Niezawodność systemów elektroenergetycznych ma we współczesnym świecie priorytetowe znaczenie i w ciągu ostatnich dziesięcioleci znacznie wzrosła. Elementy tej infrastruktury również od wielu lat służą uprzemysłowieniu i wzrostowi gospodarczemu świata. Jednak praca w trudnych warunkach – zarówno elektrycznych jak i środowiskowych powoduje, że ulegają one naturalnym procesom starzenia. Mimo tego oczekuje się, że do momentu całkowitego zużycia będą w stanie sprostać stawianym im wymaganiom eksploatacyjnym. Powszechnie bowiem wiadomo, że zakłady energetyczne szukając oszczędności, maksymalnie wykorzystują istniejący majątek.

W takich warunkach prawidłowa praca wszystkich elementów systemu możliwa jest, gdy objęte są one szczególną opieką, która powinna przekładać się na szeroko pojętą profilaktykę. Z pomocą przychodzą tu nowoczesne techniki pomiarowe i diagnostyczne, a także systemy monitoringu pracujące w czasie rzeczywistym On­line. Na podstawie odpowiednich kryteriów mają potwierdzić, w jakim stanie urządzenie się znajduje oraz określić jego dalszą przydatność eksploatacyjną.

Transformator ze względu na swoją skomplikowaną pod wzglę­dem technicznym budowę oraz jako jeden z głównych i istotnych elementów systemu elektroenergetycznego powinien być właściwie diagnozowany, co w efekcie może przełożyć się na jego bezawaryj­ną pracę a dodatkowo na wydłużenie czasu jego funkcjonowania – nawet o kilkanaście lat. Obecnie diagnostyka transformatorów będących w eksploatacji, staje się coraz ważniejsza dla właścicie­la majątku, ponieważ większy odsetek tych urządzeń przekroczył przewidziany przez konstruktorów czas eksploatacji. Zarówno w krajowej jak i światowej energetyce znaczna część jednostek pracuje już ponad 30 lat i pomimo braku uszkodzeń wewnętrznych zbliża się do kresu swojej żywotności, natomiast o dalszym utrzy­mywaniu ich w eksploatacji będzie decydować stan techniczny i rachunek ekonomiczny. W artykule zostaną przedstawione wyniki specjalistycznych badań diagnostycznych przeprowadzonych na ośmiu transformatorach mocy, zainstalowanych w stacjach o gór­nym napięciu 110 kV oraz wnioski wynikające z tych badań.

Diagnostyka transformatorów 

Badania diagnostyczne transformatorów mają na celu wykrywa­nie zagrożeń eksploatacyjnych, czynników które sprzyjają awarii, a także dokonanie oceny wytrzymałości transformatora poprzez określenie jego stanu technicznego. Zakres programu badań po­winien być dostosowany do przewidywanych zagrożeń występu­jących w pracy transformatorów i wykorzystywać sprawdzone kry­teria ujęte m.in. w ramowej instrukcji eksploatacji transformatorów. Dodatkowym efektem przyjętego programu badań jest:

  • stworzenie bazy danych dla zarządzanej w oddziale populacji transformatorów,
  • utworzenie bazy tzw. finger print (czyli odcisk palca),
  • ustalenie programu badań na podstawie wyników (statusu trans­formatora i jego wyposażenia).

W PGE Dystrybucja SA Oddział Łódź-Miasto, program badań diagnostycznych uwzględnia:

  • badania DGA wykonywane raz w roku,
  • pomiar tgδ<5 transformatora,
  • pomiar tgδ<5 przepustu 110 kV,
  • pomiar pojemności transformatora,
  • pomiar pojemności przepustu 110 kV,
  • pomiar wyładowań niezupełnych metodą UHF,
  • detekcję odkształceń uzwojeń metodą SFRA.

Przy pomiarze wyładowań niezupełnych skupiono się na stwier­dzeniu, czy występują w transformatorze i jaka jest ich intensywność, natomiast nie ustalano miejsca ich występowania. Wybór metody podyktowany był koniecznością wyeliminowania zakłóceń elektro­magnetycznych, ponieważ wszystkie pomiary były przeprowadzane na obiekcie czynnym. Wyniki pomiarów umieszczono w tabelach oraz pokazano na rysunkach.

TABELA I. Analiza chromatograficzna przeprowadzona na stacji 110 kV – nr 1

  Rodzaj gazu

  Wartość dopuszczalna wg RIET 2006 [ppm]    Wartość zmierzona  
Stacja 110 kV
nr 1 – TR-1
Stacja 110 kV
nr 1 – TR-2
2012 2011 2010 2009 2012 2011 2010 2009
H2 – wodór
500 19,0 30,9 11,4 6,5 1,0 1,8
C2H2 – acetylen 70

0,2

0,6

1,0

C2H4 – etylen 260 2,0 10,7 0,8 1,2 15,0 20,2 10,2 5,7
C2H8 – etan 170 10,0 91,3 3,5 8,8 0,2 0,2
C3H6 – propylen 40 1,0 14,5 0,3 4,3 2,0 1,0
C3H8 – propan 40 2,0 27,2 0,8 8,8 0,2
CH4 – metan 200 6,0 14,6 1,5 2,6 1,0 0,9 0,8 0,5
CO – tlenek węgla 260* 10,0 115,9 10,0 40,9 10,0 53,9 10,0 35,2
CO2 – dwutlenek węgla 4000 1707,0 5301,0 209,6 1372,3 642 1584,4 410,7 643,5
Powietrze * dopuszcza się wyższą wartość CO tylko w przypadku,
gdy stosunek CO/CO2 nie przekracza 0,30
25222 22852 32209 26703 64469,2  20999 64612,2 21040
Suma gazów palnych  40,0 305,1 18,4 73,1 17,8 77,2 14,1 42,4
Procentowa ilość gazów w oleju   2,9   2,8   2,2   2

Transformator nr 1 na stacji 110 kV nr 2 

Omawiany transformator wykazuje znaczący poziom wyładowań niezupełnych (wnz) dla wszystkich trzech badanych częstotliwości (rys. 2), jednocześnie analiza chromatograficzna wskazuje na pod­wyższający się poziom gazów palnych (w tym acetylenu) w ole­ju (tab. II). Dodatkowo bacznej uwagi wymaga tendencja zmian współczynnika tgδ<5 izolatora przepustowego B1 (rys. 1) ze względu na jego podwyższoną wartość (niemalże graniczną). Wartość pojem­ności CHL w obu warunkach pomiarowych jest prawie taka sama.

TABELA II. Analiza chromatograficzna przeprowadzona na stacji 110 kV – nr 2

  Rodzaj gazu

  Wartość dopuszczalna wg RIET 2006 [ppm]    Wartość zmierzona  
Stacja 110 kV 
nr 2 – TR-1
Stacja 110 kV 
nr 2 – TR-2
2012 2011 2010 2009 2012 2011 2010 2009
H2 – wodór
500 6,0 4,1 10,2 1,6 34,0 15,9 22,7 6,3
C2H2 – acetylen 70

20,0

38,3 21,7 11,3 32,0 46,7 24,4 12,6
C2H4 – etylen 260 3,0 5,0 3,0 2,3 5,0 7,3 3,4 3,5
C2H8 – etan 170 1,0 3,7 1,3 1,4 1,0 1,3 0,5 0,9
C3H6 – propylen 40 1,0 4,6 0,9 3,0 4,0 13,5 1,8 10,6
C3H8 – propan 40 1,0 1,8 0,5 2,0 1,0 0,8 0,4 1,8
CH4 – metan 200 2,0 1,8 2,1 1,0 3,0 2,3 2,6 1,5
CO – tlenek węgla 260* 22,0 46,5 12,3 30,2 14,0 105,0 10,8 64,7
CO2 – dwutlenek węgla 4000 565,0 1823,1 396,2 999 425,0 1809,8 262,5 761,4
Powietrze dopuszcza się wyższą wartość CO tylko w przypadku,
gdy stosunek CO/CO2 nie przekracza 0,30
59279,0 22016 61351,7 19875 51394 22155 49509,8 23777
Suma gazów palnych  56 105,8 52,1 52,8 94,0 192,8 66,7 101,9
Procentowa ilość gazów w oleju 2,4 2 2,4 2,4

Wyniki specjalistycznych badań przeprowadzonych na stacji 110 kV - nr 2 TR-1 (pomiar współczynnika tgδ<5 oraz pojemności uzwojeń)
Rys. 1. Wyniki specjalistycznych badań przeprowadzonych na stacji 110 kV – nr 2 TR-1
(pomiar współczynnika tgδ<5 oraz pojemności uzwojeń)

Wyniki specjalistycznych badań przeprowadzonych na stacji 110 kV - nr 2 TR-1 (pomiar wyładowań niezupełnych metodą UHF)
Rys. 2.
 Wyniki specjalistycznych badań przeprowadzonych na stacji 110 kV – nr 2 TR-1
(pomiar wyładowań niezupełnych metodą UHF)

Wyniki specjalistycznych badań przeprowadzonych na stacji 110 kV -  nr 2 TR-1 (pomiar odpowiedzi częstotliwościowej SFRA)
Rys. 3.
 Wyniki specjalistycznych badań przeprowadzonych na stacji 110 kV –  nr 2 TR-1
(pomiar odpowiedzi częstotliwościowej SFRA)