Energiainfra ja uudet energiateknologiat
Energiatehokkuus ja energiansäästö (Järjestelmät, laitteet ja ohjelmistot)
Energiatuotanto ja -jakelu (Muuntajat, kytkinlaitokset)
Käyttö ja kunnossapito (Koneet ja laitteet, Kunnonvalvonta, Mittaukset, mittalaitteet)
Tiedonhallinta, tietojärjestelmät, digitalisaatio (Analysointijärjestelmät)

Muuntajat paljon vartijana – onko kunnossapito ajan tasalla?

KUVA: ©VAISALA

Muuntajat ovat kaiken sähkön siirron ja jakelun perusta – ne esimerkiksi ylläpitävät teollisuuden prosesseja ja mahdollistavat talojen ja katujen valaistuksen. Tästä syystä muuntajien kunnon ja toiminnan varmistaminen on sähköbisneksen kulmakiviä.

SUURJÄNNITEMUUNTAJIEN VIAT voivat johtaa suuriin ongelmiin. Vikoja voidaan kuitenkin ennakoida ja ehkäistä etukäteen hyvän suunnittelun ja jatkuvan valvonnan avulla.

Muuntajista kannattaa pitää huolta siksikin, että ne ovat yksi sähköverkkojen arvokkaimmista osista: muuntajat kattavat noin 60 prosenttia muuntoaseman pääomakustannuksista. Niinpä jatkuva valvonta maksaa itsensä moninkertaisesti takaisin, koska se auttaa sähkönjakelun katkosten vähentämisessä.

Suurjännitemuuntajien suunniteltu käyttöikä on noin 40 vuotta. Yksittäisten muuntajien käyttöikä vaihtelee: huonosti huolletun muuntajan käyttöikä voi olla 25 vuotta, kun taas hyvin huollettu voi kestää pitkälle yli 50 vuotta. Jatkuva valvonta voi vaikuttaa merkittävästi käyttöikään – ennakoiva kunnossapito ja valvonta voivat pidentää muuntajan käyttöikää kymmenillä vuosilla.

Data ohjaa kunnossapitoa

Kerättyjen tietojen avulla saadaan selville, mikä on muuntajan kunto ja suorituskyky. Viat voidaan tunnistaa aiemmin ja huoltoa voidaan priorisoida, mikä taas vähentää kustannuksia ja tulojen menetystä.

Jatkuva kunnonvalvonta perustuu siihen, että kun muuntajassa ilmenee ongelmia, vikakohdan lämpötila nousee. Lämmönnousu synnyttää vikakaasuja muuntajaöljyyn. Vikakaasujen tyyppi ja määrä kertovat, millaisesta ongelmasta on kyse.

Nämä vikakaasut ovat samalla se ratkaiseva ”johtolanka”, jonka avulla ongelma usein tunnistetaan ja selätetään ennen kuin muuntaja vikaantuu. Silloinkin kun muuntaja vaurioituu, vikakaasujen avulla voidaan ainakin tehdä nopeampia ja perustellumpia päätöksiä siitä, mikä on mahdollinen ratkaisu ongelmaan.

”Suurjännitemuuntajien viat voivat johtaa suuriin ongelmiin.

Vikakaasujen herraksi

Muuntajakaasuja mittaamaan on kehitetty erilaisia työkaluja, kuten Vaisalan kotimainen Optimus™ OPT100 DGA-kaasuanalysaattori (DGA = Dissolved Gas Analysis). Sen avulla mitataan kaikkia yleisimpiä vikakaasuja ja niiden määriä.

Senja Leivo, Vaisalan Senior Industry Expert, kertoo että on suuri etu, jos vikakaasujen analysaattori kykenee mittaamaan kaikkia näitä kaasuja.

”Lämpötila muuntajan vika-alueella sekä sen kanssa kosketuksissa olevat materiaalit vaikuttavat siihen, millaisia kaasuja muodostuu ja kuinka paljon. Kaasuista pystytään yleensä päättelemään muuntajavian tyyppi ja vakavuus, ja korjaavat toimenpiteet voidaan aikatauluttaa ja suorittaa saadun tiedon pohjalta”, hän kuvailee.

Vikakaasuissa on se jännä puoli, että ne itsessään eivät häiritse muuntajan toimintaa. Vikakaasut ovat kuitenkin oire jostakin muutoksesta – johon pitää perehtyä tarkemmin.

Esimerkiksi Fingridin muuntajien kunnonvalvonnassa OPT100-analysaattorit ovat tärkeässä osassa. Ne antavat jatkuvasti ajan tasalla olevia tietoja muuntajien vikakaasujen pitoisuuksista. Siksi muutokset muuntajissa voidaan havaita hyvin varhaisessa vaiheessa, jopa reaaliajassa.

Kuva: Pexels

Sähkökentän individualistit

Leivo kertoo, että muuntajat ovat yksilöllisiä – jokaisessa niistä muodostuu kaasuja hieman eri tavalla. Siksi muuntajilla ei ole yhteisiä absoluuttisia kynnysarvoja muutoksen vakavuuden arvioimiseksi.

”Varsinkin siirtoverkon isot muuntajat on tehty käsityönä kaikki, joten pieniä eroja löytyy aina.”

Aiemmin valvonta on suoritettu vain ottamalla muuntajasta öljynäyte kerran vuodessa ja analysoimalla vikakaasut näytteestä. OPT100-kaasuanalysaattori kuitenkin antaa tietoa muuntajan kunnosta reaaliaikaisesti.

Äkkää ilmavuoto

2000-luvulla Vaisala alkoi kehittää omaa, infrapunapohjaista DGA-ratkaisua. ”Vuonna 2016 tulimme ulos omalla tähän liittyvällä teknologialla”, Leivo kertoo.

Evoluutio jatkui siten, että vuoden 2020 syksyllä Vaisala esitteli päivitetyn Optimus™ OPT100 DGA-kaasuanalysaattorin, joka mittaa myös muuntajan eristeöljyyn liuenneiden kaasujen kokonaispaineen. Tämän perusteella asiakkaat voivat havaita suljetun muuntajan ilmavuodot varhaisessa vaiheessa. Nämä ilmavuodot voidaan korjata ajoissa, mikä hidastaa muuntajan eristeen vanhenemista ja siten lisää sen käyttöikää.

Uusissa Optimus™ OPT100 DGA-kaasuanalysaattoreissa kaasujen kokonaispaineen mittaus on vakiona, ja vanhoihin asennuksiin se lisätään ohjelmistopäivityksen yhteydessä.

”Uusi ratkaisu on TGP eli Total Gas Pressure. Se ei varsinaisesti mittaa vikakaasuja, vaan ilmavuotoja”, kuvailee Leivo, joka on ollut kehittämässä Vaisalan TGP-mittausta ihan alusta asti.

Menetelmässä on kyse yksinkertaisesti kaikkien öljyyn liuenneiden kaasujen kokonaispaineen mittaamisesta. Jos muuntajatankkiin vuotaa ilmaa, TGP-arvo alkaa kasvaa typen ja hapen tullessa pääasiallisiksi kaasuiksi.

”Muuntajat ovat yksilöllisiä ja jokaisessa niistä muodostuu kaasuja hieman eri tavalla.

Intuitiivinen menetelmä

Leivo kertoo, että Vaisalalla oli tutkittu aihepiiriä pitkään ja lähdetty kehittämään uutta menetelmää seitsemän tärkeimmän vikakaasun mittaamisen lisäksi.

”Halusimme menetelmän, joka olisi intuitiivinen ja käytettävissä suoraan syötteenä automaattisille olosuhdevalvontajärjestelmille”, hän kuvailee.

Leivo kertoo, että suljetuissa muuntajissa, joiden öljystä kaasu on alun perin poistettu, kaasun kokonaispaine pysyy alhaisena parhaimmillaan vuosikymmeniä, huomattavasti ilmakehän painetta pienempänä.

”Paineen arvon kasvaminen on selkeä merkki siitä, että ilmaa pääsee sisään. Tämä puolestaan tarkoittaa, että tiivisteissä on jokin ongelma joko materiaalissa tai jopa työn laadussa, jos kasvu on tapahtunut huollon jälkeen.”

Kuva: Pixabay

Nopea ja helppo käyttää

Leivon mukaan TGP on hyvin yksinkertainen käyttää: sen trendistä näkee jo nopealla vilkaisulla, onko ilmavuotoa ollut – erityisasiantuntijan arviota tai tulkintaa ei tarvita.

”Luonnollisesti mittausdatan voi myös yhdistää suoraan automaattiseen valvontajärjestelmään ja asettaa hälytystason paineelle, joka on hieman korkeampi kuin kyseisen muuntajan tyypillinen paine.”

Leivo lisää, että ilman sisäänpääsy itsessään ei vaadi vielä välittömiä toimia – kun taas vikakaasut mahdollisesti vaatisivat. TGP ilmaisee tiivistyksessä olevan ongelman, josta voidaan huolehtia seuraavan huollon yhteydessä, jotta eristyspaperi ei pääse hapettumisen vuoksi heikkenemään.

”TGP-arvon käyttämisessä on siis kyse siitä, että happi pidetään ulkona muuntajasta – ja muuntaja saa mahdollisimman pitkän käyttöiän.”

MHT140 sopii pienmuuntajalle

Vaisalan katalogista löytyy myös kosteus-, vety- ja lämpötilalähetin MHT410, joka mittaa muuntajan eristeöljyä suoraan, antaen luotettavia tietoja vetypitoisuuksista, ajantasaista mittausdataa öljyn kosteuspitoisuuden muutoksista ja ajankohtaisia lämpötilalukemia.

”Nämäkin mittaukset antavat reaaliaikaista tietoa muuntajan kunnosta, mikä mahdollistaa ennakoivan kunnossapidon ja nopean ongelmiin reagoimisen, jopa ennen niiden ilmenemistä.”

Leivon mukaan työnjako Optimus™ OPT100 DGA-kaasuanalysaattorilla ja MHT410:llä on varsin selvä: isoihin muuntajiin menee yleensä Optimusta, kun pienemmissä käytetään MHT410:ä.

Muuntajien häiriötön toiminta on nyt kenties tärkeämpää kuin koskaan, kun Suuri Sähköistyminen kiihdyttää vauhtiaan.

”Esimerkiksi uusiutuvien lisääntynyt käyttö tuo sähköverkkoja kuormittavaa dynaamisuutta, jonka seurauksena verkon komponentit – myös muuntajat – ovat kovilla.”

Alan toimijat ovat kuitenkin hyvin kartalla muuntajien kunnossapidon tärkeydestä, kehaisee Leivo. ”Tietoisuus on meillä Suomessa erinomaista ja yritykset jakavat tietoa keskenään.”

Teksti: Sami J. Anteroinen