transformatorer - abb group...havererad transformator –och totalt avbrott 1. lindning utsatt för...

67
Bo Silversten, Market Manager BU Transformers, ABB Sverige Transformatorer För ett starkare, smartare och grönare elnät

Upload: others

Post on 06-Sep-2020

10 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

Bo Silversten, Market Manager BU Transformers, ABB Sverige

TransformatorerFör ett starkare, smartare och grönare elnät

Page 2: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

Det är 1 miljard som går upp i rök varje år

February 22, 2018

http://new.abb.com/products/transformers/sv/project/transformatorforluster

Slide 2

Energi för 140 000 villor försvinner i transformatorer

Page 3: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Krafttransformatorer

Kvalitet hela vägen – från förfrågan till upphandling

Page 4: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Resultatet av en kortslutning

February 22, 2018 Slide 4

https://www.youtube.com/watch?v=0Tp8FLamS3w

Page 5: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Avbrott – stilleståndskostnader – reparationerKvalitetsproblem

February 22, 2018 Slide 5

Page 6: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Hur utvärderar ni era krafttransformator-upphandlingar?

February 22, 2018 Slide 6

Förluster och bortfall av inkomster

– Värdera förlusterna ur ett livslångtperspektiv (TCO), från ett ecodesign-perspektiv (2015, 2021, 2027…)

– Värdera elpris-ökning över livslängden– Värdera stillestånd och avbrott

Kvalité, tillgänglighet och service

(IEC 60076 + Cigré)– Verifiera transformatorns:

• Kortslutningstålighet IEC60076-5(KEMA)

• Termiska tålighet IEC60076-2• Elektriska tålighet IEC60076-3

– Verifiera detta genom att ställa krav iförfrågan (Cigré 528)

– Genomför en Design Review hosleverantören (Cigré 529)

– Utvärdera leverantörens fabrik,tillverkning och eftermarknadsservice(Cigré 530)

Säkerhet

– Värdera drift-, person- och miljösäkerhetmot brand, för fastigheter och andraegendomar…etc.

– Värdera inställelsetid och kompetenshos leverantörens serviceföretag

Förutom själva priset..

OPEX CAPEX

Page 7: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Ingen vill uppleva detta!Avbrott – stilleståndskostnader – reparationer…

1. Kortslutningspåkänningar under flera år i drift – men transformatorn kan fortsätta att fungera

2. Lindningarna påverkas – men transformatorn kan fortsätta att fungera

3. Nästa kortslutning förstör transformatorn – explosion och brand

4. Havererad transformator – och totalt avbrott

1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator

En transformator designad enligt IEC 60076-5 ska vara kortslutningssäker.Det finns ett stort antal transformatorer som aldrig har blivit testade mot kortslutningskrafter eller somhar blivit tekniskt verifierade av köparen.

February 22, 2018 Slide 7

Page 8: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

Criteria for approved SC test:– Change in SC impedance <1%

– No visible damages

– Perform routine tests before and after the full scale test

(3 *SC tests per phase)

Which transformers shall be tested:– Strategic valuable units

– Series of similar transformers

– Network with frequent failures

– New supplier

KEMA Holland

February 22, 2018 Slide 8

Short-circuit test

Page 9: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerKortslutningsstatistik från KEMA, Holland

Många transformatorer är inte kortslutningssäkra

KEMA = 28 % testfelABB = 11 % testfelKEMA – ABB = 35-40 %testfel

ABB Alla testade

February 22, 2018 Slide 9

Page 10: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—TransformatorerIsolationsmaterial

Isolationssystemet = papper och olja i samarbete

February 22, 2018 Slide 10

Page 11: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Termisk hållfasthet ej säkerställd eller verifieradHot spots, överhettning, nedbrytning av isolation

February 22, 2018 Slide 11

Page 12: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré guidelines for power transformers

Page 13: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guidelines - 2013Specifikationer 528, Design Review 529, Utvärdering 530

February 22, 2018 Slide 13

Page 14: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

1. Använd auditerade tillverkare [Cigré 530]

2. Specifikationer baserade på funktionskrav [Cigré 528]

o Specificera funktioner, men inte lösningar

o Energieffektivitet genom förlustvärdering värderad över livslängden

3. Verifiera de viktigaste transformatorkriterna [Cigré 529] och gör en Design Review

o Mekaniskt Tester enligt IEC 60076-5

o Termiskt Tester enligt IEC 60076-3

o Dielektriskt Tester enligt IEC 60076-2 Edit.3

Upphandling av krafttransformatorer

February 22, 2018 Slide 14

Cigrés rekommendationer för hög kvalité

Kvalitetsaspekterna blir än viktigare – hur formuleras dessa i de standards vi använder?

Page 15: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 528 – för bra specifikationerHur skrivs en bra specifikation?

Guide för att göra en specifikation§ Nyckelordet för att få den transformator som man vill ha är kommunikation.§ Specifikationen är grunden till den tekniska kommunikationen.

§ Belyser viktiga delar i specifikationen

§ Förklarar syfte och betydelse med specifikationen

§ Refererar till IEC

§ Specificera kvalitetsfaktorer istället för bara kostnader§ Specificera funktioner men inte lösningar

§ Energieffektivitet genom korrekt förlustvärdering där MEPS är ett minimum

Nödvändigt att se över specifikationer oftare

February 22, 2018 Slide 15

Page 16: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerSpecificera tekniska parametrar

Inkludera

• Temperaturstegring• Isolationsnivåer• Överspänningar• Ljudnivåer• Förlustvärderingar• m.m.

Exkludera

• Magnetisering• Strömtäthet• Isolationsavstånd• Marginalkrav• m.m.

February 22, 2018 Slide 16

Specificera funktioner, men lämna lösningarna till tillverkaren

Page 17: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerTydliggör dina utvärderingskriterier

Vilka kriterier är viktiga för Dig?– Pris?

– Förluster?

– Referenser?

– Tillverkarens kapacitet?

– Teknisk kompetens?

– Kvalitet?

– Projektgenomförande?

– Service, eftermarknad, inställelsetid?

– Med flera

Cigré 528 Appendix A:” Loss evaluation,penalties/ bonuses andrejection”

February 22, 2018 Slide 17

Utvärderingskriterier en del av specifikationen

Page 18: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Short-circuit strength of Power TransformersIEC 60076-5

Page 19: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—World’s first 765kV transformer successfully short circuit tested by ABB

2016-12-16 - Reliable generator transformers to support India’s power infrastructure, havesuccessfully passed the highest voltage short circuit test, at a world first of 765kV.

ABB’s business unit transformers achieved another milestone on successful completion of thedynamic short-circuit tests on a 315 MVA, 765 kV single phase generator step up transformer(GSU), manufactured at its factory in Vadodara, India. A total of seven transformers will besupplied to NTPC Ltd. India for its 2x800MW Gadarwara Super Thermal Power station in MadhyaPradesh in India.The dynamic short circuit test is the most difficult test a transformer can be put through, where it is subject to higher fault levelsthan it would face in the power network. Passing this test proves the transformer’s robustness to withstand rigors' in the field,validating design excellence and flawless production.

ABB transformers are designed to ensure maximum reliability and availability. The tests verify the mechanical and electrical stabilityto withstand high forces. ABB conducted the test at KEMA, an independent laboratory in the Netherlands, according toInternational Electrotechnical Commission (IEC) standards.ABB has short circuit tested over 170 power transformers of various ratings and demonstrated best in class short circuitperformance, with a failure rate that is less than half of the market average. To date, this is the highest voltage generatortransformer ever to have undergone and passed such rigorous testing.

February 22, 2018 Slide 19

Page 20: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—HiDry72 Torr transformator - kortslutningstestad på CESI ItalienDen största torra transformatorn som hittills blivit testad; 31,5MVA, 66/22kV OLTC

February 22, 2018 Slide 20

Med godkänt resultat

Page 21: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Kortslutningskrafter

• Kortslutningsströmmar skapar mekaniska krafter i lindningarna, lindningarna är en mycketkänslig del för mekanisk stress

• Kortslutningsströmmar är 10-20 gånger nominell ström

• Krafterna i lindningarna är 100-400 gånger större jämfört med normal driftförhållanden

• Kortslutningståligheten är nyckeln för en pålitlig drift

Visste du att…

February 22, 2018 Slide 21

Page 22: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—KortslutningskrafterElektromagnetiska krafter i en lindning (2-lindnings konf.) ”Ström – Kraft – Flöde”

Core

Inner winding

Active part

Outer winding

February 22, 2018 Slide 22 Kraftpåkänningar orsakar stor stress i lindningarna

Page 23: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—KortslutningskrafterAxiella krafter ökar p.g.a. obalans (axiell förskjutning)

FaxialFaxial

Innerlindning Ytterlindning

Netto-krafterna (uppåt/nedåt) orsakar stress i ändisolationenFebruary 22, 2018 Slide 23

Page 24: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—KortslutningskrafterDynamiska effekter av en kortslutning

Dynamic effects are taken into account by either,..dynamic factors, or..dynamic calculation

February 22, 2018 Slide 24

Ändkrafter pga. axiell förskjutning,trycker lindningen mot toppen

Dynamiska (pulserande) krafter skapar mycket mera stress än statiska krafter

Page 25: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—KortslutningskrafterExempel 100 MVA transformator

Fµ I2

Current

ForceForce Current2

Peak = 70 kA

Peak = 2300kN

Time

Time

Krafter i en bilkrasch (100 km/h)

I en transformator är kraften dubbelt såstor (jmf med bilkraschen ovan), ochlindningen måste klara ett flertalkortslutningspåkänningar under enkortslutning

Dimensionering av kortslutningståligheten kan vara utmanande!February 22, 2018 Slide 25

Page 26: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

GlueCTC cable

KortslutningsfelBuckling

Limit for compressive stress (MPa)

Regular strands,non-bonded CTCs

Resin-bonded strands,CTCs

IEC 60076-5:

0.35 ∙ σ0.2

0.6 ∙ σ0.2

Ökad säkerhetsfaktor mot buckling, med epoxi-inbunden CTC ledareFebruary 22, 2018 Slide 26

Page 27: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—KortslutningsfelSpiraling

Limit for thrust force acting on low-voltagewinding exits leads (kN)

N/A

IEC 60076-5:

February 22, 2018 Slide 27

A tangential shift ofend turns in helicaltype windings:

– Typical in lowvoltage windingof GSU transformer

– Influenced bywinding design andproduction tightness

Page 28: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—KortslutningsfelTilting of conductors

IEC 60076-5:

Limit for actual axial compressive force (kN)

≤0.8∙Ftilting,critical

February 22, 2018 Slide 28

Page 29: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—KortslutningsfelBending of conductors

Limit for bending stress on conductors (MPa)

Axial bending in the spanbetween radial spacers

Radial bending in the spanbetween axial sticks or spacers

IEC 60076-5:

0.9∙σ0.2

0.9∙σ0.2

Lindningarna är dimensionerade att vara självbärande, för att undvika fri bucklingFebruary 22, 2018 Slide 29

Page 30: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—KortslutningsfelCollapse of end insulation

IEC 60076-5:

Limit for compressive stress in end insulation (MPa)

Stacked type ≤80

Wound type ≤40

Stacked type - Horizontallylaminated pressboard

Wound type - Vertically laminatedpressboard

February 22, 2018 Slide 30

Insulation structure collapseunder high Axial forces:

– Under high axial forceswindings shifts degeneratein further force increase tillinsulation structure collapse

– Influenced by design butalso by production tolerancesand tightness

Page 31: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Design review according to IEC 60076-5Calculated and allowed forces in windings

Spiraling

Free buckling

Bending ofconductors

Stretching ofconductors

Crushing ofturn-to-turninsulation

Forced buckling

February 22, 2018 Slide 31

Page 32: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Design review according to IEC 60076-5Calculated and allowed forces in windings

Crushing of turn-to-turn insulation

Crushing ofend insulation

Collapse of endsupport

Tilting ofconductors

Collapse ofpress ring

February 22, 2018 Slide 32

Page 33: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerIEC 60076-5 (edit 3, 2006) Short circuit strength

Ability to withstand the dynamic effects of short circuit

1 Scope

This part of IEC 60076 identifies the requirements for power transformers to sustain withoutdamage the effects of overcurrent's originated by external short circuits. It describes the calculationprocedures used to demonstrate the thermal ability of a power transformer to withstand suchovercurrent's and both the special test and the theoretical evaluation method used to demonstratethe ability to withstand the relevant dynamic effects. The requirements apply to transformers asdefined in the scope of IEC 60076-1.

4.2.1 General

If required by the purchaser, the ability to withstand the dynamic effects of short circuit shall bedemonstrated either

– by tests, or..

– by calculation and design and manufacture considerations.

The choice of method of demonstration to be used shall be subject to agreement between the

purchaser and the manufacturer prior to placing the order.

Hur kan detta verifieras?Ny djupare revision pågår, första utkast beräknas 2018

Så här står det i IEC

February 22, 2018 Slide 33

Page 34: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerIEC 60076-5 (edit 3, 2006) Short circuit strength

Theoretical evaluation of the ability to withstand the dynamic effects of short circuit(Annex A)

IEC 60076-5 2006 annex A gives guidelines for the theoretical evaluation of the abilityof a power transformer to withstand the dynamic effects of short circuit, based oncalculation and consideration of the design characteristics and manufacturingpractices.

The theoretical evaluation of the ability of a power transformer to withstand thedynamic effects of short circuit consists of a design review covering the mainmechanical strength aspects of the transformer.

A.3 Guidelines for conducting the design review…

Så här står det i IEC

Hur kan detta verifierasFebruary 22, 2018 Slide 34

Page 35: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

ABB TrafoStar™ design tool and manufacturingplatform embed stringent design rule, criteria andmanufacturing procedure covering all describedaspects.ABB TrafoStar™ short circuit design concept has beenproven by 62 full scale tests since 1997.

IEC 60076-5 2006 annex A it is an excellent tool thatallow through design verifications covering all majoraspects related to Short Circuit withstand capability.

Salient features of the windings:

– All windings are radial self supporting

– Spiraling of windings is prevented

– Dynamic response of the winding is considered

ABB TrafoStar™ - Robust design to improve reliability

February 22, 2018 Slide 35

Short-circuit failure modes

ABB TrafoStar™ väl beprövat design verktyg

Page 36: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

Manufacturing aspects and accuracy

February 22, 2018 Slide 36

Short-circuit manufacturing aspects

Viktigt att produktionen är lika noggrann

Page 37: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—ABB’s truly outstanding short-circuit performanceRated power (MVA) of SC tested TrafoStar™ transformers

February 22, 2018 37Viktigt att bevisa att designen klarar en kortslutning.

Page 38: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—ABB’s truly outstanding short-circuit performanceShort Circuit Tests 2010 - 2014 for Transformers made in ABB Vaasa FinlandPDO Kauther (OMAN), VSD 22.6/11.3/11.3/13.1 MVA132/7.26/7.26/11 kVBBRail (Malesia), Railway feeder 20 MVA, 132/25 kVAl Ain (UAE), VSD, 6.04/4x1.51 MVA, 33/4*2.305 kV

Shuweihat (UAE), VSD, 5.762/4x1.440 MVA, 11/4*1.903kVShuweihat (Dubai) , VSD , 2 MVA 11/0.433 kVHong Kong Metro, Transformer -rectifier, 4.25/2.2/2.2MVA, 33/0.582/0.582 kVTrondheim University, SC test transformer, 0.6 MVA,11.6/24(12) kVASNCF feeder transformer 30 MVA, 90/2 x 27,5kVRailway Administration Finland, Autotransformer 4MVA, 55/27,5 kVDenver Transit Railway feeder 17 MVA 115/27.5 kVCerro Verde VSD 3.7 MVA 33/2*2.305 KVBraskem VSD 11.1/2*5.5 MVA, 13.8 / 2* 2.2

Eiffage France, Railway 10 MVA, 55/27.5 kV

February 22, 2018 Slide 38Viktigt att bevisa att designen klarar en kortslutning

Page 39: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—KortslutningshållfasthetFörslag på text

Short circuit withstand capability

Short circuit withstand capability shall be verified at Design Reviewaccording to Cigré TB 529. Special attention shall be taken to productiontolerances in the short circuit design.

The short circuit design should also comply with IEC 60076-5, Annex A.The calendar time for this Design Review will be decided in the PostContract Design Review.

The tender shall include, as an option, full short circuit test on onetransformer. Price for test and adjusted delivery schedule due to test shallbe quoted in this option. After the Design Review, the owner (customer)will decide if the option of short-circuit test will be used.

Specificera Annex A för att undvika misstolkning av IEC

Förslag på text

February 22, 2018 Slide 39

Page 40: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—KortslutningshållfasthetRekommendation

– Design review enligt IEC 60076-5 (Cigré 529), kan teoretiskt försäkra att transformatorn ärkortslutningssäker

– Fullskaligt kortslutningsprov kan praktiskt försäkra att transformatorn är kortslutningssäker

February 22, 2018 Slide 40

Page 41: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—KortslutningshållfasthetSummering

• Kortslutningskrafterna i lindningar är 100-400 gånger större än under normal drift

• IEC kräver att krafttransformatorer vara designade för att klara av kortslutningar

• Kortslutningskrafter och peak-faktor måste specificeras för design av korrektfelström

• Kortslutningskrafter delas in i axiella och radiella krafter

• Axiell obalans i lindningar skapar större axiella krafter

• Dynamiska krafter kan beräknas genom dynamiska modeller eller dynamiskafaktorer

• Risken för kortslutningsfel kan utvärderas i en Design Review enligtIEC 60076-5

• Ca 28% av alla kortslutningstestade transformatorer fallerar hos KEMA’stestlaboratorier i Holland

February 22, 2018 Slide 41

Page 42: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Thermal strength of Power TransformersIEC 60076-2

Page 43: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerTermisk design – Oljestyrd kylning med blockstyrning

Oljekylningsguide– Blockera oljan vertikalt– Tvinga oljan gå

horisontalt

Viktigt visa hur oljestyrningen är mest effektiv för att bl.a. undvika hotspotsFebruary 22, 2018 Slide 43

Page 44: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerTermisk design – Oljestyrd kylning med blockstyrning

Cooling types

ONAN = Oil Natural Air NaturalONAF = Oil Natural Air ForcedOFAF = Oil Forced Air ForcedOFWF = Oil Forced WaterForced

ODAF = Oil Directed Air ForcedODWF = Oil Directed WaterForced

February 22, 2018 Slide 44Olika kylmedia och kylarstyrning

Page 45: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

94

96

98

100

102

104

106

108

110

112

114

60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80

Tem

pera

ture

,C

Disc number

Hot-spot temperatures, C

Oil guide 66

94

96

98

100

102

104

106

108

110

112

114

60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80

Tem

pera

ture

,C

Disc number

Hot-spot temperatures, C

Oil guide 66

Oil guide 68

94

96

98

100

102

104

106

108

110

112

114

60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80

Tem

pera

ture

,C

Disc number

Hot-spot temperatures, C

Oil guide 66

Oil guide 68

Oil guide 70

Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerTermisk design – Hot-spot stor inverkan på åldringen

Vi rekommenderar mätning av Hot-spot med optisk fiber

5 Kdifference

February 22, 2018 Slide 45

Page 46: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerTermisk design – Åldringshastighet

Åldringshastigheten i isolationsmaterialet fördubblas var 6 - 8:e grad ihotspot-regionen.

Aktuella livslängden är beroende av många faktorer under driftperioden

Åldringshastigheten fördubblas vid 6 graders ökningFebruary 22, 2018 Slide 46

Page 47: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerIEC 60076-2 Termisk design i specifikationen – förslag till text….

Thermal capability, winding temperature rise incl. Hot Spots

The transformers shall fulfill requirements in IEC 60076-2: Temperature rise for liquid-immersed transformers

General:The thermal capability for Winding Hot-spot shall be verified both at Design Review and after the Temperature rise test. Time for thiswill be decided in project kick-off meeting.If not otherwise stated all transformers, even multi winding transformers, shall be capable of continuous operation with rated currentin all windings without exceeding the allowable standardized temperature rises, note both mean winding temperature rise and hotspot rise.The tender shall include, as an option, direct temperature measurements by fiber-optics in the main windings upper regions. Price fortest and adjusted delivery schedule due to test shall be quoted in this option.Temperature rise:Recorded and calculated temperatures and mean winding and hot spot temperature rises shall be presented with one decimal place inthe test report. In the final summary integers shall be used.Method of calculating the hot spot temperature from the heat run test shall be described when no fiber optic transmitters are used.Winding thermometers shall in connection with the temperature rise test be calibrated to show the true winding hot spot temperature,i.e. calibrated by means of the true hot spot factor. All necessary parameter settings and description of the hot spot factor calculationmethodology shall be presented in the test report.

Del av specifikationen

Förslag på text

February 22, 2018 Slide 47

Page 48: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Dielectric strength of Power TransformersIEC 60076-3

Page 49: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerDielektrisk design – Krav på pD-nivåer

Uppdatera specifikationen enligt ny IEC60076-3, edit. 3

GamlaIEC 60076-3

NyaIEC 60076-3 edit 3

Ökadspänningsnivå

1.7 Um / √3 1.8 Ur / √3

1 timmes-prov 1.5 Um / √3 1.58 Ur / √3

pD-nivå (1-hour) 500 pC 250 pC

Bakgrunds pD 100 pC 50 pC (Trafo)100 pC (SR)

q pD-källor§ Gasbubblor i materialet§ Dålig impregnering av

isolationen§ Smuts i isolation/olja§ Dåliga elektriska

anslutningar

q Konsekvenser vid hög pD-nivå• Ökad risk för överslag• Ökad

åldringshastighet• Lokala hotspot-

punkter

Um is replacedby Ur(där 150 % nu är 158 %,och 170% nu är 180%)

Så här står det i IEC

Page 50: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerDielektrisk design – 1 timmes-provet

11.3.5 Test acceptance criteria

The test can only be considered valid if the measured background PD leveldoes not exceed 50 pC at both the beginning and the end of the test. Fortests on shunt reactors a background

PD level of up to 100pC may be accepted.

NOTE: The higher background level for shunt reactors is because filtering ofthe test supply might not be possible where high current and high voltage isrequired.

The test is successful if all the following criteria are fulfilled:

a) no collapse of the test voltage occurs;

b) none of the PD levels recorded during the one hour period exceed 250 pC;

c) the PD levels measured during the one hour period do not exhibit any risingtrend and no sudden sustained increase in the levels occur during the last 20min of the test;

d) the measured PD levels during the one hour period do not increase by morethan 50 pC;

e) the PD level measured at a voltage level of (1,2 × Ur ) 3 after the one hourperiod does not exceed 100 pC.

If the criteria c) or d) are not met, the one hour period may be extended andthese criteria will be considered to have been met if they are fulfilled for acontinuous period of one hour.

Page 51: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerDielektrisk design – pD-nivåer – förslag till text….

Dielectric capability at PD test:

Induced Voltage test

The transformer shall withstand the induced voltage test with partial dischargemeasurement (IVPD) with the stipulated criteria as in IEC 60076-3 Edit.3

Förslag på text

Del av specifikationen, (ny uppdatering av standarden)

Page 52: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerDissolved Gas Analysis – DGA – identifierar hög temperatur

Annex D; Dissolved gases analysis for the detectionof local overheating

Effektiv metod för att hitta höga temperaturer itanken

– Position inte given

– Kompetens och erfarenhet krävs för en analys

Värmeprov

– Stabil temperatur

– Oljeprov varannan timme

– Hög nogrannhet av DGA test-utrustning

-0,05

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0 5 10 15

ppm

tid (h)

Eten (C2H4)

Etan (C2H6)

Metan (CH4)

Propen (C3H6)

Propan (C3H8)

IEC 60076-27.12 Dissolved gas-in-oil analysisFor large mineral oil-immersed power transformers, in whichadditional flux effects are potential risk factors, a chromatographicanalysis of dissolved gas-in-oil may allow the detection of possiblelocal overheating.If agreed between manufacturer and purchaser, the analysis shouldbe performed as a special test before and after the temperature risetest.

Så här står det i IEC

Inkludera DGA i specifikationen

Page 53: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Design review of Power transformersCigré guide line 529

Page 54: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 529 - för en bra Design ReviewVarför en Design Review

529, ser till följande:

– Applikation– Kontraktsförståelse– Tolkning av använda standards– Tolkning av specifikationen– Övriga krav– Säkra kvalitén– Verifiera designen enligt kravspecifikationen– Identifiera risker (ny teknologi, nya lösningar…)

Del av specifikationenFebruary 22, 2018 Slide 54

Page 55: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 529 - för en bra Design ReviewSäkerställer kvalitén

En Design Review enligt Cigré 529, ska genomföras med avsikt att göraen grundlig kontroll av den beställda transformatorn, och att geköparen en tydlig förståelse för transformatorns konstruktion,tillverkning och provning.

Design Review ska hållas så snart konstruktionen har ’frysts’.

Del av specifikationenFebruary 22, 2018 Slide 55

Page 56: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 529 - för en bra Design ReviewTransformatordesign – Kärnan

– Kärnans hot spot– Kärnplåtskvalité

• Märke, typ, kvalité

– Kärnplåtsisolation– Överlappning, design, toleranser– Max flödestäthet– Kärnkylning– Kärninfästning– Magnetisk flödeskontroll, skärmning– Etc..

Tillverkaren ska förklara hur kärnan kommer att uppträda inom dessa parametrar

Shunt Reactor core

February 22, 2018 Slide 56

Page 57: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 529 - för en bra Design ReviewTransformatordesign – Lindningarna

– Lindningstyp, dimensioner och detaljer

– Typ av ledare, kardeler, isolation

– Transponeringar

– Strömtäthet

– Axiella och radiella kanaler, toleranser

– Isolationssystem

– Läckfält, övertoner

– Omkopplings-disposition

– Virvelförluster

– Mekaniska krafter

– Lindningars termiska analyser

– Kartläggning av lindningens hot-spot temperaturer

– Lindningsdimensionering / pressning / behandling

Tillverkaren ska förklara hur lindningarna kommer att uppträda inom dessa parametrarFebruary 22, 2018 Slide 57

Page 58: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Supplier capability assessment of Power transformersCigré guide line 530 - i linje med LUF 2007:1092: Kvalificering och urvalsbedömning (11kap.)

Page 59: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

• Pris ~ 70-80 %• Förluster

20-30%=• Teknik men bedöms (alltid) lika..• Kvalité men bedöms (alltid) lika..• Referenser men bedöms (alltid) lika..• Miljö men bedöms (alltid) lika..• Service men bedöms (alltid) lika..• m.fl… men bedöms (alltid) lika..

”Kvalificering och urvalsbedömning”Vad vi ser för utvärderingskriterier idag..

Det är sannolikt större skillnad i dessa övriga kriterier än vad utvärderingen visar

Page 60: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

– Certifiera hög kvalité på leverantörerna

– Effektivare anbudsprocesser

– Effektivare projektgenomförande

– Livslängdstänkande

– Ökad kvalité

– Du vet vad du köper

Cigré Guideline 530 – bedömer fabrikens förmåga

February 22, 2018 Slide 60

Syfte med bedömningen

Syftet med att prekvalificera en fabrik

Page 61: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 530 – bedömer fabrikens förmågaProduktkvalitet, processkvalitet och servicekvalitet mm…

9 Värderingsgrunder (i grunden ca 14 aspekter):

Pris, förluster och leveranstid…

1. Fabrikens prestanda– Prestanda, genomloppstid, OTD, kvalitets-störningar, FAT tester…

2. Beräknings- och konstruktionsverktyg, IT-verktyg– Beräknings- och konstruktionsregler, IT-programvara, konstruktionsverktyg 2D/3D, termisk nätverksmodell, dynamiska

kortslutningskrafter…

3. Inköpsprocessen– Inköpsprocesser mer krav och uppföljningar, revision av underleverantörer, kontinuerliga förbättringar, kontroll av

kärnplåtsleverantörer, avvikelser på kärnförluster, kopparledarens hårdhet…

4. Tillverkningsmetoder och provning– Kontrollkort, kontrollpunkter, renlighet, press av aktiv del och lindningar, torrhetskontroll, testnoggrannhet, kortslutningstester,

test- och inspektionsplan…

5. Teknologi-bakgrund– Teknologibakgrund, R&D utveckling, processer och rapporter…

6. Transport och installation– Transportmanual, ansvarsförhållanden, transportkontrollkort, impact recorder…

7. Garanti och Service efter leverans (under livslängden)– Lokal serviceorganisation, reservdelar, tillgänglighet, inställelsetid, kommunikation...

8. Finansiella, kommersiella och legala aspekter9. Hälsa och säkerhet

Värderingsgrunder vid en upphandlingFebruary 22, 2018 Slide 61

Page 62: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Cigré Guideline 530 – bedömer fabrikens förmågaChecklista

February 22, 2018 Slide 62 Checklista

Page 63: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

1. Kortslutningstester (antal godkända fullskaletester på motsvarande storlekar,fallande skala)

2. Förlustvärdering över livslängden (energieffektivare transformatorer = störretålighet)

3. Tekniska krav (mekaniska-, termiska-, dielektriska krav) Cigré 528

4. Kvalitetskrav (leverantörens tekniska kompetens m.m.) Cigré 530

5. Miljöpåverkan i fabriken (+hur arbetar tillverkaren med UL etc.) Cigré 530

6. Ljudkrav (egna krav)

7. Referenser (de senaste 5 år på motsvarande storlekar, krav på x antal..)

8. Leveranstid (egna krav)

9. Garantitid (utökad garantitid med digital övervakning)

10. Leverantörens möjligheter att genomföra leveransen, Cigré 530

11. Service (inställelsetid, reservdelar, språk..) Cigré 530

12. Genomföra en Design review enligt Cigré 529

13. ….m.m.

Krav- och utvärderingskriterier

February 22, 2018 Slide 63

Exempel på olika (krav-) kriterier

En mer objektiv värdering avkvalité och energieffektivitetPris 20%Förluster 50%”Cigré 530” 25%Egna krav 5%

Ställ krav samt utvärdera dessa krav

Page 64: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

—Ställ krav på en Service i världsklass”Akut specialistvård” 021-325000

– Akut specialistvård för transformatorer

– Ett journummer till transformatorexperter som talar svenska

– Kort inställelsetid

– Vi finns i Din absoluta närhet

• Reparation i Storvik, Drammen, Vasa, Halle, Brilon..

• Fabriker i Ludvika, Vasa, Lodz, Brilon, BadHonnef..

• Experter inom alla teknik- och produktområden

– Tillgång till egna reservdelar

• Ludvika, Figeholm, Piteå, Comem, Micafil..

– Serviceavtal

February 22, 2018 Slide 64 Ställ krav på bästa service

Page 65: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

Sälj- och servicecentersABB i Sverige

LuleåSkellefteå

UmeåÖrnsköldsvik

Sundsvall

StorvikKarlstad

Västerås

Stockholm

Göteborg

MalmöNorrköping

Kiruna

Gällivare/Malmberget

Jönköping

Oskarshamn

Uddevalla

Ludvika

Olofström

§ 10 Business Centers fördeladeöver hela Sverige (fetstil på kartan)

§ Över 1300 Servicemedarbetare på19 orter och anläggningar

Page 66: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator

1. Mekanisk verifiering (IEC 60076-5)

2. Termisk verifiering (IEC 60076-2)

3. Dielektrisk verifiering (IEC 60076-3)

4. Bättre specifikationer (Cigré 528)

5. Design review (Cigré 529)

6. Utvärdering av leverantörer (Cigré 530)

7. Energieffektivare transformatorer får..:• Högre kortslutningstålighet

• Högre överspänningstålighet

• Lägre förluster

• Lägre ljud

• Lägre inkopplingsströmstöt

• Lägre lindningstemperatur

• Lägre miljöbelastning

Summering

February 22, 2018 Slide 66

Krafttransformatorer

Ställ högre krav, också för miljön, värdera och verifiera dessa

Page 67: Transformatorer - ABB Group...Havererad transformator –och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator