Prikazivanje radova za savetovanja i simpozijume

format 21x29,7cm/A4 prema SRPS ISO 353 (za štampu)

UTICAJ PRISUSTVA REGULATORA NAPONA NA ISPITIVANJE POGONSKOG STANJA ENERGETSKIH TRANSFORMATORA

Dragan Teslić, Branko Pejović, Branka Đurić, Jelena Janković, Slađana Teslić, Đorđe

Jovanović Elektrotehnički Institut “Nikola Tesla”

Beograd

Srbija

Kratak sadržaj — Program ispitivanja pogonskog stanja energetskih transformatora je u velikoj meri standardizovan i obuhvata tri osnovna segmenta: klasična električna ispitivanja, hemijska ispitivanja izolacionog ulja i termovizijska ispitivanja. Regulator napona, kao jedini pokretni element energetskog transformatora, je u najvećoj meri podložan degradaciji pa se s pravom smatra najslabijom tačkom. Prisustvo regulatora napona u značajnoj meri utiče na vrste i obim ispitivanja, kao i na samo tumačenje dobijenih rezultata. U radu su opisane specifičnosti dijagnostike transformatora sa regulatorom napona, kako sa aspekta električnih metoda, tako i sa aspekta ispitivanja ulja, u prvom redu gasnohromatografske analize. Kroz primere iz prakse, ilustrovan je značaj primene kompleksne dijagnostike, koja obuhvata rezultate više klasičnih ispitnih metoda, kao i metoda specifičnih za sam RN. Dat je uvid u specifične metode ispitivanja pogonske ispravnosti regulatora napona, kao što su merenje dinamičke otpornosti (eng. Dynamic Resistance Measurement - DRM) i ispitivanje ulja RN. Ključne reči —Energetski transformator – Regulator napona – Pogonsko stanje – Dijagnostika – Električna ispitivanja – Hemijska ispitivanja – Izolaciono ulje – Merenje dinamiče otpornosti – Gasnohromatografska analiza 1 UVOD Upravljanje i održavanje energetskih transformatora (ET) je u velikoj meri pod uticajem ekonomskih parametara, posebno kod nas i u sličnim zemljama sa nepovoljnim ekonomskim stanjem. To znači da pristup održavanju nije sistematski, odnosno nije prema stanju s jedne strane a ni prema redovnim vremenskim intervalima s druge strane, već je u skladu sa raspoloživim sredstvima što podrazumeva

samo održavanje prioriteta. Može se reći da je održavanje poslednjih godina najbliže korektivnom, odnosno sanacione mere se primenjuju tek kada bi bez njih funkcionalan rad transformatora bio u velikoj meri ugrožen ili nemoguć. Ipak, očekivanja za neprekidnim i pouzdanim napajanjem i proizvodnjom električne energije su velika, bez obzira na činjenicu da je oprema značajno ostarela. Da bi energetski sistem funkcionisao u ovakvim uslovima, potrebno je održati određeni nivo ispitivanja transformatora, u smislu vrste, obima i frekvencije ispitivanja, što je uslovljeno eksploatacionim faktorima vezanim za sam transformator, kao što su funkcija u sistemu, konstrukcioni parametri, veličina (naponski nivo, snaga), starost, istorijat rada, režim rada. Pored poznavanje gore pobrojanih faktora, potrebno je i osnovno poznavanje metoda ispitivanja da bi se mogao izvršiti adekvatan odabir. Dijagnostičke metode za određivanje stanja transformatora i njegovih komponenti su uglavnom zasnovane tako da prate promene stanja, odnosno da uočavaju gubitak primarnih svojstava elemenata transformatora bilo usled starenja, deformacije ili kontaminacije. Pored toga što je određivanje stanja bitno da bi se odredio minimum redovnog održavanja, značajna je uloga ispitivanja i pri korektivnom održavanju, kada dođe do pojave kvara. Dijagnostičke metode ispitivanja transformatora su ključne kada je potrebno odrediti prirodu, mesto i obim samog kvara. Potrebno je istaći da su ispitne metode zasnovane na različitim fenomenima, električne, hemijske, mehaničke i/ili termičke prirode, tako da se mogu međusobno dopunjavati i/ili potvrđivati. Zbog toga treba naći optimalnu kombinaciju dijagnostičkih metoda da bi se dobio osnovni uvid u pogonsku spremnost transformatora. Najvažnije je pri ispitivanjima pokriti kritične tačke, odnosno komponentne transformatora koje su u najvećem riziku. To znači da se prilikom odabira metoda ispitivanja treba voditi sledećim smernicama:

• princip i mogućnosti same metode, • konstrukcije transformatora – poznavanje slabih i vitalnih tačaka, • strategije upravljanja u smislu funkcionalnog značaja transformatora.

2 OTKRIVANJE GLAVNIH DEFEKATA KOMPONENATA TRANSFORMATORA Iako je program ispitivanja ET u velikoj meri standardizovan, prilikom odabira vrste ispitivanja, a vodeći računa o tehničkoj i ekonomskoj opravdanosti istih, potrebno je pored istorije ET (rezultati prethodnih ispitivanja i događaji tokom pogona) poznavati i njegovu konstrukciju kao i same ispitne metode, odnosno njihove prednosti i ograničenja. Realna procena pogonskog stanja ET vrlo često je moguća jedino uz multidisciplinarni pristup, odnosno sveobuhvatnu analizu rezultata klasičnih električnih ispitivanja, hemijskih ispitivanja izolacionog ulja i termovizijskih ispitivanja, ali i drugih specijalističkih metoda (vibraciona ispitivanja, akustična (ultrazvučna) ispitivanja). Da bi se mogao izvršiti odabir ispitnih metoda u skladu sa slabim i vitalnim komponentama transformatora, dat je kratak uvid po elementima transformatora. Magnetno kolo - U slučaju gubitka međusobne izolovanosti komponenti magnetnog kola (trafo-limovi i pritezne ploče) dolazi do pojave konturnih struja i mesta lokalnog pregrevanja u magnetnom kolu, pri čemu su međuspojevi između paketa trafo-limova od manjeg značaja-uticaja zbog sopstvenog površinskog izolacionog sloja na trafo-limovima. Detekcija ovog kvara električnim ispitivanjem – merenjem otpora izolovanosti je jedino moguća ukoliko je spoj delova magnetnog kola sa uzemljenim delovima (masom) izveden putem namenski izolovanih izvoda u priključnoj kutiji montiranoj na ploči suda ET. U tom slučaju, dostupnost ovih veza omogućava i privremeno ublažavanje uticaja-smanjenje konturne struje ubacivanjem u kolo otpornika velike otpornosti. U suprotnom, kod manjih ET kao i kod većine većih ET starije konstrukcije gde je ova veza izvedena u unutrašnjosti suda, ovaj kvar je jedino moguće detektovati gasnohromatografsko (GH) analizom uzorka ulja, koja je nije selektivna u pogledu lokacije, odnosno nemoguće je lokalizovati samo mesto pregrevanja magnetnog kola, već se samo konstatuje postojanje termičkog kvara u transformatoru. Ostala električna ispitivanja (merenje struja i snaga praznog hoda pri sniženom naponu, merenje rasipne induktivnosti Lγ i/ili snimanje frekventnih odziva FRA, SFRA) imaju manju osetljivost, odnosno daju informacije samo o velikim promenama i defektima na magnetnom kolu, koja su najčeše povezana i sa defektima u namotajima ET. Termovizijska ispitivanja, zbog fizičke nedostupnosti magnetnog kola, nisu primenjiva za ocenu njegovog stanja. U praksi se primenjuju i vibraciona

2

ispitivanja ET tokom pogona, koja mogu da ukažu na stanje učvršćenja-rastrešenosti magnetnog kola ET. Namotaji - Stanje namotaja u pogledu njihove električne veze se može oceniti električnim ispitivanjem – merenjem omskih otpornosti namotaja, gde se izborom odgovarajućih mernih spojeva sa velikom pouzdanošću mogu otkriti i lokalizovati eventualni loši spojevi i/ili prekidi u vezama. Loši spojevi u namotajima se mogu posredno otkriti i gasnohromatografskom (GH) analizom uzoraka ulja, zbog pojave termičkih gasova kvara na mestu pregrevanja, ali je ova metoda globalnog karaktera i manje je osetljiva. Termovizijska ispitivanja spoljnih površina suda ET, izolatora i ostalih komponenti takođe mogu da otkriju pregrevanje na mestu lošeg spoja, ali samo ako je došlo do slabljenja spoja izvoda namotaja i centralnog provodnika prolaznog izolatora (PI). U tom slučaju se pregrevanje prenosi na sam centralni provodnik izolatora tako da je termovizijskim snimanjem kompletnog ET, odnosno lokalno samih PI, moguće otkriti pregrevanja na kontaktima PI koja su posledica lošeg spoja unutar suda. Stanje geometrije namotaja-navojaka se relativno pouzdano može utvrditi električnim ispitivanjima merenjem rasipne induktivnosti Lγ i/ili frekventnih odziva FRA, SFRA, gde se izborom odgovarajućih mernih spojeva mogu otkriti i lokalizovati eventualne plastične deformacije i izraziti defekti-havarije namotaja. Ostala električna ispitivanja, merenje struja i snaga praznog hoda pri sniženom naponu i merenje kapaciteta između namotaja kao i prema masi, imaju manju osetljivost, osim u slučajevima kada je prisutna ozbiljan defekt namotaja tipa kratkospojenog zavojka. Kombinovanjem električnih i hemijskih ispitivanja dobija se globalna slika stanja izolacije namotaja. Električna ispitivanja (merenja izolacione otpornosti, merenja faktora dielektričnih gubitaka-tgδ i kapaciteta, merenja dielektričnog odziva u vremenskom – RVM i PDC i frekventnom domenu - FDS), daju informaciju o opštem stanju sistema izolacije (prisustvo vlage i drguih produkata starenja) između namotaja različitih naponskih nivoa kao i između namotaja i mase, dok je informacija o lokalnim fenomenima (prisustvo eventualne lokalno zarobljene vlage, nečistoća i ostalih nesavršenosti dielektrika), kao i o stanju međuzavojne izolacije, nedostupna zbog same prirode ispitivanja. Ispitavanja sadržaja vode u ulju i relativnog stepena zasićenja ulja daju mogućnost procene ovlaženosti celulozne izolacije u transformatoru, što uključuje i izolaciju namotaja. Periodično ispitivanje sadržaja derivata furana daje uvid u degradaciju celulozne izolacije i jedina je metoda koja daje posrednu informaciju o procesu starenja čvrste izolacije transformatora.Stanje namotaja u pogledu njihove električne veze se može oceniti električnim ispitivanjem – merenjem omskih otpornosti namotaja, gde se izborom odgovarajućih mernih spojeva sa velikom pouzdanošću mogu otkriti i lokalizovati eventualni loši spojevi i/ili prekidi u vezama. Loši spojevi u namotajima se mogu posredno otkriti i GH analizom uzoraka ulja koja je globalnog karaktera i manje osetljivosti. Termovizijska ispitivanja namotaja su jedino podesna za proveru električne veze pri čemu je moguće otkriti loše spojeve namotaja sa izvodima ET. Stanje geometrije namotaja-navojaka se sa velikom pouzdanošću može utvrditi električnim ispitivanjima merenja rasipne induktivnosti Lγ i/ili frekventnih odziva FRA, SFRA, gde se izborom odgovarajućih mernih spojeva mogu otkriti i lokalizovati eventualne plastične deformacije i veliki defekti-havarije namotaja. Ostala električna ispitivanja, merenje struja i snaga praznog hoda pri sniženom naponu i merenje kapaciteta između namotaja kao i prema masi, imaju manju osetljivost, odnosno daju informacije samo o velikim defektima i havarijama namotaja. Regulator napona - Praćenje stanja regulatora napona (RN) je, zbog njegove specifične konstrukcije (prisutnost mehaničkih i električnih komponenti), od posebnog značaja za ocenu pogonske spremnosti ET. Izbor obima i vrste ispitivanja u velikoj meri zavisi od vrste regulatora napona, odnosno da li je u pitanju teretni ili besteretni regulator napona. Fenomeni vezani za teretni regulator napona, kao i metode ispitivanja detaljnije su opisani u poglavlju 4. Transformatorsko ulje - Hemijska ispitivanja ulja su najadekvatnija i obuhvataju fizičke, hemijske i električne karakteristike, koje su značajne u funkcionalanom smislu kao i u blagovremenom uočavanju gubitka svojstava i mogućnosti primene korektivnih mera. Električna ispitivanja IS (merenja izolacione otpornosti i merenja faktora dielektričnih gubitaka-tgδ i kapaciteta izolacionog sistema između VN namotaja i mase, s obzirom da najveći udeo izolacije u ovom slučaju čini transformatorsko ulje, kao i merenja dielektričnog odziva u frekventnom domenu – FDS) mogu da u grubim crtama ukažu na opšte stanje transformatorskog ulja (prisustvo vlage, ostarelost). Pri tome treba voditi računa

3

da prisustvo regulatora napona i stanje ulja u njegovom prekidačkom delu može imati uticaj na rezultate merenja, pa samim tim i dati pogrešnu informaciju o stanju ulja u sudu ET. Prolazni (provodni) izolatori (PI) - Provera stanja običnih PI, s obzirom na njihovu jednostavnu konstrukciju podrazumeva pre svega vizuelnu proveru ispravnosti, ali i termovizijsko ispitivanje koje može da ukaže na eventualne loše spojeve izvoda sa namotajima i/ili sabirničkim vezama. Stanje provodnih izolatora kondenzatorskog tipa se sa velikom pouzdanošću može oceniti električnim ispitivanjima - merenje faktora dielektričnih gubitaka-tgδ i merenja dielektričnog odziva u frekventnom domenu – FDS o stanju sistema izolacije izolatora (prisustvo vlage, ostarelost), merenje kapaciteta o stanju elementarnih kondenzatorskih obloga i eventualnom proboju-prespajanju istih. Hemijska ispitivanja uzoraka sopstvenog ulja izolatora, kada je moguće uzorkovanje, mogu sa velikom pouzdanošću da daju informaciju o stanju uljno-papirne izolacije provodnog izolatora. Termovizijsko snimanje PI može da ukaže na eventualne loše spojeve izvoda sa namotajima i/ili sabirničkim vezama, kao i na nedostatak sopstvenog ulja PI. Sud ET sa komponentama - Provera stanja suda ET i ostalih komponenti (konzervatora, radijatora, ventilatora, uljnih pumpi, signalno-zaštitinih uređaja i dr.) podrazumeva pre svega vizuelnu i funkcionalnu proveru ispravnosti. Termovizijska ispitivanja suda i ostalih komponenti ET mogu da ukažu na neispravnosti u radu, kao što su začepljenja članaka radijatora, cevovoda, ventila i zasuna, pregrevanja motora uljnih pumpi i ventilatora, kao i lokalna pregrevanja suda usled pojave cirkulacionih struja izazvanih rasipnim fluksom. 3 RASPODELA KVAROVA KOD ET Radi adekvatnog uvida u rizike prilikom eksploatacije, data je analiza pojave značajnijih kvarova prema različitim izvorima.

dielektrični, 27.7%

električni, 27.7%termički, 15.2%

mehanički, 17.0%

fizičko-hemijski, 8.9% nepoznato, 3.6% Analiza uzroka pojave kvara prikazana na slici 1. dobijena je analizom prenosnih, distributivnih i blok transformatora nominalnog naponskog nivoa 110kV, 220kV i 380kV iz Nemačke, Austrije, Švajcarske i Holandije[1]. Sa slike se vidi da su svi mehanizmi relativno ravnomerno zastupljeni.

Slika 1. Analiza kvarova kod ET, prema prirodi uzroka [1] Na slici 2. je data raspodela lokacije pojave kvara kod ET, i to prvi dijagram iz 2002.godine za populaciju transformatora Nemačke, Austrije, Švajcarske i Holandije[1] dok je drugi dijagram iz 1983. obuhvatio populaciju iz celog sveta [2].

Slika 2. Analiza kvarova kod ET, prema lokaciji pojave [1] i [2]

Sa prikazanih dijagrama se vidi da su komponente sa najvećim rizikom iste – u prvom redu regulator napona, a zatim namotaji i provodni izolatori. Uočava se pad udela RN najviše zbog savremenijih konstrukcija, s jedne strane, i boljeg održavanja, s druge strane. Ali, uzimajući u obzir da je populacija RN u našem energetskom sistemu uglavnom starija od 25-30 godina, može se reći da je regulator napona na našim prostorima najčešći uzročnik pojave kvara i ispada ET. Zbog toga će fenomeni koji su vezani za RN, kao i metode ispitivanja ispravnosti RN biti detaljnije obrađeni.

Ostalo, 4.5%

Regulator napona,33.9%

Izvodi, 8.9%Namotaji, 32.1%

Ekrani (šantovi), 0.9%

Provodni izolatori, 11.6%

Magnetno jezgro, 7.1%

Hlađenje, 0.9%

Ostalo, 12%Namotaji, 19%

Sud i ulje, 13%

Magnetno jezgro, 3%

Provodni izolatori, 12%Regulator napona,

41%

4

4 REGULATOR NAPONA – FENOMENI I MEHANIZMI POJAVE KVARA RN je deo ET koji vrši promenu odnosa transformacije namotaja transformatora menjajući broj zavojaka na namotaju na kome se nalazi, pri čemu se na taj način vrši regulacija napona. Opseg regulacije RN zavisi od namene transformatora, da li je transformator mrežni ili industrijski, od čega dalje zavisi i način izvođenja regulacije: linearna, grubo-fina ili inverzna. Delovi RN mogu se prema funkciji podeliti u tri celine:

1. mehanički deo sa motornim pogonom, prenosnim vratilom, reduktorom i mehanizmom za prebacivanje položaja RN (zupčanici, poluge i opruge),

2. električni kontakti - birački, predbirački i prebacački (prekidački) sa kolima premoštenja (tranzicionim otporom ili induktivnošću) i

3. dielektrik u kome se obavlja gašenje luka. Prema kostrukciji i načinu prebacivanja položaja razlikuju se dve osnovne koncepcije regulatora napona:

1. regulatori sa nezavisnim prekidačkim i biračkim delom - prekidački je smešten u zaseban sud sa izolacionim uljem fizički odvojenim od ulja glavnog suda transformatora dok se birački, i u okviru njega predbirački, deo nalazi u glavnom sudu,

2. regulatori sa zajedničkim prekidačko-biračkim delom – fizički su potpuno odvojeni od ulja glavnog suda transformatora odnosno imaju svoje ulje u kome se nalaze, imaju primenu za manje snage transformatora i naponske nivoe do 123kV.

U praksi je više rasprostranjen prvi tip RN (regulatori sa nezavisnim prekidačkim i biračkim delom) pa će se dalje izlaganje odnositi na ovaj tip RN. Uobičajeni kvarovi na RN koji dovode do ugrožavanja funkcije samog RN i rada ET su najčešće izazvani mehaničkom disfunkcijom, povećanim otporom kontakta, lokalnim termičkim stresom, oštećenjem materijala, probojem izolacionog ulja (koksovanje), habanjem kontakata, konstrukcionim nedostacima, visokim teretom. Uzroci nastanka defekata mogu biti dielektrični, električni, termički i mehanički [3]. Tako, jedna od mehaničkih disfunkcija je loša sinhronizacija između prekidačkih i biračkih kontakata što može biti posledica oštećenja ili sloma njihovih vratila. Sporo prebacivanje ili zaustavljen-zaglavljen prekidački deo a da njegov radni kontakt nije uključen može dovesti do pregorevanja tranzicionog otpora. Pored toga kao mehanički defekt se javlja gubitak elastičnosti pogonske opruge prekidačkog dela. Degradacija kontakata u biračkom delu regulatora - Birački deo RN je obično smešten u glavnom sudu transformatora i ima ulogu da vrši pripremu izbor kontakata tokom sekvence promene položaja RN. Kontakti biračkog dela vode glavnu struju transformatora bez prekidanja. Početna faza degradacije je stvaranje tankog filma po površini kontakata kao posledica temperature i uljne sredine u kojoj se kontakti nalaze. Stvaranje ovog filma uvećava vrednost prelazne otpornosti kontakata a samim tim i temperaturu koja se razvija na njima. Ovaj proces je kumulativan, temperatura dovodi do veće debljine filma na kontaktima, a kao posledica se ima veću otpornost koja dovodi do daljeg porasta gubitaka i temperature. Ovakva degradacija bi se mogla usporiti povremenim prebacivanjem RN kroz sve položaje (u vreme godišnjeg remonta) jer bi se na taj način kontakti donekle očistili. Lokalni porast temperature preko 300°C u ulju dovodi do pirolitičke karbonizacije i koksovanja kontakta što je nepovratan proces, dalje do sve manjeg kontaktnog pritiska između njih, njihove erozije i na kraju otvaranja i pojave luka. Degradacija kontakata u prekidačkom delu regulatora - Prekidački deo RN smešten je u odvojenom sudu sa sopstvenim izolacionim uljem. Njegovi kontakti, osim što vode glavnu struju, izloženi su i dodatnom naprezanju usled nastanka luka koji nastaje prilikom procesa prebacivanja. To dovodi do potencijalne erozije kontakata, razlaganja i koksovanja ulja na samoj površini kontakata i pojave kumulativnog efekta porasta prelaznih otpornosti, porasta temperature i posledičnog porasta filma na kontaktima, kao što je prethodno opisano za kontakte biračkog dela. U opštem slučaju metode ispitivanja stanja RN mogu se podeliti na:

1. električne, 2. hemijske,

5

3. mehaničke (vibraciono-akustične), 4. termovizijske i 5. vizuelne.

U tabeli I dat je pregled metoda sa ocenom primenljivosti po podsistemima RN. Tabela I. Prikaz metoda ispitivanja stanja RN sa ocenom primenljivosti

METODE ZA DIJAGNOSTIKU KOMPONENTI RN Pre otpuštanja

opruga Vizuelni pregled(3), merenje struja ili snaga motornog pogona(3), merenje vibracija(2) Mehanika

(motorni pogon) Otpuštanje

opruga Vizuelni pregled(2), merenje vibracija(2), merenje dinamičkih otpornosti(1)

Prekidački Merenje otpornosti dinamičkih(3) i statičkih(2), vizuelni pregled(3), GH analiza ulja(2), merenje temperature(1), merenje vibracija(1) Električni

kontakti Birački predbirački

Merenje omskih otpornosti statička(3) i dinamička(3), vizuelni pregled (ako je dostupno)(3), merenje temperature(2), GH analiza ulja(1), merenje vibracija(1), merenje struja ili snaga motornog pogona(1)

Dielektrik Ispitivanje ulja(2), vizuelni pregled (2) Ocene data u zagradi iza metode imaju sledeće značenje: 1 - Pogodna za proveru funkcionalnosti dela podsistema RN ili za neke defekte; 2 - Pogodna za deo podsistema RN ili veoma pogodna za neke defekte; 3 - Veoma pogodna. 4.1 Električne metode Električne metode se izvode u beznaponskom režimu ET (off-line) i pokrivaju većinu defekata RN: • Merenje omskih otpornosti namotaja sa RN u svim položajima regulacije, • Merenje struja ili snaga motornog pogona RN, • Merenje dinamičkih otpornosti namotaja sa RN u svim položajima regulacije. Merenje omskih otpornosti namotaja sa RN u svim položajima regulacije predstavlja osnovnu električnu metodu u proceni stanja RN (tabela II). Ovo je klasična UI metoda kod koje se mere omsku otpornost namotaja zajedno sa otpornostima kontakata RN posle svakog prebacivanja položaja pa je zato poznata kao statička. RN je obično smešten na namotaju višeg naponskog nivoa, zbog niže struje prekidanja, što za posledicu ima veću induktivnost namotaja u toku merenja koja se suprostavlja ispitnoj struji i produžava merenje. Merenje se obavlja kada se ispitna struja potpuno stabiliše za šta je potrebno izvesno vreme naročito kod većih transformatora. Rezultati merenja se, posle temperaturne korekcije, porede sa merenjema izvedenim pri prijemnim ispitivanjima transformatora ili se otpornosti svake faze porede međusobno i donosi procena stanja. Ovom metodom se pored provere RN istovremeno proverava i stanje ostalih spojeva i veza unutar transformatora, naročito spoj donjeg priključka PI sa izvodom namotaja. Tabela II. Prikaz fenomena koji se mogu detektovati metodom statičkih omskih otpornosti namotaja

MERENJE OMSKIH OTPORNOSTI - STATIČKO Pre

otpuštanja opruga

Defekti na pogonskom sistemu ne utiču na merenja Mehanika (motorni pogon) Otpuštanje

opruga Defekti na pogonskom sistemu ne utiču na merenja

Prekidački Stanje radnih kontakta: habanje , koksovanje i loše naleganje kontakata Električni kontakti Birački i

predbirački Habanje , koksovanje, loše naleganje kontakata

Dielektrik Ostarelost dielektrika ne utiče na ova merenja Merenje struja ili snaga motornog pogona RN, može se vršiti u pogonu ili van njega, čime se proverava stanje mehaničkih delova motornog pogona, ležajeva, osovina, opruga kao i delimično kontakata RN. Snimaju se struje ili snage motornog pogona tokom celog procesa prebacivanja, za

6

svaki položaj RN i snimljene krive se porede sa krivama dobijenim sa RN u ispravnom stanju. Odstupanje-porast struja motornog pogona RN ukazuje na povećanje mehaničkog opterećenja koje može biti posledica mehaničkog defekta-oštećenja ili loma dela mehanizma RM. Merenje dinamičkih otpornosti namotaja (DRM) sa RN u svim položajima regulacije (tabela III) je relativno nova metoda u kontroli stanja RN, slična UI metodi kod koje se snimaju promene ispitne struje sa vremenom u toku prebacivanja RN od početnog položaja do krajnjeg i obrnuto [4]. DRM metoda uzima u obzir tranzijentnu prirodu procesa promene položaja regulacije pod teretom pa je posebno osetljiva na defekte u prekidačkom delu RN. To je metoda nultog – referentnog stanja, tzv „fingerprint“ metoda, koja podrazumeva snimanje referentnih vrednosti pri ispravnom/novom prekidačkom delu RN i njihovo kasnije poređenje sa vrednostima izmerenim nakon pogona ET, na osnovu čega se i vrši procena stanja RN. Tabela III. Prikaz fenomena koji se mogu detektovati metodom dinamičkih otpornosti

MERENJE OMSKIH OTPORNOSTI –DINAMIČKO (DRM) Pre otpuštanja

opruga Defekti pogonskog sistema obično ne utiču na ova merenja Mehanika (motorni pogon) Otpuštanje

opruga Defekti pogonskog sistema mogu uticati na vreme promene što se može

videti merenjem DRM Prekidački Habanje , koksovanje i loše naleganje kontakata Električni

kontakti Birački i predbirački Habanje , koksovanje i loše naleganje kontakata

Dielektrik Ostarelost dielektrika ne utiče na ova merenja 4.2 Hemijske metode Značajna metoda kontrole pogonskog stanja RN je gasna hromatografija gasova rastvorenih u ulju jer omogućava praćenje stanja RN dok je u pogonu. Interpretacija GH analize ulja RN se razlikuje od interpretacije analize ulja glavnog suda transformatora u tome što pod normalnim operativnim uslovima rada RN dolazi do pojave električnog luka kroz ulje (tabela IV). Temperatura u centru luka je nekoliko hiljada stepeni celzijusa pa dolazi do degradacije ulja (pirolize), pri čemu se formiraju karakteristični gasovi „luka“: acetilen (C2H2) i vodonik (H2). Koncentracija acetilena se kreće od 1 do 4 ppm po operaciji RN, u zavisnosti od tipa RN [5]. Međutim, dolazi do nastanka temperaturnog gradijenta od centra luka ka okolnom ulju tako da su zastupljene sve temperature između temperature plazme i ulja. Tako, u određenoj meri, dolazi do formiranja „termičkih” gasova – etilena (C2H4), etana (C2H6) i metana (CH4). Odnosi „termičkih“ gasova i gasova pojave luka ostaju približno konstantni tokom vremena, dok se, u zavisnosti od broja operacija povećavaju vrednosti njihovih apsolutnih koncentracija. Izmerene apsolutne koncentracije gasova zavise, pored broja operacija, od tipa regulatora i načina diletacije (zapečaćeni, sa delimičnim ili potpunim disanjem)[6, 7]. Tabela IV. Prikaz fenomena koji se mogu detektovati metodom gasnohromatografske analize ulja RN

GASNOHROMATOGRAFSKA ANALIZA ULJA Pre

otpuštanja opruga

Defekti pogonskog sistema obično ne utiču na ova merenja Mehanika (motorni pogon) Otpuštanje

opruga Defekti pogonskog sistema obično ne utiču na ova merenja

Prekidački Koksovanje kontakata, habanje kontakata što vodi do povećanoj pojavi luka ili pregrevanju kontakata, ali može biti maskirano normalnim proizvodima

degradacije ulja Električni kontakti

Birački i predbirački

Koksovanje kontakata, pražnjenja ili pregrejani kontakti mogu biti detektovani

Dielektrik Može se detektovati degradacija i defekti dielektrika usled kontaminacije, velike količine gasova ili površinskih pražnjenja

7

Tokom pogona RN dolazi do habanja kontakata na RN, povećanja prelaznih otpornosti što uslovljava porast temperature na kontaktima. Zbog toga dolazi do pregrevanja kontakata, karbonizacije ulja, stvaranja značajnih količina depozita na kontaktima (koksovanja), što dovodi do daljeg povećanja otpornosti. U takvim uslovima se više formiraju „termički“ gasovi nego gasovi koji nastaju pri normalnom radu RN. Ukoliko se javi izvor nastanka termičkih gasova, kao posledica nepravilnog rada RN, narušava se odnos gasova pa kvar može biti otkriven u ranoj fazi što ukazuje na potrebu remonta RN. Usled pojave gašenja električnog luka, ulje RN, kao i ostali konstrukcioni materijali su izloženi povećanom stresu i ubrzanom razaranju. Zbog toga dolazi do pogoršavanja određenih karakteristika ulja RN brže nego ulja glavnog suda transformatora pa je moguće ispitivanjem karakteristika ulja pratiti njegovo pogonsko stanje. Osnovne karakteristike koje se ispituju su dielektrična čvrstoća ulja, sadržaj vode, čestica i metala u ulju i faktor dielektričnih gubitaka. 5 PRIMERI IZ PRAKSE Primer 1. Transformator sopstvene potrošnje 36MVA, 15,75/6,3/6,3kV je ispitivan nakon ispada iz pogona posle delovanja Buholc relea RN. Obavljena su ispitivanja sadržaja gasova u ulju glavnog suda ET i električna merenja omskih otpornosti namotaja (statičkih). Na osnovu rezultata GH analize dijagnostikovano je prisustvo termičkog kvara u transformatoru (tabela V), u višem temperaturnom opsegu >700°C (tabela V), dok su rezultati ispitivanja omskih otpora ukazali na uvećanje otpora faze “C” za sve položaje regulacije u iznosu od 3-4mΩ (slika 3). Maksimalne razlike otpora za parne položaje regulatora iznosile su oko 20% a za neparne oko 40% (slika 4). Predpostavilo se da su mogući uzroci ovakvog stanja otpora u fazi C: kontakti prekidačkog dela, kontakti biračkog dela ili oslabljeni spoj sa donjim delom PI u fazi C. Tabela V. Rezultati ispitivanja sadržaja gasova u ulju glavnog suda

N Ug POJEDINAČNE KONCENTRACIJE GASOVA, ppm Tu °C mlgas/lulja H2 CH4 C2H2 C2H4 C2H6 CO CO2 O2 N2

Ocena

50 D 89.6 161 290 21 495 87 271 1966 22155 62019 C (T3) Дијаграм промене отпора за све положаје

регулатора напона

9

10

11

12

13

14

15

16

17

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

положај регулатора напона

R (m

Ω)

A-N B-N C-N

Дијаграм максималне разлике отпора између фаза за положаје регулатора напона

0

10

20

30

40

50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

положај регулатора напона

δ R

max

(%)

Slika 3. Dijagram promene otpornosti za sve položaje RN

Slika 4. Dijagram maksimalne razlike otpornosti za sve položaje RN

Posle otvaranja u fabrici otkrivene su deformacije na kontaktima prekidačkog dela RN u fazi C. Izgled oštećenih kontakata prikazan je na slici 5.

8

Slika 5. Oštećeni kontakti prekidačkog dela RN Primer 2: Na transformatoru sopstvene potrošnje 25MVA, 15,75/6,3/6,3kV, sprega Dd0d0 izvršena su ispitivanja sadržaja gasova u ulju glavnog suda i suda RN, prema čijim rezultatima postoji termički kvar u transformatoru. Rezultati električnih merenja omskih otpornosti namotaja (statičkih) ukazali su na značajno uvećanje otpora u mernom spoju “B-C” (slika 6). Problemi na predmetnom transformatoru su uočeni još 2005.godine Prilikom poslednjeg ispitivanja u 2012. godini, motorni pogon nije bio u funkciji, transformator je u prethodnom periodu bio u pogonu, ali u zatečenom položaju bez manipulacije regulatora. Pri ručnom pokretanju javljao se jak otpor i u pojedinim trenucima, pri okretanju ručice, dolazilo je do zaglavljivanja pogona regulatora. Maksimalne razlike otpora iznose preko 100% za položaje RN broj 1, 5, 9, 11, 15, 19 (slika 7). Uzrok ovakvog stanja RN je znatno oštećenje kontakata u biračkom delu regulatora napona faze “B” na kontaktima 1, 5 i 9 odnosno njima odgovarajućim kontaktima u gornjem delu regulacije 11, 15 i 19 jer je u pitanju inverzan tip regulacije namotaja RN. Ispitivanja sadržaja gasova su ukazala na sledeće (tabela VI): • Analize glavnog suda (16/06/2011) i suda RN (07/07/2011) pokazuju da su isti gasovi kvara prisutni

u oba suda, ali su koncentracije veće u sudu RN. Iz toga je zaključeno da gasovi u glavnom sudu uglavnom potiču iz suda RN (difuzijom, zajednički konzervator), što ukazuje na povećano grejanje kontakata prekidača. Odnos “termičkih” gasovi (C2H4, C2H6 i CH4) prema gasovima luka (C2H2 i H2) je visok i potvrđuje termički problem kontakata RN.

• Međutim GH analize glavnog suda (30/03/2012) i suda RN (18/04/2012), nakon 8-9 meseci pogona, pokazale su značajan porast gasova u ulju glavnog suda pa su sada koncentracije gasova bile veće u glavnom sudu nego u sudu RN. Iz toga se može zaključiti da je termički kvar prisutan dominantno u glavnom sudu, odnosno ako se analizira zajedno sa električnim ispitivanjima, lokacija kvara je najverovatnije u biračkom delu RN.

Tabela VI. Rezultati ispitivanja sadržaja gasova u ulju glavnog suda i suda RN

Datum Tu N Ug POJEDINAČNE KONCENTRACIJE GASOVA, ppm uzorkovanja °C mlgas/lulja H2 CH4 C2H2 C2H4 C2H6 CO CO2 O2 N2

Ocena

16/06/2011 40 D 88.3 14 140 1 493 100 485 3739 21563 61813 C(T3)07/07/2011 / RN 82.8 132 449 2 913 236 746 5394 9454 65465 C(T2)30/03/2012 36 D 90.6 219 1086 3 1504 566 327 3140 23190 59224 C(T2)18/04/2012 / RN 88.8 254 452 4 1131 318 878 11566 14844 59652 C(T2)10/11/2012 48 D 91.6 84 1118 46 2594 1168 402 3774 18984 60584 C(T2)

9

Дијаграм промене отпора за све положаје регулатора напона

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

положај регулатора напона

R (m

Ω)

A-B B-C A-C

Дијаграм максималне разлике отпора између фаза за положаје регулатора напона

0

50

100

150

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

положај регулатора напона

δ R

max

(%)

Slika 6. Dijagram promene otpornosti za sve položaje RN

Slika 7. Dijagram maksimalne razlike otpornosti za sve položaje RN

Pored uočenih oštećenja kontakata i dalje je bio prisutan problem sa motornim pogonom – merenje je obavljeno uz ručno pokretanje regulatora. Dalji pogon je ocenjen kao moguć, ali isključivo u zatečenom položaju, uz pooštrenu kontrolu i obavezu da se motorni pogon popravi i isti osposobi za pokretanje regulatora. Sve to je ukazivalo na neispravnost teretnog regulatora i neophodnost što skorije revizije/popravke. Primer 3. Transformator sopstvene potrošnje 60MVA, 21/6,9/6,9kV je ispitivan pre i posle radova na reviziji RN, pri čemu su prilikom merenja statičkih omskih otpora namotaja izvršena i merenja dinamičkih otpora, merenjem nivoa oscilovanja merne struje (odnosa maksimalne i minimalne struje) tokom procesa promene položaja RN kroz ceo opseg, u oba smera. Pre revizije mogu se uočiti značajne razlike u nivoima oscilovanja struja za različite položaje RN, a posebno u suprotnim smerovima (slika 8), dok je nakon revizije ova razlika značajno manja (slika 9).

Dijagram promene struje sa promenom položaja sklopke

0123456789

10

2 3 4 5 6 7 8 9b 10 11 12 13 14 15 16 17

položaj sklopke

ΔI/I

(%)

A-N B-N C-N

0123456789

10

16 15 14 13 12 11 10 9b 8 7 6 5 4 3 2 1položaja sklopke

ΔI/I

(%)

A-N B-N C-N

Dijagram promene struje sa promenom položaja sklopke

0123456789

10

2 3 4 5 6 7 8 9b 10 11 12 13 14 15 16 17

položaj sklopke

ΔI/I

(%)

A-N B-N C-N

0123456789

10

16 15 14 13 12 11 10 9b 8 7 6 5 4 3 2 1

položaj sklopke

ΔI/I

(%)

A-N B-N C-N

Slika 8. Promena merne struje sa položajem regulacije pre revizije RN

Slika 9. Promena merne struje sa položajem regulacije posle revizije RN

6 ZAKLJUČAK U skladu sa rezultatima i zapažanjima prikazanim u radu zaključuje se da stanje RN u velikoj meri utiče na pouzdanost rada samog transformatora. Uzimajući u obzir značajnu prosečnu starost transformatora, a posebno RN sa mehaničkim delovima izloženim izrazitim električnim, toplotnim i dinamičkim stresovima, može se reći da je očekivano da će zbog porasta pogonskog rizika data problematika postati aktuelna. Zbog toga je bitno poznavanje mehanizama nastanka defekata i kvarova, s jedne strane, i metoda pomoću kojih se mogu detektovati, s druge strane. Prikazane metode

10

se mogu kombinovati i na taj način poboljšavati održavanje transformatora sa RN, što treba da dovede do smanjenja eksploatacionog rizika pri ekonomski ograničenim resursima. LITERATURA [1] S.Tenbohlen, F.Vahidi, P.Muller, J.Gebauer, M.Kruger, „Zuverlassigkeitsbewertung von Leistungstransformatoren“, Hochspannunugssymposium, Stuttgart, 2012. [2] CIGRE WG 05, „An international Survey on Failures in Large Power Transformers in Service“, Electra no.88, 1983. [3] CIGRE WG 2.18, Brochure 227, „Life Management Techniques for Power Transformers“, 2003. [4] J.J.Erbrink, E.Gulski, J.J.Smit, L.A.Chmura, R.Leich, P.P.Seitz, B.Quak, „Condition Assessment of On Load Tap Changers using Dynamic Resistance Measurement“, High Voltage Engineering and Application (ICHVE), 2010. [5] M. Duval, 2002, „A Review of Faults Detectable by Gas-in-Oil Analysis in Transformers”, IEEE Electrical Insulation Magazine, vol. 18, no. 3, str. 8-17, 2002. [6] Slađana Teslić, Đ. Jovanović, V. Radin, B. Bošković, J. Lukić, Elektrotehnički Institut „Nikola Tesla“, „Specifičnosti rada i dijagnostika transformatora sa regulacionom sklopkom", Savetovanje o elektrodistributivnim mrežama Srbije i Crne Gore sa regionalnim učešćem (6; 2008; Vrnjačka Banja), R-3.9 [7] R. Youngblood, „Application of Dissolved Gas Analysis to Load Tap Changeres”, Analytical ChemTech International, Inc. — Sep 23, 2006.

TAP CHANGER SIGNIFACANCE DURING POWER TRANSFORMATOR CONDITION EVALUATION

D.Teslić, B.Pejović, B.Đurić, J.Janković, S.Teslić, Đ.Jovanović Electrical Institute “Nikola Tesla”

BELGRADE

SERBIA

Abstract— Power transformer condition assessment programm consists from different, standard measurement techniques, basically in three segments: classic electrical measurements, chemical analysis of insulating oil and thermovision examination. On load tap changer (OLTC), as the only mechanical-electrical power transformer element, is susceptible to degradation and it is rightly considered to be the weakest point. The presence of the tap changer has a significant impact on the type and scope of tests, and on the interpretation of the results. This paper describes diagnostic specificity of the transformer with OLTC, in terms of electrical methods and in terms of analysis of oils (dissolved gasses analysis). Through case studies, it is illustrated the importance of applying complex diagnostics, which includes results from traditional testing methods and methods specified for OLTC. This article contains description of specific test methods for examination of OLTC, such as the dynamic resistance measurement (DRM) and OLTC oil testing. Key words — Power transformer - On load tap changer – Diagnostic - Condition-based maintenance - Electical methods – Insulating oil – Oil analysis - Dynamic resistance measurement - Dissolved gasses analysis

11