DGA 900 PLUS: pokročilý monitoring transformátoru nově rozšířený o termografii

DGA 900 PLUS je vyspělý a spolehlivý systém online monitoringu výkonových transformátorů. Jeho základem je analýza plynů rozpuštěných v oleji a měření vlhkosti. Platformu lze podle potřeb konkrétního transformátoru rozšířit o tepelné a vlhkostní modely, monitoring průchodek, elektrických částečných výbojů, chlazení a přepínače odboček.

Nově tuto funkcionalitu doplňuje také nepřetržitá infračervená termografie. K informacím o vnitřním stavu transformátoru tak přidává sledování jeho povrchu, chladicí soustavy, elektrických spojů a dalšího vnějšího vybavení. Jednotlivá měření přitom nezůstávají izolovaná. DGA 900 PLUS je spojuje na společné časové ose a vytváří ucelenější podklad pro posouzení skutečného stavu zařízení.

Neplánované vypnutí transformátoru je až důsledkem rozvíjející se poruchy

Výkonový transformátor může dlouhou dobu pracovat bez viditelných problémů, zatímco se uvnitř postupně rozvíjí tepelná nebo elektrická porucha, zhoršuje se stav papírové izolace, roste obsah vlhkosti nebo vzniká problém na průchodce, chladicím systému či přepínači odboček.

Pravidelný odběr vzorků oleje, elektrická diagnostika a pochůzková termovizní kontrola mají v údržbě transformátorů stále nezastupitelné místo. Vždy však zachycují stav zařízení pouze v konkrétním okamžiku. Mezi dvěma kontrolami mohou uplynout týdny nebo měsíce a právě v tomto období se může pomalý trend změnit v rychle se rozvíjející závadu.

Hlavní hodnotou online monitoringu proto není pouze automatický sběr dat, ale především jeho kontinuita. Systém umožňuje sledovat rychlost změny jednotlivých veličin, porovnávat jejich vývoj v čase a upozornit obsluhu ve chvíli, kdy se chování transformátoru začne odchylovat od jeho běžného provozního profilu.

DGA 900: sledování vývoje poruchových dějů uvnitř transformátoru

DGA – Dissolved Gas Analysis – je analýza plynů rozpuštěných v izolační kapalině. Při tepelném a elektrickém namáhání se olej a celulózová izolace rozkládají a vznikají charakteristické plyny. Jejich koncentrace, vzájemné poměry a zejména vývoj v čase poskytují důležité informace o možném přehřívání, výbojové činnosti, elektrickém oblouku nebo degradaci papírové izolace.

Kelman DGA 900 automaticky odebírá olej z transformátoru, extrahuje z něj plyny metodou headspace a následně provádí jejich víceplynovou analýzu. Sledovaný soubor zahrnuje vodík, metan, etan, etylen, acetylen, oxid uhelnatý, oxid uhličitý a kyslík. U volně dýchajících transformátorů je k dispozici také vypočtená hodnota dusíku. Současně se měří vlhkost v oleji.

Kompletní měřicí cyklus lze podle konfigurace nastavit až na jednu analýzu za hodinu. Při kritickém vývoji vybraných veličin lze využít režim Rapid Mode, který poskytuje jejich orientační aktualizaci přibližně po 30 minutách. Nejde přitom o úplnou devíti plynovou analýzu v tomto intervalu, ale o rychlejší sledování vybraných kritických parametrů.

Je důležité používat přesnou terminologii. DGA 900 neprovádí kompletní laboratorní rozbor všech vlastností izolačního oleje. Online sleduje plyny rozpuštěné v oleji a jeho vlhkost. Periodická laboratorní diagnostika. Například stanovení elektrické pevnosti, čísla kyselosti, ztrátového činitele, obsahu inhibitorů nebo částic, proto zůstává podle potřeb provozovatele důležitým doplňkem.

Online DGA však mezi laboratorními odběry vytváří nepřetržitý trend a výrazně zkracuje dobu mezi vznikem změny a jejím zachycením.

DGA 900 PLUS rozšiřuje monitoring na celý transformátor

Samotná DGA poskytuje velmi cenné informace o dějích uvnitř izolačního systému. Transformátor je však složité zařízení, jehož provozní stav ovlivňují také průchodky, přepínač odboček, chlazení, zatížení a další elektrické, tepelné i mechanické procesy.

DGA 900 proto může být prostřednictvím přídavných měřicích senzorů a analytických funkcí rozšířen na platformu DGA 900 PLUS. Konfiguraci lze sestavit podle konstrukce, provozního významu a známých rizik konkrétního transformátoru a v případě potřeby ji později doplňovat.

Provozovatel tak nemusí instalovat samostatný monitorovací systém pro každou část transformátoru. Jednotlivé funkce mohou využívat společnou platformu, komunikaci, časovou základnu a uživatelské rozhraní.

Nové rozšíření DGA 900 PLUS: modul IRT – termografická kamera

Termografická kamera modulu IRT Novinkou platformy DGA 900 PLUS je modul IRT – Infrared Thermography, který rozšiřuje nepřetržitý monitoring o sledování povrchu transformátoru a jeho vnějšího elektrického a technologického vybavení. Zatímco DGA a další senzory poskytují informace o procesech probíhajících uvnitř zařízení, termografické kamery zachycují jejich možné teplotní projevy na povrchu a současně kontrolují stav vnějších částí transformátoru.

K systému lze připojit až tři kamery. Každá z nich pořizuje termografický i běžný obraz a pracuje v infračerveném pásmu 8 až 14 µm. V závislosti na umístění mohou kamery dlouhodobě sledovat například:

průchodky a jejich připojení,
svodiče přepětí,
elektrické spoje a připojovací body,
radiátory a další části chladicího systému,
vnější části přepínače odboček,
povrch hlavní nádoby transformátoru,
další oblasti zvolené podle konstrukce a provozního významu zařízení.

V obrazu lze vymezit konkrétní sledované oblasti a pro každou z nich vyhodnocovat teplotu i teplotní rozdíly vůči ostatním místům. Snímky se ukládají v nastavených intervalech nebo automaticky při vzniku alarmu. Diagnostik tak nepracuje pouze s aktuální hodnotou, ale může sledovat také vývoj teplotního obrazu v čase.

Kamery mají krytí IP67 a jsou napájeny prostřednictvím PoE přímo ze systému. Instalace termografického monitoringu proto nevyžaduje zásah do olejového okruhu transformátoru.

Modul IRT není určen ke sledování vnitřních částí skrz nádobu transformátoru. Jeho úkolem je zachycovat povrchové teplotní anomálie a kontrolovat vnější části zařízení. Může tak upozornit například na neobvyklé oteplení elektrického spoje, rozdíly mezi jednotlivými fázemi, nesprávnou funkci části chlazení nebo změnu teplotního obrazu průchodky.

Největší hodnotu získává termografický monitoring ve spojení s ostatními daty DGA 900 PLUS. Vývoj teplot lze porovnávat se zatížením transformátoru, koncentracemi plynů, stavem chlazení i výsledky tepelných modelů. Pokud se současně změní více nezávislých veličin, získává diagnostik podstatně lepší podklad pro posouzení závažnosti alarmu a stanovení priority následné kontroly.

Časově synchronizovaná data a uložené obrazové záznamy navíc umožňují provést první vyhodnocení události na dálku, ještě před případným výjezdem technika na místo.

Monitoring průchodek a částečných výbojů

Monitoring průchodek transformátoru Průchodky představují jednu z kritických částí výkonového transformátoru. DGA 900 PLUS může sledovat jejich svodový proud a změny kapacity C1 a ztrátového činitele izolačního systému.

Vývoj těchto hodnot může upozornit na pronikání vlhkosti, stárnutí izolace nebo poruchu kapacitních vrstev. Podle konfigurace lze monitorovat až devět průchodek transformátoru.

Stejné měřicí adaptéry lze využít také pro detekci elektrických částečných výbojů. Systém sleduje počet událostí, zdánlivý náboj a další ukazatele intenzity výbojové aktivity. Fázově rozlišené obrazce PRPD pomáhají posoudit charakter a možný zdroj zaznamenaných výbojů.

Doplňkový vysokofrekvenční proudový transformátor HFCT může pomoci rozlišovat interní výbojovou aktivitu od vnějšího rušení. Spojení trendu DGA, stavu průchodek a částečných výbojů poskytuje výrazně silnější diagnostický podklad než izolovaný alarm z jediného senzoru.

Přepínač odboček pod zatížením

OLTC – On-Load Tap Changer – patří k mechanicky nejvíce namáhaným částem výkonového transformátoru. DGA 900 PLUS může podle konfigurace sledovat polohu odbočky, počet a četnost přepnutí, teplotní rozdíl mezi nádobou přepínače a hlavní nádobou transformátoru i průběh elektrického příkonu pohonu.

Průběh příkonu nebo odvozeného momentu motoru vytváří charakteristický „otisk“ jednotlivých operací. Jeho postupná změna může upozornit například na rostoucí mechanický odpor, změnu časování nebo jinou odchylku dříve, než se problém projeví neúspěšným přepnutím.

Dlouhodobý trend současně umožňuje odlišit jednotlivou nestandardní operaci od opakující se nebo postupně se zhoršující změny.

Monitoring chladicího systému

Správná funkce chlazení má přímý vliv na teplotu vinutí, rychlost stárnutí izolace i využitelnou zatížitelnost transformátoru. Při monitoringu chlazení se proto nesleduje pouze binární informace, zda je ventilátor nebo čerpadlo zapnuto. Kombinace stavových signálů, proudů jednotlivých chladicích stupňů, zatížení a teplot oleje umožňuje vyhodnocovat také skutečnou odezvu chladicího systému.

To je důležité zejména při vysokém zatížení a vysoké okolní teplotě, kdy se snížený výkon ventilátoru, čerpadla nebo zaneseného chladiče může projevit nejvýrazněji.

Právě zde získává význam také nové termografické rozšíření. Teplotní obraz radiátorů a dalších částí chladicího systému může ukázat asymetrii průtoku, nefunkční část chlazení nebo rozdílné oteplení jednotlivých oblastí.

Životnostní a provozní modely transformátoru založené na dynamickém měření a vzorkování

Další úroveň platformy představují modely izolačního a tepelného systému založené na datech konkrétního transformátoru a postupech IEC a IEEE. Modely využívají zatěžovací proud, teplotu oleje, okolní teplotu, vlhkost a další dostupné vstupy. Z naměřených hodnot mohou vypočítávat například:

teplotu nejteplejšího místa vinutí,
relativní rychlost stárnutí izolace,
kumulované tepelné stárnutí,
odhad vlhkosti v papírové izolaci,
teplotu vzniku bublinek,
aktuální nebo dynamickou zatížitelnost transformátoru.

Smyslem není vytvářet další množství izolovaných čísel. Modely převádějí provozní data do veličin, které pomáhají rozhodnout, zda lze transformátor bezpečně zatížit, kdy je vhodné jeho provoz omezit a zda se dlouhodobě zhoršuje stav izolačního systému.

Závěr

TMVSS zajišťuje pro aplikace GE Vernova - Kelman DGA 900 a DGA 900 PLUS kompletní technickou podporu. Od prvotní konzultace a návrhu vhodné konfigurace přes projektovou přípravu, instalaci a uvedení do provozu až po nastavení alarmů, zpracování naměřených dat a následnou technickou podporu.

Každý transformátor vyžaduje individuální posouzení podle své konstrukce, stáří, provozního významu, způsobu zatěžování, známých rizik i diagnostických dat, která má provozovatel již k dispozici. Stejně důležité je určit, které veličiny mají být sledovány, jak mají být vzájemně vyhodnocovány a jakým způsobem budou výsledky využívány při provozu a plánování údržby.

Správně navržený monitoring totiž nemá vytvářet pouze další množství dat. Jeho úkolem je poskytovat srozumitelné a technicky správně interpretované informace, které pomohou včas rozpoznat změnu stavu zařízení, posoudit její závažnost a zvolit odpovídající další postup.

TMVSS může pomoci nejen s návrhem a implementací nového monitorovacího systému, ale také se zpracováním a odborným vyhodnocením dat ze stávajících monitoringů. Zásadní součástí naší práce je dlouhodobá technická odbornost v oblasti výkonových transformátorů, online monitoringu a diagnostiky izolačních systémů.

Pokud zvažujete instalaci DGA 900 nebo rozšíření na DGA 900 PLUS, chcete doplnit termografický monitoring, případně potřebujete pomoci s interpretací již naměřených dat, obraťte se na nás. Rádi s vámi projdeme technické možnosti, doporučíme řešení odpovídající konkrétnímu transformátoru a připravíme nezávaznou nabídku.