PRODUENJE IVOTNOG VIJEKA ENERGETSKIH TRANSFORMATORA HEMIJSKOM REGENERACIJOM ULJA

PRODUŽENJE ŽIVOTNOG VIJEKA ENERGETSKIH TRANSFORMATORA HEMIJSKOM REGENERACIJOM ULJA I SUŠENJEM I ISPIRANJEM ČVRSTE IZOLACIJE R. Đukanović, EPCG HE „Perućica“, Nikšić J. Lukić, Elektrotehnički institut “N. Tesla”, Beograd CRNA GORA

STARENJE IZOLCAIJE I METODE DIJAGNOSTIKE • Izolacioni sistem transformatora • Proces prirodnog starenja i degradacije izolacionog • sistema Metode ispitivanja izolacionog sistema - mjerenje otpora izolacije i indeksa polarizacije - mjerenje ugla gubitaka - ispitivanje ulja gasnohromatografskom analizom sadržaja gasova - ispitivanje fizičkih, hemijskih i električnih osobina ulja

Tabela I: Rezultati mjerenja otpora izolacije, indeksa polarizacije i ugla gubitaka Godina ispitivanja Mjerni spoj R 60 (MΏ) (sv. na 20 ˚C) Indeks polarizacije tg δ % (sv. na 20 ˚C) 1988 VN – NN VN – M NN – M 7488 7200 2752 1, 72 1, 15 1, 47 0, 23 0, 32 0, 19 1992 VN – NN VN – M NN – M 2160 2484 1485 1, 33 1, 48 1994 VN – NN VN – M NN – M 2800 3300 1800 1, 17 1, 32 1, 33 0, 09 0, 17 0, 05 1998 VN – NN VN – M NN – M 6650 5950 2800 1, 9 1, 2 1, 3 0, 29 0, 26 0, 33 2000 VN – NN VN – M NN – M 3250 4500 1200 1, 18 1, 2 1, 11 2002 VN – NN VN – M NN – M 2700 3150 1800 1, 2 1, 16 1, 25 2004 VN – NN VN – M NN – M 2610 3420 1656 1, 11 1, 17 2006 VN – NN VN – M NN – M 2540 3200 1440 1, 15 1, 11 1, 16 0, 32 0, 38 0, 45 0, 52 0, 42 0, 56

Tabela II: Rezultati gasnohromatografske analize sadržaja gasova u ulju Godina Ispitiv. Uk. gas ml/l vodonik H 2 ppm metan CH 4 ppm acetilen C 2 H 2 ppm etilen C 2 H 4 ppm etan C 2 H 6 ppm uglj. m. CO ppm uglj. d. CO 2 ppm kiseon. O 2 ppm IEC Inter. 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 93, 4 64, 5 90, 1 87, 6 93, 9 86, 5 89, 9 94, 0 85, 6 91, 0 69, 0 61, 0 93, 5 102, 2 81, 6 76, 8 59, 9 71, 8 70, 5 96, 9 149 74 37 41 61 51 73 100 89 103 110 105 73 98 141 118 107 234 166 163 11 13 4 4 6 5 7 6 7 5 9 5 6 6 8 6 3 32 10 6 0 0 0 0 0 5 2 5 0 2 1 1 0 0 4 2 2 1 0 4 3 2 7 3 4 10 5 26 1 2 2 3 1 6 9 7 3 5 3 7 6 3 27 9 7 414 464 167 188 269 1080 286 327 318 462 409 247 261 260 430 275 150 756 296 409 3558 2010 1355 1437 1884 1895 3022 4001 3650 5212 4095 3079 3175 3970 3814 2815 1699 6827 3576 4575 21228 22325 25526 20935 22549 22255 25029 19028 21055 20956 22954 13760 17176 23024 17109 17594 13258 13095 13663 20746 A A A A A B A A

Tabela III. Interpretacija analize gasova rastvorenih u transformatorskom ulju Odnosi karakterističnih gasova Šifra kombinacije odnosa < 0, 1 – 1 1– 3 >3 Slučaj C 2 H 2/ C 2 H 4 CH 4/ H 2 C 2 H 4/ C 2 H 6 0 1 1 2 1 0 2 2 0 0 1 2 Karakterističan kvar CO 2/ CO Koristi se u slučaju intezivnog razaranja celuloze > 10 razaranje celuloze < 3 oštećenje celuloze električnim kvarom Tipični primjeri iz prakse 0 Nema kvara 0 0 0 Normalno starenje izolacije 1 Parcijalna pražnjenja energije male gustine 0 1 0 Pražnjenje u gasnim šupljinama nastalim usled nepotpune impregnacije ili visoke vlage 2 Parcijalna pražnjenja energije velike gustine 1 1 0 Kao gore, sa težnjom stvaranja provodnih staza ili rupa u čvrstoj izolaciji 3 Pražnjenje male energije 1→ 2 0 1→ 2 4 Pražnjenja velike gustine energije 1 0 2 Snažna pražnjenja. Lučni proboj ulja između navojaka ili namotaja, ili namotaja i zemlje 5 Termički kvar pri nižim temperat. do 150 °C 0 0 1 Uopšteno pregrijavanje izolovanih provodnika 6 Termički kvar u opsegu temper. 150 -300 °C 0 2 0 7 Termički kvar u opsegu srednjih temp. 300 -700 °C 0 2 1 8 Termički kvar visoke temper. preko 700 °C 0 2 2 Kontinualno varničenje u ulju između loših spojeva različitih potencijala Lokalno pregrijavanje jezgra zbog koncentracija fluksa. Povećanje temperature toplih mjesta, pojava malih toplih mjesta u jezgru, kratki spojevi u jezgru, pregrijavanje bakra usled vrtložnih struja, loših spojeva i kontakata

Tabela IV: Rezultati fizičkih, hemijskih i električnih osobina ulja God. ispit. Diel. čvrst. k. V/cm Inhib. oksid. % Neutr. broj mg/g Površ. napon m. N/m Faktor d. gub. 10 -³ Spec. el. otp. GΏm Tačka palj. ˚C 2001 >250 nema 0, 13 17 18, 2 11, 8 146 2003 2004 Voda ppm 2 FAL ppm Grupa kvalit. III 24 >300 nema 0, 13 20 19, 6 8, 7 III 2005 0, 59 III 2006 284 nema 0, 16 18 23, 1 8, 9 152 29 0, 68

Tabela V. Opisni prikaz ulja po grupama kvaliteta Grupa Stanje Vlažnost I Dobro, zadovoljava za dalju upotrebu Suvo ulje sa visokim probojnim naponom odnosno dobrom dielektričnom čvrstoćom i niskim sadržajem vlage Novo ulje ili umjereno ostarelo pod pogonskim uslovima Vlažno ulje sa niskim probojnim naponom, odnosno dielektričnom čvrstoćom ispod granične vrijednosti za odgovarajući naponski nivo. Posle sušenja i filtriranja ulje je i dalje upotrebljivo Novo ulje ili umjereno ostarelo pod pogonskim uslovima II Ne zadovoljava za dalju upotrebu u postojećem stanju Ostarelo ulje, ali još uvijek upotrebljivo Suvo ulje sa visokim probojnim naponom odnosno dobrom dielektričnom čvrstoćom, ili je ovlaženo ulje ali je dielektrična čvrstoća iznad graničnih vrijednosti definisanih za odgovarajući naponski nivo Znatno ostarelo ulje pod pogonskim uslovima, ali vrijednosti većine karakteristika ulja su iznad (ili ispod, zavisno od karakteristike koja se ispituje) graničnih vrijednosti Ne zadovoljava za dalju upotrebu Probojni napon, odnosno dielektrična čvrstoća ulja je ispod graničnih vrijednosti za odgovarajući naponski nivo, ili jako ovlaženo ulje sa niskom dielektričnom čvrstoćom Jako ostarelo ulje sa vrijednostima većine karakteristika ispod (iznad) graničnih vrijednosti. Ulje obično nije za upotrebu, već se predlaže njegova zamjena novim uljem III IV Ostarelost

OCJENA OPŠTEG STANJA, PROCJENA ŽIVOTNOG VIJEKA I PREDLOG MJERA ZA NJEGOVO PRODUŽENJE • • • Vrijednosti izolacionih otpora se smanjuju Vrijednosti indeksa polarizacije su snižene Vrijednosti ugla gubitaka se povećavaju Ulje se svrstava u treću grupu kvaliteta zbog: - povećanog kisjelinskog broja - povećanog sadržaja vode - povećanog priraštaja furana - sniženog međupovršinskog napona Na osnovu rezultata svih ispitivanja zaključilo se da je opšte stanje transformatora nezadovoljavajuće, zbog ubrzanog procesa degradacije čvrste izolacije i dosta velike ovlaženosti ulja, pa je odlučeno da se pristupi jednoj od metoda revitalizacije transformatora

PROCES HEMIJSKE REGENERACIJE ULJA I ISPIRANJA I SUŠENJA ČVRSTE IZOLACIJE • Tehnologija INT – NFHT (INT – Nitrogen Flow High • • Temperature) Optimizacija procesnih uslova u laboratoriji Proces se odvijao u tri ciklusa koji su obuhvatali: - Zagrijavanje transformatora i ulja cirkulacijom između mašine i trafo suda na prvu radnu temperaturu T 1 - Ispuštanje ukupne količine ulja protokom 3000 lit. /h i upuštanje suvog, zagrijanog azota istim protokom - Izvođenje prvog ciklusa regeneracije ulja u cistijerni korišćenjem 7% adsorbenta, a za to vrijeme produvavanje zagrijanog azota preko namotaja, odozdo na gore na temperaturi T 1 definisanim protokom i vremenom produvavanja, što predstavlja „I ciklus sušenja namotaja zagrijanim azotom”

PROCES HEMIJSKE REGENERACIJE ULJA I ISPIRANJA I SUŠENJA ČVRSTE IZOLACIJE - Djelimično regenerisano ulje se suši do sadržaja vode od ≤ 5 ppm i vrijednosti dielektrične čvrstoće od 280 – 300 k. V/cm. Sadržaj čestica u ulju se mjeri na kraju procesa regeneracije, sušenja i filtriranja u cistijerni, prije upuštanja ulja u transformator - Punjenje transformatora osušenim, djelimično regenerisanim uljem protokom 6000 lit. /h odozdo do nivoa oko 50 cm ispod nivoa gornje prirubnice i zagrijavanje i ispiranje aktivnog dijela na temperaturi ulja T 2 - Kada se dostigne temperatura aktivnog dijela, tj. izlazna temperatura ulja T 2 upušta se zagrijani azot definisanim protokom u gornjoj zoni preko površine ulja određeno vrijeme - Sledeća dva ciklusa su urađena na isti način, samo sa većim radnim temperaturama ulja i azota

PROCES HEMIJSKE REGENERACIJE ULJA I ISPIRANJA I SUŠENJA ČVRSTE IZOLACIJE • On-line kontrolisanje procesa • - stalnim mjerenjem sadržaja vode u ulju i relativnog stepena zasićenja - posle svakog ciklusa regeneracije i sušenja ulja, mjerenjem dielektrične čvrstoće i sadržaja čestica u ulju Efikasnost i tehnološko-ekonomska opravdanost primijenjenog postupka se ocjenjuje: - upoređivanjem karakteristika ulja prema IEC 60422 prije i poslije hemijske regeneracije (tabela VI) - upoređivanjem električnih karakteristika izolacije prije i poslije primijenjenog postupka (tabela VII) što je prikazano u sledećim dvjema tabelama

Tabela VI: Karakteristike ulja prije i poslije revitalizacije transformatora Karakteristike ulja Prije regeneracije Poslije regener. IEC 60422 0. 14 0. 008 ≤ 0. 03 70 75 ≥ 60 Faktor dielektričnih gubitaka-tgδ, ‰ 23. 5 2. 94 ≤ 15 Specifična električna otpornost-ρ, GΩm 9. 5 109 ≥ 60 Međupovršinski napon-σ, m. N/m 23 37 ≥ 35 Antioksidant ulja-DBPC, % < 0. 04 0. 34 - Aminski inhibitor-TTA, ppm - 32 - Indukcioni period-IP, h (IEC 61125 B) - 190 ≥ 120 Čestice (ISO 4406) - 14/11 15/12 Sadržaj vode, ppm 27 5 20 - 8 10 (na 20 °C) Kisjelinski broj-Nb, mg. KOH/g Električni proboj, k. V Sadržaj vode, ppm – nakon 8 mjeseci

Tabela VII: Električne karakteristike izolacionog sistema prije i poslije revitalizacije transformatora Godina ispitivanja Mjerna sprega R 60 (MΏ) (sv. na 20 ˚C) Indeks polarizacije tg δ % (sv. na 20˚C) 2007 prije regeneracije VN – NN VN – M NN – M 2380 8190 1372 1. 04 1. 02 0. 50 0. 43 0. 54 2007 poslije regeneracije VN – NN VN – M NN – M 15200 50500 7000 1. 32 1. 44 1. 20 0. 32 0. 34

ZAKLJUČAK • U transformatoru je uvijek prisutno prirodno starenje • • • izolacije u uslovima normalne eksploatacije Za dug i pouzdan rad transformatora neophodno je uredno preventivno održavanje i ispitivanje Stepen ostarelosti i degradacije izolacionog sistema i procjena preostalog životnog vijeka transformatora može se uspješno procijeniti analizom i upoređivanjem rezultata preventivnog ispitivanja Životni vijek energetskih transformatora može se znatno produžiti primjenom procesa regeneracije i sušenja ulja i sušenja i ispiranja čvste izolacije, ukoliko se primijene na vrijeme i u skladu sa procijenjenim stanjem njegovog izolacionog sistema

ZAKLJUČAK • Navedeni proces revitalizacije predmetnog • • transformatora se pokazao veoma uspješnim u tehnološkom i isplativim u ekonomskom pogledu, što potvrđuju rezultati ispitivanja izolacionog sistema na terenu i karakteristika ulja u hemijskoj laboratoriji nakon završenog procesa Vidjeli smo da se ulje nalazi u klasi kvaliteta novih ulja, a otpori izolacije, indeksi polarizacije i faktori dielektričnih gubitaka su znatno poboljšani, što nam govori o visokom stepenu revitalizacije izolacionog sistema Sa zadovoljstvom se može konstatovati da je prethodno opisani proces revitalizacije dao veoma dobre rezultate, da je značajno usporen proces degradacije izolacionog sistema i da smo opet dobili zadovoljavajuće opšte stanje transformatora, pouzdanost u radu i produžen životni vijek

HVALA NA PAŽNJI