Geschichte des Leckreparatursystems für Transformatoren von Polywater^®

Die schnelle und effektive Reparatur von Leckagen von Transformatoröl oder SF₆ ist ein wichtiger Bestandteil der ununterbrochenen Stromversorgung, wodurch die wirtschaftlichen Verluste sowohl für den Stromversorger als auch die Kunden auf ein Minimum beschränkt werden. Laufende Programme zur Wartung von Transformatoren sind kritisch für eine zuverlässige Stromerzeugung und -versorgung. Ist ein sofortiger Austausch einer Transformatordichtung nicht machbar, wird eine schnelle und zuverlässige Vor-Ort-Lösung für das Dichtungsölleck benötigt. Folgende Geschichte einer Leckreparatur von Polywater beschreibt ein häufig vor Ort anzutreffendes Leckreparatur-Szenario: Die Behebung eines Lecks in der Glockentankdichtung eines Transformators zur Spannungserzeugung in Indien unter Einsatz des PowerPatch® Leckreparatursystems von Polywater® zur Reparatur von Öllecks zur Gewährleistung einer zuverlässigen Stromversorgung.

Das zu lösende Ölleckage-Problem

Eine Stromerzeugungsanlage in Indien bereitete sich auf die Generalüberholung ihrer Transformatoren während einer planmäßigen jährlichen Abschaltung vor. Die Ölleckage aus dem Glockentank eines 260-MVA-Transformators zur Spannungserzeugung (GT) aufgrund undichter Dichtungen und Schrauben stellte ein ernsthaftes Problem für den Betreiber dar.

Reparaturoptionen des Kunden

Der Betreiber des Transformators konnte das Dichtungsleck auf zwei Arten beheben: Austausch der Dichtung oder Reparatur des Dichtungslecks. Das erste ist eine in das System eingreifende Option, da zum Austausch der Dichtung das Transformatoröl entfernt und der Glockentank angehoben werden muss. Die letztere Option, die Dichtungsleckreparatur, ist ein nicht in das System eingreifender Prozess, bei dem das Leck von außen repariert wird, wodurch das Anheben und das Ölablassen entfallen.
In diesem Fall hat der GT seit mehr als zehn Jahren zuverlässig seinen Dienst verrichtet, aber der Asset Manager zögerte, das Innere des Transformators dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff und der umgebenden Feuchtigkeit auszusetzen, was bei der herkömmlichen Praxis des Dichtungsaustausches unvermeidlich wäre. Es wurde zudem festgelegt, dass die Kosten für das Anheben des Aktivteils des Transformators und die Ölbehandlung bei der in das System eingreifenden Option des Dichtungsaustauschs zu hoch seien. Der Kunde musste außerdem das mit der Öffnung des Transformators verbunden Risiko einer Exposition gegenüber atmosphärischer Feuchtigkeit minimieren. Die für die anstehende Abschaltung zu wählende Option musste eine Dichtungsmittel-Technologie sein, mit der die Leckage behoben werden kann, ohne dass dafür eine Ölbehandlung und ein Anheben des Glockentanks erforderlich werden würden.

Mindesterwartungen/Kompromisse

Das Team der Abteilung Operations and Maintenance (O&M) des Stromversorgers stellte einige Mindesterwartungen an das Dichtungsleckreparatursystem. Diese waren:

• Das Ölleck muss vollständig behoben werden
• Das Ölleck sollte mehrere Jahre (in den meisten Fällen 3 bis 5 Jahre) nicht wieder auftreten ODER mindestens nicht bis zur nächsten planmäßigen Abschaltung

Frühere Erfahrungen

In den Jahren davor hatte der Betreiber des Transformators auf sein eigenes Reparaturteam zurückgegriffen, wenn die Schrauben am Deckel des Transformators angezogen werden mussten, um den Ölfluss aufzuhalten. Dies wurde so viele Male wiederholt, bis sich ein weiteres Anziehen aufgrund der potenziellen Alterung der Dichtung als kontraproduktiv erweisen würde. Der Kunde hat auch bei früheren Abschaltungen auf sein eigenes Reparaturteam und auf externe Anbieter zurückgegriffen, um Öllecks zu beheben. Bei diesen Reparaturversuchen wurden verschiedene Dichtungsmittel eingesetzt, die jedoch bei aktiven Dichtungslecks nicht so gut funktionierten. Beim zuletzt eingesetzten Material zur Ölleckreparatur begann an mehreren Stellen stark Öl auszutreten, daher musste ein wirksameres Reparaturmaterial gefunden und genehmigt werden.
Der für die Wartung der spannungserzeugenden Anlage zuständige Manager hatte an einem Workshop zur Wartung von Transformatoren teilgenommen, bei dem er eine Präsentation und ein Video darüber gesehen hatte, wie unter Einsatz des PowerPatch Leckreparatursystems von Polywater ein Leck ohne Ablassen des Transformatoröls repariert werden kann. Der für die Wartung zuständige Manager wandte sich an Polywater und dessen lokales Anwendungsteam, LeakXpert, um sich nach einer Lösung zum Abdichten des Dichtungslecks zu erkundigen.

PowerPatch Leckreparatursystem

Das Anwendungsteam stellte zuerst die Vorteile des PowerPatch von Polywater vor, um sicherzustellen, dass es den Anforderungen der anstehenden Reparatur entspricht. PowerPatch wurde speziell für elektrische Hochspannungsanlagen entwickelt. Dieses fortschrittliche Dichtungsmittel basiert auf der Multi-Polymer-Technologie und eignet sich zur Reparatur von Leckagen sowohl von Öl als auch von SF₆. Es bietet die bei spannungserzeugenden Anlagen erforderlichen physischen und elektrischen Eigenschaften.
Nachstehend sind einige Eigenschaften von PowerPatch aufgeführt, die die Eignung dieser Leckreparatur-Technologie für diese Anwendung demonstrieren:

• PowerPatch verfügt ähnlich wie andere Komponenten im Inneren des Transformators über dielektrische Eigenschaften, wie etwa Öl- und Feststoffisolierung. Diese Kompatibilität reduziert das Risiko einer teilweisen Entladung und der damit einhergehenden negativen Auswirkungen auf die Leistungseigenschaften des Transformators.

• Flexibel und leicht zu entfernen – PowerPatch ermöglicht eine Ausdehnung und ein Zusammenziehen aufgrund häufiger Lastwechsel und Schwingungen, wie dies bei solchen Anlagen häufig vorkommt. Seine hohe Haftfähigkeit an der reparierten Oberfläche widersteht Druck von bis zu 1,4 Mpa auf Stahl und kann sich damit den hohen mechanischen Kräften widersetzen. Trotz der hohen Haftfähigkeit lässt es sich im Falle einer kurzfristigen Reparatur leicht entfernen.
• PowerPatch ist witterungsbeständig, etwa gegenüber UV-Strahlen und Temperaturschwankungen. Es wurde unter extremen Bedingungen wie Regen, Schnee, Graupel, direkter Sonneneinstrahlung sowie einem Temperaturbereich von -40 °C bis 150 °C gealtert.

Diese Eigenschaften des PowerPatch erfüllen die Anforderungen des Betreibers des Transformators, die dieser für eine zuverlässige Stromerzeugung benötigt. Vor einer abschließenden Entscheidung über PowerPatch als richtige Wahl für die Dichtungsreparatur wurde jedoch ein Vor-Ort-Besuch zur Einschätzung der physischen Umgebung des Transformators angefordert.

Jedes Transformatorölleck ist anders. Viele Dichtungsfugen des Glockentanks eines Transformators können bis zu 18 Meter lang und mit mehr als 200 Schrauben gesichert sein. Bei der Reparatur eines Dichtungslecks muss die gesamte Länge der Dichtung abgedichtet werden. Wird nur der Bereich des Öllecks abgedichtet, kann das Öl in die nicht abgedichteten Bereich migrieren und dort ein neues Leck entstehen lassen. Die Schrauben, mit denen der Tank mit dem Transformator verschraubt ist, sind ebenfalls abzudichten. Wird dies nicht gemacht, sucht sich das Öl nach der Abdichtung der gesamten Dichtungsfuge des Tanks den Weg des geringsten Widerstands und beginnt, durch die Schraubengewinde auszutreten.

Mit diesen Erwartungen besuchte das LeakXpert-Team die spannungserzeugende Anlage, um am Transformator die Menge an erforderlichen Dichtungsmittel sowie die abzudichtenden Stellen mit eingeschränkter physischer Zugänglichkeit zu bestimmen. Das Reparaturteam entdeckte einige Stellen hinter den Rangierkästen, bei denen das Auftragen des Dichtungsmittels ein Problem darstellen könnte. Das LeakXpert-Team informierte den Kunden über diese Stellen und dieser erklärte sich einverstanden, vor Beginn der Dichtungsreparatur die Kästen zu entfernen. Der Besuch ergab auch, dass es aufwendig werden würde, das zuvor aufgetragene Dichtungsmittel zu entfernen.

Entfernen des vorherigen Dichtungsmittels

Bevor die Reparatur beginnen konnte, musste das zuvor aufgetragene und undicht gewordene Dichtungsmittel entfernt werden. In vielen Fällen ist dieses Entfernen der zeitaufwendigste Teil der Dichtungsreparatur. In der Vergangenheit wurden verschiedene Materialien verwendet, die im Nachgang schwierig zu entfernen sind. Dazu gehören gummierte Materialien oder ausgehärtete Harzmassen. Sie müssen alle mit Stemmeisen oder Schleifscheiben abgeschabt werden. Das ist eine körperlich anstrengende Arbeit, bei der häufig Rückstände auf der Oberfläche zurückbleiben, die mit starken Lösungsmitteln entfernt werden müssen. Damit ist die leichte Entfernbarkeit des PowerPatch ein großer Vorteil, wenn an einem Transformator die Dichtung nur vorübergehend ausgetauscht werden soll, da Ersatzteile bereits bestellt sind.
Das LeakXpert-Team hat das alte Material innerhalb von zwei Tagen vom GT entfernt. Danach wurde die Oberfläche mit einem umweltfreundlichen Reiniger sauber gewischt. Anschließend war es Zeit für das Auftragen des PowerPatch.

Der Reparaturprozess

Der Prozess des Auftragens zum Abdichten des Glockentanks ist äußerst wichtig. Eine Migration von Öl entlang des Weges des geringsten Widerstands kommt sehr häufig vor. Um dieses Problem zu minimieren, werden zuerst die nicht undichten Abschnitte der Dichtungsfuge und Schrauben des Tanks abgedichtet, anstatt den Reparaturprozess an den Stellen des aktiven Lecks zu beginnen. Die Abschnitte neben diesen nicht undichten Stellen werden abgedichtet. Dabei bewegt sich der Arbeiter immer näher in Richtung der aktiven Leckage. Sobald das aktive Leck erreicht ist, wird dieses abgedichtet. Mit diesem Abdichtungsprozess wird sichergestellt, dass das Leck vollständig repariert ist und kein Öl zu den nicht abgedichteten Bereichen entlang der Dichtungsfuge des Tanks migrieren kann.

Vorbereitung der Oberfläche

Sobald das zuvor aufgetragene Material entfernt war, musste die Stahloberfläche, auf die das PowerPatch aufgetragen werden sollte, abgeschmirgelt und saubergewischt werden. Ziel dieses Schritts war es, Lackreste und Verunreinigungen zu entfernen, durch die die Haftfähigkeit des PowerPatch auf der zu reparierenden Stelle beeinträchtigt werden konnte. Darüber hinaus hilft das Abschmirgeln oder Abschleifen der Metalloberfläche dabei, die Oberfläche an sich zu vergrößern, auf der PowerPatch haften soll, wodurch die Abdichtung widerstandsfähiger wird. Bei vielen Dichtungsreparaturen scheint das Leck an einer Stelle zu sein, obwohl das ursprüngliche Dichtungsleck recht weit entfernt davon sein kann. Das erfahrene Reparaturteam von Polywater, LeakXpert, nutzte den Schritt zur Vorbereitung der Oberfläche, um Stellen mit aktiven Lecks von Stellen zu unterscheiden, die nur scheinbar undicht waren.

Abdichtung nicht aktiver Bereiche

Die für das Auftragen von PowerPatch erforderlichen Schritte hängen von der Art des Lecks ab, d. h., ob es aktiv oder nicht aktiv ist. Bei einer typischen Dichtungsleckreparatur hat der größte Teil der Dichtungsfuge am Haupttank keine aktive Leckage, obwohl aufgrund der Migration des Öls von aktiven Lecks auch hier Öl zu sehen ist. Der Prozess der Abdichtung nicht aktiver Lecks ist einfacher als der für aktive Lecks. Das Öl im Bereich nicht aktiver Lecks muss vollständig entfernt werden. Anschließend sollte das PowerPatch Harz direkt auf das Metall des Transformators aufgetragen werden. Dieser Prozess sollte über Längen von 2 bis 3 Meter wiederholt werden, bis man sich einer Stelle mit einem aktiven Leck genähert hat. Das PowerPatch Harz zur dauerhaften Abdichtung haftet stark auf Metalloberflächen und härtet schnell aus. Eine funktionale Aushärtung kann innerhalb einer Stunde nach dem Auftragen bei 20 °C erreicht werden.
PowerPatch Dichtungsmittel – Das PowerPatch Zwei-Komponenten-Dichtungsmittel auf Kunstharzbasis wurde bei dieser Reparatur mit einer Kartusche und einer Mischdüse aufgetragen. Das Verarbeitungswerkzeug spritzte die Harzkomponenten aus der Kartusche in die Mischdüse. In der Düse werden die Komponenten genau dosiert und gründlich gemischt, um eine zuverlässige Abdichtung zu gewährleisten. Anders als bei anderen Dichtungsmittels, bei denen keine proportionale Dosierung und Vermischung per Hand erforderlich sind, sind alle PowerPatch Produktpakete vordosiert, um einheitliche Aushärtungszeiten, Festigkeit und Langlebigkeit und damit ausgezeichnete Abdichtungsergebnisse zu erzielen.

Manchmal ist es schwierig zu wissen, ob das sichtbare Öl das Ergebnis eines aktiven Lecks oder einer Ölmigration aus einem anderen undichten Bereich ist. Bei der Dichtungsreparatur am GT war sich das LeakXpert-Team bezüglich der Quelle des Öls an bestimmten Stellen der Dichtungsfuge des Tanks nicht sicher. In diesen Bereichen wandte es den oben beschriebenen Reparaturprozess für aktive Lecks an.

Abdichtung aktiver Lecks

Aktive Lecks lassen sich erkennen, wenn sich das durchsickernde Öl auf der Oberfläche des Transformators ansammelt oder in Form von Öltropfen an der undichten Stelle heruntertropft. In der Abbildung zur Vorbereitung der Oberfläche (Schritt 1) sind Öltropfen zu erkennen, die von der vorbereiteten Oberfläche heruntertropfen. Sobald die benachbarten, nicht undichten Bereiche abgedichtet sind, können die aktiven Lecks repariert werden.
Zum Abdichten aktiver Lecks ist ein zusätzlicher Schritt erforderlich. Dieser Schritt ist darauf ausgerichtet, das aktive Leck soweit abzudichten, dass die Oberfläche ordnungsgemäß vorbereitet und das PowerPatch Material zur dauerhaften Abdichtung wie im vorherigen Abschnitt beschrieben aufgetragen werden kann. Nach dem Abschmirgeln und Reinigen der undichten Stelle wird schnellhärtender Kitt direkt auf das aktive Leck aufgetragen und mit der Hand angedrückt, bis er ausgehärtet ist. Dies dauert in Abhängigkeit von der Temperatur in der Regel 5 bis 7 Minuten. Nach dem Aushärten erfolgt erneut die Vorbereitung der Oberfläche, d. h. Abschmirgeln, Abschleifen und Reinigen des Bereichs um den Kitt. Ist die Oberfläche ordnungsgemäß vorbereitet und gereinigt, wird das PowerPatch Harz zur dauerhaften Abdichtung direkt auf den Kitt aufgetragen und dann 1 cm breit über die Kanten des Kitts hinaus an allen Stellen verteilt. Beim Aushärten bildet das PowerPatch Harz eine starke und dauerhafte Abdichtung.

Die Reparatur eines aktiven Lecks kann sich schwierig gestalten, insbesondere für unerfahrene Reparaturteams. Die umfangreichen Erfahrungen des LeakXpert-Teams mit dem PowerPatch Kitt und dem PowerPatch Dichtungsmittel zur dauerhaften Abdichtung aktiver Lecks ermöglichten eine schnelle und effiziente Abdichtung der GT-Dichtung. Noch wichtiger ist, dass mit PowerPatch eine nicht in das System eingreifende Alternative zum herkömmlichen Dichtungsaustausch zur Verfügung steht, die weniger Zeit- und Kostenaufwand erfordert.

Zusammenfassung

Eine widerstandsfähige und kosteneffektive Wartung des Stromnetzes anhand innovativer Technologien wie PowerPatch von Polywater gewährleistet den sicheren Betrieb kritischer Systeme. Der Betreiber des GT entschied sich für PowerPatch aufgrund dessen Widerstandsfähigkeit gegenüber Ausdehnen/Zusammenziehen und dessen hoher Durchschlagfestigkeit, die mit den anderen Komponenten in Inneren des Transformators übereinstimmt. Die für den Austausch großer Öltankdichtungen erforderlichen, in das System eingreifenden Prozesse können doppelt so lange dauern und dreimal höhere Kosten verursachen wie bei der Leckreparaturoption von Polywater. Das von LeakXpert für die Reparatur des GT eingesetzte PowerPatch Leckreparatursystem von Polywater war weniger zeitaufwendig und kostengünstiger als der herkömmliche Dichtungsaustausch, und der Kern des Transformators wurde außerdem keinen atmosphärischen Gasen und keiner Feuchtigkeit ausgesetzt.

Dieser Artikel wurde ursprünglich in der Fachzeitschrift Transformers Magazine, Volume 8, Ausgabe 2, 2021, veröffentlicht