Oversikt over viktige aldringsmekanismer for elkraftapparater, relevante tilstandskontrollmetoder

Transkript

1 Oversikt over viktige aldringsmekanismer for elkraftapparater, relevante tilstandskontrollmetoder Lars E. Lundgaard SINTEF Energiforskning AS SINTEF Energy Research 1

2 Jeg skal snakke litt om Hvorfor bruke diagnostiske målinger Feilmoder, aldringsmekanismer og diagnostiske målinger Kabler Transformatorer Kraftledninger Brytere SF6-anlegg Kondensatorer Isolatorer Måletransformatorer Generatorer SINTEF Energy Research 2

3 Aldring og diagnose: Tilstandskontrollens rolle er å redusere usikkerhet Forventet styrke Gevinst SINTEF Energy Research 3

4 Probability [%] Kumulativ sannsynlighet [%] Probability [%] Kumulativ sannsynlighet [%] Et stort antall målinger av strekkfasthet for en line reduserer usikkerheten i estimert styrke samples prøver 25 samples 25 prøver 100 Rådata Measured Weibull-tilpasning fit 90% konfidens-grenser conf.limit 80 Rådata Measured Weibull-tilpasning fit 90% konfidens-grenser conf.limit Strekk-kraft Tension [kn] Strekk-kraft [kn] Tension [kn] Usikkerheten er angitt med 90 % konfidensgrenser SINTEF Energy Research 4

5 Probability Modeller for beskrivelse av øking i feilrate på grunn av aldringssvekkelse i materialeller komponentstyrke Feilsannsynligheten for en kraftledning synker med tiden ettersom bruddstyrken for linen svekkes fra Strength after N yrs ageing korrosjon Strength F(x) at t=0 after N yrs years at t=0 Integralet av strekkfasthet ganger påkjenning beskriver feilsannsynligheten Risiko er: Feilsannsynlighet ganger konsekvens [$] Modellen er generell SINTEF Energy Research 5

6 Hva er tilstandskontroll? Forventet tilstand Observert Tilstand Tellinger Stikkprøver Modellering Inspeksjon Måling Funksjonstest Påkjenninger Relative referanse Restlevetid Synlig skade Skjult skade Verifisert styrke SINTEF Energy Research 6

7 Tilstandsmålinger skal gi en beskrivelse av virkeligheten SINTEF Energy Research 7

8 En bør skille mellom Feil som følge av naturlig aldring Cellulosealdring i transformatorer Korrosjon For aldring kan en etablere kinetiske aldringsmodeller Feil grunnet opptrådt eller påført feil og defekt Brudd i mekanisme i bryter Viklingsforskyving i transformator pga kortslutningspåkjenning For feil som opptrer stokastisk trengs en annen strategi Hendelsesbasert Intervallbasert SINTEF Energy Research 8

9 Transformatorer SINTEF Energy Research 9

10 Transformator - Feilmoder Jernbrann Gassing, økte tap Kontaktvarmgang Gassing, isolajonsfeil, havari Sirkulerende strømmer i magnetisk krets Gassing og varmgang Tilstopping av kjølekanal Varmgang og isolasjonsfeil Viklingsforskyvning vindingskortlutninger SINTEF Energy Research 10

11 Transformator - Aldringsmekanismer Aldring av cellulose Viklingsforkyvning og isolasjonsfeil ved kortlutningspåkjenning Fremvekst av koppersulfid i papir ( årganger) Vindingskortslutning Slitasje av trinnkoplere Forkoksing, kontaktavbrenning Oksydativ nedbrytning av oljen Forbruk av inhibitor Økt papiraldring Slam med dårligere kjøling Korrosjon av tank Vann inn og olje ut SINTEF Energy Research 11

12 Måling av løste gasser for feildetektering Hydrogen H2 - Korona og lysbuer Gass kromatografi Metan CH4 korona Acetylen C2H2 Lysbuer Etylen C2H4 Overopphetet olje Carbon monoxide CO Overhetet papir Transportforsinkelse av gassmolekyler gjennom et tynt kapilærrør SINTEF Energy Research 12

13 Dissolved Gas Analysis (DGA) SINTEF Energy Research 13

14 Olje og papiranalyse for aldringstilstand av vikling Vann i olje Vann i cellulose via likevekt Furaner Ikke i oppgradert papir Lavmolekylære syrer Spesialtest CO/CO 2 forhold Slam Aldringskinetisk analyse Estimering av vann i cellulose fra oljeprøve kan bli feil om oljen er sur SINTEF Energy Research 14

15 Kabler 52 kv XLPE Cable 24 kv XLPE Cable SINTEF Energy Research 15

16 Kabler viktige feil- og aldrings-moder Mellomspennings PEX Vanntrevekst (1ste og 2dre generasjon) Kappeskade Varmgang i skjøter Utladninger fra montasje i endeavslutning Korrosjon på armering for sjøkabel Mellomspennings massekabel Skjøter Siging av masse Termisk aldring av papir Vanninntrenging Utørking av endeavslutninger Høyspennings PEX Vann i endeavslutninger Vanntrevekst Utladninger i skjøter Feilproduksjon Høyspennings oljekabel Lekkasjer bly Korrosjon for sjøkabel SINTEF Energy Research 16

17 Kabel Viktige metoder for tilstandskontrolll Kappeprøving Skade på korrosjonsbeskyttelse for PEX-kabel Måling av tap/dielektisk respons Vanntrevekst Måling av delutladninger Massekabler uttørking Kutt på endeavlutninger Defekte skjøter SINTEF Energy Research 17

18 Vanntrær kan detekters med portabelt utstyr for tapsmåling (dielektrisk respons) Vanntrær opptrer i våte kabler som er spenningspåkjent Spesielt i lakk og bånd kabel og kabler med strippbar halvleder Dielektrisk respons og tanδ er spenningsavhengig for vanntrealdret kabel Dielektriske Imp. () tap, tan d 0,01 On-site målinger 12 kv 0,001 1 kv 0,0001 1E kv ny (referanse) Ikke aldret kabel 0, frequency: (Hz) Frequens [Hz] SINTEF Energy Research 18

19 Måling av partielle utladninger med elektriske og akustiske teknikker 145 kv kv SINTEF Energy Research 19

20 Kraftledninger SINTEF Energy Research 20

21 Viktige aldringsmekanismer på kraftledningskomponenter Korrosjon Galvanisk korrosjon i stålaluminiumliner, på forankringsstag, fotbolter og betongarmering Spaltekorrosjon under oppheng og i kontaktmateriell Interkrystallinsk korrosjon i legerte aluminiumliner Korrosjonsutmatting på liner i oppheng Gnidningskorrosjon (fretting) mellom linetråder AC-korrosjon i liner og isolatorbolter Varmeutherding av liner Slitasje på liner og opphengsbolter Utmatting av liner, traversklaver og isolatorbolter Råte på trestolper og traverser SINTEF Energy Research 21

22 Viktige kontrollmetoder Visuelle metoder Deteksjon av partielle utladninger Trådbrudd i liner Skader på keramiske isolatorer Termografering - varme Trådbrudd i liner Kontaktproblemer i skjøter Dårlige isolatorer Korrosjonsdetektor virvelstrøm Liner Resistansmåling Skjøter og klemmer Ultralyd Råte i trestolper Korrosjon i forankringsstag SINTEF Energy Research 22

23 Høyde over "rot" (m) Råte i kreosotimpregnerte stolper Nedbrytning kan oppstå ved: Ubeskyttede stolpetopper Sammenføyninger for traverser, stag osv.. Borede hull for bolter Skråskjæring av stolpefoten på fjellgrunn Råte i stolpetopp pga. manglende topphette Råte i spettsmie RÅTEPROFIL I STOLPE NR Råte i boltehullene for stagfestene Råte i hullene for hakeboltenes festekramper Råteandel i % Råte i skråskjært fuktsugende stolpeende SINTEF Energy Research 23

24 Hvordan få mer informasjon om råte ved tilstandsmåling? Lokalisering av råte med hund, hammer eller ultralyd Registrering av råteareal med manuelt bor, momentbor eller ultralyd Registrering av materialfasthet med tetthetsmåler, eller ultralyd. SINTEF Energy Research 24

25 Brytere SINTEF Energy Research 25

26 Feil og aldringsmoder for brytere Funksjoner: Bryting, strømledning, isolasjon Mekanismefeil (motorfeil, brudd og slitasje) Manglende synkronisme kontaktslitasje fra lysbuer Sakking kontaktslitasje fra lysbuer Posisjonsendring av kontakter varmgang Gass/olje lekkasjer Jordslutning Kontaktslitasje fra slitasje eller feil varmgang og kontakt-sveising og funksjonssvikt SINTEF Energy Research 26

27 Måling av koblingstider er kanskje den enkleste og mest generelle diagnoseteknikken Prosedyre: Mål tiden fra kommandosignalet gies og til en liten målestrøm brytes / sluttes Fordeler: Enkel Finnes ofte klare tolkningskriterier Anvendbar på alle typer brytere Ulemper: Anlegget må ut av drift Mange feil gir ikke avvik i koblingstider Ved avvik må andre metoder benyttes for å finne årsaken EFI SINTEF Energy Research 27

28 Spolestrøm-profilen inneholder informasjon om tilstanden til utløsermekanismen Spolestrøm Jernkjernen begynner å bevege seg Hjelpekontaktene åpner Klinken frigjort Jernkjernen stoppes Spenning påtrykkes Tid EFI SINTEF Energy Research 28

29 Flere vanlige feiltyper kan påvises som avvik i kontaktbevegelsen Posisjo n Tid Forsinkelse i utløsermek. (dårlig fett) Redusert hastighet (slakk fjær) Manglende dempning (defekt demper) For liten isolasjonsavst. (feilmontasje) EFI SINTEF Energy Research 29

30 Oversiktsrapport EBL-K Condition Assessment of Electrical Grid Components Survey of Diagnostic Techniques and Evaluation of Methods Forfatter: Johan Skjølberg Mevirkende: spesialister ved SINTEF SINTEF Energy Research 30

31 Generell tilnærming Identifiser risiko / ønske Feilsannsynlighet og følge av feil Identifiser viktigste trussel Analyser populasjon for å finne værstinger Statistikk, aldringsmodeller Bruk tilstandskontroll for å redusere usikkerhet SINTEF Energy Research 31