Regeneracija izolacionih ulja

Transcription

1 Slide 1 Regeneracija izolacionih ulja Pripremila: mr Ksenija Đurđević,dipl.ing.tehn. Beograd 27 feb. 2008

2 Slide 2 Funkcije izolacionih ulja za transformatore (T.U.) obezbeđenje izolacije, hlađenje, pomaže pri gašenju varnice rastvaranje gasove koji nastaju pri degradaciji ulja. rastvaranje vlage i gasova iz celulozne izolacije, rastvarnje gasove i vlage iz atmosfere kojoj je ulje izloženo ispitivanjem izolacionog ulja dobija oko 70% informacija o stanju transformatora, dielektrički status, status ostarelosti i status degradacije ulja i papirne izolacije.

3 Slide 3 Životni ciklus trasformatorskih ulja

4 Slide 4 Izvod iz Kataloga otpada (European Waste Catalogue 2002) otpadna izolaciona ulja i ulja za prenos toplote * izolaciona ulja i ulja za prenos toplote koja sadrže PCB * mineralna hlorisana izolaciona ulja i ulja za prenos toplote koja nisu obuhvaćena u * mineralna ne-hlorisana izolaciona ulja i ulja za prenos toplote * sintetička izolaciona ulja i ulja za prenos toplote * biodegradabilna izolaciona ulja i ulja za prenos toplote * ostala izolaciona ulja i ulja za prenos toplote * -označava opasan otpad

5 Slide 5 Zašto je važna kontrola T.U. u primeni (monitoring)? održati transformatore, koji ubrzo treba da se zamene (zbog degradacije izolacionog sistema) u bezbednom i pouzdanom stanju smanjiti brzinu starenja transformatora, koji su u prihvatljivom stanju da bi još duže vreme mogli da budu u upotrebi. ublažiti ciklus reinvestiranja da bi se smanjili pikovi zamene uređaja iste starosti i stepena degradacije. dati jasnu i pouzdanu sliku aktuelnog stanja transformatora da bi se njihovim vlasnicima dalo dovoljno podataka za pravilno odlučivanje. poboljšati situaciju snabdevanja, koja je posebno u slučaju transformatora specijalne namene ograničena kapacitetima proizvođača.

6 Slide 6 Uzroci kvara transformatora po Hamaker-u [1] 2 % - preopterećenje 3 % - nepravila upotreba (ljudski faktor) 6 % - gubljenje (prekid) veze 6 % - vlaga 11% - neadekvatno održavanje 12 % - atmosfersko el. pražnjenje(grom) 13 % - degradacija izolacije 22% - kvarovi pruzrokovani vodovima 25% - svi ostali uzroci Napomena: Ovo je jedna od niza analize uzroka kvara transformatora. Razlike u procenama uzroka kvara transformatora su uzrokovane čestim slučajevima u kojima kvar nije izazvan samo jednim faktorom.

7 Slide 7 Troškovi izazvani kvarom Nepoznat uzrok Kvar izolacije Konstrukcija/ materijali Broj kvarova izazvanih različitim uzrocima [2]

8 Slide 8 Ispitivanja T.U. u primeni se sprovode u cilju: klasifikacije odn. utvrđivanja stanja ulja dijagnostikovanja stanja papirne izolacije i dijagnostikovanja nepravilnosti u radu transformatora. Standardi - IEC Ed , Uputstvo za nadzor i održavanje mineralnih izolacionih ulja u električnim uređajima, IEEE C Uputstvo za prihvatanje i održavanje izolacionih ulja u uređajima Standard IEC obuhvata i uputstva za tretmane T.U., dok IEEE ima poseban standard za tretmane - IEEE 637 ( Guide for the Reclamation of Insulating Oil and Criteria for Its Use). Informacije o nepravilnostima u radu transformatora i stanju izolacionog sistema dobijaju se gasnom analizom.

9 Slide 9 Osnovni testovi - ispitivanje T.U. u primeni Boja Metali u ulju Tip testa Dielektrična čvrstoća Kiselinski broj Međupovršinski napon Sadržaj vode tg δ faktor gubitaka Sadržaj inhibitora oksidacije (DBPC) Sadržaj furana Uzrok/Posledice Vlaga, čestice, vlakna celuloze/smanjuju dielektičku čvrstoću Kiseli proizvodi oksidacije ulja/ talog, korozija Prisustvo polarnih zagađivača, kiseline, lakovi/ smanjenje međupovšinskog napona Tamnija boja ukazuje na zagađenje ulja ili razgradnju(oksidaciju) Prekomena razgradnja papira/smanjenje dielektrične čvrstoće Rastvoreni metali, peroksidi, kiseline/povećanje faktora gubitaka Nizak nivo rezultira u ubrzanom starenju ulja Stepen depolimerizacije papirne izolacije Habanje pumpi, električni luk ili varnica *U proseku je vlaga tako raspoređena da se više od 95% vode nalazi u čvrstoj izolaciji, a manje od 5% u ulju

10 Slide 10 Preporučene granične vrednosti za osnovne karakteristike T.U. IEC 60422, napon kv <72,5 72,5-170 > 170 Kiselinski broj,mgkoh/g 0,3 0,15 0,15 Dielektrična čvrstoća (kv/cm) Međupovršinski napon, mn/m tg δ * ,2 0,1 0,1 ANSI/IEEE C57.106, napon kv Kiselinski broj,mgkoh/g 0,2 0,15 0,1 Međupovršinski napon, mn/m

11 Slide 11 Starenje transformatorskih ulja = Oksidativna degradacija na povišenoj temperaturi i u prisustvu kiseonika Oksidacija (reakcije sa kiseonikom) Hidroliza (reakcije sa vodom) Piroliza (toplota) Katalizatori starenja su: kiseonik, voda i bakar. Proizvodi koji nastaju u procesu oksidacije su: Alkilhidroperoksidi (ROOH) Dialkil peroksidi (ROOR ) Alkoholi (ROH) Aldehidi (RCHO) Ketoni (RR C=O) Kiseline (RCOOH) Estri (RCOO R )... Alkil peroksidni radikali na metalnim površinama izazivaju koroziju. Procesima polikondenzacije nastaju proizvodi velike mol. mase, a daljom polikondenzacijom i polimerizacijom ovih, još uvek rastvrorljivih proizvoda nastaju nerastvorni polimeri talog i lakovi Uloga aditiva odlaganje, usporavanje procesa oksidacije, pasiviziranje bakra (smanjenje katalitičkog dejstva) Iz istraživanja ASTM (Publication STP 998) kao i po Belanger-u[3] može se zaključiti da proizvodi starenja ulja nastaju u značajnim količinama kada međupovršinski napon dostigne vrednosti od mn/m i kiselinski broj 0,06-0,08 mg KOH/g, a izdvajanje taloga počinje kad međupovršinski napon dostigne vrednost oko 24, a kiselinski broj 0,1.

12 Slide 12 Faze starenja izolacionih materijala u toku životnog ciklusa transformatora % ppm mg mg KOH/g/ KV/2.5mm Nivo kvaliteta izolacionog materijala Residual substance Diel.čvrst BVD Čestice Particles Kiselost Kiselost Acidity O 2 Furani Furanes H 2 O CO 2 Time axis Daemisch G. [4] Normalan rad uz postepenu Normal lifetime consumption degradaciju izolacionog Phase materijala A - Faza A Deterioration Razgradnja of izolacionog residual substance materijala after nakon design life predviđenog cycle životnog Phase B ciklusa Faza B Kvalitet No useful izolacionog residual materijala substance ne odgovara left Phase zahtevima C Faza C

13 Slide 13 Tretmani transformatorskog ulja Cilj sušenje, degazifikacija, filtracija, elektrostatička filtracija, regeneracija adsorbentima itd. Prečišćavanje, Revitalizacija (prečišćavanje+regeneracija) Rerafinacija Dekontaminacija ulja koja sadrže PCB Regeneracija/Revitalizacija Preventivan pristup kontinualan (može da smanji rizik od dielektričnog proboja za preko 75% kod visokonaponskih transformatora Korektivan pristup po potrebi u više ciklusa

14 Slide 14 Efekti kontitualne revitalizacije Proizvodi degradacije ulja i papira se uklanjaju kako nastaju, čime se sprečava njihova akumulacija u količinama koje štetno deluju. Odžavanjem niske ukupne koncentracije vlage i kiseonika, proces starenja i ulja i papira se usporava Smanjene su reakcije autokatalitičke oksidacije i hidrolize i Kretanje adsorbovanih produkata sa papira ka ulju potpomognuto je održavanjem dinamičke ravnoteže između dve faze. Efekti korektivnog pristupa - revitalizacije na mestu eksploatacije Proizvodi degradacije ulja se uklanjaju dok su još rastvoreni u ulju čime se sprečava izdvajanje taloga i lakova i time se usporava degradacija papirne izolacije depolimerizacija Produženje veka izolacije, a time i samog transformatora

15 Slide 15 Sintetički adsorbent alumo-silikatnog tipa R.br oj Karakteristiika Specifična površina, m 2 /g Srednji prečnik pora, Å Ukupna zapremina pora, cm 3 Statički sorpcioni kapacitet vode, % Statički sorpcioni kapacitet alifatičnih ugljovodonika, % Statički sorpcioni kapacitet furana i homolognih jedinjenja, % Oblik adsorbenta, sferni, mm Vrednost , ,5 11 0,5-1,5 Regeneracija - kontaktni postupak sa 15% adsorbensa i vremenom kontakta 72 sata Uzorak 1 Iz transformatora Napona: 21/0,71 kv Snage 6,5 MVA Količina ulja: 3,45 t U pogonu: od godine

16 Slide 16 Boja Uzorak 1 Karakteristike Dielektična čvrstoća KV/cm Inhibitor, %m/m Talog u n- heptanu, kval / %m/m Neutralizacioni broj, mgkoh/g Tačka paljenja o C Oksidaciona stabilnost Vreme oksidacije Ukupna Kiselost mg KOH/g Isparljiva Rastvorljiva Talog % tg δ *10 3 Grupni sastav Ca/Cp/Cn, % Pre regeneracije 0,06 0,17 Međupovršinski napon, mn/m tg δ * ,3 6, x 164 h 0,51 0,05 0,46 0, ,4/48,4/35,2 Nakon regeneracije >250 <0,04 Nema 0,012 3, h 0,26 0,02 0,24 0, ,3/49,3/34,4 Nakon regeneracije + 0,3% DBPC 500 h 0,69 0,19 0,5 0,22 Nakon regeneracije + 0,3% DBPC + 26 mg/kg pasivizatora metala 500 h 0,37 0,17 0,2 0,05 Čestice, ISO 4406/99 23/20/15 22/19/13

17 Slide 17 Karakteristike Pre regeneracije Nakon regeneracije Nakon regeneracije +0,3%DBPC Nakon regeneracije + 0,3% DBPC + 29 mg/kg pasivizatora metala Uzorak 2 ( I deo tabele) Proba (mesto uzorkovanja) Termperatura ulja, o C Diel. čvrstoća KV/cm Donja ,8 288 Uzorak iz transf.: 110/35/10 kv, količina ulja: 17 t, u pogonu: od Inhibitor (DBPC), %m/m Talog u n- heptanu, kval / %m/m 0 Nema 0 nema * Regeneracija sa 22% adsorb. Neutralizacioni broj, mgkoh/g , , ,18 0,03; 0,01* Boja 3 L 1 Tačka paljenja o C Međupovršinski napon,, mn/m tg δ x ,6 27,2 43,1 1,0

18 Slide 18 Uzorak 2 ( II deo tabele) Karakteristike Pre regeneracije Nakon regeneracije Nakon regeneracije + 0,3% DBPC Nakon regeneracije + 0,3% DBPC + 29 mg/kg pasivizatora metala Grupni sastav C A /C P /C N, % 16,4/48,4/35,2 16,3/49,3/34,4 Ektinkcija na 1714cm -1 (IR) 0,29 0,1; <0,005* Oksidaciona stabilnost Vreme oksidacije 500 h 500 h Ukupna Kiselost mg KOH/g 1,51 0,66 Isparljiva 0,16 0,04 Rastvorljiva 1,35 0,62 Talog % 0,78 0,18 * Regeneracija sa 22% adsorb.

19 Slide 19 Analiza rezultata regeneracije IEC Oksidaciona stabilnost Ukupna kiselost max. 1,2 mgkoh/g Talog - max. 0,8 % Neutralizacioni broj, mgkoh/g max. 0,01 Međupovršinski napon, mn/m nije propisano standardom, preporuka min. 40 Neutralizacioni broj, mgkoh/g Međupovršinski napon,, mn/m Oksidaciona stabilnost Ukupna kiselost, mgkoh/g Talog, % Uzorak 1 (1985) 0,012 (0,17) 35 (20) 0,69 0,37** 0,22 0,05** Uzorak 2 (1969) 0,03; 0,01* (0,18) 43,1 (18,6) 1,51 0,66** 0,78 0,18** * Regeneracija sa većom kol. adsorbenta ** Sa dodatkom pasivizatora metala Uzimajući u obzir starost transformatora i ekonomske faktore rezultati regeneracije su zadovoljavajući. Pitanje je odluke vlasnika transformatora koje će zahteve postaviti u pogledu kvaliteta regenerisanog ulja.

20 Slide 20 Razlike: Novo/tretirano transformatorsko ulje tehničke, ekonomske i zaštita životne sredine U tehničkom smislu razlike su veoma male, jer se teži da tretirana ulja takođe zadovolje specifikaciju IEC Prednost tretmana: ukoliko se regeneracija sprovodi višestrukim propuštanjem kroz uređaj za regeneraciju(sa adsorbensom), revitalizuje se papirna izolacija. Ekonomske razlike su značajne - u proseku cena regenerisanog ulja je 30 % manja od cene novog ulja (Electrical Oil Services Ltd (EOS), a uz optimizovanu regeneraciju, cena regenerisanog ulja može da bude i do 1/4 cene nekorišćenog ulja. Takođe cena novog ulja je podložna promenama na tržištu vezanim za promenu cene nafte, a faktor uvoza takođe je značajan za mnoge zemlje koje ne proizvode transformatorska ulja. Zaštita životne sredine primenom tretmana: Minimizacija otpada, Konzervacija i Potrošnja energije. U slučajevima kada se adsorbens regeneriše nakon tretmana ne dolazi do stvaranja otpada.

21 Slide 21 Literatura [1] Hamaker C., A Blueprint for Transformer Maintenance, PUBLIC UTILITIES FORTNIGHTLY, JULY [2] Bartley William H. P.E. Analysis of transformer failures, International association of engineering insurers 36th annual conference-stockholm, 2003 [3] Belanger M. Transformer diagnosis: Part 2, A look at the reference data for interpreting test results, Electricity-today August 1999 [4] Daemisch G., Ageing behaviour, substance evaluation and conservation of power transformers, Eurotechcon Đurđević K. Miloradov M., Sokolović S., Životni ciklus transformatorskih ulja, Hem.Ind. 62(1) 2008.