattorien tarkkuus määritetään kalibrointihetkellä käyttämällä jäljitettäviä vertailukaasuja, mutta jotkut valmistajat käyttävät mittanormaalina liuenneen kaasun öljynäytteitä. DGA-kaasuanalysaattorin mukana tulee aina toimittaa kalibrointitodistus, jossa näkyy analysaattorilla saatujen tulosten ja mittanormaalin välinen ero. Lisäksi todistuksessa tulee määrittää käytetty vertailumenetelmä sekä se, voidaanko kalibrointi jäljittää kansainvälisiin mittanormaaleihin. Ilmoitettuja tarkkuusmäärityksiä ei kuitenkaan voi käyttää suoraan todellisille, käytössä oleville muuntajille, koska muuntajassa oleva öljy liukoisuuskertoimineen ei todennäköisesti vastaa kaasuanalysaattorin kalibroinnissa käytettyjä arvoja. Paras tapa saada oikea kuva kaasuanalysaattorin suorituskyvystä on testata sitä käytössä olevassa muuntajassa pitkähkö aika, esimerkiksi kuusi kuukautta. Muuntajasta tulisi ottaa samanaikaisesti vähintään 3–5 öljynäytettä ja lähettää ne mielellään kahteen riippumattomaan laboratorioon, jotka pystyvät ilmoittamaan omien prosessiensa epävarmuusarvot.

Kaasuanalysaattorin ja laboratorioanalyysin vertailu
Kun verkkokäyttöistä kaasuanalysaattoria arvioidaan vertaamalla sitä laboratorion viitearvoihin, täytyy ottaa huomioon näytteiden laatu ja laboratoriotoimintojen epävarmuus. On myös tärkeää muistaa, että kaikissa analysointitavoissa – sekä laboratoriossa että kaasuanalysaattorissa – on omat epävarmuustekijänsä. Ne täytyy ottaa huomioon tulosten vertailussa ja kaasuanalysaattorin suorituskyvyn arvioinnissa. On myös syytä muistaa, että tuloksissa tulee olemaan jonkin verran eroja, vaikka näyte olisi täydellinen, ja suuret poikkeamat ovat mahdollisia, jos käytetyt menetelmät noudattavat eri standardeja.

Kaasuanalyysiä koskeva asiantuntijaselvitys
Lataa asiantuntijaselvitys, josta saat yleiskuvan suurimmista haasteista sekä tiedot siitä, mitä kannattaa ottaa huomioon arvioitaessa muuntajan kuntoa kaasuanalyysin avulla ja vertailtaessa eri lähteistä saatavia tietoja: Kaasuanalyysi ja siihen liittyvät epävarmuudet (pdf)