Bo Silversten Market manager transformers, ABB AB ( ) Livslängdskostnaden avgörs redan i förfrågan

Transkript

1 Bo Silversten Market manager transformers, ABB AB ( bo.silversten@se.abb.com ) Livslängdskostnaden avgörs redan i förfrågan

2 Resultatet av en kortslutning December 2, 2015 Slide 2

3 Ingen vill uppleva detta! Avbrott Stilleståndskostnader Reparationer 1. Kortslutningspåkänningar under flera år i drift men transformatorn kan fortsätta att fungera 2. Lindningarna påverkas men transformatorn kan fortsätta att fungera 3. Nästa kortslutning förstör transformatorn explosion och brand 4. Havererad transformator och totalt avbrott 1. Lindning utsatt för kortslutning 2. Buckling 3. Brand och explosion 4. Havererad transformator En transformator designad enligt IEC ska vara kortslutningssäker. Det finns ett stort antal transformatorer som aldrig har blivit testade mot kortslutningskrafter eller som har blivit tekniskt verifierade av köparen. December 2, 2015 Slide 3

4 Många transformatorer är ej kortslutningssäkra! Statistik från KEMA, Holland KEMA = 28 % testfel ABB = 11 % testfel KEMA ABB = % testfel December 2, 2015 Slide 4

5 Termisk hållfasthet är ej säkerställd eller verifierad! Hot spots, överhettning, nedbrytning av isolation December 2, 2015 Slide 5

6 Felorsaker generellt CIGRE report Unknown 12,14% Unknown 15,15% Mechanical 22,15% Dielectric 38,30% Mechanical 9,70% Dielectric 28,48% Physical chemistry 5,45% Electrical 9,09% Physical chemistry 2,88% Thermal 6,51% Electrical 18,02% Thermal 32,12% Nättransformatorer (799 major failures) Generator Step-Up (165 major failures) December 2, 2015 Slide 6 Source: Tenbohlen 2013

7 Felorsaker specifikt CIGRE report Lindningskopplare 34% Lindningar 32% Source: CIGRE report Over 30% of transformer failures are related to the Tap Changer Main source for failure is poor tap changer maintenance and overhaul Power overload Poor functionality knowledge are contributing factors of unplanned failure Result More than 1/3 of the transformers were scrapped December 2, 2015 Slide 7

8 Transformatorinköp Kvalitet är viktigt Bästa TCO Total Cost of Ownership 1. Marknadspriserna har sjunkit under Låga förlustvärderingar generellt.. 3. Fokus på kort pay-off.. 4. Många nya trafo-tillverkare på Svensk marknad.. 5. Generationsskifte i branschen har flera kostnader ökat, Eco-design, GOES, Anti dumping duties.. 7. Ny förhandsreglering för elnätsbolag Kvalitéts-aspekterna blir än viktigare Hur formuleras det i de standards vi använder Hur kan detta användas i förfrågningar och utvärderingar OPEX CAPEX December 2, 2015 Slide 8

9 Materialpris-situation 1. EcoDesign directive from 1/ grade of steel for comply with the laser steel < 0,23 (GOES+) 2. High price increase for transformer steel ca. 70% from November 2014 up to July 2015, laser steel < 0,23 (GOES+) (source: T&D Europe - GOES+ for low loss transformers, see chart below) 3. Anti-dumping duty for core steel imported to EU came into force from 13 th of May (see list below) December 2, 2015 Slide 9

10 Upphandling av krafttransformatorer Cigrés rekommendationer för hög kvalité 1. Använd alltid auditerade tillverkare [Cigré 530] 2. Specifikationer baserade på funktionskrav [Cigré 528] Specificera funktioner, men inte lösningar Energieffektivitet genom korrekt förlustvärdering där MEPS är ett minimum 3. Verifiera de viktigaste transformatorkriterna [Cigré 529] Mekaniskt Tester enligt IEC och Design Review [Cigré 529] Termiskt Tester enligt IEC och Design Review [Cigré 529] Dielektriskt Tester enligt IEC Edit.3 Ovanstående verifieringsmetoder måste specifikt nämnas i förfrågningsunderlaget December 2, 2015 Slide 10

11 Cigré guidelines December 2, 2015 Slide 11

12 Cigré Guidelines Specifikationer 528, Design Review 529, Utvärdering 530 December 2, 2015 Slide 12

13 Cigré Guideline för bra specifikationer Guide för upphandlingsprocessen Innehåller specifikationen dina krav? Har tillverkaren förmågan? Är anbudskraven uppfyllda? Verifiera att designen uppfyller kraven! December 2, 2015 Slide 13

14 Cigré Guideline 528 för bra specifikationer Hur skrivs en bra specifikation? Guide för att göra en specifikation Nyckelordet för att få den transformator som man vill ha är kommunikation. Specifikationen är grunden till den tekniska kommunikationen. Belyser viktiga delar i specifikationen Förklarar syfte och betydelse med specifikationen Refererar till IEC Specificera kvalitetsfaktorer istället för bara kostnader Specificera funktioner men inte lösningar Energieffektivitet genom korrekt förlustvärdering där MEPS är ett minimum Nödvändigt att se över specifikationer oftare December 2, 2015 Slide 14

15 Cigré Guideline för bra specifikationer Specificera tekniska parametrar Inkludera Temperaturstegring Isolationsnivåer Överspänningar Ljudnivåer Förlustvärderingar m.m. Exkludera Magnetisering Strömtäthet Isolationsavstånd Marginalkrav m.m. Specificera funktioner, men lämna lösningarna till tillverkaren December 2, 2015 Slide 15

16 Cigré Guideline för bra specifikationer Tydliggör dina utvärderingskriterier Vilka kriterier är viktiga för Dig? Pris? Förluster? Referenser? Tillverkarens kapacitet? Cigré 528 Appendix A: Loss evaluation, penalties/ bonuses and rejection Teknisk kompetens? Kvalitet? Projektgenomförande? Service? Etc Utvärderingskriterier en del av specifikationen December 2, 2015 Slide 16

17 Cigré Guideline för bra specifikationer IEC (edit 3, 2006) Short circuit strength Ability to withstand the dynamic effects of short circuit 1 Scope This part of IEC identifies the requirements for power transformers to sustain without damage the effects of overcurrent's originated by external short circuits. It describes the calculation procedures used to demonstrate the thermal ability of a power transformer to withstand such overcurrent's and both the special test and the theoretical evaluation method used to demonstrate the ability to withstand the relevant dynamic effects. The requirements apply to transformers as defined in the scope of IEC General If required by the purchaser, the ability to withstand the dynamic effects of short circuit shall be demonstrated either by tests, or.. by calculation and design and manufacture considerations. The choice of method of demonstration to be used shall be subject to agreement between the purchaser and the manufacturer prior to placing the order. Så här står det i IEC Hur kan detta verifieras? December 2, 2015 Slide 17

18 Cigré Guideline för bra specifikationer IEC (edit 3, 2006) Short circuit strength Så här står det i IEC December 2, 2015 Slide 18

19 Cigré Guideline för bra specifikationer Kortslutningsstatistik från KEMA, Holland Många transformatorer är inte kortslutningssäkra KEMA = 28 % testfel ABB = 11 % testfel KEMA ABB = % testfel December 2, 2015 Slide 19

20 Cigré Guideline för bra specifikationer IEC (edit 3, 2006) Short circuit strength Theoretical evaluation of the ability to withstand the dynamic effects of short circuit (Annex A) Så här står det i IEC Annex A gives guidelines for the theoretical evaluation of the ability of a power transformer to withstand the dynamic effects of short circuit, based on calculation and consideration of the design characteristics and manufacturing practices. The theoretical evaluation of the ability of a power transformer to withstand the dynamic effects of short circuit consists of a design review covering the main mechanical strength aspects of the transformer. A.3 Guidelines for conducting the design review December 2, 2015 Slide 20

21 Cigré Guideline för bra specifikationer Om kortslutning i specifikationen förslag till text Förslag på text Short circuit withstand capability The transformers shall withstand external short circuits on any voltage level. For a transformer set compromising a main unit and a regulating unit the short circuit withstand requirement also applies to faults at the connections between the two units. Short circuit withstand capability shall be verified at Design Review according to Cigré 529. The short circuit design should also comply with IEC , Annex A. The calendar time for this Design Review will be decided in the Post Contract Design Review. The tender shall include, as an option, full short circuit test on one transformer. Price for test and adjusted delivery schedule due to test shall be quoted in this option. Specificera Annex A för att undvika misstolkning av IEC December 2, 2015 Slide 21

22 Cigré Guideline för bra specifikationer IEC (2011) Thermal strength Så här står det i IEC If not otherwise agreed between manufacturer and purchaser, the temperature rise limits given in Table 1 are valid for both Kraft and upgraded paper (see also IEC ). No numerical limits are specified for the temperature rise of magnetic core, bare electrical connections, electrical or magnetic shields and structural parts in the tank. However, a selfevident requirement is that they shall not reach a temperature which will cause damages to adjacent parts or undue ageing of the insulating liquid. If considered necessary, a temperature rise limit for the magnetic core surface may be agreed between manufacturer and purchaser. December 2, 2015 Slide 22

23 Cigré Guideline för bra specifikationer Termisk design Använd relevant Hot-spot-faktor Hot-spot faktor H Så här står det i IEC December 2, 2015 Slide 23 Relevant hot-spot faktor ska alltid användas i FAT, inte bara 1.3 från IEC standarden

24 Cigré Guideline för bra specifikationer Termisk design Oljestyrd kylning med blockstyrning Oljekylningsguide Blockera oljan vertikalt Tvinga oljan gå horisontalt December 2, 2015 Slide 24 Viktigt visa hur oljestyrningen är mest effektiv

25 Cigré Guideline för bra specifikationer Termisk design Hot-spot stor inverkan på åldringen 114 Hot-spot temperatures, C Temperature, C K difference Oil guide 66 Oil guide 66 Oil guide Oil guide 68 Oil guide December 2, 2015 Slide Disc number Vi rekommenderar mätning av Hot-spot med optisk fiber

26 Cigré Guideline för bra specifikationer Termisk design Åldringshastighet Åldringshastigheten fördubblas var 6-8:e grad i hotspot-regionen Aktuella livslängden är beroende av många faktorer under driftperioden 2 december 2015 Slide 26 Åldringshastigheten fördubblas vid 6 graders ökning

27 Cigré Guideline för bra specifikationer Termisk design i specifikationen förslag till text. Thermal capability, winding temperature rise incl. Hot Spots Förslag på text The transformers shall fulfill requirements in IEC : Temperature rise for liquid-immersed transformers General: The thermal capability for Winding Hot-spot shall be verified both at Design Review and after the Temperature rise test. Time for this will be decided in project kick-off meeting. If not otherwise stated all transformers, even multi winding transformers, shall be capable of continuous operation with rated current in all windings without exceeding the allowable standardized temperature rises, note both mean winding temperature rise and hot spot rise. The tender shall include, as an option, direct temperature measurements by fiber-optics in the main windings upper regions. Price for test and adjusted delivery schedule due to test shall be quoted in this option. Temperature rise: Recorded and calculated temperatures and mean winding and hot spot temperature rises shall be presented with one decimal place in the test report. In the final summary integers shall be used. Method of calculating the hot spot temperature from the heat run test shall be described when no fiber optic transmitters are used. Winding thermometers shall in connection with the temperature rise test be calibrated to show the true winding hot spot temperature, i.e. calibrated by means of the true hot spot factor. All necessary parameter settings and description of the hot spot factor calculation methodology shall be presented in the test report. December 2, 2015 Slide 27 Del av specifikationen

28 Cigré Guideline för bra specifikationer Dielektrisk design Krav på pd-nivåer Så här står det i IEC Ökad spänningsnivå Gamla IEC Nya IEC edit Um / Ur / 3 1 timmes-prov 1.5 Um / Ur / 3 pd-nivå (1-hour) 500 pc 250 pc Bakgrunds pd 100 pc 50 pc (Trafo) 100 pc (SR) Um is replaced by Ur (där 150 % nu är 158 %, och 170% nu är 180%) q pd-källor q Konsekvenser vid hög pdnivå Gasbubblor i materialet Dålig impregnering av Ökad risk för överslag isolationen Ökad Smuts i isolation/olja åldringshastighet Dåliga elektriska Lokala hotspotpunkter anslutningar Uppdatera specifikationen enligt ny IEC , edit. 3 December 2, 2015 Slide 28

29 Cigré Guideline för bra specifikationer Dielektrisk design 1 timmes-provet Test acceptance criteria The test can only be considered valid if the measured background PD level does not exceed 50 pc at both the beginning and the end of the test. For tests on shunt reactors a background PD level of up to 100pC may be accepted. NOTE: The higher background level for shunt reactors is because filtering of the test supply might not be possible where high current and high voltage is required. The test is successful if all the following criteria are fulfilled: a) no collapse of the test voltage occurs; b) none of the PD levels recorded during the one hour period exceed 250 pc; c) the PD levels measured during the one hour period do not exhibit any rising trend and no sudden sustained increase in the levels occur during the last 20 min of the test; d) the measured PD levels during the one hour period do not increase by more than 50 pc; e) the PD level measured at a voltage level of (1,2 Ur ) 3 after the one hour period does not exceed 100 pc. If the criteria c) or d) are not met, the one hour period may be extended and these criteria will be considered to have been met if they are fulfilled for a continuous period of one hour. December 2, 2015 Slide 29

30 Cigré Guideline för bra specifikationer Dielektrisk design pd-nivåer förslag till text. Förslag på text Dieletric capability at PD test: Induced Voltage test The transformer shall withstand the induced voltage test with partial discharge measurement (IVPD) with the stipulated criteria as in IEC Edit.3 Del av specifikationen December 2, 2015 Slide 30

31 Cigré Guideline för bra specifikationer Dissolved Gas Analysis DGA identifierar hög temp Annex D; Dissolved gases analysis for the detection of local overheating Effektiv metod för att hitta höga temperaturer i tanken Position inte given Kompetens och erfarenhet krävs för en analys Värmeprov Stabil temperatur Oljeprov varannan timme Hög nogrannhet av DGA test-utrustning Så här står det i IEC IEC Dissolved gas-in-oil analysis For large mineral oil-immersed power transformers, in which additional flux effects are potential risk factors, a chromatographic analysis of dissolved gas-in-oil may allow the detection of possible local overheating. If agreed between manufacturer and purchaser, the analysis should be performed as a special test before and after the temperature rise test. ppm 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00-0,05 Eten (C2H4) Etan (C2H6) Metan (CH4) Propen (C3H6) Propan (C3H8) tid (h) Inkludera DGA i specifikationen December 2, 2015 Slide 31

32 Cigré Guideline för bra Design Review Säkerställer kvalitén En Design Review enligt Cigré 529, ska genomföras med avsikt att göra en grundlig kontroll av den beställda transformatorn, och att ge köparen en tydlig förståelse för transformatorns konstruktion, tillverkning och provning. Design Review ska hållas så snart konstruktionen har frysts. Del av specifikationen December 2, 2015 Slide 32

33 Cigré Guideline för bra Design Review Varför en Design Review? Se till följande: Applikation Kontraktsförståelse Tolkning av använda standards Tolkning av specifikationen Övriga krav Säkra kvalitén Verifiera designen enligt krav-specen Identifiera risker (ny teknologi, nya lösningar ) December 2, 2015 Slide 33

34 Cigré Guideline 530 bedömer fabrikens förmåga Syfte med bedömningen Certifiera hög kvalité på leverantörerna Effektivare anbudsprocesser Effektivare projektgenomförande Livslängdstänkande Ökad kvalité Du vet vad du köper Syfte med att prekvalificera en fabrik December 2, 2015 Slide 34

35 Cigré Guideline 530 bedömer fabrikens förmåga Produktkvalitet, processkvalitet och servicekvalitet Värderingsgrunder: 1. Pris och förluster 2. Fabrikens prestanda Prestanda, genomloppstid, OTD, kvalitets-störningar, FAT tester 3. Beräknings- och konstruktionsverktyg, IT-verktyg Beräknings- och konstruktionsregler, IT-programvara, konstruktionsverktyg 2D/3D, termisk nätverksmodell, dynamiska kortslutningskrafter 4. Inköpsprocessen Inköpsprocesser mer krav och uppföljningar, revision av underleverantörer, kontinuerliga förbättringar, kontroll av kärnplåtsleverantörer, avvikelser på kärnförluster, kopparledarens hårdhet 5. Tillverkningsmetoder och provning Kontrollkort, kontrollpunkter, renlighet, press av aktiv del och lindningar, torrhetskontroll, testnoggrannhet, kortslutningstester, test- och inspektionsplan 6. Teknologi-bakgrund Teknologibakgrund, R&D utveckling, processer och rapporter 7. Transport och installation Transportmanual, ansvarsförhållanden, transportkontrollkort, impact recorder 8. Garanti och Service efter leverans (under livslängden) Lokal serviceorganisation, reservdelar, tillgänglighet, inställelsetid, kommunikation Leveranstid 10. Finansiella, kommersiella och legala aspekter 11. Hälsa och säkerhet Värderingsgrunder vid en upphandling December 2, 2015 Slide 35

36 Cigré Guideline 530 bedömer fabrikens förmåga Checklista December 2, 2015 Slide 36

37 Sammanfattning En bra investering börjar i förfrågningsunderlaget Cigré guidelines Upphandlingsprocessen Specificera funktioner TCO Inkludera Temperaturstegring Isolationsnivåer Överspänningar Ljudnivåer Förlustvärderingar m.m. Exkludera Magnetisering Strömtäthet Isolationsavstånd Marginalkrav m.m. Elpris Prisöknin g per år Förlustkostnad er Ny pd-standard Design review 28 % ej kortslutningssäkra Hot-spot Nyckelordet är Kvalité både i specifikationen och i verifieringen av transformator och fabrik December 2, 2015 Slide 37

38 Summering Öka och verifiera kvalitén i upphandlingsprocessen Certifiera fabriker (prekvalificering) Öka kvalitén i specifikationerna Verifiera kvalitén genom Design review Använd fler objektiva utvärderingskriterier Se kostnaden över livslängden Jämför äpplen med äpplen! December 2, 2015 Slide 38

39