TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE wierzchni celulozy. Należy zaznaczyć, że wszystkie te metody przeznaczone są do zastosowania w miejscu zainstalowania transformatora. Na rysunku 2 pokazano przykładowe zmiany współczynnika strat dielektrycznych tgδ oraz pojemności w funkcji częstotliwości izolacji papierowo-olejowej transformatorów różnym stopniu zawilgocenia. W przypadku badanych jednostek 10.5/115 kV o mocy 75 MVA (TR1, TR2, TR3) oraz 68 MVA (TREZ). wynosiła ona odpowiednio 1,2%, 3,2%, 1,4% oraz 3,1%. Pokazane na rysunku 2 charakterystyki ilustrują ogólną zasadę, że w miarę zwiększania się zawilgocenia celulozy w izolacji papierowo-olejowej ekstremum częstotliwościowej charakterystyki tgδ przesuwa się w stronę wyższych częstotliwości przy jednoczesnym dużym wzrostem pojemności układu. Zawartość wody w izolacji stałej transformatorów w metodzie FDS wyznacza się na drodze matematycznego modelowania charakterystyk tgδ, CGN-DN = f (f ) przy wykorzystaniu uproszczonego schematu X-Y izolacji głównej transformatora (rys.3). Metoda RVM wykorzystuje pomiar wolnozmiennych procesów polaryzacyjnych w dziedzinie czasu oraz rejestrowaniu spektrum polaryzacyjnego napięcia powrotnego UR. Spektrum uzyskuje się na drodze wielokrotnego powtarzania cyklu polaryzacji i depolaryzacji układu, przy czym czas polaryzacji w kolejnym cyklu powinien być coraz dłuższy. W ten sposób powstaje charakterystyka UR = f(tc), z której na podstawie wartości czasu tR, w którym notuje się maksymalną wartość napięcia UR, po uwzględnieniu temperatury pomiaru, określa stopień zawilgocenia izolacji (rys.4). Rejestracja zmian w czasie prądu ładowania i rozładowania pojemności izolacji transformatora jest podstawą metody PDC. W tym sensie metoda ta jest znaczącym rozwinięciem stosowanych przez wiele lat pomiarów współczynnika R60/R15. Analityczne wyznaczenie przewodnictwa stałych elementów układu izolacyjnego (preszpan, papier) na podstawie różnicy prądów ładowania ipol i depolaryzacji idep jest podstawą szacowania ilości wody zgromadzone w preszpanie i papierze (rys.5). Bowiem, jak wykazano w pracy [14], przewodnictwo impregnowanego olejem preszpanu i papieru zależy tylko od dwóch czynników: zawartości wody oraz temperatury. Szczegółowy opis sposobu oszacowania zawilgocenia izolacji papierowo-olejowej z wykorzystaniem
28
Rys. 6. Odpowiedź częstotliwościowa uzwojenia GN transformatora 25 MVA, 115/6.6 kV, zarejestrowana przed (górny wykres) i po (dolny wykres) uszkodzeniu uzwojeń przez prąd zwarcia
charakterystyk PDC podano w monografii „Ocena stanu technicznego i zarządzanie populacją transformatorów”, wyd. Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Energetyki Piekary Śląskie, ISBN 978-83924464-3-9, 2013. Teoretycznie wszystkie trzy metody polaryzacyjne powinny dawać takie same wyniki, jednakże pomiary w dziedzinie czasu i częstotliwości są równoważne tylko w przypadku istnienia równowagi termodynamicznej stężenia wody w oleju i celulozie oraz dla transformatorów bez nadmiernie zaawansowanych procesów starzeniowych. W rzeczywistości takie czynniki jak silna zależność przewodnictwa oleju i zjawisk relaksacyjnych od temperatury, oraz zależność procesów polaryzacji na granicy ośrodków, tj. na granicy preszpanu i oleju, od równowagi termodynamicznej stężenia wody w oleju i papierze powoduje pewne rozbieżności w wynikach uzyskanych z metod RVM, FDS oraz PDC [8, 9]. Obserwacje te potwierdza wykonana przez Energo-Complex analiza dużej populacji pomiarów, która wskazuje, że w niektórych przypadkach otrzymanie poprawnej diagnozy stanu zwilgocenia wymaga jednoczesnego stosowania co najmniej
dwóch metod (np. PDC wraz z FDS) [10]. Z drugiej strony, z punktu widzenia ewentualnej decyzji o zakresie remontu, spotykany rozrzut wyników uzyskanych różnymi metodami nie jest zbyt wielki, bo dla praktyki eksploatacyjnej istotne jest stwierdzenie czy nie przekroczono dopuszczalnej 3% zawartości wilgoci w preszpanie. Wykrywanie odkształceń uzwojeń Na rysunku 6 podano przykład awarii transformatora spowodowanej działaniem zwarciowych sił dynamicznych na uzwojenia, które utraciły dopuszczalne właściwości mechaniczne. Parametry te zapewnia odpowiednie, początkowe sprasowanie konstrukcji uzwojenia. Jednak wskutek wieloletniego termicznego starzenia, celuloza zatraca sprężystość i siła nacisku szczęk prasujących ulega stopniowemu zmniejszeniu. Zaprojektowana przez konstruktora wytrzymałość na siły poosiowe maleje i zwykłe zwarcie w zasilanej przez transformator sieci może spowodować zniszczenie uzwojeń. Niewielkie odkształcenie uzwojeń na ogół nie powoduje natychmiastowego elektrycznego przebicia izolacji, jednakże zmniejszone rozmiary przerw
Tabela 2. Typowe parametry oleju Zestarzony olej ~ 0,2
Nowy olej
Zregenerowany olej
Liczba kwasowa (mg KOH / g)
Parametr
< 0,02
< 0,01
Zawartość wody (mg / kg)
> 10
< 10
< 10
Współczynnik strat tg δ przy 90°C
~ 0.1
< 0,003
< 0,004
Rezystywność przy 90°C (GΩm)
~1
> 100
> 150
URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 8/2018