Universitatea “Lucian Blaga” Sibiu, Facultatea de Inginerie “Hermann Oberth”, Departamentul de Calculatoare si Inginerie Electrica, Electromecanica anul II

Lucrarea nr. 4

Monitorizarea concentratiilor de gaze si apa din uleiului unui transformator de mare putere

1. Scopul lucrǎriiLucrarea are drept scop prezentare modului in care se realizeaza monitorizarea

cromatografica a uleiului electroizolanta aferent unitatilor mari de transformare din cadrul sistemului energetic national.

2. Consideratii teoreticeAnaliza cromatografica a gazelor dizolvate in ulei si a gazelor libere din ulei este

considerata in prezent unul din mijloacele de diagnosticare cele mai sensibile si mai des folosite pentru detectia si evaluarea defectelor din interiorul transformatoarelor electrice si a bobinelor de reactanta shunt, umplute cu ulei electroizolant.

Monitorizarea concentratiilor de gaze se bazeaza pe analiza rezultata in urma efectului de descompunere al uleiului, prin intemediul careia se pot sesiza existenta unor defecte electrice si termice in interiorul unitatii de transformare.

In prezent in piata se gasesc dispozitive care permit urmarirea on line a concentratiilor de gaze. In exploatare unitati de transformare analizate sunt monitorizare urmatoarele concentratii:

- apa,- monoxid de carbon,- hidrogen,- acetilena,

prin intermediul dispozitivului Minitrans produs de Kelman Ltd.

Figura 1 Evidentierea modului de analiza a concentratilor de gaze

Modul de functionare este unul simplu se bazeaza pe in principal pe analizatorul de gaze din interiorul dispozitivului de monitorizare. Practic sistemul de monitorizare al concentratilor de gaze este montat pe peretele exterior al transformatorului, este racordat la cuva cu ulei prin intermediul a doua conducte (una de absortie si una de refulare a uleiului analizat). Uleiul este atras in interiorul dispozitivului de monitorizare prin intermediul unei pompe proprii, filtrat si Laborator ‘Masurarea marimilor neelectrice’ Page 1 of 6

Universitatea “Lucian Blaga” Sibiu, Facultatea de Inginerie “Hermann Oberth”, Departamentul de Calculatoare si Inginerie Electrica, Electromecanica anul II

introdus in camera de analiza gaze unde se face analiza gazelor, dupa care uleiul este evacuat in transformator.

Analiza gazelor monitorizate:a) Prin intermediul monitorizarii concentratilor de apa se pot determina:

- continutul de apa in ulei si in hartia electroizolanta a infasurarilor transformatorului;- motivul scaderii rezistentei de izolatie a infasurarilor transformatorului;- imbatranirea trecerilor electroizolante de portelan la care racordeaza transformatorul

electric la reteaua de transport.b) Hidrogenul poate fi produs prin reactia dintre otel si apa, dintre otelul inoxidabil si

ulei, dintre apa libera si vopseaua de protectie a suprafetelor metalice, dand indicii clare asupra interactiunii uleiului electroizolant cu peretele interior al cuvei transformatorului, si nu in ultimul rand al degradarii uleiului in urma interactiunea cu apa.De asemenea o valoare mare a cantitatii de hidrogen poate reflecta descarcari partiale, scanteieri sau arc electric.

c) Acetilena este poate “cel mai periculos gaz” monitorizat deoarece furnizeaza informatii ca in interiorul transformatorului sunt puncte calde, incalziri ce dezvolta o temperatura de pana la 700 °C.

d) Monoxidul de carbon aparut in analiza cromatografica furnizeaza informatii asupra unor posibile supraincalziri ale izolatiei solide, ce pot fi cauzate de o racire ineficienta sau poate reflecta imbatranirea unitatii de transformare.

Pentru toti cei patru parametrii analizati exista standarde in vigoare pe baza carora sunt impuse praguri ce caracterizeaza unitatea de transformare, de exemplu standardul international IEEE Std C 57.104-1191: “Guide for the Interpretation of Gases Generated in Oil Immersed Transformers”.

Conform tabelului nr1 anterior se poate determina starea tehnica a transformatorului (Condition 1..4), de asemenea se pot realiza viteza de crestere a gazului care si acestea la randul lor sunt standardizate si furnizeaza informatii pretioase referitoare la starea tehnica a transformatorului analizat.Conform Normei Tehnice Interne Transelectrica NTI–TEL–R–002–2007-00_1 continutul de apa din uleiul transformatorului de putere este procedurat in tabelul nr.2

Tabel 2. Continut de apa – NTI–TEL–R–002–2007-00_1

Laborator ‘Masurarea marimilor neelectrice’ Page 2 of 6

Universitatea “Lucian Blaga” Sibiu, Facultatea de Inginerie “Hermann Oberth”, Departamentul de Calculatoare si Inginerie Electrica, Electromecanica anul II

StareContinutul de apa la 20 °C [ppm], al uleiului din transformator

La punerea in functiune In exploatareUn [kV] ≥400 220 110 < 110 ≥ 400 220 110 <110Buna ≤ 5 ≤ 5 ≤ 5 ≤ 10 ≤ 5 ≤ 5 ≤ 5 ≤ 10Acceptabila - - - - > 5 - ≤ 7,5 > 5 - ≤ 7,5 > 5 - ≤ 10 > 5 - ≤ 10Proasta - - - - > 7,5 - ≤ 10 > 7,5 - ≤ 10 > 10 - ≤ 15 > 15 - ≤ 20Inacceptabila > 5 > 5 > 5 > 5 > 10 > 10 > 15 > 20

Specialistii din cadrul energetic considera ca analiza cromatografica este cea mai buna analiza posibila realizata fara a retrage echipamentul din exploatare si care totodata permite evidentierea majoritatii defectelor inca din faza incipienta, lucru greu de realizat din alte masuratori profilactice.

Sistemul de monitorizare implementat la transformatorul de 250 MVA permite prin intermediul aplicatiei TrafoMon – Monitor gaze si apa, vizualizarea live a urmatoarelor date:

Figura 2 Monitorizare concentratie de gazeSe poate observa ca sistemul permite setarea unor praguri de prealarmare respectiv de

alarmare a personalului operational in cazul aparitiei unor defecte interne in transformator.

Figura 3 Conexiunile externe aferente dispozitivului de monitorizare

Aplicatiile unui astfel de sistem de monitorizare sunt:- poate fi implementat pentru transformatoare de medie si de mare putere;- consecinte reduse la minim privitoare la incidente;

Laborator ‘Masurarea marimilor neelectrice’ Page 3 of 6

Universitatea “Lucian Blaga” Sibiu, Facultatea de Inginerie “Hermann Oberth”, Departamentul de Calculatoare si Inginerie Electrica, Electromecanica anul II

- poate fi montat atat pe transformatoare de distributie si cat pe transformatoare de mare putere ce sunt utilizate in reteaua de transport;

- asigura diagnoza ieftina pentru cele mai scumpe echipamente energetice ce se gasesc in cadrul unei statii electrice;

- usor de instalat;- diagnoza actualizata in fiecare ora;- permite setarea diverselor pragrari de alarme;- asigura o mentenanta redusa la transformator, etc.

3. Partea aplicativa

3.1. Sistemul de monitorizare

Se prezinta echipamentul pentru monitorizarea concentratiei de gaze si apa din ulei tip MINITRANS. Prin intermediul sistemului de monitorizare se vor vizualiza marimile monitorizate de catre traductoarele de concentratiei de gaze si apa din ulei, iar pe baza datelor inregistrate se vor realiza 2 aplicatii (punctul 3.2).

3.2. Reprezentarea grafica si analiza datelor

3.2.1 Analiza concentratiilor de gaze din uleiSe va reprezenta grafic concentratia gazelor de hidrogen, acetilena, monoxid de carbon si se va materializa in concluzii cele doua dependente si influentele acestora asupra echipamentului monitorizat . Valorile inregistrate in tabelul nr 3 se vor compara cu valorile standard din tabelele nr 1 si 2 si se va stabili stare tehnica a transformatorului, in functie de categoriile de stare standardizate.

3.2.2 Dependenta dintre temperatura uleiului si cantitatea de apa din uleiPe baza valorilor inregistrate in tabelul nr 1 se va reprezenta dependenta dintre temperatura uleiului si cantitatea de apa din ulei, fiecare student trebuie sa analizeze graficul si sa materializeze in concluzii cele doua dependente si influentele acestora asupra echipamentului monitorizat.

Tabelul 3 Variatia gazelor, apei si temperaturii uleiuluiNr crt Data inreg Hidrogen[ppm

]Acetilena[ppm] CO[ppm] Apa [ppm] Tulei [^C]

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Laborator ‘Masurarea marimilor neelectrice’ Page 4 of 6

Universitatea “Lucian Blaga” Sibiu, Facultatea de Inginerie “Hermann Oberth”, Departamentul de Calculatoare si Inginerie Electrica, Electromecanica anul II

8.

9.

10.

11.

12.

Fig. 4 Graficul concentratiei de gaze, apa si temperaturii uleiului

3.3. Concluzii

4. Bibliografie:4.1 Normei Tehnice Interne Transelectrica NTI–TEL–R–002–2007-00_1 ;4.2. IEEE Std C57.104-1991 Guide for the interpretation on gases generated in oil-immersed transformers;4.3. SR EN 60599/A1 Echipamente electrice in serviciu impregnate cu ulei mineral-Ghid pentru interpretarea analizei gazelor dizolvate si a gazelor libere

Laborator ‘Masurarea marimilor neelectrice’ Page 5 of 6

Universitatea “Lucian Blaga” Sibiu, Facultatea de Inginerie “Hermann Oberth”, Departamentul de Calculatoare si Inginerie Electrica, Electromecanica anul II

'DATA_PACHET Hidrogen [ppm] Acetilena [ppm] CO [ppm] Apa [ppm] Tulei [grdC]01.06.2011 14:00 26,41558 0,240554 208,0606 5,596814 45,7114501.07.2011 14:00 26,84579 0,264586 231,3031 5,325672 45,1212801.08.2011 16:00 26,97454 0,191246 239,2728 5,021851 44,2763301.09.2011 16:00 26,68013 0,107331 242,3132 5,590762 46,3483901.10.2011 16:00 25,59149 0,364765 249,2617 4,910534 44,0812101.11.2011 16:00 24,15524 0 242,8634 3,991167 39,5581501.12.2011 16:00 24,22274 0 250,6348 4,37226 43,8635301.01.2012 13:00 24,47311 0,285559 257,0247 3,766568 40,0370601.02.2012 13:00 22,30438 0,009901 243,1005 3,344719 37,6537901.03.2012 13:00 25,20641 0,213752 258,3151 3,980814 41,3270601.04.2012 13:00 27,65991 0,188754 259,7888 3,513248 35,0995801.05.2012 13:00 30,10983 0,48639 268,9471 5,669559 47,3674901.06.2012 14:00 25,62174 0 268,417 4,096904 43,5555301.07.2012 14:00 27,81235 0,323807 273,1533 6,216236 49,3992331.08.2012 10:00 28,87081 0 276,974 5,306677 44,7229801.09.2012 14:00 28,43495 1,098038 280,618 5,638881 45,898502.10.2012 13:00 28,81412 0,061653 281,125 6,381644 49,9716801.11.2012 16:00 28,39338 0 276,254 4,487424 43,0201801.12.2012 08:00 28,34338 3,013572 270,564 4,140007 36,8281901.01.2013 08:00 27,83157 0,103301 260,5125 3,105374 32,469601.02.2013 08:00 27,41485 0,249939 264,5183 3,850734 37,9924101.03.2013 08:00 26,33351 0,179817 274,5518 3,580646 37,81504

Laborator ‘Masurarea marimilor neelectrice’ Page 6 of 6