Methode zur dynamischen Berechnung der Feuchte in Isolierflüssigkeiten in Leistungstransformatoren und Auswirkung der Dynamik auf deren Belastbarkeit

Abstract

Diese Arbeit ist gewidmet der Untersuchung der maximalen Belastungsdauer von Transformatoren in Zusammenhang mit der Diffusion von Wasser in deren flüssige Isolierung. Nach einer technischer Vordergrundserinnerung bezüglich Aufbau, Kühlmethoden, Isolierung von Leistungstransformatoren, wird über die thermischen Eigenschaften des Transformators präziser eingegangen. Das Verhalten der Temperatur in den Wicklungen des Transformators und ihre Auswirkung auf die Lebensdauer des Transformators wird erklärt. Ebenfalls werden die Prozesse, die zu Wasserbildung in der flüssigen Isolation führen, sowie die Folge auf deren Durchschlagfestigkeit erläutert. Auf Matlab® werden folgende Modelle implementiert, die präzis die dynamische thermische und Wasseraustausch- Vorgänge zwischen flüssiger und fester Isolierung des Transformators nachbilden: • Zwei Typen der thermischen Modelle, die entweder bei stufenförmige, oder ständig variable Laständerungen benutzt werden. • Das Diffusionsmodell, beruhend auf Fick’schen Gleichungen, dass die quadratische Wasserdistanz die in Richtung öl-Papier diffundiert berechnet. • Ein Modell, zur Berechnung der relativen Sättigung der flüssigen Isolierung. Die zur Modellierung benötigten Parameter können aus der Dokumentation zu dem untersuchendem Transformator entnommen werden. Für die Simulation wurde ein 40/53/60MVA,ONAN/ONAF/ONAF,(225,26.4kV,YNd1) Transformator benutzt. Aus den Ergebnissen der Studie wurden Ergebnisse über Belastbarkeitsdauer erhalten, und eine Weise den Einfluss von Feuchte im Transformator zu modellieren vorgeschlagen. Dieses Modell könnte helfen, Lücken in Simulationsprogramme zu füllen, die Gefahr in einige Lastverlaufe nicht erkennen.

This Essay is an attempt to study the maximal load capability of transformers in dependance of water diffusion in different insulation liquids types. Some basics about transformers will be reminded, transformer’s types, the cooling-system, insulation, etc. The behavior of temperature in the windings and its impact on the life expectancy of the transformer will be explained. The processes leading to water diffusion back and forth between paper and oil, and its consequences on dielectric strength will be shown. Following models were implemented on Matlab® to give accurate and in current information about the state of transformers : • Two thermal models for step load and for continuously variable load. • A Diffusion model based on Fick’s Diffusion equations, giving the mean square distance di↵used in/out of the paper. • A model to compute the relative saturation of the oil. The parameters needed in these models can all be obtained by transformers manufacturer, so that these models can be used. In this study, a 40/53/60MVA,ONAN/ONAF/ONAF,(225,26.4kV,YNd1) transformer was used for the simulation. Maximal loading capability of transformers is obtained and method for simulation of moisture propagation is developed. This study also enabled to show how specific load patterns of behavior can affect the moisture diffusion in specific insulation liquids and thus reduce the maximal load time of the transformer. This model could help to fill in blanks in in overload capability simulators that do not take into account the influence on moisture migration by some specific load profiles.