Muuntajien reaaliaikainen vikakaasujen seuranta

Senja Leivo
Senior Industry Expert
2.11.2018
Sähköntuotanto ja -siirto

DGA Online Monitoring

Muuntajat ovat sähköntuotannon ja -siirron kulmakiviä, joten niiden kunnon ja toiminnan varmistaminen on elintärkeää kaikille sähköä käyttäville kotitalouksista teollisuuslaitoksiin. Muuntajat ovat sähköverkon arvokkainta omaisuutta edustaen keskimäärin 60% sähköasemien arvosta. 

Oltuaan teollisuusmittausten eturintamassa yli 80 vuotta Vaisalassa tunnetaan myös muuntajien reaaliaikaisen vikakaasujen analysoinnin (DGA) tarpeet. Vaisala on hyödyntänyt pitkää osaamistaan infrapunamittauksen (NDIR) saralla kehittäen vikakaasuanalysaattorin, joka mittaa eristeöljystä seitsemää merkittävintä muuntajan vikaantumista indikoivaa kaasua. Tässä blogikirjoituksessa kerromme, mitä tulee huomioida muuntajan kuntoa arvioitaessa ja kuinka valita analysaattori, joka tarjoaa laajan kuvan muuntajan kunnosta vikakaasujen muodossa.

Vikakaasut ja miksi niitä muodostuu
Muuntajan vikaantuessa lämpötila nousee voimakkaasti paikallisesti vikakohdassa johtaen kaasujen muodostumiseen. Se, mitä kaasuja syntyy ja kuinka paljon, indikoi muuntajan sisäistä vikatyyppiä mahdollistaen alustavan diagnoosin ja tarvittavien korjaavien toimenpiteiden aloittamisen. Mitä vakavampi vika on kyseessä tai laajempi vika-alue, sitä suurempi määrä kaasuja muodostuu.

Jotta muuntajan kunnosta saadaan mahdollisimman kokonaisvaltainen käsitys, täytyy öljystä määrittää kaikki seitsemän yleistä päävikakaasua. Nämä kaasut ovat metaani, etaani, etyleeni, asetyleeni, häkä, hiilidioksidi ja vety. Riippuen muuntajan vikakohdan lämpötilasta ja siihen kosketuksissa olevista materiaaleista, muodostuu erilaisia kaasuja eri määriä. Siksi on tärkeää, että kriittisissä muuntajissa vikakaasuanalysaattori mittaa kaikkia näitä kaasuja eikä vain yhtä tai kahta.

 

Reaaliaikaisen DGA-analysaattorin hyödyntäminen
Perinteisesti sähkövoimateollisuudessa on tukeuduttu öljynäytepohjaisiin laboratorioanalyyseihin. Tämä on kuitenkin hidasta, ja virhelähteitä useita kuten esimerkiksi se, että näytteet kontaminoituvat kohtuullisen helposti. Öljynäytteet antavatkin vain hetkellisen kuvan muuntajan tilasta.
 

Sitä vastoin reaaliaikainen vikakaasujen tason määritys öljystä mahdollistaa muuntajan vikojen havaitsemisen aikaisin, jo niiden syntyvaiheessa. Jatkuvatoimisella mittauksella huomataan nopeatkin muutokset kaasujen pitoisuuksissa, jolloin voidaan havaita muutoksia, jotka voisivat harvoin otetuilla näytteillä jäädä kokonaan huomaamatta. Näin voidaan säästää muuntajien kunnossapito- ja korjauskustannuksissa reagoimalla tilanteisiin aikaisessa vaiheessa, kuten myös vähentää katastrofaalisten vikaantumisten todennäköisyyttä.

Optimaalinen vikakaasuanalysaattori
Markkinoilla on saatavilla useita vikakaasuanalysaattoreita, jotka eivät kuitenkaan ole yhtäläisiä. Luotettava mittaus pitkän aikavälin kaasutrendeissä on ehdottoman tärkeää. Laitteen täytyy toimia luotettavasti myös vaativissa ympäristöolosuhteissa. Etuja ovat myös kestävyys ja helppo asennettavuus myös toiminnassa olevaan muuntajaan, sekä itse analysaattorin mahdollisimman vähäinen huollon tarve.

Kustannukset ovat merkittävä tekijä analysaattorin valinnassa. Täytyy kuitenkin huomioida muutakin kuin vain laitteen hankintahinta. Kokonaiskustannuksiin vaikuttavat myös asennus- ja käyttökustannukset analysaattorin koko elinkaaren ajalta. Joissain analysaattoreissa on käytössä säännöllistä uusimista vaativaa kantokaasua tai liikkuvia osia, jotka vaativat määräaikaista huoltoa. Vaisalan infrapunapohjaisessa vikakaasuanalysaattorissa on hyvin kohtuulliset asennuskustannukset eikä käytännössä lainkaan ylläpitokustannuksia, mikä tarjoaa käyttäjälle merkittäviä kustannussäästöjä analysaattorin elinkaaren aikana.

Vikakaasuanalysaattorit ovat muuttaneet muuntajien kunnonvalvontaa reaaliaikaiseksi ja huoltoja tarpeenmukaisiksi. Ne tarjoavat käytännöllisen ja tehokkaan tavan muuntajien kokonaisvaltaiseen kunnonvalvontaan tarjoten käyttäjille mielenrauhaa, että muuntajat, verkon kriittiset komponentit, ovat toiminnassa vaativimmissakin tilanteissa.

Opi lisää reaaliaikaisesta vikakaasujen analysoinnista, katso englanninkielinen webinaarimme:  Online DGA Monitoring of Power Transformers

 

Comment

Paul Pillitteri

27.11.2018
My basic knowledge on the quality and competitiveness of Vaisala transformer products and information is very positive. One recommendation I would volunteer is as follows; " Critical fault gases and why they form" often cause many transformers users great expense when trying to comply with gas-in-oil guidelines from IEEE, IEC or independent companies. It should be noted that all power transformers generate gases (including fault gases) during normal and abnormal operation based on loading, transformer age and ancillary items on the transformer.

Senja Leivo

5.12.2018
Thank you for your valuable comments. It is true that interpretation of DGA may be challenging, because after all each power transformer is unique due to their design and use history.

zushi lin

4.12.2018
do you mean that NDIR monitor have no maintenance cost over 10 years? considering all the mechanical parts used it is difficult to believe that a complex electro/mechanical system that has to measure gases to the ppm level will have no parts failure in 10 years+ that will need repair and maintenance.

Senja Leivo

5.12.2018
Thank you for your question on Vaisala Blog.

Of course, not all NDIR technologies are the same. We can only speak for the Vaisala’s technologies. In the IR measurement technology of the OPT100 DGA monitor, we use only solid components, meaning there are no moving elements in its optical measurement module. All sensor components are manufactured by Vaisala, in own cleanroom, using MEMS technology. In sensors we can tune the IR band pass filters for preferred wave lengths. Also the light source is MEMS based, no filament used there. The sensor components have been extensively tested for life time expectancy significantly over 10 years.

The sensing technology itself includes various automatic proprietary procedures to detect and compensate off ageing of any components like light intensity decrease over years. However, the gas absorption wavelengths do not change as its just fundamental physical phenomenon. By keeping the IR filter properties stable and other components constantly compensated, it is possible to achieve measurements that do not need any factory nor user made site calibration during the years of operation.

What comes to the technology used in oil and gas handling in the OPT100, the only moving parts are magnetic valves and a magnetic gear pump. The specification, capacity and load used in those elements give estimated life time clearly over 10 years as well. Also those components have been heavily tested in conditions and load much over their specification and the actual use in OPT. We have not find any failures in those tests either.

All piping is stainless steel and machined parts high quality aluminum. The pipe fittings used are also the highest grade available on the market, commonly used in extreme-pressure pure gas applications.

All in all, the OPT100 is designed and its components chosen so that we can achieve maintenance free device. Which we truly believe in.

Senja Leivo
Senior Industry Expert

jim ronnie

5.12.2018
A good question leading to a better insight to the difference in "no maintenance" and "failure" in the context of this article. The latter will be determined by the design and show up in MTBF (calculated and demonstrated in life tests/field). Former suggests that the reliability/mtbf is not affected by leaving the units installed without on-going maintenance during this period. Taken to its conclusion then the quality of the on-site installation is an important consideration all other things being equal.

Senja Leivo

20.12.2018
Thank you for your comment. It is a good clarification on the difference between ‘no maintenance’ and ‘failure’. The Optimus™ OPT100 DGA monitor is designed so that it does not need any maintenance actions by user to maintain its measurement performance. However, with modern electronics, it is possible, although unlikely that a component fails, for example. This has been considered in OPT100 development by implementing self-diagnostics procedures which continuously monitor its critical components and operational functions informing the user if any issue arise.
And like you said, obviously the quality of the on-site installation is an important factor as well for reliable long-term online monitoring.

Kirjoita kommentti