Vaka Çalışması Konusu: Bu vaka çalışması İsveç'teki Hitachi Energy Service grubu tarafından hazırlanmıştır. Avrupa'daki bir çelik eritme tesisinde uzun yıllardır yoğun bir şekilde kullanılan 22 MVA, 10,5 kV/276 V (336 ila 216 V arasında voltaj regülasyonu), Diii fırın transformatörü, çalışma sırasında meydana gelen ani bir arızanın ardından eksiksiz bir dizi teste tabi tutulmuştur. Servis yüklenicisi bu transformatörün elektrik ve dielektrik durumunu değerlendirmiştir.

Servis sırasında, bu tip transformatörün sekonder sargısı yüksek akım köprüsü aracılığıyla Delta konfigürasyonunda harici olarak bağlanır. Vektör tanımlamasını açıklığa kavuşturmak için, terminallerini gösteren basit bir diyagram aşağıda sunulmuştur.
 

Şekil 1: Diii sargı konfigürasyonuna sahip Fırın Transformatörü

► Bir fırın transformatörünün devre dışı kalması endüstriyel operatör için yıkıcı bir durumdur. Güç kaybı üretim kaybına neden olur. Neyse ki bu vakada sahada yedek bir transformatör mevcuttu. Bu, servis yüklenicisine arızalı ünite üzerinde transformatör dönüş oranı, sargı direnci, yalıtım direnci ve tarama frekansı yanıt analizi (SFRA) dahil olmak üzere çeşitli testler yapma fırsatı verdi. Ayrıca, yağda çözünmüş gazların (DGA) laboratuvar analizi için yağ numuneleri alınmıştır.

► Transformatör dönüş oranı testleri YG tarafından AG uyarımı ile gerçekleştirilmiştir. Ölçüm için Dd0 sargı bağlantısı kullanılmıştır. Trafo dönüş oranı testleri tüm kademelerde gerçekleştirilmiş ve iki faz için kabul edilebilir değerler elde edilmiştir. Bu durum, empedansın test cihazının test için yapılandırılan uyarma gerilimini oluşturamayacağı kadar düşük olduğu bir duruma bağlanabilir.

► Transformatör dönüş oranı sonuçları Tablo 1'de sunulmuştur.

 

Tablo 1: Tüm kademe konumlarında Oran sonuçlarını gösterir

► Daha sonra transformatör üzerinde sargı direnci testleri gerçekleştirilmiştir. Tablo 2, fabrikada (RFAT ortalaması) ve sahada gerçekleştirilen YG tarafı sargı direnci ölçümlerini göstermektedir.

Tablo 2: Fabrika ve saha sargı direnci ölçümleri (YG sargısı)

► Sargı direnci sonuçları genellikle wye bağlantılı bir sargının her bir fazında veya delta bağlantılı bir sargıdaki terminal çiftleri arasında ayrı ayrı yapılan ölçümlerin karşılaştırılmasına dayalı olarak yorumlanır. Fabrikada ölçülen orijinal verilerle de karşılaştırma yapılabilir. Üç fazlı transformatörler için her bir faz okumaları diğer faz okumalarının %2'si içindeyse veya rapor edilen fabrika değerlerinin %2'si içindeyse, bir ölçüm kabul edilebilir sayılır ve daha fazla araştırmaya gerek yoktur. Okumalar %2 aralığının dışında olduğunda, sonuçların kabul edilebilirliğini belirlemek için daha fazla araştırma yapılması veya transformatör üreticisine danışılması önerilir. Bununla birlikte, çok düşük direnç değerleri için, tamamen normal bir transformatörde bile ölçümlerin %2 sınırının dışında olması nadir değildir. Bu gibi durumlarda, test ekipmanının ölçüm toleransları, ölçümler arasında kabul edilebilir %2 sınırını çözmek için yeterli olmayabilir [1].

► IEEE C57.152 [2]'ye göre, fabrika kayıtlarıyla karşılaştırıldığında %5'in üzerindeki değerler araştırılmalıdır.

► Bu durumda, fabrika değerleri 24,7°C'de elde edilmiş ve saha ölçümleri 28°C'de yapılmıştır. Fabrika değerlerine düzeltme [2]'de önerildiği gibi denklem (1)'e göre yapılır.
 

                  Rs=Rm ((Ts+Tk)/(Tm+Tk ))                                              (1)

► Rs – Ts referans sıcaklığında direnç

► Rm – Ölçülen Tm sıcaklığındaki direnç

► Tk – 234,5°C (bakır) ve 225°C (alüminyum)

► Sonuçlar bir karmaşa ortaya koymaktadır. Kademe konumu 1'de Faz C sargı direnci endişe vericidir ve kademe konumu değiştikçe ve kademe (veya regülasyon) sargısının ilave kısımları eklendikçe sonuçlar önemli ölçüde daha da kötüleşir. Faz A ve Faz B test sonuçları daha yüksek kademe konumlarında da kabul edilemez. Bu transformatörde gözlemlenen önemli farklılıklar, direnç ölçüm grafiğinde (Şekil 2) ve % olarak verilen grafik hatasında (Şekil 3) daha iyi görselleştirilmiştir.

Şekil 2: Karşılaştırma için FAT'ye göre düzeltilmiş Sargı Direnci Ölçümü

 

Şekil 3: FAT ölçümlerine göre yüzde değişim

► Şekil 2, kademe konumu değiştikçe A ve B fazlarının FAT ölçümlerine göre artan varyasyonla benzer şekilde davrandığını göstermektedir. Fark > %5 olduğu için 9, 10, 11, 12 ve 13 numaralı kademelerin incelenmesi gerektiği açıktır.

► Faz C, tüm kademe konumlarında kabul edilebilir varyasyonu aşarak oldukça farklı davranır. ◼

► Çalışmakta olan sargılar Delta bağlantılı olduğundan A ve B fazları C fazındaki arızadan etkilenmiştir.

► AG tarafındaki sargı direnci test sonuçları Tablo 3'te sunulmuştur. Tabloda AG sargısının bir bölümü için test sonuçları verilmektedir. AG sargısının diğer bölümleri de benzer sonuçlar vermiştir.

Tablo 3: Fabrika ve saha sargı direnci ölçümü (AG sargısı)

► Daha sonra, test ekibi 500 VDC'de bir yalıtım direnci testi gerçekleştirmeye çalışmıştır; bu sonuçlar Tablo 4'te sunulmuştur.
 

Tablo 4: 28 °C'de elde edilen yalıtım sonuçları

► Transformatörden bir yağ örneği alınmış ve DGA testi için bir laboratuvara gönderilmiştir. Sonuçlar Tablo 5'te gösterilmiştir.

 

Tablo 5: Bir transformatör yağı örneğinden elde edilen gaz konsantrasyonu

► "Arızadan önceki son" DGA test sonuçları, özellikle bir fırın transformatörü için gazlanma sorununu temsil etmez. Sayılar, mevcut standartlarda belirtildiği gibi Koşul 1'e girer. Bu, yalnızca on-line bir gaz monitörünün veya 'şanslı' bir yağ numunesinin arızadan önce gelen ark arızasını tespit etmiş olabileceği bir durumdur.

► Arıza sonrası DGA analizi, Pentagon 1'in yanı sıra Duval Üçgeni 1'de de D2 pozisyonuna işaret etmektedir. D2, "ark dahil yüksek enerjili deşarjın bir göstergesidir. Beklenen metalik füzyon ve yağda karbon partiküllerinin varlığı." Bu sonuçlar Şekil 4'te sunulmuştur.

Şekil 4: Transformatörün arızalanmasından sonra alınan yağ numunesinin Duval arıza analizi

► Tüm kanıtlar açıkça trafonun içinde bir arıza olduğunu gösteriyordu. Geriye kalan soru şuydu: Nerede? Transformatörün genel aktif kısmındaki arızanın yerini belirlemek için Megger'in FRAX 101 cihazı kullanılarak SFRA testi gerçekleştirildi.
 

Şekil 5: Yüksek gerilim açık devresi - Kademe konumu-1
 

Şekil 6: Yüksek gerilim açık devresi - Kademe konumu-13


► SFRA açık devre test sonuçları (Şekil 5 ve 6) C fazında bir kısa devre olduğunu göstermektedir (mavi izler). Arıza diğer iki fazı da etkileyerek tam bir asimetrik tepkiye yol açmıştır.
 

 

Şekil 7: Yüksek gerilim kısa devre testi

 

► SFRA YG kısa devre test sonuçları, bu transformatörde C fazının etkilendiğini ve aynı zamanda bu hasarlı fazın A ve B fazlarının tepkisini etkilediğini doğrulamaktadır.

► Transformatörün hizmete geri dönmeden önce büyük bir çalışma gerektirdiğine şüphe yoktu. Bu test serisinde tespit edilen hasarın boyutunu değerlendirmek için varlık sahibi bir dahili inceleme talep etti.

► İnceleme sırasında, Şekil 8'de gösterildiği gibi C fazı regülasyon sargısında arıza gözlenmiştir.

► A ve B faz sargılarının yanı sıra nüve de zarar görmemiştir.
 

 

Şekil 8: Görsel inceleme sırasında bulunan C fazı regülasyon sargısı
 

► Varlık sahibi üniteyi tamir ettirmeye karar verdi. Ünite tam restorasyon için üreticisinin tamir atölyesine götürüldü. Onarılan ünite tekrar hizmete sokuldu.

► Arızanın temel nedeni %100 net değildir. Bu fırın transformatörü uzun yıllar boyunca yoğun bir şekilde kullanılmış ve tam güç sık sık açılıp kapatılmıştır. Arıza meydana gelmeden önce transformatörün durumu hiçbir zaman kapsamlı bir şekilde araştırılmamıştır.


Önemli Çıkarımlar:

► Bir güç veya dağıtım transformatörünün hizmet ömrü boyunca, geçici olayları ve transformatörün aktif kısmına ciddi şekilde zarar verebilecek arızaları önlemek neredeyse imkansızdır.

► Uzun yıllar hizmet verdikten sonra, özellikle fırın transformatörleri için, operasyonel durumu kapsamlı bir şekilde değerlendirmek faydalıdır. Hizmet süresi dolmuş transformatörlerde, transformatörün hala operasyonel gerilimlere dayanabilmesi için operasyonel profilin değiştirilmesi gerekebilir.

► Bir arıza sonrasında, çeşitli eylemlerin dikkate alınması gerekir.

► Arıza transformatörün dışındaysa, transformatörü sistemden izole ettikten sonra manyetikliğini giderin. AC test sonuçlarının, özellikle SFRA, uyarma ve transformatör dönüş oranı testlerinin anlamlı bir şekilde yorumlanmasını kolaylaştırmak için nüvede kalan mıknatıslanmayı giderin.

► Arıza dahili ise, düşük enerjili test uygulamalarını kullanın. Yanıcı gazların transformatörden uzaklaştırıldığından emin olun.

► Bu vaka çalışmasında, elektrik ve dielektrik testleri C faz sargısının ciddi şekilde arızalandığını ve ünitenin onarım yapılmadan tekrar çalıştırılamayacağını doğruladı. Arızalı ünitenin test edilmesi ve onarımı sırasında çalışmama süresini en aza indirmek için yedek bir ünite devreye sokulmuştur.

► Bu transformatördeki hasar yalnızca SFRA ile tespit edilebilirdi. Diğer testler bulguları desteklemekte ve arızanın potansiyel kök nedeninin belirlenmesine yardımcı olmaktadır.


Faydalar:

► Bir arıza durumundan sonra her zaman düşük enerjili test prosedürlerinin bir kombinasyonu gereklidir. SFRA ekipmanının yerinde bulunması ve SFRA ölçümlerinin kaydedilmesi, bir arızanın ve yerinin hızlı bir şekilde belirlenmesini sağlar. Diğer prosedürler hasarın büyüklüğünü doğrulamaya ve değerlendirmeye yardımcı olur.

► Yağ örneklemesi, aktif bir arıza durumu trafonun düzenli çalışmasını sürekli olarak etkilediğinde iyi bir uygulamadır. Bununla birlikte, arızalar hızlı ve şiddetli olabilir ve operatöre transformatörün hasar görmesini önlemek için zaman tanımayabilir. Sürekli DGA örneklemesi, bu fırın transformatöründe olduğu gibi ağır yüklü transformatörler için özellikle tavsiye edilir.

► Endüstriyel varlık sahibi için güç kaynağı kaybı, mali kayıplar ve telafi edilemeyen üretimle doğru orantılıdır. Bu durumda, yedek bir ünite mevcuttu ve arıza süresi en aza indirildi.

► Reaktif değil, proaktif olun. Ekipmanınızın fabrika ve rutin test sonuçlarının temel kayıtlarını tutun ve elektrik test alet kutunuzun, özellikle Megger'in FRAX 101 gibi bir SFRA taşınabilir cihazı ile doğru araçlarla donatıldığından emin olun.

TTRU3

► Tam otomatik, kendi kendini kontrol eden, menü güdümlü, üç fazlı dönüş oranı ölçer

► Patent bekleyen kademeli dönüş oranı testini kullanır

► AG uyarma akımı ve manyetik denge testlerini içerir

► Tek dokunuşla OLTC testi

TRAX + TDX

► Transformatör ve trafo merkezi ekipmanları için çok fonksiyonlu bir test cihazı.

► Dar Bant DFR (NB DFR: 1 - 505 Hz)

► Bireysel Sıcaklık Düzeltmesi (ITC)

► Voltaj Bağımlılığı Algılama (VDD)

FRAX 101

► Sektördeki en küçük ve en sağlam FRA cihazı

► Tüm uluslararası standartlarla uyumlu

► Bir transformatörün aktif parçasındaki mekanik ve elektriksel değişiklikleri tespit etmek için en iyi araç






Kaynak:

[1] "Transformatör Servis El Kitabı - 4. Baskı" (ABB, 2018, sayfa 189)

[2] IEEE C57.152-2013 "Akışkan Dolgulu Güç Transformatörleri, Regülatörler Reaktörlerin Tanısal Saha Testi için Kılavuz".