Kiedy dr hab. Tomasz Boczar, prof. PO, wchodzi na ścianę wielkiej kadzi transformatora mocy, by umieścić na niej czujniki akustyczne, nie myśli o problemach, którym jego praca ma zapobiec. W ubiegłym roku w podwarszawskich Jankach podobny transformator wybuchł. Zapewniał energię wielkim hipermarketom ulokowanym w tej miejscowości. Badając urządzenia elektroenergetyczne Tomasz Boczar kontynuuje tradycję swojego mentora prof. Jerzego Skubisa. On już raz ocalił transformator mocy od wybuchu. Znalazł uszkodzenie, które mogło doprowadzić do jego zniszczenia. Ta interwencja pozwoliła w porę wyłączyć urządzenie z użytkowania i naprawić w normalnym trybie.

Teraz jednak prof. Boczar z kolegami nie zastanawiają się nad tym faktem. Skupiają się na dobrym rozmieszczeniu czujników. Trochę po drabinkach, trochę po wystających elementach obudowy transformatora, w huku wentylatorów i pomp wkradają się w miejsca, gdzie najłatwiej „usłyszeć” pracę urządzenia – tam mocują czujniki. Wewnątrz kadzi, odizolowany od ścian płaszczem olejowym, który pełni także rolę chłodziwa, „buzuje” prąd elektryczny pod ogromnym napięciem. Transformator jest jednym z podstawowych urządzeń, które przygotowuje go do transportu do sieci elektroenergetycznej, a poprzez nią – dalej do odbiorców.

Wyładowania niezupełne

Transformatory mocy to jedne z najdroższych urządzeń systemu elektroenergetycznego. Koszt jednego urządzenia pracującego na bloku elektrowni to nawet 2 mln zł. Ocenia się, że wartość transformatorów stanowi ok. 20 proc. wartości wszystkich urządzeń wykorzystywanych do przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej. Natomiast koszty związane z niezaplanowanym wyłączeniem transformatora w wyniku awarii mogą nawet pięciokrotnie przewyższać wartość samego urządzenia. Bowiem oprócz zniszczonego transformatora – nowy trzeba wykonać na zamówienie, bo nikt takich seryjnie nie produkuje i nie magazynuje – dojdą do tego koszty związane z brakiem energii w rejonach, które obsługiwało zniszczone urządzenie i szukaniem możliwości zasilania tymczasowego obszarów pozbawionych energii.

Normy przewidują co prawda przeglądy stanu transformatorów, jednak te rutynowe kontrole wykonuje się podczas zaplanowanych wyłączeń urządzeń z sieci. Tymczasem transformatory mocy pracują w sposób ciągły. Olej w systemie izolacji – najbardziej narażonym na uszkodzenie elemencie – stopniowo traci pierwotne własności. W urządzeniu mogą się pojawić wyładowania niezupełne, które są zapowiedzią wyładowania zupełnego, czyli przebicia układu izolacyjnego. Awaria może się zatem zdarzyć także w czasie pracy pomiędzy okresowymi przeglądami. Dlatego prof. Boczar wraz ze swoimi doktorantami wyciąga ze starego czerwonego renault kombi, stojącego obok transformatora, turystyczny stolik i rozstawia na nim laptopa. Do niego, poprzez wzmacniacze, filtry i karty pomiarowe, zbierające dane z czujników zamocowanych magnesami na obudowie transformatora, płyną dane, które zinterpretować ma specjalistyczny program komputerowy.

Stan urządzeń elektroenergetycznych można badać różnymi metodami. Niektóre, jak metody elektryczne, nadają się tylko da analiz wykonywanych w czasie, gdy urządzenie wyłączone jest z eksploatacji. Inne, takie jak chromatografia gazowa, mogą być stosowane także w okresie normalnej pracy transformatora, bez wyłączania go z sieci. – Poszczególne metody wykorzystują różne zjawiska zachodzące podczas generacji wyładowań niezupełnych – mówi uczony. Można prowadzić badania różnymi metodami równolegle. – Każda z metod ma pewne ograniczenia, ale ich jednoczesne wykorzystanie może w konsekwencji dać dość dobry obraz stanu badanej izolacji urządzenia – mówi Tomasz Boczar.

Opolscy uczeni pracują nad metodą emisji akustycznej. Na podstawie efektów akustycznych, rozpoznają rodzaj wyładowania niezupełnego, które ma miejsce w transformatorze. Nie od tego jednak zaczyna się badanie i nie na tym kończy. Aby komputer mógł rozpoznawać rodzaje wyładowań na podstawie sygnałów emisji akustycznej, a następnie powiązać z określonymi typami uszkodzeń czy defektów, trzeba było stworzyć bazę danych zawierającą potrzebne informacje oraz instrument – program komputerowy i narzędzia go obsługujące – który potrafi taką bazę interpretować. Odpowiednie symulacje przeprowadzono najpierw w laboratoriach Instytutu Elektroenergetyki Politechniki Opolskiej. Istnieje około dziesięciu różnych typów wyładowań, a każde związane jest z innym rodzajem defektu czy uszkodzenia układu izolacyjnego transformatora.(...)