Transformatory w Eksploatacji 2019

Weidmann – innowacje w inteligentnej izolacji

Transformatory w Eksploatacji, Ustka, 08-10 May 2019

Kierunki innowacji wynikają
z potrzeb klientów

Potrzeby naszych rynków i klientów

  • Ochrona majątku sieciowego (wydłużony czas eksploatacji transformatorów  spowodowany ograniczeniem środków na wymianę jednostek – zmiana modelu biznesowego przedsiębiorstw).
  • Niezawodność składników majątku (nowe regulacje i wymagania różnych organów skutkują wyższymi karami za braki w dostawie energii itp.).
  • Uwzględnienie złożoności sieci przesyłowej (energia odnawialna, wielu producentów energii, przepływ energii w obie strony itp.).
  • Złagodzenie presji kosztów (producenci transformatorów poszukują nowych materiałów, usprawnień procesów, np. poprzez szybsze suszenie materiałów, poprawę logistyki, krótsze czasy realizacji itp.).
  • Ograniczanie kosztów i wdrażanie nowoczesnych technologii (transformatory wyższych częstotliwości, izolacja stała, nadprzewodnictwo).

Stopień polimeryzacji

Ochrona składników majątku sieciowego
i ich niezawodność

  • Stopień polimeryzacji (DP) włókien celulozy jest wskaźnikiem stanu mechanicznego izolacji, a tym samym wskaźnikiem zaawansowania procesów starzeniowych.
  • Przeprowadziliśmy dogłębne badania nt. metod pomiarowych i wytycznych zawartych w standardach pozwalających określić wartość DP.
  • Dalsze prace dotyczyć będą określenia zależności pomiędzy DP a odpornością na zrywanie w funkcji starzenia materiału izolacyjnego.
  • Bardzo niska wartość DP (np. 200) nie zapewni wystarczającej wytrzymałości mechanicznej materiału izolacyjnego, jednak stwierdzenie, że im wyższa wartość DP, tym lepiej, jest nieprawdziwym uogólnieniem.

Detekcja metanolu

  • Na potrzeby diagnostyki procesów starzeniowych w izolacji transformatorów wykorzystuje się zazwyczaj zawartość furanów w oleju. Jednak papier o ulepszonych właściwościach termicznych nie wydziela furanów, więc wskazywane wyniki są zafałszowane. Lepszą metodą do określenia zaawansowania procesów starzeniowych w izolacji może być określenie zawartości metanolu (CH4O).
  • Zbadaliśmy możliwości zastosowania metanolu jako wskaźnika procesów starzeniowych w izolacji i wykazaliśmy istnienie dobrej korelacji.
  • Pomiar zawartości metanolu zostanie wykorzystany w naszej diagnostyce jako standard wewnętrzny.

Preszpan o ulepszonych właściwościach termicznych

  • Materiały izolacyjne o ulepszonych właściwościach termicznych mają korzystniejsze właściwości starzeniowe. W pewnych klasach transformatorów dystrybucyjnych papier ten jest standardem, jednak nie jest jeszcze stosowany preszpan o ulepszonych właściwościach termicznych.
  • Wiedmann przeprowadził szereg eksperymentów laboratoryjnych i badań starzeniowych w celu uzyskania nowego preszpanu o właściwościach porównywalnych do ulepszonego termicznie papieru Krafta.
  • Następnymi krokami będzie rozwój procesu produkcyjnego i jego optymalizacja, mająca na celu uruchomienie produkcji.

Monobloki

  • Preszpan o grubościach powyżej 8 mm powstaje poprzez sklejanie warstw. Kleje stosowane do tego celu tworzą zazwyczaj barierę dla oleju i wody.
  • W celu rozwiązania tego problemu opracowaliśmy nowy laminowany materiał, w którym użyto w miejscu łączenia warstwy mikro i nano-celulozy. Łączenie nie zapobiega już transferowi wilgoci podczas suszenia transformatora lub oleju podczas impregnacji. Tym samym oba procesy przebiegają sprawniej.
  • W dalszych pracach ulepszona zostanie wytrzymałość mechaniczna nowego materiału, aby zapewnić najlepsze właściwości izolacyjne i mechaniczne przy zastosowaniu jako elementu układu prasującego.

Elementy izolacyjne wykonane z Nomexu®

  • Braki zasilania związane z uszkodzeniami sieci i urządzeń, np. po burzach, wymagają składników zastępczych, które umożliwią przywrócenie zasilania. Takie wyposażenie musi być łatwe do montażu i wysoce niezawodne.
  • Projekt ultrakompaktowych transformatorów mobilnych wymaga rozwiązań izolacji mogących wytrzymać podwyższone temperatury.
  • Weidmann pracuje nad stworzeniem specjalnych elementów izolacyjnych wykonanych z Nomexu®, które będą stosowane w takich transformatorach. Nomex® ma inne właściwości produkcyjne niż celuloza, więc brane są także pod uwagę inne rozwiązania (np. hybrydowe).

Izolacja inteligentna

  • Najbardziej krytycznymi czynnikami wpływającymi na czas życia transformatora są (wysoka) temperatura pracy T, (zbyt duża) zawartość wilgoci w izolacji M i (niewystarczające) siły prasujące F.
  • T, M oraz F najlepiej określa się w izolacji stałej.
  • Rozpoczęliśmy opracowywanie czujników M i F i związanych z nimi systemów pomiarowych opartych na technologii FBGS i NIR.
  • Dane uzyskane z takich systemów w czasie pracy transformatora wpłyną na „indeks zdrowia” jednostki i dostarczą kluczowe informacje na temat niezawodności.

Papier modyfikowany

  • Opracowano specjalnie modyfikowany papier, cieńszy, ale o lepszych właściwościach mechanicznych, dzięki któremu osiągnięto mniejsze rozmiary i straty uzwojeń.
  • Badania starzeniowe tego materiału wskazały, że ma także wyższą odporność termiczną, mając podobną charakterystykę starzeniową do standardowego papieru przy tych samych temperaturach.

Nowa koncepcja odpływów uzwojeń

Złagodzenie presji kosztów

  • Pierwszy układ wyprowadzeń 400 kV oparty o technologię barier został opracowany przez Weidmanna ponad 50 lat temu.
  • Od tego czasu rozwinęliśmy technologię odpływów uzwojeń zarówno dla napięć stałych, jak i przemiennych, dla najwyższych napięć, tj. 1200 kV AC i 1100 kV DC.
  • Ostatnie badania koncentrowały się na poprawie stabilności mechanicznej (narażenia podczas transportu, odporność na trzęsienia ziemi), jak i poprawie przepustowości produkcji i ułatwieniu montażu (obniżenie kosztów).
  • Testowane są nowe generacje układów wyprowadzeń w specjalistycznych laboratoriach (WN, mechaniczne itp.).

Preszpan o kontrolowanej przwodności (HVDC)

  • Konstrukcja układów izolacyjnych pracujących przy polach HVDC zależy głównie od przewodności zastosowanych materiałów.
  • Jeśli przewodność izolacji stałej (Transformerboard) zostanie zwiększona do poziomu cieczy izolacyjnej (oleju), to uzyskamy bardziej równomierny rozkład pola elektrycznego. To z kolei pozwala na mniej skomplikowaną (kosztowną) konstrukcję izolacji.
  • Z tego powodu przeprowadziliśmy szereg badań laboratoryjnych i testów starzeniowych, by uzyskać preszpan o kontrolowanej, wyższej przewodności.
  • Obecnie poszukujemy użytkowników pilotażowych zainteresowanych tym nowym materiałem, aby sfinalizować proces industrializacji procesu produkcyjnego.

Ciecze alternatywne

Ograniczanie kosztów i wdrażanie nowych technologii

  • Ciecze alternatywne, takie jak np. estry, są biodegradowalne, więc zmniejszają ryzyko związane z potencjalnym wyciekiem z transformatora.
  • Rozpoczęliśmy intensywne badania właściwości elektrycznych takich cieczy, w celu opracowania bazy danych właściwości takich układów izolacyjnych.
  • Przetestowano z sukcesem konstrukcje odpływów uzwojeń w estrze naturalnym, co umożliwia optymalizację budowy transformatora.
  • Przeprowadzane są badania napięciowe przy narażeniach przemiennych i impulsowych w naszym laboratorium WN.

Celuloza mikrofibrylowana (nanotechnologie)

  • Mikrofibrylowana celuloza (zwana także nanocelulozą) może być zastosowana w celu poprawy właściwości wielu materiałów.
  • Produkty wykonane z papieru i preszpanu dzięki zastosowaniu mikrofibrylowanej celulozy mają zwiększoną wytrzymałość mechaniczną, lub przy podobnych właściwościach można ograniczyć wagę materiału, w porównaniu do papierów tradycyjnych.
  • Celuloza mikrofibrylowana może dodatkowo zwiększać wytrzymałość warstw wielu produktów lub działać jako klej do ciężkich arkuszy płyt. W powłokach na powierzchnie papieru i preszpanu nanoceluloza może pomóc kontrolować reologię osadów lub działać jako bariera funkcjonalna.
  • Prowadzone są badania w celu otrzymania materiałów o ulepszonych właściwościach elektrycznych, opartych na MFC.

Zastosowania przy wyższych częstotliwościach transformatory o izolacji stałej

  • Korzyści z transformatorów o wyższej częstotliwości to lepsza wydajność, wysoka gęstość mocy, niska masa i małe wymiary; dzisiejsze wyzwania to możliwości produkcji, wyższe straty, wyższe koszty.
  • Weidmann bierze udział w konsorcjum FREEDM zajmującym się  rozwojem transformatorów o izolacji stałej i innymi konceptami związanymi z transformatorami wysokich częstotliwości.
  • Rozpoczęły się pierwsze badania nad wdrożeniem układów izolacyjnych stałych w zastosowaniach wysokonapięciowych, przy wysokich częstotliwościach.
  • Badania materiałów izolacyjnych ujawniły zależność współczynnika mocy i przenikalności w funkcji częstotliwości.
  • Badania są kontynuowane.

Zastosowanie nadprzewodnictwa

  • Zaletą nadprzewodnictwa są niskie straty (lub ich brak), dzisiejsze wyzwania to koszty i wykonalność wdrożeń przy niezbędnych niskich temperaturach.
  • Przeprowadzono próby napięciowe (50 Hz) różnych rodzajów preszpanu w ciekłym azocie.
  • Wartości napięć przebicia są porównywalne do wartości uzyskanych dla preszpanu zanurzonego w oleju mineralnym (20°C) lub wyższe.
  • Wniosek: proces impregnacji preszpanu w ciekłym azocie jest korzystny. Materiał może być stosowany jako izolacja elektryczna w takich aplikacjach (np. w nadprzewodzących ogranicznikach prądów).

Ucyfrowienie

  • Nasze działania R&D uwzględniające ucyfrowienie:
  • Produkcja addytywna/druk 3D: w celu zmniejszenia kosztów produkcji i zapewnienia nowych rozwiązań (np. geometrii) dla izolacji transformatorów.
  • Cyfrowa kontrola procesów: poprawa stabilności i jakości oraz redukcja kosztów procesów produkcyjnych urządzeń.
  • Bezproblemowy łańcuch dostaw: poprawa czasu i niezawodności / jakości danej oferty / zamówienia i dostawy przy użyciu standardowych rozwiązań ERP (np. SAP).
  • Natychmiastowa i spójna komunikacja z klientami: dostarczanie najnowszych i pełnych informacji w celu przyspieszenia podejmowania decyzji i rozwiązywania problemów.

Prace nad czujnikiem sił prasujących – INSULOGIX® F

Siły w uzwojeniach: promieniowe i osiowe

Czynniki wpływające na siły prasujące

Konsekwencje niewystarczającej siły prasującej

Opracowanie czujnika siły z kompensacją temperatury

Czujnik światłowodowy “F” umieszczony w izolacji uzwojenia dokonuje bezpośredniego porównania wartości fabrycznych i eksploatacyjnych wytrzymałości zwarciowej transformatora.

Bardzo przydatne narzędzie oceny stanu technicznego przy połączeniu z pomiarami w czasie rzeczywistym. Wkrótce czujnik będzie stosowany w warunkach eksploatacyjnych

Zyski płynące z zastosowania czujnika sił prasujących

  • Bezpośredni pomiar sił prasujących transformatora (nacisk) w izolacji lub strukturze prasującej w oparciu o technologię światłowodową.
  • Składniki izolacji zintegrowane z wbudowanymi czujnikami sił.
  • Odniesienie do wyjściowych sił prasujących 
  • Weryfikacja zmian wartości sił po transporcie i w eksploatacji
  • Dostarcza informacje o stanie technicznym i ryzyku przetrwania kolejnego zdarzenia zwarciowego.
  • Dostępne jako monitoring online lub monitoring integralności uzwojenia podczas prób odbiorczych lub okresowych.

Inteligentna izolacja TMF – monitoring bezpośredni

Oprogramowanie diagnostyczne Weidmann’a

INSULOGIX® VAULT z oprogramowaniem diagnostycznym

Dostępny ze wskaźnikiem stanu

Wyjście:

  1. Wskaźnik stanu (Health Index), 2. Informacja o obciążeniu oparta o stan techniczny
    System monitoringu może być skonfigurowany w oparciu o potrzeby klienta.

Wnioski

R&D w wielu obiecujących obszarach

  • Przedstawiony przegląd innowacji ma na celu wskazanie obszarów, na których koncentrujemy się w badaniach i rozwoju (R&D).
  • Obok własnych działań R&D, Weidmann uważnie śledzi światowe badania i rozwój przemysłu poprzez aktywny udział w różnych instytucjach i konsorcjach badawczych, takich jak IEC, IEEE, CIGRE itp. i tworzy specjalistyczne partnerstwa z wiodącymi uniwersytetami na polach badań materiałów i aplikacji. To z kolei zapewnia naszym klientom dostęp do wiedzy dzięki opracowanym przez nas rozwiązaniom.
  • Ostatecznie nasze innowacje służą naszym klientom, aby Państwa transformatory były lepsze.

Prosimy o kontakt z w sprawie Państwa wymagań i pomysłów. Udostępnimy naszą wiedzę i kreatywność.

Daniel Tschudi,
Marius Marinoiu

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top