Eksploatacja izolatorów przepustowych transformatorów dużej mocy

Streszczenie

W artykule przedstawiono doświadczenia z eksploatacji izolatorów przepustowych transformatorów energetycznych.

Słowa kluczowe: pomiary, transformatory sieciowe, współczynnik strat dielektrycznych, monitoring on-line.

Wstęp

Transformatory energetyczne jako jeden z kluczowych elementów sieci przesyłowej i rozdzielczej wpływają na bezpieczeństwo całego systemu energetycznego. Różnorodne badania i pomiary diagnostyczne stanowią podstawę do oceny stanu transformatorów. Obecnie stosuje się innowacyjne techniki oraz narzędzia diagnostyczne, zarówno w zakresie samych pomiarów, ale także opracowania otrzymanych danych. Celem badań technicznych transformatorów jest przede wszystkim wykrywanie zagrożeń eksploatacyjnych, które mogą przyczyniać się do awarii, ale również oszacowanie wytrzymałości transformatora, czego można dokonać poprzez ocenę jego stanu technicznego [1].

Ze względu na wiek części jednostek transformatorowych przeprowadzane były remonty tych urządzeń, zarówno na stanowiskach, jak i w zakładach remontowych. Izolatory przepustowe stanowiły do końca lat 90-tych element stosunkowo bezawaryjny. W latach 2000-2010 wiek izolatorów w dużej części eksploatowanych transformatorów przekroczył próg bezpiecznej pracy. W związku z powyższym rozpoczęto prace polegające na wymianie izolatorów przepustowych na nowe. Nowe technologie umożliwiły wykonanie izolatorów suchych w osłonie kompozytowej. Tego typu izolatory zmniejszają ryzyko rozerwania przepustu i minimalizują skutki związane z wyciekiem oleju i pożarem.

Pomiary parametrów izolatorów przepustowych transformatora mocy

Uszkodzenie izolacji przepustów może wystąpić na każdym etapie „życia” izolatora i w znacznym stopniu wiąże się z jakością wykonania. Właściwa ocena techniczna transformatora przekłada się głównie na jego sprawną pracę, ale także wydłuża czas pracy. Pomocne są tu innowacyjne techniki pomiarowe oraz diagnostyczne (np. pomiary termowizyjne – Rys. 1) ale także systemy monitoringu. Odpowiednie kryteria mają potwierdzić w jakim stanie znajduje się urządzenie oraz stwierdzić jego przydatność eksploatacyjną.

Ocenę izolatorów rozpoczyna się od oględzin zewnętrznych. W pierwszej kolejności sprawdza się poziom oleju w izolatorze oraz czy są wycieki oleju lub syciwa oraz ocenia czystość izolatora. Należy również zwrócić szczególną uwagę na stan zacisku pomiarowego (Rys.2).

Termowizja wykorzystywana jest również dla określenia stanu połączeń zacisków liniowych. Podczas badań termowizyjnych izolatora przepustowego możliwe są  również do wykrycia niewłaściwe rozkłady temperatury wzdłuż osi przepustu. Taki przypadek o występujących anomaliach należy przeanalizować i  przeprowadzić dalsze badania.

Dla wykrywania zmian pojemności C i tg δ izolatorów przepustowych  bez konieczności wyłączania transformatora stosowane są systemy monitoringu on-line ( Rys. 3) .

 

Wykresy przestawiające wartości pomiarów tg δ i pojemności C podczas pomiarów on-line zaprezentowano na Rys. 4.

Ze względu na specyfikę budowy nowych izolatorów przepustowych, nawet drobna wtrącina gazowa pomiędzy warstwami izolacyjnymi, może powodować powstawanie wyładowań niezupełnych. W miarę czasu z drobnych wyładowań niezupełnych, tworzą się gazy zwiększające możliwość uszkodzenia izolacji. Następuje wzrost stratności dielektrycznej tg δ a w dalszym etapie wzrost pojemności C.

Pomiar współczynnika strat dielektrycznych tgδ i pojemności Cx izolatorów przepustowych należy wykonywać w ustalonej temperaturze (bez gwałtownych zmian temperatury). Pomiary zrealizowano przy użyciu mostka typu Tettex MIDAS produkcji Haefely Test AG.  Otrzymane wyniki pomiarów (tabela 1 i 2) są pozytywne.

Tabela. 1. Wyniki pomiarów współczynnika stratności i pojemności izolatorów przepustowych olejowych

Dane izolatora przepustowego	Faza	Napięcie pom. [kV]	Układ pomiarowy*	tg δ [%]	Cx [pF]
TYP: PTK 123/450/630	1A	10	UST	0,96	130,4
		2	GST	0,79	642,7
TYP: PTK 123/450/630	1B	10	UST	0,85	129,7
		2	GST	0,85	628,9
TYP: PTK 123/450/630	1C	10	UST	1,01	124,9
		2	GST	0,98	653,5

*UST – pomiar w układzie zacisk liniowy do izolowanego zacisku pomiarowego; GST – pomiar w układzie zacisk pomiarowy do uziemionego zacisku liniowego

Tabela. 2. Wyniki pomiarów współczynnika stratności i pojemności izolatorów przepustowych suchych

Dane izolatora przepustowego	Faza	Napięcie pom. [kV]	Układ pomiarowy*	tg δ [%]	Cx [pF]
TYP : SETFT 1425-420-B-E3 spez	U1	10	UST	0,38	497,5
		1	GST	0,79	1515
TYP : SETFT 1425-420-B-E3 spez	V1	10	UST	0,38	495,5
		1	GST	0,83	1562
TYP : SETFT 1425-420-B-E3 spez	W1	10	UST	0,38	499,4
		1	GST	0,77	1505

*UST – pomiar w układzie zacisk liniowy do izolowanego zacisku pomiarowego; GST – pomiar w układzie zacisk pomiarowy do uziemionego zacisku liniowego

Dla określenia średniego stopnia zawilgocenia układu izolacyjnego izolatora przepustowego stosuje się metodę spektroskopii dielektrycznej (FDS).

Podsumowanie

Właściwa eksploatacja transformatorów polega na wykonywaniu badań okresowych i porównywaniu wyników z badaniami z lat poprzednich. Rezultatem właściwej diagnozy transformatorów jest bezawaryjna praca, ale również wydłużenie czasu działania danej jednostki nawet o kilkanaście lat. Badania techniczne transformatorów z reguły wykrywają zagrożenia eksploatacyjne, które sprzyjają rozwojowi różnych anomalii. Mają również na celu określenie wytrzymałości transformatora poprzez ustalenie jego stanu technicznego. Program badań powinien być dopasowany do przypuszczalnych zagrożeń pojawiających się podczas pracy transformatorów i opierać się m.in. na kryteriach zawartych w Ramowej Instrukcji Eksploatacji Transformatorów [2]. Badania eksploatacyjne transformatorów pozwalają identyfikować procesy powstawania uszkodzeń na różnym etapie ich rozwoju.

Wzrost popularności monitoringów on-line transformatorów w zakresie badania DGA i monitoringu izolatorów przepustowych będzie ułatwiać eksploatację transformatorów i zapewni zwiększenie bezpieczeństwa. W tym zakresie konieczny jest odpowiedni zestaw technologii diagnostycznych umożliwiających kompleksową oceną stanu technicznego transformatora i oszacowanie ryzyka dalszej eksploatacji oraz określenia zalecanych prac remontowych lub ograniczeń w dalszej bezpiecznej eksploatacji.

Bibliografia

[1] Lechman M.., Mański P. Rytka P: Izolatory przepustowe dużych transformatorów sieciowych – doświadczenia eksploatacyjne. Materiały XI Konferencji Naukowo-Technicznej „Zarządzanie Eksploatacją Transformatorów”, Wisła Jawornik 9-11 maja 2018.

[2] Ramowa instrukcja eksploatacji transformatorów, Energopomiar-Elektryka, Gliwice 2012.

 

mgr inż. Konrad Gębka – Zakład Usług Technicznych Energoaudyt w Radomiu

mgr inż. Mirosław Zając – Zakład Usług Technicznych Energoaudyt w Radomiu

dr inż. Grzegorz Krawczyk – Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny Kazimierza Pułaskiego w Radomiu