Bo Silversten – Market manager transformers, ABB AB (bo

Livslängdskostnaden avgörs redan i förfrågan

Bo Silversten – Market manager transformers, ABB AB ( [email protected] )

Resultatet av en kortslutning

© ABB GroupDecember 2, 2015 | Slide 2

Ingen vill uppleva detta!Avbrott – Stilleståndskostnader – Reparationer…

1. Kortslutningspåkänningar under flera år i drift – men transformatorn kan fortsätta attfungera

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 60076-5 ska vara kortslutningssäker.Det finns ett stort antal transformatorer som aldrig har blivit testade mot kortslutningskrafter eller somhar blivit tekniskt verifierade av köparen.


Många transformatorer är ej kortslutningssäkra !Statistik från KEMA, Holland


§ KEMA = 28 % testfel§ ABB = 11 % testfel§ KEMA – ABB = 35-40 % testfel

Termisk hållfasthet är ej säkerställd eller verifierad !Hot spots, överhettning, nedbrytning av isolation


Felorsaker generelltCIGRE report 2000 - 2010

Nättransformatorer(799 major failures)

Generator Step-Up(165 major failures)

Dielectric28,48%

Electrical9,09%

Thermal32,12%

Physicalchemistry

5,45%

Mechanical9,70%

Unknown15,15%

Dielectric38,30%

Electrical18,02%Thermal

6,51%

Physicalchemistry

2,88%

Mechanical22,15%

Unknown12,14%

Source: Tenbohlen 2013© ABB GroupDecember 2, 2015 | Slide 6

Felorsaker specifiktCIGRE report 2000 - 2010

Over 30% of transformer failures are related to the Tap ChangerØ Main source for failure is poor tap changer maintenance and overhaulØ Power overloadØ Poor functionality knowledge are contributing factors of unplanned failure

Ø ResultØ More than 1/3 of the transformers were scrapped

Source: CIGRE report 2000 - 2010

Lindningar 32%

Lindnings-kopplare34%



Transformatorinköp

§ Bästa TCO – ’Total Cost of Ownership’1. Marknadspriserna har sjunkit under 2012-2014..2. Låga förlustvärderingar generellt..3. Fokus på kort pay-off..4. Många ”nya” trafo-tillverkare på Svensk marknad..5. Generationsskifte i branschen..6. 2015 har flera kostnader ökat, Eco-design, GOES, Anti

dumping duties..7. Ny förhandsreglering för elnätsbolag 2016-2019..

§ Kvalitéts-aspekterna blir än viktigare§ Hur formuleras det i de standards vi använder§ Hur kan detta användas i förfrågningar och utvärderingar

Kvalitet är viktigt

OPEXCAPEX


Materialpris-situation

1. EcoDesign directive from 1/7-2015grade of steel for comply with the laser steel < 0,23 (GOES+)

2. High price increase for transformer steelca. 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 EUcame into force from 13th of May (see list below)

Upphandling av krafttransformatorer

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 60076-5

och Design Review [Cigré 529]§ Termiskt Tester enligt IEC 60076-3

och Design Review [Cigré 529]§ Dielektriskt Tester enligt IEC 60076-2 Edit.3

Cigrés rekommendationer för hög kvalité

Ovanstående verifieringsmetoder måste specifikt nämnas i förfrågningsunderlaget


Cigré guidelines


Cigré Guidelines - 2013Specifikationer 528, Design Review 529, Utvärdering 530


Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerGuide för upphandlingsprocessen

Är anbudskravenuppfyllda?

Innehållerspecifikationendina krav?

Har tillverkarenförmågan?

Verifiera attdesignen uppfyllerkraven!


Cigré Guideline 528 – för bra specifikationerHur skrivs en bra specifikation?

Guide för att göra en specifikation

§ Nyckelordet för att få den transformator som man vill ha ärkommunikation.

§ 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 ettminimum


Nödvändigt att se över specifikationer oftare

Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerSpecificera tekniska parametrar

Inkludera

• Temperaturstegring• Isolationsnivåer• Överspänningar• Ljudnivåer• Förlustvärderingar• m.m.

Exkludera

• Magnetisering• Strömtäthet• Isolationsavstånd• Marginalkrav• m.m.

Specificera funktioner, men lämna lösningarnatill tillverkaren


Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerTydliggör dina utvärderingskriterier

Utvärderingskriterier en del av specifikationen

§ Vilka kriterier är viktiga för Dig?

§ Pris?

§ Förluster?

§ Referenser?

§ Tillverkarens kapacitet?

§ Teknisk kompetens?

§ Kvalitet?

§ Projektgenomförande?

§ Service?

§ Etc…


Cigré 528 Appendix A:” Loss evaluation,penalties/ bonuses andrejection”

Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerIEC 60076-5 (edit 3, 2006) Short circuit strength

Ability to withstand the dynamic effects of short circuit

1 Scope

This part of IEC 60076 identifies the requirements for power transformers to sustain without damage theeffects of overcurrent's originated by external short circuits. It describes the calculation procedures used todemonstrate the thermal ability of a power transformer to withstand such overcurrent's and both the specialtest and the theoretical evaluation method used to demonstrate the ability to withstand the relevant dynamiceffects. The requirements apply to transformers as defined in the scope of IEC 60076-1.

4.2.1 General

§ If required by the purchaser, the ability to withstand the dynamic effects of short circuit shall bedemonstrated 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.


Hur kan detta verifieras?

Så här står det i IEC




Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerKortslutningsstatistik från KEMA, Holland


§ KEMA = 28 % testfel§ ABB = 11 % testfel§ KEMA – ABB = 35-40 % testfel

Många transformatorer är inte kortslutningssäkra


Theoretical evaluation of the ability to withstand thedynamic effects of short circuit (Annex A)

§ Annex A gives guidelines for the theoretical evaluationof the ability of a power transformer to withstand thedynamic effects of short circuit, based on calculationand consideration of the design characteristics andmanufacturing practices.

§ The theoretical evaluation of the ability of a powertransformer to withstand the dynamic effects of shortcircuit consists of a design review covering the mainmechanical strength aspects of the transformer.

§ A.3 Guidelines for conducting the design review…



Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerOm kortslutning i specifikationen – förslag till text…


Short circuit withstand capability

The transformers shall withstand external short circuits on any voltagelevel. For a transformer set compromising a main unit and a regulatingunit the short circuit withstand requirement also applies to faults at theconnections between the two units.

Short circuit withstand capability shall be verified at Design Reviewaccording to Cigré 529. The short circuit design should also comply withIEC 60076-5, Annex A. The calendar time for this Design Review will bedecided in the Post Contract Design Review.

The tender shall include, as an option, full short circuit test on onetransformer. Price for test and adjusted delivery schedule due to test shallbe quoted in this option.

Specificera Annex A för att undvika misstolkning av IEC

Förslag på text

Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerIEC 60076-2 (2011) Thermal strength


If not otherwise agreed between manufacturer and purchaser, the temperature rise limitsgiven in Table 1 are valid for both Kraft and upgraded paper (see also IEC 60076-7).

No numerical limits are specified for the temperature rise of magnetic core, bare electricalconnections, electrical or magnetic shields and structural parts in the tank. However, a self-evident requirement is that they shall not reach a temperature which will cause damages toadjacent parts or undue ageing of the insulating liquid. If considered necessary, a temperaturerise limit for the magnetic core surface may be agreed between manufacturer and purchaser.


Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerTermisk design – Använd relevant Hot-spot-faktor

Relevant hot-spot faktor ska alltid användas i FAT,inte bara 1.3 från IEC standarden

Hot-spot faktor H



Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerTermisk design – Oljestyrd kylning med blockstyrning

§ Oljekylningsguide

§ Blockera oljan vertikalt

§ Tvinga oljan gå horisontalt


Viktigt visa hur oljestyrningen är mest effektiv

94

96

98

100

102

104

106

108

110

112

114

60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80

Tem

pera

ture

,C

Disc number

Hot-spot temperatures, C

Oil guide 66

94

96

98

100

102

104

106

108

110

112

114

60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80

Tem

pera

ture

,C

Disc number


Oil guide 66

Oil guide 68

94

96

98

100

102

104

106

108

110

112

114

60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80

Tem

pera

ture

,C

Disc number


Oil guide 66

Oil guide 68

Oil guide 70

Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerTermisk design – Hot-spot stor inverkan på åldringen

Vi rekommenderar mätning av Hot-spot med optisk fiber

5 Kdifference


Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerTermisk design – Åldringshastighet

© ABB Group2 december 2015 | Slide 26

§ Åldringshastigheten fördubblas var 6 - 8:e grad i hotspot-regionen

§ Aktuella livslängden är beroende av många faktorer under driftperioden

Åldringshastigheten fördubblas vid 6 graders ökning

Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerTermisk design i specifikationen – förslag till text….

Thermal capability, winding temperature rise incl. Hot Spots

The transformers shall fulfill requirements in IEC 60076-2: 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 bedecided 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 allwindings 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 andadjusted 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 testreport. 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 methodologyshall be presented in the test report.

Del av specifikationen© ABB GroupDecember 2, 2015 | Slide 27

Förslag på text

Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerDielektrisk design – Krav på pD-nivåer

Uppdatera specifikationen enligt ny IEC60076-3, edit. 3

GamlaIEC 60076-3

NyaIEC 60076-3 edit 3

Ökadspänningsnivå

1.7 Um / √3 1.8 Ur / √3

1 timmes-prov 1.5 Um / √3 1.58 Ur / √3

pD-nivå (1-hour) 500 pC 250 pC

Bakgrunds pD 100 pC 50 pC (Trafo)100 pC (SR)

q pD-källor§ Gasbubblor i materialet§ Dålig impregnering av

isolationen§ Smuts i isolation/olja§ Dåliga elektriska

anslutningar

q Konsekvenser vid hög pD-nivå• Ökad risk för överslag• Ökad

åldringshastighet• Lokala hotspot-

punkter


Um is replacedby Ur(där 150 % nu är 158 %,och 170% nu är 180%)


Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerDielektrisk design – 1 timmes-provet

11.3.5 Test acceptance criteria

The test can only be considered valid if the measured background PD level doesnot exceed 50 pC at both the beginning and the end of the test. For tests on shuntreactors a background

PD level of up to 100pC may be accepted.

NOTE: The higher background level for shunt reactors is because filtering of thetest 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 risingtrend and no sudden sustained increase in the levels occur during the last 20 minof the test;

d) the measured PD levels during the one hour period do not increase by more than50 pC;

e) the PD level measured at a voltage level of (1,2 × Ur ) 3 after the one hour perioddoes not exceed 100 pC.

If the criteria c) or d) are not met, the one hour period may be extended and thesecriteria will be considered to have been met if they are fulfilled for a continuousperiod of one hour.


Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerDielektrisk design – pD-nivåer – förslag till text….

Dieletric capability at PD test:

Induced Voltage test

The transformer shall withstand the induced voltage test withpartial discharge measurement (IVPD) with the stipulatedcriteria as in IEC 60076-3 Edit.3

Del av specifikationen


Förslag på text

Cigré Guideline 528 - för bra specifikationerDissolved Gas Analysis – DGA – identifierar hög temp

Annex D; Dissolved gases analysis for the detectionof 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

Inkludera DGA i specifikationen

-0,05

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0 5 10 15

ppm

tid (h)

Eten (C2H4)

Etan (C2H6)

Metan (CH4)

Propen (C3H6)

Propan (C3H8)


IEC 60076-27.12 Dissolved gas-in-oil analysisFor large mineral oil-immersed power transformers, in which additionalflux effects are potential risk factors, a chromatographic analysis ofdissolved gas-in-oil may allow the detection of possible local overheating.If agreed between manufacturer and purchaser, the analysis should beperformed as a special test before and after the temperature rise test.


Cigré Guideline 529 - för bra Design ReviewSäkerställer kvalitén

En Design Review enligt Cigré 529,ska genomföras med avsikt att göraen grundlig kontroll av den beställdatransformatorn, och att ge köparenen tydlig förståelse förtransformatorns konstruktion,tillverkning och provning.

Design Review ska hållas så snartkonstruktionen har ’frysts’.

Del av specifikationen© ABB GroupDecember 2, 2015 | Slide 32

Cigré Guideline 529 - för bra Design ReviewVarför 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, nyalösningar…)


Cigré Guideline 530 – bedömer fabrikens förmågaSyfte 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

Cigré Guideline 530 – bedömer fabrikens förmågaProduktkvalitet, processkvalitet och servicekvalitet

Värderingsgrunder:1. Pris och förluster2. 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, kopparledarenshårdhet…

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...

9. Leveranstid10. Finansiella, kommersiella och legala aspekter11. Hälsa och säkerhet

Värderingsgrunder vid en upphandling© ABB GroupDecember 2, 2015 | Slide 35

Cigré Guideline 530 – bedömer fabrikens förmågaChecklista


SammanfattningEn bra investering börjar i förfrågningsunderlaget

Nyckelordet är ”Kvalité” – både i specifikationen och i verifieringenav transformator och fabrik

Upphandlingsprocessen

Hot-spot28 % ej kortslutningssäkra

Ny pD-standard


Specificera funktioner

Inkludera

• Temperaturstegring• Isolationsnivåer• Överspänningar• Ljudnivåer• Förlustvärderingar• m.m.

Exkludera

• Magnetisering• Strömtäthet• Isolationsavstånd• Marginalkrav• m.m.

Cigré guidelines

Design review

Elpris

Prisökning per år

Förlust-kostnader

TCO

SummeringÖka 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!


Documents

Bo Silversten – Market manager transformers, ABB AB (bo