Transcript 05. Motrenje energetskih transformatora

Motrenje energetskih
transformatora
Andreja Ćurković
R3251

MOTRENJE (engl. on-line monitoring) transformatora je
kontinuirani nadzor stanja transformatora, koji u svojoj
osnovi obuhvaća:
• mjerenje određenih fizikalnih veličina transformatora,
• praćenje stanja opreme transformatora (stanje
rashladnog sustava, stanja senzora itd.),
• estimaciju određenih parametara na temelju
mjerenja i matematičkih modela,
• arhiviranje mjerenih i estimiranih parametara,
• određenu dijagnostiku stanja pojedinih dijelova
transformatora,
• korisničko sučelje za pristup rezultatima motrenja

Ugradnjom sustava motrenja na transformator mogu se
postići sljedeći ciljevi:
• otkrivanje grešaka u nastanku i sprječavanje ili
smanjenje posljedica kvara (uštede),
• stalni uvid u uvjete pogona i stanje transformatora,
• održavanje na osnovi stanja (uštede),
• povećanje raspoloživosti (pouzdaniji pogon, tj.
manje neplaniranih ispada i bolje planiranje
namjenskih isključivanja),
• optimiranje gospodarenja transformatorom kao što su
kontrolirano preopterećivanje, procjena preostalog
vijeka trajanja, produljenje vijeka trajanja, odgađanje
zamjene, itd.,
• detaljniju analizu uzroka kvara,
• povećanje sigurnosti ljudi i bolju zaštitu okoliša.
PRIMJENA SUSTAVA MOTRENJA
Kvarovi



Jedan od osnovnih ciljeva ugradnje sustava motrenja na
transformator jest otkrivanje grešaka u nastanku i
sprečavanje kvarova. Kvarovi se pojavljuju na svim
dijelovima transformatora s određenom učestalošću
(Slika 1.)
U međunarodnoj analizi [4] statistički su obrađeni
podaci kvarova na uzorku od 47000 transformator
godina.
Kvarovi su sistematizirani po dijelovima transformatora
za koje se pretpostavlja da su inicijalno potaknuli kvar.
Slika 1. Raspodjela kvarova po dijelovima energetskih transformatora
koji imaju regulacijsku sklopku
Vodiči
Održavanje temeljeno na stanju




Kvarovi transformatora mogu se u određenoj mjeri
smanjiti adekvatnim održavanjem. Održavanjem se ne
može:
u potpunosti ukloniti mogućnost nastanka kvara
(npr. kvar uzrokovan nevremenom ili ljudskom
pogreškom).
Sustavom motrenja omogućava se bolji uvid u stanje
pojedinih dijelova transformatora te je kao rezultat
moguće koristiti drugačiju strategiju održavanja –
održavanje prema stanju (engl. condition based
maintenance).
MOTRENE VELIČINE I MEHANIZMI NASTANKA
KVARA
•
Kako bi se sustavom motrenja mogli otkriti kvarovi u nastanku, potrebno je
poznavati mehanizme koji dovode do kvara pojedinog dijela transformatora.
•
Svaki se mehanizam manifestira na specifičan način koji se može detektirati
promjenom određenih parametara koji se mjere pomoću senzora ili se
estimiraju upotrebom određenog matematičkog modela.
•
Uslijed povećanih toplinskih ili električnih naprezanja u blizini izolacijskog
materijala, dolazi do degradacije njegovih izolacijskih svojstava, raspadanja
celuloze i ulja pri čemu dolazi do formiranja raznih plinova u ulju, vlage i
drugih produkata.
•
Povećanje temperature ulja i namota, pojava parcijalnih izbijanja, promjena
kapaciteta i faktora dielektričnih gubitaka su također vrlo pouzdani
indikatori u dijagnosticiranju mehanizama koji mogu dovesti do kvara
transformatora.
Analiza plinova otopljenih u ulju



Najčešće se provodi periodičkim uzimanjem uzoraka ulja iz
transformatora, te se u laboratorijskim uvjetima kromatografskom
analizom utvrđuju koncentracije plinova otopljenih u ulju (najčešće:
vodik, ugljični monoksid, ugljični dioksid, etilen, etan,metan, acetilen
i kisik).
Plinovi otopljeni u ulju mogu se mjeriti pomoću senzora za on-line
mjerenje.
Trenutno je na tržištu dostupno više različitih uređaja
Hydran proizvođača General Electric omogućuje mjerenje
smjese plinova otopljenih u ulju. Tim se uređajem ne mogu
odrediti koncentracije određenih plinova pojedinačno, pa se
uglavnom koristi za upozoravanje na pojačano generiranje
plinova u ulju.


Koncentraciju vodika u ulju moguće je motriti uređajem
Calisto proizvođača Morgan Schaffer.
Vodik je plin koji se u najvećoj mjeri generira pri pojavi
parcijalnih izbijanja, ali i prilikom raznih drugih pojava
kao što su pregrijavanje jezgre i namota, iskrenje u ulju
itd.
Od nedavno su komercijalno dostupni i senzori koji
omogućavaju mjerenje koncentracije više različitih
plinova pojedinačno.
Transfix proizvođača Kelman mjeri koncentraciju 8
ključnih plinova korištenjem metode akustičke
spektroskopije [8].
Motrenje temperatura

Motrenjem temperatura moguće je ustanoviti pojave
pregrijavanja u transformatoru, procjenjivati učinkovitost
rashladnog sustava transformatora, te procjenjivati stanje
izolacije transformatora. Najznačajnija temperatura, o kojoj
izravno ovisi starenje izolacije, jest temperatura najtoplije
točke namota.

Ona se izravno može mjeriti ugradnjom posebnih
svjetlovodnih termometara koji mjere temperaturu u jednoj
točci ili duž cijelog namota. Ugradnja ovakvih termometara
moguća je samo kod novih transformatora. Osim tog
nedostatka, radi se o relativno skupoj opremi pa se mnogo
češće temperatura najtoplije točke namota procjenjuje nekim
od matematičkih modela, najčešće propisanih standardom
(IEC ili IEEE). Modeli uzimaju u obzir temperaturu ulja, faktor
opterećenja transformatora, te uključenost pumpi i ventilatora.
Motrenje napona i struja

Motrenje napona se najčešće provodi mjerenjem napona
na mjernom priključku provodnika.

Struja se najčešće mjeri pomoću strujnih mjernih
transformatora. Ona je izrazito važan parametar
motrenja, jer u kombinaciji s motrenjem temperatura
omogućava procjenu temperature najtoplije točke
namota iz čega proizlazi brzina starenja papirne izolacije
i procjena preostalog životnog vijeka, te omogućava
planiranje preopterećivanja transformatora.
Motrenje parcijalnih izbijanja





Parcijalna izbijanja se pojavljuju kao posljedica povišenja
napona, oštećenja izolacije, vlage u izolaciji, šupljina u
čvrstoj izolaciji, slobodnih metalnih dijelova, i mjehurića
plinova u ulju.
Za detekciju parcijalnih izbijanja postoje električke i
akustičke metode.
Akustički senzori se ugrađuju u transformator ili se
prigrađuju izvana na kotao transformatora.
Potonji su osjetljiviji na vanjske smetnje (kiša, vjetar,
olabavljeni dijelovi koji vibriraju, buka jezgre, ventilatori), ali
ih je lakše ugraditi na stari transformator.
Kod obje metode najveći problem predstavlja smanjivanje
smetnji.
Motrenje regulacijske sklopke



Najveći broj kvarova kod transformatora uzrokuje
regulacijska sklopka. Kvarovi regulacijske sklopke su
uglavnom mehaničke, te električke prirode.
Za dijagnosticiranje mehaničkih kvarova najčešće se
motri moment ili snaga motora pogona sklopke. Pri
svakom se preklapanju između položaja regulacijske
sklopke, nakon čega se određuje energija prilikom
preklapanja, vršna snaga, trajanje preklapanja.
Kontakti regulacijske sklopke se troše svakim
preklapanjem, te s vremenom zbog povećanja
kontaktnog otpora dolazi do povećanog zagrijavanja ulja
u kotlu regulacijske sklopke.
Motrenje rashladnog sustava


Najčešće se motre stanja uključenosti pumpi i
ventilatora. Ukoliko neki ventilatori ili pumpe nisu
uključeni, kada bi to trebali biti, doći će do povećanog
zagrijavanja transformatora.
Do povećanog zagrijavanja može doći, općenito zbog
smanjenja učinkovitosti pojedinog hladnjaka pa se
ponekad mjere temperature ulja na ulazima i izlazima iz
hladnjaka.
SUSTAV MOTRENJA TRANSFORMATORA KONČAR
TMS
Hardver



Server sustava motrenja je industrijsko računalo sa Windows XP
operacijskim sustavom, programima sustava motrenja te bazom
podataka. Rezultati motrenja mogu biti informacije, upozorenja i
preporuke.
Podsustav na transformatoru sastoji se od mjernih pretvornika i
kontrolera. Kontroler ima realtime operacijski sustav i aplikaciju za
motrenje koja prikuplja podatke od pretvornika, obrađuje ih i
prosljeđuje serveru sustava motrenja, gdje se arhiviraju i dodatno
obrađuju te prezentiraju korisniku.
Senzori su ugrađeni na odgovarajuća mjesta na transformatoru, a
kontroler je smješten u ormarić sustava motrenja. U ormariću su
smješteni i drugi uređaji sustava: nadstrujna zaštita, uređaj za
neprekidno napajanje kontrolera, grijači, termostati, higrostat za
reguliranje mikroklime ormarića, uređaji za prenaponsku i nadstrujnu
zaštitu ulaznih modula kontrolera, pretvornik za povezivanje
bakrenog i optičkog kabela i drugi uređaji (Slika 2).


Mjerni pretvornici (senzori) prikupljaju i obrađuju podatke
pojedinih mjernih veličina, ili veličina koje karakteriziraju
određeni sklop transformatora ili njegove opreme. Mjerni
pretvornici, osim senzorom za mjerenje, mogu biti
opremljeni i procesorom, te obrađivati podatke na razini
funkcije (sklopa) ili opreme te mogu imati i sučelje za
komunikaciju sa računalom.
Slika 2.
Softver

Programska podrška sustava motrenja transformatora
razvijena je u LabVIEW razvojnom okruženju i čine je tri
glavne aplikacije:
•e-Trafo Origin – aplikacija za motrenje koja se izvodi
na kontroleru sustava motrenja i provodi prikupljanje i
obradu signala.
•e-Trafo Spot – aplikacija za motrenje na računalu
serveru (PC). Ova aplikacija provodi dodatnu obradu
signala i dugoročno arhiviranje rezultata motrenja, te
posluživanje klijenata.
•e-Trafo Anywhere – aplikacija za pristup rezultatima
motrenja s udaljenog ili s lokalnog računala-servera
(smještenog u samom postrojenju).
Slika 3 Arhitektura klijent i server aplikacija e-Trafo
Anywhere i e-Trafo Spot
DALJNJI RAZVOJ
Začetak razvoja sustava motrenja transformatora seže u
80-te godine prošlog stoljeća. Danas su sustavi motrenja
prepoznati kao važan „alat“ za učinkovitije upravljanje
transformatorom kao važnom komponentom svakog
elektroenergetskog postrojenja.
 Dva pravca daljnjeg razvoja sustava motrenja:
• Prvi obuhvaća daljnji razvoj senzora i mjernih metoda u
svrhu poboljšanja postojećih.
• Od novih metoda najviše obećavaju motrenje vibracija
regulacijske sklopke kao alat za detekciju mehaničkih i
električkih poremećaja u radu iste, zatim razvoj senzora
za mjerenje sadržaja furfurala u ulju i dr.

ZAKLJUČAK

Sustavi motrenja transformatora pronašli su svoju
primjenu u elektroenergetskim postrojenjima diljem
svijeta i dokazali svoju važnost u smislu sprečavanja
kvara transformatora, zaštiti osoblja i okoliša, te boljeg
gospodarenja transformatorom što je naročito došlo do
izražaja nakon liberalizacije tržišta električnom
energijom.
U radu su predstavljene osnovne metode motrenja uz
koje je dan prikaz sustava motrenja transformatora
Končar TMS u čijem je razvoju sudjelovao i sam autor.
Nastavak razvoja se očekuje na području novih mjernih
metoda i senzora, kao i poboljšanju postojećih, te
nadogradnji sustava funkcijom automatizirane
dijagnostike stanja transformatora.