četrta konferenca slovensl<ih elel<troenergetil<ov

Ro aška 24.-26. m a 1999

12-03

POPRA VILO MOČNOSTNIH TRANSFORMATORJEV 150 MV A - 220 kV

mag.Juso Ikanovic, univ. dipl. ing, Istok Jerman, univ. dipl. ing., ETRA 33, Energetski Transformatorji d.d., Ljubljana-Črnuče,

tel. +386 61 161 21 31, fax. +386 61 373 794, e-pošta: istok.jerman@etra33.si

Povzetek:Č/anek obravnava popravilo dveh močnostnih transformatorjev 150 MVA iz dveh transformatorskih razdeli/nih postaj: RTP Divača in RTP Beričevo. Popravilo je bilo opravljeno v tovarni ETRA 33 Energetski transformatorji d.d. . v letih 1993 in 1999. Obseg popravila: Izdelan je bil popolnoma nov električni del - vsa navitja, izolacija, vezi, aktivni del pa je bil za/it z novim oljem. Podan je kratek opis poškodb, opis popravila in rezultati meritev obratovalnih karakteristik transjormatorjev.

REPARATION OF POWER TRANSFORMERS 150 MVA- 220 kV

Abstract: The article describes the repair of two power transformers ra ted 150 MVA that had been und er at RTP Divača and RTP Beričevo Power Substations. The repair was executed at ETRA 33 Energetski transformatorji d. d. in the years 1993 and 1999. The scope of repair: The electrical part, i.e. all windings, insulation, connections, was made completely new. The active [Xlrt was.filled with new oil. The short description (i the damages, description of the repair and the results of the test~ conce ming the transjormer se1vice characteristics are presented in the article.

l. UVOD

V naši tovarni smo leta 1986 izdelali prvi močnostni transformator moči 150 MVA s stopnjo izolacije LI 950 AC 395 kV lit. [ 1]. Premik v moči od tedanjih 137 MVA na 150 MVA in napetosti od IlO .na 220 kV je bil za tovarno velik tehnološki napredek, kajti moč !50 MVA sega k zgornji meji tehnoloških zmogljivosti tovarne. V prvi fazi sta bili izdelani dve enoti in sicer za RTP Beričevo in RTP Podlog, tretja enota je sedaj v fazi zaključnih meritev. -V tovarni smo se tudi do sedaj ukvarjali s popravili poškodovanih transformatotjev večinoma manjših moči in napetosti, vendar smo strokovno znanje in izkušnje na tako velikih enotah pridobili le na gradnji novih transformatorjev izdelanih po izvirni tovarniški dokumentaciji in tehnoloških postopkih. Popravilo transfonnatorjev mejne moči na meji tehnoloških zmogljivosti tovarne je bil za vse zaposlene velik izziv, posebej, če upoštevamo, da je šlo za popravila transfonnatorjev različnih proizvajalcev. Vsak proizvajalec je za sebe unikat, s svojo lastno tehnologijo izdelave razpoložljivim strojnim parkom, konstrukcijskimi rešitvami, orodji, ipd. Pri popravilu transformatorja je nujno potrebno prilagoditi lastne tehnološke postopke novim zahtevam, natančno posneti obstoječe stanje, izdelati nova orodja in pripomočke. Popravila transformatorjev pogosto spremljajo presenetljivi dejavniki, ki jih ni možno predvideti ali odkriti vse do trenutka, dokler se ne razstavi aktivni del. V obdobju zadnjih šestih let sta bila v naši tovarni popravljena dva transfonnatotja moči 150/150/50 MVA in napetosti 220/115/10,5 kV, kar pomeni 22 % od tovrstnih enot instaliranih v slovenskem omrežju. Tmnsformatotja sta obratovala na

12- 17

različnih lokacijah, prav tako sta se razlikovala v načinu izdelave, vendar pa je zaradi kratkega stika v omrežju na obeh prišlo do podobnih poškodb v terciamem krogu.

2. OPIS POŠKODB

Z analizo dogodkov ob izpadu transformatorjev iz omrežja, dodatnimi meritvami na terenu in analizo vzorcev olja je bilo v obeh primerih ugotovljeno, da sta transformatorja potrebna obsežnejšega pregleda in popravila.

2.1 RTP Divača

Tip transformatorja: 1TRZ ,l50 MVA-245s/A, ser. št. 337038, leto izdelave 1982, leto popravila 1993. Že pri odpiranju aktivnega dela je bilo ugotovljeno, da je transformator utrpel hude mehanske poškodbe navitij in vezi zaradi delovanja kratkostičnih sil. Predvsem je bilo to razvidno na dušilki in na vezeh, ki povezujejo dušilko s terciarnim navitjem. Med zunanjo plastjo dušilke (sl. 2) in notranjim izvodom je prišlo do medsebojnega stika, kar je imelo za posledico nastanek električnega o bloka večjih razsežnosti. Predvideva se, da je električni oblok nastal kot posledica delovanja kratkosti čnih sil na vezi in izvode iz dušilke. Zaradi delovanja kratkostičnih na zgornji jarem plašča dušilke je bil ta dobesedno odprt. Po odpiranju zgornjega jarma magnetnega kroga in demontaži 220 kV ter 115 kV navitij smo lahko s stebrov sneli terciarno na vitje (sl.!). Po celi višini na vitja so bile vidne obsežne mehanske poškodbe v obliki izboklin v smeri proti SN navitjem in vdolbin proti magnetnemu krogu. Kljub velikim deformacijam ovojev med njimi ni prišlo do električnega obloka. Na 115 kV in 220 kV navitju ter regulaciji vidnih mehanskih poškodb ni bilo.

Sl. l. Deformacija terciarnega navitja. Razvidne so daljše izbokline po višini, nastale zaradi delovanja radialnih sil. V navi~u ni prišlo do električnega obloka. Tip navitja: vijačno, s pravokotnim vodnikom.

Sl. 2. Poškodba dušilke. Razvidne so večje ožganine na zunanji plasti navitja in premaknitev notranjega izvoda zaradi kratkostičnih sil. V navitju je prišlo do električnega oblaka. Tip navitja: folijsko.

12- 18

2.2 RTP Beričevo

Tip transfonnatmja: OFAF, ser. št. 2G8014, leto izdelave 1974, leto popravila 1999. Pri vizualnem pregledu aktivnega dela je bilo razvidno, da je tudi ta enota utrpela obsežne mehanske poškodbe ter, da je prišlo do električnega obloka večjih razsežnosti. Za razliko od transfonnatmja RTP Divača, kjer je električni oblok nastal le na dušilki, je tukaj do stika med ovoji prišlo tudi v terciamem navitju. Zunanji vodniki navitja dušilke v srednji fazi (sl. 4) so bili sneti čez robove podpornih distančnikov, kar je imelo za posledico striženje vodnikov po robovih, trganje papirne izolacije in stik med ovoji. Izvodi in vezi, ki povezujejo dušilko in terciarno navitje niso bili defonnirani. Na terciamem na vitju (siJ) so bile vidne predvsem aksialne defonnacije vodnikov nekje na sredini višine navitja, povzročene zaradi delovanja aksialnih sil na navitje. Zaradi tako velike defonnacije je med ovoji prišlo do stika in električnega ob loka. Na 115 kV in 220 kV navitju ter regulaciji vidnih mehanskih poškodb ni bilo.

Sl. 3. Defonnacija terciarnega na vitja. Razviden je večji zamik na sredini višine navitja, ki je nastal zaradi delovanja aksialnih sil. V navitju je prišlo do električnega obloka. Tip navitja: plastno s transponiranim kabi om.

Sl. 4. Deformacija dušilke (v srednji fazi). Razvidni so pomečkani zunanji vodniki in scefrana papirna izolacija. Zaradi zdrsa zunanjih vodnikov je med njima prišlo do električnega oblaka. Tip navitja: svitkasto (zvmjeno) s pravokotnim vodnikom.

12- 19

3. POPRA VILO

Značilno za obe enoti je, da je razen mehanskih poškodb na vitij prišlo tudi do obsežnejšega električnega o bloka, pri RTP Divača na dušilki in vezeh, pri RTP Beričevo pa na dušilki in terciarnem navitju. Prevodne bakrene delce je olje razneslo po vsem aktivnem delu. Zasledili smo jih na ploščah, distančnikih in v hladilnih kanalih v navitjih. Prisilen obtok olja je raztros delcev po navitjih še povečal. Čiščenje navitij, ki niso utrpela mehanskih poškodb z vročim oljem pod pritiskom, z namenom, da se odplaknejo prevodni bakreni delci iz notranjosti navitij ni bilo zanesljivo. Zaradi razgibane geometrije navitij, velikega števila hladilnih kanalov in rež takšno čiščenje ne bi bilo učinkovito. Tveganje za kasnejši nastanek dielektričnega preboja izolacije, pri preizkusih ali pa celo v obratovanju zaradi »Skritih« napak v navitju, bi bilo preveliko. Delno popravilo-zamenjava le poškodovanih navitij, vizualen pregled in čiščenje nepoškodovanih navitij bi bilo pogojno še dopustno, vendar le v primeru, če v transformatorju ne bi nastal električni oblok večjih razsežnosti. Zamenjava električnega dela v celoti -na vitij in vezi v obeh popravi lih je bila najbolj varna pot k zanesljivi rešitvi. Ne glede na ugotovljeno, je bila izvršena še kemična analiza vzorcev papirne izolacije iz navitij in ocena njene preostale živ ljenjske dobe. Postopek je natančneje opisan v priporočilih !EC pub!. 450 ter lit. [6] in [7]. Na večjem številu vzorcev rabljenega papirja iz navitij se v laboratorijskih pogojih meri sprememba viskoznosti izolacijskega papirja in statistično ugotavlja povprečna stopnja polimerizacije, t.i. DPv, kot merilo razkrojenosti papirne izolacije. Pri rabljenem papirju gre za izgubo njegove natezne trdnosti, kar je v kratkostičnih razmerah odločilnega pomena. Celo večkratni transport rabljenega transfonnatorja je lahko usoden za nastanek ponovnega defekta. Tako določena stopnja polimerizacije rabljenega papirja se primerja s stopnjo polimerizacije novega, če so zanj podatki znani, če teh ni se upoštevajo minimalno predpisani kriterij za rabljen papir [6]. Kemična analiza vzorcev papirne izolacije iz navitij obeh transfonnatorjev 150 MVA je pokazala, da je bila papirna izolacija na koncu življenjske dobe. Ker podatki o izvirni kakovosti izolacijskega papirja niso bili znani, je za oceno pričakovane življenjske dobe upoštevana povprečna stopnja polimerizacije DPv = 1000. Na osnovi mnenja strokovnih komisij in kemične analize vzorcev papirne izolacije iz navitij je bilo odločeno, da se električni del obnovi v celoti, torej: izdelajo se popolnoma nova navitja in vezi. Magnetni krog, kotel, stikalo in skozniki so ostali nespremenjeni. Pred popravilom so bili zastavljeni trije projektni cilji: • projektirati in izdelati električni del, ki bo ustrezal vsem kriterijem, ki se postavljajo za nov transformator, izdelan po

izvirni tovarniški dokumentaciji , • izboljšati ugotovljene slabosti na poškodovanih enotah,

ujeti dogovorjen, izjemno kratek, rok popravila.

Tab. 1: Izgube in kratkostične napetosti popravljenih transformatorjev.

RTP Divača RTP Beričevo Garantirano Merjeno Garantiran o Merjeno

Pu[kWl 130,0 115,9 123,0 127,9

YN/SN -150/150 MYA P,[kW] 634,6 619,5 420,0 413,4

ud%] 13,2 13,1 12,3 13,4

YN/NN - 50150 MY A P,[kW] 182,7 144,6

u,[%] Il ,3 12,3 11 ,2 11 ,9

SN/NN- 50150 MY A P,[kW] 151,3 122,5

ud%] 6,2 7,2 5,9 6,4

Pri že znani geometriji magnetnega kroga je bilo takoj jasno, da zastavljenih ciljev ni možno doseči brez uporabe materialov vrhunske kakovosti in najnovejših tehnoloških dosežkov. Tako smo pri oblikovanju izolacije namesto t.i. mehke izolacije uporabili trdo izolacijo iz visokokakovostne tlačne lepenke pri nas znane pod komercialnim imenom transformerboard. Koncept zaslanjanja navitij s t.i. klobuki in kotniki na dielektrično najbolj izpostavljenih mestih je opisan v lit. [2], [3] in [4]. Pri popravilu obeh enot smo terciarno navitje izdelali s pravokotna masivno žico, dodatno zagozdili z izolacijskimi vložki ob jedru, ki pri delovanju radialnih sil nudijo navitju trdnejšo oporo. Prekritje navitja s podpornimi distančniki v radialni smeri (sl. 5) ca. 40 % in dodatnimi aksialnimi pravokotnimi letvicami med navitji in nosilnim cilindrom so ukrepi, ki so izboljšali odpornost tega navitja na sile v kratkem stiku. Tipična posledica okvare zaradi delovanja aksialnih sil, ki stiskajo na vitje je zvračanje vodnikov. Pojavu lahko sledi poškodba izolacije na vodniku oz. povečanje sile zaradi zamika vodnika. Verjetnost medovojnega stika je zelo velika (sl. 4). Pri popravilu transfonnatorja za RTP Beričevo je visokonapetostno navitje izdelano s t.i. bifilarno žico z vmesnim izo lacijskim premazom iz posebne smole, ki se pri segrevanju v peči za sušenje strdi in poveže obe žici v eno celoto. S tem ukrepom so bile bistveno izboljšane mehanske lastnosti samega navitja. Zmanjšana je možnost za zvračanje vodnikov (tilting-over effect), ki lahko nastane že v fazi sušenja in stabilizacije dimenzij navitij , ko je navitje stisnjena s predpisano montažno silo. Pomembnost tega ukrepa je še večja v kratkosti čnih razmerah, ko na ovoje delujejo dinamične kratkosti čne

12-20

sile. Ta najnovejši tehnološki postopek je prvič uporabljen v tem projektu in je bil realiziran v sodelovanju s proizvajalcem in dobaviteljem žice ASTA lit. [5]. Popravila poškodovanih transformatorjev so praviloma nenadni dogodki, ki narekujejo prilagajanje zastavljenih organizacijskih shem in planov proizvodnje. Zaradi pomembnosti obeh popravil za elektroenergetski sistem Slovenije, je bil projektoma v tovarni dodeljen poseben status in najvišja prioriteta. Oba transformatorja sta izdelana v dogovorjenem roku. Na obeh enotah so po končanem popravilu izvedeni vsi s predpisi določeni dielektrični preizkusi. Transformatorja sta v popolnosti ustrezala zahtevam uporabnika.

4. ZAKLJUČEK

• Zahtevna in obsežna popravila transformatorjev, posebej, ko gre za večje enote je možno kvalitetno opraviti edino v tovarni. Pomemben dejavnik »za popravilo v tovarni« so tudi laboratorijski preizkusi brez katerih ni možno dokončno overoviti kakovost popravila.

• Zamenjava električnega dela v celoti - na vitij in vezi je pot k najbolj varni rešitvi. Status popravila transformatorja je enak statusu izdelave novega in, če je to le možno, vanj v gradimo najnovejše tehnološke dosežke.

• Vse s predpisi določene di električne preizkuse, če to dovoljujejo skozniki in regulacijsko stikalo, je možno opraviti kot za nov transformator.

• Ne glede na ugotovljeno obsežnost okvare: deformacija navitja in nastanek električnega obloka ali samo deformacija navitij, se priporoča analiza vzorcev papirne izolacije iz navitij in ocena njene preostala življenjske dobe. Posebej je to pomembno pri enotah srednje starostne dobe (1 0-15 let), kjer je vizualno takšno oceno težko podati.

Projekt popravila transformatorjev 150 MVA v naši tovarni je na področju projektiranja in konstrukcij prinesel nove, predvsem praktične izkušnje: • Ogledali smo si posledice kratkostičnih razmer »v živo«. • Seznanili smo se s konstrukcijskimi in tehnološkimi rešitvami dveh različnih proizvajalcev. • Imeli smo možnost identifikacije najšibkejših točk v kratkosti čnih razmerah. • Primerjali smo obstoječe tuje in ovrednoti li lastne konstrukcijske rešitve. • Stara navitja smo izrabili za dodatne raziskave in se izognili dolgotrajnemu modeliranju ali pa dragi izdelavi realnih

modelov. • Preverili in izpopolnili smo lastne konstrukcije.

Sl. 5. Navijanje terciamega navitja v tovarni ETRA 33. Tip navitja: vijačno s pravokotnim vodnikom. Razvidni so radialni kanali med ovoji, kar zmanjšuje možnost nastanka medovojnega stika in električnega obloka v navitju.

12- 21

Sl. 6. Duši ika v popravljenem transfonnatorju RTP Beričevo. Razvidni so zunanji zatezni pasovi, ki zmanjšujejo možnost zdrsa zunanjih vodnikov. Tip navitja: svitkasto (zvrnjeno) s pravokotnim vodni kom.

5. LITERATURA

[ 1] K. Len asi: Regulacijski transformator 150 MV A, Elektrotehniški vestnik 1987/5. [2] High voltage Insulation, Wicor Insulation Conference Rapperswil, Switzerland 1996. [3] H.P. Moser, V. Dahinden: Transformerboard, H. Weidmann AG 1987. [4] D. J. Tschudi, H. Hoffmann: Transformer Insulation 2000, H. Weidmann AG, Transform 98. [5] W. Felber: ASTA Winding Conductor Materials for Modern Power Transformers, Transform 98. [6] M. Babuder, M. Končan: Primer uporabe kompleksne metode za ocenjevanje preostale življenjske dobe velikih

energetskih transformatorjev, Zbornik referatov SLOKO CIGRE 1997, ŠK 12, strani 12-44 do 12-47. [7] Tovarniška dokumentacija, Poročila strokovnih komisij.

12-22