REM-B HYDRAULICS en CG POWER SYSTEMS BELGIUM ontwikkelen test-unit voor “fatigue” testen transformatoren
Initiatieven zoals het Europese 2020 pact om tegen 2020 20% van de energie uit hernieuwbare bronnen te halen en een algemeen groeiend milieubewustzijn zorgen voor een steeds grotere vraag naar hernieuwbare energie. In Europa wordt deze energie voor een groot deel opgewekt met windturbines. De wind die deze turbines aandrijft is veel constanter en krachtiger in open gebieden zoals op de zeeën net voor de Europese kusten. Daarom worden nieuwe windturbines voornamelijk op zandbanken in zee gebouwd. Door de hogere beschikbare windkracht is het vermogen van deze offshore turbines de laatste jaren enorm gegroeid en er wordt verwacht dat dit vermogen nog een tijdje zal blijven groeien.
De transformatoren die in deze offshore turbines geïnstalleerd worden zijn blootgesteld aan sterk wisselende belastingen en zeer variabele temperaturen in de transformator ruimte. De combinatie van deze twee effecten zorgt ervoor dat de elektrisch isolerende koelvloeistof in dit type van vloeistof gevulde transformatoren cyclisch sterk gaat opwarmen en afkoelen. Door de temperatuurverschillen gaat deze vloeistof afwisselend uitzetten en weer samentrekken, waardoor de kuip van deze transformatoren belast wordt door een sterke mechanische vermoeiingsbelasting (“fatigue”). Om problemen met deze vermoeiingsbelasting in een offshore turbine te voorkomen worden dergelijke transformatoren en hun kuipen uitgebreid onderworpen aan type testen voor ze geïnstalleerd worden.
Bestaande testinstallaties waren niet flexibel genoeg meer om de zware omstandigheden die optreden in transformatoren in multi-megawatt offshore turbines grondig te kunnen testen. Om te kunnen garanderen dat de transformatoren gebouwd door CG POWER SYSTEMS BELGIUM deze zware omstandigheden aankunnen was er nood aan nieuwe en betere testcapaciteit.
Daarom hebben REM-B HYDRAULICS, Beerse en CG POWER SYSTEMS BELGIUM, Mechelen de handen in elkaar geslagen en samen een vermoeiingstest-unit ontwikkeld en gebouwd voor het testen van transformatoren die krachtig en flexibel genoeg is om deze volgende generaties windturbine transformatoren mechanisch het vuur aan de schenen te kunnen leggen.
De teststand gaat het vloeistofvolume en bijhorende druk in de transformatorkuip regelen. Dit gebeurt door vloeistof in en uit de transformator kuip te pompen. Door de pompen intelligent aan te sturen kunnen daarmee de mechanische vermoeiing die de transformatorkuip ziet tijdens zijn levensduur versneld worden nagebootst in een destructieve levensduurtest. Dit soort testen wordt typisch gedaan op prototypes.
Daarnaast moet de teststand voorzien in een aantal niet destructieve testprogramma’s die toelaten om de kwaliteit van kuipen voor transformatoren te testen die gebruikt worden in de windturbines. Deze testen waarin zowel het volume, als de druk in het systeem fungeren als variabele parameter laten ook toe een flexibiliteitscurve op te stellen. Deze curve geeft aan hoe de transformator reageert op verschillende omstandigheden. Aan de hand van deze curve kan men zien of de geteste transformator kuip al dan niet voldoet aan de vereisten.
Via een flexibiliteitscurve is het ook mogelijk de maximaal toegelaten druk in de kuip te bepalen. Bij deze test wordt de druk in stappen opgevoerd tot de transformatorkuip juist plastisch begint te vervormen. Dat punt bepaalt de maximaal toegelaten druk voor normale werking van de transformator. Deze test wordt uitgevoerd zonder resulterende significante schade aan de kuip en kan gebruikt worden om de kwaliteit van kuipen te controleren vooraleer deze gevuld worden met de kern, wikkelingen en dielectrische vloeistof.
De testinstallatie bestaat uit 4 belangrijke elementen: de aandrijving, bestaande uit 3 pomp-motorsystemen, het oliemanagement-systeem, een netwerk van verschillende intelligente sensoren en een controlecentrum van waaruit de installatie aangestuurd wordt.
Het vloeistofvolume en de druk worden geregeld door drie frequentiegestuurde pomp-motor-systemen. Er werd geopteerd voor hydraulische tandwielpompen met een vast debiet. Deze pompen zijn uitgerust met speciale dichtingen en zijn bestand tegen eventueel agressieve isolerende koelvloeistof die doorheen het systeem gepompt wordt. Het variabele debiet van de testinstallatie heeft een enorm bereik van 60l/uur tot 600l/uur. Dit enorme bereik laat toe om de testen uit te voeren op het hele productiegamma van CG, gaande van kleine distributietransformatoren naast de openbare weg tot grote vermogenstransformatoren aan elektriciteitscentrales.
Het systeem is gemaakt voor gebruik met 4 verschillende soorten vloeistof die typisch zijn voor gebruik als transformator medium. De variabele druk wordt geregeld door een intelligente sturing van de motorfrequentie en de elektrische gestuurde bolkranen. De druk op dekselniveau in de transformator gaat tijdens het testen typisch van ‑300 millibar (onderdruk) tot +500 millibar (overdruk) variëren. Deze drukverschillen komen overeen met de drukverschillen door verschil in temperatuur en belasting die een transformator kan ondergaan en moet doorstaan bij gebruik in extreme weersomstandigheden.
De testinstallatie en de nieuwe of reeds gebruikte transformatoren die getest worden mogen niet beschadigd worden tijdens te testen. Daarom moeten de testen uitgevoerd worden met een zeer zuivere vloeistof. Om slijtage of beschadiging door het gebruik van vervuilde olie te voorkomen wordt beroep gedaan op een hoog kwalitatief filtersysteem met Bypass Retour-en Luchtfiltratie. Het filtersysteem bevat een speciale filter die in staat is om de contaminatiedeeltjes uit de gebruikte vloeistof te filteren. Bovendien bevat het filtersysteem een ontwateringsinstallatie. Water is hier niet alleen te mijden omdat roest in een hydraulische systeem voor ernstige schade kan zorgen, maar ook omwille van de geleidende eigenschappen van water. Het is dus overbodig te vermelden dat water niet thuis hoort in een transformator.
Een netwerk van verschillende ingebouwde sensoren is verantwoordelijk voor de controle en de veiligheid. De druk wordt bewaakt door een aantal druksensoren. De temperaturen van de vloeistof in de transformator en in het oliereservoir worden gecontroleerd door temperatuursensoren. Ook zijn er 2 niveaumetings-sensoren in het systeem geïmplementeerd die enerzijds het niveau van de vloeistof meten in het reservoir en anderzijds in de transformator. Zo kan voorkomen worden dat de hydraulische pompen lucht aanzuigen. Daarnaast laat deze setup ook toe om lekken te ontdekken in de transformator.
De gehele testunit wordt aangestuurd en gecontroleerd door een elektrische stuurkast voorzien van een touchscreen van waarop de parameters eenvoudig instelbaar zijn.
Bij het ontwerp van deze installatie werd belang gehecht aan flexibiliteit en uitbreidbaarheid van de installatie. Zo moest het testvolume dat de installatie kan verpompen in de toekomst uitbreidbaar zijn. Transformatoren in offshore toepassingen worden steeds groter, en dezelfde testen uitvoeren op transformatoren voor offshore onderstations en boorplatformen is vandaag al een realiteit. Daarnaast moesten zowel de voorziene ingangskanalen voor sensoren als de programmatie van de sturing van de installatie kunnen aangepast worden aan eventuele toekomstige noden.
Deze installatie werd in juli 2015 opgeleverd door Rem-B en zal na het zomerverlof operationeel zijn in de Mechelse vestiging van CG Power Systems.
