Wykrycie po 23 latach eksploatacji ukrytej usterki połączeń w uzwojeniu transformatora 32 MVA zwiększającego napięcie generatora
Po ponad dwóch dekadach eksploatacji w transformatorze zwiększającym napięcie generatora 32 MVA w dużym przedsiębiorstwie energetycznym w Ameryce Północnej zadziałał przekaźnik Buchholza, co sygnalizowało gromadzenie się gazu wewnątrz transformatora.
Analiza gazów rozpuszczonych przeprowadzona dwa tygodnie później potwierdziła nieprawidłowe stany w oleju transformatorowym. Znacznie wzrosły poziomy wodoru, osiągając wartość 1000 ppm, zwiększyło się również stężenie metanu i tlenku węgla. Wzorzec gazów wskazywał na usterkę obejmującą zarówno aktywność wyładowania elektrycznego, jak i miejscowe przegrzanie wewnątrz transformatora.
Takie sytuacje stanowią dobrze znane wyzwanie dla inżynierów odpowiedzialnych za ocenę stanu transformatora. Systemy monitorowania mogą dostarczyć jasnych dowodów na to, że w transformatorze rozwija się usterka, ale często nie ujawniają lokalizacji lub powagi problemu. Zanim maszyna bezpiecznie powróci do eksploatacji, inżynierowie muszą ustalić, czy usterka postępuje, a jeśli tak, zidentyfikować część transformatora wymagającą naprawy.
Aby zrozumieć źródło nieprawidłowego stanu, przedsiębiorstwo energetyczne przeprowadziło serię badań diagnostycznych elektrycznych transformatorów mocy.
Badanie diagnostyczne układów elektrycznych
W trakcie badania przeprowadzono trzy badania układów elektrycznych:
- pomiary współczynnika zwojów (TTR),
- pomiar rezystancji uzwojeń (WR),
- pomiar impedancji zwarciowej (SCI).
Każdy z tych pomiarów ocenia inny aspekt stanu transformatora. Interpretowane razem zapewniają wgląd w integralność elektryczną uzwojeń, stan połączeń wewnętrznych oraz strukturę mechaniczną transformatora.
Pomiary przeprowadzono przy użyciu systemu do badania transformatorów TAU3, który umożliwia inżynierom wykonywanie wielu badań diagnostycznych transformatora przy użyciu jednej platformy oraz porównywanie wyników podczas tego samego badania.
Wyniki pomiarów współczynnika zwojów we wszystkich trzech fazach mieściły się w dopuszczalnych granicach, co oznaczało, że zależność elektryczna między uzwojeniami pozostawała prawidłowa.
Pomiary rezystancji uzwojeń wykazały odmienny stan.
Po stronie wysokiego napięcia wartości rezystancji były dobrze wyważone, wykazując jedynie 0,17-procentową różnicę pomiędzy fazami. Jednak po stronie niskiego napięcia pomiary wykazały nierównowagę rezystancji pomiędzy uzwojeniami X1 i X2 na poziomie 5,39 procenta.
Chociaż w pewnych okolicznościach wytyczne IEEE dopuszczają różnice zbliżające się do pięciu procent, doświadczeni inżynierowie zazwyczaj oczekują, że różnice rezystancji pomiędzy fazami będą bliższe dwóm procentom, gdy pomiary są wykonywane w tej samej temperaturze.
Wyniki wskazują, że nieprawidłowy stan był prawdopodobnie związany z połączeniami uzwojenia niskiego napięcia.
Pomiary impedancji zwarciowej potwierdziły ten wniosek. Pomiary impedancji również wykazały nieprawidłowe wyniki, co wzmocniło przekonanie, że w transformatorze występowała usterka mechaniczna lub związana z połączeniem.
Na tym etapie dochodzenia dane dotyczące monitorowania i wyniki pomiarów elektrycznych wskazywały na rozwijający się problem wewnątrz transformatora, ale potwierdzenie wymagało kontroli wnętrza.
Kontrola wnętrza i przyczyna źródłowa
Aby sprawdzić przyczynę nieprawidłowych wyników pomiarów, spuszczono olej transformatorowy i sprawdzono aktywną część transformatora.
Przyczyna problemu stała się natychmiast widoczna.
Złącze zaciskowe łączące uzwojenie X1 z izolatorem przepustowym X1 nie zostało prawidłowo zamocowane na etapie produkcji. Połączenie można było rozdzielić ręką, a ponadto wykazywało ono wyraźne oznaki przegrzewania i pogarszania się stanu oleju.
Luźne połączenie zwiększało rezystancję w obwodzie uzwojenia. Powstające w ten sposób ciepło powodowało wzrost poziomu gazów, wykryty podczas analizy gazów rozpuszczonych, jak również asymetrię faz, wykrytą podczas pomiarów rezystancji uzwojenia.
Usunięto uszkodzone odcinki przewodu i zamontowano elementy zamienne. W związku z tym, że część uzwojenia została uszkodzona przez przegrzanie, podczas naprawy konieczne było zastosowanie dłuższego odcinka przewodu.
Interpretacja wyników diagnostycznych
Badanie to podkreśla znaczenie interpretacji danych z monitoringu i wyników pomiarów transformatora elektrycznego podczas oceny stanu transformatora.
Analiza gazów rozpuszczonych stanowiła pierwszą wskazówkę, że w transformatorze występują nieprawidłowe stany. Pomiary elektryczne pozwoliły zidentyfikować prawdopodobne źródło problemu, wskazując na znaczący brak równowagi w rezystancji uzwojenia niskiego napięcia.
Dzięki skorelowaniu wyników różnych pomiarów diagnostycznych inżynierowie ustalili, że usterka była spowodowana problemem z połączeniem w uzwojeniu transformatora, a nie szerszą usterką izolacji.
Wnioski z badania usterek transformatora
Z tego dochodzenia wyciągnięto kilka praktycznych wniosków.
Systemy monitorowania, takie jak przekaźniki Buchholza i analiza rozpuszczonego gazu, zapewniają przydatne, wczesne ostrzeganie o postępujących zmianach we wnętrzu. Jednak systemy te zazwyczaj sygnalizują obecność usterki, ale nie określają dokładnie miejsca występowania.
Badania elektryczne, takie jak pomiary rezystancji uzwojenia, pozostają jednym z najskuteczniejszych narzędzi diagnostycznych do identyfikacji problemów z połączeniem lub usterek mechanicznych w uzwojeniach transformatora. Nawet stosunkowo niewielka nierównowaga rezystancji może sygnalizować rozwijające się problemy, które mogą jeszcze nie być możliwe do wykrycia przy użyciu innych metod diagnostycznych.
Ponadto przeprowadzenie różnych dodatkowych pomiarów podczas tego samego badania pozwala inżynierom interpretować wyniki w kontekście. Nowoczesne systemy badania transformatorów, takie jak TAU3, umożliwiają wydajne pomiary współczynnika zwojów, rezystancji uzwojenia i impedancji oraz bezpośrednie porównanie wyników podczas badania nieprawidłowego działania transformatora.
W tym przypadku połączenie danych z monitoringu, pomiarów elektrycznych i inspekcji wnętrza ostatecznie ujawniło defekt produkcyjny, który krył się wewnątrz transformatora przez ponad dwie dekady.
Kontynuowanie dochodzenia
W tym artykule opisano, w jaki sposób dane z monitorowania i pomiary elektryczne pomogły inżynierom zidentyfikować ukrytą wadę połączenia uzwojenia w transformatorze podwyższającym napięcie generatora.
Aby dokładniej przyjrzeć się badaniu, w tym pełnym wynikom pomiarów, ilustracjom z kontroli i szczegółom naprawy, pobierz pełną analizę przypadku. Możesz również zapoznać się z systemem pomiarowym transformatora Megger TAU3 używanym podczas badania, aby dowiedzieć się, w jaki sposób wspiera on wydajne pomiary diagnostyczne transformatorów w terenie.
