Conception of an online condition monitoring and assessment for transformer oil and design of a human-machine interface for real time analysis

Abstract

Güç trafoları elektrik güç sistemlerinin en önemli bileşenlerindendir. Güç trafolarının sağlığı şebeke güvenilirliği ve verimliliği için oldukça hayati bir durumdur. Program dışı meydana gelen elektrik kesintilerinin veya aniden gelişen bir arızanın yol açacağı maddi zararlar genellikle büyük olur. Arıza sadece trafoya hasar vermekle kalmaz, aynı zamanda sanayi ve hizmet kuruluşları, konutlar, hastane ve okul gibi binlerce kurumu etkiler. Enerji sisteminin ve elektrikle çalışan cihazların zarar görme olasılığı artar. İş ve zaman kaybı ile birlikte maddi zararlar çok büyük rakamlara ulaşabilir. Örneğin 3 fazlı 500MVA lık yükseltici bir trafonun servis harici kalma durumu günlük sadece güç kayıpları açısından 12 milyon liralık bir bedel oluşturur. Bu nedenle, trafo hakkında erken uyarı bilgisi alındıktan sonra yeni programlar hazırlanıp gerekli önlemlerin acilen alınması çok sağlıklı ve ekonomik olacaktır. Trafoların sağlıklı çalışma göstergelerinden en önemli birisi de hiç süphesiz yağ ve gaz analizleridir. Yağlar elektrik mühendisliğinde başta izolasyon ve soğutma temel özelliklerini sağlamak için güç trafolarında yaygın olarak kullanılır. Yağın kalitesinin dielektrik mukavemet, yüzeysel gerilme, asitlik durumu, nem oranı, renk, güç faktörü gibi testlerle periyodik olarak izlenmesi trafonun izlenmesi ile eşdeğer bir öneme sahiptir. Trafo yağının içinde nem değerinin artarak yağın delinme gerilimini azaltması ve buna bağlı olarak izolasyon seviyesini aşağı düşürmesi, yağın içerisinde bulunduğu kabinde serbest halde bulunan oksijenin trafo sargılarında oksitlenme oluşumunu arttırarak trafo yağının kimyasal olarak yaşlanmasını hızlandırması ve yüksek sıcaklıklara bazen de arklara maruz kalan trafo yağının yüksek gerilim altında elektroliz ile sargılardan kopan küçük metal tozlarla birleşip trafo yağının soğutma ve izolasyon özelliklerini zayıflatması bu izlemelerin hayati rolüne örnek olarak gösterilebilir. Elektrik güç trafolarının rutin kontrolleri yapılarak ileride oluşabilecek arıza ve hasarların erken teşhisi için ve oluşmuş arızaların sebebini belirlemede gaz analizleri de çok önemli bulgular verir. Çözünmüş gaz analizi (DGA olarak anılır), azot, oksijen, karbon monoksit, karbon dioksit, hidrojen, metan, etan, etilen ve asetilen gibi yağ içinde belli gazların konsantrasyonlarını belirlemek için kullanılır. Bu gazların konsantrasyonu ve nispi oranları, yağın bir fiziksel ya da kimyasal özelliğindeki değişikliği ile ilişkili olabilir ve transformatör ile belirli işletme sorunlarını teşhis etmek için kullanılabilir. Trafoyu servis dışına çıkarmadan yağ örneğinin alınabilmesi, DGA yöntemini üstün kılar. DGA yöntemi sayesinde arıza ve olayların gelişim süreci kontrollü şekilde izlenebilir.

Power transformers are amongst the most critical component in electrical power systems. The health of power transformer plays a vital role in the security and efficiency of the network. Material damages caused by unscheduled electrical outages or sudden failures are often important. Failure will not only cause damage to the transformer, but also affects industries and service providers, houses and thousands of institutions such as hospitals and schools, and on top of the afore mentioned points , the possibility for the power system and electrical devices to breakdown is increased. Business, time and financial losses can reach high proportions. For example, a 3-phases 500MV step up transformer, which is out of service, can cause a daily loss of 12 million Turkish lira. Therefore, collecting early warning information on transformers, scheduling new programs and taking necessary measures urgently on transformer will be very healthy and economical. Among the most important indicators of healthy operation of transformers are undoubtedly oil and gas analyses. In electrical engineering, the component in which are widely used oils, mainly to ensure the insulation and cooling functionalities, are power transformers. Monitoring the quality of the oil by periodically testing certain oil features such as its dielectric strength, interfacial tension, neutralization number, moisture content, colour, power factor etc. is essential in monitoring the condition of transformers. While performing transformers maintenance routine test, gas analysis also provides important information for early detection of faults or damages that may occur in the future and for the determination the causes of these faults. In a dissolved gas analysis process, the concentrations or relative concentrations of some specific gases dissolved in oil are used to diagnose certain well known transformers operational issues. These gases generally comprise azote, oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, methane, ethane, ethylene, and acetylene. Changes that appear in certain physical and chemical properties of the oil might also be utilized to determine the nature of those operational issues. Extracting oil samples from transformers while in service reinforce the DGA process. It is possible then with DGA to monitor the development process of faults in transformers.