GORAN MARTINOVIĆ*, PREDRAG MIJAJLOVIĆ I SAVJETOVANJE CG KO CIGRE STK A2 TRANSFORMATORI R A2-08 EFIKASNOST KONVENCIONALNIH ELEKTRIČNIH METODA U PROCJENI STANJA ENERGETSKOG TRANSFORMATORA GORAN MARTINOVIĆ*, PREDRAG MIJAJLOVIĆ ELEKTROPRENOS PODGORICA CRNA GORA

U V O D Uslovi za pouzdan, ekonomičan i dugotrajan rad ETR su: Precizno i ispravno definisanje zahtjeva u tenderskoj dokumentaciji Provjera kvaliteta gotovog ETR Ispitivanja nakon transporta, tokom montaže i prije stavljanja pod napon Provjera faktičkog stanja tokom eksploatacije

DIJAGNOSTIKA Neophodnost dijagnostike faktičkog stanja ETR proizlazi iz činjenice da je tokom eksploatacije ETR je izložen procesima starenja pod uticajem niza normalnih i vanrednih pogonskih naprezanja: električnih, termičkih, hemijskih i mehaničkih. To zakonomjereno rezultira smanjenjem stepena njegove pogonske pouzdanosti. Stari i ETR izloženi „stresnim“ situacijama (čestim kratkim spojevima, preopterećenju, popravkama na terenu) predmet su posebne pažnje. Procjenu stanja zahtijevaju i sljedeće situacije: incidenti u sistemu, promjena mjesta pogona, kontrola u toku i nakon sanacije kvara i kontrola u slučajevima revitalizacije, regeneracije i sušenja sistema izolacije

Osnovni sistemi ETR: magnetni (magnetno kolo i njegova izolacija, stezni sitemi i uzemljenje), električni (namotaji, izvodi, veze, regulator napona, sistem učvrstćenja namotaja, provodni izolatori) i unutrašnje izolacije koji obezbjeđuju ispunjenje njegovih vitalnih funkcija: prenošenje elektromagnetne energije, obezbjeđenje električne čvrstoće izolacije, mehaničke čvrstoće namotaja i integriteta strujnih kola Dijagnostika - čije su osnovne komponente: mjerne metode, procedure, ekspertska i iskustvena znanja - predstavlja periodično i blagovremeno određivanje stanja ETR. Pouzdanost dijagnostičkih metoda determinisana je stepenom korelacije između stvarnog stanja i mjerenog parametra koji to stanje oslikava. “Tačkasta ” ocjena stanja , trend analiza,baza podataka, komparativna analiza

Dijagnostička vjerodostojnost profilaktičkih ispitivanja podrazumijeva: odgovoran pristup tehnici i metodologiji mjerenja, pripremu objekata za ispitivanje, uzimanje u obzir faktora koji utiču na rezultate i na kraju, kvalifikovanu analizu i interpretaciju dobijenih rezultata. Ni jedna od postojećih dijagnostičkih metoda, pa ni konvencionalne električne metode, ne obuhvataju sve aspekte problema obezbjeđenja pogonske pouzdanosti energetskog transformatora, odnosno - bez analitičkog „ukrštanja“ sa rezultatima dobijenim drugim kontrolama - nijesu u stanju da detektuju sve rizike koji dovode do havarije.

KONVENCIONALNE ELEKTRIČNE METODE U Elektroprenosu se, za praćenje stanja ETR, primjenjuje standardni opseg dijagnostičkih metoda: konvencionalne električne metode; ispitivanja ulja (DG analiza, FH analiza, furani i vlaga u ulju – koje za potrebe Prenos-a radi Institut „Nikola Tesla“ - Beograd); termovizijska i ultrazvučna kontrola ETR u sklopu termovizijske kontrole postrojenja. Prenos raspolaže mjernom opremom za sljedeće dijagnostičke metode: mjerenja struja magnećenja (400 V); mjerenje jednosmjernom strujom omskih otpora namotaja; mjerenje induktivnosti usljed rasipanja; mjerenje prenosnog odnosa; mjerenje otpora izolacije i koeficijenta dielektrične absorpcije; mjerenje tg δ i kapaciteta izolacionog sistema provodnih izolatora; mjerenje tg δ i kapaciteta izolacionog sistema ETR; termovizijska i ultrazvučna kontrola.

Mjerenje otpora namotaja jednosmjernom strujom Jedan od osnovnih zahtjeva u pogledu kvaliteta električne energije je održavanje konstantnog napona koji se isporučuje potrošaču Nekvalitetni spojevi u namotaju: Loši varovi Slabo presovanje Loše mehaničke veze Nekvalitetna kontaktna mjesta: smanjenja kontaktnog pritiska usljed zamora materijala opruge, mehaničko oštećenje kontaktnih površina, vibracija i hemijske reakcije Značajno povećan broj kontakata i spojnih mjesta i dodatni problemi za obezbjeđenje mehaničke izdržljivosti usljed djelovanja sila pri kratkim spojevima smanjuju pogonsku pouzdanost ETR

Za interpretaciju rezultata mjerenja koristi se upoređenje sa: referentnim rezultatima, prethodnim mjerenjima, među fazama i razlika promjene otpora u smjeru na više i na niže na RS. Kriterijum za procjenu stanja je razlika među fazama < 2%. Otpor namotaja predstavlja dijagnostički parametar visoke vrijednosti, jer omogućava detekciju neispravnosti u ranoj fazi.

SN namotaj Opis t (OC) Struja Namotaj a-n Namotaj b-n Namotaj c-n (A) R (m) Prije intervencije Poslije intervencije 40 20 135.28 125.20 134.39 124.38 149.73 125.96 SN namotaj Opis t (OC) Struja Namotaj a-n Namotaj b-n Namotaj c-n (A) R (m) Prije intervencije Poslije intervencije 20 6.142 6.138 6.135 8.651 6.243

Mjerenje induktivnosti usljed rasipanja Jedan od dominantnih uzroka degradacije podužne izolacije je deformacija namotaja nastala usljed njegove nedovoljne dinamičke stabilnosti. Pod uticajem radnih (magnetostrikcija magnetnog kola) i povremenih mehaničkih naprezanja (dinamičkih – impulsnih izazvanih djelovanjem struja kratkih spojeva i prelaznim režimima prilikom uključenja transformatora u prazan hod), a tokom vremena i zbog promjene dimenzija izolacije, relaksacije napona u steznom sistemu i zamora materijala, dolazi do slabljenja početnih steznih sila namotaja.

Iskustvo upućuje da je više od 90% mehaničkih deformacija vezano za radijalnu deformaciju unutrašnjih namotaja. Deformacija namotaja uzrokuje promjenu prečnika namotaja, a samim tim i promjenu kanala fluksa usljed rasipanja. Kao pouzdan dijagnostički parametar za promjenu prvobitne geometrije namotaja u radijalnom pravcu koristi se relativna promjena induktivnosti usljed rasipanja Kriterijumi za ocjenu stanja deformacije namotaja su: povećanje induktivnosti usljed rasipanja u odnosu na početne vrijednosti ne smije biti >3%; razlika induktivnosti usljed rasipanja među fazama na srednjem i krajnjim položajima RS ne smije biti >3%; povećanje induktivnosti usljed rasipanja u odnosu na fabričku vrijednost dobijenu iz ogleda KS, ne smije biti veća od 5%.

Relacija Ispitivanja Pozicija regulacione preklopke Struja mjerenja ( A ) FAZA Induktivnost rasipanja L (mH) 110/35 kV, 10 MVA 110/35 kV, 63 MVA VN - SN 1 A 553 91.20 93.38 B 555 96.99 92.25 C 556 90.63 96.45 11 404 64.05 65.01 68.55 65.04 405 63.75 68.44 21 285 42.72 44.33 290 46.12 43.76 293 42.97 46.22 SN - NN - mA 17,9 mB 17,4 mC 17,2 VN - NN 581 580 579

Mjerenje tg δ i kapaciteta izolacionog sistema provodnih izolatora Provodni izolatori obezbjeđuju vezu između namotaja ETR i postrojenja, dakle, njihova uloga je dvostruka: konduktivna i dielektrična Promjena kapaciteta C1 upućuje na promjenu geometrije (proboj među elementarnim kondenzatorima), a povećanje tg δ1 na povećane gubitke u izolacionom sistemu PI (najčešće posljedica kontaminacije vlagom i produktima starenja) Kriterijumi za ocjenu stanja izolacionog sistema PI su: tan δ1 < 1.5 tan δ1ref – stanje zadovoljavajuće; 1.5 tan δ1ref ≤ tan δ1 <2.5 tan δ1ref – nedovoljno pouzdan; tan δ1 > 2.5 tan δ1ref – provodni izolator je neispravan; za 110 kV - dozvoljena promjena kapaciteta C1 do 5%; za 220 kV - dozvoljena promjena kapaciteta C1 do 3%; za 400 kV - dozvoljena promjena kapaciteta C1 do 2%.

Energetski transformator Faza 110 kV C (pF) tg δ (%) Primjer Energetski transformator Faza 110 kV C (pF) tg δ (%) 1. 110/35 kV, 20 MVA, fab.br.334171/1990 A 179.3 0.79 B 179.5 0.53 C 189.7 3.74 N 179.1 0.29 2. 110/35 kV, 63 MVA, fab.br.338018/1977 147.2 1.32 148.3 0.65 146.5 0.35 146.4 0.36 3. 110/35 kV, 63 MVA, fab.br.338023/1979 147.4 148.7 1.27 0.34 148.1 4. 110/10 kV, 31.5MVA, fab.br.65860/1988 (mjerenje u fazi A nestabilno-most se loše balansira) 1.382 0.69 153.55 0.44 155.12 0.46 154.12 0.45 5. 110 kV višestruki provodni izolator (u rezervi) C1 C2 tan δ1 tan δ2 282.3 4928 1.1 2.18

Mjerenje tg δ, C, otpora izolacije i koeficijenta dielektrične absorpcije izolacionog sistema Premda se, po definiciji, unutrašnja izolacija (glavna i podužna) ne svrstava u aktivni dio ETR, nesumnjivo je jedan od njegovih najbitnijih djelova Osnova glavne izolacije ETR uljno-barijernog tipa je ulje koje ispunjava izolacioni prostor i omogućava dobro hlađenje aktivnog dijela (konvekcijom ili prinudnim kretanjem). Mehanička čvrstoća konstrukcije i poboljšanje njenih izolacionih karakteristika obezbjeđuje se složenim aranžmanom čvrstih materijala na bazi celuloze.

Uljno-papirni izolacioni sistem je tokom eksploatacije izložen starenju: složenom elektrohemijskom procesu koji dovodi do degradacije dielektričkih osobina čitavog sistema i slabljenja mehaničkih osobina čvrste izolacije. Glavni mehanizmi procesa starenja su: za ulje – oksidacija, a za celuloznu izolaciju: oksidacija, piroliza i hidroliza. Procesi starenja se intenziviraju rastom temperature i povećanjem sadržaja vlage, čija raspodjela u izolacionom sistemu tokom eksploatacije nije uniformna. Koncentracija vlage - mada postoji konstantna težnja za uspostavljanjem ravnotežnog stanja između ulja i čvrste izolacije u kojoj je dominantno akumulirana (najviše u „debelim“ strukturama, potom u barijerama i nešto manje u papirnoj izolaciji namotaja) – najveća je u hladnim zonama i zonama sa visokim gradijentom električnog polja. Produkti starenja ulja, čestice različitog porijekla i povećan nivo vlage u ulju i njihovo deponovanje na i u čvrstoj izolaciji stvaraju preduslove za pojavu parcijalnih pražnjenja

Osnovni zadatak dijagnostike izolacionog sistema jeste da blagovremeno – dok su neispravnosti još reverzibilne – ukaže na neophodnost preduzimanja aktivnosti na njegovoj sanaciji. Preventivnim kontrolama električnim metodama na terenu obuhvata se isključivo praćenje stanja glavne izolacije. Kako Riso i tgδ , kao integralne karakteristike, daju informaciju o prosječnom stanju ukupne izolacije podvrgnute mjerenju, mjerenje parametara koji karakterisu stanje izolacije obavljamo po zonama. Za autotransformatore pet zona (dvije osnovne i tri kontrolne), a za ostale transformatore osam zona (tri osnovne i pet kontrolnih)

U dijagnostičkom smislu najinteresantnije su relacije mjerenja: VN-M (SN+NN), koja, bez obzira na kompleksan izolacioni aranžman namotaja VN - gornja i donja potporna izolacija, izolacija čela namotaja prema jarmu, barijera prema kotlu, VN provodni izolatori, potporna izolacija izvoda namotaja i veza, izolacija regulatora napona itd. – zbog njihovih malih kapaciteta dominantno determiniše stanje izolacionog ulja, VN-SN (NN+M) i SN-NN (VN+M), koje omogućavaju procjenu stanja barijerne izolacije, NN-M (VN+SN), osjetljiva na kontaminacije i lokalnu koncentraciju vlage. Stanje izolacionog sistema transformatora je zabrinjavajuće ako su vrijednosti dijagnostičkih parametara: tgδ > 1% Promjena C Riso < 600 M (u relacijama ispitivanja: svaki namotaj pojedinačno prema svim ostalim međusobno spojenim i uzemljenim), Rad < 1.1; u slučajevima kada je konstatovana značajna promjena parametra u odnosu na prethodno mjerenje.

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 23.05.1997. 28.06.1999. 16.05.2000. 13.06.2001. 14.05.2.004. Period ispitivanja VN-M (SN+NN) VN-SN (NN+M) SN-NN (VN+M) SN-M (VN+NN) NN-M (VN+SN)

Otpor izolacije Period ispitivanja 03. 08. 2007. 06. 08. 2007. Relacija ispitivanja Otpor izolacije Riso20/Riso20 (%) Period ispitivanja 03. 08. 2007. 06. 08. 2007. Riso (35C) (M) Riso (20C) Rad (60”/30”) Riso (23.5C) VN - SN (NN+M) 242 447 1,01 719 612 1,05 27.0 SN - NN (VN+M) 116 213 0,86 386 328 1,07 35.1 VN - M (SN+NN) 523 962 1,00 1320 1123 1,02 14.3 SN – M (VN+NN) 954 1753 1,04 2768 2355 25.6 NN - M (VN+SN) 105 194 1,10 321 273 1,08 28.9 VN - M+SN+NN 164 302 458 390 22.6 SN - M+VN+NN 71 130 222 189 31.2 NN - M+VN+SN 53 96 172 146 1,06 34.2 Relacija ispitivanja Otpor izolacije tgδ20/tgδ20 (%) Period ispitivanja 03. 08. 2007. 06. 08. 2007. C (pF) tg (35C) tg (20C) tg (23.5C) VN - SN (NN+M) 4406 1.39 0.92 4393 0,75 0.68 35.3 SN - NN (VN+M) 8949 1.66 1.10 8903 0,92 0.84 30.9 VN - M (SN+NN) 2416 1.33 0.88 2405 0,76 0.69 27.5 SN – M (VN+NN) 1020 2.50 1011 1,34 1.22 36.1 NN - M (VN+SN) 10870 1.77 1.17 10800 0,90 0.82 42.7 VN - M+SN+NN 6899 6875 33.3 SN - M+VN+NN 14370 1.64 1.09 14310 32.9 NN - M+VN+SN 19890 1.73 1.15 19780 0,91 0.83 38.6

Otpor izolacije i faktor dielektričnih gubitaka Relacija ispitivanja Otpor izolacije i faktor dielektričnih gubitaka Period ispitivanja 06.08.2008. 29.12.2008. 10.01.2009. 19.01.2009. tg 20C (%) Riso 20C (M) VN - SN (NN+M) 0.18 0.55 0.59 0.50 10497 5034 7253 12047 SN - NN (VN+M) 0.63 0.52 6077 2970 5319 7160 VN - M (SN+NN) 0.22 0.53 0.54 0.49 17541 11982 20308 20457 SN – M (VN+NN) 0.38 0.85 0.81 0.80 29420 9767 25627 33527 NN - M (VN+SN) 0.26 4.10 0.79 0.58 6768 9 5560 VN - M+SN+NN 0.19 6630 3574 6382 7785 SN - M+VN+NN 0.61 3203 1510 2853 3864 NN - M+VN+SN 0.21 4.49 0.71 2885 8 2611 3466 Relacija ispitivanja VN-M (SN+M) Ispitni napon 5 kV Ispitivanje Prije uključenja u pogon Nakon ispada iz pogona Nakon propiranja RS Preventivno ispitivanje Nakon zamjene teretnog dijela RS Period ispitivanja 27.01.2000. 03.03.2000. 05.03.2000. 15.07.2000. 13.09.2000. Riso 20C (M) 60000 155 1100 655 17000 Rad 1.42 1 1.64

Mjerenje otpora izolacije magnetnog kola Oštećenje izolacije uzemljenih djelova konstrukcije magnetnog kola dovodi do formiranja kratkospojenih kontura koje su spregnute sa osnovnim ili rasutim magnetnim fluksom, što rezultira lokalnim pregrijavanjima i degradacijom izolacije praćenom generisanjem gasova kvara. Svi metalni djelovi unutar transformatorskog suda koji ne pripadaju energetskim električnim kolima moraju biti uzemljeni. Koriste se različite šeme ali uzemljenje mora biti izvedeno samo u jednoj tački. Nažalost, ovo rješenje nije, čak ni na svim novim ETR primijenjeno na korektan način.

Mjerenja struja magnećenja pri sniženom naponu Na osnovu mjerenja struja magnećenja pri sniženom naponu 400 V AC može se, u načelu, otkriti značajno narušavanje simetrije magnetnog kola, slabljenje njegovog učvršćenja ili oštećenje izolacije među limovima, kao i međuzavojni kratki spojevi i prekidi namotaja Za interpretaciju rezultata mjerenja koriste se zakonitosti u odnosima intenziteta struja magnećenja među fazama u srednjoj i krajnjim pozicijama regulacione sklopke

Mjerenje prenosnog odnosa transformatora Ovo mjerenje nije neophodno prilikom redovnih preventivnih ispitivanja, mada ovaj parametar ima visoku dijagnostičku vrijednost. Uobičajeno je da se ono koristi kada postoji sumnja u involviranost regulacone preklopke u kvar na ETR.

ZAKLJUČAK Dijagnostičke kontrole ETR korišćenjem konvencionalnih električnih metoda iziskuju njegovo višesatno isključenje. Remećenje pogona i pojava niza novih metoda za on-line praćenje i procjenu stanja ETR uslovili su neopravdano zapostavljanje konvencionalnih električnih metoda. U cilju reafirmacije konvencionalnih električnih metoda, kroz brojne primjere iz realnog pogona, pokazana je visoka dijagnostička vrijednost mjerenih parametra, što uz pouzdanu i obimnu bazu podataka omogućava analizu njihovog trenda, komaparaciju sa trendovima drugih ETR istog tipa i praćenjem eksploatacione istorije - obezbjeđuje pouzadanu kvalifikaciju faktičkog stanja ETR.

Megaommetar “LEM NORMA UNILAP ISO 5 kV” - Most za mjerenje tgd i C tip 2816/5284U-TETTEX CURENT BOOSTER – tip 5286 – TETEX Uredjaj za mjerenje otpora namotaja visokom strujom 2291- TETTEX - Univerzalni instrument “VOLTCRAFT VC 220“ -Differential PD-probe LDP-5 - TermaCAM E25 - FLIR systems