Diagnostika elektrozařízení vn jako součást systému údržby výrobního zařízení KE ČEZ, a.s. Prchal M., Antfeist F. ČEZ, a.s odbor Technická kontrola a diagnostika Anotace V rámci racionalizace údržbových činností v ČEZ, a.s. - divize výroba KE dochází ke zkracování odstávek výrobního zařízení a k prodlužování periody těchto odstávek. K zásadním servisním zásahům do zařízení se přistupuje převážně na základě vyhodnocení stavu jejich technické bezpečnosti. Příspěvek pojednává o systému a úloze periodické diagnostiky izolačních systémů vinutí vn a vvn strojů točivých i netočivých a diagnostiky spínacích systémů vypínačů na úrovni vn a vvn v určování rozsahu údržby a v její přípravě. Úvod V současné době prochází systém údržby výrobního zařízení v Divizi výroba klasická energetika ČEZ, a.s. obdobím zásadních změn. Tyto změny mají za cíl zvýšit efektivnost údržby a zprůhlednit toky peněz v údržbě výrobního zařízení. Jednou z činností, které mají vést k vyšší efektivitě vynakládaných prostředků, je diagnostika výrobního zařízení, zde jmenovitě elektrozařízení. Diagnostika elektrozařízení v klasické energetice ČEZ, a.s. Stejně jako další výrobní technologie, dělí se i elektrozařízení z pohledu na výkon údržby do tří kategorií. Každá z kategorií zařízení má kriteriálně oceněná rizika poruchy, spojená s provozem daného zařízení. Tato kritéria jsou hodnocením pravděpodobnosti vzniku poruchy. 1. U kategorií jedna a dvě se volí: a) údržba s předem stanovenými intervaly (preventivní údržba), která je zaměřena na udržení funkčnosti zařízení mezi údržbovými cykly. Preventivní údržba má své dané postupy s preventivní výměnou dílů podléhajících opotřebení a s odstraňováním dalších případných vad, zjištěných při kontrole zařízení. b) údržba dle technického stavu (prediktivní údržba), která je zaměřena na zásahy, prováděné na základě monitorování techn. parametrů a hodnot odchylek, jejichž dosažení je signálem pro provedení příslušného údržbového zásahu. 2. U třetí kategorie zařízení se volí přednostně korektivní údržba. To je všude tam, kde náklady na preventivní údržbu převyšují za srovnatelné období náklady na korekci případných poruch. Ekonomicky efektivní použití prediktivní údržby je závislé na kvalitě analýzy degradace významných parametrů zařízení a způsobu volby optimálního termínu údržbového zásahu. Informace potřebné k přijetí rozhodnutí o údržbovém zásahu získáváme prostřednictvím diagnostických metod izolačních systémů el.strojů, spínacích systémů vypínačů a ostatních el. přístrojů pracujících na vysokonapěťových hladinách. Ke shromažďování informací slouží systém Techmon, kde jsou jednotlivá sledovaná zařízení evidována na základě svého výrobního čísla a pozice v technologii (KKS kód). K takto identifikovaným zařízením jsou přiřazovány informace z jednotlivých diagnostik.
V Techmonu dělíme sledované elektrozařízení do pěti základních skupin: 1) Točivé stroje - elektro 2) Transformátory 3) Spínací prvky 4) Ochranné prvky 5) Vodiče 1) Točivé stroje elektro Tato skupina zařízení zahrnuje generátory a motory vn, tedy izolační systém jejich vinutí. Spolu s hlukovou a vibrační diagnostikou tvoří jakýsi diagnostický komplex informací o tomto zařízení. Řízení diagnostiky velkých točivých strojů má v ČEZu tradici dlouhou několik desetiletí. V roce 1977 byla vydána Směrnice GŘ koncernu ČEZ č.16/1977, v roce 1987 ji nahradila Směrnice č.15 Výpočtové a diagnostické metody určování životnosti statorového vinutí alternátorů. V roce 2000 byla vydána podniková norma (PN) ČEZ 0006 Profylaktika izolačního systému strojů točivých turbogenerátory, hydrogenerátory a vn motory. Tato PN vznikala ve spolupráci jejího garanta, tehdejší sekce techniky, zástupců správy majetku elektro OJ ČEZ, a.s., ORGREZ, a.s., výrobců točivých strojů a vysokých škol. Shrnula a sjednotila používání metod pro periodickou diagnostiku izolačních systémů vinutí točivých strojů na úrovni vn v ČEZu. Nastavila rovněž určitý způsob hodnocení stavu těchto izolačních systémů. Rozšířila zájmovou sféru diagnostiky i o vinutí motorů vn. V roce 2000 rovněž vznikl odbor Technická kontrola a diagnostika. Jedno z jeho oddělení má specializaci elektro + metrologie. Zejména intenzivní činností zkušebny E32 (AZVN- asociace zkušeben vysokého napětí) z VE Štěchovice pod vedením p.františka Antfeista se prosazovala praktická aplikace PN0006 a provádění periodické diagnostiky do praxe provozu vodních i klasických elektráren. Pod vlivem zadavatele zpracování PN0006 se do normy dostalo hodnocení stavu izolačního systému vinutí strojů podle okamžitých hodnot, např.tg δ nebo úrovně částečných výbojů. V průběhu používání se tento způsob ukázal jako neodpovídající skutečným podmínkám provozu strojů. Většina strojů není měřena od počátku svého technického života, ale z bodu někde uprostřed. Proto je nutné všechny změřené veličiny posuzovat v dlouhodobém trendu a ve vzájemné interakci. Některé stroje pracovaly ještě dlouho za hranicí parametrů z verze0 PN, protože s takovými parametry byly prostě postaveny a nebo s nimi byly schopny pracovat. Vznikem TKaD došlo k rozšířením působnosti zkušebny E32 z Vodních elektráren i na tepelné elektrárny. Využití systému TECHMON umožnilo vytvoření rozsáhlé databáze informací, která posunula práci s údaji získanými z aplikace diagnostických metod od původního posuzování kriteriálních hodnot k perspektivnější a korektnější práci s trendy hodnot. V roce 2001 vznikl při odboru Technická kontrola a diagnostika Inspekční orgán ČEZ, a.s., pro technická zařízení č.4026, akreditovaný ČIA. Jedná se o inspekční orgán kategorie B dle ČSN EN ISO/IEC 17020. První akreditovanou oblastí byla diagnostika tlakových zařízení. Od roku 2006 inspekční orgán poskytuje a zajišťuje inspekční služby pro správu dlouhodobého majetku ČEZ, a.s. v podobě technické kontroly a diagnostiky i v oboru elektrodiagnostiky točivých strojů. Akreditovanými osobami jsou kromě pracovníků elektrodiagnostiky TKaD rovněž pracovníci ORGREZ, a.s. divize elektrotechnických laboratoří, Praha. ORGREZ, a.s. byl založen v roce 1957 jako organická součást tehdejší československé energetiky. Od té doby prošel řadou změn až po založení akciové společnosti
v roce 1992 a následnou privatizaci. Divize elektrotechnických laboratoří byla a je výhradním partnerem TKaD ČEZ pro diagnostiku izolačních systémů točivých strojů. K akreditované dokumentaci patří Diagnostický řád elektrozařízení a 11 technologických postupů pro monitorování stavu izolačního systému vinutí toč.strojů. Nedílnou součástí každého postupu je rovněž PN ČEZ 0006 (nyní platná rev.1) Profylaktika izolačního systému strojů točivých turbogenerátory, hydrogenerátory a vn motory. Revize 1 PN0006, dokončená v druhé polovině roku 2006, učinila z tohoto předpisu přehlednější a v praxi použitelnější dokument. Technologické postupy byly pro potřebu akreditace vyňaty. Termínové uspořádání period diagnostik bylo přesunuto do Diagnostického řádu. Z původního více než stostránkového dokumentu je útlý dvacetistránkový svazek, který nebudí odpor k vyhledávání informací. Tento způsob řešení podnikové normy byl umožněn i vznikem dalšího řízeného dokumentu Diagnostického řádu elektrozařízení, platného pro klasickou energetiku ČEZ, jehož poslední verze (taktéž z druhé poloviny roku 2006) je, jak bylo výše uvedeno, součástí dokumentace akreditovaného Inspekčního orgánu. Diagnostický řád upravuje pravomoc jednotlivých pracovníků, spojených s diagnostikou nebo provozem zařízení, okruhy elektrozařízení, podléhající periodické diagnostice, typy a i intervaly periodických diagnostik, způsob plánování diagnostik, praktické zajištění jejich výkonu, způsob řešení získaných výsledků z provedených diagnostik. Podstatnou kapitolou jsou diagnostiky výchozího stavu elektrozařízení. Tou je uložena povinnost pořizovatele nového elektrozařízení, které podléhá periodické diagnostice, zajistit při jeho pořízení identifikaci startovacího stavu zařízení pro pořízení korektního trendu hodnot. Vymáhání plnění této povinnosti při zajišťování investičních akcí a velkých oprav patří k těm trnitějším cestám při činnosti členů insp.orgánu. Přílohou Diagnostického řádu je přehledná tabulka s typy a doporučenými periodami provádění diagnostik u všech druhů elektrozařízení vn/vvn, nikoliv pouze izolačních systémů točivých strojů. 2) Transformátory Do této skupiny patří měřící transformátory pro napěťovou úroveň vn a vvn, plněné iz.olejem, a výkonové transformátory s olejovou náplní. Podobně jako pro velké točivé stroje i pro výkonové olejové transformátory byla v roce 2000 vydána PN ČEZ 0005 Profylaktika elektrických strojů netočivých- výkonové transformátory a pro měřící transformátory PN ČEZ 0007 Profylaktika elektrických strojů netočivých přístrojové transformátory. A stejně jako tomu bylo u točivých strojů, i tyto dva předpisy jsou nyní ve fázi revize, vydělení technologických postupů do samostatných dokumentů a zeštíhlení samotných předpisů. Po montáži prvních MT s náplní plynu SF 6 pro obchodní měření na vývodu vvn z výroben budou do revize PN 0007 zařazeny i tyto transformátory. V Diagnostickém řádu jsou transformátory rozděleny podle svého zařazení v výrobě - na vývodové, odbočkové (blokové vlastní spotřeby),napájení společné vlastní spotřeby a na malé distribuční transformátory. Těmto skupinám jsou přiřazeny četnosti odběrů vzorků izol.oleje na chromatografický rozbor (DGA) a komplexní rozbor a četnost měření, prováděných na pevné izolaci. V současné době se např.u vývodových transformátorů rozvolňuje četnost měření na pevné izolaci v souladu s prodloužením periody odstávek výrobních bloků do tzv.běžných oprav z jednoho roku na dva. Zároveň se u těchto transformátorů zvyšuje počet odběrů iz.oleje na DGA ze dvou na tři ročně. Při pravidelném
vyhodnocování trendu obsahu plynů v oleji to považujeme za dostatečné pro zachycení nástupu problému způsobeného rozvojem teplotní závady ve stroji. Rovněž trendy vývoje parametrů iz.oleje z komplexního rozboru a trendy hodnot z měření pevné izolace se vyhodnocují a vše se srovnává ve vzájemné interakci. Při diagnostice transformátorů využíváme služeb akreditovaných zkušeben ORGREZ,a.s. divize elektrotechn. laboratoří, Praha a ELDIAG, s r.o., Praha a zkušebny ČEZ Distribuční služby, s r.o.- Diagnostika Morava (AZVN- E31) On-line monitoring izolačního oleje transformátoru je nasazován na problematické stroje pro korektní sledování vývoje s možností určení rozsahu závady, případně pro bezpečné dožití stroje. Pro přenos údajů z monitoru a jejich sledování pracovníky TKaD se využívá internet. Pro jednotlivé případy se sledují trendy a určují hranice vybraných diagnostických hodnot, při jejichž dosažení dojde k rychlému jednání o odstavení stroje, v případě vysokého nárůstu trendu k neprodlenému odstavení stroje. Zastáváme názor, že využití on-line monitoringu iz.oleje transformátorů je účelné v případě, že stroj vykazuje rozvíjející se teplotní vadu a z provozně ekonomického hlediska je nutné ho bezpečně dovést až na hranici jeho technického života. Život stroje se tím nijak neprodlouží jeho konec nastane tak jako tak, ale je maximálně využit jeho výrobní potenciál při zachování technické bezpečnosti i bezpečnosti osob. Havárie olejových transformátorů jsou nesporně jak životu nebezpečnou záležitostí, tak mohou vzít s sebou i další poblíž umístěné zařízení. Pokud by byl on-line monitoring nasazen trvale na větším množství bezchybně pracujících transformátorů, je nutný perfektně zpracovaný expertní systém, který nebude obtěžovat falešnými hláškami a při nástupu nebezpečného trendu nebude mást hodnotitele. Hrozí zde otupění a slepota při dlouhodobé nulové výtěžnosti z výsledků monitoringu. Pokud dojde k detekci anomálie, stejně se provádí série rozborů oleje v laboratorních podmínkách pro získání co nejpodrobnějších informací a možnost komplexního rozboru (nikoliv oleje, ale problému). 3) Spínací prvky V této skupině jsou zastoupeny vypínače vn (převážně na úrovni 6kV), generátorové vypínače a vypínače linkové na úrovni vn/vvn tam, kde jsou provozovány ve vývodu el.energie z výrobny. Zde se řídíme předpisy výrobců. Provádí se diagnostika pohonného a spínacího systému vypínače a izolačního média (plyn SF 6 nebo olej). Perioda je nastavena na 5 let, u vakuových vypínačů na vn se první diagnostika provádí po 10-12 letech od uvedení do provozu (omezujícím prvkem je počet sepnutí). Obecně se dá říci, že až na malé výjimky na klasických elektrárnách vypínače zdaleka nedosahují počtu sepnutí pro dosažení servisního cyklu. Součtová velikost spínaného proudu není monitorována. Téměř absolutní většinu provozovaných vypínačů vn (6kV) tvoří vypínače z historické nebo současné produkce ABB. Výkon diagnostiky provádí servisní firmy (certifikované servisy ABB), u generátorových vypínačů pak servisní středisko ABB. 4) Ochranné prvky Tato skupina zahrnuje ventilové bleskojistky a bezjiskřišťové omezovače na úrovni vn/vvn. Využíváme spolupráce s Asociací zkušeben vysokého napětí a aplikujeme její metodiky: ZM06 Diagnostické zkoušky svodičů přepětí ventilové bleskojistky ZM07 Diagnostické zkoušky svodičů přepětí bezjiskřišťové omezovače Tyto činnosti pro nás zajišťuje zkušebna Siemens Engineering (AZVN E06)
5) Vodiče Do této skupiny patří termovize, která je využívána pro diagnostiku zařízení vn a vvn, jako jsou části venkovního vedení, příslušné k výrobnímu zařízení, spínací prvky v tomto vedení, výkonové transformátory na úrovni vn a vvn. Dále sem patří nedestruktivní diagnostika kabelů vn. Jak bylo řečeno v úvodu, v rámci racionalizace údržbových činností v ČEZ, a.s. - divize výroba KE dochází ke zkracování odstávek výrobního zařízení a k prodlužování periody těchto odstávek. K zásadním servisním zásahům do zařízení se přistupuje převážně na základě vyhodnocení stavu jejich technické bezpečnosti. Před dvaceti lety byl cyklus výrobních bloků mezi generálními opravami 3-4 roky, dnes je to 10let. Malé opravy, tzv.bo, se v současné době začaly provádět s cyklem 2 roky. I zde se začíná provádět údržba na elektrozařízení kategorie 1 a 2 ve většině případů pouze na základě zjištění z diagnostiky. Samozřejmě se provádí pravidelná údržba pomocných systémů např.na velkých transformátorech (systém chlazení). Zásahy do izolačních systémů olejových transformátorů se provádějí pouze na základě zjištění z diagnostiky. Byla snaha praktikovat údržbu typu už to provozujeme 10 (či 15) let, my se toho bojíme, tak se do toho podíváme jako důkaz péče o zařízení. Ovšem takto pojatá péče s sebou nese velké riziko začátku rychlého konce života takto udržovaného stroje. Pro budoucí výkon periodické diagnostiky je velmi důležité zadání zkoušek a testů do poptávky při pořizování nového zařízení nebo při velké opravě zařízení, jednak pro dosažení požadované kvality izolačního či spínacího systému, jednak pro získání startovacích informací pro periodickou diagnostiku. Tuto činnost provádíme pomocí Plánů jakosti a Plánů kontrol a zkoušek (řízené interní dokumenty ČEZ) do poptávek obchodních případů. Jak bylo výše řečeno, někdy je včasná aplikace těchto požadavků cestou trnitou. Významná organizační změna, kterou chystá současná Divize výroba ČEZ na půli roku 2007, by měla přispět v této oblasti k centralizaci činností a zúžení počtu pracovníků, kteří s podílejí na přípravě investic a velkých akcí údržby. S tím by měla ruku v ruce jít i snazší komunikace mezi těmito pracovníky. Závěr Obecně lze na závěr říci, že vznik odboru Technické kontroly a diagnostiky v roce 2000 přinesl žádaný jednotný pohled na řízení technické bezpečnosti výrobního zařízení v klasické energetice ČEZ, a.s. Činnost oddělení elektro+metrologie se stále vyvíjí a přizpůsobuje se změnám, kterými prochází celá skupina ČEZ. Autoři Ing.Martin Prchal; ČEZ,a.s.- odbor Technická kontrola a diagnostika; Elektrárna Počerady, 439 44 Počerady;e-mail: martin.prchal@cez.cz František Antfeist; ČEZ,a.s.- odbor Technická kontrola a diagnostika; VE Štěchovice, prof.v.lista 329, 252 07 Štěchovice;e-mail: frantisek.antfeist@cez.cz