Korozivnost transformatorskog ulja: Korozivnost transformatorskog ulja: faktori rizika u eksploataciji faktori rizika u eksploataciji ii na načini čini

rešavanja problemarešavanja problema

J.LukićJ.Lukić, S.Teslić, S.Milosavljević , S.Teslić, S.Milosavljević Elektrotehnički institut Nikola Tesla, SrbijaElektrotehnički institut Nikola Tesla, Srbija

Vladimir KaluđerovićVladimir KaluđerovićKombinat Aluminijuma Podgorica, Crna GoraKombinat Aluminijuma Podgorica, Crna Gora

CIGRE CIGRE CRNA GORCRNA GORA, A, RR A2 A2 - 05 - 05 1212. – . – 1616..1010.2009..2009.

Korozivni sumpor u izolaciji transformatoraKorozivni sumpor u izolaciji transformatora

Havarija Prisustvo Cu2S

CIGRE A2.32. Final report

Brochure 378

R.Maina, Corrosion Phenomena, My Transfo 2008

KOROZIVNI SUMPORKOROZIVNI SUMPOR IZVOR- ULJE , IZVOR- ULJE , DBDSDBDS i ostala jedinjenja sumpora i ostala jedinjenja sumpora Korozivnost novih ulja nove generacije od 90-tih godina Korozivnost novih ulja nove generacije od 90-tih godina

prošlog veka je “opasna” (dodati aditvi na bazi sumpora, prošlog veka je “opasna” (dodati aditvi na bazi sumpora, konc. od 50 do 300-400 ppm)konc. od 50 do 300-400 ppm)

Korozivnost ulja stare generacije usled nepotpune-loše Korozivnost ulja stare generacije usled nepotpune-loše rafinacije ulja je “manje opasna”rafinacije ulja je “manje opasna”

Produkt Cu2S

DBDS occurrence in Corrosive oils

0

50

100

150

200

250

300

DBDS

con

cent

ratio

n (m

g/kg

)

10,3%

89,7%

DBDS < 20 mg/kg DBDS > 20 mg/kgDBDS

R.Maina, Corrosion Phenomena, My Transfo 2008

Mehanizam depozicije Cu2S u namotajima

Nepostoji Distribucioni patern

Najčešći proboji na 2-3H VN

Uticaj el./mag.polja

Ipak nađeni depoziti i u obalstima gde nema polja

Naslage najčešće najveće količine unutra ka spolja

Ipak, ima i primera depozicije Cu2S spolja

Najčešće u gornjim zonama

Naslage Cu2S nađene i u donjim zonama

DIFUZIJA

Detekcija: test IEC 62535, Detekcija: test IEC 62535, mmerenja pojedinačnih korozivnih jedinjenja sumporaerenja pojedinačnih korozivnih jedinjenja sumpora

DBDS

IEC 62535 u okviru:

•Specifikacije za određivanje kvaliteta novih ulja

IEC 60296

•Kriterijuma za ocenu pogonskog stanja ulja u eksploataciji IEC 60422

površinska otpornost papira

5-15 kΩ/cm

IEC 60296 Table 2 – General specifications

Property Test method

Limits

Transformer oilLow temperature switchgear oil

1 – Function

Viscosity at 40 °C ISO 3104 Max. 12 mm2/s Max. 3,5 mm2 /s

Viscosity at –30 °C a ISO 3104 Max. 1 800 mm2/s --

Viscosity at –40 °C b IEC 61868 -- Max. 400 mm2/s

Pour point a ISO 3016 Max. –40 °C Max. –60 °C

Water content IEC 60814 Max. 30 mg/kg c/ 40 mg/kg d

Breakdown voltage IEC 60156 Min. 30 kV / 70 kV e

Density at 20 °C ISO 3675 or ISO 12185 Max. 0,895 g/ml

DDF at 90°C IEC 60247 or IEC 61620 Max. 0,005

2 – Refining/stability

Appearance -- Clear, free from sediment and suspended matter

Acidity IEC 62021-1 Max. 0,01 mg KOH/g

Interfacial tension ISO 6295 ASTM D971 No general requirement f

Total sulfur content BS 2000 Part 373 or ISO 14596

No general requirement

Corrosive sulfur DIN 51353 Not corrosive

Corrosive sulfur IEC 62535 Not corrosive

Antioxidant additive IEC 60666 (U) uninhibited oil: not detectable(T) trace inhibited oil: max. 0,08 %

(I) inhibited oils: 0,08 – 0,40 %

Metal passivator additive IEC 60666 Not detectable g

2-Furfural content IEC 61198 Max. 0,1 mg/kg

3 – Performance

Property

Category(

1)Recommended Action Limits Recommended Action (2) (3) Notes

Good Fair

Poor

Interfacial tension [mN/m] O, A, B, C, D

> 28 22 – 28

< 22 Good: Continue normal sampling.Fair: More frequent sampling.Poor: Check the presence of sediment and sludge.

Not a routine test. May be done as desired.

E Not a routine test

F, G Not applicable Refer to Manufacturer's best practice

Corrosive sulfur O, A, B, C, D, E, F

Non corrosive Corrosive In case of corrosive oil: - confirm the result with further tests - reduce the corrosivity of the oil by adding a copper passivator (e.g.: triazole derivates) or - remove the source of corrosivity by changing the oil or by removing corrosive compounds by mean of suitable oil treatments.

The necessity of corrective actions is to be carefully evaluated on the base of a risk assessment study.In case of passivation of the oil, keep under regular monitoring the concentration of the passivator.In case of continuous depletion of concentration of the passivator remove the cause of corrosivity accordingly with Recommended Actions.

Particles (counting and sizing) O, A, B, C, D, E, F

See Table 9 informative If the breakdown voltage and water content are near or outside the limit for the appropriate equipment category and the particle number is higher than the limits for any of the size ranges, filter the oil [see 12.1]. Note 4

Values for particles are based on statistical evaluation. [Table 9]

G Not a routine test

Flash point All Maximum decrease 10 Equipment may require inspection. Investigate Not a routine test. May be required when an unusual odour is noticed, when an internal fault has occurred or when a transformer is refilled.In some countries Health and Safety legislation may preclude a higher limit

PCB All Note to clause 6.16 Note to clause 6.16 Note to clause 6.16

IEC 60422 Table 6

ＤＢＤS

Insula

ting o

il

Cu

S-S CH222 S- 2CH

Cu Cu Cu Cu Cu Cu CuCu Cu Cu Cu Cu Cu Cu Cu Cu Cu

Step 2Decomposition

DissolutionMake particles

Insulating paper

AbsorptionStep 1

Copp

er

CoordinationCu2S

SCu Cu

Cu Cu

Cu Cu

Cu Cu

S CH222 2CH

CH222 2CH

ＤＢS

BiBZ

By-products

Reaction

DBDS-Cu complex

DiffusionＤＢＤS

Insula

ting o

il

CuCu

S-S CH222 S- 2CH S-S CH222 S- 2CH

CuCu CuCu CuCu CuCu CuCu CuCu CuCuCuCu CuCu CuCu CuCu CuCu CuCu CuCu CuCu CuCu CuCu

Step 2Decomposition

DissolutionMake particles

Insulating paper

AbsorptionStep 1

Copp

er

CoordinationCu2S

SCu Cu

Cu2SSS

CuCu CuCu

CuCu CuCu

Cu CuCuCu CuCu

Cu CuCuCu CuCu

S CH222 2CH S CH222 2CH

CH222 2CH CH222 2CH

ＤＢS

BiBZ

By-products

Reaction

DBDS-Cu complex

Diffusion

MEHANIZAM

DBDS

Depozicija na papiru je dirigovana difuzijom rastvorenog intermedijarnog kompleksa, Cu2S se stvara na papiru

Na kojim mestima na papiru ? (uticaj Dp, temperature, …)

Detekcija Bakar Sulfida:Detekcija Bakar Sulfida:metode u istraživanjumetode u istraživanju

FRAFRA DFSDFS Power factor tip up testPower factor tip up test Utrošak ukupnog sumpora i Utrošak ukupnog sumpora i

DBDS-a iz uljaDBDS-a iz ulja AAnaliznalizaa produkata produkata razgradnje razgradnje

DBDS-a DBDS-a iz ulja (Bi-benzil i iz ulja (Bi-benzil i Dibenzil sulfid)Dibenzil sulfid)

Električne karakteristike ulja Električne karakteristike ulja (tg(tgδδ i i ρρ ), GH – termički ), GH – termički gasovi, utrošak kiseonikagasovi, utrošak kiseonika

Analiza rizikaAnaliza rizikaFinalni izveštaj radne grupe CIGRE A2.32. Finalni izveštaj radne grupe CIGRE A2.32. - - analizanalizaa rizika eksploatacije rizika eksploatacije

korozivnih ulja prema ključnim faktorima rizika [1]:korozivnih ulja prema ključnim faktorima rizika [1]: Eksploatacija ulja sa korozivnim sumporom (posebno visoka Eksploatacija ulja sa korozivnim sumporom (posebno visoka

koncentracija DBDS-a, > 100 ppm)koncentracija DBDS-a, > 100 ppm) Visoka radna temperatura i stepen opterećenja, postojanje termičkih Visoka radna temperatura i stepen opterećenja, postojanje termičkih

naprezanjanaprezanja Optimalna količina i utrošak kiseonika (oko 1000 do 10000 ppm)Optimalna količina i utrošak kiseonika (oko 1000 do 10000 ppm) Tranzijenti, prenaponi i učestani električni stresoviTranzijenti, prenaponi i učestani električni stresovi

KKategorije transformatora sa najvećim rizikom ategorije transformatora sa najvećim rizikom koji su koji su proizvedeni od proizvedeni od 19891989 i oni kojima je ulje zamenjeno i oni kojima je ulje zamenjeno ili dolivenoili doliveno u tom periodu su [1]: u tom periodu su [1]:

Blok transformatori,Blok transformatori, HVDC, HVDC, Prenosni sa visokim stepenom opterećenja, najviših snaga i napona,Prenosni sa visokim stepenom opterećenja, najviših snaga i napona, Industrijski transformatoriIndustrijski transformatori..

Tehnike rešavanja problema korozivnih uljaTehnike rešavanja problema korozivnih uljaPoboljšanje hlađenjaPoboljšanje hlađenja

Smanjenje opterećenjaSmanjenje opterećenja

Dodatak metal pasivatoraDodatak metal pasivatora

Obrada korozivnih uljaObrada korozivnih ulja(ref.Cigre A2.32. Final report):(ref.Cigre A2.32. Final report): AdAdssorbentimaorbentima, (hemijska konverzija + adsorpcija) , (hemijska konverzija + adsorpcija) Tehnike sliTehnike slične čne

uklanjanju PCB-auklanjanju PCB-a Dubinska rerafinacija, ekstrakcija tečno-tečno Dubinska rerafinacija, ekstrakcija tečno-tečno SLLESLLE(INT) (INT) [2][2]

Zamena uljaZamena ulja

[2] J.Lukic, et.al. Paris CIGRE Session, A2-216, 2008.

Dodatak metal pasivatoraDodatak metal pasivatora Od 100 do 200 ppm, na osnovu rezultata LAB SIMOd 100 do 200 ppm, na osnovu rezultata LAB SIM Min. P = 1 mbar, Max. T = 60Min. P = 1 mbar, Max. T = 60OOCC Injektovanje u rashladnu petljuInjektovanje u rashladnu petlju Test na koroziju i praćenje koncentracije metal Test na koroziju i praćenje koncentracije metal

pasivatora tokom eksploatacije – posle prvih 6 meseci, pasivatora tokom eksploatacije – posle prvih 6 meseci, potom na godinu dana potom na godinu dana

Metal pasivator formira monomolekulski zaštitni sloj na površini bakra

Laboratorijska proba pasiviranjaLaboratorijska proba pasiviranjaLAB SIM PASLAB SIM PAS

Optimizacija P, T uslovaOptimizacija P, T uslova Potrebna koncentracija metal pasivatoraPotrebna koncentracija metal pasivatora Test korozije pasiviranog uljaTest korozije pasiviranog ulja Preporuke za dalje praćenje u pogonuPreporuke za dalje praćenje u pogonu

Test korozije IEC 62535 Pre pasiviranja

Test korozije IEC 62535 nakon pasiviranja

Optimizacija P, T uslova

T = 60-62OC, P = 1.5 mBar

Početna koncentracija

Co IR 39 = 94.1 ppm

Posle 5 prolaza

C IR 39 = 92.4 ppm

Posle 8 prolaza

IR 39 = 90.7 ppm

CIGRE WG A2.40CIGRE WG A2.40

Copper Sulphide Long-term mitigation and Risk AssessmentCopper Sulphide Long-term mitigation and Risk Assessment convenor Jelena Lukic, Serbiaconvenor Jelena Lukic, Serbia

Dugorocni efekti i efikasnost tehnika mitigacije –pasiviranje i tehnike Dugorocni efekti i efikasnost tehnika mitigacije –pasiviranje i tehnike obrade korozivnih uljaobrade korozivnih ulja

Analiza Rizika eksploatacije transformatora sa korozivnim uljemAnaliza Rizika eksploatacije transformatora sa korozivnim uljem

Nove tehnike u dijagnostici (DFS, FRA, …., hemijske metode GC-MS, Nove tehnike u dijagnostici (DFS, FRA, …., hemijske metode GC-MS, DBDS i prateci produkti uz CuDBDS i prateci produkti uz Cu22S S

Nove tehnologije obrade ulja – uklanjanja korozivnog sumpora iz uljaNove tehnologije obrade ulja – uklanjanja korozivnog sumpora iz ulja

Dalji istrazivacki rad na mehanizmu, kljucnim parametrima i drugim Dalji istrazivacki rad na mehanizmu, kljucnim parametrima i drugim materijalima imo ulja kao potencijalnih izvora reaktivnog sumpora.materijalima imo ulja kao potencijalnih izvora reaktivnog sumpora.

PrimerPrimer : : IndustriIndustrijski tjski transformransformatoator,r, 33 MVA, 44 kV , OFWF33 MVA, 44 kV , OFWFKarakteristike uljaKarakteristike ulja 10/2000 10/2000

06/200606/2006 04/04/20072007 02/200802/2008

H2H2 99 10721072 ZamenaZamenaUljaUlja

Korozivno Korozivno uljeuljepremapremaIEC 62535IEC 62535

180180CH4CH4 1010 157157 3232C2H2C2H2 00 00 00C2H4C2H4 2525 2525 3838C2H6C2H6 346346 259259 1414COCO 841841 452452 578578CO2CO2 1768517685 6318863188 1946619466O2O2 35243524 45514551 652665262-FAL2-FAL

8.558.55 3.703.70

tgtgδδ, ‰ , ‰ 151151 173173 45.645.6, GΩm, GΩm 1.41.4 1.51.5 10.310.3Nb, mgKOH/gNb, mgKOH/g 0.080.08 0.120.12T . Oil , T . Oil , OOCC 8080 6363Sadržaj vodeSadržaj vode., ppm., ppm 94 94 48 48

Dp papira gornja zona: 241 Cu2S na papiru

Cu2S na bakru

SEM/EDX

SEM-EDXSEM-EDX

Element Element Težinski % Težinski % Atomski % Atomski %

S - SumporS - Sumpor 21.28 21.28 34.8834.88

Cu - BakarCu - Bakar 78.72 78.72 65.1265.12

ukupnoukupno 100.00100.00 100.00100.00

Atomski odnos Cu:S ≈ 2

Čist papir Papir sa Cu2S

Post-havarijski pregled•Visoka koncentracija vodonika, posledica grejanja u magnetnom kolu

•Porast nizih ugljvodonika su ukazivali na pregrevanje u nizem tempraturnom opsegu

•Visok sadržaj vode-moguća interakcija sa visokim sadržajem vodonika

•Visok sadržaj vode i furana u ulju ukazuju na intenzivnu degradaciju celuloze i u korelaciji sa niskom DP vrednošću u gornjoj zoni VN namotaja

•Visoke vrednosti CO i CO2 potvrđuju jaku ostarelost čvrste izolacije

• Korozivno ulje i stvoreni Cu2S uzrok proboja na međuzavojnom delu VN u gornjoj zoni

•Naslage Cu2S detektovane na bakru i papiru u visokim koncentracijama, potvrđeno prisustvo Cu2S-a mikroskopskom analizom SEM-EDX

HVALA NA PAŽNJIHVALA NA PAŽNJI