Gas monitoring of transformer oil

I Norge får vi 98% av vår elektriske kraft fra fornybare kilder, og i hovedsak fra vannkraft. Før den elektriske kraften kan benyttes, må kraften transporteres fra kraftverket til forbrukerne. Transformatoren er en sentral komponent i denne transporten. Den omformer spenningen mellom ulike nivåer for kraftoverføring over lange avstander og påfølgende distribusjon til sluttbruker. Kontroll av tilstanden til transformatoren under drift og optimalisering uten å risikere havari eller feil er kritisk for eieren (everk, industri) og samfunnet. Avbrudd i kraftforsyningen medfører store kostnader, store miljøkonsekvenser og tap av liv. De fleste store transformatorer er oljefylte. Oljen har i hovedsak to formål, den både kjøler transformatoren og virker som elektrisk isolator for viklingene. Online overvåkning av hvilke gasser som er oppløst i transformatoroljen gjør det mulig å identifisere feil på et tidlig stadium. Analyse av sammensetning, konsentrasjon og tidsutviklingen for 7-9 forskjellige gasstyper avdekker feil som varmgang, gnisting og feil med papir isolasjonen. Elektrifiseringen av Norge og verden medfører økt behov for kontroll og utnyttelse av transformatorene. Vi ønsket derfor å utvikle en online analysator for transformatorovervåkning som identifiserer feil på et stadium der reparasjon er mulig, slik at branner og ulykker unngås, og nedetiden blir begrenset. Viktige FoU-utfordringer er utvikling av en kompakt, robust, og vedlikeholdsfri analysator med høy følsomhet og lang levetid. Vår teknologi er spesielt godt egnet til å måle mange gasser samtidig, med høy nøyaktighet. Mikroteknologi gjør masseproduksjon mulig til en langt lavere pris enn dagens teknologi. I løpet av prosjektet er det produsert mikrobrikker og SINTEF har testet en membran som brukes til å skille gass fra olje. Tunable har sammenstilt gassanalysatorsystemet som består av membran, mikrobrikker, optikk og elektronikk og utviklet software som styrer systemet og beregner gasskonsentrasjon. I løpet av prosjektet har det blitt montert 3 testenheter på forskjellige transformatorstasjoner. Testenheten måler nå alle gasser, håndterer naturlige temperatursvingninger og gir kontinuerlig dataoverføring til skyen via et 4G modem. Prosjektet har produsert mange viktige resultater, hvorav de viktigste er: 1. Vi har vist at det er mulig å måle gass i olje med vår fotoakustiske analysator. 2. Vi har vist at det er mulig å lage en kompakt multigass-analysator basert på diffusjon, slik at en 3. unngår bruk av pumper og andre mekaniske komponenter som er utsatt for slitasje. 4. Vi har utviklet fungerende membran som slipper gassen inn til sensoren, men holder oljen ute. 5. Vi har utviklet et fungerende elektronisk styrbart optisk filter. 6. Vi har utviklet nye modulasjonsmetoder som er helt unike, og som vi ser vil gi god langtidsstabilitet og høy levetid for instrumentet. 7. Vi har utviklet en optisk mikrofon med høyre følsomhet enn kommersielt tilgjengelige mikrofoner. 8. Vi har utviklet en gassanalysator som ikke påvirkes av de kraftige elektriske og magnetiske feltene som er til stede i en transformator. 9. Vi har gjennomført tre felttester på høyeffekts transformatorer, og resultatene fra siste test er så lovende at transformatoreierne i prosjektet ønsker å videreføre utviklingen.

Vi har vist at det er mulig å måle gass i olje med vår fotoakustiske analysator. Vi har vist at det er mulig å lage en kompakt multigass-analysator basert på diffusjon, slik at en unngår bruk av pumper og andre mekaniske komponenter som er utsatt for slitasje. Vi har utviklet fungerende membran som slipper gassen inn til sensoren, men holder oljen ute. Vi har utviklet et fungerende elektronisk styrbart optisk filter. Vi har utviklet nye modulasjonsmetoder som er helt unike, og som vi ser vil gi god langtidsstabilitet og høy levetid for instrumentet. Vi har utviklet en optisk mikrofon med høyre følsomhet enn kommersielt tilgjengelige mikrofoner. Vi har gjennomført tre felttester på høyeffekts transformatorer, og resultatene fra siste test er så lovende at transformatoreierne i prosjektet ønsker å videreføre utviklingen.

I Norge får vi 98% av vår elektriske kraft fra fornybare kilder, og i hovedsak fra vannkraft. Før den elektriske kraften kan benyttes, må kraften transporteres fra kraftverket til forbrukerne. Transformatoren er en sentral komponent i denne transporten. Den omformer spenningen mellom ulike nivåer for kraftoverføring over lange avstander og påfølgende distribusjon til sluttbruker. Havari eller feil på en transformator kan gi svært høye kostnader for eieren (everk, industri), avbrudd i kraftforsyningen, store miljøkonsekvenser og tap av liv. De fleste store transformatorer er oljefylte. Oljen har i hovedsak to formål, den både kjøler transformatoren og virker som elektrisk isolator for viklingene. Online overvåkning av hvilke gasser som er oppløst i transformatoroljen gjør det mulig å identifisere feil på et tidlig stadium. Analyse av sammensetning, konsentrasjon og tidsutviklingen for 7-9 forskjellige gasstyper avdekker feil som varmgang, gnisting og feil med papir isolasjonen. Store deler av transformatorparken i Norge er gammel og dyr å erstatte. Vi ønsker derfor å utvikle en online analysator for transformatorovervåkning som identifiserer feil på et stadium der reparasjon er mulig, slik at branner og ulykker unngås, og nedetiden blir begrenset. Dersom en slik analysator kan forlenge levetiden til en transformator med 10-20 % vil det gi en innsparing tilsvarende 3 MNOK per transformator. Da vi i Norge har ca. 4 000 transformatorer som kan dra nytte av denne typen tilstandsovervåkning, ser vi et samlet innsparingspotensialet i størrelsesorden 12 milliarder NOK. Viktige FoU-utfordringer er utvikling av en kompakt, robust, og vedlikeholdsfri analysator med høy følsomhet, basert på en gasspermeabel membran og et diffusjonsbasert samplingssystem som gir økt levetid. Vår teknologi er spesielt godt egnet til å måle mange gasser samtidig, med høy nøyaktighet. Mikroteknologi gjør masseproduksjon mulig til en langt lavere pris enn dagens teknologi.