การวิเคราะห์ก๊าซในน้ำมันหม้อแปลงด้วยวิธี Duval Triangle และ Rogers Ratio

1. ก๊าซในน้ำมัน: ผลตรวจเลือดของหม้อแปลง

เมื่อเกิดความผิดปกติภายในหม้อแปลงชนิดฉนวนน้ำมัน ไม่ว่าจะเป็นจุดร้อนเกิน การดิสชาร์จบางส่วน หรือการอาร์ค พลังงานเหล่านั้นจะสลายโมเลกุลของน้ำมันและฉนวนกระดาษให้กลายเป็นก๊าซชนิดต่าง ๆ ที่ละลายอยู่ในน้ำมัน ได้แก่ ไฮโดรเจน (H2) มีเทน (CH4) อีเทน (C2H6) เอทิลีน (C2H4) อะเซทิลีน (C2H2) รวมถึงคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) จากการสลายตัวของเซลลูโลส ชนิดและสัดส่วนของก๊าซที่เกิดขึ้นสัมพันธ์โดยตรงกับระดับพลังงานของความผิดปกติ

การวิเคราะห์ก๊าซละลายในน้ำมัน (DGA: Dissolved Gas Analysis) จึงเปรียบเสมือนการตรวจเลือดที่บอกสุขภาพภายในหม้อแปลงได้โดยไม่ต้องเปิดถัง เช่น อะเซทิลีนต้องใช้อุณหภูมิสูงมากระดับการอาร์คจึงจะเกิดขึ้น การพบอะเซทิลีนปริมาณมีนัยสำคัญจึงเป็นสัญญาณอันตรายเสมอ ขณะที่เอทิลีนเด่นบ่งชี้จุดร้อนอุณหภูมิสูง และไฮโดรเจนเด่นโดยแทบไม่มีก๊าซไฮโดรคาร์บอนบ่งชี้การดิสชาร์จบางส่วน มาตรฐานสากลที่ใช้แปลผลหลักคือ IEEE C57.104 และ IEC 60599

2. การแปลผลด้วย Duval Triangle

วิธีสามเหลี่ยมดูวาล (Duval Triangle 1) ใช้ก๊าซสามชนิดคือ มีเทน เอทิลีน และอะเซทิลีน คำนวณสัดส่วนร้อยละของแต่ละก๊าซเทียบกับผลรวมทั้งสาม แล้วพล็อตลงในแผนภาพสามเหลี่ยมซึ่งแบ่งเป็นโซนวินิจฉัย ได้แก่ PD (ดิสชาร์จบางส่วน), D1 (ดิสชาร์จพลังงานต่ำ), D2 (ดิสชาร์จพลังงานสูงหรือการอาร์ค), T1 (จุดร้อนต่ำกว่า 300°C), T2 (300-700°C), T3 (สูงกว่า 700°C) และ DT (ก้ำกึ่งระหว่างดิสชาร์จกับความร้อน) จุดแข็งของวิธีนี้คือให้คำวินิจฉัยได้เสมอเพราะทุกจุดตกอยู่ในโซนใดโซนหนึ่ง

ข้อควรระวังสำคัญคือ Duval Triangle ออกแบบมาใช้เมื่อยืนยันแล้วว่ามีความผิดปกติจริง เช่น ปริมาณก๊าซเกินเกณฑ์หรืออัตราการเกิดก๊าซ (Gassing Rate) สูงผิดปกติ การนำน้ำมันปกติที่มีก๊าซปริมาณจิ๋วมาพล็อตจะได้คำวินิจฉัยที่ไม่มีความหมาย ส่วนวิธี Rogers Ratio ใช้อัตราส่วนก๊าซคู่ เช่น C2H2/C2H4, CH4/H2 และ C2H4/C2H6 เทียบตารางรหัสเพื่อระบุชนิดความผิดปกติ ซึ่งใช้ยืนยันข้ามวิธีกับดูวาลได้ดี แนวปฏิบัติที่ดีคือแปลผลด้วยหลายวิธีประกอบกันเสมอ ไม่ตัดสินจากวิธีเดียว

• โซน PD: ดิสชาร์จบางส่วน — มักสัมพันธ์กับความชื้นหรือโพรงอากาศในฉนวน
• โซน D1/D2: ดิสชาร์จพลังงานต่ำ/สูง — พบอะเซทิลีนเด่น อันตรายสูง
• โซน T1/T2/T3: จุดร้อนตามช่วงอุณหภูมิ — จุดต่อหลวม กระแสวนแกนเหล็ก
• ใช้ Duval เมื่อยืนยันว่ามีความผิดปกติแล้วเท่านั้น
• ยืนยันผลข้ามวิธีด้วย Rogers Ratio และเกณฑ์ IEEE C57.104 / IEC 60599

3. การเก็บตัวอย่างและความถี่การตรวจ

คุณภาพของการแปลผล DGA ขึ้นกับคุณภาพการเก็บตัวอย่างโดยตรง ต้องเก็บน้ำมันจากวาล์วเก็บตัวอย่างด้วยกระบอกฉีดแก้วชนิดกันก๊าซรั่ว (Gas-tight Syringe) หรือขวดเก็บเฉพาะ โดยไล่น้ำมันค้างท่อทิ้งก่อน ไม่ให้ตัวอย่างสัมผัสอากาศหรือฟองอากาศ เพราะก๊าซที่ละลายอยู่จะหนีออกจากน้ำมันอย่างรวดเร็วทำให้ค่าที่วัดต่ำกว่าจริง พร้อมบันทึกอุณหภูมิน้ำมันและโหลดขณะเก็บ แล้วส่งห้องปฏิบัติการโดยเร็วโดยป้องกันแสงแดดและความร้อน

ความถี่การตรวจโดยทั่วไปคือปีละครั้งสำหรับหม้อแปลงจำหน่ายทั่วไป และถี่ขึ้นสำหรับหม้อแปลงกำลังขนาดใหญ่หรือหม้อแปลงวิกฤตต่อการผลิต เมื่อใดที่ผลตรวจพบก๊าซผิดปกติ ต้องยกระดับเป็นการตรวจติดตามระยะสั้น เช่น ทุก 1-3 เดือน เพื่อดูอัตราการเพิ่มของก๊าซ ซึ่งสำคัญกว่าค่าสัมบูรณ์ครั้งเดียว หม้อแปลงที่ก๊าซคงที่มานานหลายปีอาจอยู่ร่วมกับความผิดปกติเดิมที่สงบแล้วได้ แต่ก๊าซที่เพิ่มเร็วคือสัญญาณให้เตรียมแผนดับไฟตรวจสอบภายใน

4. จากผลวิเคราะห์สู่การตัดสินใจซ่อมบำรุง

ผลวินิจฉัยแต่ละแบบนำไปสู่แนวทางตรวจสอบต่อที่ต่างกัน จุดร้อน T2/T3 มักเกิดจากจุดต่อภายในหลวม หน้าสัมผัสแท็ปเชนเจอร์เสื่อม หรือกระแสวนในแกนเหล็ก ซึ่งควรตรวจยืนยันด้วยการวัดความต้านทานขดลวดและการทดสอบแท็ปเชนเจอร์ ส่วนผลชี้การดิสชาร์จบางส่วนควรตรวจต่อด้วยการวัด PD และตรวจความชื้นในน้ำมัน ขณะที่ผล D2 ที่มีอะเซทิลีนเพิ่มเร็วเป็นกรณีเร่งด่วนที่ต้องพิจารณาปลดหม้อแปลงออกจากระบบเพื่อป้องกันความเสียหายรุนแรง

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยคือการตื่นตระหนกกับค่าครั้งเดียวโดยไม่ดูแนวโน้ม และในทางกลับกันคือการละเลยก๊าซที่เพิ่มช้า ๆ ต่อเนื่อง อีกกรณีคือหลังการกรองน้ำมัน (Oil Filtration) ก๊าซจะถูกกำจัดออกไปด้วย ทำให้ค่าฐานเปลี่ยน ต้องบันทึกไว้ชัดเจนมิฉะนั้นการเปรียบเทียบรอบถัดไปจะผิดพลาด แนวปฏิบัติที่ดีคือเก็บฐานข้อมูล DGA ของหม้อแปลงทุกลูกตั้งแต่เริ่มใช้งาน และให้วิศวกรผู้มีประสบการณ์แปลผลร่วมกับข้อมูลโหลด อุณหภูมิ และประวัติเหตุการณ์ผิดปกติของระบบเสมอ