CZ301065B6 - Zpusob provozního merení navlhnutí celulózových materiálu ve výkonových transformátorech a zarízení k provádení tohoto zpusobu - Google Patents

Abstract

Zpusob provozního merení navlhnutí celulózových materiálu ve výkonových transformátorech a zarízení k provádení tohoto zpusobu umožnuje posouzení navlhnutí celulózových materiálu ve výkonových transformátorech za jejich normálního provozu tím, že k merenému transformátoru (1) je pripojeno mobilní mericí zarízení (2), které pomocí hadice (3) prubežne odebírá olej z jeho olejové náplne (12) a merí sondou (25) obsah vody v tomto oleji a vrací olej zpet, pricemž je soucasne mericím zarízením (2) také merena horní sondou teploty (27) horní teplota transformátoru (1) a spodní sondou teploty (28) spodní teplota transformátoru (1). Všechny uvedené informace jsou prubežne snímány a celá casová posloupnost získaných dat je ukládána a zpracována v mericím pocítaci (29), což umožnuje relevantní posouzení obsahu vody v celulózových izolantech mereného transformátoru prímo na míste merení v prubehu rádove jedné hodiny. Rešení se týká také zarízení k provádení uvedeného zpusobu.

Description

Způsob provozního měření navlhnutí celulózových materiálů ve výkonových transformátorech a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu měření navlhnutí celulózových materiálů ve výkonových transformátorech a mobilního zařízení kterým je toto měření prováděno.

Dosavadní stav techniky

V současné technické praxi je měření navlhnutí celulózových materiálů ve výkonových transformátorů prováděno buď přímou tzv. PDC metodou (Polarisation-Depolarisation Current), nebo nepřímo a to tak, že pro určení množství vody obsažené v celulózových materiálech transformátoru využijeme transformátorový olej jako částečný nosič požadované informace. Pokud totiž za teplotně rovnovážného stavu transformátoru změříme současně obsah vody v jeho olejové náplni a teplotu tohoto stroje, můžeme pak jednoduchým výpočtem určit zobou daných veličin obsah vody v jeho celulózových materiálech.

Obě metody mají některé nedostatky.

Hlavním nedostatkem PDC metody je skutečnost, že toto měření není provozní a nepostihuje nám dostatečně přesně úroveň navlhnutí všech celulózových materiálů které transformátor obsa25 huje.

Měřený transformátor musí být nejprve odstaven z normálního provozu, vývody jeho primárního i sekundárního vinutí musí být odpojeny a propojeny s měřicí aparaturou resp. uzemněny. Vzhledem k tomu, že přesnost tohoto měření je silně závislá na teplotním poli v měřeném systému, je nutno počkat až systém dosáhne vyrovnaného teplotního rozložení, což v praxi obvykle znamená, že musíme čekat tak dlouho až se teplota systému přiblíží teplotě okolí.

Dalším nedostatkem této metody je pak skutečnost, že její vypovídací schopnost je omezena na vlastní izolační systém transformátoru a podmíněna dobrou znalostí geometrického uspořádání tohoto systému. Nelze tedy například dostatečně přesně určit obsah vody v izolačních systémech strojů ke kterým nemáme úplnou výrobní dokumentaci. Obsah vody v dalších celulózových materiálech které se transformátoru běžně nacházejí nelze touto metodou dostatečně přesně zjistit.

Hlavním nedostatkem nepřímé metody měření je pak skutečnost, že přesnost takto pojatého měření je závislá nejméně na třech základních faktorech:

• zda se měřený systém skutečně nachází v teplotní rovnováze, • zda změřené teploty dostatečně reprezentují teplotu celé soustavy olej-celulóza, * zda byl skutečně dobře změřen obsah vody v transformátorovém oleji.

V případě že se teplota měřeného systému značně dynamicky mění (najíždění a odstavování transformátoru, značné výkonové změny v průběhu dne atd.) je uvedené obvykle jednorázové měření již z principu nepřesné, protože systém není v přijatelně ustáleném stavu a z naměřených veličin teplot a obsahu vody v oleji tedy nelze na základě rovnovážných relací s přijatelnou přesností zjistit obsah vody v celulózových materiálech.

Přesnost tohoto typu nepřímého měření navlhnutí celulózových materiálů samozřejmě také silně závisí na způsobu, jakým je zjišťována teplota měřeného systému. Při dnešním způsobu jednoráCZ 301065 B6 zového měření je obvykle k dispozici pouze jediná teplota homí části transformátoru tj. teplota oleje se kterou olej vystupuje v daném okamžiku z aktivní části transformátoru. V transformátoru ovšem za normálního provozu vždy existuje značný vertikální teplotní spád mezi spodní a homí částí izolačního systému. Pokud bychom pro výpočet obsahu vody ve všech celulózových mate5 riálech použily pouze jedinou, v tomto případě nej vyšší, teplotu oleje můžeme se opět dopustit značné chyby.

Obdobné potíže existují i při měření obsahu vody v olejové náplni. Vzhledem k tomu že se v tomto případě pohybujeme v oblasti přesnosti měření 1 g vody na 1000 kg oleje tj. v oblasti ío ppm, je možných zdrojů zkreslení naměřených hodnot celá řada. Ke kontaminaci vzorku oleje může dojít již vzdušnou vlhkostí při vlastním odběru oleje, nečistotami v nádobě ve které je olej přepravován resp. při manipulaci s olejem v laboratoři atd. Přesnost měření závisí ale i na tak subtilních faktorech jako je např. delší osvícení vzorku normálním denním světlem, jehož ultrafialová složka může způsobit rychlé stárnutí oleje jehož produktem je opět voda, která přesnost měření zkreslí.

Podstata vynálezu

Všechny uvedené nedostatky odstraňuje způsob měření navlhnutí celulózových materiálů výkonových transformátorů a mobilní zařízení k provádění tohoto způsobu podle vynálezu. Podle tohoto způsobuje k olejové náplni transformátoru hydraulicky připojeno po dobu měření nejméně jednou hadicí přenosné měřici zařízení podle vynálezu a současně je pak nejméně dvěma teplotními sondami měřena teplota transformátoru. Samotné měřicí zařízení pak sestává ze sondy obsahu vody v oleji, teplotních sond, tlakové sondy, válce, pístu, servopohonu a řídicího počítače.

Způsob provozního měření obsahu vody v celulózových materiálech pak spočívá v tom, že z transformátoru je měřicím zařízením po dobu měření permanentně odebírán olej, měřen obsah vody v tomto oleji a současně jsou měřeny nejméně dvě teploty na nádobě transformátoru které reprezentují homí a spodní teplotu měřeného systému. Všechny tyto veličiny jsou zpracovány řídicím počítačem, který nejprve zkontroluje zda se transformátor nachází v přijatelné teplotní rovnováze a teprve potom vypočítá obsah vody obsažené v celulózových materiálech které jsou v transformátoru obsaženy. Závěry a výsledky měření jsou zobrazeny na displeji počítače, ulože35 ny v jeho paměti pro další zpracování, resp. jsou tato data zaslána komunikační linkou nadřazenému pracovišti.

Výhodou způsobu provozního měření obsahu vody v pevných izolantech a zařízení pro provádění tohoto způsobu je pak především skutečnost, že tento způsob měření zásadním způsobem potla40 čuje možnost výskytu chyb které se v průběhu standardně provedeného měření vyskytují.

V prvním krokuje mobilní měřicí zařízení připojeno hydraulicky nejméně jednou hadicí na odběrové kohouty oleje které jsou standardní výbavou každého transformátoru. Současně jsou na vhodná místa na nádobě transformátoru nebo na tepelných výměnících instalovány obě teplotní sondy.

Pak jsou vyvakuovány všechny hydraulické trasy kterými bude měřicí zařízení propojeno s olejovým obsahem transformátoru, ověřena těsnost těchto tras a teprve potom je měřicí zařízení propojeno s olejovou náplní měřeného stroje. Následně je počítačem zkontrolováno zdaje izolační systém transformátoru v přijatelně ustáleném stavu.

Pouze v případě že počítač zjistí že je tato podmínka splněna, je provedeno vlastní měření. Za těchto okolností je možno určit navlhnutí celulózových materiálů v transformátoru řádově po hodině měření tj. ve srovnání s ostatními metodami prakticky okamžitě. To umožňuje přímo na místě posoudit stav měřeného stroje a případně rozhodnout, jaké diagnostické postupy nebo způsoby ošetření je nutno na stroj aplikovat.

Pokud se teplota transformátoru a obsah vody v oleji v čase mění více než dovoluje zadané kritérium je obvykle použito dálkové měření s tím, že měřicí zařízení je propojeno komunikační linkou s nadřazeným pracovištěm, kde je posouzen průběh měření a na tomto základě je také zvolena jeho délka tak, aby bylo dosaženo požadované přesnosti měření.

Přehled obrázku na výkrese

Obr. 1 Propojení transformátoru a měřicího zařízení.

Příklad praktického provedení

Jeden z příkladů praktického provedení způsobu provozního měření navlhnutí pevných izolantů je znázorněn na připojeném výkresu v obrázku 1, na kterém je znázorněno nejjednodušší propojení zařízení podle vynálezu s výkonovým transformátorem.

Na výkresu v obrázku 1 je ukázáno příkladné propojení transformátoru i a měřicího zařízení 2, Transformátor 1 je zde představován nádobou 10 do které je vestavěna aktivní část transformátoru 1 složená z magnetického obvodu 100 a vinutí 101. Aktivní část transformátoru je vnořena do olejové náplně 12, která je horním nátrubkem 131 a spodním nátrubkem 132 spojena s olejo25 vým chladičem 13 a propojovacím potrubím 111 s konzervátorem JJ. Z nádoby JO transformátoru 1 je dále vyveden spodní odběrový kohout J4, střední odběrový kohout J5 a homí odběrový kohout J6.

Vlastní izolační systém transformátoru pak sestává z transformátorového oleje a celulózových materiálů. Mezi tyto materiály patří například oviny vodičů, izolační válce, bariéry atd. V transformátoru se ovšem mohou nacházet další konstrukční části na bázi celulózy, jako jsou například nosné a přítlačné konstrukce představující další depozita vody které je nutno měřením postihnout.

Vlastní hydraulické propojení olejové náplně J2 transformátoru J a měřicího zařízení 2 je prove35 děno hadicí 120, v našem příkladném provedení je hadice 120 připojena k spodnímu odběrovému kohoutu J4 transformátoru J.

Příklad praktického provedení nejjednoduššího měřicího zařízení 2 podle vynálezu ukázané na^J výkrese v obrázku 1, pak sestává z přívodního potrubí 200 do kterého je zabudovávána sonda 25 obsahu vody v oleji elektricky připojená prvním vedením 250 k řídicímu počítači 29 a tlaková sonda 26 elektricky připojená druhým vedením 260 k řídicímu počítači 29. Na levou stranu přívodního potrubí 200 je připojena hadice 120 hydraulicky propojující měřicí zařízení 2 s olejovou náplní J2 transformátoru 1, zatímco jeho pravá strana je vyústěna do válce 20 ve kterém je suvně uložen píst 2J připojený pístnicí 22 k servopohonu 23, který je ovládacím vedením 230 připojen k řídicímu počítači 29. Homí části válce 20 je přitom s okolím propojena odvzdušňovacím potrubím 240 do kterého je zabudován odvzdušňovací ventil 24.

Homí sonda teploty 27 která je před začátkem měření instalována na homí nátrubek 131 chladiče oleje J3 transformátoru 1, je horním vedením 270 připojena k řídícímu počítači 29 měřicího zaří50 zení 2, zatímco spodní sonda teploty 28 která je před začátkem měření instalována na spodní nátrubek 132 chladiče oleje 13 transformátoru 1, je spodním vedením 280 opět připojena k řídicímu počítači 29 měřicího zařízení 2. Řídicí počítač 29 je pak také propojen komunikační linkou

290 s nezakresleným nadřazeným pracovištěm.

Pro co nejpřesnější určení středního navlhnutí celulózových materiálů v transformátoru 1, je vždy nutno spolu s obsahem vody v oleji také co nejpresněji určit teplotu oleje který tyto materiály obtéká. Způsob provozního měření podle vynálezu řeší tento problém tím, že homí sondou teploty 27 je měřena teplota stěny horního nátrubku 131, kterým stále protéká horký olej přiváděný z homí části izolačního systému a spodní sondou teploty 28 je měřena teplota stěny spodního nátrubku 132 kterým stále protéká zchlazený olej z olejového chladiče 13 a je následně zaváděn do spodní části izolačního systému. Obě tyto teploty jsou v řídicím počítači 29 využity jako vstupní veličiny matematického modelu, jehož pomocí je pak simulováno teplotní rozložení v měřeném transformátoru 1 a na základě zjištěného obsahu vody v oleji je vypočítána hodnota ío středního navlhnutí jeho celulózových materiálů.

Realizace způsobu provozního měření navlhnutí pevných izolantů a dalších materiálů na bázi celulózy v transformátoru 1, pak v příkladném provedení probíhá v následujících krocích.

V prvním kroku je měřicí zařízení 2 připojeno hadicí 120 k spodnímu odběrovému kohoutu Γ4 na nádobě JO transformátoru I- Pak je měřicí zařízení 2 uvedeno do provozu a servopohon 23 začne pomocí pístnice 22 posouvat píst 21 doprava. Tlak ve válci 20, přívodním potrubí 200 a hadicí 120 klesá až do okamžiku, kdy píst 21 dosáhne své pravé krajní polohy. Pak je servopohon 23 vypnut řídicím počítačem 29 a počítač provede kontrolu těsnosti celého měřicího zařízení 2, hadi20 ce 120 a připojovacích armatur na základě tlakové odchylky měřené tlakovou sondou 26. Pokud je tato odchylka v dovoleném rozsahu, je tento stav kvalifikován počítačem jako připojení bez netěsností a počítač dá displejem pokyn obsluze aby manuálně otevřela spodní odběrový kohout 14.

Olej z transformátoru I začne do měřicího zařízení 2 natékat hadicí 120, a je zaváděn přívodním potrubím 200 do válce 20. Tlak měřený sondou tlaku 26 ve válci 20 roste a v okamžiku kdy se nárůst tlaku zastaví, řídicí počítač 29 tento stav vyhodnotí jako tlakové vyrovnání a displejem dá pokyn obsluze k odvzdušnění válce 20. Obsluha otevře odvzdušňovací ventil 24 a odpustí odvzdušňovacím potrubím 240 vzduch z válce 20 do okolí.

Tím jsou skončeny manuální operace které musí obsluha provést před vlastním měřením a všechny další procesy již probíhají automaticky. V druhém kroku řídicí počítač 29 uvede servopohon 23 do chodu, ve kterém je píst 21 tlačen pístnicí 22 doleva a vytlačuje olej z válce 20 zpět do spojovacího potrubí 200 a hadicí 120 a spodním odběrovým kohoutem 14 zpět do olejové náplně

12 transformátoru i. V okamžiku kdy píst 21_ dosáhne své levé krajní polohy je opět řídicím počítačem 29 reverzován chod servopohonu 23, píst 2]_ je nyní pístnicí 22 tažen doprava a olej z transformátoru i je znovu nasáván spodním odběrovým kohoutem J4 a hadicí 120 do přívodního potrubí 200 obtéká sondu 25 obsahu vody a natéká do válce 20. Tento proces pokračuje až do okamžiku kdy píst 21 opět dosáhne své pravé krajní polohy a celý proces se opakuje.

Tento cyklický proces složený z nasávání definovaného objemu oleje z transformátoru 1 do měřicího zařízení 2 a vtlačení tohoto objemu oleje zpět do transformátoru, se opakuje po předem definovaný počet cyklů, resp. dokud se neustálí měřená hodnota obsahu vody v oleji, což signalizuje, že olej který sondu 25 obsahu vody obtéká, je do co obsahu vody totožný s olejem který se nachází v olejové náplni 12 měřeného transformátoru 1.

Po stabilizaci naměřené hodnoty je odpovídající údaj obsahu vody zobrazen na displeji řídicího počítače 29 a uložen do jeho paměti.

Současně s počátkem měření je iniciováno kontinuální měření teplot izolačního systému pomocí homí sondy teploty 27 a spodní sondy teploty 28. V průběhu tohoto měření je sledován jak průběh obou změřených teplot v čase, tak jejich vzájemná diference.

V případě že se odchylky teplot a obsahu vody v oleji nacházejí v dovoleném rozmezí, řídicí počítač 29 interpretuje tento stav jako rovnovážný stav izolačního systému transformátoru 1 a všechny naměřené hodnoty jsou uloženy do paměti řídicího počítače 29 který provede potřebné výpočty pro určení střední hodnotu navlhnutí izolačního systému. Výsledek je opět uložen do paměti řídicího počítače 29 a počítač ohlásí obsluze konec měření.

Pokud je odchylka teplot po danou dobu měření vyšší než odchylka dovolená nebo došlo k výraznější odchylce naměřeného obsahu vody v oleji, je tento stav vyhodnocen jako nerovnovážný stav systému olej - celulóza, ve kterém nelze získat požadované výsledky s postačující přesností. Měření je proto přerušeno a řídicí počítač 29 hlásí tuto skutečnost obsluze.

io Pokud nedojde ve zvoleném základním časovém intervalu k ustálení naměřených hodnot teplot a obsahu vody v oleji, je obvykle zvolena náhradní alternativa dlouhodobého měření. V tomto případě je měřicí zařízení 2 ponecháno v činnosti a jeho výsledky jsou přenášeny komunikační linkou 290 na nadřazené pracoviště, kde jsou posouzeny a zvolena vhodná koncepce dalšího měření.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob provozního měření navlhnutí celulózových materiálů ve výkonových transformátorech, vyznačený tím, že za normálního provozu transformátoru je k jeho olejové náplni připojeno mobilní měřicí zařízení kterým je jednak průběžně odebírán transformátorový olej

   25 z olejové náplně tohoto transformátoru a měřen obsah vody v tomto oleji a olej je vracen zpět do olejové náplně transformátoru a jednak průběžným měřením teplot transformátoru je určeno rozložení teplot v jeho izolačním systému olej - celulóza.
2. 2. Způsob provozního měření navlhnutí celulózových materiálů podle nároku 1 dále

   30 vyznačený tím, že všechny měřené veličiny jsou průběžně snímány řídicím počítačem mobilního měřicího zařízení který průběžně vyhodnocuje, zda se měřený transformátor nachází v požadovaném rovnovážném stavu a pomocí matematického modelu pak určí hodnotu navlhnutí celulózových materiálů, které jsou v daném transformátoru obsaženy.

   35
3. 3. Zařízení k provádění způsobu provozního měření navlhnutí celulózových materiálů podle nároků 1 a 2 sestávající ze sondy (25) obsahu vody, sondy tlaku (26), válce (20), pístu (21), servopohonu (23), řídicího počítače (29), horní sondy teploty (27) a spodní sondy teploty (28), vyznačené tím, že měřicí zařízení (2) je hadicí (120) hydraulicky připojeno kolejové náplni (12) transformátoru (1) a opačný konec hadice (120) je připojen na přívodní potrubí (200)

   40 měřicího zařízení (2), se zabudovanou sondou (25) obsahu vody a sondou tlaku (26), ústící do válce (20), jehož horní část je propojena s okolím odvzdušňovacím potrubím (240) se zabudovaným odvzdušňovacím ventilem (24), a ve válci (20) je suvně uložen píst (21) spojený pístnicí (22) se servopohonem (23), přičemž na horní nátrubek (131) olejového chladiče (13) transformátoru (l) je také umístěna horní sonda teploty (27) a na spodní nátrubek (132) olejového chladiče

   45 (13) je umístěna spodní sonda teploty (28).
4. 4. Zařízení k provádění způsobu měření podle nároků 1 až 3 dále vyznačené tím, že řídicí počítač (29) měřicího zařízení (2) je prvním vedením (250) spojen se sondou (25) obsahu vody, druhým vedením (260) se sondou tlaku (26), horním vedením (270) s horní sondou teploty

   50 (27), spodním vedením (280) se spodní sondou teploty (28) a komunikační linkou (290) s nadřazeným (nezakresleným) řídicím pracovištěm.