Til hovedinnhold

Tekst: Anne-Lise Aakervik




Transformatorer er blant de viktigste komponentene i sentral og regionalnettet. Svikter disse blir konsekvensene store for forsyningssikkerheten fordi tiden de er ute av drift blir lang. Nær halvparten av transformatorene i Norge er nå ca 30 år, som var dimensjonerende levetid da de ble levert.

Kraftbransjen har sett for seg en storstilt utskiftning av disse dyre komponentene, og har fryktet for at leveringssikkerheten av kraft skulle få en knekk dersom utskifting ikke ble gjennomført. Mange har gått rundt og trodd at transformatorparken i Norge har vært nær en kollaps, sier Lars Lundgaard, forsker ved SINTEF Energi. Men nå kan Lundgaard og hans kolleger i avdelingen for elkraftteknikk med sikkerhet si at selv om transformatorene er aldrende, er tilstanden gjennomgående god som følge av at driftstemperaturene har vært holdt lave.

Internasjonalt ledende
Bakgrunnen for disse uttalelsene er grundig forskning på problemstillingen de siste fem årene. Kompetansen som forskerne ved SINTEF Energi har opparbeidet seg gjennom KMB-prosjekter har ført til at denne gjengen er verdens ledende miljøe på aldring av transformatorisolasjon.

–  Utgangspunktet var altså en kriseforståelse av situasjonen, forklarer Lars Lungaard. Transformatorer er komplekse systemer med mange materialer som er mikset sammen, og som påvirker hverandre. Det kritiske punktet i en transformator er papiret som brukes som isolasjonsmateriale mellom viklingene. Rundt dette ligger det olje. I IECs standarder har en regneregler for virkningen av temperatur, mens virkningen av forurensing har vært neglisjert.


Sentrale prosjektdeltakere med flasker som inneholder prøver fra aldringseksperiment. Marit-Helen G. Ese, Dejan Susa og Lars Lundgaard. Knut B. Liland var ikke til stede da bildet ble tatt. Foto: Harald Danielsen
Med riktig kompetanse løsnet det
– Hos oss har vi forsket på papir og olje lagret i flasker i varmeskap, og funnet hvordan aldring har oppstått over tid under påvirking av forurensing som fuktighet, oksygen og varme. Det vi ikke hadde klart å påvise var hvordan aldringen forløp i en transformator under drift. Det var ikke før vi fikk på plass Marit-Helen Ese, med kjemisk kompetanse og Dejan Susa, som er en internasjonal kapasitet på termiske beregninger for transformatorer at vi fant nøkkelen, forteller Lundgaard. – Deres kunnskap betød at vi kunne gjøre kombinerte beregner i en trafo. Vi kunne regne på hvordan vann og oksygen samt temperatur påvirker isolasjonsmaterialene i transformatoren.




Åpning ga overraskelse
For tre år siden fikk forskerne muligheten til å åpne en transformator fra 1969; Sira-Kvina- transformatoren ved Tonstad Kraftstasjon.  Alderen tilsa et denne var på overtid for lengst, og de forventet å finne både aldret og forurenset isolasjon. Men til stor overraskelse viste det seg at transformatoren overhodet ikke var merket av tidens tann. I følge Dejan Susa er den viktigste årsaken at trafoen ikke har vært kjørt med full last, samt at kjølevannstemperaturen har vært lavere enn det den var dimensjonert for. I nettet står transformatorene ofte i par og går derfor med reduserte laster, noe som betyr at man drifter ved lavere temperatur. – Slike transformatorer er bygd for en temperatur på 98 grader, mens her går de gjerne med rundt 60 det mesteparten av tiden, og når de kjøres med høy last på vinteren fungerer kulda som ekstra kjøling, forklarer Susa. Papirtypen som brukes er et annet aspekt. Det finnes to papirtyper hvorav den ene kan øke levetiden betraktelig fordi det benyttes kjemisk tilsetting som gjør at det tåles høyere temperaturer. Mange av de eldre norske transformatorene har slikt papir, og man kan be om det når man bestiller nye transformatorer.
 
– Det vi også fant ut er at degenereringen ikke øker lineært, men at de siste 20 gradene ødelegger mye mer enn de 70 første, sier Susa som også gjennom beregninger viste at under uendrede forhold kunne Sira Kvina-transformatoren leve i ytterligere 120 år.

Forskningsresultatene bekreftes
– Funnene vi gjorde da vi åpnet denne trafoen var ekstra spennende. De understøtter våre beregninger fra tidligere fullt og helt, kommenterer en opprømt Lundgaard. Framtiden ser plutselig helt annerledes ut.  Den store reinvesteringsbølgen som man har sett for seg er nå unødvendig. Med vedlikeholdsplaner som vi også foreslår vil man kunne spare enormt med penger. Vi har blant annet sett på verdien av utsatte reinvesteringer i kommende 30 års periode. Om en kan øke levetiden for de norske transformatorene fra 40 til 80 år representerer det en nåverdi for eierne på 5 milliarder kroner. Skal en ta ut denne levetidsøkningen uten å risikere en fremtidig redusert driftssikkerhet må en imidlertid etablere opplegg for tilstandsovervåking og vedlikehold.

Endrer prøvemetoder
– Gjennom fem år har vi fått lov av kundene våre å gå helt i kunnskapskjelleren på papirisolasjon og olje. Vi har lært hva og hvordan papiret påvirkes, og hvordan oljen oppfører seg og hvilke forurensninger som påvirker aldringsprosessen, sier Marit-Helen Ese, leder av faglaget. – Videre har vi utarbeidet parametre for fukt og luftpåvirkning og kan dermed måle verdiene på papirets tilstand.  – Våre funn bidrar til nye internasjonale prøvemetoder for diagnostisering av tilstanden til transformatorene, sier Lundgaard.

Man har for eksempel ikke tatt hensyn til kombinasjonen av fukt og vannløselige organiske syrer tidligere. Både fukt og syrer dannes ved aldring av cellulose. Også kunnskap om termiske forhold har vært veldig viktig.

Samfunnsnytten
Ved å kunne stille riktig diagnose og gjøre vedlikehold ut fra denne vil man kunne forlenge levetiden og spare samfunnet for masse penger. En ny transformator koster gjerne rundt 35 millioner kroner og det kan ta mange år fra bestilling til den er på plass.

– Det at vi har fått ro til å forske over såpass lang tid er avgjørende for at vi kom frem til dette resultatet. Da har laboratoriealdringen kunnet gjøres ved lave temperaturer som er representative for virkeligheten. Tidligere forskning har pågått over kortere tid med forhøyede temperaturer, og da blir resultatene vanskelige å tolke. Vi har kunnet bruke tid og lave temperaturer som benyttes i en trafo, sier Lars Lundgaard.

– Industripartnerne i disse prosjektene, e-verk som ansvarlige eiere og ABB som produsent, har vist tålmodighet til å satse på fundamental forskning, og har vært både forutseende og villige til å bruke penger på å sjekke levetiden i transformatorparken, påpeker Ese.   Resultatene betyr endringer i forvaltningen, man kan strekke investeringene lengre og vurdere trafotilstanden med større sikkerhet.

– Forskningsrådets KMB- instrument har vært avgjørende for at dette forskningsprogrammet ble startet og fikk det omfang og den dybde som har vært nødvendig.


 



For tre år siden fikk forskerne muligheten til å åpne en transformator fra 1969; Sira-Kvina- transformatoren ved Tonstad Kraftstasjon. 
Foto: Knut B. Liland

Kontakt:
Lars Lundgaard

 


Kraftbransjen aktiv medspiller

Kraftbransjen har deltatt aktivt i forskningen som har pågått på transformatorer de siste 10-15 årene. Dette har de hatt stort utbytte av.

Det sier Trond M. Ohnstad, seksjonsleder for Utvikling avd. Nettutbygging ved Statnett. – Gjennom aktiv deltakelse har Statnett stor nytte av kompetansen som er bygget opp, og de resultatene som er oppnådd.  Vi har kontroll med våre transformatorer, vi vet hvilken tilstand de er i og vi kan med ganske stor sikkerhet si hvor lenge de kan være i drift før de må skiftes ut. Det viktigste er at vi nå vet hva vi må gjøre og hvordan vi skal følge med den enkelte transformator for å holde kontroll med tilstanden.

Riktige reinvesteringer
Trond Ohnstad sier at både samfunnsmessig og bedriftsmessig er dette av stor betydning. Med denne kunnskapen reduseres sannsynligheten for plutselige havarier og medfølgende leveringsusikkerhet til et minimum.  – Vi kan rangere våre transformatorer i forhold til tilstand og risiko og dermed gjøre reinvesteringer på riktig sted og til riktig tid, sier Ohnstad.  Mange reinvesteringer i dag gjøres på grunn av behov for økt kapasitet og ikke tilstand. Nå har Statnett muligheter til å gi en tilstandsvurdering av de gamle transformatorene og i større grad enn før gjenbruke dem, enten på stedet eller flytte dem, og dermed oppnå både økt leveringssikkerhet og kapasitet også i andre nettdeler. Forlenget driftstid og levetid på transformatorene betyr en utsettelse av reinvesteringer og frigjør midler som kan benyttes til andre viktige tiltak i overføringsnettet og opprettholde god leveringssikkerhet.

Større driftsikkerhet
Asgeir Mjelve, senioringeniør hos Hafslund Nett AS støtter Ohnstad på de sentrale punktene.
– For vår del har resultatene fra forskningsprosjektene bidratt til at vi får større sikkerhet på drift. Ikke minst har vi fått en bedre forståelse for aldringsmekanismene for papirisolasjonen, som er avgjørende for en transformators levetid. Dette er kunnskap vi ikke hadde tidligere, og som får betydning for reinvesteringstidspunktet. Klarer man å bestemme det riktige tidspunktet for reinvesteringer, ikke for tidlig og ikke for sent, slår det både økonomisk og sikkerhetsmessig ut.

– I dag bruker vi kunnskapen aktivt når vi skriver spesifikasjoner til nye transformatorer, og når vi planlegger vedlikehold.  Transformatorer er de dyreste investeringene vi gjør. Vi har omtrent 500 stykker i drift.