Transzformátorok állapotát felügyelő monitoringrendszerek

Átírás

1 ÜZEMFENNTARTÁSI TEVÉKENYSÉGEK 3.08 Transzformátorok állapotát felügyelő monitoringrendszerek Tárgyszavak: állapot-ellenőrzés; transzformátor; mérés; monitoringrendszer. A nagy teljesítményű transzformátorok állapotának időszakos, ill. folyamatos ellenőrzése, felügyelete az energiaellátás biztonsága, valamint a karbantartások tervezése az esetleg szükséges javítások miatt elsődleges fontosságú feladatok. A megbízhatóság nagymértékben függ a megkövetelt jellemzőktől, a tervezéstől, a felhasznált anyagoktól, a gyártócég tapasztalataitól; ezért a vizsgálatok a gyártócégnél, az átvételi méréseknél kezdődnek. A műszaki megbízhatósági követelmények a tekercsek számával, az átkapcsolhatósággal, az áttétel beállíthatóságával együtt nőnek. Az üzemzavarokat okozó egységek elsősorban a fokozatkapcsolók, az átvezetések és a hűtők. A korszerű monitoringrendszerekkel a hibák kezdeti szakaszukban észlelhetők, az élettartamviszonyok felismerhetők és kezelhetők, valamint karbantartási stratégiák kidolgozásában adnak támogatást. Túlzott követelmények (üzemzavarok elkerülése, költségek rövid távú csökkentése) kielégítésére általában nem alkalmasak. Offline-monitoring A transzformátor állapotának értékeléséhez bevált az alábbi tevékenységek kombinációja: átadás-átvételi mérések, üzem közbeni mérések, diagnosztika (üzem közben), diagnosztika kikapcsolt állapotban. A gyártó telephelyén végzett átadás-átvételi mérések igazolják az előírt követelmények teljesítését és később összehasonlítási alapként szolgálnak. Az üzem közbeni mérések a Buchholz-, a teljesítménykapcsoló- és a differenciálvédelem mellett minden hozzáférhető paraméter meghatározását és a határértékek túllépésének jelzését jelentik. Ilyen paraméterek például a tekercselések és az olaj hőmérséklete, az olaj-, a levegő- és a vízáramlás, az olajszintek és -nyomások (átvezetők), a hűtőrendszer szivárgása, a szivattyú- és ventilátormotorok védelme, a ve- 1

2 zérlő áramkörök szigetelésének felügyelete stb. Valamely határérték túllépése, vagyis hiba esetén további vizsgálatokat kell végezni. Az üzem közbeni diagnosztikai vizsgálatok hatásos eszköze a termovíziós kamera, amellyel pl. nagy átmeneti ellenállás (korrózió) által okozott helyi melegedés ismerhető fel. Az olajelemzés jelentősége A legjelentősebb diagnosztikai eljárás az olajanalitika, amellyel a transzformátoron belüli szigetelést megvalósító olaj és cellulózpapír oxidatív és termikus bomlási folyamatai ismerhetők fel és követhetők nyomon. A leggyakrabban alkalmazott eljárások az olaj gáztartalmának vizsgálata, a szigetelőolaj teljes analízise és a furánanalízis. A vizsgálatok gyakorisága a transzformátor fontosságától és a meghatározott paraméterek változásától függ. Az ásványolajban pl. az öregedés, a termikus és elektromos hibák következtében, metil- és metiléncsoportok intermedier képződését követő rekombinációs reakciói során hidrogén, metán és etán keletkezik. Az olajban oldott bomlástermékek egyértelműen kimutathatók és jellemezhetők. A különféle gázok mennyisége és koncentrációjuk változása alapján következtetni lehet a transzformátor állapotára. Az alkánok, alkének és alkinek képződésének energetikai elemzése alapján egyszerű az ezek képződéséhez szükséges reakciófeltételek levezetése, és így a transzformátor lehetséges hibáinak felismerése. Így például 500 C felett etán helyett inkább etén, 800 C és 1200 C között etin képződik. A kisebb energiájú részkisülések hatására inkább hidrogén keletkezik. Az elemzett gázok értékelésére a Rogers-féle, és a Schliesing-féle kvócienseket alkalmazzák vagy az IEC tapasztalati, illetve statisztikai eljárással meghatározott adatokon alapuló módszereivel értelmezhetők a képzett arányok. A szigetelőolaj teljes analízise során az olaj külső megjelenését, átlátszóságát, homályosságát, törésmutatóját (az olaj tisztaságának meghatározására), színét, semlegesítési számát (az öregedés során nő, termikus túlterhelés gyorsítja a növekedését), SK-számát, dielektromos veszteségi tényezőjét, víztartalmát (a szigetelőpapír öregedése során keletkezik, ill. a levegőből származik), átütési feszültségét, a benne levő idegen anyagokat vizsgálják. A szabályos időközönként elvégzett vizsgálatok során észlelt változások határozzák meg a vizsgálatok szükséges gyakoriságát. Furánanalízis Az olaj gáztartalmának elemzését egészíti ki a furánszármazékok koncentrációjának meghatározása. A 2-furfurol, az 5-hidroximetil-2-furfurál, az 5-2

3 metil-2-furfurál, a 2-furfurilalkohol és a 2-acetilfurán mennyisége a papírszigetelés bomlásáról tájékoztat. A furánok képződése 100 C felett indul meg, és a folyamat során a cellulózpolimerizátum szén-monoxid, szén-dioxid és víz képződésével járó teljes bomlásával fejeződik be. Mellékreakciókban gáz-halmazállapotú szénhidrogének és furánszármazékok képződnek. A furánszármazékok a cellulózszigetelés oxidációs bomlásának állapotáról szolgáltatnak adatokat, amelyeknek a teljes élettartam során észlelhető változásai az öregedés jó jelzőszámai. A furánanalízist már valamilyen gyanút keltő szempontok alapján kiválasztott transzformátorokon szokás elvégezni. A kikapcsolt állapotban elvégzett diagnosztika valamennyi szokásos elektromos (ellenállás, szigetelés, áttétel, kapacitás, veszteségi tényező, rövidzárlati impedancia és feszültség, részkisülés) mérés elvégzésével és a korábbi eredményekkel való összehasonlítással a szigetelőpapírból vett minták depolarizációs értékének meghatározását is lehetővé teszi, amely a molekulaláncok idővel csökkenő hosszúságának mérésével szintén alkalmas a papír öregedési állapotának megítélésére. Online monitoringrendszerek A meglévő védelmi berendezésektől független online monitoring-rendszerek a transzformátor működése közben sok jellemző adatot határoznak meg, amelyeket digitalizálva, időadatokkal együtt tárolnak, és amelyek a működési viszonyok elemzésére, gyanút keltő megfigyelések, üzemzavarok okainak elemzésére, optimális terhelés beállítására, az élettartam növelésére szolgáló intézkedések megtételére, a megengedhető túlterhelés számítására alkalmasak. A nagy teljesítménytranszformátorok felügyeletére alkalmas online monitoringrendszerek alapvető egységei (1. ábra) az érzékelőelemek, a digitalizáló egység, ipari kivitelű számítógép és a szabványoknak megfelelő csatlakozási pontjai, valamint modem. A monitoringrendszer általában az alábbi jellemző adatokat érzékeli és regisztrálja: Az üzemi feszültségek és a túlfeszültségek mérésére kapacitív feszültségosztót alkalmaznak, tranziens túlfeszültségek meghatározására csúcsérték-letapogató használható. Az olaj gáztartalmának érzékelésére Syprotec-Hydran201Ti érzékelő alkalmazható, amely a gázok összesített értékét határozza meg ppmegységekben [H 2 (100%), CO (18%), C 2 H 2 (8%), C 2 H 4 (1,5%)]. Mivel az aktív részben fellépő problémák szempontjából a hidrogén kulcsfontosságú gáz, ezért az érzékelő kimeneti jelében ennek gyors emelkedése rendellenességekre utal, és így korai riasztójelzésként szolgálhat. Egyéb gázok offline meghatározása járulékos tájékoztatást adhat. 3

4 4 1. ábra Korszerű online-monitoringrendszerek elvi felépítése

5 Az olaj nedvességtartalma közvetlenül összefügg az átütési feszültséggel, ezért ennek mérése elengedhetetlen. Mérőátalakítóként kapacitív vékonyréteg-érzékelő alkalmazható. A transzformátorban keletkező gázok az oldhatósági határ túllépése esetén a Buchholz-relében gyűlnek össze. Elektronikus gázérzékelővel a gázok keletkezési sebessége kiváló mennyiségi és időbeli felbontással mérhető. A transzformátor hűtőrendszerében szivattyúk és ventilátorok üzemi állapotának meghatározására a megfelelő mágneskapcsolók segédérintkezőit használják. Az üzemi állapotok tárolása lehetővé teszi az üzemidők meghatározását, ami az állapotfüggő karbantartás alapja. A rendszer rögzíti a hűtőrendszerben az olaj, a víz és a levegő belépési és kilépési hőmérsékletét is. A fokozatkapcsoló helyzetének és üzemi áramának regisztrálása a kapcsolási műveletek számának és a kapcsolt áramok összegének meghatározását is lehetővé teszi, ami az érintkezők leégésére vonatkozó információt szolgáltat. A fokozatkapcsolót működtető rendszer áramfelvételének regisztrálása a kapcsoló mechanikai állapotára enged következtetni. A transzformátor üzemi áramainak regisztrálása üzemzavarok okának felderítését könnyíti meg, valamint az áramok és az olajhőmérsékletek értékelésével a transzformátor túlterhelhetősége határozható meg. (Pálinkás János) Erfahrungen mit Monitoringsystemen an Transformatoren. = VGB PowerTech, 82. k. 9. sz p Reparatur und Überholung von HGÜ (Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke)- Transformatoren vor Ort. = ew. Das Magazin für die Energie Wirtschaft, 102. k. 5. sz febr. 24. p