Miksi ja mitä muuntajan vikakaasuja tulee mitata?

Transkriptio

1 Miksi ja mitä muuntajan vikakaasuja tulee mitata? Teemu Auronen

2 Muuntajien jatkuvatoiminen mittaus: Miksi nyt? Kehittynyt tiedonsiirto mahdollistaa tehokkaan resurssien valvonnan Tehoreservit vs optimointi 5

3 Muuntajien tyypillisiä ongelmakohtia Odotetun eliniän ylittyminen (keskiarvo. >35 vuotta) Korkea kuormitusaste Tiheä kytkentäsykli Toistuvat vikatilat Tuntematon vikahistoria tai puutteeliset lähtötiedot (FAT) Seisokkien aiheuttamat suorat & epäsuorat kustannukset Uusien muuntajien pitkä toimitusaika Syrjäiset sähköasemat 6

4 Muuntajamittauksen kasvutekijöitä Kasvava sähköntarve = kasvava muuntajamarkkina Suurmuuntajien asennuskannan on ennustettu kasvavan yksiköllä vuoteen 2020 mennessä*. (nykyinen kanta >400,000) Turvallisuus-, saatavuus- ja tehokkuus-säännöstön kehittyminen Esim. EcoDesign direktiivi EUssa (muuntajien häviöiden vähentäminen) Vakuutukset Julkinen kuva Hajautettu sähköntuotanto muuntajien dynaaminen kuorma SmartGrid yms.aloitteet tiedon saanti & tiedon tarve Miehittämättömät sähköasemat automaatioasteen kasvu Muuntajavalmistuksen uudet trendit Materiaalit Optimointi & toleranssit Valmistajat * StatPlan: 'The Global Market for Transformers ' Senja Leivo 7

5 Kunnonvalvonnan tavoitteita Jokaisen käyttäjän tulisi miettiä omia tavoitteitaan kunnonvalvonnan suhteen Miksi ja miten? Tyypillisesti muuntajien kunnonvalvonnan tavoitteina on: Maksimoida sijoituksen tuotto Minimoida käytön aikaiset kustannukset Tyypillisesti huollon optimoinnin tavoitteina on: Pidentää muuntajien elinikää turvallisesti ja hallitusti Estää vikatilanteita syntymästä Muuntajakantaa arvoidessa joudutaan pohtimaan Pidetäänkö ennallaan, huolletaanko vai vaihdetaanko muuntaja Onko meillä omia resursseja ja osaamista vai hankitaanko ne ulkoa Monesti kyse on riskien hallinnasta, riski= todennäköisyys x seuraus Jatkuvatoiminen mittaus on oiva apuväline tuo riskin hallintaan ja mahdollistaa aikaperustaisesta huoltotoiminnasta kuntoperusteiseen huoltotoimintaan siirtymisen 8

6 Miksi muuntaja on kiinnostava komponentti mitata? Teräs, kupari, paperi, öljy, puu + jännite= kemiallinen reaktori 9

7 Muuntajan ikääntymisprosessi Kosteus, lämpötila ja happi ovat muuntajien ikääntymisen merkittävimmät vaikutustekijät Kemialliset reaktiot aiheuttavat: Mekaanista heikkenemistä Eristyskyvyn alenemaa Muuntaja-öljy ei ole ainoastaan eriste, vaan myös hyvä tiedonlähde Muuntaja-öljyn mittaaminen antaa hyvän käsityksen: Öljyn & paperin ikääntymisen tasosta Kehittyvistä sisäisistä vaurioista (DGA) 10

8 Kuinka vikakaasut syntyvät muuntajan sisällä? Kaasut voivat syntyä useasta eri lähteestä 1) Öljymolekyylien hajoamisreaktion seurauksena 2) Paperimolekyylien hajoamisreaktion seurauksena 3) Hajakaasuuntumis-ilmiöiden (Stray gassing) kautta 4) Muiden lähteiden, kuten UV-valon aiheuttamana Intensiiviset viat tuottavat kaasua nopeasti Laajemmalla alueella olevat viat tuottavat enemmän kaasua Vikakaasut esiintyvät joko öljyyn liuenneina tai vapaina kaasuina Kaasuja voidaan mitata joko näytteiden tai jatkuvatoimisen mittauksen avulla

9 Öljyn hajoamisreaktion seurauksena syntyvät kaasut Muuntaöljy koostuu useista hiili- ja vety-atomeista ja niiden sidoksista C-H sidokset rikkoutuvat matalan energian seurauksena Vety C-C sidokset rikkoutuvat korkean energian seurauksena epästabiilit yhdisteet vikakaasut

10 Paperin hajoamisreaktion seurauksena syntyvät kaasut Muuntajan eristeenä oleva paperi valmistetaan selluloosasta Selluloosa pitää sisällään useita ketjutettuja yhdisteitä C-O sidokset rikkoontuvat hyvin alhaisilla lämpötiloilla, n. 100 ºC Korkeammisssa n. 300 ºC lämpötiloissa voidaan nähdä paperin kokonaisvaltaista hiiltymistä Kaasut syntyvät rikkoontuneiden sidosten epästabiilien yhdisteiden kautta

11 Muut kaasujen lähteet Viime-aikaiset tutkimukset ovat paljastaneet tiettyjen passivointi-yhdisteiden aiheuttavan nk. hajakaasuuntumis-ilmiötä tiettyjen öljytyyppien tapauksissa. Hajakaasuuntumis-ilmiö saattaa esiintyä hyvin alhaissa lämpötiloissa (60 ºC) ja voi aiheuttaa epäselvyyttä siinä, onko kyseessä oikea vika vai ei. Kaasuja syntyy myös mm; UV-valon kohdatessa öljyn, esim valolle altistuneed öljynäytekapselit Tiettyjen pintamateriaalien & öljyn vaikutuksesta, esim galvanoidut pinnat Muita muuntajaöljyssä raportoituja liuenneita kaasuja ovat happi ja typpi Ne eivät kuitenkaan ole luokiteltu vikakaasuiksi Ei-raportoitujen kaasujen määrä on suuri

12 Mitä vikakaasuja tulisi mitata? Indikaatio / Vikakaasu CO CO 2 CH 4 C 2 H 6 C 2 H 4 C 2 H 2 H 2 H 2 O Paperin ikääntymien X X X Öljyn hajoaminen X X X X X Vuodot säiliössä, X tiivisteissä jne. Termiset viat, paperi X X X X Termiset viat, öljy X X Jälki C Termiset viat, öljy X X X Jälki C Termiset viat, öljy X X X X >700 C Osittaispurkaukset (PD) X Jälki X Kipinöinti X X X X X 15

13 Kaasujen esiintyminen eri vikatilanteissa Useamman kaasun mittaaminen mahdollistaa vikatyyppien analysoinnin Vikatyypit: PD osittaispurkaukset S hajakaasuuntuminen T1 termiset viat <300 C O hapettuminen C hiiltyminen T2 termiset viat C T3 termiset viat >700 C D1 Matalan energian purkaukset D2 Korkean energian purkaukset Ref. Dr. Duval 16

14 Parametrien tulkinta Standardit IEC IEEE CIGRE Typical concentration values are preferably to be considered as initial guidelines for decision making, when no other experience is available. They shall not be used to ascertain whether or not a fault exists within an equipment. They should be viewed as values above which the rate of gas formation may permit the detection of a probable fault. When typical values are exceeded, the only action recommended in this standard is to increase the frequency of DGA analyses. Asiakkaan oma kokemus Analyysityökalut Kaasujen suhteet Duval

15 Kysymyksiä?