Aktuální vydání

celé číslo

08

2019

MSV 2019 v Brně

celé číslo

On-line monitorování výkonových transformátorů – nový přístup ke zlepšování spolehlivosti provozu

číslo 12/2004

On-line monitorování výkonových transformátorů
– nový přístup ke zlepšování spolehlivosti provozu

Jedním z nejdůležitějších prvků elektrické rozvodné sítě je výkonový transformátor. Jeho funkcí je transformovat napětí na požadovanou hodnotu potřebnou k přenosu výkonu. Je tedy významným článkem spojení mezi výrobcem a spotřebitelem elektrické energie. Porucha transformátoru může způsobit výpadek dodávky elektrické energie v určité oblasti zahrnující např. osídlené aglomerace i průmyslové zóny. Obr. 1. Přerušení dodávky elektrické energie vede k nemalým finančním ztrátám nejen distribučních společností, ale v důsledku zastavení výrobního procesu také velkoodběratelů v průmyslu. Proto je nutné takovýmto situacím předcházet pravidelnou kontrolou a údržbou transformátorů.

Porucha vznikající v transformátoru se může podle druhu vyvíjet pomalu nebo rychle. Proto je nutné sledovat provoz transformátoru v reálném čase. Je totiž zapotřebí vědět, co se uvnitř něho děje. Protože izolačním a zároveň chladicím médiem je transformátorový olej, který se při vzniku poruchy a jejím vývoji rozkládá, je nejjednodušší sledovat právě toto médium. K tomuto účelu byly firmou GE Energy Services na základě dlouholetých zkušeností zkonstruovány přístroje Hydran (obr. 1).

Přístroje Hydran jsou monitorovací zařízení, která včas varují obsluhu transformovny před rozvíjející se poruchou, která by mohla směřovat k mnohem rozsáhlejšímu poškození, včetně neplánovaného odstavení transformátoru. Upozorňují personál na nutnost kontroly nebo nápravné činnosti.

Obr. 2.

Hydran M2 měří koncentraci vodíku a oxidu uhelnatého jako kompozitní hodnotu a navíc monitoruje přítomnost vody v oleji. Současné sledování koncentrací H2 a CO je velmi důležité – vodík je první plyn, který se uvolňuje při nadměrném namáhání transformátorového oleje, oxid uhelnatý zase vzniká při degradaci papírové izolace (obr. 2). Je tedy možné velmi dobře sledovat procesy uvnitř transformátoru. K měření koncentrace obou plynů se používá pouze jeden ventil (obr. 3). Přístroj je instalován bez další olejové hadice a nepoužívá žádné pumpy nebo jiné pohyblivé části. To přispívá k jeho maximální spolehlivosti. Koloběh oleje je zajišťován pasivní cirkulací vlivem pulsování jeho teploty.

Hydran M2 je vlastně kombinací dvou přístrojů – inteligentního monitoru poruch, který čte hodnoty koncentrace plynů, jež se tvoří při poruše transformátoru (v ppm), a senzoru vlhkosti oleje pro vyhodnocení podmínek stavu nebezpečí, jako je např. dosažení teploty, při níž se začínají tvořit bubliny. Přístroj také vyhodnocuje informace o rychlosti stárnutí izolace. Hydran M2 má čtyři volitelné vstupy (nebo výstupy) 4 až 20 mA pro možnost připojení dalších senzorů, např. pro měření povrchové teploty oleje, zátěžného proudu nebo teploty přepínače odboček. Obr. 3. Použití volitelných analogových vstupů umožňuje zabezpečit základní sledování transformátoru a rovněž i realizovat celistvý miniaturní monitorovací systém výkonového transformátoru za příznivou cenu. Hydran M2 je možné bez problémů zařadit i do rozsáhlých monitorovacích systémů, takže se snadno může stát jejich základem pro pozdější rozšíření.

Hydran M2 se používá pro nepřetržité on-line sledování elektrických zařízení plněných olejem. Senzor i systém se samy kontrolují a diagnostikují, přístroj je tedy zcela nezávislý a nevyžaduje přenosný počítač. Data lze přenášet lokálně do připojeného počítače nebo dálkově pomocí modemu a telefonní linky. Přístroj též umožňuje aktivaci signálů pomocí binárních výstupů a zasílání výstražných hlášení do nadřazených systémů. Úroveň jednotlivých výstrah je plně uživatelsky definovatelná.

Instalace přístrojů Hydran na samotný transformátor je velmi jednoduchá a rychlá, řídí se pouze několika pokyny danými výrobcem. Přístroj je možné bez problémů nainstalovat i na starší typy transformátorů bez nutnosti jejich úprav, a to i za provozu, přičemž doba potřebná k instalaci a uvedení do provozu se počítá řádově v desítkách minut. Obr. 4. Přístroje lze v rámci celé rozvodné stanice vzájemně propojit síťovým komunikačním rozhraním RS-485 a kontrolovat tak několik jednotek z řídicího střediska. Další již zmiňovanou alternativou je komunikace prostřednictvím modemu nebo lokálně pomocí RS-232 a přenos dat z vestavěné paměti přístroje. Kapacita paměti umožňuje zaznamenávat hodnoty v období až několika měsíců, takže není třeba stahovat data v krátkých intervalech, ale např. pouze jednou měsíčně, přičemž při dosažení nebo překročení nastavených limitů je obsluha informována pomocí binárních výstupů nebo zasláním varování v digitální podobě.

Příkladem z praxe může být použití přístroje Hydran M2 v uhelné elektrárně na odbočkovém transformátoru vlastní spotřeby výkonu 16 MV·A. Přístroj byl firmou TMV SS, spol. s r. o., instalován 9. 1. 2004 a demontován 13. 2. 2004. Obecně se musejí přístroje Hydran montovat horizontálně, a jestliže transformátor obsahuje oběhové čerpadlo oleje, musí být umístěn až za tímto čerpadlem (pro zajištění kladného přetlaku na senzoru). Doporučené umístění je na zpětném potrubí z chladiče. Na analogové vstupy zařízení Hydran M2 byly připojeny dva senzory teploty s výstupem 4 až 20 mA magneticky upevněné na nádobě a na přepínači odboček, které měřily povrchovou teplotu přepínače, resp. nádoby. Komunikace s přístrojem Hydran M2 byla zajištěna pomocí modemu a telefonní linky. Toto řešení umožňovalo spravovat přístroj na dálku, stahovat data a nastavovat jeho parametry. V průběhu měření vykazoval transformátor neustálý nárůst koncentrace plynů v oleji (obr. 4). Obr. 5. Výsledky plynování byly současně potvrzovány odběry vzorků pro chromatografii. Závěr obou metod byl jednoznačný: vývoj plynů obsažených v oleji neustále roste, tzn. že transformátor má poruchu.

Monitorovací systém Hydran M2 také dokáže zaznamenávat 24hodinový trend vývoje plynů v oleji (v ppm/24 h). Graf na obr. 5 ukazuje zpožděnou reakci 24hodinového trendu nárůstu plynů za oteplením stroje. Při zvýšení teploty nádoby docházelo ke špičkovému zvětšení koncentrace plynů v oleji transformátoru (viz šipky).

Závěrem bychom chtěli podotknout, že tyto systémy v žádném případě nenahrazují chromatografii, ale včas varují a ukazují stav a chování transformátoru mezi jednotlivými odběry vzorků. Tento přístup umožňuje velmi včasnou detekci rozvíjející se poruchy a přípravu nápravných opatření ještě před samotným vznikem poruchy.

Bc. David Kuboš,
Ing.Václav Straka,
TMV SS, spol. s r. o.

TMV SS spol. s r. o.
Studánková 395
149 00 Praha 4
tel.: 272 942 720
fax: +420-272 942 722
e-mail: info@tmvss.cz
http://www.tmvss.cz

Inzerce zpět