Continue monitoring beschermt transformator

De installatie van een zware transformator op een locatie in de Alpen stelde het Zwitserse bedrijf BKW voor een aantal ongebruikelijke transportproblemen. Na het overwinnen van  deze uitdagingen en nadat de transformator was geïnstalleerd detecteerden BKW-ingenieurs kleine, maar snel afnemende ontladingen. Onder normale omstandigheden zouden ze hebben overwogen de transformator terug te sturen naar de fabriek, maar gezien de complexiteit en kosten daarvan, werd een Vaisala OPT100 Optimus DGA-instrument geïnstalleerd om de transformator continu te monitoren.

“Onze eerste tests toonden aan dat de transformator goed werkte,” legt BKW-hoofdingenieur Lukas Eggimann uit. “Echter, de detectie van ontladingen, hoe klein ook, vertegenwoordigden een potentieel risico, dus werd de online DGA-monitor geïnstalleerd om ervoor te zorgen dat waarschuwingen zouden worden verstuurd als er zich afwijkingen zouden ontwikkelen binnen de transformator”.

Uitdagingen voor Alpine transformator

Als reactie op de toenemende vraag en om de veiligheid en veerkracht van de stroomvoorziening in de regio Gstaad in Zwitserland te vergroten, was een extra 75 MVA transformator 220 kV / 50 kV nodig. De installatielocatie bevond zich echter hoog in de Alpen met uitdagende toegangsproblemen. Bijvoorbeeld, het was noodzakelijk om steile wegen te beklimmen en bruggen over te steken die niet zijn ontworpen voor zulke zware lasten.

Twee trailers waren nodig om de transformator te vervoeren, samen met een zelfrijdend voertuig, wat resulteerde in een totale lading van 123 ton, wat de capaciteit van sommige bruggen overschreed. Bijvoorbeeld, het was niet mogelijk om een smalle brug met een limiet van 32 ton te vermijden, dus moest er aanzienlijke versterking worden aangebracht voordat de transformator arriveerde (zie foto).

Zorgen voor transformatorbetrouwbaarheid

Na installatie worden de transformatoren van BKW grondig geïnspecteerd door het interne diagnostische team van het bedrijf, evenals door de Technische Commissie voor Hoogspanningsvraagstukken (FKH, Fachkommission für Hochspannungsfragen). Tijdens deze beoordelingen werden deel-ontladingen gedetecteerd, hoewel er na  4 tot 5 uur een sterk afnemende trend werd waargenomen. “Er zijn een aantal mogelijke oorzaken van deze ontladingen,” legt Lukas uit. “Bijvoorbeeld, kleine metaalfragmenten kunnen aanwezig zijn als gevolg van lasactiviteiten tijdens de fabricage van de transformatorkast, of de ontladingen kunnen worden veroorzaakt door andere factoren zoals holtes, luchtbellen of vocht. Wat de reden ook is, de zorg is, dat ze zich later kunnen ontwikkelen tot ernstige problemen met  transformatoruitval tot gevolg”.

De transformator was perfect getest in de fabriek, de ontladingen namen snel af tijdens de metingen (SAT, Site Acceptance Test) ter plaatse, en de kosten en complexiteit van het terugsturen van de transformator naar de fabriek waren niet in verhouding, dus om elk potentieel risico te vermijden, werd de Vaisala DGA-online-monitor geïnstalleerd.

Waarom continu monitoren?

De traditionele methode om de conditie van transformatoren te controleren is door jaarlijks handmatig oliemonsters te nemen voor laboratoriumanalyse. Deze bemonsteringsmethode geeft een indicatie van de in olie opgeloste gassen en oliekwaliteit op één moment in de tijd. Daarentegen kunnen toestellen zoals een continue metende DGA-online-monitor problemen onmiddellijk detecteren – voordat ze ernstig worden. Met continue metende DGA-online-monitors kunnen ook trends worden vastgesteld, zodat gebruikers bijvoorbeeld de gasniveaus kunnen correleren met de belasting van de transformator.  

De Vaisala OPT100 Optimus DGA kan in minder dan twee uur worden geïnstalleerd en met autocalibratie en IR-referentiemeting kan het instrument betrouwbare gegevens over de gasontwikkeling leveren. Vacuümgasextractie elimineert fluctuatie veroorzaakt door olietemperatuur of druk, en de hermetisch afgesloten meetoptiek voorkomt sensorvervuiling. Vocht en waterstof worden direct in de olie gemeten met een capacitieve thin-film polymeer HUMICAP® sensor en solid-state sensoren. Ook van belang is, dat de OPT100 de totale opgeloste gasdruk (TGP total gas pressure) van de olie meet en luchtlekken in afgesloten transformatoren detecteert zonder de noodzaak om zuurstof te monitoren – wat een misleidende meting kan zijn.

“De OPT100 is een instrument om risico´s te beperken,” legt Andreas Hilgers van Vaisala uit. “In Gstaad gebruikt BKW het om ervoor te zorgen dat de zeer lichte zorgen die door de Site-Acceptance-Test (SAT) naar voren kwamen, worden beperkt door betrouwbare continue DGA-online-metingen. We hebben klanten die Vaisala DGA-online-monitors gebruiken op al hun nieuwe transformatoren, en andere gebruikers die ze alleen installeren waar, bijvoorbeeld, de transformator de FAT-tests doorstaat, maar niet de SAT”.

De OPT100 kan worden geïntegreerd in SCADA-systemen van energiebedrijven, maar kan ook veilige standalone communicatie bieden. Lukas zegt: “Dit is een belangrijk kenmerk voor cybersecurity omdat de toevoeging van een instrument zoals dit geen extra toegangspunt voor hackers mag bieden”.

Het gemakkelijke installatie- en inbedrijfnameproces waren ook een aantrekkelijke kenmerken voor Lukas. “Natuurlijk was het goed dat we de OPT100 snel en eenvoudig konden installeren,” legt hij uit. “Maar de typische levensduur van een transformator is 40 tot 60 jaar, dus het is net zo belangrijk dat de monitor later gemakkelijk kan worden gedeinstalleerd.”

Prestaties tot nu toe

De OPT100 werd in 2022 geïnstalleerd en sindsdien hebben zowel de transformator als de DGA-monitor goed gefunctioneerd, zonder enige tekenen van afwijkingen. Er is een goede correlatie aangetoond tussen de OPT100-metingen en de resultaten van oliemonsters die door FKH zijn genomen en getest, en er zijn geen aanwijzingen voor verhoogde gasniveaus in de transformatorolie.

Vooruitkijken

De transformatoren van BKW verkeren in zeer goede staat en worden regelmatig gecontroleerd door middel van offline diagnostiek en oliebemonstering voor analyse. Als de transformatoren afwijkingen vertonen, wordt als eerste stap het controle-interval verkort en als er zorgen blijven bestaan, wordt de installatie van een OPT100 overwogen. “Onze strategie om risico’s te beperken is dus om actie te ondernemen zodra er afwijkingen worden gedetecteerd – net als in de menselijke gezondheidszorg”, zegt Lukas. “Continue DGA-online-monitoren vormen daarom een essentieel hulpmiddel in onze risicomanagementstrategie, en de OPT100 heeft aangetoond de betrouwbaarheid en gemoedsrust te bieden die we nodig hebben – vooral wanneer de toegangsweg een limiet van 32 ton heeft!”