USZKODZENIA EKSPLOATACYJNE TRANSFORMATORÓW ENERGETYCZNYCH

Podobne dokumenty
ZAGROśENIA EKSPLOATACYJNE TRANSFORMATORA ENERGETYCZNEGO SPOWODOWANE USZKODZENIEM PRZEPUSTU IZOLATOROWEGO

Zagrożenia eksploatacyjne transformatora energetycznego spowodowane uszkodzeniem przepustu izolatorowego

Moduł 3 Lokalizacja uszkodzeń i konserwacja transformatorów

Pomiar pojemności i rezystancji izolacji międzyzwojowej uzwojeń transformatorów determinujące niezawodność

TRANSFORMATORY. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Spis treœci. Spis skrótów Spis oznaczeñ Wstêp... 15

Praktyczne aspekty zastosowania metody FDS w diagnostyce transformatorów. Jerzy Buchacz

Zastosowanie termowizji w diagnostyce ograniczników przepięć

BADANIA WYSOKOCZĘSTOTLIWOŚCIOWE TRANSFORMATORÓW

Uszkodzenia izolatora przepustowego i awaria transformatora

WPŁYW WARUNKÓW EKSPLOATACJI NA NIEZAWODNĄ PRACĘ TRANSFORMATORA BLOKOWEGO

Mobilne Laboratorium Diagnostyczne ENERGOAUDYT

Kompleksowa diagnostyka. stanu technicznego transformatorów

OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

Pomiar pojemności i rezystancji izolacji zwojowej. transformatora. Measurements of a transformer turn-to-turn insulation capacitance and resistance

Rezystancja izolacji przeliczona na 1 km linii większa od MΩ

KIERUNEK STUDIÓW: ELEKTROTECHNIKA NAZWA PRZEDMIOTU: TECHNIKA WYSOKICH NAPIĘĆ. (dzienne: 30h wykład, 30h laboratorium) Semestr: W Ć L P S V 2E 2

SCHEMATY ZASTĘPCZE I DIAGNOSTYKI IZOLATORA PRZEPUSTOWEGO TRANSFORMATORA

Wyznaczenie parametrów schematu zastępczego transformatora

Narażenia transformatorów blokowych pracujących w systemie elektroenergetycznym

ZAKRES BADAŃ I PRÓB EKSPLOATACYJNYCH URZĄDZEŃ SIECI ELEKTROENERGETYCZNEJ ORAZ

ZAKRES POMIARÓW I PRÓB EKSPLOATACYJNYCH URZĄDZEŃ SIECI ELEKTROENERGETYCZNYCH ORAZ TERMINY ICH WYKONANIA.

KARTA AKTUALIZACJI nr 1/2007 Instrukcji Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej Część ogólna

Rezystancja izolacji przeliczona na 1 km linii większa od

DEGRADACJA IZOLACJI UZWOJEŃ MASZYN ELEKTRYCZNYCH POD WPŁYWEM CZASU ICH EKSPLOATACJI

Kondensatory energetyczne średnich napięć

Praktyczne aspekty zastosowania wieloparametrycznej diagnostyki transformatorów wysokiego napięcia

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 269

TrafoGrade. zarządzanie transformatorami

Technika wysokich napięć : podstawy teoretyczne i laboratorium / Barbara Florkowska, Jakub Furgał. Kraków, Spis treści.

przy zaburzeniach piorunowych

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 269

Wykorzystanie wyników badan przedremontowych oraz prób międzyoperacyjnych i odbiorczych do poprawy niezawodności transformatorów

Pytania egzaminu dyplomowego: kierunek Elektrotechnika, Studia Stacjonarne I Stopnia

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 269

transformatora jednofazowego.

ANALIZA USZKODZEŃ SILNIKÓW WYSOKONAPIĘCIOWYCH PRĄDU PRZEMIENNEGO W ELEKTROWNIACH ZAWODOWYCH

WPŁYW MODERNIZACJI WENTYLATORÓW OSIOWYCH NA WZROST MOCY TURBOGENERATORÓW

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 269

Specyfika elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej tową regulacją

POZNAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ACADEMIC JOURNALS No 94 Electrical Engineering DOI /j

Wymagania edukacyjne dla uczniów kl. IV f TE ZS Nr 1 w Olkuszu

LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2018 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Kamera do detekcji wyładowań ulotowych

BADANIE EKSPLOATACYJNE KONDENSATORÓW ENERGETYCZNYCH

DIAGNOZOWANIE TRANSFORMATORÓW WN METODĄ ŁĄCZNĄ POMIARU WYŁADOWAŃ NIEZUPEŁNYCH

Eksploatacja populacji dużych transformatorów. sieciowych. w PSE Operator SA. na przykładzie wybranych zdarzeń. 1. Wstęp. Piotr Mański.

PRACE INśYNIERSKIE STUDIA NIESTACJONARNE Rok akademicki 2011/2012

15. UKŁADY POŁĄCZEŃ PRZEKŁADNIKÓW PRĄDOWYCH I NAPIĘCIOWYCH

Spis treści SPIS TREŚCI

Technika wysokich napięć High Voltage Technology

ZMIANY ODPOWIEDZI DIELEKTRYCZNEJ PRESZPANU SYCONEGO OLEJEM MINERALNYM PO WYMIANIE CIECZY IZOLACYJNEJ NA ESTER SYNTETYCZNY

Spis treści PSE S.A. 2/26

PARAMETRY, WŁAŚCIWOŚCI I FUNKCJE NIEZAWODNOŚCIOWE NAPOWIETRZNYCH LINII DYSTRYBUCYJNYCH 110 KV

Analiza uszkodzeń silników wysokonapięciowych prądu przemiennego w elektrowniach zawodowych

2. Zwarcia w układach elektroenergetycznych... 35

Przesył Energii Elektrycznej i Technika Zabezpieczeniowa

Aparatura niskich, średnich i wysokich napięć

Elektrotechnika II stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

ZJAWISKA W OBWODACH TŁUMIĄCYCH PODCZAS ZAKŁÓCEŃ PRACY TURBOGENERATORA

Układy przekładników napięciowych

Wymagania konieczne ( na ocenę: dopuszczający)

DIAGNOSTYKA I MONITORING URZĄDZEŃ WYSOKIEGO NAPIĘCIA PRACUJĄCYCH W SYSTEMIE ELEKTROENERGETYCZNYM

Kompensacja prądów ziemnozwarciowych

Zasadniczą funkcją wyłącznika różnicowoprądowego jest ochrona przed porażeniem porażeniem prądem elektrycznym. Zadaniem wyłącznika różnicowoprądowego

Analiza zestarzenia izolatorów przepustowych typu OIP za pomocą metody FDS i wyników badań oleju. Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki

ELEKTROWNIE WIATROWE W SYSTEMIE ELEKTROENERGETYCZNYM. MICHAŁ ZEŃCZAK ZUT WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

R E C E N ZJ A. 1. Ogólna charakterystyka rozprawy

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 323

METODY BADAŃ IZOLACJI GŁÓWNEJ MASZYN ELEKTRYCZNYCH DUŻEJ MOCY PRZY WYKORZYSTANIU NAPIĘCIA STAŁEGO

Practical aspects of selected UHV power transformers operation

Planowanie eksploatacji transformatorów z wykorzystaniem systemu TrafoGrade

DŁAWIKI GASZĄCE OLEJOWE

Badanie oleju izolacyjnego

WYJAŚNIENIA TREŚCI SPECYFIKACJI ISTOTNYCH WARUNKÓW ZAMÓWIENIA

Część II SIWZ Opis przedmiotu zamówienia CZĘŚĆ II OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

Oferta badawcza Politechniki Gdańskiej dla przedsiębiorstw

Specjalizujemy się w Średnich Napięciach

I. Podstawowe wiadomości dotyczące maszyn elektrycznych

PRZYPADKI KOMPLEKSOWEJ OCENY STANU TECHNICZNEGO IZOLACJI METODAMI PRĄDU STAŁEGO. Artur Polak BOBRME Komel

ZASTOSOWANIE SYGNAŁU SKUTECZNEJ WARTOŚCI RUCHOMEJ PRĄDU STOJANA W DIAGNOSTYCE SILNIKA INDUKCYJNEGO PODCZAS ROZRUCHU

Spis treści. Oznaczenia Wiadomości ogólne Przebiegi zwarciowe i charakteryzujące je wielkości

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 269

II.1. Transformatory i dławiki

PRACE INŻYNIERSKIE Rok akademicki 2009/2010

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 323

Ćwiczenie 1 Badanie układów przekładników prądowych stosowanych w sieciach trójfazowych

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2017 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Sieci energetyczne pięciu największych operatorów

Podstawy oceny opłacalności modernizacji transformatorów

Spis treści SPIS TREŚCI

TRANSFORMATORY NAPOWIETRZNE W IZOLACJI ŻYWICZNEJ INTRA TYPU VPT do zasilania układów sterowania i napędów rozłączników

Nowe moduły i urządzenia w monitoringu on-line transformatorów mocy

PROBLEMY ŁĄCZENIA KONDENSATORÓW ENERGETYCZNYCH

Badanie wyładowań niezupełnych w transformatorach energetycznych wysokiego napięcia metodami EA, HF i UHF

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 269

Politechnika Opolska

Transkrypt:

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 88/2010 201 Jan Kapinos Politechnika Śląska, Gliwice USZKODZENIA EKSPLOATACYJNE TRANSFORMATORÓW ENERGETYCZNYCH OPERATING DAMAGES OF POWER TRANSFORMERS Abstract: The paper presents main reasons of operating damages of power transformers installed in electric power system. Basing on post-accident test results of the transformers, reasons of operating damages of two groups of transformers are discussed. According to statistic data those transformers show the highest failure rate. It is emphasized that it is necessary to increase the frequency of certain tests in the framework of ongoing control of technical state of the transformer, which in turn will increase its availability in electric power system. 1. Wprowadzenie Transformatory energetyczne stanowią jeden z podstawowych elementów systemu elektroenergetycznego. Niezawodność eksploatacyjna transformatorów energetycznych jest waŝnym czynnikiem wpływającym na pracę systemu elektroenergetycznego. Poprawny stan techniczny transformatorów powinien stanowić przedmiot szczególnej troski ich uŝytkowników. W ostatnim okresie wdroŝono szereg nowych metod diagnostycznych do badań i oceny stanu technicznego transformatorów. Metody te pozwalają na wykrycie zagroŝeń powstałych w trakcie eksploatacji transformatora. Ma to istotne znaczenie dla prognozowania czasu bezawaryjnej pracy transformatora. Stwarza to zarazem moŝliwość ograniczenia skutków ewentualnej awarii transformatora oraz skrócenia czasu i kosztów remontu. Transformatory zainstalowane w krajowym systemie elektroenergetycznym podlegają okresowym badaniom eksploatacyjnym. Badania te mają na celu określenie bieŝącego stanu technicznego i przydatności transformatora do dalszej eksploatacji. Stosowane metody badań diagnostycznych to głównie metody nie wymagające wyłączenia transformatora z systemu elektroenergetycznego np. metoda DGA. Metody te pozwalają na wykrycie uszkodzeń wewnętrznych w transformatorze na etapie ich wczesnego rozwoju. Wyłączenie transformatora z eksploatacji przez automatykę zabezpieczeniową przy nieznanych przyczynach wyłączenia bądź przy moŝliwości wystąpienia uszkodzenia wewnętrznego wymaga przeprowadzenia diagnostycznych badań poawaryjnych. Badania poawaryjne mają głównie na celu określenie zakresu uszkodzenia i moŝliwości naprawy transformatora. W krajowej energetyce pracuje duŝa populacja transformatorów z ponad 30-letnim okresem eksploatacji charakteryzujących się stosunkowo duŝym zagroŝeniem awaryjnym, a główne przyczyny ich uszkodzeń to: - zwarcia zwojowe w uzwojeniach w wyniku procesu zestarzenia izolacji zwojowej, - zwarcia blach w obwodzie magnetycznym, - uszkodzenia przepustów izolatorowych i ich połączeń elastycznych z wyprowadzeniem fazowym uzwojenia, - uszkodzenie podobciąŝeniowego przełącznika zaczepów, - obniŝenie parametrów eksploatacyjnych oleju np. w wyniku zawilgocenia. Transformatory te wymagają stałego nadzoru eksploatacyjnego oraz kontroli bieŝącego stanu technicznego. W jednostkach tych wyprodukowanych zgodnie z ówczesną technologią występują głównie problemy eksploatacyjne związane z zawilgoceniem i zestarzeniem izolacji olejowej. W trakcie eksploatacji transformatora następuje naturalny proces starzeniowy izolacji, który w efekcie prowadzi do obniŝenia wytrzymałości elektrycznej układu izolacyjnego i podwyŝszenia poziomu wyładowań niezupełnych. W diagnostyce układu izolacyjnego transformatora energetycznego zasadniczą rolę odgrywają metody bazujące na pomiarach wyładowań niezupełnych (WNZ) oraz analizie chromatograficznej gazów rozpuszczonych w oleju (DGA). Transformatory nowe bądź poddane modernizacji charakteryzują się duŝym wykorzystaniem materiałów elektromagnetycznie czynnych. Ze względu na zastosowanie nowych materiałów i rozwiązań konstrukcyjnych występują zagroŝenia eksploatacyjne innego rodzaju. Typowe zagroŝenia w tych transformatorach to wolnorozwijające się uszkodzenia wewnętrzne wywołane prze-

202 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 88/2010 grzaniami oraz wyładowaniami elektrycznymi, głównie wyładowaniami niezupełnymi. Główne przyczyny uszkodzeń transformatorów nowych i zmodernizowanych to: - zwarcia zwojowe w uzwojeniach w wyniku nagłej degradacji izolacji zwojowej, - wystąpienie wyładowań zupełnych i niezupełnych w kadzi transformatora. Statystyka awarii transformatorów zainstalowanych w krajowym systemie elektroenergetycznym pozwala stwierdzić, Ŝe w ostatnim 10-leciu najczęściej awarii ulegały: - transformatory blokowe, - transformatory sieciowe z długoletnim okresem eksploatacji. W artykule przedstawiono główne przyczyny uszkodzeń eksploatacyjnych tych transformatorów oraz omówiono wybrane typowe przypadki ich awarii. 2. Badania eksploatacyjne i poawaryjne Zakres eksploatacyjnych badań okresowych transformatora obejmuje: a) badania podstawowe - analiza chromatograficzna gazów rozpuszczonych w oleju (metoda DGA), - badanie właściwości próbek oleju pobranych z pracującego transformatora, b) badania specjalistyczne - badania termowizyjne rozkładu temperatur kadzi, - analiza wibroakustyczna dla potrzeb oceny stanu rdzenia, - pomiar stopnia zestarzenia izolacji papierowej (pomiar napięcia powrotnego RVM), - pomiar intensywności wyładowań niezupełnych (PD) metodą akustyczną, - badanie zawartości związków furanu rozpuszczonych w oleju, - badanie podobciąŝeniowego przełącznika zaczepów, - badanie stanu mechanicznego uzwojeń metodą SFRA (Sweet Frequency Response Analysis). Metoda DGA umoŝliwia wykrycie większości wolnorozwijających się uszkodzeń w transformatorze, które nie powodują jeszcze zasadniczych zakłóceń w pracy transformatora. Identyfikacja rodzaju uszkodzenia w transformatorze odbywa się przy zastosowaniu kryteriów stosunków stęŝeń gazów charakterystycznych rozpuszczonych w oleju. Stosunkom stęŝeń gazów charakterystycznych przypisuje się odpowiednie kody cyfrowe, które są następnie wykorzystywane do określenia rodzaju uszkodzenia. Dla celów oceny stanu technicznego transformatora korzysta się dodatkowo z ustalonych na drodze statystycznej dopuszczalnych wartości poszczególnych składników gazów rozpuszczonych w oleju. Stopień zagroŝenia awarią transformatora kwalifikuje się po rozpoznaniu rodzaju uszkodzenia na podstawie sumy gazów palnych i dynamiki ich przyrostu. Badanie próbek oleju transformatora obejmuje wyznaczenie wskaźników dielektrycznych i fizykochemicznych oleju oraz zawartości rozpuszczonej wody. Określenie zawartości wody w oleju pozwala na ocenę zawilgocenia izolacji papierowej. Dokładniejszą ocenę stopnia zawilgocenia izolacji papierowej moŝna uzyskać poprzez pomiar napięcia powrotnego (metoda RVM). Dla oceny stopnia zestarzenia oleju transformatora i prognozowania dalszej jego pracy wykonuje się dodatkowe badania oleju: - wyznaczenie wskaźnika polarności oleju p = ε n oraz napięcia powierzchniowego oleju σ, które określają stopień zestarzenia oleju, - oznaczenie zawartości jonów metali, mających wpływ na wartość współczynnika strat dielektrycznych oleju tgδ, - analiza spektrometryczna w podczerwieni, umoŝliwiająca poznanie struktury oleju oraz wykrycie zmian zestarzeniowych. WaŜnym zagadnieniem dla transformatorów o długim okresie eksploatacji jest ocena stopnia wykorzystania izolacji papierowej. Ocenę stopnia zestarzenia izolacji papierowej przeprowadza się obecnie w oparciu o badania związków furanu w oleju transformatora. Furany są rozpuszczalnymi w oleju produktami degradacji cieplnej i hydrolitycznej celulozy powstającymi w wyniku rozkładu izolacji papierowej. Oznaczeniu podlega pięć pochodnych furanu. Największe znaczenie dla celów diagnostyki ma 2-furfural (2FAL), przy czym o stopniu zestarzenia izolacji papierowej decyduje jego ilość oraz szybkość narastania w oleju. Tabela 1 zawiera zestawienie rodzajów zagroŝeń dla transformatora i metody ich wykrywania.

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 88/2010 203 Tabela 1. Rodzaj zagroŝenia transformatora Wolnorozwijające się uszkodzenie wewnętrzne spowodowane wyładowaniem niezupełnym lub zupełnym przegrzaniem Zestarzenie izolacji Zawilgocenie izolacji olejowopapierowej olejowej papierowej Metody wykrywania zagroŝeń Analiza chromatograficzna gazów rozpuszczonych w oleju (DGA) Oznaczenie zawartości wody rozpuszczonej w oleju. Pomiar napięć powrotnych (RVM) Analiza zawartości związków furanu rozpuszczonych w oleju. Oznaczenie stopnia polimeryzacji DP próbek papieru W transformatorach sieciowych istotnym elementem ograniczającym pewność ruchową jest stan techniczny podobciąŝeniowego przełącznika zaczepów. Przeglądy wewnętrzne przełączników, ich zakres oraz częstość określa zwykle instrukcja fabryczna. Określenie stanu technicznego przełącznika pod względem elektrycznym i mechanicznym wymaga badań procesu przełączania, sprawdzenia niejednoczesności otwarcia styków oraz badań przebiegu momentu napędowego przełącznika. Badanie stanu mechanicznego uzwojeń metodą SFRA zwaną inaczej metodą odpowiedzi częstotliwościowej polega na wykorzystaniu zaleŝności między odkształceniami uzwojeń transformatora a zmianami ich parametrów elektrycznych. Metoda bazuje na pomiarze impedancji lub admitancji uzwojeń transformatora w szerokim zakresie częstotliwości i porównaniu wyników pomiarów z pomiarami na modelu odniesienia. Modelem odniesienia dla badanego uzwojenia mogą być uzwojenia na sąsiednich kolumnach lub uzwojenia nowych transformatorów bliźniaczych. Metoda SFRA jest przydatna przy wykrywaniu odkształceń mechanicznych uzwojeń spowodowanych przepływem prądu zwarciowego. Mechanicznym odkształceniom uzwojeń towarzyszą zmiany parametrów skupionych reprezentujących dane uzwojenie, a mianowicie lokalne zmiany pojemności i indukcyjności. Zmiany tych parametrów powodują zmianę funkcji przejścia (odpowiedzi częstotliwościowej) uzwojeń transformatora. Otrzymane wyniki badań są przydatne jeśli moŝna je porównać z wynikami uzyskanymi wcześniej. Występujące w czasie eksploatacji transformatora zakłócenia typu zwarciowego są czynnikiem powodującym odkształcenia uzwojeń, a zarazem powodują zmianę przebiegu funkcji przejścia dla danego uzwojenia. Tym samym moŝna ocenić stan odkształceń uzwojeń transformatora po upływie określonego czasu eksploatacji. Zakres poawaryjnych badań transformatora zwykle obejmuje: - oględziny zewnętrzne, - pomiar prądów magnesujących, - pomiar rezystancji izolacji, - pomiar rezystancji uzwojeń, - sprawdzenie zabezpieczenia gazowoprzepływowego, - sprawdzenie działania podobciąŝeniowego przełącznika zaczepów, - badanie właściwości oleju, - analiza składu gazów rozpuszczonych w oleju (analiza DGA), 3. Uszkodzenia transformatorów blokowych Przeprowadzona modernizacja zainstalowanych w krajowym systemie bloków energetycznych o mocy 200 MW i podwyŝszenie mocy znamionowej turbogeneratorów do 230 MW wymagała równieŝ podwyŝszenia mocy znamionowej współpracującego transformatora blokowego do mocy 270 MVA. Transformatory blokowe zostały poddane modernizacji przy wprowadzeniu obecnych rozwiązań konstrukcyjnych i zastosowaniu nowych materiałów izolacyjnych. Zmodernizowane transformatory blokowe charakteryzują się duŝym wykorzystaniem materiałów elektromagnetycznie czynnych oraz zintensyfikowanym układem chłodzenia uzwojeń - układ chłodzenia z tzw. podsterowaniem. W ostatnich latach doszło do kilku powaŝnych awarii zmodernizowanych transformatorów blokowych po stosunkowo krótkim okresie ich eksploatacji. Typowe uszkodzenia w tych transformatorach to uszkodzenia wewnętrzne wywołane wystąpieniem zwarć zwojowych, w wyniku lokalnego obniŝenia się wytrzymałości elektrycznej izolacji (Rys.1 i Rys.2). Analiza przebiegu awarii kilku zmodernizowanych transformatorów blokowych pozwoliła stwierdzić, Ŝe bezpośrednią przyczyną ich awarii było obniŝenie wytrzymałości elektrycznej izolacji wskutek wystąpienia wyładowań niezupełnych (WNZ) bądź wewnętrznych przepięć łącze-

204 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 88/2010 niowych. Na wystąpienie wyładowań niezupełnych w układzie izolacyjnym zmodernizowanych transformatorów blokowych wpływ miały przede wszystkim następujące czynniki: - wtrąciny typu gazowego zawarte w oleju transformatorowym, - niewłaściwy stan wysuszenia, odgazowania i zaimpregnowania papieru izolacyjnego. Obydwa przedstawione czynniki powodują powiększenie nierównomierności rozkładu natęŝenia pola elektrycznego, co prowadzi do powstania WNZ. Układ izolacyjny transformatora energetycznego jest układem o izolacji olejowej z przegrodami izolacyjnymi i stałej izolacji zwojowej oraz głównej uzwojeń. Izolację olejową stanowi mineralny olej izolacyjny o małej lepkości, który współpracuje z izolacją stałą tworzy tzw. przestrzeń międzyelektrodową. Obecność w układzie izolacyjnym typu papierowo-olejowego minimalnych ilości wilgoci i powietrza bądź innych wtrącin gazowych prowadzi do powstania WNZ, szczególnie w pęcherzykach gazowych. W pęcherzyku gazowym znajdującym w oleju umieszczonym w polu elektrycznym, występuje stosunkowo duŝe natęŝenie pola elektrycznego. MoŜe to doprowadzić do jonizacji pęcherzyka i wystąpienia WNZ juŝ przy napięciu zdecydowanie niŝszym od napięcia znamionowego. Zintensyfikowany układ chłodzenia uzwojeń z tzw podsterowaniem oraz ukształtowanie konstrukcyjne tzw. kierownicy oleju w zmodernizowanych transformatorach blokowych sprzyja pozostaniu pęcherzyka gazowego pomimo przeprowadzenia obróbki oleju. Występowanie lokalnych WNZ w obszarach gazowych bezpośrednio w otoczeniu izolacji stałej (dielektryk stały) moŝe doprowadzić do jej przebicia elektrycznego na skutek wyładowań typu powierzchniowego. Rozwój WNZ typu wyładowań powierzchniowych uwarunkowany jest strukturą dielektryka stałego, rodzajem obcych wtrącin gazowych bądź stałych znajdujących się w otoczeniu lub w samym dielektryku. Wykonawcy modernizacji transformatorów blokowych, podwyŝszając ich moc znamionową, zmuszeni byli dokonać zmian konstrukcyjnych w uzwojeniach oraz w układzie izolacyjnym. Związane z tym zmiany w rozkładzie natęŝenia pola elektrycznego spowodowały, Ŝe układ izolacyjny zmodernizowanych transformatorów blokowych stał się bardziej podatny na wystąpienie WNZ i szybkie obniŝenie Ŝywotności w porównaniu z układem izolacyjnym transformatorów fabrycznych. Rys.1. Zwarcie zwojowe w cewce 220 kv strony GN transformatora blokowego Rys.2.Uszkodzona cewka 220 kv strony GN transformatora blokowego Wewnętrzne przepięcia łączeniowe mogą być przyczyną uszkodzenia izolacji zwojowej transformatora energetycznego. W jednej z krajowych elektrowni na bloku energetycznym 230 MW doszło do awarii dwóch nowych zmodernizowanych transformatorów blokowych w odstępie 11-tu miesięcy. Analiza przebiegu tych awarii potwierdziła, Ŝe przyczyną awarii było wystąpienie zwarć zwojowych w uzwojeniu pierwotnym 220 kv transformatorów. Zwarcia te zostały spowodowane lokalnym obniŝeniem wytrzymałości elektrycznej izolacji zwojowej, w wyniku występowania wewnę-

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 88/2010 205 trznych przepięć łączeniowych. Taką moŝliwość wystąpienia przepięć stwarzał układ wyprowadzenia mocy bloku energetycznego oraz procedura odłączenia nieobciąŝonej linii napowietrznej wyprowadzenia mocy 220 kv wraz z transformatorem blokowym i transformatorem potrzeb własnych bloku. Przeprowadzone komputerowe obliczenia symulacyjne [4] wykazały, Ŝe w trakcie włączenia nieobciąŝonego transformatora blokowego wraz z linią przesyłową 220 kv i transformatorem potrzeb własnych bloku do systemu elektroenergetycznego, na zaciskach uzwojeń strony pierwotnej 220 kv transformatora blokowego moŝe wystąpić przepięcie (Rys. 3) o wartości ok. 1,9 U N1. Przeprowadzone pomiary na bloku energetycznym potwierdziły występowanie wewnętrznych przepięć łączeniowych na uzwojeniach transformatora blokowego. - zwarcia zwojowe w uzwojeniach w wyniku procesu zestarzenia izolacji zwojowej, - uszkodzenia przepustów izolatorowych i ich połączeń elastycznych z wyprowadzeniem fazowym uzwojenia, - uszkodzenie podobciąŝeniowego przełącznika zaczepów, - zwarcia blach w obwodzie magnetycznym, - obniŝenie parametrów eksploatacyjnych oleju np. w wyniku zawilgocenia. W ostatnim okresie w krajowym systemie elektroenergetycznym doszło do kilku awarii transformatorów sieciowych spowodowanych uszkodzeniem przepustów izolatorowych. Awaria transformatora sieciowego o mocy 250 MVA i napięciu znamionowym 400/110 kv została spowodowane przebiciem doziemnym w części kondensatorowej izolatora przepustowego fazy B strony 400 kv. Rys.3. Obliczeniowe napięcia na zaciskach uzwojeń fazowych strony pierwotnej 220 kv transformatora blokowego w trakcie procedury włączenia do systemu elektroenergetycznego 4. Uszkodzenia transformatorów sieciowych W krajowej energetyce pracuje duŝa populacja transformatorów sieciowych z długoletnim okresem eksploatacji. Ta grupa transformatorów charakteryzuje się stosunkowo duŝym zagroŝeniem awaryjnym. W jednostkach tych występują głównie problemy eksploatacyjne związane z zawilgoceniem, zestarzeniem izolacji oraz stanem technicznym przepustów izolatorowych. Statystyka awarii transformatorów sieciowych zainstalowanych w krajowym systemie elektroenergetycznym pozwala stwierdzić, Ŝe główne przyczyny ich uszkodzeń to: Rys.4. PoŜar transformatora w wyniku eksplozji przepustu izolatorowego strony 400 kv W początkowym okresie awarii poŝar transformatora (rys. 4) był wynikiem zapalenia się wyciekającego oleju z konserwatora przełącznika zaczepów poprzez uszkodzony szklany olejowskaz, który został rozbity przez kawałek porcelany z eksplodującego przepustu izolatorowego. W trakcie rozwoju poŝaru nastąpiło dalsze rozszczelnienie kadzi i wypływ oleju poprzez uszkodzone chłodnice, w wyniku uszkodzenia rurek i kolektorów chłodnic. Bardzo duŝy zakres uszkodzeń transformatora sieciowego w wyniku powstałej awarii został spowodowany głównie rozległym i długotrwałym poŝarem (rys. 5 i rys. 6). Uszkodzony przepust izolatorowy strony 400 kv

206 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 88/2010 transformatora 250 MVA miał bardzo długi okres eksploatacji. NaleŜy podkreślić, Ŝe analogiczna eksplozja przepustu izolatorowego fazy A strony 400 kv tego samego transformatora kilka lat temu skutkowała tylko rozerwaniem głowicy przepustu. przepustowych pozostałych faz strony 220 kv i 110 kv oraz uszkodzenia osprzętu i lokalnego opalenia powierzchni kadzi autotransformatora. Zakres uszkodzeń był stosunkowo nieduŝy, poniewaŝ szybka interwencja straŝy poŝarnej pozwoliła na ugaszenie poŝaru. Rys.5. Uszkodzone w wyniku eksplozji i poŝaru przepusty izolatorowe strony 400 kv transformatora Rys.6. Stanowisko pracy transformatora po eksplozji przepustu izolatorowego strony 400 kv i poŝarze transformatora Na rysunku 6 przedstawiono uszkodzenia autotransformatora 160 MVA wywołane eksplozją przepustu izolatorowego strony 220 kv fazy L2 i powstaniem poŝaru na powierzchni kadzi od palącego się oleju. Porcelanowe elementy eksplodującego izolatora przepustowego doprowadziły do uszkodzeń mechanicznych porcelany izolatorów Rys.7. Uszkodzony w wyniku eksplozji przepustu izolatorowego strony 220 kv autotransformator 160 MVA W świetle przedstawionych zdarzeń i faktu długotrwałego okresu eksploatacji przepustów izolatorowych zabudowanych w transformatorach sieciowych, celowym jest zwiększenie częstości badań izolatorów przepustowych oraz poszerzenie zakresu ich badań np. o pomiary termowizyjne, analizę próbki oleju pobranego z przepustu izolatorowego, spektroskopię dielektryczną w dziedzinie częstotliwości (FDS). Odpowiednie zalecenia i procedury są na etapie opracowania przez Energopomiar- Elektryka Sp. z o.o. Gliwice [1]. PSE Operator S.A. eksploatujący duŝą populację transformatorów w systemie elektroenergetycznym prowadzi we współpracy z krajową jednostką badawczą prace nad wprowadzeniem nowych metod diagnostycznych przydatnych dla oceny stanu technicznego izolatorów przepustowych oraz wypracowania wiarygodnych kryteriów ich oceny [2]. Mając na uwadze potencjalne katastrofalne skutki uszkodzenia izolatora przepustowego w osłonie porcelanowej napełnionego olejem PSE Operator S.A. zaczyna instalować w transformatorach sieciowych przepusty izolatorowe suche w osłonie kompozytowej, tj. ze szkła epoksydowego pokrytego gumą silikonową (tzw.drytype, inaczej ERIP). Przepusty te nie stwarzają

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 88/2010 207 duŝego zagroŝenia poŝarowego ze względu na brak oleju, a poza tym są znacznie lŝejsze od przepustów porcelanowych. 5. Podsumowanie Transformator duŝej mocy stanowi waŝny i kosztowny element systemu elektroenergetycznego. Kontrola stanu technicznego transformatora prowadzi do wzrostu jego dyspozycyjności w systemie elektroenergetycznym. Ma to szczególne znaczenie w chwili obecnej, gdy mechanizmy gospodarki wolnorynkowej dąŝą często do wydłuŝenia czasu eksploatacji zainstalowanych transformatorów. Przedstawione przykłady uszkodzeń transformatorów blokowych i sieciowych pozwalają podkreślić rolę i znaczenie badań oraz procedur diagnostycznych w utrzymaniu dobrego stanu technicznego i wysokiej dyspozycyjności transformatorów. Literatura [1] Buchacz J., Szymański Zb., Warczyński P.: Wybrane metody diagnostyki stanu technicznego izolatorów przepustowych z izolacją papierowo-olejową. Konferencja Naukowo-Techniczna Zarządzanie Eksploatacją Transformatorów, Wisła-Jawornik, ss. 143-156, 2010. [2] Figura M., Mański P.: Izolatory przepustowe duŝych transformatorów sieciowych. Doświadczenia eksploatacyjne oraz ich wpływ na zarządzanie populacją izolatorów. Konferencja Naukowo-Techniczna Zarządzanie Eksploatacją Transformatorów, Wisła- Jawornik, ss. 105-120, 2010. [3] Kapinos J.: Evaluation of technical condition of power transformer. XII International Symposium on Electric Machinery in Prague. ISEM 2004. [4] Kapinos J.: Diagnostics of operation damages of power transformers. XIV International Symposium on Electric Machinery in Prague. ISEM 2006. [5] Olech W., Pawłowski D.: Diagnostyka techniczna w zarządzaniu eksploatacją transformatorów wykazujących usterki i uszkodzenia. Materiały Konferencyjne XIV Konferencja Energetyki, Zamek KsiąŜ 2005. [6] Praca zbiorowa: Ramowa Instrukcja Eksploatacji Transformatorów. Energopomiar - Elektryka, Gliwice, 2001. [7] Rıdel W., Wılm G.: Chromatografia gazowa. PWN Warszawa, 1992. [8] Zakrzewski K.: Transformatory największych mocy i napięć - problematyka technologiczna i badawcza. Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne, Nr 83/2009, ss. 1-13, BOBRME Komel. Autor Dr inŝ. Jan Kapinos e-mail: jan.kapinos@polsl.pl Politechnika Śląska, Instytut Elektrotechniki i Informatyki, Zakład Maszyn Elektrycznych i InŜynierii Elektrycznej w Transporcie, ul. Akademicka 10a, 44-100 Gliwice, tel.: 32-237-14-47 Recenzent Prof. dr hab. inŝ. Kazimierz Zakrzewski