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:
- 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
Recommended for you
