Transformatory Mocy: Zaawansowana diagnostyka
W praktyce o czasie życia transformatora decyduje stan techniczny układu izolacyjnego a w szczególności izolacji stałej opartej na bazie celulozy. Proces degradacji izolacji celulozowej powoduje pogorszenie jej parametrów mechanicznych oraz utratę elastyczności a co za tym idzie zanik początkowego naprężenia uzwojenia decydującego o jego wytrzymałości mechanicznej i odporności na działania dynamiczne prądów zwarciowych.
Dla transformatora, w którym proces starzenia izolacji papierowej jest zaawansowany niebezpieczny staje się nawet stosunkowo niewielki i nie groźny dla nowej jednostki prąd zwarciowy. Może on łatwo przesunąć lub odkształcić cewki i zmniejszyć przerwy olejowe pomiędzy nimi dodatkowo może wystąpić skruszenie izolacji papierowej i dalsze obniżenie wytrzymałości dielektrycznej uzwojenia. Kolejne przepięcie atmosferyczne bądź łączeniowe może spowodować przebicie osłabionej izolacji i awarię transformatora w ruchu.
Dlatego bardzo istotne jest zastosowanie kompleksowej diagnostyki pozwalającej na ocenę stanu technicznego izolacji stałej jak również wczesne wykrycie odkształceń uzwojeń.
Firma nasza wykonuje szereg badań diagnostycznych, na podstawie których dokonuje się precyzyjnej oceny aktualnego stanu technicznego oraz potencjalnych zagrożeń dla badanego transformatora jak również opracowywane są zalecenia pomocne w dalszej jego eksploatacji.
Badania izolacji stałej
Do podstawowych czynników decydujących o dynamice procesu degradacji izolacji można zaliczyć oprócz temperatury pracy gromadzenie się wody w preszpanie i celulozie. Zwiększenie zawilgocenia powoduje znaczące przyspieszenie procesów starzenia izolacji (depolimeryzacji włókien celulozy) a co za tym idzie znaczące skrócenie jej czasu życia. Proces absorbcji wilgoci przekazywanej z atmosfery do papieru poprzez olej trwa nieprzerwanie przez wiele lat, zatem konieczne staje się systematyczne monitorowanie ilości wody zgromadzonej w izolacji celulozowej. Elementy stałe izolacji zawierają około 98% wilgoci zawartej w całym układzie izolacyjnym papierowo olejowym a stopień ich zawilgocenia decyduje generalnie o zawartości wody w oleju.
Prawidłowe wyznaczenie procentowej zawartości wody w papierze wraz z badaniem stopnia zestarzenia celulozy ma kapitalne znaczenie dla opracowania zaleceń co do dalszej eksploatacji badanego transformatora jak również oszacowania jego pozostałego czasu życia.
Stosowane standardowo pomiary współczynnika absorbcji R60/R15 lub tanδ wyznaczonego dla częstotliwości sieciowej 50Hz nie dają możliwości wiarygodnej oceny stanu izolacji stałej. Powszechnie wykonywane badania zawartości wody rozpuszczonej w oleju mogą być pomocne w oznaczeniu zawilgocenia papieru jednakże wymagają zachowania specjalnych warunków pobierania próbek, a wykonywana na ich podstawie analiza wymaga dużego doświadczenia i często obarczona jest znacznym błędem spowodowanym przez brak rzeczywistego stanu równowagi zawartości wilgoci pomiędzy izolacją stałą a olejową.
Wysoką wytrzymałość mechaniczną izolacji, w okresie życia transformatora, zapewnia łańcuchowa budowa celulozy i tworzenie makromolekuł o strukturze liniowej. Przy zachowaniu odpowiedniego poziomu zawilgocenia, kryterium starzenia izolacji nie jest spadek wytrzymałości elektrycznej lecz spadek wytrzymałości mechanicznej. W okresie życia transformatora struktura makromolekuł ulega destrukcji, o której decyduje przede wszystkim temperatura procesu oraz stopień zawilgocenia: podniesienie temperatury o 6-8oC powoduje skrócenie okresu życia izolacji papierowej o połowę
Czas życia izolacji celulozowej przy założeniu stałego zawilgocenia na poziomie 0.5%:
dla temperatury punktu gorącego uzwojenia równej 80oC 500 lat
Przy przyjęciu jako punkt odniesienia zawartość wilgoci w papierze wynoszącą 0,5% wzrost jej zawilgocenia do 1% skraca życie dwukrotnie, a wzrost do 2% - czterokrotnie. Proces starzenia celulozy wiąże się z pękaniem wiązań makrocząsteczek celulozy i ich skracaniem, z drugiej zaś strony uwalnianiem ich grup końcowych i tworzenia związków o mniejszych cząsteczkach: wody i tlenków węgla, w ograniczonym stopniu wodoru i węglowodorów C1 i C2, jak również związków o bardziej złożonej budowie, w tym związków furanu. Występujące w produktach ubocznych starzenia celulozy związki furanu, w szczególności - występujący w największej ilości - aldehyd furfuralu 2FAL są produktami specyficznymi procesu starzenia celulozy. Oznaczenie ich zawartości w próbkach oleju elektroizolacyjnego pozwala oszacować stopień zużycia izolacji celulozowej wyrażający się w spadku jej właściwości mechanicznych (stopnia polimeryzacji DP)
Wykrywanie i ocena odkształceń mechanicznych uzwojeń
Odpowiednio szybkie wykrycie odkształceń uzwojeń może zapobiec poważnym awariom, jest także pomocne w racjonalnym planowaniu remontów eksploatowanych jednostek a co za tym idzie pozwala na optymalizację kosztów ich eksploatacji.
Stosowany od wielu lat pomiar indukcyjności rozproszenia przy częstotliwości sieciowej, nie daje możliwości wykrycia lokalnych przesunięć uzwojeń, ze względu na niewystarczającą czułość metody. Możliwość taką daje natomiast metoda opierająca się na funkcji przenoszenia uzwojenia rejestrowanej w szerokim przedziale częstotliwości (metoda FRA).
Wyznaczanie funkcji przenoszenia uzwojeń transformatora metodą FRA
Rozważając uzwojenie transformatora jako sieć elementów RLC, oczywistym jest, że każde uzwojenie ma charakterystyczną odpowiedź częstotliwościową. Jest ona niepowtarzalną identyfikacją ("odciskiem palca") uzwojenia, określoną przez jego budowę geometryczną i rozmieszczenie. Jakiekolwiek przesunięcie się albo odkształcenie uzwojenia, które wpłynie na zmianę pojemności i indukcyjności rozproszenia, będą zmieniać w pewnej mierze tę odpowiedź. Zastosowana w praktyce metoda wyznaczenia funkcji przenoszenia jest oparta na rejestracji przebiegów, które stanowią odpowiedź uzwojenia na przyłożony sygnał napięcia sinusoidalnego w zadanym przedziale częstotliwości. Ten typ pomiarów nazywany jest "pomiarem w dziedzinie częstotliwości".
Pomiary FRA
Badanie FRA wykorzystujemy w praktyce jako jeden z pomiarów poawaryjnych, (po zadziałaniu zabezpieczeń) pomontażowych wykonywanych w celu wykluczenia przemieszczeń cewek w trakcie transportu a także w połączeniu z analizą stanu izolacji jako narzędzie wspomagające planowanie eksploatacji oraz remontów.
Zależność pomiędzy zawilgoceniem izolacji stałej a zawartością wody rozpuszczonej w oleju
Przy zmianach temperatury pracy jednostki woda migruje pomiędzy izolacją papierową a olejem. Pomiar zawartości wody rozpuszczonej w oleju wykonany na próbce pobranej w warunkach stabilnej pracy transformatora (temperatura górnej warstwy oleju powyżej 40oC oraz stabilne obciążenia) pozwala w przybliżeniu wyznaczyć zawartość wody w izolacji celulozowej. Krzywe przedstawiające zależność zawartości wody rozpuszczonej w oleju.
Elementy konstrukcji układu izolacyjnego transformatora WN
40% do 60% masy układu izolacyjnego transformatora olejowego stanowią materiały na bazie celulozy (papier i preszpan) przesycone olejem.
Uzwojenie wyrównawcze
Na obecnym etapie rozwoju metody FRA identyfikacja odkształceń odbywa się zasadniczo poprzez porównanie zarejestrowanych charakterystyk do przebiegów wzorcowych. Wymaga to szczegółowej znajomości metodyki wyznaczania charakterystyk FRA, a w tym: rodzaju i typu miernika, którym wyznaczono przebiegi odniesienia, sposobu podłączenia kabli pomiarowych oraz ekranów, impedancji falowej kabli pomiarowych.
+48 32 7756 700
+48 32 7756 702
+48 601 260 808
